14년 3회차

수관식 보일러의 강수관(다운커머)은 상대적으로 온도가 낮은 보일러수가 하강하며 순환을 이루는 관이며, 열가스가 통과하는 관이 아니다.

열가스는 연소실과 연관·연도를 통해 흐르고, 강수관은 물의 자연순환 회로를 구성하는 요소일 뿐이다.

• 아담슨 조인트는 노통의 열팽창·수축을 흡수하는 접합부로 옳은 설명이다.
• 코르니시 보일러의 편심 노통 설치는 보일러수 순환을 돕기 위한 구조로 옳다.
• 겔로웨이관은 전열면 증대와 노통 보강 역할을 겸하므로 옳다.

열의 일당량은 1kcal = 427kg·m로, 열량을 일(역학적 에너지)의 단위로 환산할 때 쓰는 값이다.

반대로 일의 열당량은 이 값의 역수인 약 $\dfrac{1}{427}\ \mathrm{kcal/(kg \cdot m)}$가 된다.

공기예열기를 설치하면 배기가스의 열을 회수해 연소용 공기를 예열하므로 연소효율이 높아지고 불완전연소가 줄며 연소속도도 빨라지지만, 배기가스 온도가 낮아지면서 오히려 저온부식이 촉진될 위험이 있다.

따라서 저온부식이 방지된다는 설명은 공기예열기 설치의 실제 특성과 반대되는 틀린 서술이다.

LNG(액화천연가스)는 대부분 메탄(CH₄)으로 구성되며, 에탄·프로판·부탄 등은 소량만 포함된다.

메탄은 탄소 수가 가장 적은 탄화수소로 상온에서 기체이며, 액화천연가스의 주성분을 이룬다.

공기예열기를 설치하면 배기가스의 열을 회수해 배기가스 열손실이 오히려 감소하고 그만큼 보일러 열효율이 높아진다.

회수된 열로 연소용 공기를 예열하면 불완전연소가 줄고 저질 연료의 연소도 원활해지므로, 배기가스 열손실이 증가한다는 설명은 실제와 반대다.

관류보일러는 드럼 없이 긴 관 내부에서 급수의 가열·증발·과열이 한 번에 이루어지는 형식으로, 슐쳐(Sulzer) 보일러가 대표적인 관류보일러다. 벤슨 보일러도 같은 계열이다.

나머지는 모두 드럼(동체)을 갖춘 원통형 보일러다. 코크란은 입형 보일러, 코르니시는 노통 보일러, 스코치는 노통연관 보일러로 관류보일러와는 구조가 다르다.

연료 소비량은 실제 증발량과 증기·급수의 엔탈피 차, 보일러 효율, 연료의 저위발열량으로 계산한다.

필요 열량 $Q = 5000\ \mathrm{kg/h} \times (656-56)\ \mathrm{kcal/kg} = 3{,}000{,}000\ \mathrm{kcal/h}$

연료 소비량 $F = \dfrac{Q}{\eta \times H_l} = \dfrac{3{,}000{,}000}{0.85 \times 9750} \approx 362\ \mathrm{kg/h}$

물질의 상태 변화 없이 온도만 상승시키는 데 쓰이는 열을 현열이라 한다.

잠열·증발열·융해열은 모두 온도 변화 없이 상(相)이 바뀔 때 출입하는 열이므로 문제의 설명과는 다르다.

용적식 유량계는 일정 부피의 계량실을 채웠다 배출하는 횟수를 세어 유량을 측정하는 방식으로 로터리형·루트형·오벌기어형이 이에 속한다.

피토관식 유량계는 전압과 정압의 차(동압)로 유속을 구한 뒤 유량을 산출하는 유속식(속도식) 유량계로 용적식이 아니다.

가압수식 집진장치는 가압한 물을 분사해 분진을 포집하는 방식으로 세정탑이 대표적이다.

백필터는 여과식, 코트렐은 전기식, 배플식은 관성력식 집진장치로 가압수식과는 원리가 다르다.

분사관 선단의 노즐을 이용해 고온의 전열면(과열기 등)을 청소하는 슈트블로워는 롱 리트랙터블(long retractable)형이다.

청소할 때만 노 내부로 삽입되고 평소에는 밖으로 빠져나와 있어, 고온 노출 시간을 줄이면서 깊숙한 전열면까지 청소할 수 있다.

긴 관의 한쪽 끝에서 펌프로 압송된 급수가 관을 지나며 가열·증발·과열되어 나오는 형식은 관류보일러다.

드럼이 따로 없이 긴 전열관 하나로 급수-증기 흐름이 이어지는 것이 관류보일러의 특징이다.

연소실 내 미연소가스 폭발에 대비해 설치하는 안전장치는 방폭문이다.

가용전은 저수위 등 이상 고온 시 녹아 위험을 알리는 장치, 안전밸브·방출밸브는 압력 상승 시 증기·유체를 배출하는 장치로, 폭발 압력 배출이 목적인 방폭문과는 역할이 다르다.

이 식이 뜻하는 것은 과잉 공기율(과잉 공기률)이다.

공기비는 $m=\dfrac{A}{A_0}$(실제공기량 ÷ 이론공기량)이므로, $m-1=\dfrac{A-A_0}{A_0}$ 즉 이론공기량에 대한 남아도는 공기의 비가 된다.

여기에 100을 곱해 백분율로 나타낸 $(m-1)\times 100\%$가 곧 과잉공기율(%)이다.

공기비 자체를 백분율로 쓴 $m \times 100\%$는 실제공기량의 비율을 뜻하고, 이론공기량은 언제나 기준값 100%이므로 이 식과는 구분된다.

자동제어 신호전달 방식 중 전달거리가 가장 긴 것은 전기식이다.

공기식은 약 100~150m, 유압식은 약 300m 정도가 한계인 반면, 전기식은 신호 감쇠가 적어 수백 m 이상의 원거리 전송에 유리하다.

연소속도는 반응물질(연료·산소)의 온도, 촉매물질의 유무 등에 영향을 받지만, 연료의 발열량 자체는 연소속도를 결정하는 인자가 아니다.

발열량은 연소로 발생하는 열의 총량을 나타낼 뿐, 반응이 얼마나 빠르게 진행되는지와는 직접적인 관계가 없다.

신호전송 시 시간지연이 있고 전송거리가 100~150m 정도인 자동제어 신호전달방식은 공기식이다.

공기의 압축성 때문에 신호가 전달되는 데 다소 지연이 생기며, 그로 인해 전송 가능한 거리도 전기식보다 짧다.

기화연소 방식은 액체연료를 먼저 기화시킨 후 연소하는 방식으로, 경질유(등유·경유 등)에 주로 사용되는 것은 포트식, 심지식, 증발식이다. 포트식은 연료를 포트 내에서 가열하여 기화시키고, 심지식은 심지에 스며든 연료가 자연 기화되며, 증발식은 연료를 분무실 내에서 가열·기화시킨다. 반면 무화식(분무식)은 연료를 미세한 입자로 분무하여 직접 연소시키는 방식으로, 기화 과정을 거치지 않으므로 기화연소 방식에 해당하지 않는다.

과열증기는 포화증기와 압력은 같고 온도만 높인 증기이므로, 압력까지 높였다는 설명은 잘못됐다.

과열증기는 포화증기보다 보유 열량이 많고, 배관 내 마찰저항·부식을 줄이며 보일러 열효율을 높이는 효과가 있다.

플로트 트랩은 응축수의 수위 변화에 따라 부자(플로트)가 움직여 밸브를 개폐하는 기계적 트랩이다.

디스크 트랩·열역학적 트랩은 열역학적 원리로 작동하고, 온도조절 트랩은 온도차로 작동해 플로트 트랩과는 작동 원리가 다르다.

탈기법은 보일러 급수 중에 용존된 산소를 제거하는 외처리 방법이다.

가열이나 진공을 이용해 용존가스의 용해도를 낮춤으로써 급수 중 산소(및 이산화탄소)를 대기로 방출시켜 제거한다.

보일러 외부부식은 빗물·지하수·누출된 보일러수에 의한 습기, 연소가스 중 부식성 가스(아황산가스 등)의 작용으로 발생한다.

급수 중 유지류·산류·탄산가스·산소·염류 등 불순물에 의한 작용은 보일러 내부(수관·동체 내면) 부식의 원인으로, 외부부식과는 관계가 가장 멀다.

복사난방은 바닥이나 벽체 등 넓은 면에서 복사열을 내보내므로 실내 온도분포가 가장 균등하다.

온풍난방이나 방열기난방은 국부적인 열원에서 대류로 열을 전달해 상하·원근 간 온도차가 상대적으로 크다.

온돌난방도 바닥을 이용하는 복사난방의 한 형태이지만, 난방방식 분류상 이를 포괄하는 명칭인 복사난방이 답이 된다.

롤러 서포트는 배관 하중을 롤러로 받쳐 배관이 수평 방향으로 자유롭게 신축·이동할 수 있도록 하는 지지물이다.

배관을 위에서 매다는 행거류(스프링 행거·콘스탄트 행거)와 달리, 롤러 서포트는 관 아래에서 하중을 지지하면서 축방향 이동을 허용한다.

• 스프링 행거·콘스탄트 행거는 배관을 위에서 매달아 지지하는 행거 방식이다.
• 리스트레인트는 신축을 구속·제한하는 지지물로 자유로운 신축과는 반대 기능을 한다.

고체 내부에서 물질 자체는 이동하지 않고 분자 간 진동·충돌을 통해 열에너지만 전달되는 현상을 전도라 한다.

대류는 유체(액체·기체)의 흐름을 동반한 열전달이고, 복사는 매질 없이 전자기파 형태로 열이 이동하는 현상이므로 문제의 조건과 맞지 않는다. '전달'은 열이동의 세 가지 기본 형태(전도·대류·복사)를 가리키는 명칭이 아니다.

표면연소는 가연물 표면에서 산소와 직접 반응하여 불꽃 없이 타는 연소 형태로, 목탄·코크스가 대표적이다.

• 경유는 액체 연료로, 가열되어 발생한 증기가 타는 증발연소를 한다.
• LPG는 기체 연료로, 공기와 섞이면서 타는 확산연소를 한다.
• 석탄은 가열 시 휘발분이 분해되며 불꽃을 내는 분해연소가 함께 일어난다.

열팽창계수가 서로 다른 두 금속판을 접합해 온도 변화에 따른 휨 변형을 이용해 온도를 지시하는 것이 바이메탈 온도계이다.

압력식 온도계는 밀폐된 감온부의 압력 변화, 전기저항 온도계는 금속의 전기저항 변화, 열전대 온도계는 두 금속 접점의 열기전력(제벡 효과)을 이용하는 방식으로 원리가 다르다.

수관 보일러는 지름이 작은 다수의 수관에 물을 흐르게 하여 전열면적을 크게 확보할 수 있어, 보일러 형식 중 일반적으로 열효율이 가장 높다.

코르니시 보일러(노통식)나 입형 보일러는 구조상 전열면적 확보에 한계가 있어 효율이 낮고, 연관 보일러도 수관 보일러보다는 열효율이 낮은 편이다.

전자 밸브(솔레노이드 밸브)는 실화·압력초과 등 이상 발생 시 신호를 받아 즉시 폐쇄되어 연료를 긴급 차단하는 안전장치이다.

• 압력조절 스위치는 정상 운전 중 연소량을 조절하기 위한 압력 신호 발생 장치이다.
• 압력제한 스위치는 설정 압력 초과 시 버너를 정지시키는 역할이지 연료 배관 자체를 차단하는 밸브는 아니다.
• 감압 밸브는 1차측 압력을 낮춰 2차측 압력을 일정하게 유지하는 용도이다.

급유량계 앞에 설치하는 여과기는 이물질을 걸러 계량 정밀도와 연소 안정성을 확보하기 위한 것으로, 형상에 따라 U형·V형·Y형이 사용된다.

S형 여과기는 일반적으로 사용되는 여과기 종류에 해당하지 않는다.

보일러 효율은 발생 증기가 얻은 유효열량을 연료가 공급한 입력열량으로 나누어 구한다.

$\eta=\dfrac{G_s(h_2-h_1)}{G_f\times H_l}\times100$

증기 발생량 $G_s=5000\ \mathrm{kg/h}$, 발생증기 엔탈피 $h_2=650\ \mathrm{kcal/kg}$, 급수온도 20℃에서 급수엔탈피 $h_1\approx20\ \mathrm{kcal/kg}$, 연료사용량 $G_f=400\ \mathrm{kg/h}$, 저위발열량 $H_l=9750\ \mathrm{kcal/kg}$이다.
$\eta=\dfrac{5000\times(650-20)}{400\times9750}\times100\approx80.8\%$

따라서 보일러 효율은 약 80.8%이다.

체크밸브(역지밸브)는 유체를 한 방향으로만 흐르게 하여 급수배관에서 급수의 역류를 막아준다.

• 슬루스 밸브(게이트 밸브)와 글로브 밸브는 유량 조절·차단용 밸브로 역류 방지 기능이 없다.
• 앵글 밸브는 유로 방향을 직각으로 바꾸는 용도의 밸브이다.

스코치 보일러는 노통과 다수의 연관을 함께 갖춘 대표적인 노통연관식 보일러이다.

• 코르니시 보일러는 노통이 1개인 노통 보일러이다.
• 랭커셔 보일러는 노통이 2개인 노통 보일러이다.
• 다쿠마 보일러는 수관식 보일러에 해당한다.

수면계 기능시험은 보일러 가동 전, 압력이 상승하기 시작할 때, 두 수면계의 지시 차이가 발견되었을 때 등 수위 판독이 안정적으로 가능한 시점에 실시한다.

수위의 움직임이 활발하여 요동이 심한 상태에서는 정확한 기능시험이 어려우므로, 이러한 때를 시험 시기로 보는 것은 옳지 않다.

강관의 스케줄 번호(Sch No.)는 관의 두께를 나타내는 규격으로, 번호가 클수록 두께가 두껍다.

스케줄 번호는 사용압력과 허용응력의 비를 바탕으로 산정되며, 관의 외경·내경·중심을 직접 나타내는 값이 아니다.

온수보일러의 팽창탱크는 온수가 가열되어 팽창할 때 발생하는 여분의 수량과 압력을 흡수하여, 배관·기기가 허용압력을 초과해 파손되지 않도록 하는 안전장치 역할을 한다.

배관 중 이물질 제거, 맥동 방지, 온수순환 촉진은 각각 여과기·에어벤트·순환펌프 등 다른 장치의 기능이다.

증기 방열기의 표준 방열량은 $650\ \mathrm{kcal/m^2\cdot h}$이며, 소요 방열면적은 난방부하를 표준 방열량으로 나누어 구한다.

$A=\dfrac{15000}{650}\approx23\ \mathrm{m^2}$

따라서 소요 방열면적은 약 23m²이다.

온수난방은 온수의 밀도(비중) 차로 순환이 이루어지는 방식이 기본이어서 일정한 순환 수두가 필요하고, 높이가 커지면 하부 배관에 걸리는 정수두도 커지므로 건물 높이에 제한을 받는 것이 일반적 특징이다.

따라서 "건물 높이에 제한을 받지 않는다"는 설명은 온수난방의 특징과 맞지 않는다.

반면 열용량이 커 예열시간이 길고, 온수 온도를 바꿔 부하 변동에 대응하기 쉬우며, 방열면 온도가 낮아 실내 쾌감도가 높다는 점은 온수난방의 실제 특징에 해당한다.

증기밸브를 급히 열면 배관 내에 정체해 있던 응축수가 고속 증기에 밀려 배관 벽이나 굽힘부에 충돌하면서 수격작용(워터해머)이 발생할 수 있다.

캐비테이션은 유체 압력이 국부적으로 낮아져 기포가 발생·소멸하는 현상, 역화는 연소 화염이 버너 쪽으로 역류하는 현상으로 증기밸브 급개방과는 직접 관련이 없다.

배관 단열공사는 방열손실을 줄여 열에 대한 경제성을 높이고, 배관 표면의 온도변화를 제한하며, 화상·화재를 방지하는 것을 목적으로 한다.

"온도조절과 열량을 낮춘다"는 설명은 단열공사가 실제로 지향하는 목적과 맞지 않는다.

용접식은 배관 선 위에 검게 칠한 작은 원(●)을 하나 그려 나타낸다.

냉동용 배관의 결합 방식 도시법은 이음부에 그리는 선과 점의 개수로 구분하므로, 나머지 기호와 함께 묶어 외워 두면 혼동하지 않는다.

• 가는 세로선 하나만 그은 것 — 일반(나사) 결합
• 세로선 두 개를 나란히 그은 것 — 플랜지식
• 가운데 긴 세로선 좌우에 짧은 세로선을 더한 것 — 유니언식

즉 선으로 그린 것은 분해 가능한 이음, 칠한 점으로 그린 것은 용접이라는 원칙만 잡으면 된다. 2014년 출제 당시의 도시 기호 기준이다.

방열기는 벽면으로의 열손실을 줄이고 대류가 원활히 이루어지도록 벽면에서 약 50mm 정도 간격을 두고 설치하는 것이 일반적이다.

관을 90°로 구부릴 때 중심곡선의 길이는 곡률반지름을 이용한 사분원 호의 길이로 구한다.

$L=2\pi R\times\dfrac{90}{360}=\dfrac{\pi R}{2}$

$L=\dfrac{3.14\times100}{2}\approx157\ \mathrm{mm}$

가스절단이 원활히 이루어지려면 모재의 성분 중 산화를 방해하는 원소가 적어야 하며, 이는 절단면의 산화 반응이 억제되지 않고 잘 진행되도록 하기 위함이다.

따라서 "산화를 방해하는 원소가 많을 것"이라는 설명은 가스절단이 잘 이루어지기 위한 조건과 반대되는 내용이다.

금속 산화물의 용융온도가 모재의 용융온도보다 낮고, 모재의 연소온도가 용융점보다 낮으며, 생성된 산화물의 유동성이 좋아 모재에서 잘 이탈되는 것은 실제 가스절단에 필요한 조건이다.

에너지법에서 "에너지"란 연료·열 및 전기를 말한다고 정의하고 있다(출제 당시 기준).

단순히 열을 발생시키는 열원, 제품의 원료, 힘이나 능력 자체를 가리키는 것은 법상 정의와는 다르다.

신·재생에너지 설비의 설치를 전문으로 하려는 자는 자본금·기술인력 등 신고기준 및 절차에 따라 산업통상자원부장관에게 신고하여야 한다(출제 당시 기준).

에너지절약 전문기업(ESCO)의 등록 업무는 에너지관리공단 이사장에게 위탁되어 있었다(출제 당시 기준으로, 이후 기관명이 한국에너지공단으로 변경되었다).

에너지법상 시·도지사는 5년마다 5년 이상을 계획기간으로 하는 지역에너지계획을 수립·시행하여야 한다(출제 당시 기준).

열사용기자재 관리규칙에서 용접검사 면제 대상을 정리하면, 강철제 보일러(전열면적 5m² 이하, 최고사용압력 0.35MPa 이하), 주철제 보일러, 제1종 관류보일러, 온수보일러(전열면적 18m² 이하, 최고사용압력 0.35MPa 이하) 등이 해당한다. 3번의 제2종 관류보일러는 용접검사 면제 대상에 포함되지 않으며, 제2종은 용접검사 대상 범주에 속하므로 틀린 것이다.

저탄소 녹색성장 기본법상 녹색성장위원회는 위원장 2명을 포함한 50명 이내의 위원으로 구성한다(출제 당시 기준).

이 법은 이후 폐지되어 관련 위원회 규정이 다른 법률로 옮겨졌으므로, 위 수치는 출제 당시의 조문을 기준으로 이해하면 된다.

루프형(신축곡관)은 관을 구부려 만든 곡관의 탄성을 이용해 신축을 흡수하는 방식으로, 고온·고압 배관에 적당하지만 구부림에 따른 자체 응력이 발생하는 결점이 있다.

• 스위블형은 회전 이음부를 이용해 저압 배관 신축을 흡수하는 방식이다.
• 벨로스형은 주름관의 신축성을 이용하며 설치공간이 작지만 고온·고압에는 적합하지 않다.
• 슬리브형은 슬리브의 미끄럼으로 신축을 흡수하며 패킹 부위의 누설 우려가 있다.

난방부하는 실내를 설정 온도로 유지하기 위해 단위시간당 공급해야 하는 열량을 의미하며, "방열기가 표준 상태에서 1m²당 단위시간에 방출하는 열량"은 난방부하가 아니라 표준방열량에 대한 설명이다.

열전도(인접 물체 사이 열 이동), 열관류(유체-벽-유체 간 열전달), 정격용량(최대 부하 시 단위시간당 발생 열량)에 대한 설명은 각각 옳다.

관류보일러에서 보일러와 압력릴리프밸브 사이에 체크밸브를 설치하는 경우에는, 압력릴리프밸브를 2개 이상 설치하도록 정하고 있다(설치기준상 수치, 출제 당시 기준).

지상에 노출된 가스용 보일러 연료배관에는 사용가스명·최고사용압력·가스흐름 방향을 표시하도록 되어 있다(설치·시공기준).

최저 사용온도는 이러한 표시 대상 항목에 포함되지 않는다.

보일러 운전을 정지할 때는 수위를 정상수위로 유지한 상태에서 버너 운전을 정지하는 것이 원칙이며, 수위를 정상수위보다 낮춘 뒤 정지하는 것은 저수위 사고의 위험이 있어 잘못된 조작이다.

유류예열기 전원 차단 및 온도 낮춤, 연소실·연도 환기 후 댐퍼 닫음, 버너 분리 후 청소 및 누유 점검은 정상적인 운전정지 절차에 해당한다.

그리스 트랩은 주방 등의 배수 중 유지분을 분리하는 배수트랩으로, 증기 배관의 응축수를 배출하는 증기트랩과는 용도가 다르다.

열동식(바이메탈·벨로스 등)·버켓식·플로트식 트랩은 모두 증기와 응축수의 온도·비중 차를 이용해 응축수만 배출하는 대표적인 증기트랩 종류이다.

라미네이션은 강괴 속에 함유된 가스체나 개재물이 압연 과정에서 늘어나면서 강판이 두 장의 층으로 갈라지는 결함이다.

크랙은 재료에 생긴 균열을 뜻하고, 브리스터는 층상으로 갈라진 부분이 가열되어 내부 가스가 팽창하면서 표면이 부풀어 오르는 결함으로, 층을 이루며 분리되는 라미네이션과는 나타나는 양상이 다르다.

가연가스·미연가스가 노내에 쌓이는 것은 심한 불완전연소, 점화 조작 실패, 연소정지 중 연료의 노내 유입 등 연소가 제대로 이루어지지 않는 상황에서 발생한다.

반대로 안전 저연소율보다 부하를 높여 정상적으로 연소시키는 경우는 미연가스가 쌓이는 상황이 아니므로 해당 경우에서 제외된다.

보일러 급수는 배관·보일러 본체의 부식과 스케일 생성을 억제하기 위해 pH 7~9 정도의 중성~약알칼리성으로 관리하는 것이 적합하다.

산성 쪽으로 치우치면 금속 부식이 촉진되고, 지나치게 알칼리성이면 알칼리 부식 등의 문제가 생길 수 있다.

보일러 운전을 정지할 때는 연료 공급 정지 → 연소용 공기 공급 정지 → 급수펌프 정지 순으로 조작한 뒤, 노 내를 충분히 환기시키고 마지막으로 댐퍼를 닫는다.

댐퍼를 먼저 닫으면 노 내에 여열과 미연가스가 갇혀 위험할 수 있으므로, 통풍이 충분히 이루어진 뒤 가장 나중에 닫는 것이 원칙이다.