관류보일러는 드럼 없이 급수펌프의 압력으로 관 내부에서 예열·증발·과열이 연속적으로 이루어지는 강제순환 보일러로, 초임계압력에서도 증기를 발생시킬 수 있다.
드럼을 갖춘 자연순환·강제순환 보일러와 달리 관 하나로 급수에서 증기까지 처리하는 구조가 특징이다.
자동제어 신호전달 방식 중 전기식은 신호 감쇠가 적어 전달거리가 가장 길다.
공기식은 배관 저항으로 원거리 전달이 어렵고, 유압식은 배관 손실과 누유 문제로 장거리 전달에 부적합하다.
벤슨 보일러는 드럼이 없는 관류식(수관식) 보일러로, 동체가 원통 형태인 원통형 보일러에 해당하지 않는다.
입형 횡관식, 코르니쉬, 스코치 보일러는 모두 원통형 동체를 가진 원통형 보일러로 분류된다.
수관보일러에서 증발관을 지나며 발생한 포화증기는 바로 다음 단계인 과열기로 이동하여 과열증기가 된다.
절탄기와 공기예열기는 급수·연소용 공기를 예열하는 장치로 배기가스 계통에 배치되고, 재열기는 터빈을 거친 증기를 다시 가열하는 장치라 과열기와는 배치 목적이 다르다.
보일러 부하가 과도하게 크면 증기 발생 속도에 비해 급수 공급이 따라가지 못해 오히려 저수위 쪽으로 치우치기 쉬우며, 고수위 운전이 되기 쉽다는 설명은 옳지 않다.
과부하 상태에서는 연소가 불완전해지기 쉬워 매연이 늘고 보일러 효율이 떨어지며, 수면 요동이 커져 프라이밍도 일으키기 쉽다.
수분을 전혀 포함하지 않는 증기를 건조포화증기라 하며, 이때의 건도는 0이 아니라 1(100%)이다.
건도 0은 포화수(증기가 전혀 없는 상태)를 의미하므로, 건조포화증기의 건도를 0이라고 한 설명은 틀렸다.
물이 일정 압력에서 가열되어도 온도가 더 오르지 않는 상태를 포화상태라 하고 그때의 온도·압력을 각각 포화온도·포화압력이라 하는 설명, 습포화증기가 수분을 포함하며 송기 시 장애를 일으킨다는 설명은 모두 옳다.
보일러의 열손실 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 배기가스 손실이다.
연소가스가 굴뚝으로 배출될 때 가지고 나가는 현열이 전체 열손실의 대부분을 차지하며, 노벽 방열 손실이나 미연분·무화공기에 의한 손실은 이보다 비중이 작다.
보일러 동체를 보강하는 스테이 중 가셋트 스테이는 삼각형 모양의 강판을 동체와 경판에 용접하여 보강하는 방식이다.
바 스테이와 볼트 스테이는 막대나 볼트 형태의 봉재이고, 튜브 스테이는 관(튜브) 형태로 만들어 강판과는 구조가 다르다.
바이패스 회로는 계측기나 밸브를 점검·수리하는 동안에도 유체 흐름을 계속 유지하기 위해 설치하는데, 전자밸브는 온·오프 제어용 자동 개폐 장치로 별도의 바이패스 회로를 두지 않는다.
급수량계와 급유량계는 계측기 점검 시 흐름을 유지해야 하고, 감압밸브도 정비 중 유체 공급을 끊지 않기 위해 바이패스 회로를 설치한다.
온도 변화에 따른 신축작용을 이용해 응축수를 배출하는 증기트랩은 벨로즈형(열동식)이다.
벨로즈 안에 봉입된 휘발성 액체가 온도에 따라 팽창·수축하면서 밸브를 여닫아, 온도가 낮은 응축수만 통과시키고 증기는 막는다.
- 버킷형과 플로트형은 응축수와 증기의 비중차를 이용하는 기계식 트랩이다.
- 오리피스형은 증기와 응축수의 열역학적 성질 차이를 이용하는 방식으로, 신축작용과는 무관하다.
절대압력은 계기압력에 대기압을 더한 값이므로, 계기압에서 대기압을 뺀 압력이라는 설명은 잘못되었다.
나머지 설명은 모두 옳다.
- 압력은 단위 면적당 작용하는 힘으로 정의된다.
- 표준대기압은 수은주 760mm(1atm)에 해당한다.
- 은 수두로 약 1mmAq에 해당한다.
급수내관은 찬 급수가 동체에 직접 닿아 열응력을 일으키지 않도록 안전저수위보다 약간 낮은 위치에 설치한다. 너무 높으면 수면 위로 급수가 분출되고, 너무 낮으면 저수위 시 급수가 국부적으로 집중된다.
나머지 설명은 옳지 않다.
- 인젝터는 급수온도가 높을 때 증기 응축이 잘 되지 않아 작동 불량이 생긴다. 급수온도가 낮을 때 못 쓴다는 설명은 반대이다.
- 증기 압력으로 구동되어 별도 동력이 필요 없는 것은 증기왕복펌프(워싱턴·웨어 펌프)이며, 볼류트 펌프는 전동기로 구동하는 원심펌프이다.
- 응축수 탱크의 응축수는 열과 수처리 비용을 아끼기 위해 회수하여 급수로 재사용하는 것이 오히려 일반적이다.
연도에 설치하는 댐퍼는 가스 흐름의 통로와 양을 조절하는 장치이지, 매연이나 그을음을 걸러 차단하는 장치가 아니다. 매연·분진 포집은 집진장치가 담당한다.
댐퍼의 설치 목적은 다음과 같다.
- 통풍력을 조절하거나 차단한다.
- 연소가스의 흐름을 차단한다.
- 주연도와 부연도가 있을 때 가스 흐름을 서로 교체한다.
연소가 성립하려면 가연물, 산소공급원, 점화원의 세 가지 요건이 동시에 갖추어져야 한다.
수소는 특정 물질의 명칭일 뿐 연소의 필수요건에 해당하는 일반 개념이 아니므로 여기에 속하지 않는다.
보일러 통풍 방식 중 압입통풍은 연소실 앞쪽 공기 취입구에 송풍기를 설치해 공기를 강제로 밀어 넣는 방식이다.
굴뚝 아래쪽에 흡출 송풍기를 두어 연소가스를 빨아내는 방식은 흡입(흡출)통풍에 해당하므로, 이를 압입통풍이라고 설명한 것이 틀린 내용이다.
- 자연통풍은 굴뚝 내외의 압력차(연돌효과)를 이용하는 방식으로 옳은 설명이다.
- 강제통풍은 송풍기를 이용해 공기를 공급하는 방식으로 옳은 설명이다.
- 평형통풍은 압입 송풍기와 흡출 송풍기를 함께 사용하는 방식으로 옳은 설명이다.
보일러 기름예열기(오일 프리히터)의 예열 방식 중 가장 널리 사용되는 것은 전기식이다.
전기 히터로 연료유를 직접 가열하는 방식은 구조가 간단하고 온도 조절이 쉬워 소용량 보일러에 널리 채택된다.
연료의 총 발열량 중 보일러가 흡수하지 못한 나머지가 손실열량이 된다.
총 발열량은 이다.
효율이 82%이므로 손실률은 18%이고, 손실열량은 이다.
보일러의 프리퍼지는 점화 전에 노 내에 남아있는 미연소가스를 송풍기로 배출시켜 폭발을 예방하는 조작으로, 매연 발생과는 직접적인 관계가 없다.
- 공기비를 1.0 이하로 연소시키면 산소가 부족해 불완전연소로 매연이 발생한다.
- 연료 중 회분이 과다하면 연소 후 재와 그을음이 많이 생겨 매연의 원인이 된다.
- 연소실 온도가 현저히 낮으면 완전연소가 이루어지지 않아 매연이 발생한다.
따라서 매연 발생 원인과 가장 거리가 먼 것은 프리퍼지 부족이며, 이는 오히려 미연소가스로 인한 폭발과 관련된 사항이다.
자동제어 신호전달 방식 중 공기식은 압축공기의 압력 변화로 신호를 전달하는 방식으로, 신호가 배관을 따라 이동하는 데 시간이 걸려 신호전달 지연이 발생한다는 단점이 있다.
- 가연성 가스나 분진이 있는 곳에서도 화재·폭발 위험이 없다는 것은 옳은 장점이다.
- 배관 시공이 비교적 간단하다는 것은 옳은 장점이다.
- 구조가 단순해 보존·점검이 비교적 쉽다는 것은 옳은 장점이다.
따라서 신호전달 지연이 없다는 설명은 공기식의 장점으로 잘못된 것이다.
상당증발량은 실제 증발량을 기준 증발잠열(539kcal/kg)을 이용해 100℃ 포화수에서 100℃ 건포화증기로 바꾸는 데 필요한 열량 기준으로 환산한 값이다.
급수엔탈피는 급수온도 25℃로부터 약 이고, 발생증기 엔탈피는 이다.
상당증발량은 로 계산된다.
물질의 상태(고체·액체·기체) 변화 없이 온도 변화에만 사용되는 열량을 현열이라 한다.
이와 달리 온도 변화 없이 상태 변화에만 사용되는 열량은 잠열이라고 하며, 두 개념은 서로 대비된다.
스택 스위치는 연소가스가 지나는 연도(스택) 내에 바이메탈을 설치해, 화염이 있을 때 발생하는 배기가스 열로 바이메탈이 휘어지는 신축작용을 이용해 화염 유무를 검출하는 장치이다.
구조가 간단하고 가격이 저렴하다는 장점이 있으나, 열에 의한 검출 방식이라 응답 속도가 느려 버너 용량이 작은 소형 보일러에 주로 사용된다.
따라서 버너 용량이 큰 곳에 사용된다는 설명이 틀린 내용이다.

인젝터는 증기의 분사력을 이용해 급수를 보일러 안으로 밀어 넣는 급수장치로, 증기와 물이 지나가는 순서에 따라 증기노즐 → 혼합노즐 → 분출노즐의 세 부분으로 이루어진다. 그림의 C부는 이 흐름의 마지막 단계에 해당하므로 분출노즐이다.
증기노즐은 보일러에서 온 증기를 좁은 목으로 통과시켜 속도를 크게 높이는 부분이고, 혼합노즐은 그 고속 증기가 급수와 만나 응축되면서 물을 함께 끌고 들어가 하나의 빠른 물줄기를 만드는 부분이다.
분출노즐은 단면이 점차 넓어지면서 물이 가진 속도에너지를 압력에너지로 바꾸어, 보일러 내부 압력을 이기고 급수를 밀어 넣을 수 있게 해 주는 부분이다.
전열면적이 커지면 단위시간당 증발량과 보일러 용량이 증가하지만, 이것이 곧 보일러 효율의 증가를 의미하지는 않는다.
보일러 효율은 전열면적뿐 아니라 연소효율, 열손실, 운전조건 등 여러 요인에 좌우되므로 전열면적이 크다고 해서 효율이 커진다고 단정할 수 없다.
- 전열면적이 크면 단위 시간당 증발량이 많아진다는 설명은 옳다.
- 전열면적이 크면 보일러 용량이 커진다는 설명도 옳다.
- 전열면적이 크면 증기발생에 소요되는 시간이 단축된다는 설명도 옳다.
보일러 수위 검출장치에는 플로트식, 전극식, 자석식(맥도널식) 등이 있으며, 마찰식은 수위 검출 방식으로 사용되지 않는다.
플로트식은 부자의 부력을, 전극식은 물의 전기 전도성을, 자석식은 플로트에 부착된 자석과 스위치의 자력 작용을 이용해 수위를 검출한다.
절탄기를 설치하면 연소가스 흐름에 저항(통풍저항)이 증가하여 오히려 통풍력은 감소한다.
절탄기는 배기가스의 폐열로 급수를 예열해 보일러 열효율을 높이는 장치이며, 재질에 따라 주철제와 강철제로 구분된다.
다만 배기가스 온도가 낮아지므로 절탄기 외부(저온부)에는 저온부식이 발생할 수 있다.
절대온도를 섭씨온도로 환산하면 107℃가 된다.
섭씨온도와 절대온도의 관계식은 다음과 같다.
주어진 값을 대입하면 이다.
방열기 주변과 같이 비교적 작은 신축이 발생하는 배관 부위에는 스위블형 신축이음을 주로 사용한다.
스위블형은 2개 이상의 엘보를 조합해 나사 접합부의 회전으로 신축을 흡수하는 방식으로, 방열기 지관처럼 짧은 배관에 적합하다.
- 벨로즈형은 벨로즈의 신축을 이용하는 방식으로 주로 옥내 배관에 쓰인다.
- 슬리브형은 슬리브의 미끄럼 운동으로 신축을 흡수한다.
- 루프형은 배관을 곡관 형태로 구부려 신축을 흡수하며 옥외 대형 배관에 주로 쓰인다.
이 급수의 독일경도는 2°dH이다.
독일경도는 물 1L 중에 산화칼슘(CaO) 10mg이 들어 있을 때를 1°dH로 정의한다.
산화칼슘 0.02g은 20mg이므로 가 된다.
착화 지연시간이 길어지면 그 사이 노 내에 미연소 가스가 축적되어 점화 시 한꺼번에 착화되면서 연소가스 폭발(가스폭발)이 발생할 수 있다.
따라서 점화 전 프리퍼지를 통해 노 내 잔류가스를 충분히 배출하고, 착화 지연시간이 길어지지 않도록 관리해야 한다.
보일러 동 내부의 스케일 등을 제거하는 기계적 청소에는 와이어 브러시, 스크레이퍼, 스케일 해머 등의 공구가 사용되며, 크레셔(파쇄기)는 이러한 청소 공구에 해당하지 않는다.
와이어 브러시는 문질러서, 스크레이퍼는 긁어내서, 스케일 해머는 두드려서 스케일을 제거하는 방식으로 사용된다.
점화 전에는 오히려 노 내에 남아 있는 잔류 가스를 충분히 배출(프리퍼지)해야 하며, 연료가스를 미리 노 내에 공급해 두면 가스가 축적되어 착화 시 가스폭발을 일으킬 위험이 있으므로 잘못된 조치이다.
- 수면계 수위를 자주 확인하는 것은 저수위 사고 예방을 위한 올바른 조치이다.
- 가동 중지 후에도 노 내 잔류가스를 배출하는 것은 올바른 조치이다.
- 가동 중 연소상태와 화염 유무를 수시로 확인하는 것도 올바른 조치이다.
복사난방은 실내공기를 직접 대류로 가열하지 않고 벽체·바닥 등의 복사열로 난방하므로, 환기로 인한 열손실이 대류난방에 비해 오히려 작다. 따라서 손실열량이 크다는 설명은 옳지 않다.
복사난방은 실내 상하 온도분포가 비교적 균일해 쾌감도가 높고, 별도의 방열기를 두지 않아 공간 이용도가 높다는 장점이 있는 반면, 천장이나 벽체를 가열면으로 시공하기는 어렵다.
최고사용압력이 0.6MPa이면서 전열면적이 5㎡인 보일러는 20A로 완화되는 예외에 해당하지 않으므로, 안전밸브 크기를 호칭지름 25A 이상으로 해야 한다.
강철제 증기보일러의 안전밸브는 호칭지름 25A 이상이 원칙이며, 다음에 해당하는 경우에만 20A 이상으로 할 수 있다(출제 당시 기준).
- 최고사용압력이 0.1MPa 이하인 보일러
- 최고사용압력이 0.5MPa 이하이면서 동체의 안지름 500mm 이하, 동체의 길이 1,000mm 이하인 보일러
- 최고사용압력이 0.5MPa 이하이면서 전열면적이 2㎡ 이하인 보일러
- 최대증발량이 5t/h 이하인 관류보일러
- 소용량 강철제 보일러 및 소용량 주철제 보일러
따라서 최고사용압력 0.08MPa인 보일러, 최고사용압력 0.4MPa·안지름 400mm·길이 800mm인 보일러, 최대증발량 4t/h인 관류보일러는 모두 예외에 해당해 20A 이상이면 된다.
정상적으로 송기가 시작된 이후에는 응축수가 계속 배출되도록 트랩을 통해 정상 배출시켜야 하며, 트랩을 우회하는 바이패스 밸브는 예열 단계 이후 닫아야 한다. 계속 개방해 두면 증기가 그대로 새어나가 손실이 커진다.
- 주증기관이나 헤더, 과열기의 응축수를 제거하는 것은 수격작용 방지를 위한 올바른 조치이다.
- 주증기 스톱밸브를 서서히 열어 배관을 예열하는 것도 올바른 조치이다.
- 송기 후 압력계·수면계 지시상태를 확인하고 응축수 밸브를 닫는 것도 올바른 절차이다.
외처리에서 용존가스(CO₂ 등)를 제거하는 방법에는 기폭법과 탈기법이 있다. 기폭법은 물을 공기와 접촉시켜 CO₂를 방출시키고 철·망간을 산화 제거한다. 여과법·응집법·침강법은 현탁 고형물을 제거하는 방법이다.
안전밸브가 2개 이상 설치된 경우, 그중 1개는 최고사용압력 이하에서 분출하도록 조정하고, 나머지는 최고사용압력의 1.03배 이하에서 분출하도록 하는 것이 설치검사 기준이다(출제 당시 기준).
강철제 증기보일러에서 증기 온도가 483K(210℃)를 초과하는 경우에는 압력계로 가는 증기관을 황동관이나 동관으로 사용해서는 안 된다(출제 당시 기준). 고온에서는 황동관·동관의 강도가 저하되고 부식되기 쉽기 때문이다.
건식 보존법에서는 보일러 내부에 생석회, 실리카겔, 염화칼슘 등 흡습성이 강한 건조제를 넣어 습기를 제거한다.
염화나트륨(소금)은 흡습성이 약하고 오히려 부식을 촉진할 수 있어 건조제로 사용하지 않는다.
이 방열기의 방열량은 662.4㎉/㎡·h이다.
방열기의 방열량은 방열계수와 증기·실내 온도차를 곱하여 구한다.
보일러 동 내부에 페인트를 두껍게 바르는 것은 스케일 생성을 방지하는 대책이 아니며, 오히려 열전달을 방해하고 도장 성분이 벗겨져 이물질이 될 수 있다.
- 급수 중 염류·불순물을 제거하는 것은 스케일 방지의 기본 대책이다.
- 보일러수 농축을 막기 위해 적절히 분출하는 것도 올바른 대책이다.
- 보일러수에 약품을 투입해 스케일 성분이 고착하지 않도록 하는 것도 올바른 대책이다.
점화 작업 전에는 수면계 및 수위 점검, 압력계와 콕 핸들 점검, 연도 내 미연소가스 유무 점검이 반드시 이루어져야 하지만, 보일러수의 pH 적정 여부 점검은 평소의 수질관리 항목이므로 점화 직전에 행하는 조치와는 가장 관계가 멀다.
산세정 후 중화방청 처리에는 암모니아, 하이드라진, 인산소다(인산나트륨) 등의 약품이 사용된다.
탄산칼슘은 물에 잘 녹지 않는 스케일 성분에 가까운 물질로, 중화방청 약품으로 사용되지 않는다.
보일러 급수는 약알칼리성을 유지하는 것이 가장 적합하다. 산성이면 부식이 촉진되고, 강알칼리성이면 가성취화 등의 문제가 발생할 수 있다.
가성취화 방지에는 인산나트륨, 질산나트륨, 탄닌 등의 약제가 사용되며, 암모니아는 가성취화 방지 목적으로 사용되는 약제가 아니다.
누설 가능 부위에 라이터(화기)를 사용해 점검하는 것은 가연성 가스에 불이 옮겨붙어 화재·폭발을 일으킬 수 있는 위험한 방법이므로 절대 해서는 안 된다.
- 비눗물을 묻혀 기포 발생 여부로 누설을 점검하는 것은 안전하고 올바른 방법이다.
- 가스누설 탐지기로 농도를 측정하는 것도 올바른 방법이다.
- 불연성가스로 일정 압력을 채운 뒤 압력기록계로 누설을 확인하는 것도 올바른 방법이다.
고온부식을 방지하려면 연소가스 온도를 회분(재)의 융점 이하로 유지시켜 회분이 용융되어 전열면에 부착·부식을 일으키지 않도록 해야 한다.
- 연료 중 황 성분 제거는 저온부식(황산 응축)을 막기 위한 대책이지 고온부식 대책은 아니다.
- 전열면 온도를 설계온도 이상으로 유지하는 것은 오히려 고온부식을 촉진할 수 있다.
- 첨가제로 회분의 융점을 낮추는 것은 회분이 더 쉽게 용융되게 하므로 고온부식을 악화시키는 방향이다.
점화전극의 고전압이 프레임 로드에 흐를 때의 대책은 전극과 불꽃 사이의 간격을 좁게 조정하는 것이므로, "넓게 분리한다"고 연결한 것은 잘못되었다.
- 집광렌즈가 오염되면 검출기를 분리해 청소하는 것이 옳은 대책이다.
- 증폭기가 노후되면 교체하는 것이 옳은 대책이다.
- 동력선의 영향을 받을 때는 검출회로와 동력선을 분리하는 것이 옳은 대책이다.
보일러 검사의 종류에는 제조검사(용접검사·구조검사), 설치검사, 개조검사, 설치장소 변경검사, 재사용검사, 계속사용검사 등이 있으며(출제 당시 기준), 정기검사라는 명칭의 검사는 규정되어 있지 않다.
가스 연소용 보일러의 안전장치에는 압력스위치, 화염검출기, 안전 차단밸브 등이 있으며, 이젝터는 유체를 이송·흡입하는 장치로 안전장치에 해당하지 않는다.
급격한 연소로 인한 온도 급변은 전열면의 부동팽창, 내화물의 스폴링, 그루빙·균열 등 열충격에 의한 손상을 초래한다.
반면 수격작용은 증기 배관 내 응축수와 증기가 부딪혀 발생하는 현상으로, 급격한 연소 자체와는 직접적인 관계가 없다.
강철제 보일러의 설치·시공기준상 보일러 외벽 온도는 주위 온도보다 30K를 초과해서는 안 되므로, 50K로 서술한 설명은 잘못되었다(출제 당시 기준).
- 배기가스 온도의 측정위치를 보일러 전열면의 최종출구로 하는 것은 옳다.
- 저수위안전장치가 연료차단 전에 먼저 경보를 울려야 한다는 것도 옳다.
- 정격부하 상태에서 이상진동·이상소음이 없어야 한다는 것도 옳다.
방열기 입구에 설치되어 증기나 온수의 유량을 수동으로 조절하는 밸브를 방열기 밸브라 한다.
볼 밸브·게이트 밸브는 배관 계통에서 유체를 개폐하는 일반 밸브이고, 콕 밸브는 급속 개폐용으로 방열기 유량조절 전용 밸브와는 구분된다.
에너지사용량이 대통령령이 정하는 기준량 이상인 에너지사용자(에너지다소비사업자)는 전년도의 에너지사용량, 제품생산량 등을 매년 1월 31일까지 신고해야 한다(출제 당시 기준).
에너지 수급안정을 위한 비상조치는 에너지의 비축·저장, 사용기자재의 사용제한·금지, 에너지의 배급 등 수급 위기 상황에서 시행하는 조치이다.
에너지 판매시설의 확충은 평시의 시설 투자에 해당하는 사항으로 비상조치와는 성격이 다르다.
최고사용압력이 0.2MPa인 주철제 보일러는 검사대상기기에 해당한다.
강철제·주철제 보일러는 최고사용압력이 0.1MPa 이하이면서 전열면적이 작은 소형인 경우 등에 한해 검사대상기기에서 제외되는데, 0.2MPa는 이 압력 기준을 넘으므로 검사대상이 된다(출제 당시 기준).
- 온수를 발생시키는 대기 개방형 보일러는 검사대상기기에서 제외된다.
- 축열식 전기보일러는 검사대상기기 목록에 포함되지 않는다.
- 소형온수보일러는 가스 사용량이 일정 기준(17kg/h)을 넘는 것만 검사대상이므로 15kg/h인 것은 해당하지 않는다.
산업자원부장관이 에너지관리공단이사장에게 위탁한 권한에는 에너지절약전문기업의 등록, 검사대상기기의 검사, 검사대상기기 조종자 선임·해임 신고의 접수 등이 있다(출제 당시 기준).
- 에너지사용 신고의 접수와 시공업 등록 말소 요청은 시·도지사가 처리하는 사항이다.
- 효율관리기자재의 지정은 장관이 직접 행하는 권한으로 위탁 대상이 아니다.
효율관리기자재에 에너지소비효율 등을 표시해야 하는 자는 해당 기자재를 국내에서 만들어 공급하거나 국외에서 들여오는 제조업자 및 수입업자이다.
검사대상기기 조종자를 선임하지 아니한 자는 1천만원 이하의 벌금에 처한다(출제 당시 기준의 에너지이용합리화법 벌칙 규정).