[가스기사 필기] 20년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

포텐셜 흐름은 비회전(irrotational)이면서 점성에 의한 마찰이 없는 이상유체의 흐름을 말한다.
고체벽에 인접한 유체층은 점성 마찰이 지배적이고, 회전 흐름은 비회전 조건을 만족하지 못하며, 파이프 내 완전발달유동도 벽면 마찰의 영향을 받으므로 포텐셜 흐름이 될 수 없다.

이상기체의 밀도는 $\rho = \dfrac{P}{RT}$로 나타나며, 같은 기체이므로 기체상수 R은 동일하다.
$\dfrac{\rho_1}{\rho_2} = \dfrac{P_1 T_2}{P_2 T_1} = \dfrac{2 \times 473}{1 \times 373} \approx 2.54$
온도는 절대온도(100℃=373K, 200℃=473K)로 환산해 계산해야 한다.

동점성계수(kinematic viscosity) $\nu$는 점성계수 $\mu$를 밀도 $\rho$로 나눈 값($\nu=\mu/\rho$)으로, 단위는 $m^2/s$이다(cgs 단위로는 스토크스, St).
kg/m·s는 점성계수(절대점도) $\mu$ 자체의 단위이고, kg/m²이나 m²/kg는 점성과는 무관한 단위이다.

실제 유체에 베르누이 방정식을 적용할 때는 마찰손실(hf), 펌프가 유체에 가한 일(Wp), 터빈이 유체로부터 뽑아낸 일(Wt)을 추가로 보정해 준다.
압력차(ΔP)는 베르누이 방정식의 압력수두 항(P/ρg)에 이미 포함되어 있는 변수이지, 실제유체를 다루기 위해 별도로 추가하는 보정항이 아니다.

수평 등속 비행에서는 양력이 중량과 같으므로(L=W), $D = \dfrac{W}{L/D} = \dfrac{10000}{5} = 2000\ \text{kgf}$이다.
속도는 $270\,\text{km/h} = 75\,\text{m/s}$이므로 필요 동력은 $D \times V = 2000 \times 75 = 150000\ \text{kgf}\cdot\text{m/s}$이다.
1PS = 75kgf·m/s이므로 $150000 \div 75 = 2000\ \text{PS}$가 된다.

층류 유동의 최대속도는 임계 레이놀즈수 조건에서 구할 수 있다. 먼저 동점성계수를 구하면 $\nu = \dfrac{\mu}{\rho} = \dfrac{0.2\ \text{Pa}\cdot\text{s}}{800\ \text{kg/m}^3} = 2.5\times10^{-4}\ \text{m}^2/\text{s}$이다(2Poise = 0.2 Pa·s, 비중 0.8이므로 밀도 800kg/m³).
$Re = \dfrac{VD}{\nu}$에서 $V = \dfrac{Re \cdot \nu}{D} = \dfrac{2100 \times 2.5\times10^{-4}}{0.042} = 12.5\ \text{m/s}$로, 이 값을 넘으면 난류로 천이한다.

다르시-바이스바흐 식 $h_f = f\dfrac{L}{D}\dfrac{V^2}{2g}$에서 관마찰계수를 구한다.
$\dfrac{V^2}{2g} = \dfrac{4.5^2}{2\times9.8} = 1.033$, $\dfrac{L}{D} = \dfrac{20}{0.1}=200$이므로 $f = \dfrac{h_f}{(L/D)(V^2/2g)} = \dfrac{4.8}{200\times1.033} \approx 0.0232$이다.

축소-확대 노즐의 확대부에서 흐름이 초음속이면, 아음속 확대부와 달리 단면적이 커질수록 유속은 오히려 증가한다.
등엔트로피 관계상 속도가 증가하면 압력·밀도·온도는 모두 감소한다. 따라서 확대부에서 감소하는 양끼리 옳게 묶인 것은 압력과 밀도이며, 속도가 포함된 조합은 속도가 증가하므로 옳지 않다.

유선(streamline)은 어느 순간 유체흐름의 모든 점에서 그 점을 지나는 접선 방향이 그 점의 속도 방향과 일치하는 연속적인 가상의 선을 말한다.
속도벡터에 평행하지 않거나 수직한 선, 유동단면의 중심을 이은 선은 유선의 정의와 무관하다.

수두는 $h = \dfrac{P}{\gamma}$로 구하며, 액체의 비중량은 $\gamma = 0.9 \times 1000 = 900\ \text{kgf/m}^3$이다.
절대압 $2\ \text{kgf/cm}^2 = 2\times10^4\ \text{kgf/m}^2$이므로 $h = \dfrac{2\times10^4}{900} \approx 22.2\ \text{m}$가 된다.

정체온도는 외부와 열 교환이 없는 단열과정에서 에너지 방정식에 의해 일정하게 유지된다.
등엔트로피 팽창, 단면적이 일정한 단열 마찰흐름(파노 흐름), 수직 충격파는 모두 열교환이 없는 단열과정이므로 정체온도가 변하지 않는다.
반면 등온 마찰흐름은 유동 중 외부와 열이 교환되어 유체의 정체엔탈피, 즉 정체온도가 변화하는 유일한 경우이다.

기체 수송 장치는 상승(토출)압력의 크기에 따라 팬(약 10kPa 미만), 송풍기(약 10kPa~0.1MPa), 압축기(0.1MPa 이상), 그리고 대기압 이하로 흡입하는 진공펌프로 구분한다.
이 중 압축기는 기체를 압축해 압력을 크게 높이는 장치로, 나열된 장치 중 상승압력이 가장 크다.

무디선도에서 완전 난류(고레이놀즈수) 영역의 거친 관은 관마찰계수 선이 수평(일정)하게 나타난다.
이는 관마찰계수가 레이놀즈수와 무관하고 오직 상대조도에만 의존함을 의미한다. 반면 층류나 천이·매끈한 관 영역에서는 레이놀즈수의 영향을 받는다.

Hagen-Poiseuille 식이 적용되는 원관 층류 유동에서는 속도분포가 포물선형이며, 평균속도는 최대속도의 절반이다($V_{avg} = \dfrac{V_{max}}{2}$).
따라서 $V_{max}=6\ \text{cm/s}$일 때 $V_{avg} = 3\ \text{cm/s}$가 된다.

수동력은 펌프가 실제 유체에 전달한 동력으로, 효율과 무관하게 $P_w = \rho g Q H$로 구한다.
$Q = 7.5\ \text{m}^3/\text{min} = 0.125\ \text{m}^3/\text{s}$이므로 $P_w = 1000 \times 9.8 \times 0.125 \times 30 \approx 36750\ \text{W} \approx 36.8\ \text{kW}$이다.
펌프 효율 0.8은 축동력(수동력을 효율로 나눈 값)을 구할 때 필요한 값이며, 수동력 자체 계산에는 사용하지 않는다.

운동부분과 고정부분이 밀착되어 역류가 적고, 점성이 큰 경질 윤활유 등의 수송에 적합하며 고압(200atm 이상)을 낼 수 있는 펌프는 기어펌프 등의 회전펌프이다.
왕복펌프는 밸브 작동으로 인해 맥동이 발생하고, 격막펌프는 소량·저압의 부식성 유체 이송에 쓰이며, 원심펌프는 저점도 유체에 적합해 고점도 유체나 초고압에는 불리하다.

표준대기압은 76cmHg이며, 진공압력 30cmHg만큼 대기압보다 낮으므로 절대압력은 $76-30=46\ \text{cmHg}$이다.
76cmHg가 약 $1.033\ \text{kgf/cm}^2$이므로 $46\ \text{cmHg} = 1.033 \times \dfrac{46}{76} \approx 0.625\ \text{kgf/cm}^2$가 된다.

수직 충격파를 지나면 초음속 흐름이 급격히 아음속으로 바뀌므로 마하수는 감소한다.
이 과정은 비가역적이라 압력은 급격히 증가하고, 엔트로피도 증가한다(등엔트로피가 아닌 실제 비가역 압축이기 때문).

등엔트로피 과정에서 밀도와 압력의 관계는 $\dfrac{\rho_2}{\rho_1} = \left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{1/k}$이며, 비열비는 $k = C_p/C_v = 1200/1000 = 1.2$이다.
$\dfrac{\rho_2}{\rho_1} = 2^{1/1.2} = 2^{0.833} \approx 1.78$배가 된다.

음속은 압력 교란이 매질 속을 전파하는 속도로, 등엔트로피 조건에서 압력과 밀도의 관계로부터 $a = \sqrt{\left(\dfrac{dP}{d\rho}\right)_s}$로 정의된다.
SI 단위계를 사용하는 표준적인 음속 정의식에는 중력가속도 g가 별도로 들어가지 않는다.

정적 과정이므로 가열에 필요한 열량은 $Q = mC_v\Delta T$로 구한다. 먼저 질량을 이상기체 상태방정식으로 구하면 $m = \dfrac{PV}{RT} = \dfrac{200000 \times 2}{287 \times 273} \approx 5.1\ \text{kg}$이다.
온도차는 $\Delta T = 40\ \text{K}$이므로 $Q = 5.1 \times 718 \times 40 \approx 146600\ \text{J} \approx 147\ \text{kJ}$가 된다.

이론 연소가스량은 단위량의 연료를 포함한 이론 혼합기(연료+이론공기)가 완전 반응하였을 때 발생하는 연소가스량을 말한다.
발생하는 것을 산소량이라고 서술한 것은 연소가스가 생성된다는 개념과 어긋나고, 불완전 반응을 전제로 한 서술도 완전연소를 가정하는 이론값의 정의에 맞지 않는다.

연료가 착화하면 고온에서 빠르게 연소하고, 고체·액체 연료는 고온 분위기에서 먼저 가스화가 일어나며, 산화뿐 아니라 열분해 반응도 함께 일어난다는 설명은 모두 옳다.
그러나 환원반응은 산소(공기)가 부족한 상태에서 불완전연소로 나타나는 반응이며, 이때의 화염을 환원염이라 한다. 공기의 과잉 상태에서 생긴다고 서술한 부분이 옳지 않다.

이 문항은 실제 시험에서 전항정답으로 처리된 문항입니다. 출제 오류로 판단되어 어느 선택지를 골라도 정답으로 인정되었습니다. 여기서는 채점을 위해 한 선택지만 정답으로 두었으니, 다른 것을 고르셨더라도 틀린 판단이 아닙니다.
체적이 일정한 정적 변화이므로 엔트로피 변화는 $\Delta S = mC_v\ln\dfrac{T_2}{T_1}$로 구한다(주어진 비열 717 J/kg·K를 정적비열로 적용, 질량 1kg).
$T_1=373\text{K}(100{}^\circ\mathrm{C}),\ T_2=573\text{K}(300{}^\circ\mathrm{C})$이므로 $\Delta S = 717 \times \ln\dfrac{573}{373} = 717 \times 0.430 \approx 308\ \text{J/kg}\cdot\text{K}$가 된다.

피크농도는 첨가기체를 넣어 혼합기체의 연소범위가 완전히 소멸되는 순간의 첨가기체 농도로, 질소는 약 37vol%, 이산화탄소는 약 23vol% 부근이다.
첨가기체의 비열이 클수록 적은 양으로도 연소열을 많이 흡수해 소염되므로 피크농도는 작아지고, 열전달률이 클수록 열을 잘 빼앗아 역시 피크농도가 작아진다. 따라서 비열이 작을수록 피크농도가 작아진다는 설명이 옳지 않다.

역화(back fire)를 방지하려면 연료 분출구를 작게 하고, 연료의 분출속도를 크게 하며, 1차 공기비를 착화범위보다 적게 유지해야 한다.
버너 자체의 온도가 높아지면 혼합가스의 연소속도가 빨라져 오히려 역화가 일어나기 쉬워지므로, 버너의 온도를 높게 유지해야 한다는 설명은 옳지 않다.

층류예혼합화염의 온도곡선은 미연소 혼합기가 가열되어 온도가 급격히 올라가는 구간에서 변곡점을 가지는데, 이 지점의 온도 $T_i$를 착화온도(점화온도)라 한다.
이 온도를 지나면서 화학반응이 본격적으로 진행되어 화염대의 최고온도로 이어진다.

열역학 제1법칙 $\Delta U = Q - W$에서, 기체가 압축되며 일을 받았으므로 계가 한 일은 $W=-1500\ \text{kgf}\cdot\text{m}$이고, 열은 밖으로 방출되었으므로 $Q=-5\ \text{kcal}$이다.
일의 열당량($1\text{kcal} \approx 427\ \text{kgf}\cdot\text{m}$)을 이용하면 $W \approx -3.51\ \text{kcal}$이므로 $\Delta U = -5 - (-3.51) \approx -1.5\ \text{kcal}$, 즉 내부에너지는 약 1.5kcal 만큼 감소한다.

Flash fire는 누출된 가연성 가스운이 점화되어 급속히 연소하지만, 폭연 속도가 느려 중대한 과압을 동반하지 않는 화재 형태를 말한다.
이는 격렬한 폭발적 압력파를 동반하는 BLEVE나 폭발과 구분되며, 밀폐되지 않은 공정지역이나 옥외 모듈에서도 얼마든지 발생할 수 있다.

연료의 고위발열량(Hh)과 저위발열량(Hl)의 차이는 연소생성물 속 수분이 응축될 때 방출되는 잠열에 해당한다.
수분은 연료에 포함된 수분(W)뿐 아니라 수소(H) 성분이 연소하며 새로 생성하는 수분(9배)까지 포함되므로, 그 차이는 $H_h - H_l = 600(9h+W)\ \text{kcal/kg}$로 나타낸다(물의 증발잠열을 약 600kcal/kg로 적용).

카르노사이클은 두 개의 등온과정과 두 개의 단열과정으로 구성된 가역사이클로, 동일한 고온·저온 열원 사이에서 작동하는 모든 열기관 중 이론적으로 최고 효율을 낸다.
이 때문에 실제 기관의 효율을 평가할 때 도달 가능한 한계치로서 카르노사이클의 효율과 비교하는 것이 표준으로 쓰인다.
재열사이클과 재상(재생)사이클은 랭킨사이클의 효율을 개선하기 위한 응용 사이클이고, 냉동사이클은 열을 저온에서 고온으로 이동시키는 별개의 목적을 가진 사이클이므로 기준 사이클로 쓰이지 않는다.

연소범위(폭발범위)는 하한값과 상한값의 차이로 나타나며, 산화에틸렌은 약 3~80%에 이르는 매우 넓은 범위를 가져 제시된 가스 중 가장 넓다. 산화에틸렌은 자기분해성이 있어 자료에 따라 상한을 100%까지 보기도 한다.
수소는 약 4~75%, 일산화탄소는 약 12.5~74%로 비교적 넓은 편이지만 산화에틸렌에는 미치지 못하며, 암모니아는 약 15~28%로 범위가 좁은 편에 속한다.

난류예혼합화염은 층류에 비해 유동의 소용돌이(와류)로 인해 화염면이 접혀지고 찢어지면서 반응대가 두꺼워지고 연소속도가 현저히 빨라진다.
이 과정에서 미처 반응하지 못한 미연소분이 와류에 실려 화염 뒤쪽까지 넘어가 잔류하게 되며, 이는 층류화염에서는 나타나지 않는 난류화염의 특징적 현상이다.
화염 두께가 얇아지거나 밝기가 어두워지거나 연소속도가 느려진다는 설명은 난류화염의 실제 거동과 반대된다.

프로판의 완전연소 반응은 $C_3H_8 + 5O_2 \to 3CO_2 + 4H_2O$로 나타난다.
화학양론계수는 반응식을 $\sum \nu_i M_i = 0$ 형태로 정리했을 때 각 물질에 부여되는 계수로, 반응물은 음수, 생성물은 양수로 둔다.
연료인 프로판 자신을 기준물질로 정규화하면 그 계수는 $-1$이 되며, 나머지 산소·이산화탄소·물의 계수는 이에 대한 상대적 비율로 표현된다.

이상기체상태방정식으로 전체 몰수를 구하면 $n = \dfrac{PV}{RT} = \dfrac{100 \times 0.3}{8.314 \times 293} \approx 0.01232\,kmol$이다.
체적률대로 성분별 몰수와 분자량을 곱해 질량을 구하면 N₂ 약 0.2414kg, CO₂ 약 0.0813kg, O₂ 약 0.0434kg, CO 약 0.0138kg이 되고, 정적가열이므로 각 성분의 질량과 정적비열을 곱한 값을 모두 더한 뒤 온도차 $\Delta T = 150-20=130K$를 곱한다.
계산하면 $Q \approx 130 \times (0.2414\times0.7448+0.0813\times0.6529+0.0434\times0.6618+0.0138\times0.7445) \approx 35\,kJ$로 근사값과 일치한다.

연소온도를 높이려면 단위시간당 발생하는 열량과 반응속도를 모두 높이는 방향으로 조작해야 하므로, 발열량이 큰 연료 사용, 완전연소 유도, 연료·공기의 예열은 모두 연소온도 상승에 기여한다.
반대로 연소속도를 천천히 하면 열손실이 상대적으로 커지고 최고 화염온도에 도달하기 전에 열이 분산되므로, 연소온도를 낮추는 방향으로 작용한다.

미분탄 연소는 석탄을 미세하게 분쇄해 공기와 함께 불어넣어 부유 상태로 태우는 방식으로, 화격자연소보다 낮은 공기비로도 높은 연소효율을 얻을 수 있고 뚜렷한 화염면 없이 화염이 연소실 전체에 퍼지는 것이 특징이다. 또한 고체 입자 표면에서 반응이 진행되므로 연소완료시간은 표면연소속도에 의해 좌우된다.
다만 고체연료라는 특성상 휘발분 방출과 가스화가 진행되는 속도 자체는 기체·액체연료에 비해 느려, 완전연소까지 충분한 체류시간과 넓은 연소실 공간이 필요하다.
따라서 가스화 속도가 빠르고 연소실 공간을 유효하게 이용할 수 있다는 설명은 미분탄 연소의 실제 특징과 맞지 않는다.

탄갱(炭坑, 석탄광산) 내부는 채굴 과정에서 발생하는 미세한 석탄 분진이 공기 중에 부유한 상태로 존재하기 쉽고, 여기에 점화원이 더해지면 분진폭발로 이어지는 사고가 대표적으로 발생한다.
증기폭발은 급격한 상변화, 분해폭발은 아세틸렌 등 자기분해성 물질, 혼합위험에 의한 폭발은 서로 다른 위험물의 접촉이 원인이 되는 폭발로 탄갱 사고의 주된 형태와는 성격이 다르다.

예혼합연소는 연소 전에 이미 연료와 공기(산화제)가 충분히 섞여 있는 상태에서 점화되므로, 화염 내에서 별도로 연료와 공기가 섞이는 확산 과정을 거칠 필요가 없다.
반면 확산연소는 연료와 산화제가 화염면에서 서로 확산되어 섞이면서 연소가 진행되는 방식으로, 혼합이 미리 되어 있지 않아 역화 위험은 오히려 예혼합연소보다 작고 조작(취급)은 예혼합연소보다 쉬운 편이다.

프로판과 부탄의 완전연소 반응식은 각각 $C_3H_8+5O_2 \to 3CO_2+4H_2O$, $C_4H_{10}+6.5O_2 \to 4CO_2+5H_2O$이다.
혼합가스 10$m^3$ 중 프로판이 4$m^3$, 부탄이 6$m^3$이므로 필요한 이론산소량은 $4\times5 + 6\times6.5 = 59\,m^3$이다.
공기 중 산소 비율이 21%이므로 이론공기량은 $\dfrac{59}{0.21}\approx 281\,m^3$이 된다.

냉동사이클은 저온부에서 열을 흡수하여 고온부로 방출하는 사이클로, 그 이론적 기준이 되는 사이클은 카르노사이클을 역방향으로 운전하는 역카르노사이클이다.
카르노사이클은 동력을 발생시키는 정방향 사이클의 기준이고, 랭킨사이클은 증기동력 사이클, 브레이튼사이클은 가스터빈 동력 사이클의 기준이므로 냉동사이클의 기본과는 구분된다.

전기방식(電氣防蝕)에서 T/B(터미널박스)는 배관의 방식전위를 측정·점검하기 위해 설치하는 것으로, 강재보호관을 통과하는 배관 구간과 강재보호관 사이, 다른 금속구조물과 근접·교차하는 부분, 직류전철 횡단부 주위, 매설배관 절연부의 양측처럼 전위 측정이나 전식(電蝕) 영향 확인이 필요한 지점에 반드시 설치하도록 되어 있다.
반면 배관과 철근콘크리트 구조물 사이는 T/B를 반드시 설치하여야 하는 장소로 규정된 항목에 포함되어 있지 않다.

제시된 작업은 호스 제거, 밸브에 캡 부착, 어스선(접지선) 제거, 차량 및 설비의 각 밸브 잠금 네 가지다. 하역 종료 후 처리는 "가스 흐름을 먼저 끊고, 정전기 대책을 가장 나중에 푼다"는 원칙으로 순서가 정해진다.
먼저 차량과 설비의 각 밸브를 잠가 가스 유로를 차단해야 한다. 밸브가 열린 상태에서 호스를 떼면 잔류 액이 분출되기 때문이다. 밸브를 잠근 뒤에 호스를 제거하고, 이어서 개방된 밸브에 캡을 부착해 이물질 유입과 누출을 막는다.
어스선(접지선)은 가장 마지막에 제거한다. 호스 분리나 캡 부착 과정에서 정전기가 발생할 수 있는데, 접지를 먼저 풀어 버리면 축적된 전하가 방전되면서 착화원이 될 수 있기 때문이다. 정리하면 밸브 잠금 → 호스 제거 → 캡 부착 → 접지선 제거 순이다.

연소기의 불꽃이 유지되려면 노즐에서 나오는 가스 유출속도와 연소(화염전파)속도가 균형을 이루어야 하는데, 불꽃 기저부 주위의 공기 흐름이 강해지면 불꽃이 노즐 쪽에 붙어있지 못하고 결국 떨어져 나가 꺼지게 된다.
이러한 현상을 블로우 오프라 하며, 화염이 노즐에서 들뜬 채 떨어져서도 계속 연소하는 리프트나, 가스 유출속도가 연소속도보다 느려 불꽃이 노즐 안쪽으로 역행하는 백파이어와는 발생 양상이 구분된다.

벽면 등에 고정 설치되어 있다가, 실제로 가스를 사용할 때만 퀵 커플러(원터치 커플러)로 이동식 연소기(예: 이동식 난로)의 호스를 연결해 사용하도록 만든 콕을 상자콕이라 한다.
호스콕은 호스를 직접 연결하는 일반적인 콕이고, 휴즈콕은 과류차단 안전기구가 내장된 콕, 노즐콕은 연소기 노즐 앞에 설치되는 콕으로 각각 용도가 다르다.

회전펌프는 케이싱 내부에서 회전체(기어, 로터, 나사 등)가 회전하며 액체를 이송하는 용적형 펌프로, 점성이 큰 액체 이송에 적합하고 흡입·토출 밸브가 없어 왕복펌프보다 토출액의 맥동이 작다는 것이 특징이다.
따라서 맥동이 다른 펌프보다 크다는 설명은 회전펌프의 실제 특성과 반대된다.

수소취성은 고온·고압 환경에서 수소가 강(steel) 중의 탄소와 반응하여 메탄($CH_4$) 가스를 생성함으로써 나타나는 현상으로, 이때 생성된 메탄이 강재 내부의 미세한 공극에 축적되면서 압력을 가해 균열과 탈탄을 일으켜 강재를 취약하게 만든다.
탄소강은 이러한 수소취성에 특히 취약한 재료이며, 수소 자체가 상온에서 곧바로 강을 부식시키는 것은 아니고 고온·고압 조건이 전제되어야 문제가 된다는 점에서 나머지 설명과 구분된다.

도시가스 배관을 지하에 매설할 때는 부식에 강하면서도 강도를 유지할 수 있는 재료가 필요한데, 강관 표면에 폴리에틸렌을 피복하여 방식 성능을 높인 폴리에틸렌 피복강관이 지하매설용으로 널리 사용된다.
압력배관용 탄소강관이나 배관용 아크용접 탄소강관 등은 주로 노출 배관이나 특정 압력 조건의 배관에 활용되며, 지하매설 환경에서 요구되는 방식 성능 측면에서는 피복강관에 미치지 못한다.

액체 1L가 기체로 변할 때의 부피 팽창비는 액체 밀도가 클수록, 분자량이 작을수록 커지는데, 이는 결국 1L에 들어있는 몰수가 많을수록 기화 후 부피가 커지기 때문이다.
산소는 액체 밀도(약 1.14kg/L)가 헬륨·질소보다 높으면서 분자량은 이산화탄소보다 훨씬 작아, 같은 1L 안에 담기는 몰수가 가장 많고 그 결과 기화되었을 때의 부피도 제시된 가스 중 가장 크다.

비교회전도(비속도)는 펌프 임펠러의 형상을 유량, 양정, 회전수로 무차원화하여 나타낸 값으로, 국내 관용 단위계에서는 회전수(rpm), 유량($m^3/min$), 양정(m)을 조합한 rpm·m³/min·m 형태의 단위로 표시한다.
이는 서로 다른 펌프의 임펠러 형상(원심형, 사류형, 축류형 등)을 비교하는 기준으로 쓰이며, 단위에 회전수·유량·양정 세 물리량이 함께 사용된다는 점이 특징이다.

이 조정기는 입구 쪽에 사용측 용기와 예비측 용기가 각각 별도로 연결되어 있다가, 사용측 압력이 설정치 이하로 낮아지면 자동으로 예비측 용기의 가스 공급으로 전환되는 방식으로 작동하며, 이러한 동작 원리 그대로 자동교체식 조정기라 부른다.
1단식 감압식·저압·준저압 조정기는 모두 압력을 한 단계로 낮추는 감압 방식의 구분일 뿐, 사용측·예비측 용기를 자동으로 전환하는 기능과는 별개의 개념이다.

단열된 배관에 작은 구멍(교축, throttling)을 두고 압축 유체를 통과시키면 외부와 열 교환이나 일 없이 압력이 급격히 낮아지면서 온도가 변화하는데, 이를 줄-톰슨 효과라 하며 냉동·액화 공정에서 냉매나 가스를 냉각시키는 원리로 활용된다.
토리첼리 효과는 액체의 유출속도, 베르누이 효과는 유속과 압력의 관계, 도플러 효과는 파동의 진동수 변화를 다루는 개념으로 이 현상과는 무관하다.

염소(Cl₂) 압축기는 염소가 일반 윤활유나 물과 접촉하면 부식성 물질을 생성하기 쉬운 특성 때문에, 염소와 반응성이 낮은 진한 황산을 윤활유 대신 사용한다.
산소 압축기는 유지류와 접촉 시 발화·폭발 위험이 있어 물 또는 묽은 글리세린수를 사용하고, 아세틸렌 압축기는 양질의 광유를 사용하는 등 취급 가스에 따라 서로 다른 윤활 방식이 적용된다.

액화가스 용기의 최소 내용적은 충전상수를 이용한 식 $V = C \times G$(V: 내용적(L), C: 충전상수, G: 충전질량(kg))로 구한다.
부탄 30kg을 충전상수 2.05로 계산하면 $V = 2.05 \times 30 = 61.5\,L$가 되어, 이 값이 용기에 필요한 최소 부피가 된다.

온도가 일정하다고 보면 보일의 법칙에 따라 각 용기에 들어있던 기체의 $PV$ 값의 합이 두 용기를 연결한 뒤에도 보존된다.
연결 전 $P_1V_1 + P_2V_2 = 9\times5 + 6\times10 = 105$이고, 두 용기를 연결한 전체 부피는 $5+10=15\,L$이므로 평형압력은 $P = \dfrac{105}{15} = 7.0$기압이 된다.

가스방출장치는 주로 저압식 가스홀더(유수식 등)에서 내부 압력 유지나 이상 시 신속한 방출을 위해 요구되는 설비로, 최고사용압력이 고압·중압인 가스홀더(구형 가스홀더 등)의 필수 안전조치 항목으로는 규정되어 있지 않다.
반면 맨홀·검사구 설치, 응축액을 배출할 수 있는 장치, 관의 입구와 출구에 온도·압력 변화에 따른 신축을 흡수하는 조치 등은 고압·중압 가스홀더에서 요구되는 안전조치에 해당한다.

용기밸브는 스템, 오링(패킹), 밸브시트 등 가스의 개폐와 기밀을 담당하는 기계적 부품들로 구성된다.
퓨즈(가용합금전 등 온도감응식 안전장치)는 화재 등 이상 고온 시 용융되어 가스를 방출시키는 별도의 안전부속품으로, 밸브 자체의 개폐 구조를 이루는 구성품과는 구분된다.

재료가 탄성 한계 이내에서 변형될 때 응력과 변형률이 서로 비례한다는 원리를 Hooke의 법칙이라 하며, 이 비례상수가 재료의 탄성계수(영률)이다.
Euler의 법칙은 기둥의 좌굴, Wien의 법칙은 흑체복사 파장, Trouton의 법칙은 액체의 증발엔트로피에 관한 것으로 응력-변형률의 비례관계와는 다른 분야의 법칙이다.

액셜 플로우식 정압기는 변칙 언로딩(unloading) 형식의 구조를 가지면서도 정특성과 동특성이 모두 우수하고, 작동 방식 자체는 비교적 간단한 것이 특징이다.
다만 이 정압기는 유량이 크고 차압이 어느 정도 확보된 조건에서 성능이 발휘되도록 설계되어 있어, 차압이 낮아질수록 오히려 유량 특성이 떨어지는 경향을 보이므로 저차압일수록 특성이 좋아진다는 설명은 사실과 다르다.

압력조정기는 내부 압력 변화를 감지하는 다이어프램, 다이어프램에 힘을 가하는 스프링, 실제로 가스 유로를 여닫는 밸브(밸브시트 포함)로 구성되어 압력을 자동으로 낮추어 일정하게 유지한다.
피스톤은 왕복동 압축기나 실린더형 액추에이터에서 사용되는 부품으로, 다이어프램식 압력조정기의 구성요소에는 해당하지 않는다.

고압가스 안전관리법령에서는 액화시안화수소·액화브롬화메탄·액화산화에틸렌가스와 같은 특정 액화가스는 섭씨 35도의 온도에서 압력이 0Pa을 초과하기만 해도 고압가스로 규정한다.
압축가스는 상용온도 또는 섭씨 35도에서 1MPa 이상인 경우, 일반 액화가스는 상용온도 또는 섭씨 35도에서 0.2MPa 이상인 경우를 기준으로 하고, 아세틸렌가스는 섭씨 15도에서 압력이 0Pa을 초과하면 고압가스로 보므로 온도·압력 수치가 다르게 제시된 나머지 설명은 법령 내용과 맞지 않는다.

도시가스 사용시설의 배관재료는 가스 흐름이 원활하고, 내부 압력과 외부 하중·충격에 견디는 강도를 가지며, 접합이 쉽고 누출을 방지할 수 있는 것을 선정 기준으로 삼는다.
반대로 절단·가공을 어렵게 만들어 임의로 고칠 수 없도록 하는 것은 실제 배관재료 선정기준에 해당하지 않으며, 오히려 시공성과 유지관리 편의를 위해 가공이 용이한 재료를 사용하는 것이 원칙이다.

LPG 저장설비의 지반조사에서 1차 지반조사는 보링(시추)을 실시하는 것을 원칙으로 하며, 표준관입시험은 타격 횟수인 N값을 구하는 방법, 베인시험은 회전 저항으로 최대 토크(모멘트)를 구하는 방법, 평판재하시험은 지반의 항복하중과 극한하중을 구하는 방법이다.
이너팅(inerting, 불활성화)은 가연성·독성 가스 설비 내부를 질소 등 불활성가스로 치환하는 가스안전 조치이지 지반조사 방법이 아니므로, 1차 지반조사를 이너팅으로 실시한다는 설명은 성립하지 않는다.

정전기 발생을 억제하려면 습도를 높여 전하가 잘 빠져나가도록 하고, 접지를 통해 대전된 전하를 대지로 흘려보내며, 정전기를 중화시키거나 전도성이 좋은 물질을 사용해 전하가 축적되지 않도록 하는 방법을 사용한다.
접촉하는 두 재료의 전위차(대전서열 차이)가 클수록 마찰이나 접촉 시 발생하는 정전기량이 커지므로, 접촉 전위차가 큰 재료를 선택하는 것은 정전기를 억제하는 방법이 아니라 오히려 정전기 발생을 조장하는 조합이다.

고압가스 안전관리법령상 품질유지 대상 고압가스는 냉매로 사용되는 가스(프로판, 이소부탄 등)와 연료전지용으로 사용되는 수소가스가 해당된다.
암모니아는 독성가스로서 별도의 안전관리 기준을 적용받지만, 품질유지 대상으로 지정된 고압가스의 종류에는 포함되지 않는다.

동일한 조건에서 누출된 가연성 가스가 얼마나 빨리 폭발 가능한 상태가 되는지는 폭발하한계(연소하한계)가 얼마나 낮은가로 판단한다. 하한계가 낮을수록 적은 양만 누출되어도 공기와 섞여 폭발범위에 들어가기 때문이다.
보기의 가스는 하한계가 메탄 약 5%, 수소 약 4%, 프로판 약 2.1%, 부탄(C4H10) 약 1.8%로 부탄이 가장 낮다. 게다가 부탄은 분자량이 약 58로 공기보다 무거워 누출 시 위로 흩어지지 않고 바닥이나 낮은 곳에 정체·축적되므로 국소 농도가 더 빨리 올라간다. 반면 수소는 매우 가벼워 누출 즉시 위로 확산·희석되어 폭발농도를 유지하기 어렵다.

고압가스 운반기준상 염소는 아세틸렌, 암모니아, 수소와 동일 차량에 적재하여 운반할 수 없도록 규정되어 있다. 염소는 조연성이면서 독성이 강한 가스로, 가연성 가스와 함께 적재될 경우 누출·혼합 시 위험성이 크게 증가하기 때문이다.
질소와 수소, 산소와 암모니아, LPG와 염소의 조합은 이 규정에서 열거한 적재금지 조합에 해당하지 않는다.

가연성 가스설비를 점검·수리 등을 위해 불활성가스로 치환한 뒤 다시 공기로 재치환할 때는, 산소농도측정기로 측정한 산소농도가 18~22% 범위로 확인될 때까지 공기 치환을 반복하도록 규정하고 있다.
이는 공기 중 정상 산소농도(약 21%)에 가깝게 회복되었음을 확인하여, 잔류 불활성가스나 가연성가스로 인한 질식·폭발 위험을 배제하기 위한 기준이다.

액화석유가스 저장탱크의 긴급차단장치는 화재 등 비상시 저장탱크 밖에서 안전하게 조작할 수 있어야 하므로, 그 차단조작기구는 저장탱크 외면으로부터 5m 이상 떨어진 곳에 설치하도록 규정하고 있다.
이는 탱크에서 발생한 화재나 누출 상황에서도 작업자가 위험구역 밖에서 신속히 가스 공급을 차단할 수 있게 하기 위한 이격거리 기준이다.

저장탱크에 의한 LPG저장소의 저장설비는 그 외면으로부터 화기를 취급하는 장소까지 8m 이상의 우회거리를 두어야 한다.
이는 화기 취급 장소에서 발생할 수 있는 점화원으로부터 저장설비를 충분히 이격시켜, 누출가스가 점화원에 도달하기 전에 확산·희석될 수 있도록 하기 위한 안전거리 기준이다.

지하매설 LPG 저장탱크의 콘크리트 커버(레디믹스트 콘크리트) 규격은 굵은 골재의 최대치수 25mm, 설계강도 21MPa 이상, 슬럼프 120~150mm로 정해져 있으며, 이 부분은 옳은 설명이다.
그러나 물-결합재비는 콘크리트의 강도와 내구성을 확보하기 위해 50% 이하로 관리해야 하므로, 83% 이하라는 설명은 실제 기준과 맞지 않아 틀린 내용이다.

수소는 무색·무미·무취의 기체이며 모든 가스 중 밀도(비중)가 가장 작고, 열적으로는 비교적 안정한 물질이다.
다만 분자량이 작아 확산속도가 매우 빠른 것이 특징이며, 그레이엄의 법칙에 따라 확산속도는 분자량의 제곱근에 반비례하므로 수소는 기체 중 확산속도가 가장 빠르다. 따라서 확산속도가 가장 느리다는 설명은 틀린 내용이다.

안전밸브의 축적압력 기준은 평상시(화재 이외의 원인)에는 안전밸브 수량에 따라 최고허용압력의 110%(단일) 또는 116%(복수 설치) 이하로 제한된다.
반면 화재와 같은 비상 상황에서 분출하는 경우에는 안전밸브의 설치 수량과 관계없이 축적압력을 최고허용압력의 121% 이하로 완화하여 적용한다.

고압가스 운반 시 압축가스는 조연성가스 600m³ 이상, 가연성가스 300m³ 이상일 때, 액화가스는 가연성 3000kg 이상, 독성 1000kg 이상일 때 운반책임자를 동승시켜야 한다.
산소 400m³은 조연성 압축가스에 해당하여 기준인 600m³에 미치지 못하므로 운반책임자 동승이 필요하지 않다. 반면 수소 400m³(가연성, 300m³ 기준 초과), 액화석유가스 3500kg(가연성 액화가스, 3000kg 기준 초과), 암모니아 3500kg(독성·가연성 액화가스, 1000kg 기준 초과)는 모두 동승 대상에 해당한다.

니켈 촉매를 사용하는 공정(예: 수소화 반응 등)에서는 일산화탄소와 니켈이 반응하여 니켈카르보닐[Ni(CO)4]이 생성될 수 있다.
니켈카르보닐은 상온에서도 쉽게 분해되며 인체에 매우 강한 독성을 나타내는 대표적인 맹독성 가스로 알려져 있어, 촉매 반응 부산물로 생성되는 위험물질 중 가장 주의가 필요한 물질이다.

특정설비인 고압가스용 기화장치를 제조하는 설비에는 성형설비, 용접설비, 제관설비 및 검사·시험설비 등이 필요하다.
반면 단조설비는 금속을 두드려 성형하는 설비로 기화장치 제조공정과 직접적인 관련이 없어, 반드시 갖추어야 하는 제조설비에 해당하지 않는다.

고압가스 충전용기와 등유 등 위험물의 동일차량 적재 금지, 위험고압가스 경계표시 부착, 운반기준 위반 신고 안내물 부착 등의 기준은 모두 실제 운반기준과 일치한다.
다만 이륜차(오토바이) 운반이 허용되는 경우는 충전량이 20kg 이하이고 용기 수가 2개를 초과하지 않는 경우로 한정되어 있으므로, 30kg 이하로 서술한 부분이 실제 기준과 달라 틀린 내용이다.

액화가스를 저장하는 용기의 저장능력은 $W = \dfrac{V}{C}$ (V: 내용적(L), C: 액화가스의 가스정수)로 계산한다.
내용적 3000L, 액화암모니아의 가스정수 C=1.86을 대입하면 $W = \dfrac{3000}{1.86} \approx 1612.9\ \text{kg}$으로, 약 1613kg이 되어 등록된 정답과 일치한다.

산화에틸렌은 자체적으로 분해폭발을 일으킬 수 있는 불안정한 가스이므로, 저장탱크 내부에 불활성가스인 질소를 봉입하여 폭발성 분위기 형성을 억제한다.
기준상 45℃에서 저장탱크 내부가스의 압력이 0.4MPa 이상이 되도록 질소가스(또는 탄산가스)를 충전하여 유지하도록 정하고 있다.

독성가스 배관을 이중관으로 설치해야 하는 대상은 여러 가스가 지정되어 있으나, 그중 하천이나 수로 밑을 횡단하여 매설하는 경우에 이중관을 요구하는 가스는 더 좁게 한정되어 있고 염소가 여기에 해당한다.
염소는 조연성이면서 독성이 매우 강해 하천·수로 구간에서 배관이 손상될 경우 수질오염과 인명피해가 크게 우려되므로, 누출가스가 외부로 확산되지 않도록 이중 방호 구조를 갖추게 한 것이다.

저항 온도계는 금속의 전기저항이 온도에 따라 변하는 성질을 이용하며, 측정회로로 휘스톤브리지를 사용하는 것이 일반적이고, 압력식 온도계는 감온부·도압부·감압부로 구성되며, 봉상온도계는 측정오차를 줄이기 위해 온도계 전체를 피측정물에 접촉시키는 전몰법이 바람직하다는 설명은 모두 옳다.
그러나 열전대 온도계는 서로 다른 두 금속선의 접합부에서 발생하는 열기전력(제백효과)을 이용하는 온도계이며, 서미스터는 반도체 저항체를 이용하는 별도의 저항 온도계에 해당하므로 이 설명은 틀린 내용이다.

계량법상 계량기의 정확성을 확보하기 위한 강제 규정으로는 제조·수입된 계량기에 대한 검정, 사용 중인 계량기에 대한 정기검사와 수시검사가 있다.
이에 비해 비교검사는 계량법에서 정한 강제 검사 제도가 아니므로, 강제 규정이 아닌 것에 해당한다.

불꽃이온화검출기(FID)는 수소불꽃 속에서 탄화수소가 이온화되는 정도를 검출하는 원리로, 탄화수소류에 대한 감도가 매우 높다.
반면 물(H2O)이나 이산화탄소(CO2)와 같이 탄소-수소 결합이 없거나 이온화가 잘 일어나지 않는 성분에는 감응하지 않는 특성을 가지므로, 탄화수소 선택적 검출기로 널리 쓰인다.

황화수소는 아이오딘(요오드) 용액을 이용한 요오드적정법(아이오딘 적정법)으로 정량하는 것이 대표적인 화학분석법으로, 올바르게 짝지어진 조합이다.
반면 수분은 칼피셔법으로, 암모니아는 중화적정법으로 분석하는 것이 일반적이어서 제시된 짝과 서로 어긋나며, 나프탈렌 역시 흡수평량법과는 대응 관계가 맞지 않는다.

열전대 온도계는 제백효과, 모발습도계는 습도에 따른 모발 길이 변화 및 히스테리시스 특성, 차압식 유량계는 베르누이 정리를 이용한다는 설명은 모두 옳은 대응관계이다.
그러나 초음파 유량계는 초음파의 전파 시간차나 도플러 효과를 이용하여 유량을 측정하는 방식이며, 램버트-비어 법칙은 빛의 흡수와 관련된 법칙으로 적외선 가스분석기 등에 적용되는 원리이므로 이 조합은 틀린 설명이다.

가스미터의 기차(器差)는 시험(피검정)미터 지시량을 기준으로 $\text{기차}(\%) = \dfrac{\text{시험미터 지시량} - \text{기준미터 지시량}}{\text{시험미터 지시량}} \times 100$로 계산한다.
루트미터(시험미터) 지시량 5m³/h, 기준미터 지시량 4.75m³/h를 대입하면 $\dfrac{5-4.75}{5}\times 100 = 5\%$가 되어 등록된 정답과 일치한다.

계측기를 선정할 때는 측정하고자 하는 값에 대한 정확도와 정밀도, 작은 변화도 감지할 수 있는 감도, 사용 환경에서 오래 견딜 수 있는 견고성 및 내구성이 핵심적인 고려사항이다.
반면 아날로그·디지털 등 지시방식은 사용 편의성과 관련된 부수적 요소로, 계측기 선정 시 우선적으로 고려해야 할 핵심 사항과는 거리가 멀다.

적외선 가스분석법은 분자가 적외선을 흡수하여 진동·회전 에너지 준위가 바뀌는 현상을 이용하는데, 이 원리는 분자 내 결합에 쌍극자모멘트 변화가 있는 비대칭 이원자 또는 다원자 분자에서만 나타난다.
SO2는 굽은 구조로 쌍극자모멘트를 가져 적외선 흡수가 가능한 반면, N2, O2, Cl2와 같은 대칭 이원자분자는 적외선을 흡수하지 않아 이 방법으로 분석할 수 없다.

게겔법에 의한 저급탄화수소 분석에서는 성분별로 정해진 흡수액을 순서대로 사용하는데, 프로필렌과 n-부틸렌은 87% 황산에 흡수시켜 정량한다. 따라서 프로필렌과 황산의 조합이 옳게 짝지어진 것이다.
에틸렌은 브롬수(취소수), 아세틸렌은 옥소수은칼륨 용액, 이산화탄소는 수산화칼륨 용액을 사용하며, 알칼리성 피로갈롤 용액은 산소, 암모니아성 염화제1구리 용액은 일산화탄소의 흡수액이므로 나머지 조합은 서로 어긋난다.

액화산소와 같은 초저온 액체를 저장하는 탱크는 온도가 매우 낮아 직접 눈으로 액위를 확인하는 직관식이나 부자(플로트)식 액면계를 그대로 적용하기 어렵다.
이 때문에 초저온 저장탱크의 액면 측정에는 탱크 상하부의 압력차를 이용해 액위를 간접적으로 측정하는 차압식 액면계가 가장 적합하게 사용된다.

막식 가스미터의 부동(不動)현상은 가스가 계량막을 통과하여 실제로 흐르고 있음에도 불구하고, 내부 기구의 고장 등으로 지침이 움직이지 않아 사용량이 계량되지 않는 고장을 말한다.
이는 가스 누출과는 무관하며, 오히려 사용량이 미터에 반영되지 않아 실제 소비량보다 적게 계량되는 문제를 일으킨다.

비교습도는 실제 절대습도와 그 온도에서의 포화 절대습도의 비로 구한다. 건조공기 120kg에 수증기 6kg이 포함되어 있으므로 실제 절대습도는 $H = \dfrac{6}{120} = 0.05\ \text{kg/kg}$이다.
포화 절대습도는 $H_s = 0.622 \times \dfrac{P_s}{P - P_s} = 0.622 \times \dfrac{89}{750-89} \approx 0.0838\ \text{kg/kg}$이 되고, 비교습도는 $\dfrac{H}{H_s}\times 100 = \dfrac{0.05}{0.0838}\times 100 \approx 60\%$로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

바이메탈 온도계는 열팽창계수가 서로 다른 두 금속판을 맞붙여, 온도 변화에 따라 두 금속의 팽창량 차이로 인해 판이 휘어지는 정도를 이용하여 온도를 측정하는 온도계이다.
구조가 간단하고 견고하여 온도 스위치나 자기온도조절장치 등에 널리 활용되며, 서미스터나 광고온도계와 같이 전기저항이나 복사에너지를 이용하는 방식과는 원리가 다르다.

소형가스미터는 실제 사용량이 미터의 최대용량에 지나치게 가깝거나 반대로 지나치게 낮으면 계량 정확도가 떨어지거나 미터 수명에 불리할 수 있다.
따라서 일반적으로 실사용량이 가스미터 용량의 60% 정도가 되도록 용량을 선정하는 것이 계량 정확도와 여유용량 확보 측면에서 가장 바람직하다고 본다.

액주식 압력계는 액체 기둥의 높이차를 이용해 압력을 측정하는 방식으로, U자관식·경사관식과 함께 링밸런스식(고리평형식) 압력계가 이에 해당한다.
벨로우즈 압력계와 침종식 압력계는 탄성 변형이나 부력을 이용하는 방식이고, 분동식 압력계는 추의 무게를 이용한 표준 압력계로, 모두 액주식과는 원리가 다르다.

기체 크로마토그래피에서 성분이 컬럼을 통과하는 시간(체류시간)은 분자량이 작고 끓는점이 낮을수록 짧아 먼저 용리(elution)된다.
제시된 성분 중 메탄이 분자량과 끓는점이 가장 낮아 컬럼과의 상호작용이 적으므로, 가장 먼저 피크로 검출된다.

혼합가스의 비중은 각 성분의 분자량과 함량비(몰분율)를 이용해 평균분자량을 구한 뒤, 이를 공기의 평균분자량으로 나누어 계산한다. 이 과정에서 수분이 포함되어 있으면 조성 보정을 통해 비중 계산에 반영해야 한다.
반면 증발온도는 액체가 기화되는 온도 조건일 뿐, 기체 조성이 정해진 상태에서의 비중 계산식 자체와는 직접적인 관계가 없다.

도시가스 사용시설의 기밀시험 유지시간은 최고사용압력과 배관 등의 내용적에 따라 구분되어 있으며, 전기식 다이어프램형 압력계를 사용하는 경우 내용적 1m³ 이상 10m³ 미만 구간에서는 최소 유지시간이 40분으로 정해져 있다.
이 문제의 내용적은 8m³로 해당 구간에 속하므로, 최소 유지시간은 40분이 되어 등록된 정답과 일치한다.

자동제어계는 일반적으로 검출 → 비교 → 판단 → 조작의 순서로 동작한다.
탱크 내부의 압력을 압력계 등으로 측정하는 동작은 제어대상의 현재 상태 값을 얻어내는 단계에 해당하므로, 이는 검출 동작에 해당한다.

열전대 온도계는 두 금속의 열기전력을 이용해 원격 측정이 가능하고, 내구성이 좋아 고온 측정에 적합하며, 보상도선의 재질이나 접속 상태에 따라 오차가 발생할 수 있다는 설명은 모두 옳다.
그러나 열전대는 장기간 고온에서 사용하면 금속선의 산화나 조성 변화 등으로 재질이 열화되어 열기전력 특성이 변할 수 있으므로, 재질이 변하지 않는다는 설명은 틀린 내용이다.