08년 1회차

흡입관의 저항이 작은 경우는 오히려 흡입측 압력손실을 줄여 캐비테이션 발생 가능성을 낮추므로, 캐비테이션 발생원인과는 무관하다.

• 흡입양정이 지나치게 크면 흡입측 압력이 포화증기압 이하로 떨어지기 쉽다.
• 유속이 빠르면 국부적으로 압력이 급격히 낮아진다.
• 관로 내 온도가 상승하면 포화증기압이 높아져 기포가 발생하기 쉬워진다.

액체 연료의 기화연소 방식은 연료를 가열해 증기 상태로 만든 뒤 연소시키는 방법으로 포트형·심지형·증발형 등이 해당한다.

반면 펌프형은 연료를 펌프로 고압 압송해 노즐에서 무화(분무)시켜 연소시키는 방식으로, 기화연소가 아니라 무화연소에 속하므로 기화연소 방법의 종류에서 제외된다.

상당증발량(환산증발량)은 실제 발생증기를 100℃ 표준 상태의 증발량으로 환산한 값으로, 급수 엔탈피와 발생증기 엔탈피의 차를 이용해 구한다.

$G_e = \dfrac{G_a \times (h_2 - h_1)}{539}$ 형태의 식이 옳으며, 여기서 $G_e$는 상당증발량, $G_a$는 실제증발량, 539는 100℃ 물의 증발잠열(kcal/kg)이다.

발생증기 엔탈피(h2)에서 급수 엔탈피(h1)를 빼는 순서가 바뀌거나 분모에 다른 값을 쓰면 틀린 식이 된다.

연관은 노통연관식과 같이 연소가스가 관 내부를 흐르는 연관식(노통연관식) 보일러의 구성 요소로, 물이 관 내부를 흐르는 수관식 보일러와는 구조적으로 무관하다.

송기관·강수관(하강관)·기수분리기는 모두 수관식 보일러에서 증기와 물의 순환 및 송기를 담당하는 부속 요소이다.

긴급연료차단밸브(전자밸브)는 보일러 운전 중 위험 상황을 감지한 인터록 신호와 연동되어 자동으로 연료를 차단한다. 압력차단 스위치·저수위 경보기·화염 검출기는 각각 압력 이상, 저수위, 실화(失火)를 감지해 이 인터록에 신호를 보내는 대표적인 장치이다.

스테빌라이저는 화염을 안정시키는 보염장치의 일종으로, 연료차단밸브를 직접 작동시키는 연계 장치에 해당하지 않는다.

보일러 자동제어는 흔히 A.B.C(Automatic Boiler Control)로 약칭한다.

연소제어(ACC), 급수제어(FWC), 증기온도제어(STC)는 보일러 자동제어를 구성하는 개별 제어 항목의 명칭이지, 보일러 자동제어 전체를 가리키는 약호는 아니다.

보염장치는 연소용 공기의 흐름을 조절하고 화염의 형상을 정리해 착화를 확실하게 하고 화염을 안정시키는 것이 목적이다.

따라서 화염의 불안정을 도모한다는 설명은 보염장치의 기능과 정반대이므로 틀린 설명이다.

절탄기(economizer)는 배기가스의 폐열을 회수해 급수를 예열하는 열회수 장치로, 보일러 효율을 높이는 부속설비이지 안전장치가 아니다.

화염 검출기, 고저수위 경보기, 방폭문은 각각 실화·수위 이상·노내 이상압력을 감지하거나 방출해 사고를 예방하는 안전장치이다.

보일러 공기예열기는 연소실로 보내는 공기를 미리 가열하여 연료 절감과 효율을 높이는 장치로, 전열식(튜브형 열교환기), 재생식(회전식 예열기), 증기식(증기 이용) 세 가지로 분류된다. 방사식은 보일러 공기예열기의 표준 분류에 없는 용어이며, 열전달 방식 중 복사열을 나타내는 개념일 뿐 예열기 종류로 구분되지 않는다.

기체연료는 연소효율이 높고 적은 과잉공기로도 완전연소가 가능하며, 연소 조절과 점화·소화가 용이하다.

연소 후 매연이나 먼지 발생이 적어 환경오염 물질 배출이 적은 것이 기체연료의 장점이므로, 오염물질이 많이 배출된다는 설명은 틀렸다.

연료의 단위량이 완전연소할 때 발생하는 열량을 발열량이라 한다.

엔탈피는 물질이 지닌 열역학적 에너지량, 잠열과 현열은 상태변화나 온도변화에 수반되는 열의 종류를 가리키는 용어로 연료의 연소열을 정의하는 개념과는 다르다.

강제 통풍은 압입통풍·흡입통풍·평형통풍으로 나뉘며, 연소실 입구에 송풍기를 두고 굴뚝 쪽에 배풍기를 함께 설치한 방식을 평형통풍이라 한다. 자연통풍은 굴뚝 높이와 배기가스 온도에 따라 통풍력의 한도가 정해진다.

강제통풍이라 해도 연소 후 발생하는 매연과 분진은 그대로 남으므로 별도의 집진장치가 필요 없다는 설명은 틀렸다.

코니시 보일러에서 노통을 동체 중심에서 편심으로 설치하는 가장 중요한 목적은 노통 위쪽과 아래쪽 수공간의 크기를 다르게 하여 보일러수의 순환을 원활하게 하기 위함이다.

편심 배치로 가열된 물이 상승하고 찬물이 하강하는 대류 순환이 촉진되어 전열이 고르게 이루어진다.

비례동작(P동작)만으로는 부하 변동 시 잔류편차(off-set)가 남는 한계가 있다.

적분동작(I동작)은 편차가 존재하는 시간에 비례해 조작량을 계속 누적시켜 이 잔류편차를 없애는 특성을 가진 제어동작이다.

급수 중의 불순물이나 침전물, 농축된 보일러수를 외부로 배출하기 위해 설치하는 밸브는 분출밸브이다.

급수역지밸브는 급수의 역류를 막고, 안전밸브는 이상 고압을 방출하며, 증기밸브는 발생증기를 송기하는 용도로 각각 목적이 다르다.

보일러 효율은 연소효율과 전열효율의 곱으로 구한다.

$0.95 \times 0.85 = 0.8075$

따라서 보일러 효율은 약 81%이다.

압력을 계속 높이면 어느 지점에서 액체와 기체의 밀도 차이가 사라지고 증발잠열이 0kcal/kg이 되는데, 이 상태를 임계점이라 한다.

삼중점은 고체·액체·기체 세 상이 동시에 평형을 이루는 점이고, 비등점은 일정 압력에서 액체가 끓기 시작하는 온도로 임계점과는 다른 개념이다.

물의 현열은 $Q = m \times c \times \Delta t$ 로 구하며, 물의 비열 $c = 1\ \mathrm{kcal/(kg\cdot^\circ C)}$를 적용한다.

$Q = 1200 \times 1 \times (90-30) = 72000\ \mathrm{kcal}$

따라서 필요한 열량은 72000kcal이다.

외분식 보일러는 연소실이 보일러 본체 외부에 설치되는 구조로, 연소실 개조가 쉽고 연료 선택 범위가 넓으며 노내 온도를 높게 유지할 수 있다는 장점이 있다.

다만 전열면이 화염과 직접 닿는 면적이 적어 복사열 흡수는 오히려 적은 편이므로, 복사열 흡수가 많다는 설명은 틀렸다.

고저수위 경보기 중 플로트(부자)의 위치 변위에 따라 연동된 수은 스위치를 기울여 접점을 On/Off 시켜 경보를 발하는 방식을 맥도날식 경보기라 한다.

기계식·자석식·전극식 경보기는 각각 다른 감지 원리(기계적 링크, 자석 흡인, 전극봉의 통전 여부)로 작동한다.

열의 일당량은 열량 1kcal에 해당하는 일의 양을 나타내는 값으로 $427\ \mathrm{kgf \cdot m/kcal}$이다.

이는 일을 열량으로 환산하는 일의 열당량($\dfrac{1}{427}\ \mathrm{kcal/(kgf \cdot m)}$)과 서로 역수 관계에 있는 값이다.

관류 보일러는 기수를 분리하는 드럼이 따로 없이, 급수 펌프로 압입된 물이 긴 관을 통과하는 동안 예열-증발-과열 과정을 거쳐 그대로 과열증기로 배출되는 구조이다.

수관식 보일러는 증기와 물을 분리하는 기수드럼을 갖추고 있고, 연관 보일러도 큰 동체(드럼) 안에서 기수가 분리되므로 드럼이 없는 관류 보일러와 구별된다.

버너에서 연료를 분사한 뒤 정해진 시간이 지나도 착화가 확인되지 않으면 전자밸브를 닫아 연료 공급을 차단하는 제어를 불착화 인터록이라 한다.

저수위 인터록은 수위 이상, 프리퍼지 인터록은 점화 전 노내 환기 미실시, 저연소 인터록은 저연소 상태 확인과 관련된 제어로 착화 실패 감지와는 목적이 다르다.

상당증발량은 단위 시간당 100℃ 표준상태로 환산한 증발량을 나타내는 값이므로 그 단위는 kgf/h이다.

kcal/h는 시간당 열량의 단위이고, kgf는 시간 개념이 빠진 값, kgf/kcal은 열량당 무게를 뜻하는 조합이어서 상당증발량의 단위로는 적절하지 않다.

오일 프리히터(유류예열기)는 점도가 높은 중유 등을 예열해 무화가 잘 되도록 하는 장치로 연료공급 계통의 부속설비에 해당한다.

콤버스터와 버너 타일은 화염을 안정시키는 노내 연소실 구성 요소이고, 슈트 블로워는 전열면의 그을음(수트)을 제거하는 장치로 연료공급과는 계통이 다르다.

공기비(m)는 실제공기량을 이론공기량으로 나눈 값으로 정의되므로 $m = \dfrac{A}{A_t}$이다.

이를 정리하면 $A = m \times A_t$가 되어, 실제공기량은 공기비에 이론공기량을 곱한 값과 같다.

전기식 집진장치(전기집진기)는 고전압으로 분진 입자를 하전시켜 전극에 포집하는 방식으로, 집진효율이 매우 높으면서도 가스가 넓은 공간을 통과하므로 압력손실은 낮은 것이 특징이다.

원심력식·여과식·세정식 집진장치는 상대적으로 압력손실이 크거나 미세분진 포집효율이 전기식보다 낮다.

수격작용(워터해머)은 증기관 속에 응축수가 고여 있는 상태에서 주증기 밸브를 급히 열거나 다량의 증기를 급히 송기할 때, 빠른 유속의 증기가 응축수 덩어리를 밀어붙이며 배관에 충격을 주는 현상이다.

관경이 넓을수록 유속이 느려져 응축수와 부딪히는 충격이 줄어들므로, 관경이 넓을수록 수격작용이 잘 일어난다는 설명과는 거리가 멀다.

열정산은 보일러에 공급된 열(입열)과 유효하게 사용되거나 손실된 열(출열)을 항목별로 나누어 집계하는 것으로, 에너지 보존 법칙에 따라 입열의 총합과 출열의 총합은 같아야 한다.

입열이 출열보다 크거나 작다는 설명, 또는 서로 무관하다는 설명은 에너지 보존 원리에 어긋난다.

염산은 값이 저렴해 경제적이고 물에 대한 용해도가 크며, 부식억제제(인히비터)를 첨가하면 부식을 억제하면서도 세관할 수 있다.

염산은 스케일에 대한 용해 능력이 큰 편이어서 보일러 세관에 널리 쓰이므로, 스케일 용해 능력이 작다는 설명은 틀렸다.

석면은 내열성과 절연 효과가 우수해 과거 보온재로 널리 쓰였으나, 미세 섬유를 흡입하면 폐암·석면폐증 등을 유발할 수 있어 현재 사용이 규제되고 있다.

우레탄 폼, 펠트, 그라스 울은 각각 다른 특성을 가진 보온재로 석면과 같은 발암성 규제 대상은 아니다.

주철제 보일러의 수압시험압력은 최고사용압력이 0.43MPa 이하인 경우 최고사용압력의 2배로 하되, 그 값이 0.2MPa에 미달하면 0.2MPa로 하는 기준이 적용된다(출제 당시 기준).

$0.15\ \mathrm{MPa} \times 2 = 0.3\ \mathrm{MPa}$이며 이는 0.2MPa 이상이므로, 수압시험압력은 0.3MPa이 된다.

유류연소 보일러를 정지할 때는 유류예열기의 전원을 미리 차단해 온도를 낮추고, 수위를 정상보다 조금 높게 유지한 뒤 버너 운전을 정지하는 것이 일반적인 절차이다.

버너 정지 후에는 노내와 연도를 충분히 환기(포스트퍼지)하되, 환기가 끝나면 댐퍼를 닫아 통풍을 차단해 노내가 급랭되거나 여열이 빠져나가지 않도록 해야 한다. 따라서 환기시키면서 댐퍼를 연다는 조치는 올바르지 않다.

버너를 분리해 청소하고 기름 누설 여부를 점검하는 것은 정지 후 점검 절차로 타당하다.

진공환수식 증기난방에서 환수관 내의 압력을 대기압보다 낮게 유지해야 응축수 회수가 원활해지는데, 이때 진공 개폐기(진공펌프의 진공도 조절 장치)는 환수관 내의 진공도를 100~250mmHg 정도로 유지시킨다.

이 범위를 벗어나 진공도가 지나치게 낮거나 높으면 환수 및 공기 배출 성능이 떨어질 수 있다.

안전모, 귀마개, 마스크는 작업자의 신체를 보호하기 위해 착용하는 대표적인 개인보호구(작업 안전 도구)이다.

다이아프램은 압력을 감지해 신호로 변환하는 검출부 등에 쓰이는 부품(격막)으로, 작업자가 착용하는 안전 도구가 아니다.

보일러를 점화한 뒤 급격히 가열하면 각 부위의 온도 상승 속도 차이로 열팽창(신축)이 고르게 일어나지 못해, 이음 부분에 무리한 응력이 걸려 누설이나 파손이 발생할 우려가 있다.

이 때문에 점화 초기에는 서서히 가열하여 보일러 각 부재가 고르게 팽창하도록 하는 것이 원칙이다.

포밍(foaming)은 보일러수 표면에 거품이 발생해 수위 판별을 어렵게 하고 캐리오버를 유발하는 현상으로, 급수 중에 포함된 유지(油脂) 성분이 수면장력을 낮춰 거품이 잘 생기게 하는 주된 원인이 된다.

pH, 경도 성분, 용존 산소는 각각 부식·스케일·산소부식과 관련이 깊은 수질 인자로 포밍의 직접 원인과는 구분된다.

기름이 잘 무화(분산)되는 것은 정상적인 연소 조건이며 점화 불량의 원인이 아니다.

점화 불량은 대개 연료나 공기 조건이 비정상일 때 나타난다.

• 기름의 온도가 너무 낮거나 높으면 점도와 무화 상태가 나빠져 점화가 어려워진다.
• 1차 공기압력이 과대하면 화염이 불안정해져 점화가 잘 안 된다.
• 유압이 낮으면 연료 공급량 자체가 부족해 점화가 어려워진다.

방열기 방열량은 온수 순환량 × 비열 × 입출구 온도차로 구하며 이 조건에서는 18000 Kcal/h가 된다.

$Q = G \times C \times (t_1 - t_2)$

$Q = 600 \times 1 \times (90-60) = 18000\ \mathrm{Kcal/h}$

강철제 소형보일러는 표시정격용량 이상의 부하에서 고위발열량 기준으로 열효율 75% 이상을 만족해야 한다.

이는 보일러 검사기준에서 정한 최저 열효율 수치이며, 08년 출제 당시 기준이다.

온수 방열기의 EDR(상당 발열면적)당 표준 방열량은 450 Kcal/㎡·h이다.

참고로 증기 방열기의 표준 방열량은 650 Kcal/㎡·h로 온수보다 크다.

보일러 외부의 저온부식은 배기가스 중 황성분이 응축되어 황산으로 변하면서 생기므로, 연료 중 황분을 제거하는 것이 근본적인 방지법이다.

• 저온 전열면에 침식(부식)에 약한 재료를 쓰는 것은 방지책이 아니라 오히려 부식을 키운다.
• 배기가스 온도를 노점 이하로 유지하면 오히려 황산이 응축되어 저온부식이 심해진다.
• 과잉공기량을 늘리면 SO₂가 SO₃로 전환되기 쉬워져 부식이 오히려 악화된다.

온수보일러 순환펌프는 점검·수리 시에도 온수 순환이 끊기지 않도록 바이패스 회로를 설치하는 것이 원칙이므로, 바이패스 회로를 두지 않는다는 설명은 틀린 내용이다.

• 모터 부분을 수평으로 설치하는 것은 정상적인 설치 방법이다.
• 흡입측에 여과기(스트레이너)를 설치해 이물질 유입을 막는 것도 올바른 설치 방법이다.
• 전원콘센트와의 거리를 최소로 하여 배선을 짧게 하는 것도 일반적인 시공 원칙이다.

증기난방에서 응축수 환수 방식에 따른 분류에는 중력환수식, 기계환수식, 진공환수식이 있으며, 이 중 펌프로 강제 회수하는 방식이 기계환수식이다.

• 고압식은 증기 압력에 따른 분류이다.
• 상향 공급식은 증기 공급관의 배관 방향에 따른 분류이다.
• 단관식은 공급관과 환수관을 하나로 겸용하는지에 따른 배관 방식 분류이다.

연소효율은 공급된 열량에 대해 실제로 연소되어 발생한 열량의 비율로 정의된다.

$\eta_{c} = \dfrac{\text{실제연소열}}{\text{공급열}} \times 100$

안전 저연소율보다 부하를 낮춰 연소시키면 불완전연소로 미연소가스가 쌓이기 쉽지만, 반대로 부하를 높여서 연소시키는 것은 미연소가스 발생과 거리가 멀다.

• 심한 불완전연소는 산소 부족 등으로 미연소가스를 남긴다.
• 점화조작에 실패하면 노내에 미연소 연료가 그대로 남는다.
• 연소 정지 시 연료가 노내에 스며들면 미연소 상태로 남아 위험하다.

최고사용압력 0.7 MPa인 강철제 증기보일러는 안전밸브 크기 축소가 허용되는 예외에 해당하지 않으므로, 원칙대로 호칭지름 25A 이상이어야 한다.

호칭 20A 이상으로 완화되는 경우는 최고사용압력 0.1MPa 이하인 보일러, 최고사용압력 0.5MPa 이하이면서 동체 안지름 500mm 이하·길이 1000mm 이하인 보일러, 최고사용압력 0.5MPa 이하이고 전열면적 2㎡ 이하인 보일러, 최대증발량 5t/h 이하인 관류보일러, 소용량 보일러 등으로 한정된다(08년 출제 당시 기준).

보일러수 분출 작업은 고온·고압수를 다루는 위험 작업이므로 안전상 최소 2명 이상이 함께 실시하는 것이 원칙이다.

1명이 단독으로 분출밸브를 조작하다 이상이 생기면 신속한 대응이 어렵기 때문에, 상호 확인이 가능하도록 2인 1조 이상으로 작업한다.

보일러 수위를 안전저수위 이하로 운전하는 것은 과열방지 대책이 아니라, 오히려 저수위로 인한 과열·손상을 유발하는 위험한 운전이다.

• 화염을 국부적으로 집중시키지 않는 것은 국부 과열을 막는 대책이다.
• 보일러수 순환을 양호하게 하는 것은 열이 고르게 전달되도록 하는 대책이다.
• 보일러수를 너무 농축시키지 않는 것은 스케일 부착으로 인한 국부 과열을 막는 대책이다.

급수장치에서 보조펌프를 생략할 수 있는 관류보일러의 기준은 전열면적 100㎡ 이하이므로, 150㎡ 이하라고 한 설명은 틀린 내용이다.

• 전열면적 12㎡ 이하인 보일러는 보조펌프를 생략할 수 있다.
• 전열면적 14㎡ 이하인 가스용 온수보일러도 보조펌프를 생략할 수 있다.
• 인젝터는 연료(열) 공급이 즉시 차단되지 않아 과열될 우려가 있는 보일러의 예비 급수장치로 쓰이므로 맞는 설명이다.

(08년 출제 당시 기준)

복사난방은 방열체 온도가 낮고 열용량이 커서 반응이 느리기 때문에 외기 온도가 급변할 때 실내 온도 조절이 어렵다는 것이 단점이며, 조절이 쉽다는 설명은 틀린 내용이다.

• 바닥 전체가 방열면이 되므로 바닥 이용도가 높다는 것은 맞는 설명이다.
• 복사열로 실내를 고르게 데우므로 실내온도가 균등하다는 것도 맞는 설명이다.
• 실내 평균온도를 낮게 유지할 수 있어 열손실이 비교적 적다는 것도 맞는 설명이다.

리프트 피팅은 저압환수관이 진공펌프 흡입구보다 낮은 위치에 있을 때, 응축수를 흡입구 높이까지 끌어올리기 위해 사용하는 배관 이음 방법이다.

환수관과 펌프 흡입구 사이에 높이차가 있는 특수한 배치에서 필요한 시공 방법으로, 방열기·환수관·펌프가 같은 높이이거나 방열기보다 낮은 곳에 환수주관이 있는 일반적인 배치와는 다르다.

보일러 연소실은 고온을 유지해야 완전연소가 이루어지므로, 연소실 내부를 저온으로 유지한다는 설명은 틀린 내용이다.

• 보일러를 무리하게 가동하지 않는 것은 올바른 주의사항이다.
• 연소량을 급격히 증감하지 않는 것도 올바른 주의사항이다.
• 연소용 공기의 과부족에 항상 주의하는 것도 올바른 주의사항이다.

수면계 수위가 예민하게 잘 움직인다는 것은 수면계가 정상 작동하고 있다는 뜻이므로, 이 경우는 별도의 시험이 필요 없는 경우에 해당한다.

• 프라이밍·포밍이 발생했을 때는 실제 수위를 신뢰할 수 없어 시험이 필요하다.
• 2개의 수면계 수위가 서로 다를 때도 어느 쪽이 정확한지 확인하는 시험이 필요하다.
• 수위가 의심스러울 때는 당연히 시험으로 확인해야 한다.

에너지이용합리화법령상 에너지 이용합리화 기본계획은 5년마다 수립하도록 정하고 있다(08년 출제 당시 기준, 소관부처는 당시 산업자원부).

열사용기자재 관련 규정상 검사대상기기의 계속사용검사를 받으려는 자는 유효기간 만료 10일 전까지 검사 신청서를 제출해야 한다(08년 출제 당시 기준).

에너지 판매시설을 늘리는 것은 개별 사업자의 시설 확충일 뿐, 국가 차원의 에너지 수급안정을 위한 조치로 법에서 규정한 항목이 아니다.

• 에너지 비축과 저장은 수급 위기에 대비하는 대표적 조치이다.
• 에너지공급 설비의 가동 및 조업 조정도 수급안정 조치에 해당한다.
• 에너지의 배급 역시 위기 상황에서 시행되는 수급안정 조치이다.

에너지이용합리화법상 에너지 사용자와 공급자는 에너지 절약과 함께 온실가스 배출을 줄이기 위해 노력해야 하는 책무를 진다.

수급안정 노력이나 기자재 효율 기술개발, 지역경제 시책은 각각 국가·사업자 등 다른 주체의 역할에 더 가깝다.

최저소비효율기준에 미달하는 효율관리기자재의 생산 또는 판매 금지명령을 위반한 자에 대한 벌칙은 징역형 없이 2천만원 이하의 벌금으로 규정되어 있다.

징역형이 함께 규정된 다른 벌칙 조항과 혼동하기 쉬우나, 이 위반행위는 벌금형만 두고 있는 점이 포인트다(08년 출제 당시 기준).

에너지이용합리화법상 에너지를 사용하여 만드는 제품의 목표에너지원단위는 산업자원부장관이 정하여 고시한다(08년 출제 당시 기준, 현행 산업통상자원부).