12년 4회차

3요소식 수위제어는 수위, 증기유량, 급수유량 세 가지를 검출요소로 사용하며, 노내 압력은 이 제어와 무관하다.

수위 변화, 증기 소비에 따른 유출량, 급수 유입량을 종합적으로 검출해 급수량을 정밀하게 조절하는 방식이다.

연료차단밸브는 이상 발생 시 즉시 연료 공급을 끊어야 하는 안전장치이므로, 전후에 바이패스를 설치해 우회시켜서는 안 된다.

바이패스를 두면 차단밸브가 닫혀도 연료가 우회로를 통해 계속 공급될 수 있어 안전기능이 무력화된다.

• 급수관은 점검·보수를 위해 바이패스를 두는 경우가 일반적이다.
• 감압밸브와 유량계는 고장이나 점검 시 계통을 유지하기 위해 바이패스를 설치하는 경우가 있다.

피드백 제어는 출력측의 신호를 입력측으로 되돌려 정정 동작을 행하는 제어이다.

실제 출력을 목표값과 비교해 그 오차를 줄이는 방향으로 계속 수정해 나가는 폐회로 제어 방식이다.

공기비(m)는 실제공기량을 이론공기량으로 나눈 값이다.

$m = \dfrac{11.43\ \mathrm{Nm^3}}{9.52\ \mathrm{Nm^3}} \approx 1.2$

따라서 이 조건에서 공기비는 약 1.2이다.

회전식 집진장치도 세정식이므로 세정용수를 사용하려면 급수배관이 필요하며, 세정용수 사용량도 적지 않다.

따라서 세정용수가 적게 들고 급수 배관을 따로 설치할 필요가 없다는 설명은 틀렸다.

• 가동부분이 적고 구조가 간단하다는 설명은 옳다.
• 집진물 회수 시 탈수·여과·건조 등 별도 장치가 필요하다는 설명도 옳다.
• 비교적 큰 압력손실을 견딜 수 있다는 설명도 옳다.

수트 블로우는 보일러 전열면 외부에 붙은 그을음(soot)을 증기나 공기로 불어내 제거하는 장치이며, 동 저면의 스케일·침전물을 배출하는 것은 블로우 다운이므로 설명이 뒤바뀌었다.

수트 블로우와 블로우 다운은 제거 대상과 위치가 서로 다른 별개의 장치·조작이다.

• 인젝터가 증기를 이용한 급수장치라는 설명은 옳다.
• 기수분리기가 증기 중 수분을 분리하는 장치라는 설명도 옳다.
• 스팀 트랩이 응축수를 자동 배출하는 장치라는 설명도 옳다.

저수위 등으로 보일러가 이상 과열되었을 때 저융점 금속이 녹아 증기나 물을 배출시켜 위험을 알리는 안전장치는 가용 마개이다.

동체나 화실 상부처럼 과열이 우려되는 부위에 설치해 일정 온도 이상이 되면 자동으로 녹아 작동한다.

고체연료(석탄 등)의 주성분은 중량%를 기준으로 할 때 탄소가 가장 큰 비중을 차지한다.

산소·수소·질소는 소량 포함되는 성분일 뿐 고체연료의 주성분이라 보기 어렵다.

연소의 3대 조건은 가연성 물질, 산소 공급원, 점화원이다.

이산화탄소는 연소의 결과로 생기는 생성물일 뿐 연소를 성립시키는 조건이 아니다.

섹셔널 보일러(주철제 보일러)는 섹션을 앞뒤 또는 좌우로 이어 붙이는 방식으로 조립하며, 상하조합 방식은 일반적으로 쓰이지 않는다.

전후조합·좌우조합·맞세움조합은 모두 실제 사용되는 섹션 결합 방식이다.

전기식 온수온도제한기는 온도 설정 다이얼, 마이크로 스위치, 온도차 설정 다이얼 등으로 구성되어 온수 온도를 감지하고 전기 회로를 개폐한다.

확대용 링게이지는 배관·축 등의 치수를 재는 계측 기구로, 온도제한기의 구성 요소가 아니다.

평형통풍은 압입통풍기와 흡입통풍기를 함께 사용해 강한 통풍력을 얻을 수 있는 방식이므로, 통풍력이 약해 소용량 보일러에만 쓰인다는 설명은 틀렸다.

평형통풍은 오히려 통풍 저항이 큰 대용량 보일러에서 노 내압을 대기압에 가깝게 유지하며 강한 통풍을 낼 때 사용된다.

자연통풍·압입통풍·흡입통풍(직접·간접 흡입식)에 대한 나머지 설명은 맞는 내용이다.

KS 육상용 보일러 열정산 기준에서 발열량은 원칙적으로 고발열량(총발열량)을 기준으로 하며, 저발열량을 사용하는 경우에는 그 사실을 명기하도록 한다. 저발열량을 원칙으로 한다는 설명은 이 기준과 반대이므로 틀렸다.

정상 조업상태에서 2시간 이상의 운전 결과에 따르는 점, 최대 출열량 시험을 정격부하에서 실시하는 점, 시험 보일러를 다른 보일러와 무관한 상태로 두는 점은 모두 맞는 내용이다.

확산 연소방식은 버너의 연료 노즐에서 연료만을 분출하고 그 주위에서 별도로 공기를 분출하여, 연료가스와 공기가 연소실 내에서 확산·혼합되면서 연소하는 방식이다.

구조가 간단하고 역화 위험이 적어 대부분의 산업용 보일러에서 이 방식을 채택한다.

감압밸브는 고압측 압력 변화나 증기 소비량 변화와 관계없이 저압측 압력을 설정값으로 일정하게 유지시켜 주는 밸브이다.

온도조절밸브는 온도를, 안전밸브는 설정압력 초과 시 증기를 방출해 압력을 낮추는 기능을 하므로 감압밸브와는 목적이 다르다.

보일러 급수처리는 스케일 생성 방지, 부식 방지, 캐리오버 방지 등 보일러수·관수 계통의 문제를 막기 위한 것이다.

황분에 의한 저온부식은 연료 중 황 성분이 연소가스 중 아황산가스로 산화·응축되어 발생하는 현상으로, 급수처리가 아니라 연료 선택이나 배기가스 온도 관리로 대응하는 문제다.

다쿠마 보일러는 수관식 보일러에 속하며, 원통형(노통·연관식) 보일러로 분류되지 않는다.

랭카셔·코르니시 보일러는 노통보일러, 캐와니 보일러는 노통연관식 보일러로 모두 원통형 보일러에 해당한다.

C중유는 점도가 높아 그대로는 무화가 어렵기 때문에 중유예열장치로 예열하며, 적정 예열 범위는 80℃~105℃ 정도이다.

이보다 낮으면 무화 불량, 지나치게 높으면 탄화·분해가 일어나 노즐이 막히는 문제가 생길 수 있다.

필요 열량은 $Q = m \times c \times \Delta t$로 구한다.

$Q = 1200\ \mathrm{kg} \times 3\ \mathrm{kcal/kg\cdot^\circ C} \times (100-30)^\circ C$

계산하면 $Q = 1200 \times 3 \times 70 = 252000\ \mathrm{kcal}$가 되어 252000kcal이 필요한 열량이다.

보일러 효율은 $\eta = \dfrac{Q_{\text{증기흡수열}}}{Q_{\text{연료공급열}}}\times100$으로 구한다.

발생증기가 흡수한 열량은 $15000\ \mathrm{kg/h}\times(750-18)\ \mathrm{kcal/kg} = 10{,}980{,}000\ \mathrm{kcal/h}$이다.

연료가 공급한 열량은 $1000\ \mathrm{kg/h}\times12980\ \mathrm{kcal/kg} = 12{,}980{,}000\ \mathrm{kcal/h}$이므로, 효율은 $\dfrac{10980000}{12980000}\times100 \approx 84.6\%$로 약 84.6%가 된다.

보일러 부식은 상온의 수분·전해질에 의한 습식부식과 고온에서 금속과 가스 성분이 직접 반응하는 건식부식으로 나뉜다.

황화부식은 고온의 연소가스 중 황 성분이 금속 표면과 직접 반응하는 고온부식으로 건식부식에 속한다.

점식·알칼리부식·수소취화는 모두 물(수분)이 관여하는 습식부식 계열에 해당한다.

연료가스의 유출속도가 너무 빠르면 오히려 실화(불꺼짐)가 일어나기 쉽고, 너무 느리면 역화가 발생하기 쉬우므로 이 설명은 반대로 되어 있어 틀렸다.

예열온도가 낮을 때 무화불량·화염 편류·그을음이 생기는 점, 유압이 낮거나 높을 때의 문제, 프리퍼지 시간에 관한 나머지 설명은 모두 맞는 내용이다.

난방용 보일러는 작업을 종료할 때 드레인 회수를 확인한 뒤 진공펌프를 정지시켜야 하며, 계속 가동시켜 놓는다는 설명은 틀렸다.

전기 스위치 차단 확인, 증기압력 점검, 증기밸브 누설 점검은 작업종료 시 통상적으로 확인하는 사항이다.

외처리에서 여과법·침강법·응집법은 급수 중의 현탁질 고형물을 걸러내거나 가라앉혀 제거하는 방법이다.

탈기법은 급수 중에 녹아 있는 산소·이산화탄소 등 용존가스를 제거하는 방법으로, 현탁질 고형물 제거와는 목적이 다르다.

보일러설치기술규격(KBI)에서는 열매체유 팽창탱크의 최소체적을 $V_T = 2V_E + V_M$으로 규정한다.

탱크는 상온 시 보유량 $V_M$을 담은 상태에서 승온 시 밀려 올라오는 팽창량 $V_E$를 받아들여야 하고, 여기에 봉입된 질소가스가 압축되어 압력이 지나치게 높아지지 않도록 팽창량과 같은 크기의 가스 공간을 한 번 더 확보한다고 이해하면 식의 형태를 기억하기 쉽다.

수관식 보일러는 구조상 고압·대용량으로 제작하기에 유리한 형식으로, 저압·소용량으로 운용해야 한다는 설명은 틀렸다.

수관식은 전열면적을 크게 할 수 있어 열효율이 높고, 연소실을 크게 만들 수 있어 다양한 연료·연소방식에 적용할 수 있으며, 관경이 작아 급수 처리에 주의가 필요한 것도 맞는 특징이다.

자동연료차단장치는 버너가 연소상태가 아닐 때(인터록 작동), 증기압력이 설정압력보다 높을 때, 관류보일러의 급수가 부족할 때 등 위험 상황에서 연료 공급을 차단한다.

송풍기 팬이 가동할 때가 아니라 오히려 송풍기 팬이 정지했을 때 연료를 차단해야 하므로, 팬 가동 중인 상태를 차단 조건으로 든 설명은 틀렸다.

캘빈온도(K)와 랭킨온도(°R)는 모두 절대온도이며 눈금 간격이 $1\,\mathrm{K} = 1.8\,{}^\circ\mathrm{R}$의 관계이므로, $\mathrm{K} = \dfrac{5}{9}\times{}^\circ\mathrm{R}$가 성립한다.

같은 관계를 뒤집어 캘빈에 $\dfrac{5}{9}$를 곱해 랭킨을 구하는 식은 방향이 반대여서 틀리며, 옳은 식은 ${}^\circ\mathrm{R} = 1.8\times\mathrm{K}$이다.

화씨·섭씨 환산도 ${}^\circ\mathrm{C} = \dfrac{{}^\circ\mathrm{F}-32}{1.8}$, ${}^\circ\mathrm{F} = 1.8\times{}^\circ\mathrm{C} + 32$가 맞는 형태이므로, 1.8을 곱하는 자리와 나누는 자리가 뒤바뀐 나머지 식들은 옳지 않다.

환산증발배수는 연료 1kg이 발생시킨 증발능력, 즉 환산(상당)증발량을 연료 소비량으로 나눈 값이다.

보일러가 발생시킨 열량을 표준 상태(100℃ 포화수→100℃ 건포화증기)의 증발잠열로 나눈 값 자체는 환산증발량이고, 전열면적 1㎡당 1시간의 실제 증발량은 전열면 증발률, 전열면적 1㎡당 1시간의 열출력은 전열면 열부하이므로 모두 환산증발배수의 정의와는 다르다.

중유는 점도가 높아 펌프 흡입측 여과망은 굵은 이물질만 걸러 펌프를 보호하면 되므로 20~60mesh 정도의 비교적 성긴 눈 크기를 사용한다.

눈이 지나치게 촘촘하면 흡입 저항이 커져 펌프 흡입이 어려워지고, 노즐 막힘을 막아야 하는 토출측에는 흡입측보다 촘촘한 여과망을 사용한다.

원통형 보일러는 보유수량이 많고 동체 지름이 커서 전열면적을 크게 하기 어려워, 증기 발생에 걸리는 시간이 길다는 특징이 있으므로 발생시간이 짧다는 설명은 틀렸다.

보유수량이 많아 부하변동에 대한 압력 변화가 적고, 고압·대용량에는 부적당하며, 구조가 간단해 취급이 쉬운 점은 원통형 보일러의 실제 특징이다.

과열기는 일반적으로 보일러 연소가스의 열을 이용하는 간접(대류형) 방식이 널리 사용되며, 직접연소식이 일반적이라는 설명은 틀렸다.

연소방식에 따라 직접·간접연소식으로, 전열방식에 따라 복사형·대류형·양자병용형으로 구분되는 점, 복사형이 연소실 내 노벽 부근에 설치되어 복사열을 이용하는 점은 맞는 내용이다.

0℃ 물을 100℃ 증기로 만드는 데 필요한 열량은 현열과 증발잠열을 합한 값이다.

$Q = 1\ \mathrm{kg}\times1\ \mathrm{kcal/kg\cdot^\circ C}\times(100-0)^\circ C + 539\ \mathrm{kcal} = 100+539 = 639\ \mathrm{kcal}$

따라서 필요한 열량은 639kcal이다.

온수 보일러의 용량은 단위 시간당 열량 출력으로 정의되며, KS 규정에서는 kJ/h를 표준 단위로 규정한다. 1번 Nm³/h는 가스의 체적 유량, 2번 kcal/m²는 단위 면적당 열량(열유속), 3번 kg/h는 질량 유량으로서 각각 다른 의미의 물리량이고, 보일러 용량을 나타내는 열출력의 단위는 에너지/시간 차원인 kJ/h이다.

열사용기자재 검사기준상 온수발생 보일러는 온수 온도가 120℃를 넘는 경우에 방출밸브 대신 안전밸브를 설치하도록 정하고 있다(출제 당시 기준).

120℃ 이하에서는 통상 방출밸브로 압력 상승을 제어할 수 있어 별도의 안전밸브 설치 의무가 없었다.

지역난방은 배관 길이가 길어져 배관을 통한 열손실이 오히려 커지는 것이 단점이므로, 배관이 짧아 열손실이 적다는 설명은 지역난방의 장점으로 볼 수 없다.

각 건물마다 개별 보일러가 필요 없어 연료비·인건비를 줄일 수 있는 점, 시설이 대규모여서 관리가 용이하고 열효율이 좋은 점, 고온수·고압증기를 사용해 배관 지름을 줄일 수 있는 점은 지역난방의 실제 장점이다.

코르크는 나무껍질에서 얻는 천연 유기질 보온재이다.

규조토·탄산마그네슘·유리섬유는 모두 광물질을 원료로 하는 무기질 보온재에 해당한다.

수주 연결관은 오물이 고이지 않도록 상향구배(위로 향하는 경사)로 배관해야 하며, 하향경사로 배관한다는 설명은 틀렸다.

조명을 충분히 하고 유리를 청결히 유지하는 점, 콕크를 주기적으로 분해 정비하는 점, 수주관 하부 분출관을 매일 분출해 찌꺼기를 배출하는 점은 모두 맞는 취급상 주의사항이다.

파이프렌치는 배관을 조이고 푸는 전용 공구로, 무겁다고 해서 망치 대용으로 사용해서는 안 된다. 그렇게 사용하면 렌치가 파손되거나 작업자가 다칠 위험이 있다.

부식부위 해머작업 시 보호안경 착용, 나사절삭 시 나사부를 맨손으로 만지지 않는 것, 토치램프 작업 시 소화기를 비치하는 것은 모두 올바른 안전수칙이다.

홈 조인트(groove joint)는 용접을 하지 않고 홈을 낸 관 끝에 개스킷과 커플링을 결합해 빠르게 이음하는 방식이므로, 용접 효율성이 뛰어나 배관 수명이 길어진다는 설명은 옳지 않다.

용접식·플랜지식·나사식보다 조립이 빠르고, 관 끝단 간격을 이용해 신축·유동성을 흡수하며, 플랜지식보다 볼트 사용량이 적은 것은 홈 조인트의 실제 장점이다.

표준방열량(증기난방)은 $650\ \mathrm{kcal/m^2\cdot h}$이므로 필요한 방열면적은 $\dfrac{54600}{650} = 84\ \mathrm{m^2}$이다.

쪽당 방열면적이 $0.24\ \mathrm{m^2}$이므로 필요한 쪽수는 $\dfrac{84}{0.24} = 350$쪽이 된다.

유니언식은 가운데 긴 세로선 좌우에 짧은 세로선이 하나씩 붙은 기호로 그린다. 두 관 끝을 유니언 너트로 맞물려 죄는 구조를 나타낸 것이다.

나머지 기호는 다음과 같이 구분한다.

• 관을 가로지르는 세로선 한 개: 나사식
• 관 위에 찍힌 검은 원: 용접식
• 나란한 짧은 세로선 두 개: 플랜지식

12년 출제 당시 KS 배관 도시기호 기준으로, 유니언식은 나사식과 달리 관을 돌리지 않고도 분해·조립할 수 있어 소구경 배관의 점검부에 쓰인다.

팽창탱크는 온수의 체적팽창·이상팽창에 의한 압력을 흡수하고, 장치 내 온도·압력을 일정하게 유지하며, 부족한 관수를 보충해주는 역할을 한다.

관수를 배출해 열손실을 방지한다는 설명은 팽창탱크의 실제 설치 목적과 맞지 않는다.

열사용기자재 검사기준에서는 보일러 전열면적에 따라 급수밸브·급수관의 최소 호칭지름을 정하고 있으며, 전열면적이 10㎡를 초과하는 경우 급수밸브 호칭지름은 20A 이상이어야 한다(출제 당시 기준).

전열면적 12㎡는 이 기준을 초과하므로 15A가 아닌 20A 이상의 급수밸브를 사용해야 한다.

경질 폼라버 보온통은 유기질 보온재로 안전사용 최고온도가 다른 보기보다 훨씬 낮다.

규산칼슘 보온판·글라스울 블랭킷·탄산마그네슘 물반죽 보온재는 모두 무기질 보온재로 유기질 보온재보다 높은 온도까지 안전하게 사용할 수 있다.

유기질 보온재는 내열성은 떨어지지만 시공성과 보온성이 좋아 상대적으로 저온인 배관·덕트에 주로 쓰인다.

용접이음은 이음부를 완전히 용융시켜 결합하므로 누수 우려가 적고 이음부 강도가 크며 관 두께가 균일하게 유지되는 장점이 있다.

다만 용접 시 발생하는 국부적인 가열과 냉각 때문에 이음부 주변에는 잔류응력이 남기 쉬워, 잔류응력이 거의 발생하지 않는다는 설명은 용접이음의 특성과 맞지 않는다.

디스크가 파이프 축과 직각 방향으로 오르내리며 개폐되는 슬루스 밸브(게이트 밸브)에 대한 설명이다.

완전히 열리면 디스크가 유로 밖으로 빠져나가 마찰저항 손실이 작아 난방 배관 등에 널리 쓰인다.

다만 절반만 열어 놓으면 디스크 뒷면에 와류가 생겨 유량 조절용으로는 적합하지 않다.

보일러를 정지할 때는 가장 먼저 연료의 공급을 차단하여 연소를 멈추는 것이 원칙이다.

연료 공급을 끊은 뒤에야 공기 공급을 줄이고 댐퍼를 조작하며, 증기밸브를 닫고 드레인 밸브를 여는 것은 그 다음 단계의 조치이다.

수면계는 보일러 점화 전에 기능을 점검해야 하며, 점화 후에 점검한다는 설명은 점검 시기와 맞지 않는다.

• 두 개의 수면계 지시 수위가 서로 다를 때는 즉시 점검한다.
• 프라이밍·포밍 등 이상 현상이 발생했을 때도 점검 대상이다.
• 수면계 유리관을 새로 교체했을 때도 기능을 확인해야 한다.

보일러 내처리 약제 중 탄닌은 가성취화 방지, 탈산소, 슬러지 조정 작용을 겸하는 청관제이다.

수산화나트륨은 주로 pH·알칼리도 조정, 암모니아는 pH 조정 및 부식 방지, 고급지방산폴리알콜은 포밍·프라이밍 방지용 소포제로 쓰여 성격이 다르다.

기볼트 이음은 석면시멘트관(에터니트관)의 이음법으로, 동관 이음의 종류에 해당하지 않는다.

석면시멘트관은 기볼트 이음 외에 칼라 이음, 심플렉스 이음 등으로 접합한다.

동관은 납땜(연납·경납) 이음, 플레어 이음, 플랜지 이음 등으로 접합하는 것이 일반적이다.

보일러의 정격출력은 난방·급탕·배관·시동부하를 모두 더한 H1＋H2＋H3＋H4이다.

제시된 부호는 H1이 난방부하, H2가 급탕부하, H3이 배관부하, H4가 시동(예열)부하를 뜻한다. 정격출력은 보일러가 낼 수 있는 최대 출력이므로 냉각된 배관과 보일러를 데우는 데 드는 시동부하까지 포함한다.

여기서 시동부하를 뺀 H1＋H2＋H3은 상용출력, 난방과 급탕만 더한 H1＋H2는 정미출력이다.

보온재는 비중이 작아야 가볍고 시공이 쉬우며 열전도율도 낮게 유지되므로, 비중이 크고 기계적 강도가 클 것이라는 설명은 보온재의 구비 요건과 맞지 않는다.

실제로는 장시간 사용해도 사용온도에서 변질되지 않고 시공이 용이하며 열전도율이 작은 것이 바람직한 보온재의 조건이다.

중유예열기가 증기가열식인 경우에는 가동 전에 반드시 드레인을 배출한 뒤 가열해야 하며, 드레인을 배출시키지 않은 상태로 가열한다는 설명은 점검 절차와 맞지 않는다.

드레인이 남아 있으면 수격작용이나 예열기 손상의 원인이 될 수 있어 점화 전 점검에서 반드시 제거해야 한다.

에너지이용합리화법상 연료·열·전력의 연간 사용량 합계가 2천 티오이(TOE) 이상인 자를 에너지다소비사업자로 규정한다.

에너지다소비사업자는 전년도 에너지사용량과 제품생산량 등을 관할 시·도지사에게 신고할 의무를 진다.

가정용 가스보일러 효율관리기자재 라벨에는 난방출력, 표시난방열효율, 소비효율등급 등 열효율·에너지소비 관련 항목을 표시하도록 정하고 있다.

출제 당시 고시 기준으로 1시간 사용 시 CO2 배출량은 이 라벨의 표시 항목에 포함되지 않는다.

신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법에 따라 신·재생에너지 기술개발 및 이용보급을 촉진하기 위한 기본계획은 소관 부처 장관이 수립한다.

출제 당시(2012년) 기준으로는 지식경제부장관이었으며, 이후 정부 조직 개편으로 소관 부처 명칭이 바뀌었다.

에너지법에서 에너지 사용자란 에너지사용시설의 소유자 또는 관리자를 말한다.

에너지를 생산·수입하거나 저장·판매하는 사업자는 에너지공급자 측 개념으로, 에너지 사용자의 정의와는 구분된다.

에너지수급 안정을 위한 조치는 이미 보유·공급되고 있는 에너지를 관리하는 조치들로, 에너지 판매시설의 확충과 같은 설비 신설·확장은 여기에 해당하지 않는다.

• 에너지의 비축과 저장은 수급 위기에 대비한 조치이다.
• 에너지의 배급은 제한된 물량을 배분하는 조치이다.
• 에너지공급설비의 가동 및 조업 조정도 수급 안정을 위한 조치에 포함된다.

에너지이용합리화법 시행규칙상 보일러의 개조검사 유효기간은 1년이다.

보일러의 설치검사, 설치장소 변경검사, 재사용검사의 검사유효기간도 모두 1년으로 정해져 있어 함께 묶어 외워두면 좋다.