11년 1회차

산화에틸렌(C₂H₄O)은 공기 중 폭발범위가 약 3~80%로 보기 중 가장 넓다.

메탄(약 5~15%), 에틸렌(약 2.7~36%), 프로판(약 2.1~9.5%)과 견주면 하한이 낮으면서 상한이 압도적으로 높은 것이 특징이다.

아세틸렌 용기에 다공물질을 채울 때 다공도 기준은 75% 이상 92% 미만이다.

다공도가 너무 낮으면 아세톤과 아세틸렌을 담을 공간이 부족해지고, 너무 높으면 다공물질의 강도가 떨어져 분해폭발을 막아 주는 구실을 하지 못하기 때문에 이 범위를 유지하도록 정해져 있다.

헤라이드 토치로 프레온 누출을 검사할 때 불꽃 색은 정상 시 청색, 소량 누출 시 녹색, 다량 누출 시 자색으로 변한다.

누출량이 많아질수록 불꽃 색이 청색에서 녹색을 거쳐 자색으로 짙어지는 것을 이용해 누출 정도를 판단한다.

설비가 잘못 조작되거나 정상 제조가 불가능할 때 원재료 공급을 자동으로 끊어 제조를 정지시키는 것은 인터록기구다.

인터록은 이상 상태를 감지하면 다음 동작이 진행되지 못하도록 연동해 잠그는 기능이다. 발문처럼 원재료 공급밸브를 자동으로 닫아 고압가스 제조설비 안의 제조 자체를 멈추게 하는 것이 전형적인 예다.

• 안전밸브는 용기·설비 내부 압력이 설정치를 넘을 때 가스를 방출해 압력을 낮추는 장치이지 제조공정을 제어하지 않는다.
• 긴급차단장치는 저장탱크 배관 등에서 누출·화재 시 가스의 유출을 차단하는 밸브로, 원재료 공급을 통한 제조 제어와는 목적이 다르다.
• 벤트스택은 이상 시 설비 안의 가스를 안전한 높이에서 대기로 방출하는 설비다.

현열은 물체의 상태(고체·액체·기체)는 그대로 두고 온도만 변화시키는 데 쓰이는 열량을 말한다.

이와 달리 잠열은 온도 변화 없이 상태 변화(증발·융해 등)에만 쓰이는 열량이다.

조정압력이 3.3kPa 이하인 LP가스용 조정기의 안전장치는 작동정지압력 5.04~8.4kPa 범위에서 작동하도록 정해져 있다.

이 범위를 벗어나기 전에 안전장치가 가스 공급을 차단해 조정기 이상 시 과압을 방지한다.

일산화탄소는 철·니켈 등 철족 금속과 반응해 금속카르보닐(예: 니켈카르보닐)을 생성하므로 이 설명이 옳다.

• 수분을 함유한 염소는 상온에서도 철과 반응해 부식을 일으키므로 고압용기 재질로 부적합하다.
• 아세틸렌은 강이 아니라 구리·은·수은 등과 반응해 금속아세틸라이드를 만든다.
• 수소와 질소의 암모니아 합성 반응은 저온·저압이 아니라 고온·고압에 촉매를 더해야 일어난다.

LPG 사용시설의 고압배관에서 이상 압력 상승에 대비한 압력방출 안전장치는 저장능력 250kg 이상인 시설에 설치하도록 정해져 있다.

저장능력이 이 기준을 넘으면 배관 내 압력이 비정상적으로 오를 때 방출로를 통해 압력을 낮춰 사고를 예방한다.

고압가스 판매소의 용기보관실과 사무실은 동일 부지 안에 함께 설치하도록 되어 있으므로, 동일 부지 안에 설치하지 않는다는 설명은 틀렸다.

충전용기 보관실은 불연재료로 만들고, 가연성가스·산소·독성가스는 각각 구분해 보관하며, 보관실 면적은 가스별로 10m² 이상을 확보해야 한다는 나머지 내용은 옳다.

후부취출식 탱크의 주밸브는 차량 뒷범퍼와의 수평거리가 40cm 이상 떨어져 있어야 하므로, 30㎝ 이상이라는 설명은 틀렸다.

조작상자를 이용한 경우 조작상자와 뒷범퍼 사이 거리는 20cm 이상이면 되고, 부속품 손상 방지조치나 조작상자를 차량 좌측면이 아닌 곳에 설치해야 한다는 나머지 내용은 옳다.

고압가스 설비에 설치하는 압력계의 최고눈금은 상용압력의 1.5배 이상 2.0배 이하가 되는 것을 사용해야 한다.

이 범위보다 낮으면 상용압력 부근에서 바늘이 눈금을 벗어나고, 너무 높으면 지시값을 정밀하게 읽기 어렵기 때문이다.

고압가스 속에 고체의 미립자가 섞인 채로 분출될 때 정전기가 가장 발생하기 쉽다.

순수한 가스만 노즐로 빠르게 빠져나갈 때는 정전기가 거의 생기지 않지만, 이물질인 고체·액체 미립자가 함께 분출되면 관 벽이나 입자끼리의 마찰·박리로 전하가 크게 쌓이기 때문이다.

밸브가 돌출한 충전용기라도 내용적이 5L 미만인 경우에는 넘어짐 방지조치를 하지 않아도 된다.

소형 용기는 넘어졌을 때의 위험성이 상대적으로 작기 때문에 이 기준 미만은 예외로 둔다.

LPG 저장시설의 공기에 의한 내압시험은 일정 압력까지 올린 뒤 상용압력의 10%씩 단계적으로 승압하며 이상 유무를 확인한다.

한 번에 급격히 승압하지 않고 단계별로 나누어 올림으로써 시험 중 갑작스러운 파손을 예방한다.

염소가스 저장탱크의 과충전 방지장치는 가스 충전량이 저장탱크 내용적의 90%를 초과할 때 더 이상 충전되지 않도록 작동한다.

액화가스는 온도에 따라 부피가 팽창하므로 탱크를 가득 채우지 않고 여유 공간을 남기기 위한 조치이다.

가연성가스는 폭발한계(폭발범위)의 상한과 하한의 차가 20% 이상인 것, 또는 폭발한계의 하한이 10% 이하인 것을 말한다.

이 기준으로 폭발 위험 범위가 넓거나 낮은 농도에서도 폭발할 수 있는 가스를 가연성가스로 분류한다.

LPG를 이송하는 방법은 압력차·펌프·압축기를 이용하는 세 가지가 실무에서 쓰인다.

압력차 이송은 두 용기의 압력 차이를, 펌프는 액체 상태의 압력을, 압축기는 기체 압력을 이용해 밀어 보낸다. 온도차에 의한 이송은 LPG 이송 방식으로 사용되지 않는다.

용기보관 장소는 주위 2m 이내에 화기나 인화성·발화성 물질을 두지 않아야 하며, 이를 5㎝ 이내로 정한 규정은 없다.

• 충전 용기와 잔가스 용기를 구분하여 두는 것은 실제 기준에 맞다.
• 충전 용기를 40℃ 이하로 유지하고 직사광선을 피하는 것도 옳은 기준이다.
• 가연성가스 보관장소에서 방폭형 휴대용 손전등 외의 등화를 휴대하지 않는 것도 옳은 기준이다.

충전용기 운반차량이 주차할 때는 바퀴 고정목(고임목)을 사용하여 차량이 움직이지 않도록 해야 하므로, 고정목을 사용하지 않는다는 설명은 옳지 않다.

• 제1종 보호시설로부터 15m 이상 떨어지고 제2종 보호시설 밀집지역을 피하는 것은 맞는 기준이다.
• 주차 시 엔진을 정지하고 주차브레이크를 거는 것도 맞는 기준이다.
• 교통상황·지형조건·화기 등을 고려해 안전한 장소를 택하는 것도 맞는 기준이다.

도시가스 공급시설 중 지진감지장치를 반드시 두어야 하는 곳은 가스도매사업자의 정압기지이다.

정압기지는 고압 주배관의 압력을 조정하고 공급을 분배하는 핵심 거점이어서, 지진이 나면 즉시 감지해 공급을 차단·통보할 수 있어야 하기 때문이다. 인수기지나 일반도시가스사업자의 제조소·정압기는 지진감지장치 의무 설치 대상으로 규정되어 있지 않다.

아황산가스(SO₂)의 제독제는 가성소다 수용액, 탄산소다 수용액, 물이며, 소석회는 여기에 해당하지 않는다.

소석회는 염소와 포스겐의 제독제로 쓰인다.

가연성·독성가스 경보기는 검지에서 발신까지 30초 이내가 원칙이지만, 암모니아와 일산화탄소는 1분 이내라는 예외 기준이 적용된다.

가정용 LPG에는 부취제가 첨가되어 있어 누출 시 냄새로 가장 쉽고 빠르게 식별할 수 있다.

1일 처리용적이 100㎥ 이상인 사업소는 압력계를 2개 이상 비치해야 한다.

단열재로 피복한 준내화구조가 아닌 저장탱크는 표면적 1㎡당 5L/분 이상의 방사능력을 갖춘 고정식 물분무장치를 설치해야 한다.

준내화구조 저장탱크는 이보다 낮은 2.5L/분·㎡ 이상 기준이 적용된다.

가연성 저장탱크를 2개 이상 인접 설치할 때의 이격거리는 고정된 0.5m가 아니라, 두 탱크 최대지름을 합산한 길이의 4분의 1(최소 1m 이상)로 정해진다.

• 매설 저장탱크 정상부까지 깊이를 60㎝ 이상으로 하는 것은 맞는 기준이다.
• 매설 저장탱크 주위 지상에 경계표지를 하는 것도 맞는 기준이다.
• 독성가스 저장탱크실·처리설비실에 가스누출검지 경보장치를 설치하는 것도 맞는 기준이다.

수성가스는 코크스(탄소)에 고온 수증기를 반응시켜 얻는 가스로, 주성분은 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)이다.

불꽃·아크·고온부가 발생하는 부분을 절연유 속에 잠기게 하여 유면 위 가연성가스로의 인화를 막는 방폭구조는 유입 방폭구조이다.

혼합가스의 폭발하한은 르샤틀리에 식으로 구한다.

$\dfrac{100}{L} = \dfrac{15}{2.1}+\dfrac{85}{1.8} = 7.14+47.22 = 54.37$

$L = \dfrac{100}{54.37} \approx 1.84\%$로, 이 혼합가스의 폭발하한값은 약 1.84%이다.

밀도는 질량을 부피로 나눈 값이다.

$\rho = \dfrac{16\,\mathrm{kg}}{0.8\,\mathrm{m^3}} = 20\,\mathrm{kg/m^3}$

저장조 상부와 하부의 압력 차로 액면을 측정하는 햄프슨식은 차압식 액면계에 해당한다.

코일에 감은 백금선(열선) 표면에서 가스가 산화(연소)반응할 때 발생하는 열로 백금선의 저항값이 변화하는 원리를 이용하는 가스검지법은 접촉연소식이다.

대기차단식 가스보일러는 보일러수가 대기와 차단된 밀폐 순환계이므로 수위가 아니라 압력으로 관리한다.

따라서 압력계, 팽창을 흡수하는 압력팽창탱크, 물이 없는 상태의 공연소를 막는 헛불방지장치를 갖추어야 하지만, 수위 저하를 감시하는 저수위안전장치는 대기개방식에서 요구되는 장치로 반드시 갖출 장치에 해당하지 않는다.

원심펌프를 직렬로 연결하면 각 펌프의 양정이 더해져 양정은 증가하고, 같은 유량이 그대로 통과하므로 유량은 일정하게 유지된다.

초저온용 단열재는 열전달을 줄이기 위해 밀도가 작아야 하므로, 밀도가 클 것이라는 설명은 틀렸다.

흡수성이 없고 열전도도가 작으며 화학적으로 안정한 것은 모두 올바른 구비조건이다.

특정설비는 저장탱크·차량에 고정된 탱크·안전밸브·긴급차단장치 등 고압가스 안전관리와 직결된 설비를 말하며, 압력조정기는 특정설비가 아니라 별도의 가스용품으로 분류된다.

고속 회전하는 임펠러의 원심력으로 속도에너지를 압력에너지로 바꾸어 압축하며, 유량이 크고 설치면적이 작은 압축기는 터보식이다.

루트미터는 회전자(로터) 방식의 가스미터로, 설치면적이 작고 일반 수용가보다는 대용량 가스 계량에 적합하며 이물질 유입을 막기 위한 스트레이너가 필요하다.

액화산소·LNG 같은 초저온 용도에는 저온취성이 없는 재질을 써야 하는데, Cr강은 저온에서 취성이 커져 사용할 수 없다.

알루미늄합금, 구리합금, 18-8 스테인리스강은 저온 취성이 작아 저온용 재질로 사용된다.

액주식 압력계용 액체는 온도 변화에 따른 밀도 변화가 작아야 정확한 압력을 지시할 수 있으므로, 밀도변화가 커야 한다는 설명은 틀렸다.

화학적 안정성, 모세관현상 없음, 작은 점도·팽창계수는 모두 옳은 구비조건이다.

액면계는 압력식·정전용량식·초음파식 등 액위에 따라 변화하는 물리량을 측정하는 방식이 대표적이며, 환상천평식은 액면 측정이 아니라 차압을 측정하는 압력계 방식으로 분류된다.

다단 압축기의 각 단 압축비는 전체 압축비의 n제곱근으로 구한다.

전체 압축비는 $\dfrac{P_2}{P_1} = \dfrac{15+1}{1} = 16$이고, 4단이므로 $\sqrt[4]{16} = 2$가 된다.

압축기를 이용한 LP가스 충전은 펌프 방식보다 충전시간이 짧은 것이 특징이므로, 충전시간이 길다는 설명은 특징에 해당하지 않는다.

잔가스 회수가 가능하고, 압축기 오일이 탱크로 유입되어 드레인의 원인이 되며, 베이퍼록 현상이 없다는 점은 모두 압축기 충전방식의 실제 특징이다.

저온장치의 진공단열법은 고진공 단열법, 분말진공 단열법, 다층(다중)진공 단열법으로 구분되며, 격막 진공 단열법은 여기에 해당하지 않는다.

규소(Si)는 강의 강도·경도를 높이는 대신 충격치(인성)를 저하시키므로, 규소량이 증가하면 충격치가 증가한다는 설명은 틀렸다.

탄소량 증가에 따른 인장강도 상승, 황에 의한 적열취성, 인에 의한 상온취성은 모두 맞는 설명이다.

황록색·자극성 냄새의 맹독성 기체이면서 수은법과 격막법으로 제조하는 가스는 염소(Cl₂)다.

수은법과 격막법은 소금물(NaCl 수용액)을 전기분해해 염소와 수산화나트륨을 얻는 공업적 제조법이다. 임계온도 약 144℃, 임계압력 약 76.1 atm이라는 값도 염소의 것으로, 상온에서 비교적 쉽게 액화된다.

• 일산화탄소는 무색·무취여서 황록색이나 자극취라는 설명과 맞지 않고 소금물 전기분해로 만들지 않는다.
• 포스겐은 무색 기체이며 일산화탄소와 염소를 반응시켜 얻는다.
• 황화수소는 무색이고 썩은 달걀 냄새가 나는 기체다.

액상 LP가스의 부피는 질량을 액비중량으로 나눈 값이다.

$V = \dfrac{50\,\mathrm{kg}}{0.5\,\mathrm{kg/L}} = 100\,\mathrm{L}$

게이지압력은 절대압력에서 대기압을 뺀 값이다.

$1.0332 - 1.0332 = 0$

이 절대압력은 대기압과 같으므로 게이지압력은 0이 된다.

압력의 SI(국제단위계) 단위는 파스칼(Pa)이며, atm·psi·bar는 SI가 아닌 관용(비SI) 단위이다.

아세틸렌(C₂H₂)의 분자량은 26으로 공기의 평균분자량(약 29)보다 작아 공기보다 가볍다. 따라서 공기보다 무겁다는 설명은 틀렸다.

순수한 아세틸렌은 무색·무취이고, 폭발위험성이 있으며 액체 상태가 불안정한 것은 모두 맞는 설명이다.

부취제는 배관이나 가스미터에 흡착이 잘 되지 않아야 냄새 손실 없이 누출을 감지할 수 있으므로, 흡착이 잘 되어야 한다는 설명은 틀렸다.

독성이 없고 낮은 농도에서도 냄새가 확인되며 상용온도에서 응축하지 않는 것은 모두 맞는 구비조건이다.

탄화칼슘(CaC₂)은 물과 반응하여 아세틸렌가스(C₂H₂)를 발생한다: CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂↑ + Ca(OH)₂. 소석회[Ca(OH)₂]는 물에 용해되거나 수산화물로 존재하며 가스를 발생하지 않고, 가성소다(NaOH)도 물에 용해될 뿐 가스를 발생하지 않는다. 금속칼륨은 물과 반응하여 수소가스를 발생시킬 뿐 아세틸렌은 발생하지 않는다.

일산화탄소(CO)는 수소와 함께 합성가스를 이루어 메탄올 합성의 원료로 사용된다.

• 용접·절단용으로는 아세틸렌과 산소가 사용된다.
• 암모니아 합성에는 질소와 수소가 사용되며, CO는 오히려 촉매 피독을 일으켜 제거 대상이다.
• 섬유의 표백용으로는 염소나 아황산가스 계열이 사용된다.

따라서 CO의 대표적 용도는 메탄올 합성 원료이다.

조연성(지연성) 가스는 스스로는 타지 않지만 다른 물질의 연소를 돕는 가스로, 산소계 가스(산소·오존)를 비롯해 염소·불소 등이 여기에 속한다.

수소는 가연성 가스이고, 아르곤은 불활성 가스로 연소와 무관하며, 암모니아는 가연성이면서 독성인 가스이므로 조연성에 해당하지 않는다.

조정기 연결부 이음쇠에는 부식에 강하고 단조 가공성이 좋은 단조용 황동을 사용하는 것이 적합하다.

쾌삭 황동은 절삭성을 높이기 위해 납 성분을 포함하고 있어 강도나 기밀성 측면에서 이음쇠 재료로는 부적합하며, 스테인리스강이나 아연 합금은 조정기 이음쇠 재료로 사용하지 않는다.

0족(불활성기체)은 최외각 전자가 채워져 있어 화학적으로 매우 안정하므로 다른 원소와 잘 화합하지 않는다. 따라서 이 성질은 불활성 가스의 특징이 아니다.

상온에서 단원자 분자의 기체 상태로 존재하고 무색·무미·무취이며, 방전관에 넣으면 원소마다 고유한 색의 빛을 낸다는 것은 모두 불활성 가스의 실제 성질이다.

프로판의 착화(발화)온도는 약 460~520℃ 범위로 본다.

탄화수소는 탄소수가 많아질수록 착화온도가 낮아지는 경향이 있어, 프로판의 착화온도는 메탄보다는 낮고 부탄보다는 높은 편에 놓인다.

표준 대기압에서 물의 끓는점은 100℃이며, 이를 화씨로 환산하면 212°F이다.

랭킨온도(°R)는 화씨온도에 459.67을 더한 절대온도이므로 $212 + 459.67 \approx 672$가 된다.

따라서 물의 끓는점은 랭킨온도로 약 672°R이다.

섭씨온도·화씨온도·켈빈온도는 모두 실제로 사용되는 온도 단위이다.

반면 헨리(Henry)는 기체의 용해도를 다루는 헨리의 법칙과 관련된 이름일 뿐, 온도를 나타내는 단위가 아니다.

표준 대기압은 토리첼리의 진공(수은주) 실험을 통해 얻어진 압력, 즉 수은주 760mmHg에 해당하는 압력을 기준으로 정의된 값이다.

완전진공을 0으로 잡고 측정하는 압력은 절대압력의 정의이고, 대기압을 0으로 잡고 측정하는 압력은 게이지압력의 정의이므로 표준 대기압 자체를 설명하는 것과는 다르다. 또한 특정 지역의 연평균 기압처럼 지역별 실측 평균값으로 정한 값도 아니다.