10년 4회차

보일러 분출장치는 관수 중 불순물 농축 방지, 스케일 고착·슬러지 생성 방지, 관수 pH 조절 등 수질 관리를 목적으로 설치한다.

발생증기의 압력 조절은 안전밸브나 압력조절기의 역할이지 분출장치의 설치목적과는 관계가 없다.

노통은 길이가 길어 열팽창에 의한 신축과 외압에 약하므로, 노통을 약 1m 정도 길이로 나누어 그 이음부의 판 끝을 굽혀 플랜지 모양으로 만든 뒤 리벳(또는 용접)으로 접합한다. 이 이음을 아담슨 조인트라 한다.

굽힌 부분이 신축을 흡수해 열응력을 완화하고 노통의 강도를 보강하는 역할을 한다.

주철제 보일러는 주형으로 제작해 복잡한 구조 설계와 섹션 증감에 의한 용량 조절이 용이하고 내식성이 우수하지만, 주철 자체가 취성재료라 강한 압력에 견디기 어려워 저압용으로만 사용된다.

따라서 고압으로 사용되어 파열 시 피해가 크다는 설명은 주철제 보일러의 실제 특징과 반대되는 잘못된 내용이다.

자동제어의 신호전달방식 중 공기식은 압축공기의 압력 변화로 신호를 전달하는 방식으로, 전기식·유압식에 비해 신호전송 속도가 느려 시간지연이 크고 전송거리가 대략 100~150m 정도로 제한된다.

수관식 보일러는 보유수량이 적고 관경이 작아 고압·대용량에 적합한 구조로, 증발량이 적어 소용량에 적당하다는 설명은 사실과 반대다.

수관식은 오히려 대용량 설비에 널리 쓰이며 증발량이 크다.

• 보유수량이 적어 부하변동 시 압력변화가 큰 것은 수관식의 실제 특징이다.
• 관경이 작아 고압에 적당하다는 것도 맞는 설명이다.
• 보일러수 순환이 좋고 효율이 높다는 것도 수관식의 특징이다.

열정산에서 증기압력은 보일러 출구에서 측정한 압력을 기준으로 하므로, 보일러 입구에서 측정한다는 설명은 틀렸다.

• 연료온도를 유량계 전에서 측정하는 것은 맞는 방법이다.
• 절탄기가 있는 경우 급수온도를 절탄기 전에서 측정하는 것도 옳은 방법이다.
• 과열기가 있는 경우 증기온도를 과열기 출구에서 측정하는 것도 옳은 방법이다.

초음파식은 액체연료를 초음파 진동으로 미립화하는 무화(분무)연소방식에 속하며, 경질유의 기화연소방식에는 해당하지 않는다.

기화연소방식은 연료를 가열·기화시켜 연소시키는 방식으로 포트식, 심지식, 증발식 등이 이에 속한다.

임계점에서는 액체와 기체의 구별이 없어지면서 증발잠열이 0이 되므로, 증발잠열이 약 10kcal/kg 정도라는 설명은 틀렸다.

• 임계점에서 포화수의 증발현상이 없고 액체·기체 구별이 없어진다는 것은 맞는 설명이다.
• 물의 임계온도가 374.15℃라는 것도 맞는 수치다.
• 습증기의 체적팽창 범위가 0이 된다는 것도 임계점의 특징이다.

과열기를 전열방식으로 나누면 복사형, 접촉(대류)형, 복사접촉형(병용형)의 세 가지이며, 병행류형은 이 분류에 해당하지 않는다.

병행류형은 연소가스와 증기의 흐름 방향에 따른 분류(병류형·향류형·혼류형)에서 쓰이는 이름으로, 전열방식에 따른 구분과는 기준 자체가 다르다.

코트렐 집진기는 고전압 전기장으로 분진을 하전·포집하는 전기식 집진장치이다.

• 스크레버(세정식) 집진기는 액체로 세정해 포집하는 습식 집진기다.
• 백필터 집진기는 여과포로 걸러내는 여과식 집진기다.
• 사이클론 집진기는 선회류의 원심력을 이용하는 원심력식 집진기다.

프로판과 같은 기체연료는 공기와의 혼합이 쉬워 완전연소에 필요한 공기비가 가장 낮다(대략 1.1~1.3).

고체연료인 코크스나 액체연료인 중유·경유는 연료와 공기의 혼합이 상대적으로 어려워 더 많은 과잉공기가 필요하므로 공기비가 높다.

실제공기량과 이론공기량의 비 m에서 $(m-1)\times100\%$는 이론공기량을 초과하여 공급된 공기의 비율, 즉 과잉공기율을 나타낸다.

m 자체는 공기비를 의미하고, m에서 1을 뺀 값이 이론공기량 대비 초과분의 비율이 된다.

증기드럼 내 증기취출구에 설치되어 증기 속 수분이 함께 취출되는 것을 막는 장치는 비수방지관이다.

• 워터실링(수봉)관은 관 내부에 물을 채워 밀봉함으로써 가스의 역류나 누설을 막는 관이다.
• 주증기관은 발생한 증기를 사용처로 보내는 배관 자체를 말한다.
• 베이퍼록 방지관은 연료 계통에서 증기폐색을 막기 위한 것이다.

스택 스위치는 배기가스의 온도 변화로 화염 유무를 검출하는 방식으로, 응답속도가 느려 버너의 분사·정지에 시간이 많이 걸린다.

이런 특성 때문에 스택 스위치는 주로 소용량 보일러에 사용된다.

고위발열량은 저위발열량에 수소 연소로 생긴 물과 수분의 증발에 따른 잠열을 더해 구한다.

$H_h = H_l + 600 \times (9H + W)$

수소 함량 $H=0.12$, 수분 $W=0.004$를 대입하면 $600 \times (9 \times 0.12 + 0.004) = 600 \times 1.084 = 650.4\ \mathrm{kcal/kg}$

따라서 고위발열량은 $9850 + 650.4 \approx 10{,}500\ \mathrm{kcal/kg}$이다.

가스배관의 고정장치 설치간격은 관경에 따라 정해지는데, 13mm 이상 33mm 미만인 배관은 2m마다 고정장치를 설치한다.

25mm 배관은 이 구간에 해당하므로 2m 간격 기준이 적용된다.

참고로 13mm 미만은 1m마다, 33mm 이상은 3m마다 고정한다.

온도가 일정할 때 기체의 비체적(부피)이 압력에 반비례한다는 법칙은 보일의 법칙이다.

• 샤를의 법칙은 압력이 일정할 때 부피가 절대온도에 비례한다는 법칙이다.
• 보일-샤를의 법칙은 두 법칙을 결합해 압력·부피·온도의 관계를 나타낸 것이다.
• 주울의 법칙은 전류에 의한 발열량 또는 기체의 내부에너지가 온도만의 함수라는 내용으로, 압력과 비체적의 관계를 말하는 법칙이 아니다.

보일러 자동제어의 인터록에는 프리퍼지 인터록, 저수위 인터록, 압력초과 인터록, 불착화 인터록, 저연소 인터록 등이 있으며, 고연소 인터록은 표준적으로 분류되는 인터록 종류에 해당하지 않는다.

흡수액을 이용해 CO2, O2, CO를 순서대로 흡수·측정하는 화학적 가스분석계는 오르사트 가스분석계이다.

• 전기식 CO2계는 CO2 하나만 전기적 성질로 측정하는 방식이다.
• 헴펠식도 흡수식이지만 CO2, 중탄화수소, O2, CO의 순으로 측정하는 방식이어서 세 성분 순서와는 다르다.
• 가스크로마토그래픽 분석계는 물리적 분리 방식으로 여러 성분을 측정하는 기기다.

온도차가 클수록 전도·대류·복사 어느 방식이든 이동하는 열량이 증가한다는 것은 옳은 설명이다.

• 밀도차에 의한 열의 이동은 복사가 아니라 대류다.
• 열관류율과 열전달율은 단위가 $\mathrm{kcal/m^2\,h\,^\circ C}$로 동일하다.
• 열전달율과 열전도율은 각각 $\mathrm{kcal/m^2\,h\,^\circ C}$와 $\mathrm{kcal/m\,h\,^\circ C}$로 단위가 다르다.

상당증발량은 실제증발량과 증기·급수의 엔탈피 차를 이용해 계산하며, 보일러 효율값은 이 계산식에 필요하지 않다.

$G_e = \dfrac{G_a (h_2 - h_1)}{539}$ 형태의 식에서 $h_2$는 증기엔탈피, $h_1$은 급수엔탈피이다.

압력은 단위 면적에 작용하는 힘으로 정의된다.

단위 부피당 힘이나 무게를 비중량으로 나눈 값 등은 압력의 정의와는 다른 개념이다.

통풍저항이 큰 대형·고성능 보일러에는 압입통풍과 흡입통풍을 함께 사용하는 평형통풍방식이 널리 쓰인다.

평형통풍은 노내압을 대기압에 가깝게 유지하면서도 큰 통풍력을 얻을 수 있어 대형 설비에 유리하다.

필요열량은 물의 질량과 비열, 온도차로 구한다.

$Q = 400 \times 1 \times (80-20) = 24{,}000\ \mathrm{kcal}$

열효율은 $\eta = \dfrac{24{,}000}{40{,}000} \times 100 = 60\%$이다.

전력의 열량 환산은 $1\ \mathrm{kW} = 860\ \mathrm{kcal/h}$를 기준으로 한다.

$50 \times 860 = 43{,}000\ \mathrm{kcal/h}$

액체 표면뿐 아니라 내부에서도 기화가 일어나는 현상은 비등이다. 증기압이 주위 압력과 같아지거나 커질 때 나타난다.

• 증발은 액체 표면에서만 기화가 일어나는 현상이다.
• 승화는 고체가 액체를 거치지 않고 바로 기체로(또는 그 반대로) 변하는 현상이다.
• 융화는 이 현상을 가리키는 용어가 아니다.

고온의 증기가 부르동관에 직접 닿는 것을 막아 부르동관을 보호하기 위해 압력계 앞에 설치하는 것이 사이폰관이다.

사이폰관 내부에 응축수가 고이게 하여 증기의 열이 직접 부르동관에 전달되지 않도록 한다.

회전분무식 버너는 액체연료를 원심력으로 미립화하는 유류 버너로, 기체연료의 예혼합 연소방식 버너에 해당하지 않는다.

예혼합 연소방식은 연료가스와 공기를 미리 혼합해 연소시키는 방식으로 저압버너, 고압버너, 송풍버너 등이 이에 속한다.

1차 제어장치가 제어명령을 내리고 2차 제어장치가 이를 바탕으로 제어량을 조절하는 방식은 캐스케이드제어이다.

• 프로그램제어는 미리 정해진 순서와 시간에 따라 목표값을 변화시키는 방식이다.
• 정치제어는 목표값이 시간에 관계없이 일정한 제어다.
• 비율제어는 두 개 이상의 제어량을 일정한 비율로 유지하는 제어다.

강철제 보일러의 소음은 보일러 측면·후면에서 1.5m 떨어진 곳의 1.2m 높이에서 측정하며, 그 값이 95dB 이하여야 한다는 것이 출제 당시 검사기준의 수치다.

측정 위치와 한계값이 함께 묶여 출제되므로 세트로 외워두면 좋다. 다만 검사기준은 개정될 수 있으므로 실제 적용 시에는 현행 기준을 확인해야 한다.

글랜드 패킹 없이 금속제 벨로우즈로 밸브축을 감싸 공기 침입과 누설을 막는 팩리스 구조를 가진 것은 방열기 밸브이다.

방열기 밸브에는 콕형, 스톱밸브형과 함께 이러한 팩리스(벨로우즈)형이 있으며, 증기·온수의 유량을 수동으로 조절하는 데 쓰인다.

주증기밸브를 처음 열 때 단번에 완전히 열면 증기가 급격히 밀려들어 워터해머(수격작용)가 발생하기 쉬우므로 틀린 조치다.

• 밸브를 열기 전 드레인 밸브를 열어 응축수를 완전히 배출시키는 것은 올바른 예방조치다.
• 바이패스밸브로 먼저 주증기관을 데우는 것도 올바른 방법이다.
• 바이패스밸브가 없을 때 주증기밸브를 조금씩 조심스럽게 여는 것도 옳은 방법이다.

주증기밸브는 항상 서서히 열어 배관을 충분히 예열한 뒤 완전히 개방해야 한다.

증기의 순환과 응축수 배출이 빠르고 방열량 조절 범위가 넓어 대규모 난방에 많이 쓰이는 방식은 진공환수식 증기난방이다.

진공펌프로 환수관 내를 감압하여 응축수 회수를 촉진하기 때문에 대규모 배관망에서도 원활한 순환이 가능하다.

증기보일러는 원칙적으로 안전밸브를 2개 이상 설치해야 하지만, 전열면적 50㎡ 이하인 경우에는 1개 이상으로 설치할 수 있도록 정하고 있다.

다만 이는 출제 당시 법령 기준의 수치이므로, 실제 적용 시에는 현행 기준을 확인해야 한다.

파이프렌치를 망치 대용으로 사용하면 렌치가 손상되거나 작업자가 다칠 위험이 있어 금지되는 행위이므로, 사용해도 된다는 설명은 틀렸다.

• 부식부위 해머작업 시 보호안경을 착용하는 것은 올바른 안전수칙이다.
• 나사절삭 시 나사부를 맨손으로 만지지 않는 것도 올바른 수칙이다.
• 토치램프 작업 시 소화기를 비치하는 것도 올바른 수칙이다.

연소실 내 온도를 낮추면 오히려 불완전연소와 열손실이 늘어 열효율이 떨어지므로, 열효율 향상대책으로는 틀린 설명이다.

열효율을 높이려면 연소실 온도를 적정 수준으로 높게 유지하고 열손실을 억제하며, 운전조건을 양호하게 유지하고 연소장치에 맞는 연료를 사용해야 한다.

실내조명 등 열발생원에 의한 취득열량은 냉방부하 계산에서 고려하는 항목으로, 손실열량이 중심인 난방부하 계산과는 거리가 멀다.

난방부하는 벽·지붕·바닥의 두께와 보온상태, 건물의 위치(방위)와 일사·풍량, 바닥에서 천장까지의 높이 등 열손실 요인을 중심으로 산정한다.

검사대상기기로서의 철금속가열로는 단조가 가능하도록 가열하는 것을 주목적으로 하는 노 중에서 정격용량이 0.58MW(약 50만 kcal/h)를 초과하는 것을 말한다.

따라서 기준 수치는 500,000kcal/h다. 다만 관련 고시는 개정될 수 있으므로 실제 적용 시에는 현행 기준을 확인해야 한다.

보일러조종자는 담당 보일러의 검사 시 입회하여야 하므로, 입회하지 않아도 된다는 설명은 틀렸다.

• 안전관리·운전효율 향상·환경보전을 위해 노력해야 한다는 것은 조종자의 기본 준수사항이다.
• 각종 안전장치의 정상작동 여부를 점검해야 하는 것도 맞는 준수사항이다.
• 운전효율 향상을 위한 운전조건을 점검해야 하는 것도 옳은 내용이다.

보일러를 정지할 때는 연료 공급 차단을 가장 먼저 수행하고, 노 내 잔류 가스를 완전히 배출한 뒤 공기(통풍) 공급을 정지하는 순서로 진행한다.

연료를 먼저 끊지 않고 통풍부터 멈추면 미연소 가스가 노 내에 남아 재점화나 폭발의 위험이 커지기 때문에, 연료 차단 다음 단계로 공기 공급을 정지하는 것이 안전한 절차이다. 주증기 밸브를 닫거나 댐퍼를 닫는 조작은 그 이후 단계에 해당한다.

증기난방의 표준방열량은 $650\ \mathrm{kcal/m^2 \cdot h}$이며, 필요한 방열기 표면적은 난방부하를 표준방열량으로 나누어 구한다.

$A=\dfrac{15{,}000}{650}=23.08\ \mathrm{m^2}$

섹션 수는 이 표면적을 섹션당 표면적 $0.15\ \mathrm{m^2}$로 나눈 값이다.
$n=\dfrac{23.08}{0.15}=153.8 \Rightarrow 154$개(절상)로 섹션 수는 154개이다.

증기공급법은 증기 주관을 방열기보다 아래에 두고 위로 올려 보내는지, 위에 두고 아래로 내려 보내는지에 따라 상향 공급식과 하향 공급식으로 나뉜다. 따라서 증기공급법에 속하는 것은 상향 공급식이다.

• 기계 공급식은 응축수 환수 방식(중력환수·기계환수·진공환수)의 분류에 속한다.
• 진공 공급식 역시 환수방식의 분류이지 증기공급법이 아니다.
• 단관 공급식은 배관의 관수(단관식·복관식)에 대한 분류이다.

온수온돌 기초바닥의 방수처리는 지면의 습기와 수분이 바닥재·배관에 미치는 악영향을 막기 위한 것으로, 단열효과 저하를 막는 것이지 초래하는 것이 목적이 될 수 없다.

수분증발로 인한 열손실 방지, 장판 부식 방지, 배관 부식 방지는 모두 방수처리의 실제 목적에 해당한다.

절탄기나 과열기에 바이패스가 설치된 경우, 장시간 정지 후 점화준비 단계에서는 바이패스 댐퍼를 열어 연소가스가 절탄기·과열기를 우회하도록 해야 한다. 이 시점에는 절탄기 쪽 급수나 과열기 쪽 증기 흐름이 없어 냉각이 되지 않기 때문이다.

바이패스 댐퍼를 닫으면 연소가스가 전량 절탄기·과열기 쪽으로만 흘러 국부 과열이나 손상을 일으킬 수 있으므로, 닫는 것은 잘못된 조작이다.

팽창탱크는 온수의 온도 상승에 따른 체적 팽창분을 흡수하여 배관계 내 압력을 일정하게 유지하는 장치이므로, 팽창한 물의 배출을 막아 열손실을 촉진한다는 설명은 목적에 반한다.

실제로는 팽창수를 탱크에 저장했다가 필요 시 보충수로 활용하고, 공기를 배출하며 운전 정지 후에도 장치 내 일정 압력을 유지시켜 온수 온도를 지키는 것이 팽창탱크의 역할이다.

급수처리는 스케일 생성·고착 방지, 부식 방지, 가성취화 발생 감소를 직접 목적으로 한다.

배관 내 수격작용은 증기트랩이나 배관 설계, 응축수 처리와 관련된 현상으로 급수처리의 직접적인 목적과는 거리가 멀다.

수면계를 점검할 때는 먼저 물콕과 증기콕을 모두 닫고 드레인콕을 열어 유리관 내부의 물과 증기를 배출시키는 것이 가장 먼저 해야 할 조작이다.

이후 순서대로 콕을 다시 열어 통수관·통기관이 정상적으로 작동하는지 확인하는 절차로 이어진다.

보일러 옥내설치 기준상 동체 최상부에서 천장·배관 등 상부 구조물까지의 거리는 원칙적으로 1.2m 이상을 두어야 하지만, 소형보일러 및 주철제보일러는 0.6m 이상으로 완화하여 설치할 수 있도록 정하고 있었다(출제 당시 시행규칙 기준).

보일러 성능시험(열정산) 기준상 강철제 증기보일러의 증기건도는 98% 이상이어야 한다.

습증기 상태로 취출되는 수분 비율을 일정 수준 이하로 관리해야 정확한 성능 평가가 가능하기 때문에 정해진 기준이다.

버너가 2대 이상 설치된 경우에도 한 대씩 순차적으로 점화해야 하며, 2대를 동시에 점화하는 것은 잘못된 방법이다.

중유는 점도가 분무에 적합하도록 예열하고, 점화봉으로 반드시 점화하며, 연료 종류와 연소실 열부하에 따라 2~5초의 점화제한시간을 두는 것은 모두 올바른 수동점화 절차이다.

복사난방은 실내 평균온도를 낮게 유지하면서도 쾌감도가 높아 손실열량이 작은 것이 장점이므로, 평균온도가 높아 손실열량이 크다는 설명은 복사난방의 실제 특성과 반대된다.

실내 온도분포가 균일하고 쾌감도가 높은 점, 바닥면 이용도가 높은 점, 대류가 적어 바닥먼지 상승이 적은 점은 모두 복사난방의 실제 장점이다.

보일러 수(水) 외처리는 보일러 외부에서 원수를 미리 처리하는 방법으로 여과법, 증류법, 기폭법, 이온교환법 등이 해당한다.

청관제 사용법은 보일러 내부에 약품을 투입하는 내처리 방식에 해당하므로 외처리의 종류로 볼 수 없다.

보일러에서 증발시킨 증기량을 소비한 연료량으로 나눈 비율을 증발배수(evaporation ratio)라고 한다. 즉, 연료 1kg이 몇 kg의 증기를 발생시켰는지를 나타내는 지표로, 보일러 성능 평가의 기본 척도다. 증발량(절대값), 증발율(시간당 발생량), 증발압력(압력 조건)은 모두 개별 요소이므로 두 가지를 비교하는 비율을 나타내지 않는다.

난방배관의 관경은 유량 및 유속, 관 마찰저항, 배관길이 등 유체 흐름과 압력손실에 관련된 요소로 결정된다.

관의 재질과 제조회사는 관의 내구성이나 시공 편의와 관련될 뿐, 관경을 산정하는 직접적인 요소는 아니다.

검사대상기기의 검사는 제조검사, 설치검사, 개조검사 등으로 구분되어 있었다(출제 당시 열사용기자재 관리규칙 기준).

"유효검사"라는 명칭의 검사 종류는 존재하지 않는다.

검사대상기기의 검사, 폐기·사용중지·설치자 변경 신고의 접수, 에너지절약전문기업의 등록 등은 에너지관리공단에 위탁된 업무에 해당한다(출제 당시 기준).

반면 검사대상기기조종자의 자격기준을 정하는 것은 제도의 근간을 정하는 사항으로 공단에 위탁되지 않고 소관 행정청이 직접 정하는 사항이다.

에너지이용합리화법상 소형온수보일러는 전열면적 14㎡ 이하이면서 최고사용압력 0.35MPa 이하의 온수를 발생하는 보일러로 정의되어 있었다(출제 당시 기준).

에너지사용계획에는 에너지 수요예측 및 공급계획, 에너지 수급에 미치는 영향분석, 에너지이용 효율 향상방안 등이 포함된다.

열사용기자재의 판매계획은 개별 기업의 영업 계획에 해당할 뿐, 국가에 제출하는 에너지사용계획의 구성 항목이 아니다.

에너지이용합리화법 시행령에서 규정하는 "에너지다소비사업자"는 연료·열 및 전력의 연간 사용량의 합계가 2,000 toe(石油換算톤) 이상인 자를 말한다. 이는 에너지 사용량에 따른 사업자 분류 기준으로, 에너지 절약 및 효율 개선 의무 대상을 결정하는 중요한 기준값이다.

에너지이용합리화법은 에너지의 수급 안정, 합리적이고 효율적인 이용 증진, 환경피해 감소, 지구온난화 최소화를 목적으로 한다.

"합리적이고 비효율적인 이용을 증진"한다는 표현은 그 자체로 모순되는 서술이므로 법의 목적이 될 수 없다.