2022년 기출복원 모의고사 2회

오토사이클의 열효율은 압축비 $\varepsilon$과 비열비 $k$로 $\eta = 1-\left(\dfrac{1}{\varepsilon}\right)^{k-1}$로 계산된다.

$\varepsilon=7$, $k=1.4$를 대입하면
$\eta = 1-\left(\dfrac{1}{7}\right)^{0.4} \approx 1-0.459 \approx 0.54$
로, 약 54%의 열효율을 얻는다.

황의 연소반응식 $\mathrm{S+O_2 \rightarrow SO_2}$에서 황 1kmol(32kg)이 연소하는 데 산소 1kmol(22.4Nm³)이 필요하므로, 황 1kg당 필요한 이론산소량은 $\dfrac{22.4}{32} = 0.7\,\mathrm{Nm^3/kg}$이다.

공기 중 산소 비율이 21%이므로 이론공기량은
$A_o = \dfrac{O_o}{0.21} = \dfrac{0.7}{0.21} \approx 3.33\,\mathrm{Nm^3/kg}$
이 된다.

기체연료는 이미 분자 단위로 기화되어 있어 별도의 증발·분해 과정 없이 연소용 공기와 확산·혼합되면서 연소가 진행된다. 이를 확산연소라 하며, 연료가스와 공기가 접촉하는 경계면에서 반응이 일어나는 것이 특징이다.

증발연소는 등유·휘발유 등 액체연료가 증발한 뒤 타는 형태이고, 표면연소는 코크스·숯처럼 고체 표면에서 직접 반응하는 형태이며, 분해연소는 목재·석탄처럼 열분해로 가연성 가스를 내며 타는 형태로, 모두 기체연료의 일반적 연소형태와는 다르다.

카르노사이클의 열효율은 $\eta = 1 - \dfrac{T_L}{T_H}$로 계산하며, 온도는 절대온도(K)를 사용해야 한다.

$T_H = 500+273 = 773\ \mathrm{K}$, $T_L = 0+273 = 273\ \mathrm{K}$이므로
$\eta = 1 - \dfrac{273}{773} \approx 0.647$
즉 약 64.7%가 된다.

등온과정에서는 온도 변화가 없으므로 $\Delta U=0$, $\Delta H=0$이 된다.

이상기체의 내부에너지와 엔탈피는 오직 온도만의 함수이므로, 체적과 압력이 변하더라도 온도가 일정하면 내부에너지와 엔탈피는 변하지 않는다는 특성이 핵심 근거이다.

일정압력(정압) 과정이므로 팽창일은 $W = P \Delta V = 300 \times (0.7 - 0.5) = 60\ \mathrm{kJ}$이다.

열역학 제1법칙에 의해 공급된 열량은 내부에너지 증가분과 외부에 한 일의 합이므로
$Q = \Delta U + W = 50 + 60 = 110\ \mathrm{kJ}$
이다.

일의 크기는 처음 상태와 끝 상태뿐 아니라 그 사이를 지나는 중간경로에도 함께 관계된다.

일(work)은 상태량이 아니라 경로함수이므로, 계가 초기상태 i에서 최종상태 f로 변화할 때 어떤 경로 p를 거쳤는지에 따라 그 값이 달라진다.

가역단열(등엔트로피) 압축·팽창 과정에서 온도와 압력의 관계는 $\dfrac{T_2}{T_1} = \left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{(k-1)/k}$로 주어진다.

따라서 압축 후 온도는 $T_2 = T_1\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{(k-1)/k}$로 표시되며, 지수의 부호가 반대이거나 지수가 $k/(k-1)$ 형태인 다른 식들은 이 관계식과 맞지 않는다.

회분은 석탄 속 무기질이라 산화로 없어지지 않으므로 풍화로 줄어들지 않으며, 가연분이 줄어드는 만큼 비율로는 오히려 조금 늘어난다.

석탄이 공기 중 산소와 서서히 반응(풍화)하면 표면이 산화되어 발열량이 떨어지고, 흡습으로 수분이 늘며, 점결성이 약해지고, 부스러져 분탄이 많아져 산화열이 쌓이면 자연발화를 일으키기 쉽다.

모리엘(Mollier) 선도는 엔탈피(h)를 세로축, 엔트로피(s)를 가로축으로 나타낸 h-s 선도로서, 상태점만 알면 세로축에서 값을 바로 읽어 엔탈피 변화를 가장 간단하게 계산할 수 있다.

터빈효율이나 압축비, 체적 증가량은 모리엘 선도에서 직접 값을 읽기보다 별도의 계산이나 다른 선도(P-V 선도 등)를 함께 이용해야 구할 수 있는 값들이다.

기체연료는 연소온도 및 온도분포를 비교적 쉽게 조절할 수 있으므로, "온도 및 온도분포의 조절이 어렵다"는 서술은 기체연료의 실제 특성과 반대된다.

이는 공기와의 혼합이 균일하고 연소 속도 조절이 자유롭기 때문이며, 확산·예혼합이 빨라 화염온도를 쉽게 상승시킬 수 있고 회분이나 매연 등 유해성분이 연소 후 거의 남지 않는 장점이 있다.

다만 부피가 커서 다량 사용 시에는 저장·수송에 별도의 배관·압축설비가 필요해 불편한 단점이 있다.

이론산소량은 연료 조성비로부터 $O_o = 1.867C + 5.6H + 0.7S$ (Nm³/kg)로 구할 수 있고, 이론공기량은 공기 중 산소 비율 0.21로 나누어 구한다.

$O_o = 1.867\times0.87+5.6\times0.12+0.7\times0.01 \approx 2.303\ \mathrm{Nm^3/kg}$
$A_o = \dfrac{O_o}{0.21} \approx \dfrac{2.303}{0.21} \approx 11.0\ \mathrm{Nm^3/kg}$
가 되어 이론공기량은 약 11.0Nm³/kg이다.

석탄의 공업분석에서는 시료를 가열해 수분, 회분, 휘발분을 차례로 측정하고, 전체에서 이들을 뺀 나머지를 고정탄소로 산출하는 4가지 항목을 기본으로 한다.

황분은 연료 중 유황 함유량을 별도로 측정하는 항목으로 공업분석이 아닌 원소분석(성분분석)에 해당하므로, 공업분석에서 필수적으로 측정하는 항목이 아니다.

PVⁿ = 일정 은 폴리트로픽 과정이다. 밀폐계(비유동계)가 하는 절대일은 $W=\int_{V_1}^{V_2}P\,dV$ 이므로 $P=P_1V_1^{\,n}V^{-n}$ 을 넣어 적분한다.

$W=\int_{V_1}^{V_2}P_1V_1^{\,n}V^{-n}dV=\dfrac{P_1V_1-P_2V_2}{n-1}$

즉 (처음 상태의 PV − 나중 상태의 PV)를 (n−1)로 나눈 값이다. 이상기체이면 PV = mRT 이므로 $W=\dfrac{mR(T_1-T_2)}{n-1}=\dfrac{P_1V_1}{n-1}\left[1-\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{n-1}{n}}\right]$ 로도 쓴다.

부호를 뒤집어 P₂V₂ − P₁V₁ 형태로 쓰면 팽창(V₂ > V₁, P₂ < P₁)일 때 일이 음수로 나와 계가 일을 한다는 사실과 어긋나고, (n−1)로 나누지 않은 형태나 지수가 n−1로 남은 형태는 적분 결과가 아니다. 참고로 개방계(정상유동)의 공업일은 여기에 n을 곱한 $W_t=\dfrac{n}{n-1}(P_1V_1-P_2V_2)$ 이다.

해당 압력(1MPa)에서의 포화온도는 179℃인데, 증기의 실제 온도(210℃)가 이보다 높다.

포화온도보다 높은 온도의 증기는 과열증기 상태이므로, 포화증기·건포화증기·습증기는 해당하지 않는다.

탄소가 산소와 완전연소하여 이산화탄소가 되는 반응(C+O₂→CO₂)의 발열량은 약 97,200kcal/kg-mol로, 제시된 반응들 중 가장 크다.

나머지 반응의 발열량은 다음과 같다.

• 탄소의 불완전연소 — 탄소가 산소 부족으로 일산화탄소가 되는 반응은 약 29,200kcal/kg-mol에 그친다.
• 일산화탄소의 완전연소 — 일산화탄소가 다시 완전연소하여 이산화탄소가 되는 반응은 약 68,000kcal/kg-mol이다.
• 황의 연소 — 황이 연소하여 아황산가스가 되는 반응은 약 80,000kcal/kg-mol 수준이다.

탄소의 불완전연소와 재연소 반응열을 합치면(29,200+68,000=97,200) 결국 탄소의 완전연소 발열량과 같아진다는 점에서도, 완전연소 반응식 하나가 나머지 어느 반응보다 발열량이 큼을 확인할 수 있다.

동일한 고온·저온 열원 사이에서 작동하는 사이클 중 카르노 사이클이 이론적으로 가장 높은 열효율을 가진다.

카르노 효율은 고온·저온 열원의 절대온도로만 결정되며, 같은 온도 범위에서 이보다 효율이 높은 사이클은 존재할 수 없다.

오토·디젤·랭킨 사이클은 흡열과 방열이 일정한 온도에서 이루어지지 않고 넓은 온도 범위에 걸쳐 진행되기 때문에, 같은 최고·최저 온도 사이에서 비교하면 카르노 사이클보다 효율이 낮을 수밖에 없다.

중유의 비중이 커질수록 탄소 성분의 비중이 상대적으로 커지고 수소 성분의 비중은 줄어들어 탄화수소비(C/H비)가 커진다.

수소는 탄소보다 단위 질량당 발열량이 훨씬 크기 때문에, 상대적으로 수소 함량이 줄고 탄소 함량이 느는 방향(C/H비 증가)으로 갈수록 연료의 발열량은 작아진다.

대체천연가스(SNG)는 나프타(납사) 등을 특수한 조건에서 분해하여 천연가스와 비슷한 성분과 발열량을 갖도록 제조한 가스이다.

나머지 설명은 명칭과 제조방법이 서로 뒤바뀌어 있다.

• 액화천연가스(LNG) — 산지에서 생산된 천연가스를 그대로 냉각·액화한 것이다.
• 액화석유가스(LPG) — 석유 정제 과정에서 나오는 프로판·부탄을 압축·액화한 것이다.
• 나프타분해가스 — 석유의 경질유분(나프타)을 ICI식·CRG식 등 개질장치로 분해해 만든 가스이다.

−10℃ 얼음을 가열할 때는 경사로 시작해 수평 구간이 두 번 나타나는 계단 모양의 그래프가 옳다.

일정한 비율로 열을 가할 때 현열 구간에서는 온도가 직선으로 올라가고, 잠열(상변화) 구간에서는 온도가 일정하게 유지된다. 따라서 −10℃ 얼음을 계속 가열하면 온도-시간 그래프는 경사–수평–경사–수평–경사의 다섯 구간으로 나타난다.

구체적으로 −10℃ 얼음이 0℃까지 데워지는 얼음의 현열 구간(경사 상승), 0℃에서 얼음이 물로 바뀌는 융해잠열 구간(수평, 약 80kcal/kg), 물이 0→100℃로 데워지는 물의 현열 구간(경사 상승), 100℃에서 물이 증기로 바뀌는 증발잠열 구간(수평, 약 539kcal/kg), 이후 과열증기의 현열 구간(경사 상승) 순서다.

• 처음부터 수평선으로 시작하는 그래프 — −10℃ 얼음의 현열 구간이 빠진 것이다.
• 매끄럽게 휘어 포화되는 곡선 형태 — 두 번의 상변화를 계단으로 나타내지 못한다.

캐스케이드 제어, 프로그램 제어, 비율 제어는 모두 공정변수를 지속적으로 측정하여 그 값에 따라 조작량을 계산·수정하는 측정(피드백) 제어 방식에 속한다.

반면 시퀀스 제어는 미리 정해진 순서에 따라 다음 동작을 차례로 진행하는 방식으로, 제어량을 연속적으로 측정하여 피드백하는 구조가 아니므로 측정제어 방식으로 분류되지 않는다.

저항체(측온저항체)는 온도 변화에 민감하게 반응해야 정밀한 온도 측정이 가능하므로, 온도계수(저항 변화율)는 커야 하며 작을수록 좋다는 서술은 틀렸다.

나머지 조건은 저항체가 갖춰야 할 성질이다.

• 동일 특성의 금속 — 재현성 있는 특성을 얻기 쉬운 균질한 금속이어야 한다.
• 화학적·물리적 안정성 — 화학적·물리적으로 안정된 재질이어야 한다.
• 내식성 — 부식에 강한 내식성을 가져야 한다.

온도가 오르면 저항치가 급격히 감소하는 반도체 소자를 이용한 저항온도계는 서미스터(thermistor)온도계이다. 온도계수가 크고 응답속도가 빨라 미소한 온도변화를 민감하게 검출할 수 있고, 소자 크기가 작아 국부적인 온도 측정에 유리하다.

열전대온도계는 두 금속의 접점에서 발생하는 열기전력을 이용하는 방식이라 반도체의 저항변화 원리와 다르고, 베크만온도계는 미소한 온도차 측정용 수은온도계, 바이메탈온도계는 두 금속의 열팽창률 차이를 이용하는 방식이라 문제의 설명과 맞지 않는다.

극저온 액화가스 저장탱크는 초저온에서 사용해야 하고 내부를 직접 들여다보기 어려운 조건이므로, 액면의 높이를 차압으로 환산해 읽는 방식이 활용되며 그 중 하나인 햄프슨식 액면계가 극저온 탱크의 액면 측정에 사용된다.

슬립튜브식은 상온 액화가스(LPG 등) 용기에서 흔히 쓰이는 방식으로 극저온 탱크에는 적합하지 않다.

보일러 열정산에서 입열 항목은 연료가 가지고 들어오는 열과 공급되는 공기·물이 가지고 들어오는 열로 구성되며, 연료의 연소열, 연료의 현열, 공기의 현열이 대표적인 입열 항목이다.

반면 방산에 의한 손실열은 보일러 본체 표면 등에서 외부로 방출되어 손실되는 열이므로 출열(손실열) 항목에 해당하며, 입열 항목으로 분류되지 않는다.

모세관 상부에 보조 구부(저장부)를 두고, 사용 온도범위에 맞추어 그 안의 수은량을 가감함으로써 아주 작은 온도차를 정밀하게 측정할 수 있도록 만든 온도계를 베크만 온도계라 한다.

나머지 온도계는 이러한 구조를 갖추지 않는다.

• 액체팽창식 온도계 — 일반 액체팽창식·수은 온도계는 이러한 수은량 조절 기능이 없어 미세한 온도차 측정에는 적합하지 않다.
• 열전대 온도계 — 애초에 모세관과 수은을 이용하는 방식이 아니다.
• 가스압력 온도계 — 가스압력식 온도계 역시 애초에 모세관과 수은을 이용하는 방식이 아니다.

사용 용도는 고려하지 않아도 된다는 설명은 압력계 선택 시 반드시 고려해야 할 사항을 부정하는 잘못된 내용이다.

압력계를 선정할 때는 진동·충격 등 설치 환경을 고려한 부속품 준비, 사용 목적에 맞는 크기·등급·정밀도의 결정, 사용압력 범위에 맞는 측정범위 선정이 모두 중요한 고려사항이다.

보일러 열정산에서는 열의 입출입을 파악하기 위해 급수량 및 급수온도, 연소용 공기의 온도, 배기가스의 압력(온도) 등 실제 운전 중의 측정값이 필요하다.

반면 과열기의 전열면적은 보일러의 설계 제원(구조 사양)에 해당하는 값으로, 열정산을 위해 별도로 측정해야 하는 운전 데이터가 아니다.

부르돈관(Bourdon tube) 압력계는 대기압을 기준(0)으로 하여 그보다 얼마나 높은지를 나타내는 게이지압력을 측정하는 대표적인 탄성식 압력계이다.

절대압력을 얻으려면 여기에 대기압을 더해야 하고, 진공압은 대기압보다 낮은 압력을 별도로 나타내는 개념이므로 부르돈관이 직접 나타내는 값과는 구분된다.

제어계나 요소에 정현파(사인파) 형태의 입력을 주파수를 바꿔가며 가하고, 이에 대한 출력의 진폭비와 위상차 변화를 관찰하여 시스템의 동특성을 파악하는 방법을 주파수 응답이라 한다.

나머지는 정현파 주파수 시험과는 다른 개념이다.

• 시정수 — 계단입력에 대한 응답이 목표값의 일정 비율에 도달하는 시간을 의미한다.
• 비례동작 — 제어동작의 한 방식을 의미한다.
• 프로그램제어 — 미리 정한 시간계획에 따라 제어량을 바꾸는 방식을 의미한다.

제게르콘(Seger cone)은 여러 온도 등급의 원추형 시험체를 노 안에 함께 넣어, 가열에 따라 연화·굴곡되는 온도(내화도)를 육안으로 비교 판정하는 접촉식 온도계로, 내화물의 내화도 측정에 주로 사용된다.

나머지 온도계는 내화도 측정 용도가 아니다.

• 백금저항온도계 — 전기적 신호로 정밀한 온도값을 얻는 데는 유용하지만 내화물의 연화 거동 자체를 판정하는 용도는 아니다.
• 백금-백금·로듐 열전대온도계 — 전기적 신호로 정밀한 온도값을 얻는 데는 유용하지만 내화물의 연화 거동 자체를 판정하는 용도는 아니다.
• 기체식압력온도계 — 내화도 측정과는 거리가 멀다.

1atm을 SI 단위 Pa로 정확히 환산하면 약 101,300Pa(=101.3kPa)이므로, 제시된 "101.3Pa"는 단위가 1,000배 작게 표기된 값으로 1atm과 일치하지 않는다.

1atm(표준대기압)은 1013mbar, 1.033kg/cm², 10.332mH₂O와 각각 같은 값으로 환산되는 압력이다.

동점성계수는 $\nu = \dfrac{\mu}{\rho}$로 구한다.

점성계수 $\mu = 0.85\ \mathrm{poise} = 0.085\ \mathrm{N \cdot s/m^2}$이므로(1 poise = 0.1 N·s/m²)
$\nu = \dfrac{0.085}{85} = 0.001\ \mathrm{m^2/s}$
가 된다.

밀도의 단위 N·s²/m⁴는 kg/m³와 같은 차원이므로 그대로 나누어도 m²/s 단위의 동점성계수가 얻어지며, 다른 값들은 이 계산 결과와 맞지 않는다.

상당증발량은 실제 발생한 증기의 상태(압력·온도)에 관계없이, 이를 100℃의 포화수를 100℃의 건포화증기로 만드는 기준으로 환산한 증발량이다.

이때 증발계수는 발생증기의 엔탈피에서 급수의 엔탈피를 뺀 값을 기준 증발잠열 539kcal/kg으로 나눈 값이므로, 실제증발량에 증발계수를 곱한 값이 곧 상당증발량이 된다.

단요소식 수위제어는 보일러의 수위 신호 하나만을 검출하여 그 값에 따라 급수량을 조절하는 가장 단순한 형태의 수위제어 방식이다.

발전용 고압 대용량 보일러처럼 부하변동이 크고 수위 변화가 급격한 경우에는 수위 신호 외에 증기량·급수량까지 함께 검출하는 2요소식·3요소식이 사용되며, 단요소식은 부하변동에 따른 수위 변화폭이 크게 나타나는 한계가 있다.

자장 속 가열된 열선 주위에 생기는 자기풍(磁氣風)의 세기가 산소 농도에 비례하므로 산소가 많을수록 지시값은 커진다.

자기식 O₂계는 산소가 다른 가스보다 훨씬 강한 상자성을 띠어 자장에 끌리는 성질을 이용한다.

가동 부분이 없어 구조가 간단하고, 산소 이외의 가스(일산화질소 제외)에는 거의 감응하지 않아 선택성이 우수하다.

2위치 동작(ON-OFF 동작)은 조작량이 두 값 사이를 오가는 불연속 동작으로 PID의 구성요소가 아니다.

PID는 비례(Proportional, P)·적분(Integral, I)·미분(Derivative, D) 세 연속동작을 조합한 복합 제어동작의 기호이다.

비례동작으로 기본 조작량을 만들고, 적분동작으로 잔류편차를 없애며, 미분동작으로 응답을 빨리하여 안정성을 높인다.

방사(복사)고온계는 물체를 완전흑체(방사율 1)로 가정하고 스테판-볼츠만 법칙으로 온도를 환산하므로, 실제 방사율 ε이 1 미만인 물체는 지시온도가 진(眞)온도보다 낮게 나타난다.

진온도 T와 측정온도 T'(모두 절대온도) 사이에는 $T'^4 = \varepsilon T^4$ 관계가 성립하므로 $T = \dfrac{T'}{\varepsilon^{1/4}}$ 로 구한다.

측정온도 1000℃=1273K, ε=0.7을 대입하면
$T \approx \dfrac{1273}{0.7^{0.25}} \approx 1392\ \mathrm{K} \approx 1119^\circ\mathrm{C}$
가 된다.

절대온도 값 1392를 그대로 답으로 고르지 않도록 마지막에 반드시 273을 빼서 섭씨로 환산해야 한다.

가스크로마토그래피는 시료를 이동상과 함께 분리관을 통과시켜 성분별 체류시간 차이로 분리하는 방식이다.

여러 성분의 가스를 동시에 분석할 수 있고 분리성능과 선택성이 뛰어나며, 기체는 물론 비점 300℃ 이하의 액체 시료 분석에도 활용된다.

• 오르자트 분석기 — 흡수액을 이용한 화학적 용량분석법으로 단일 성분씩 순차 분석한다.
• 적외선 가스분석기 — 특정 성분에 특화된 분석 방식으로, 가스크로마토그래피만큼 다성분 동시 분리분석에 적합하지 않다.
• 도전율식 가스분석기 — 특정 물리적 성질에 특화된 분석 방식으로, 가스크로마토그래피만큼 다성분 동시 분리분석에 적합하지 않다.

가스 시료를 채취할 때는 배관 벽면 근처의 정체된 유동이나 불균일한 혼합 영역을 피하고, 대표성이 있는 관 중심부(주 유동)에서 채취해야 한다.

따라서 벽에 가까운 가스를 채취한다는 설명은 틀린 내용이다.

이 외에 공기 침입을 막고, 배관을 짧게 유지하며, 시료와 화학반응을 일으키지 않는 재질의 배관·부품을 사용하는 것은 모두 정확한 가스 분석을 위한 올바른 시료채취 원칙이다.

관 내경 200mm의 단면적은 $A=\dfrac{\pi}{4}D^2=\dfrac{\pi}{4}(0.2\,\mathrm{m})^2\approx0.0314\,\mathrm{m^2}$이고, 유량은 $Q=1500\,\mathrm{L/min}=0.025\,\mathrm{m^3/s}$이다.

따라서 유속은
$v=\dfrac{Q}{A}=\dfrac{0.025}{0.0314}\approx0.796\,\mathrm{m/s}$
로, 약 0.79 m/s가 된다.

평면벽의 정상상태 전열식 $q = \dfrac{k\Delta t}{L}$을 벽 두께에 대해 풀면 $L=\dfrac{k\Delta t}{q}$가 된다.

열전도율 k=0.9 kcal/m·h·℃, 온도차 Δt=800−100=700℃, 단위면적당 열전달량 q=1400 kcal/m²·h를 대입하면
$L = \dfrac{0.9 \times 700}{1400} = 0.45\ \mathrm{m} = 45\ \mathrm{cm}$
로 벽 두께는 45cm이다.

온도조절식 트랩에 해당하는 것은 열동식 트랩이다.

온도조절식 증기 트랩은 온도의 변화에 따라 작동하는 감지 원소를 이용하여 응축수를 배출하며, 열동식 트랩은 이중 금속판(바이메탈)이 온도 변화에 따라 팽창·수축하면서 밸브를 개폐하는 온도조절식 트랩이다.

• 버킷 트랩 — 응축수의 액위 변화를 감지하는 기계식 트랩이다.
• 플로트 트랩 — 응축수의 액위 변화를 감지하는 기계식 트랩이다.
• 디스크형 트랩 — 응축수와 포화증기의 온도 차이를 이용하는 열역학적 트랩이다.

입형 보일러는 설비비가 적게 들지만 효율이 낮은 보일러이므로, 설비비가 많이 들고 효율이 높다는 설명이 틀리다.

입형 보일러는 구조가 간단하고 설치 면적이 작아 좁은 장소에 설치하기 쉽다.

반면 전열면적이 작아 부하능력이 적고, 증기부가 좁아 습증기가 발생하기 쉽다.

급수 중에 유지분이 섞여 있으면 전열면(관벽) 표면에 기름막을 형성해 열전달을 방해하고, 그 부위에 열이 국부적으로 축적되어 과열·팽출·파열 등의 손상을 직접적으로 유발한다.

나머지 물질은 유지와 성격이 다르다.

• 탄산가스 — 관수의 부식(산성 부식)을 일으키는 원인 물질이다.
• 수산화나트륨 — 가성취화를 일으키는 원인 물질이다.
• 히드라진 — 오히려 용존산소를 제거하는 청관제(탈산소제)로 사용되는 물질이다.

비점이 낮은 물질(수은, 다우섬 등)을 열매체로 사용하는 보일러는 열매체식 보일러이다.

이 방식은 물 대신 비점이 낮은 유기용제나 금속을 순환시켜 저압에서도 고온(300℃ 이상)을 얻을 수 있으며, 일반 수관식 보일러처럼 고압이 필요하지 않다는 장점이 있다.

관류식·노통연관식·자연순환 수관식 보일러는 모두 물을 매체로 사용하므로 고온 달성 시 고압이 필수적이다.

보일러 급수처리에는 경도 성분을 제거하는 이온교환법, 콜로이드성 부유물을 뭉쳐 제거하는 응집법, 고형물을 걸러내는 여과법 등이 사용된다.

희석법은 단순히 농도를 낮추는 방법일 뿐 불순물을 제거하는 급수처리 공정으로 분류되지 않으므로, 급수처리방법에 해당하지 않는다.

상당증발량은 실제 증발량에 (증기엔탈피−급수엔탈피)를 곱하고, 이를 100℃ 포화수→포화증기의 증발잠열인 539kcal/kg으로 나누어 구한다.

$G_e = \dfrac{G_a (h_2 - h_1)}{539} = \dfrac{3500 \times (640 - 20)}{539} = \dfrac{3500 \times 620}{539} \approx 4026\ \mathrm{kg/h}$

버너 팁은 액체 연료를 분무하는 노즐 부분으로서 연료 분무 장치에 해당하며, 공기조절장치의 구성 요소가 아니다.

액체 연료 연소장치의 보염장치(공기조절장치)는 연소에 필요한 공기를 공급하고 제어하는 부분이다.

• 바람상자 — 공기 공급을 맡는 구성 요소이다.
• 보염기 — 공기 유입 제어를 맡는 구성 요소이다.
• 버너타일 — 연소실 보온을 맡는 구성 요소이다.

증발계수(증발력)는 실제 증기 발생 조건에서의 증발열을 100℃ 포화수가 100℃ 건포화증기로 바뀌는 기준 증발잠열로 나눈 값으로, $\text{증발계수} = \dfrac{h_2-h_1}{2256.9}$로 구한다.

증기 엔탈피 2800kJ/kg, 급수 엔탈피 125kJ/kg을 대입하면
$\dfrac{2800-125}{2256.9} = \dfrac{2675}{2256.9} \approx 1.19$
로 계산된다.

보일러 본체는 증기 또는 온수를 발생시키는 부분이며, 절탄기·공기예열기는 배기가스 폐열을 회수해 보일러 열효율을 높이는 부속장치이고, 연소열이 보일러수에 전달되는 면을 전열면이라 부른다는 설명은 모두 타당하다.

다만 "관 속에 물이 흐르고 외부의 연소가스에 의해 가열되는 관"은 수관(水管)에 대한 설명이다. 반대로 연관(煙管)은 관 속으로 고온의 연소가스가 흐르고 관 외부를 물이 감싸며 가열되는 구조이므로, 제시된 설명은 연관이 아니라 수관에 해당한다.

탄화규소질 내화물은 열전도율이 커서 열교환이 필요한 머플·열교환기 벽 등에 쓰이고, 고온에서 팽창·수축이 작아 내스폴링성과 내마모성이 우수하며 하중연화온도도 높다.

나머지 설명은 틀리다.

• 산성 내화물 분류 — 탄화규소질 내화물은 중성 내화물이다.
• 1000℃ 이하 사용 — 하중연화온도가 높으므로 1000℃ 이하에서만 쓴다는 것은 틀리다.
• 산화되지 않음 — 고온의 산화 분위기에서는 SiC가 산화되어 SiO₂로 변하는 약점이 있으므로 '전혀 산화되지 않는다'는 설명은 틀리다.

검사대상 증기보일러에는 스프링의 탄성력으로 밸브를 누르고 있다가 설정압력 초과 시 자동으로 밀어 올려 증기를 분출하는 스프링식 안전밸브를 사용하도록 정해져 있다.

지렛대식이나 중추식은 구조상 정밀한 압력 설정과 신뢰성이 떨어져 현재 검사대상 증기보일러에는 일반적으로 사용되지 않는다.

돌로마이트질 내화물의 내화도는 SK36 이상 수준으로 상당히 높으므로, 내화도가 SK26~30이라는 설명은 실제보다 지나치게 낮게 표현된 값이어서 옳지 않다.

돌로마이트질 내화물은 염기성 내화물로 염기성 슬래그에 대한 저항성이 크고, CaO 성분 때문에 대기 중 수분을 흡수해 붕괴되는 소화성(수화성)이 큰 것이 특징이며, 급열·급냉에 의한 박락에 견디는 내스폴링성도 좋은 것으로 분류된다.

스위블 이음(swivel fitting)은 2개 이상의 엘보를 사용하여 배관의 열팽창을 흡수하는 신축 이음으로, 배관이 지그재그(Z자 또는 L자) 형태로 꺾이면서 신축 응력을 분산시킨다.

이 방식은 방열기에 영향을 미치지 않으면서 증기 및 온수난방용 배관에서 열팽창을 자연스럽게 흡수할 수 있다.

• 벨로즈 이음: 주름진 금속 튜브로 신축하는 방식이다.
• 루프형 이음: 배관 자체가 고리 형태로 구부러져 신축하는 방식이다(엘보 2개 이상이 아님).
• 슬리브 이음: 펴지는 신축 이음이다.

이들은 모두 조건에 맞지 않는다.

노통 바깥 면과 가장 가까운 연관의 면 사이는 50mm 이상의 틈새를 두도록 하는 것이 보일러 구조 설계 기준이다.

노통연관보일러에서 연소가스의 고온부인 노통과, 그 열의 영향을 받는 연관 사이에는 국부적인 과열이나 열팽창으로 인한 접촉·손상을 막기 위해 일정 거리 이상의 틈새를 두어야 한다.

다우섬보일러는 다우섬 등 특수 열매체를 순환시켜 고온을 얻는 특수열매체보일러이고, 레플러보일러와 슈미트-하트만보일러는 보일러수와 증기 계통을 분리하여 간접적으로 증기를 발생시키는 특수순환식(간접가열식) 보일러로 모두 특수보일러로 분류된다.

벤슨보일러는 드럼 없이 급수를 한 번의 통과로 증기화하는 관류식 보일러로, 수관식 보일러의 한 형식으로 분류되어 특수보일러에 해당하지 않는다.

소성내화물은 원료를 잘게 부수는 분쇄, 결합제와 물 등을 섞어 반죽하는 혼련, 원하는 형태로 만드는 성형, 수분을 제거하는 건조, 마지막으로 고온에서 굽는 소성의 순서로 제조된다.

혼련을 거치지 않고 성형하거나, 건조를 성형보다 앞세우는 등 순서가 뒤바뀐 조합은 실제 제조 공정과 맞지 않는다.

관련 검사기준상 전열면적 50m² 이하인 증기보일러에는 안전밸브를 1개만 설치하는 것이 허용된다.

증기보일러는 원칙적으로 안전밸브를 2개 이상 설치해야 하지만, 전열면적이 작아 발생 증기량이 적은 소형 보일러의 경우 위험성이 상대적으로 낮아 예외를 둔다.

에너지이용 합리화법령에 따라 검사대상기기의 설치자가 사용 중인 기기를 폐기한 경우, 폐기한 날로부터 15일 이내에 폐기신고서를 관할 기관에 제출하여야 한다.

20일, 30일, 60일은 이 신고 기한과 맞지 않는 수치이다.

전열면에 기름때(유지분)가 붙어 있으면 열전달이 방해되어 국부적으로 과열·소손이 발생하기 쉬우므로, 유지분을 제거하지 않는 것은 과열·소손을 막는 대책이 될 수 없다.

나머지는 정상적인 방지책이다.

• 수위 유지 — 수위를 낮추지 않는 것은 전열면이 노출되지 않게 하는 정상적인 방지책이다.
• 농축 방지 — 보일러수를 과도하게 농축시키지 않는 것도 스케일·과열을 막는 방지책이다.
• 열부하 제한 — 연소실 열부하를 과도하게 높이지 않는 것 역시 국부과열을 막는 방지책이다.

보일러를 장기간 사용하지 않고 보존할 경우에는 내부의 물기를 완전히 제거하고 건조 상태를 유지해 부식을 막는 건조보존법이 가장 적합하다.

만수보존법이나 청관제 만수보존법은 물을 채운 상태로 보존하는 방식으로 단기간 보존에 적합하며, 장기간 방치 시에는 부식 우려가 있어 권장되지 않는다.

송기 시 증기밸브를 급격히(빠르게) 열면 관 내 압력차가 급변하면서 프라이밍·포밍을 유발해 오히려 이상증발을 일으키므로, 이는 예방대책이 아니라 이상증발을 유발하는 잘못된 조작에 해당한다.

증기밸브는 서서히 열어야 하며, 보일러수의 이상증발(캐리오버)을 막으려면 블로우 다운으로 보일러수의 농축을 방지하고, 표준수위를 유지하며, 유지분·불순물을 제거하고 청관제로 수질을 관리하는 등의 조치가 필요하다.

진공환수식은 환수관 내부를 진공펌프로 감압하여 응축수를 강제로 흡인하는 방식이므로, 여러 환수방식 중 응축수(증기)의 순환속도가 가장 빠르다.

나머지 방식은 순환속도가 이에 미치지 못한다.

• 중력환수식 — 자연낙차만으로 흐르므로 순환속도가 가장 느리다.
• 기계환수식(강제환수식) — 펌프로 응축수를 환수하지만 관 내부에 진공을 걸지는 않으므로 진공환수식만큼 순환력이 크지 않다.

황(S)분이 많은 연료를 사용하는 것은 보일러 과열의 원인과는 가장 거리가 멀다.

보일러 전열면의 국부적인 과열은 스케일 퇴적, 저수위 상태에서의 운전, 화염이 전열면에 직접 닿는 경우처럼 전열이나 냉각이 정상적으로 이루어지지 않을 때 발생한다.

황분은 저온부식이나 대기오염물질 배출과 관련된 문제이지 전열면의 국부 과열을 직접 일으키는 원인은 아니다.

대표적인 탈산소제로 하이드라진이 쓰이는데, 반응 후 질소와 물만 남겨 스케일이나 고형물을 남기지 않는 장점이 있어 특히 고압 보일러에 많이 사용된다.

보일러수에 남은 용존산소는 배관과 동체를 부식시키므로 탈산소제를 투입해 제거한다.

• 황산 — 산세관제로 쓰이는 약품이다.
• 수산화나트륨 — pH 조정제로 쓰이는 약품이다.
• 염화나트륨 — 탈산소 기능이 없다.

수위를 낮게 유지하는 것은 증기부 공간을 넓혀 수분 분리에 오히려 유리하므로 습증기 발생 원인이 아니다(단, 안전저수위 이하로 내려가면 과열 사고의 원인이 된다).

증기에 물방울이 섞여 습도가 높아지는 것은 프라이밍·포밍에 따른 캐리오버 때문이다.

• 상용수위보다 높은 수위 — 수위가 높으면 증기부 공간이 좁아져 수분이 쉽게 동반된다.
• 보일러수 농축 — 보일러수가 농축되어 고형물·유지분이 많으면 기포가 터지지 않아 포밍이 일어난다.
• 증기 부하 급증 — 부하가 급변하면 수면이 심하게 끓어 올라 프라이밍이 생긴다.

교환능력이 떨어진 수지에 통수량을 늘리면 경도 성분이 그대로 빠져나가 처리수 수질이 나빠지므로 재생하지 않고 계속 통수한다는 설명이 틀렸다.

이온교환수지는 교환능력이 한계에 이르면 산(양이온 수지)이나 알칼리(음이온 수지) 등의 재생제로 역세·통약·압출·수세 과정을 거쳐 재생하여 다시 사용한다.

• 전처리 — 현탁물질은 수지층을 막고 유리염소는 수지를 산화·열화시키므로 여과·활성탄 등으로 전처리한다.
• 수질 감시 — 원수와 처리수의 수질 감시로 재생 시점과 처리 성능을 확인한다.
• 수지 보충 — 역세 등으로 유실된 수지는 보충하여 수지량을 유지해야 한다.

주형방열기에 온수를 사용하는 경우 상당방열면적(EDR) 1m²당 표준방열량은 약 $0.523\ \mathrm{kW}$(약 450 kcal/m²·h) 수준이다.

방열기의 표준방열량은 열매체의 종류에 따라 다르며, 증기를 사용하는 경우의 표준방열량은 이보다 큰 값(약 0.755kW 수준)이 적용되므로 온수를 사용할 때와 구분해야 한다.

암모니아는 가성취화 방지 목적으로 사용되는 약제가 아니다.

가성취화 방지에는 인산나트륨, 질산나트륨, 탄닌 등의 약제가 사용된다.

기후에너지환경부장관은 에너지이용 합리화에 관한 기본계획을 5년마다 수립하여야 한다.

에너지이용 합리화법령에 따라 에너지를 합리적으로 이용하게 하기 위하여 수립하는 이 기본계획을 바탕으로 매년 시행계획이 수립·시행되므로, 5년 주기의 기본계획과 연 단위의 시행계획은 구분되는 개념이다.

건조보존 시 뚜껑·밸브·콕 등은 밀폐(폐쇄)해 두어야 하므로 "전부 개방하여 둔다"는 설명이 틀렸다.

건조보존법은 보일러수를 완전히 빼내고 내부 습기를 제거한 뒤 건조 상태를 유지해 부식을 막는 장기 보존 방법이다. 이 상태를 유지하려면 외부 습한 공기의 침입을 막아야 하므로, 전부 개방해 두면 오히려 습기 침입을 허용하게 되어 건조보존 원칙과 어긋난다.

• 생석회 — 생석회 등 흡습제를 보일러 내부에 넣어 습기를 흡수시킨다.
• 연도 건조 — 연도 역시 습기가 없도록 건조 상태를 유지한다.
• 열풍 건조 — 스케일 제거 후 열풍을 통과시켜 내부를 완전히 건조시킨다.

광고 내용에는 에너지의 소비효율 또는 소비효율등급을 포함하여야 한다.

효율관리기자재의 제조업자·수입업자가 광고매체를 이용해 해당 기자재를 광고할 때 적용되는 규정으로, 소비자가 광고를 통해서도 제품의 에너지 성능을 비교·확인할 수 있도록 하여 에너지소비효율 표시제도의 실효성을 높이기 위한 것이다.

표준 대기압에서 물의 밀도(비중)가 가장 커지는 온도는 약 4℃이므로 약 1℃라는 설명이 틀렸다.

이는 물의 이상 열팽창 특성으로 잘 알려져 있다.

• 임계압력 — 약 22MPa는 실제 물성값과 부합한다.
• 임계온도 — 약 374℃는 실제 물성값과 부합한다.
• 증발잠열 — 표준 대기압에서 약 2256kJ/kg은 실제 물성값과 부합한다.

효율관리기자재 시험기관은 기후에너지환경부장관이 지정한다.

에너지이용 합리화법령상 제조업자나 수입업자는 효율관리기자재의 에너지 사용량 등을 이 시험기관에서 측정받아야 한다. 한국에너지공단이사장은 검사대상기기의 검사 등 실무를 담당하는 기관이지만, 시험기관을 지정하는 권한은 기후에너지환경부장관에게 있다.

에너지이용 합리화법상 에너지 수급에 중대한 차질이 우려될 때 취할 수 있는 조치에는 에너지의 배급, 비축과 저장, 사용 제한 등이 포함된다.

"에너지 판매시설의 확충"은 수급 위기 시 취하는 긴급조치가 아니라 평상시의 공급 인프라 확대에 해당하므로, 이 법의 수급 안정 조치 항목에는 포함되지 않는다.

보일러 청관제 중 슬러지 조정제는 관수 중에 생기는 스케일 성분을 부드러운 슬러지 상태로 유지해 관 벽에 고착되지 않고 쉽게 배출되도록 돕는 약제로, 탄닌·리그닌·전분(녹말) 등이 대표적으로 사용된다.

수산화나트륨(가성소다)은 관수의 pH·알칼리도를 조정하는 약제로 분류되며, 슬러지의 분산·연화를 목적으로 하는 슬러지 조정제와는 용도가 다르다.

소다끓이기(soda boiling)는 신설 보일러의 내부에 남은 유지분·녹 등을 제거하기 위해 탄산나트륨, 수산화나트륨, 제3인산나트륨 등 알칼리성 약품을 넣고 끓이는 작업이다.

염화나트륨(NaCl)은 일반 소금으로 알칼리성이 없어 유지분 제거나 방청 효과가 없으며, 오히려 염소이온으로 부식을 유발할 수 있어 소다끓이기 약품으로 사용하지 않는다.

증발관처럼 열부하가 큰 부위의 국부 과열점에서는 보일러수가 계속 증발하면서 수산화나트륨(NaOH) 등 알칼리 성분의 농도가 비정상적으로 진해지고 pH가 크게 높아져, 금속 표면을 침식하는 알칼리 부식이 발생한다.

염화마그네슘에 의한 부식은 가수분해로 생긴 산성 성분에 의한 부식이고, 증기분해에 의한 부식은 고온에서 수증기가 철과 반응하는 별개의 기구이며, 산세척은 스케일을 제거하기 위한 세관 작업(잔류산 처리 불량 시 부식이 생길 수는 있음)이므로, 고농도 알칼리에 의한 이 현상과는 원인이 다르다.

회분 개질제는 바나듐 화합물의 융점을 높여 전열면에 쉽게 녹아 붙지 않도록 하므로, 융점을 낮춘다는 설명은 방지대책과 반대된다.

보일러의 고온부식(바나듐 어택)은 연료 중 바나듐 화합물이 녹아 전열면에 융착되면서 발생한다.

• 바나듐 제거 — 연료 중 바나듐 성분을 제거하는 것은 방지대책이 된다.
• 보호피막 — 고온가스 접촉부에 보호피막을 하는 것은 방지대책이 된다.
• 연소가스 온도 — 바나듐 융점 이하로 유지하는 것은 방지대책이 된다.