03년 2회차

열전달의 기본 방식은 전도, 대류, 복사 세 가지이며, 발산은 열전달 방식의 명칭으로 사용되지 않는다.

과열기는 열을 전달받는 방식에 따라 구분되며, 연소가스와 직접 접촉하며 대류열을 주로 이용해 가열되는 형식을 접촉 과열기라 한다.

화염의 복사열을 주로 이용하는 것은 복사 과열기이며, 두 가지를 함께 이용하는 것은 복사접촉과열기이다.

증기보일러의 용량(능력)은 시간당 발생 증기량을 기준으로 나타내며, 일반적으로 Ton/h 단위를 사용한다.

보일러 효율은 발생 증기가 얻은 열량을 연료가 공급한 열량으로 나누어 구한다. $\eta = \dfrac{G_a \times (h_2 - h_1)}{G_f \times H_l} \times 100$

여기서 $G_a = 1878\ \mathrm{kg/h}$, $h_2-h_1 = 740-20 = 720\ \mathrm{kcal/kg}$, $G_f = 160\ \mathrm{kg/h}$, $H_l = 10000\ \mathrm{kcal/kg}$이다.

$\eta = \dfrac{1878 \times 720}{160 \times 10000} \times 100 \approx 84.5\%$

따라서 이 보일러의 효율은 약 84.5%이다.

보일러 열정산은 에너지보존법칙에 따라 이루어지므로, 입열(공급된 열량)과 출열(소비된 열량의 합)은 반드시 같아야 한다.

출열에는 유효하게 이용된 열뿐 아니라 배기가스 손실, 방열손실 등 각종 손실열이 모두 포함되므로, 손실이 많다고 해서 입열과 출열의 총합이 달라지는 것은 아니다.

보일러 마력은 실제증발량이 아니라 상당증발량(equivalent evaporation)을 15.65로 나눈 값으로 정의되므로, 실제증발량을 539로 나누는 식은 잘못되었다.

$539\ \mathrm{kcal/kg}$은 100℃ 물의 증발잠열로, 상당증발량을 구할 때 나누는 값이지 보일러 마력의 정의식에 직접 쓰이지 않는다.

• 증발계수는 발생증기 엔탈피에서 급수 엔탈피를 뺀 값을 539로 나누어 구하는 것이 맞다.
• 보일러 효율은 연소효율과 전열효율의 곱으로 나타낼 수 있다.
• 화격자 연소율은 매시간 연료(석탄) 소비량을 화격자 면적으로 나눈 값이 맞다.

역화(back fire)는 노 내에 미연소 가스나 연료가 남아있다가 뒤늦게 한꺼번에 착화·폭발적으로 연소하며 화염이 역류하는 현상으로, 착화 지연, 프리퍼지 부족, 압입통풍 과다는 모두 노 내에 미연소 성분이 쌓이거나 압력이 역류하는 조건과 직접 관련된다.

반면 2차 공기의 과대한 예열은 연소를 촉진하는 요인일 뿐 역화 발생과는 직접적인 관련이 적다.

공기비(공기과잉률)가 완전연소 시보다 커지면 실제로 사용되지 않고 남는 과잉공기가 늘어나므로 배기가스 중 산소(O2) 농도가 증가한다.

반대로 CO2 농도는 과잉공기에 의해 희석되어 낮아지고, 불완전연소 생성물인 CO는 공기비가 충분할수록 오히려 줄어든다.

중유 연소장치에서 사용되는 버너에는 유압을 이용해 무화하는 유압 분무식, 증기의 힘을 이용하는 증기 분무식, 회전체의 원심력을 이용하는 회전 분무식 등이 있다.

살포식은 고체연료(석탄)를 화격자 위에 뿌려 연소시키는 방식으로, 중유 등 액체연료용 버너의 종류에 해당하지 않는다.

중유를 예열할 때는 안전을 위해 예열온도를 인화점보다 낮게 유지해야 하며, 인화점보다 5℃ 높게 한다는 설명은 잘못되었다.

점도는 비중이 클수록 커지고, 인화점이 높으면 그만큼 착화가 곤란하며, 인화 후에도 연소가 계속 유지되는 온도를 연소점이라 하는 것은 모두 맞는 설명이다.

연료의 발열량은 듀롱(Dulong)식 계열의 공식으로 구하며, 각 성분의 질량비를 대입한다. $H_h = 8100C + 34000\left(H-\dfrac{O}{8}\right) + 2500S$

$C=0.85,\ H=0.07,\ O=0.05,\ S=0.01$을 대입하면 $H_h \approx 6885 + 2168 + 25 = 9078\ \mathrm{kcal/kg}$이다.

여기서 수분에 의한 증발잠열을 빼면 저위발열량이 되며 $H_l = H_h - 600(9H+W)$, $W=0.02$를 대입하면 $H_l \approx 9078 - 600 \times 0.65 \approx 8688\ \mathrm{kcal/kg}$으로 계산된다.

사용하는 계수(수소 항 34000/28600 등)에 따라 약 8,700 kcal/kg 안팎으로 값이 조금씩 달라지지만, 나머지 보기와는 1,000 kcal/kg 이상 차이가 나므로 약 8734 kcal/kg이 정답이 된다.

자동제어장치의 조절기는 작동에 사용하는 신호·동력원에 따라 전기식, 공기식(공압식), 유압식으로 구분하는 것이 일반적이며, 기계식은 이러한 조절기 작동방식의 분류에 해당하지 않는다.

보일러 자동제어(ABC)는 크게 연소제어, 급수제어, 증기온도(과열증기온도)제어 등으로 구성되며, 위치제어는 보일러 자동제어의 범주에 포함되지 않는다.

비열은 어떤 물질 1kg의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량으로 정의되므로, 단위는 $\mathrm{kcal/(kg \cdot ^{\circ}\mathrm{C})}$, 즉 kcal/kg·℃이다.

일산화탄소의 완전연소 반응식은 $2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2$이다.

반응식의 계수를 그대로 몰(kmol) 비로 읽으면 CO : O2 : CO2 = 2 : 1 : 2가 된다.

원통보일러 중 노통이 2개인 것은 랭커셔 보일러이며, 코니시 보일러는 노통이 1개인 원통보일러이다.

케와니 보일러와 스코치 보일러는 노통연관식(노통과 연관을 함께 갖춘) 보일러로, 노통이 2개인 원통보일러와는 구조가 다르다.

절대온도(K)와 섭씨온도(℃)의 관계는 $T(K) = t(^{\circ}\mathrm{C}) + 273$이다.

따라서 $t = 380 - 273 = 107^{\circ}\mathrm{C}$가 된다.

과열기·공기예열기·절탄기는 모두 배기가스나 연소열의 폐열을 회수하여 보일러 열효율을 높이는 부속장치이다.

반면 방폭문은 노 내 미연소가스가 폭발할 때 압력을 배출해 보일러를 보호하는 안전장치로, 열효율 증대와는 관계가 없다.

보일러 통풍력은 연돌 내 배기가스와 외기의 밀도차에 의해 발생한다.

외기온도가 높아지면 외기의 밀도가 낮아져 배기가스와의 밀도차가 줄어들므로 통풍력은 오히려 작아진다. 실제로는 외기온도가 낮을수록 통풍력이 커진다.

• 배기가스 온도가 높을수록 밀도차가 커져 통풍력이 커진다.
• 연돌 단면적이 클수록 통풍저항이 줄어 통풍력이 커진다.
• 연돌이 높을수록 통풍력이 커진다.

보일러 자동제어의 인터록은 이상 상태 발생 시 연료 공급을 차단하여 사고를 방지하는 안전장치로, 저수위 인터록·압력초과 인터록·저연소 인터록·불착화 인터록·프리퍼지 인터록 등이 대표적이다.

증기온도는 이러한 표준 인터록 항목에 포함되지 않는다.

증기 속에 수분이 많으면 건조도가 낮아지고 그만큼 증기가 갖는 유효 열량(엔탈피)이 줄어들어, 같은 열량을 얻기 위해 더 많은 증기를 소비하게 되므로 증기의 손실이 많아진다.

또한 수분은 배관 내에서 응축·수격작용을 일으켜 증기 이용 효율을 떨어뜨린다.

급수량계·급유량계·감압밸브는 계기나 밸브를 점검·수리·교환할 때에도 유체 흐름을 계속 유지할 수 있도록 바이패스 회로를 두는 것이 일반적이다.

반면 전자 밸브는 이상 발생 시 즉시 흐름을 차단해야 하는 안전(제어)장치이므로, 바이패스를 두면 차단 기능이 무력화되어 설치하지 않는다.

아담슨 조인트는 노통에 온도 변화에 따른 신축을 흡수할 수 있도록 만든 이음으로, 노통이 가열·냉각될 때 발생하는 응력을 완화한다.

제작 편의나 재료 절감, 물순환과는 직접적인 관계가 없다.

입형 보일러의 횡관은 전열면적을 늘리고 보일러수의 순환을 촉진하며, 화실 벽을 보강하는 역할을 한다.

연소 자체를 촉진하는 기능은 횡관 설치 목적과 직접 관련이 없다.

Y형 글로브 밸브는 밸브 몸체를 중심선에 대해 45~60° 경사지게 만들어 유체가 급격히 꺾이지 않고 흐르도록 한 구조로, 일반 글로브 밸브보다 유체 저항이 작다.

앵글 글로브 밸브는 직각으로 꺾이는 구조, 게이트 밸브와 체크 밸브는 몸체가 경사지지 않은 구조여서 이 설명에 해당하지 않는다.

터보형 송풍기는 임펠러 깃이 회전 방향과 반대로 휘어진 후향(後向) 구조로, 고온·고압·대용량 통풍에 적합하다. 효율이 높아 같은 풍량을 작은 동력으로 보낼 수 있어 대용량 통풍용으로 널리 쓰인다.

• 다익형(시로코)은 저압·소용량용이다.
• 축류형은 저압 대풍량의 국소 환기용으로 고압에는 부적합하다.
• 플레이트형은 방사형 깃 구조로 분진이 많은 곳에 쓰이며 효율이 낮은 편이다.

슈트 블로우는 보일러 전열면에 붙은 그을음·매연을 증기나 공기로 불어 제거하는 장치이지, 동 저면의 스케일·침전물을 배출하는 장치가 아니다.

동 저면의 스케일이나 침전물 배출은 분출(blow-down) 장치의 역할이므로, 슈트 블로우에 대한 설명이 잘못되었다.

• 인젝터는 증기의 힘으로 급수를 압송하는 급수장치이다.
• 기수분리기는 증기 중에 섞인 수분을 분리해 건조도를 높이는 장치이다.
• 스팀 트랩은 증기는 가두고 응축수만 자동으로 배출하는 장치이다.

개방형 팽창탱크는 난방수의 팽창분을 흡수하고 공기를 배출하는 장치로, 시스템 최상부의 방열기보다 탱크 수면이 충분히 높은 위치에 있어야 순환이 원활하다.

이 때문에 최고층 방열기에서 탱크 수면까지의 높이를 1 m 이상으로 확보하도록 한다.

강철제 보일러의 안전밸브 호칭지름은 원칙적으로 25A 이상이며, 20A 이상으로 완화되는 것은 최고사용압력이 1 kg/cm²(0.1 MPa) 이하인 보일러, 전열면적이 아주 작은 소형 보일러, 소용량 강철제·주철제 보일러 등 한정된 경우뿐이다.

최고사용압력 10 kg/cm²인 이 보일러는 이러한 완화 요건에 해당하지 않으므로 25A 이상을 적용한다.

관련 수치 기준은 개정 이력이 있어, 여기서는 출제 당시(03년) 기준으로 설명한다.

강철제 보일러의 수압시험 압력은 최고사용압력 구간에 따라 다르게 정해진다.

• 4.3 kg/cm² 이하 : 최고사용압력의 2배(최저 2 kg/cm²)
• 4.3 kg/cm² 초과 15 kg/cm² 이하 : 최고사용압력의 1.3배 + 3 kg/cm²
• 15 kg/cm² 초과 : 최고사용압력의 1.5배

최고사용압력 15 kg/cm²는 두 번째 구간에 해당하므로 $15 \times 1.3 + 3 = 22.5$, 즉 수압시험 압력은 22.5 kg/cm²이다.

이 계산 기준은 출제 당시(03년) 법령을 따른 것이다.

보일러 계속사용검사에서 운전성능 측정은 실제 설비가 운전되는 사용부하 상태에서 실시하도록 되어 있다.

정격부하나 최대부하로 강제 운전시켜 측정하지 않고, 현장에서 통상 사용하는 부하 조건을 기준으로 성능을 확인한다. 이는 출제 당시(03년) 기준이다.

강철제 증기보일러의 분출밸브는 원칙적으로 호칭 25 이상이어야 하지만, 전열면적이 10 m² 이하인 소용량 보일러에 한해 지름 20 mm 이상으로 완화할 수 있다.

이 기준은 출제 당시(03년) 법령을 따른 것이다.

보일러수 중의 탄산염(탄산칼슘·탄산마그네슘 등)은 가열 시 분해되면서 다공질의 연질스케일을 형성한다.

반면 황산염·규산염은 치밀하고 단단한 경질스케일을 만들어 제거가 훨씬 어렵고, 염화칼슘은 스케일보다는 부식성 물질로 작용한다.

보일러를 6개월 이상 장기간 사용하지 않을 때는 보일러수를 완전히 배출하고 건조 상태로 보존하는 건조보존법을 적용한다.

만수보존이나 청관제를 사용한 보존은 2~3개월 이내의 단기 휴지에 적합한 방법이며, 분해보존은 일반적인 보존 방식으로 쓰이지 않는다.

pH 8.5는 약알칼리성으로 부식을 억제하면서도 과도한 알칼리도를 피하는 최적 범위에 해당하므로, 일반적인 수관식 보일러 급수 관리 기준에서 가장 적합하다. 수관식 보일러의 급수(보일러에 공급되는 물)는 부식과 스케일 생성을 동시에 방지하기 위해 중성~약알칼리성 범위로 관리된다.

• pH 5.5는 산성으로 배관 부식 위험이 높다.
• pH 6.5도 약산성으로 부식 가능성이 있다.
• pH 11.5는 강알칼리성으로 스케일 생성과 부식을 초래할 수 있다.

보일러를 급히 냉각해야 할 때는 상용수위를 유지하도록 급수하면서 노에 설치된 댐퍼를 열어 자연통풍으로 서서히 열을 빼앗기게 하는 방법이 가장 안전하다.

• 안전밸브를 열어 증기를 급히 배출하면 급격한 감압으로 보일러수가 끓어 넘치거나 손상될 수 있다.
• 물을 다량으로 급수하면 동체 각부에 급격한 온도차가 생겨 균열이 발생할 위험이 크다.
• 주증기밸브만 열어 압력을 낮추는 것으로는 동체 금속 자체의 냉각 속도를 조절하기 어렵다.

보일러 운전 초기에 연소를 급격히 진행시키면 보일러 각 부에 불균일한 온도 분포가 생기고, 이로 인한 열응력으로 균열이나 파괴가 발생할 위험이 가장 크다.

따라서 기동 초기에는 서서히 승온하며 온도 분포가 고르게 되도록 연소를 조절해야 한다.

점식(pitting)은 강판 표면에 국부적으로 작은 구멍이 파이는 부식 형태로, 물 속에 녹아 있는 용존산소나 탄산가스 같은 용존가스가 국부적으로 작용하면서 발생한다.

질소나 알칼리 성분 자체는 점식의 직접적인 원인이 아니며, 염화마그네슘은 가수분해로 산을 만들어 일으키는 별도의 부식과 관련된 성분이다.

산업재해는 작업 중 설비·작업환경으로 인해 발생하는 재해를 말하며, 화재폭발 재해·기계장치 재해·원동기 재해 등이 이에 해당한다.

풍수해는 태풍·홍수 등 자연재해에 해당하므로 산업재해로 분류되지 않는다.

진공환수식 증기난방에서 진공 개폐기(진공펌프)는 환수관 내부를 대기압보다 낮은 진공 상태로 유지하여 응축수 회수를 원활하게 한다.

일반적으로 환수관 내 진공도는 100~250 mmHg 범위로 유지하도록 운전한다.

수면계는 보일러를 가동하기 전, 2개의 수면계 수위가 서로 다를 때, 프라이밍·포밍 등 이상 현상이 발생했을 때 등 수위 확인이 필요한 시점에 시험한다.

단순히 보일러 압력이 높은 상태 자체는 수면계 시험을 실시해야 하는 정해진 시기와 직접 관련이 없다.

브리스터(blister)는 강판이나 강관 제조 과정에서 재료 내부에 두 개의 층(래미네이션)이 생긴 부분이, 사용 중 열을 받아 부풀어 오르는 현상을 말한다.

제조 시 층이 형성되는 것 자체는 래미네이션이며, 노통이 압력에 의해 안팎으로 변형되는 팽출·압궤 현상과는 구분되는 별개의 결함이다.

보일러 동체 상부로부터 천정·배관 등 상부 구조물까지는 점검·보수 작업 공간 확보를 위해 1.2 m 이상의 거리를 두도록 정해져 있다.

이 수치는 출제 당시(03년) 설치 기준을 따른 것이다.

온수탱크는 부식에 강한 재료를 쓰고 100℃ 온수에도 견디도록 하며, 보온공사 표준에 따라 시공해야 한다는 설명은 모두 옳다.

다만 밀폐식 온수탱크는 팽창 공간을 밀폐된 구조 안에서 흡수하므로 상부에 물빼기관을 둘 필요가 없다. 상부 물빼기관은 개방식 온수탱크에 해당하는 구성이므로 이 설명이 틀렸다.

보일러를 수평으로, 바닥보다 높게 설치하고 누전 방지 조치를 취해야 한다는 설명은 모두 옳다.

그러나 수도관이나 1 kg/cm² 이상의 수두압이 발생하는 급수관을 보일러에 직접 연결하면 과도한 압력이 그대로 보일러에 전달되어 손상을 일으킬 수 있으므로, 감압장치 등을 거쳐 연결해야 한다. 따라서 직접 연결한다는 설명이 잘못되었다.

탄닌, 히드라진, 아황산소다는 보일러수에 녹아 있는 용존산소를 제거하는 탈산소제로 사용된다.

암모니아는 급수 중 탄산가스를 중화하여 pH를 조정하는 용도로 쓰이는 청관제로, 탈산소제가 아니다.

감압밸브 주위 배관에서 파일럿 라인은 밸브 직후의 압력 변동이나 난류의 영향을 피하기 위해, 감압밸브에서 3 m 이상 떨어진 곳의 유체를 인출하여 출구측에 접속하는 것이 올바른 시공법이다.

나머지 설명은 각각 시공 기준과 다르다.

• 증기주관의 응축수를 건식 환수관으로 빼낼 때 드레인 포켓은 150 mm 이상 연장하여 설치한다.
• 냉각관(냉각레그)은 트랩 앞에서 1.5 m 이상 떨어진 곳까지 나관으로 배관한다.
• 트랩·스트레이너의 고장·수리·교환에 대비해 설치하는 것은 균형관이 아니라 바이패스관이다.

점화 전 점검은 계기류·제어장치 확인, 수저 분출밸브 잠김 상태 점검, 연료계통·급수계통 점검 등 운전 준비 상태를 확인하는 절차이다.

연료의 발열량 확인·성분 분석은 연료 구매·품질관리 단계에서 이루어지는 사항으로, 매 점화 전 반복하는 점검 항목과는 성격이 다르다.

안전밸브가 2개 이상 설치된 경우, 작동시험에서 그 중 1개는 최고사용압력 이하에서, 나머지는 최고사용압력의 1.03배 이하에서 분출되도록 조정해야 한다.

이는 안전밸브 간 분출압력에 약간의 차이를 두어 순차적으로 작동하게 하기 위한 기준이며, 출제 당시(03년) 법령을 따른 수치이다.

만수보존 시 물을 채운 뒤 약한 불로 가열하는 것은 보일러수에 녹아 있는 용존가스나 공기를 배출시켜, 이로 인한 부식을 방지하기 위해서이다.

동결 방지나 동체 팽창, 연도 수분 제거가 목적이 아니라, 물 속 기체 성분을 몰아내는 데 목적이 있다.

점화 전 프리퍼지 실시, 파일럿 버너 착화상태 유지, 급격한 연료량 증가 회피는 모두 가스폭발을 막기 위한 올바른 조치이다.

그러나 인터록이 작동했을 때 이를 무시하고 수동으로 점화하는 것은 미연소 가스가 노 내에 축적된 상태에서 강제로 점화하는 것과 같아, 오히려 가스폭발 위험을 크게 높이는 잘못된 대응이다.

캐리오버·수격작용 방지, 부하측 압력 확인, 수위·증기압·연소 조절은 모두 송기 시 지켜야 할 올바른 취급이다.

다만 주증기밸브는 서서히(천천히) 개방해야 배관 내 응축수로 인한 수격작용과 급격한 압력 변화를 막을 수 있으며, 빠르게 개방하는 것은 잘못된 취급이다.

보일러는 정격 한도 내에서 운전하는 것이 원칙이며, 사용처의 작업환경에 맞춘 운전기준 설정, 필요한 증기의 안정적 공급, 제작사 취급설명서 준수는 모두 올바른 자세이다.

그러나 증기 수요가 늘었다고 해서 정격한도를 6 % 정도라도 초과하여 운전하는 것은 보일러 수명 단축과 사고 위험을 높이는 잘못된 태도이므로 지양해야 한다.

화재는 가연물의 종류에 따라 A급(일반화재)·B급(유류화재)·C급(전기화재)·D급(금속화재)으로 구분한다.

D급 화재는 금속화재를 말하며, 나트륨·마그네슘 등 가연성 금속이 연소하는 화재로 물로 소화하면 오히려 위험하여 마른모래 등 별도의 소화방법을 사용한다.

• 전기가 흐르는 설비에서 발생하는 화재는 C급으로 분류한다.
• 목재·종이 등 일반 가연물(보통화재)은 A급으로 분류한다.
• 가스 화재는 금속화재와 달리 별도의 등급(교재에 따라 B급 또는 E급)으로 다룬다.

에너지이용 합리화법에 따라 에너지이용합리화 기본계획은 5년마다 수립한다.

이 기본계획을 바탕으로 관계 행정기관과 시·도지사가 매년 실시계획을 세워 시행하는 구조이므로, 기본계획 자체의 수립 주기는 5년 단위로 정해져 있다.

소관 부처 명칭 등 세부 사항은 이후 법 개정으로 바뀔 수 있으므로, 출제 당시 기준으로 이해하면 된다.

검사대상기기의 설치장소를 변경하는 경우에는 설치장소변경검사를 받아야 한다.

설치장소 변경은 배관·기초 등 설치조건이 달라져 안전성에 영향을 줄 수 있으므로, 단순 신고나 등록이 아니라 검사기관의 검사를 통해 안전 여부를 다시 확인하도록 정하고 있다.

특정열사용기자재의 시공업 등록은 시·도지사에게 한다.

검사·신고 등 다른 사무는 주무부처 장관이나 에너지 관련 공단이 맡는 것과 달리, 시공업 등록은 관할 지방자치단체장인 시·도지사가 담당하는 사무이다(기관 명칭은 이후 개편으로 달라질 수 있다).

검사대상기기의 계속사용검사는 검사유효기간 만료 전에 받는 것이 원칙이지만, 만료일이 언제인지에 따라 검사를 일정 기간 연기할 수 있다.

검사유효기간 만료일이 9월 1일 이후인 경우에는 4개월의 기간 내에서 연기할 수 있다.

난방 등으로 기기 사용이 집중되는 시기에 검사를 위해 가동을 멈추는 부담을 덜어주기 위한 규정이다. 다만 법령 개정으로 세부 기간이 달라질 수 있으므로 출제 당시 기준으로 이해한다.

최저소비효율기준에 미달하는 효율관리기자재에 대한 생산 또는 판매금지 명령을 위반한 자의 벌칙은 2천만원 이하의 벌금이다.

징역형은 규정되지 않고 벌금형만 두고 있다는 점이 이 조항의 특징이다. 벌칙 수준은 법 개정으로 달라질 수 있으므로 출제 당시 기준으로 이해한다.

에너지사용자가 스스로 에너지절감 목표를 세우고 정부와 이행을 약속하는 제도는 자발적협약(VA)이다.

기업이 자율적으로 목표를 설정하고 정부는 이에 대한 기술적·행정적 지원을 제공하는 방식으로, 규제가 아닌 협약을 통해 에너지 절감을 유도하는 제도이다.