습포화 증기를 교축(스로틀링)하면 엔탈피는 거의 일정하게 유지되는 반면 압력이 낮아지면서 그 압력에서의 포화온도는 크게 떨어진다. 그 결과 습분이 점차 증발해 건도가 올라가고, 교축을 계속하면 결국 과열 증기 상태가 된다.
즉 습분이 모두 증발해 건포화 상태(건도 1)에 이른 뒤에도 압력이 더 낮아지면, 증기의 온도가 그 압력의 포화온도보다 높아져 과열 증기가 되는 것이다.
1 atm(대기압) 하에서 100 ℃ 포화수의 증발잠열은 약 이며, 여기에 0 ℃ 기준 물의 현열(약 100 kcal/kg)을 더하면 건포화증기의 엔탈피가 된다.
따라서 1 atm, 100 ℃ 포화증기의 엔탈피는 639 kcal/kg이다.
수관보일러의 기수분리기는 드럼 내에서 발생한 증기 속에 섞여 있는 수분을 분리·제거하여 건조도가 높은 증기를 배출하기 위해 설치한다.
수분이 많이 섞인 증기가 그대로 나가면 캐리오버로 이어져 배관 부식이나 터빈·과열기 손상 등을 유발할 수 있으므로, 기수분리기는 이를 예방하는 중요한 부속장치이다.
증기보일러의 안전밸브는 원칙적으로 2개 이상 설치해야 하지만, 전열면적이 50 m² 이하인 경우에는 안전밸브를 1개만 설치할 수 있도록 완화하고 있다(출제 당시 설치기준 기준).
전열면적이 작은 소형 보일러는 발생 증기량과 위험도가 상대적으로 낮기 때문에 안전밸브 1개로도 충분한 방호가 가능하다고 보는 것이다.
보일러 1마력(BHP)은 상당증발량 15.65 kg/h에 해당하며, 열량으로는 약 이다.
따라서 보일러 마력 10마력을 열량으로 환산하면 약 84350 kcal/h이다.
상당증발량은 발생증기의 실제 엔탈피와 급수 엔탈피의 차이를 기준 증발잠열 539 kcal/kg로 환산한 값이다.
발생증기 엔탈피 700 kcal/kg, 급수온도 15 ℃(급수 엔탈피 약 15 kcal/kg), 실제 증발량 5500 kg/h를 대입하면
따라서 이 보일러의 상당증발량은 약 6989.8 kg/h이다.
강제순환식 수관보일러의 순환비는 보일러수가 드럼과 수관을 순환하는 양과 실제로 증기로 바뀌는 양의 비율을 나타내는 지표이다.
정의식은 으로, 순환수량이 발생증기량의 몇 배인지를 뜻한다.
발생증기량을 급수량이나 연료사용량과 비교하는 나머지 식들은 순환비가 아니라 증발배수(발생증기량÷연료사용량)처럼 성격이 다른 지표이거나 의미 있는 정의가 아니므로 순환비와는 무관하다.
보일러 용량을 나타내는 대표적인 방법은 보일러 마력, 상당증발량, 전열면적 등으로, 모두 보일러 자체가 낼 수 있는 증발능력이나 열교환 능력을 기준으로 한다.
반면 난방부하는 건물이나 공간이 요구하는 열량을 뜻하는 값으로, 보일러의 용량 표시가 아니라 보일러 용량을 산정하기 위한 입력 조건에 해당한다.
탄소의 완전연소 반응식은 이며, 탄소 12kg(1kmol)이 반응하는 데 필요한 산소는 32kg(1kmol)이다.
몰질량비로 계산하면 가 되어, 필요한 산소량은 32kg이다.
공기 중 산소의 중량비는 약 23.2%이므로, 필요한 산소량을 이 비율로 나누면 실제 공급해야 할 공기량을 구할 수 있다.
으로 계산되어, 필요한 공기량은 약 8.0kg에 해당한다.
연도와 연돌은 연소가스를 배출하는 통로이므로, 열손실을 최소화하도록 만들어야지 열을 많이 흡수하도록 만들면 안 된다.
연도가 열을 많이 흡수하는 구조라면 배기가스 온도가 떨어져 통풍력이 약해지고 저온부식·응축 등의 문제도 생기므로, 이는 바람직한 연도·연돌 구조의 조건이 될 수 없다.
- 청소가 쉬운 구조는 유지관리 측면에서 필요한 조건이다.
- 점검이 용이한 구조 역시 안전관리를 위해 필요하다.
- 건축물 관통부에 확실한 절연(단열) 재료를 쓰는 것은 화재 예방을 위한 필수 조건이다.
중유 첨가제는 연소를 돕고 슬러지·부식 등의 문제를 줄이기 위해 사용되며, 연소촉진제·안정제·회분개질제 등이 대표적이다.
- 연소촉진제는 연소를 원활하게 돕는 첨가제이다.
- 안정제는 슬러지 발생을 억제해 연료의 안정성을 높이는 첨가제이다.
- 회분개질제는 회분(재)의 성상을 바꾸어 고온부식을 줄이는 첨가제이다.
이와 달리 탈염제는 중유 첨가제의 일반적인 분류에 속하지 않는다.
미리 정해진 순서에 따라 각 단계가 차례로 진행되고, 타이머나 릴레이의 작동 명령으로 수행되는 제어 방식을 시퀀스 제어라 한다.
- 피드백 제어는 출력값을 검출해 목표값과 비교·수정하는 방식으로 순서 제어와는 다르다.
- 프로그램 제어는 목표값 자체가 시간에 따라 미리 정해진 프로그램대로 변화하는 제어이다.
- 캐스케이드 제어는 두 개의 제어계를 조합해 하나의 출력으로 다른 제어계의 목표값을 조절하는 방식이다.
보일러의 증기압력을 제어량으로 하는 자동연소제어(A.C.C)는 조작량인 연료량과 공기량을 조절함으로써 이루어진다.
증기 소비량이 늘어 압력이 낮아지면 연료와 공기 공급을 늘리고, 압력이 높아지면 줄이는 방식으로 증기압을 일정하게 유지한다.
긴 관의 한쪽 끝에서 펌프로 압송된 급수가 관을 지나며 순서대로 가열·증발·과열되어 반대쪽 끝에서 과열증기로 나가는 형식은 관류보일러이다.
드럼 없이 하나의 긴 관 계통으로 급수에서 과열증기까지 연속적으로 처리되는 것이 관류보일러의 특징이며, 일반 수관보일러나 원통형(연관·입형) 보일러는 드럼이나 동체에서 증기와 물을 분리하는 구조를 가진다.
증기보일러에 설치하는 압력계는 사용 중 급격한 압력 상승에도 안전하게 지시할 수 있도록, 최고 눈금이 보일러 제한압력의 1.5배 이상 3배 이하인 것을 사용한다.
중유는 점성이 크고 무화·혼합에 한계가 있어 이론공기량만으로는 완전연소가 어려워 실제로는 과잉공기가 필요하며, 이 점은 석탄에 비한 중유의 장점이 아니다.
- 연소 효율이 높은 연소가 가능하다는 점은 실제로 중유의 장점에 해당한다.
- 동일 무게당 발열량이 크다는 점도 중유의 장점이다.
- 재 처리가 필요 없고 연소 조작에 드는 인력을 줄일 수 있다는 점 역시 고체연료인 석탄과 대비되는 중유의 장점이다.
액체가 증발이라는 상변화 과정 없이 그대로 기체 상태로 바뀔 수 있는 경계 압력을 임계압력이라 한다.
임계압력 이상에서는 액체와 기체의 구분이 사라지므로, 끓는 과정 없이 액상에서 기상으로 연속적으로 전이된다.
보일러를 본체 구조로 분류하면 원통보일러, 수관보일러, 관류보일러 등으로 나뉜다.
반면 온수보일러는 발생시키는 유체(온수)를 기준으로 한 사용 목적별 분류에 해당하므로, 본체 구조에 따른 분류 항목과는 성격이 다르다.
연소실 내 연소온도를 높이려면 발열량이 높은 연료를 사용하고, 연료를 완전연소시키며, 연료와 연소용 공기를 예열하는 방법이 효과적이다.
반대로 비중과 점도가 높은 연료는 무화와 혼합이 어려워 연소가 불완전해지기 쉬우므로, 연소온도를 높이는 방법이 될 수 없다.
보일러 자동제어의 목적은 안전한 운전, 경제적인 증기 생산, 인건비 절감 등에 있으며, 궁극적으로는 연료비 절감을 지향한다.
따라서 효율적인 운전으로 연료비를 증가시킨다는 설명은 자동제어가 추구하는 방향과 정반대이므로 자동제어의 목적과 관계가 없다.
보일러 안전장치에는 고·저수위 경보 및 차단장치, 가용전, 방폭문, 안전밸브 등이 포함되며, 이상 발생 시 사고를 방지하는 역할을 한다.
반면 유량계는 유체의 흐름량을 측정하는 계측기기로, 안전장치가 아니라 운전 상태를 파악하기 위한 계측장치에 해당한다.
압력의 SI 단위인 파스칼(Pa)은 단위 면적당 작용하는 힘으로 정의되어 이다.
원통보일러의 가셋 스테이는 경판이 내부 압력에 의해 변형되지 않도록 동체와 경판 사이를 강판으로 연결해, 경판을 유효하게 지지하기 위해 사용한다.
유류 보일러의 오일 프리히터는 점도가 높은 기름을 미리 가열해 점도를 낮춤으로써 버너에서의 무화(분무)를 좋게 하는 장치이다.
무화가 좋아지면 연료와 공기의 혼합이 원활해져 연소 효율이 높아진다.
과열기를 열을 전달받는 전열 방식에 따라 분류하면 복사열을 주로 받는 복사 과열기와 대류열을 주로 받는 대류(접촉) 과열기, 그리고 둘을 겸한 복사대류 과열기로 나뉜다.
병류·향류·혼류 과열기는 연소가스와 증기의 흐름 방향 관계에 따른 분류이므로, 전열 방식에 의한 분류와는 기준이 다르다.
기체연료는 매연이 적고 자동제어에 적합하며 이론공기량에 가까운 공기로도 완전연소가 가능하다는 장점이 있다.
다만 기체연료는 누설될 경우 공기와 혼합되어 폭발이나 화재의 위험이 크므로, 누설시에도 재해의 위험이 없다는 설명은 기체연료의 특징과 맞지 않는다.
난방 배관이나 방열기 내부에 정체된 공기는 밀도가 낮아 배관의 높은 위치에 모이므로, 이를 배출하기 위한 공기빼기 밸브는 높은 위치에 설치한다.
증기 사용 배관계통에 설치하는 증기트랩은 증기는 통과시키지 않고 응축수만 선택적으로 배출시키기 위한 장치이다.
응축수가 배관에 고이면 워터해머나 열효율 저하의 원인이 되므로, 트랩을 통해 이를 신속히 제거한다.
강철제 보일러의 수압시험은 규정된 시험 수압에 도달한 후 그 압력을 일정 시간 유지한 뒤 누설 여부 등을 검사한다.
이때 유지 시간은 30분 이상으로 하며, 이는 출제 당시(2003년) 검사기준에 따른 수치이다.
보일러 설치시공기준상 보일러의 운전성능 검사는 원칙적으로 정격부하 상태에서 실시한다.
이는 출제 당시(2003년) 기준에 따른 것으로, 보일러가 최대 능력을 낼 수 있는 조건에서 성능을 확인하기 위함이다.
강철제 증기보일러를 옥내에 설치할 때 동체 상부에서 천정까지의 거리는 1.2m 이상을 확보하도록 규정하고 있으며, 이는 출제 당시(2003년) 설치기준에 따른 수치이다.
이 공간은 보일러 상부의 점검·정비 작업과 부속장치 설치를 위해 필요하다.
강철제 온수발생보일러는 온수 온도가 120℃ 이상인 경우 안전밸브를 설치하도록 규정하고 있으며, 이는 출제 당시(2003년) 설치기준에 따른 수치이다.
온수온도가 그보다 낮은 경우에는 안전밸브 대신 방출밸브나 방출관을 설치할 수 있다.
강철제 또는 주철제 보일러는 용량이 1t/h 이상이면 급수량 등을 확인할 수 있는 유량계를 설치하도록 규정하고 있으며, 이는 출제 당시(2003년) 설치기준에 따른 수치이다.
보일러 운전 중 압력계가 정상적으로 작동하는지 확인할 때는 압력계 앞에 설치된 삼방콕(코크)을 조작해 압력계를 대기와 연결시켜 지침이 0점으로 돌아오는지 점검한다.
운전 중인 상태에서 압력계를 떼어내 표준압력계와 비교하거나 운전을 중단시키는 방법은 실용적이지 않고, 압력계를 두드려 보는 방법은 정확한 확인법이 아니다.
운전 중 수면계 유리관이 파손되면 고온·고압의 물과 증기가 함께 분출되므로 신속한 초기 조치가 중요하다.
이때는 화상 위험이 큰 고온수의 분출을 먼저 막기 위해 물 콕(수측 콕)을 먼저 닫고, 이어서 증기 콕을 닫은 다음 드레인 콕을 열어 잔류 물을 배출한다.
가마울림은 연소실이나 연도 내에서 연소가스가 주기적으로 진동하며 소음을 내는 현상으로, 연료 중 수분이 많거나 연료·공기의 혼합이 나빠 연소속도가 느린 경우, 연도에 굴곡부가 많아 가스 흐름이 원활하지 않은 경우 등에 발생한다.
반면 2차 공기를 가열(예열)해 사용하는 것은 연소를 촉진해 연소속도를 안정시키는 데 도움이 되므로, 가마울림의 원인과는 거리가 멀다.
① 연소용 공기를 차단한다.
② 연료를 차단한다.
③ 다른 보일러와 연락을 차단한다.
④ 서서히 급수한다.
이상 저수위를 발견하면 연료 차단 → 연소용 공기 차단 → 다른 보일러와의 연락 차단 → 서서히 급수 순으로 조치한다.
가장 급한 것은 연료를 끊어 가열을 멈추는 일이다. 안전저수위 아래로 내려간 상태에서 계속 때면 노통·수관이 과열되어 압궤나 파열로 이어진다.
연료를 끊은 뒤 연소용 공기를 차단해 노내를 식히고, 다른 보일러와 연결된 증기 계통의 연락을 끊어 증기가 역류하거나 압력이 걸리지 않게 한다.
급수는 맨 나중이다. 과열된 동체에 찬물을 한꺼번에 넣으면 급냉으로 파열될 수 있으므로 충분히 냉각된 뒤 서서히 급수해야 한다. 출제 당시(2003년) 기준의 비상조치 단계다.
보일러 급수는 스케일과 부식을 방지하기 위해 경도가 낮은 연수이고, 유지분이 없으며, 용존가스가 제거된 물이어야 한다.
다만 급수의 액성은 약알칼리성을 유지해야 관 내부 부식을 억제할 수 있으므로, 급수가 약산성 또는 중성인 것은 급수 수질로 적합하지 않은 조건이다.
보일러 운전 중 정상적인 수위는 수면계 유리관 길이의 1/2 정도에서 일정하게 유지되는 상태이다.
1/4 정도로 낮게 유지되면 저수위 사고의 위험이 있고, 수위가 상하로 크게 흔들리거나 수면계 전체가 물로 채워지는 상태는 프라이밍·포밍 등 이상 현상이나 계측 이상을 의심할 수 있는 상태이다.
보일러를 정지시킬 때 만수보존법을 적용하는 경우, 보일러수에 가성소다(수산화나트륨) 등의 알칼리제를 첨가해 pH를 높여 부식을 방지한다.
보존수의 알칼리도를 유지함으로써 산소에 의한 강재 부식을 억제하는 것이 만수보존법의 원리이다.
가스폭발을 방지하려면 점화 전에 댐퍼를 열어 노 내부를 환기시키고, 점화 시에는 공기를 먼저 공급하며 소화 시에는 연료밸브를 먼저 잠그는 순서를 지켜야 한다.
실화가 발생했을 때도 즉시 버너 밸브를 닫고 노 내를 환기한 뒤 재점화해야 미연소 가스가 쌓이는 것을 막을 수 있다.
반대로 연소율을 높이기 위해 연료를 한꺼번에 다량으로 공급하면 미처 연소되지 못한 연료가 노 내에 쌓여 가스폭발의 위험이 커지므로, 이는 부적합한 방법이다.
제시된 보기 중 나머지는 모두 개인 보호구이지만 다이아프램은 압력을 감지하거나 유체를 격리하는 얇은 막 형태의 기계 부품으로 작업안전 도구가 아니다.
안전모·귀마개·마스크는 각각 머리·청각·호흡기를 보호하는 대표적인 개인보호구(PPE)이다.
보일러 건식 보존법은 보일러 내부를 완전히 건조시킨 뒤 흡습성 건조제를 넣어 밀폐 보관하는 방법으로, 염화나트륨(소금)은 건조제로 사용되지 않는다.
생석회·실리카겔·염화칼슘은 모두 습기를 강하게 흡수하는 대표적인 건조제이다.
연료 중 바나듐(V) 성분은 연소 시 오산화바나듐 등 저융점 화합물을 만들어 과열기 등 고온부에 부착·용융되며 고온부식을 일으킨다.
반면 유황(S)은 연소가스 중 SOx가 낮은 온도에서 응축되어 황산을 생성함으로써 절탄기·공기예열기 등에서 저온부식을 일으키는 원인이 된다.
라미네이션(lamination)은 보일러 강판이나 관이 제조 과정의 결함으로 두 겹의 층을 이루며 분리된 상태를 말한다.
강판 내부에 비금속 개재물 등이 층을 형성하면 강도가 저하되고 팽출·균열의 원인이 될 수 있다.
- 화염에 닿아 강판이 불룩 튀어나오는 현상은 팽출(bulge)이다.
- 응력의 불균일로 동체 일부가 눌려 들어가는 현상은 압궤(collapse)이다.
- 강판 표면이 국부적으로 부식되어 구멍이 생기는 현상은 점식(pitting)이다.
가스용 보일러의 연료배관은 진동이나 처짐을 막기 위해 관경에 따라 정해진 간격으로 고정장치를 설치해야 하며, 관경 13mm 미만인 배관은 1m마다 고정장치를 설치하는 것이 원칙이다(13mm 이상 33mm 미만은 2m마다, 33mm 이상은 3m마다).
- 배관 표면 색상은 흰색이 아니라 황색(가스 배관 식별색)으로 도색한다.
- 강관은 원칙적으로 노출 시공하며, 매몰 시공은 부식·누설 확인이 어려워 지양한다.
- 배관 이음부와 전기개폐기 사이는 60cm 이상 떨어뜨려야 하므로 30cm 이상이라는 설명은 기준에 미달한다.
이 수치는 출제 당시(03년) 가스 배관 시공기준을 따른 것으로, 최신 기준은 관련 법령·KGS 코드를 따로 확인해야 한다.
원통보일러(노통연관식 등)의 보일러수는 부식과 스케일을 억제하기 위해 약알칼리성으로 관리하며, 적정 pH 범위는 11.0~11.8 수준이다.
pH가 너무 낮으면 산성 부식이 촉진되고, pH가 지나치게 높으면 가성취화나 포밍(foaming)의 위험이 커지므로 이 범위를 벗어나지 않도록 관리한다.
직립형 유류 온수보일러에서는 연소가스가 연관을 통해 빠르게 빠져나가며 열손실이 커지는 것을 막기 위해 연관 내부에 배플 플레이트(baffle plate)를 설치하여 가스 흐름을 지연시키고 전열 시간을 늘린다.
- 겔로웨이 튜브는 노통보일러의 노통 내부에 설치하는 전열 촉진용 횡관이다.
- 프라이밍관은 증기 취출부에서 기수분리를 돕는 장치이다.
- 스테이는 평판을 보강하는 버팀 부재이다.
가연성 가스 배관의 누설 여부를 확인할 때 화기(라이터 등)를 이용해 점검하는 것은 절대 금지되며, 이는 오히려 화재·폭발을 유발하는 위험한 행위이다.
실제 점검은 비눗물 도포, 가스누설탐지기, 배관에 불연성가스를 채운 후 압력 변화를 기록계로 확인하는 방법 등을 사용한다.
온수 표준방열량()을 기준으로 필요한 방열 면적을 구하면 이다.
이 면적을 쪽당 표면적 으로 나누면 쪽이 되어, 필요한 방열기 쪽수는 100쪽이다.
정상적으로 송기가 시작된 이후에는 트랩이 정상 작동하므로 바이패스 밸브는 닫아 트랩을 통해서만 응축수가 배출되도록 해야 하며, 바이패스 밸브를 계속 열어두면 증기가 그대로 새어나가 열손실과 수격의 원인이 된다.
주증기관·헤더·과열기의 응축수 제거, 스톱밸브를 서서히 열어 예열, 송기 후 계기 확인과 응축수 밸브 폐쇄는 모두 기수공발·수격작용을 막기 위한 정상적인 조치이다.
과열기에 부착된 안전밸브는 본체(동체)의 안전밸브보다 먼저 분출되도록 조정한다. 과열기 안전밸브가 나중에 열리면 과열기 내부에 증기 흐름이 없어 과열기가 과열·손상될 수 있기 때문이다.
- 안전밸브가 2개 이상이면 분출압력을 서로 다르게 설정하여 일시에 다량의 증기가 방출되지 않도록 한다.
- 설정압력에서 작동하지 않을 때 밸브를 두드리거나 시트를 임의로 조작하는 것은 금지된 위험한 행위이다.
- 다른 보일러와 연결하여 사용할 때는 최고사용압력이 낮은 보일러를 기준으로 안전밸브를 조정해야 한다.
보일러 내처리는 보일러수 자체에 약품(청관제)을 투입해 경도 성분을 무해화하거나 pH·용존산소를 조절하는 방법으로, 청관제 투입법이 이에 해당한다.
이온교환법, 침강법, 진공탈기법은 모두 보일러에 급수를 넣기 전에 처리하는 외처리 방법이다.
목표에너지원단위란 에너지를 사용하여 만드는 제품의 단위당 에너지사용 목표량(건축물의 경우 단위면적당 에너지사용 목표량)을 뜻한다. 에너지다소비업체 등이 에너지 절감 목표를 설정·관리할 때 사용하는 기준이다.
이는 출제 당시(03년) 에너지이용합리화법령의 정의를 기준으로 한 것으로, 현재는 관련 법령·고시를 확인해야 한다.
검사대상기기의 검사는 크게 제조 단계의 제조검사와 설치·사용 단계의 검사로 나뉘며, 제조검사에는 구조검사와 용접검사가 포함된다.
설치검사·개조검사·설치장소변경검사는 제조가 끝난 기기를 실제로 설치·개조하거나 설치 장소를 옮길 때 받는 설치·사용단계 검사에 해당한다.
이는 출제 당시(03년) 기준이며, 현재는 검사 체계가 개정되었을 수 있으므로 최신 법령을 확인해야 한다.
특정열사용기자재인 보일러의 설치·시공범위는 통상 설치, 배관, 세관 등 시공업 등록범위에 속하는 작업으로 한정되며, 기기의 시험은 검사기관이 수행하는 검사 업무 영역이지 시공범위에 포함되지 않는다.
이는 출제 당시(03년) 법령 기준이며, 세부 범위는 개정 이력이 있을 수 있다.
에너지관리지도 결과 에너지가 손실되는 요인을 줄이기 위하여 필요하다고 인정되면 주무부처 장관은 해당 에너지관리대상자에게 그 손실 요인의 개선을 명할 수 있다(개선명령). 권고에 그치는 것이 아니라 이행 의무가 따르는 명령이라는 점이 핵심이다.
등록 취소나 지도의 재실시는 이 경우에 규정된 조치가 아니다.
이는 출제 당시(03년, 동력자원부장관) 표현이며 현재는 소관 부처 명칭과 대상자 명칭(에너지다소비사업자)이 개정되었으므로 최신 법령을 확인해야 한다.
에너지절약전문기업(ESCO)의 등록에 관한 사항은 주무부처의 권한 중 에너지관리공단(현 한국에너지공단) 이사장에게 위탁된 업무이다.
특정열사용기자재 시공업 등록과 에너지사용량(에너지관리대상자) 신고는 시·도지사가 처리하는 사항이고, 효율관리기자재의 지정은 주무부처 장관이 직접 고시로 정하는 사항이다.
이는 출제 당시(03년) 법령 기준이며, 현재는 소관 기관 명칭 등이 개정되었을 수 있다.
에너지이용합리화법령상 에너지공급설비는 에너지를 생산·전환·수송·저장하기 위해 설치하는 설비를 말하며, 에너지 개발설비는 이러한 공급설비의 정의 범주에 포함되지 않는다.
에너지 전환설비, 수송설비, 생산설비는 모두 에너지공급설비에 해당한다.
이는 출제 당시(03년) 법령 기준이다.