[가스기사 필기] 19년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

기체수송기계가 낼 수 있는 압력차(토출압력)는 대체로 팬(fan) < 송풍기(blower) < 압축기 순으로 커진다.
일반적으로 팬은 0.1kgf/cm² 미만, 송풍기는 0.1~1kgf/cm² 정도, 압축기는 1kgf/cm² 이상의 압력을 발생시키는 것으로 구분한다.

대기압을 kgf/cm²로 환산하면 $720/760 \times 1.0332 \approx 0.979$ kgf/cm²이고, 압축 전 절대압력은 진공압을 뺀 $P_1 = 0.979 - 0.10 = 0.879$ kgf/cm², 압축 후 절대압력은 계기압을 더한 $P_2 = 0.979 + 7 = 7.979$ kgf/cm²이다.
등온압축이므로 $P_1V_1=P_2V_2$가 성립하여 $\dfrac{V_2}{V_1}=\dfrac{P_1}{P_2}=\dfrac{0.879}{7.979}\approx 0.11$로 계산된다.

액체의 체적탄성계수는 $K=-\dfrac{\Delta P}{\Delta V / V_1}$로 정의되며, 이는 압력이 증가할 때 체적이 감소하는 관계를 나타낸다.
이를 $\Delta P = P_2-P_1$에 대해 정리하면 $P_2-P_1 = -K\dfrac{V_2-V_1}{V_1} = K\left(1-\dfrac{V_2}{V_1}\right)$가 되어, 체적이 V1에서 V2로 감소할 때 압력차가 양(+)의 값을 갖는 관계식이 얻어진다.

그림에서 기준면을 읽으면, A점에서 위로 a 만큼 올라간 높이에 비중량 $\gamma_1$ 과 $\gamma_3$ 의 경계면이 있고, 거기서 다시 c 만큼 위가 $\gamma_3$ 과 $\gamma_2$ 의 경계면(맨 위 수평선)이다. B점은 그 맨 위 수평선에서 아래로 b 만큼 내려간 위치에 있다.
A에서 출발해 관을 따라가며 올라가면 빼고 내려가면 더하는 방식으로 압력을 이어간다. 먼저 $\gamma_1$ 속에서 a 만큼 상승하므로 $P_A - a\gamma_1$, 이어 $\gamma_3$ 속에서 c 만큼 상승하므로 $-\,c\gamma_3$, 마지막으로 $\gamma_2$ 속에서 b 만큼 하강하므로 $+\,b\gamma_2$ 가 된다. 중간의 $\gamma_3$ 구간은 U자로 내려갔다 올라오지만, 같은 유체 안에서는 순수한 높이차만 압력에 반영되므로 c 만큼의 상승분만 세면 된다.
따라서 $P_B = P_A - a\gamma_1 - c\gamma_3 + b\gamma_2$ 이고, 정리하면 압력차는 $P_B - P_A = -a\gamma_1 + b\gamma_2 - c\gamma_3$ 이다. 위로 올라간 두 구간(a, c)은 음(-), 아래로 내려온 구간(b)은 양(+) 부호를 갖는다는 점이 핵심이다.

왕복펌프는 피스톤이나 플런저의 왕복운동으로 유체를 이송하며, 유량은 적어도 원심펌프가 도달하기 어려운 고압을 필요로 하는 경우에 오히려 적합한 펌프이다. 따라서 "고압을 요구하는 경우 왕복펌프가 적합하지 않다"는 설명은 이와 반대되므로 틀린 항목이다.
왕복펌프는 저속운전에 적합하고, 같은 유량 기준으로는 원심펌프보다 대형이 되는 경향이 있으며, 양수 방식에 따라 단동식·복동식·차동식으로 구분된다는 나머지 설명은 타당하다.

물속에서 줄에 매달려 정지해 있는 물체는 무게, 부력, 줄의 장력이 평형을 이루므로 $\gamma_{물체}V = T + \gamma_{물}V$가 성립한다.
이를 체적에 대해 정리하면 $V=\dfrac{T}{\gamma_{물체}-\gamma_{물}}=\dfrac{4}{30-9.81}\approx0.198$ m³로 계산된다.

압축성 이상기체의 정상유동에서는 밀도가 압력·온도에 따라 변하므로 질량유량 보존식은 $\dfrac{P_1A_1V_1}{T_1}=\dfrac{P_2A_2V_2}{T_2}$로 표현된다.
면적비 $A_1/A_2=(0.05/0.08)^2\approx0.391$을 이용해 정리하면 $V_2=V_1\dfrac{A_1}{A_2}\dfrac{P_1}{P_2}\dfrac{T_2}{T_1}=75\times0.391\times2\times\dfrac{303}{293}\approx60.6$ m/s로 계산된다.

그림의 덕트는 흐름 방향(화살표 방향)으로 위·아래 벽이 서로 벌어지는 확대관(단면적이 증가하는 유로, 즉 디퓨저) 이다. 따라서 유동방향으로 $dA > 0$ 이다.
압축성 유동의 면적–속도 관계식 $\dfrac{dA}{A} = (M^2 - 1)\dfrac{dV}{V}$ 에서 아음속($M<1$) 이면 $M^2-1<0$ 이므로 $dA$ 와 $dV$ 의 부호가 반대다. 단면이 넓어지면 속도는 감소한다.
속도가 줄면 베르누이 관계 $P + \tfrac{1}{2}\rho V^2 = \text{const}$ 에 따라 운동에너지가 압력에너지로 바뀌므로 압력은 상승한다. 즉 아음속 확대관에서는 속도 감소·압력 증가가 된다.
반대로 초음속($M>1$)이었다면 같은 확대관에서 속도가 증가하고 압력이 감소한다. 아음속인지 초음속인지에 따라 결론이 뒤집히므로 마하수 조건을 반드시 확인해야 한다.

캐비테이션(공동현상)은 관이나 펌프 내부에서 유속이 급격히 빨라지거나 압력이 국부적으로 낮아져 유체의 포화증기압 이하로 떨어질 때, 액체 속에 녹아있던 기체나 증기가 기포 형태로 분리되었다가 압력이 회복되면서 급격히 붕괴되는 현상이다.
이 현상은 소음·진동을 유발하고 배관 및 임펠러 표면을 침식시키는 등 설비 손상의 원인이 되므로 펌프나 배관 설계 시 반드시 고려해야 한다.

마찰손실이 없다고 가정하면 펌프가 유체에 가해준 단위질량당 일은 높이차(수두)만큼의 위치에너지 증가분과 같으며, 단위를 kgf·m/kg로 나타내면 그 값은 수치상 끌어올린 높이(m)와 같다.
따라서 저장탱크의 높이 20m를 그대로 대입하면 펌프가 유체에 가해준 일은 20 kgf·m/kg이며, 유량(10ton/h)이나 비중(0.9)은 소요동력(kW) 계산 시 필요한 값으로 단위질량당 일 자체에는 영향을 주지 않는다.

초음속 흐름에서 마하각(μ)과 마하수(M) 사이에는 $\sin\mu = \dfrac{1}{M}$의 관계가 성립한다. 마하각이 35°이므로 $M = \dfrac{1}{\sin 35^\circ} \approx \dfrac{1}{0.574} \approx 1.74$이다.
물체의 속도는 $V = M \times a = 1.74 \times 340 \approx 593\ \text{m/s}$로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

단면적이 변하는 관로(축소-확대 노즐)에서 흐름은 목(throat)을 기준으로 상류에서는 아음속으로 가속되고, 목에서 음속에 도달하며, 확대부(diverging section)로 들어간 이후의 거동은 유동이 아음속인지 초음속인지에 따라 정반대로 나타난다.
확대부에서 아음속 흐름은 단면적이 커질수록 속도가 감소하지만, 반대로 초음속 흐름은 단면적이 증가할수록 오히려 속도가 증가한다. 따라서 초음속인 경우 확산부 단면적이 늘어나면 속도가 감소한다는 서술은 압축성 유동의 기본 원리와 어긋나 옳지 않은 설명이 된다.

관 지름이 급확대될 때의 마찰손실계수는 보르다-카르노(Borda-Carnot) 손실식에서 유도되며, 상류 단면적 $A_1$과 하류 단면적 $A_2$에 대해 $K = \left(1 - \dfrac{A_1}{A_2}\right)^2$로 나타낸다.
지름비가 5cm/10cm=0.5이므로 면적비는 $\dfrac{A_1}{A_2} = 0.5^2 = 0.25$이고, $K = (1-0.25)^2 = 0.5625 \approx 0.56$으로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

유량 $Q = 264\ \text{m}^3/\text{min} = 4.4\ \text{m}^3/\text{s}$이고 관 단면적은 $A = \dfrac{\pi}{4}(0.4)^2 \approx 0.1257\ \text{m}^2$이므로 평균유속은 $V = \dfrac{4.4}{0.1257} \approx 35\ \text{m/s}$이다.
Darcy-Weisbach 식 $h_f = f\dfrac{L}{D}\dfrac{V^2}{2g}$에 값을 대입하면 $h_f = 0.0001 \times \dfrac{200}{0.4} \times \dfrac{35^2}{2\times 9.81} \approx 3.13\ \text{m} \approx 313\ \text{cm}$으로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

등엔트로피 과정은 엔트로피 변화가 없는 과정으로, 마찰 등 비가역 요소가 없는 가역 단열 과정에서 $dS = \dfrac{\delta Q_{rev}}{T} = 0$이 되어 성립한다.
비가역 등온 과정이나 마찰이 있는 가역 과정은 비가역성으로 인해 엔트로피가 증가하며, 수축·확대와 같은 유동 형태 자체는 등엔트로피 여부를 결정하는 기준이 아니다.

poise는 점도의 단위, 점도는 흐름에 대한 저항력의 척도, 동점성계수는 점도를 밀도로 나눈 값이라는 서술은 모두 유체역학의 기본 정의와 일치한다.
그러나 20℃에서 물의 점도는 약 1 centipoise(0.01poise) 수준으로, 1 poise는 실제 값보다 100배 큰 값이다. 따라서 이 서술이 잘못된 설명에 해당한다.

연속방정식에서 $V_1 A_1 = V_2 A_2$이고 $A_2 = \dfrac{A_1}{2}$이므로 $V_1 = \dfrac{V_2}{2}$이다.
수평관에서의 베르누이 방정식 $P_1 + \dfrac{1}{2}\rho V_1^2 = P_2 + \dfrac{1}{2}\rho V_2^2$에 대입하면 $P_1-P_2 = \dfrac{1}{2}\rho\left(V_2^2 - \dfrac{V_2^2}{4}\right) = \dfrac{3}{8}\rho V_2^2$가 된다.
이를 $V_2$에 대해 정리하면 $V_2 = \sqrt{\dfrac{8(P_1-P_2)}{3\rho}}$로 등록된 정답과 일치한다.

그림은 가로축이 속도구배 $du/dy$, 세로축이 전단응력 $\tau$ 인 유동곡선이다. 그림에 표시된 네 선 중 (4)로 표시된 선만 원점을 지나지 않고 세로축의 어떤 값(항복응력)에서 출발한 뒤 일정한 기울기로 곧게 올라가는 직선이다.
빙햄 플라스틱 유체는 $\tau = \tau_y + \mu \dfrac{du}{dy}$ 로 표현되며, 항복응력 $\tau_y$ 보다 작은 응력에서는 흐르지 않고 고체처럼 버티다가 그 이상이 되면 뉴턴유체처럼 직선적으로 흐른다. 그래서 세로축 절편이 있는 직선이 곧 빙햄 플라스틱의 특징이다. 치약, 진흙, 슬러리 등이 여기 속한다.
나머지 선은 모두 원점에서 출발한다. 원점을 지나는 직선은 $\tau = \mu\,du/dy$ 인 뉴턴유체, 위로 볼록하게 휘어 기울기가 점점 완만해지는 곡선은 의소성(pseudoplastic) 유체, 아래로 볼록하게 휘어 기울기가 점점 가팔라지는 곡선은 다일러턴트(dilatant) 유체다.

완전발달흐름이란 관 입구 영역을 지나 유동이 충분히 발달하여, 관 축을 따라 더 이상 속도분포 형태가 변하지 않는 흐름을 말한다.
천이영역이나 완전난류는 흐름의 상태(레이놀즈수 영역)를 구분하는 표현이고, 정상상태는 시간에 따른 변화 여부를 나타내는 개념으로 완전발달흐름의 정의와는 구분된다.

유체를 연속체로 취급할 수 있는 조건은 대상 물체의 특성길이(대표 크기)가 분자들 사이의 평균자유행로보다 훨씬 커서, 미시적인 분자 운동을 무시하고 물성값을 연속적으로 정의할 수 있을 때이다.
이는 크누센수(Kn = 평균자유행로/특성길이)가 매우 작은 경우에 해당하며, 외력에 의한 운동 여부나 전단력·압축성과는 직접적인 관련이 없다.

그림은 카르노 사이클을 상태 1→2→3→4→1 의 순서로 나타낸 선도다. 1→2 과정에서 고온 열원 $T_1$ 으로부터 열 $Q_1$ 을 흡수하고, 3→4 과정에서 저온 열원 $T_2$ 로 열 $Q_2$ 를 방출한다. 나머지 두 과정(2→3, 4→1)은 열 출입이 없는 단열과정이다.
한 사이클을 돌면 계의 내부에너지 변화가 0이므로, 열역학 제1법칙에 의해 사이클이 한 정미일은 받은 열에서 버린 열을 뺀 값 $W = Q_1 - Q_2$ 다.
열효율은 공급한 열 대비 얻은 일이므로 $\eta = \dfrac{W}{Q_1} = \dfrac{Q_1 - Q_2}{Q_1} = 1 - \dfrac{Q_2}{Q_1}$ 이다.
참고로 카르노 사이클에서는 두 등온과정의 엔트로피 변화량 크기가 서로 같아 $Q_1 = T_1\Delta S$, $Q_2 = T_2\Delta S$ 가 성립하므로, 같은 식을 온도만으로 $\eta = \dfrac{T_1 - T_2}{T_1} = 1 - \dfrac{T_2}{T_1}$ 로도 쓸 수 있다.
$Q_2 - Q_1$ 처럼 부호를 뒤집어 쓴 식은 $Q_1>Q_2$ 이므로 효율이 음수가 되어 성립하지 않고, $T_1/(T_1-T_2)$ 은 값이 항상 1보다 커져 열효율이 될 수 없다(이 형태는 오히려 성능계수에 해당한다).

수분은 연료의 발열에 기여하지 못하고 단순히 연료의 질량을 희석시키는 역할을 하므로, 수분을 포함한 연료의 발열량은 무수 상태 발열량에 수분을 제외한 가연 성분의 질량비율을 곱하여 구할 수 있다.
$H = H_0 \times (1-w) = 21 \times (1-0.07) = 21 \times 0.93 \approx 19.53\ \text{MJ/kg}$으로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

최소 점화에너지는 혼합기의 반응성이 높아질수록 작아지는데, 혼합기의 온도가 상승하면 분자의 운동에너지와 반응속도가 증가하여 점화에 필요한 최소 에너지가 작아진다.
이는 최소 점화에너지가 온도나 유속과 무관하다거나 특정 유속까지 변화가 없다는 서술과는 반대되는 실제 경향이다.

열역학 제1법칙과 제2법칙을 결합한 $dh = Tds + vdP$ 관계에서, 등엔트로피($ds=0$) 과정에서는 $dh = vdP$가 성립한다.
따라서 P-h 선도 상에서 등엔트로피선의 기울기($dP/dh$)를 결정하는 물리량은 비체적(부피)이며, 이 값이 클수록 선의 기울기가 완만해진다.

교축과정(throttling)은 유체가 밸브나 오리피스 같은 좁은 통로를 지날 때 외부와 일이나 열의 출입 없이 압력이 급격히 낮아지는 과정으로, 이 과정에서 엔탈피는 일정하게 유지되며(줄-톰슨 효과의 전제), 일반적으로 압력과 온도는 함께 강하한다.
그러나 교축은 본질적으로 비가역 과정이므로 흐름 방향으로 엔트로피는 증가하며 불변으로 유지되지 않는다. 따라서 엔트로피 불변은 교축과정에서 나타나는 현상과 관계가 없다.

휘발유 1L의 질량은 $1000\text{mL} \times 0.75\text{g/mL} = 750\text{g} = 0.75\text{kg}$이고, $C_8H_{18}$의 몰질량은 114g/mol이므로 몰수는 $\dfrac{750}{114} \approx 6.58\text{mol}$이다.
완전연소 반응식 $C_8H_{18} + 12.5O_2 \rightarrow 8CO_2 + 9H_2O$에서 필요한 산소는 $6.58 \times 12.5 \approx 82.2\text{mol}$이며, 표준상태 몰부피(22.4L/mol)를 곱하면 $82.2 \times 22.4 \approx 1842\text{L}$로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

연소반응 $CO + 0.5O_2 \rightarrow CO_2$에서 1kmol CO는 0.5kmol의 산소만 소비하므로, 2kmol의 산소 중 1.5kmol이 반응 후에도 남는다. 정적(강체 용기) 과정이므로 열전달량은 내부에너지 변화 $Q = \Delta U = U_{products} - U_{reactants}$로 구해야 하며, $U = H - nR_uT$ 관계로 엔탈피에서 환산한다.
반응물은 총 3kmol, 298K이므로 $U_{reactants} = -110529 - 3 \times 8.314 \times 298 \approx -117962\text{kJ}$이고, 생성물은 CO2 1kmol과 남은 O2 1.5kmol로 총 2.5kmol, 1300K이므로 $U_{products} = -293338 - 2.5 \times 8.314 \times 1300 \approx -320359\text{kJ}$이다.
따라서 $Q = -320359 - (-117962) \approx -202397\text{kJ}$로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

열역학 제1법칙 $\Delta U = Q + W_{on}$에서, 기체가 168kJ의 열을 흡수했으므로 $Q = +168\text{kJ}$이고 외부로부터 20kJ의 일을 받았으므로 $W_{on} = +20\text{kJ}$이다.
따라서 $\Delta U = 168 + 20 = 188\text{kJ}$로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

운동량(속도)의 확산과 열의 확산 사이의 상대적인 크기를 나타내는 무차원수는 프란틀 수로, $Pr = \dfrac{\nu}{\alpha}$(동점성계수/열확산계수)로 정의된다.
프란틀 수가 1보다 크다는 것은 온도 변화가 전달되는 범위(열경계층)보다 속도 변화가 전달되는 범위(속도경계층)가 더 넓다는 것을 의미하며, 이는 문제에서 설명한 상황과 일치한다.

기체상수는 일반기체상수를 분자량으로 나누어 구하며, $R = \dfrac{R_u}{M} = \dfrac{8314}{32} \approx 260\ \text{J/kg}\cdot\text{K}$이다(산소 $O_2$의 분자량은 32).
계산 결과가 등록된 정답과 일치한다.

가연성 혼합가스에 불연성(불활성) 가스를 첨가하면 가연성 성분의 농도가 희석되어 산화반응이 어려워지므로 폭발범위는 좁아지는 것이 일반적인 경향이다.
따라서 프로판-공기 혼합가스에 불연성가스를 첨가할 때 폭발범위가 넓어진다는 서술은 실제 경향과 반대되어 옳지 않은 설명이다. 반면 압력이나 온도가 높아질수록 폭발범위가 넓어진다는 서술은 일반적으로 타당하다.

0℃, 1atm을 기준으로 할 때 수증기의 엔탈피는 (1)물을 0℃에서 100℃까지 가열하는 현열, (2)100℃에서의 증발잠열, (3)100℃를 넘어 과열도만큼 가열하는 과열 현열의 합으로 구성된다.
$h = (1 \times 100) + 539 + (0.45 \times 10) = 100 + 539 + 4.5 = 643.5\ \text{kcal/kg}$으로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

비열비는 정압비열과 정적비열의 비 $k = \dfrac{C_p}{C_v}$로 정의되며, 이상기체 관계식 $C_p = C_v + R$에서 기체상수 $R$은 항상 양수이므로 $C_p$는 항상 $C_v$보다 크다.
따라서 비열비 $k$는 항상 1보다 큰 값을 가진다.

고체연료의 고위발열량은 Dulong의 실험식 $H_h = 8100C + 34200\left(H - \dfrac{O}{8}\right) + 2500S$(kcal/kg, 조성은 질량분율)로 근사할 수 있다.
주어진 조성($C=0.71, H=0.038, O=0.10, S=0.03$)을 대입하면 $H_h = 8100\times0.71 + 34200\times(0.038-0.0125) + 2500\times0.03 = 5751 + 872 + 75 \approx 6698\ \text{kcal/kg}$로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

스크러버(scrubber)는 배기가스를 세정액과 접촉시켜 분진이나 유해가스 성분을 제거하는 대표적인 대기오염 방지기기이다.
링겔만은 매연 농도를 육안으로 측정하는 농도표, 플레임로드는 화염 유무를 검출하는 안전장치, 레드우드는 점도를 측정하는 점도계로 모두 오염물질을 제거하는 방지기기가 아니다.

혼합가스의 평균분자량은 각 성분의 체적비(몰분율)를 가중평균하여 $M = 0.70\times28 + 0.15\times44 + 0.11\times32 + 0.04\times28 \approx 30.84\ \text{kg/kmol}$로 구할 수 있다.
기체상수는 $R = \dfrac{8.314}{30.84} \approx 0.270\ \text{kJ/kg}\cdot\text{K}$이고, $C_p = C_v + R \approx 0.7157+0.270 = 0.986\ \text{kJ/kg}\cdot\text{K}$이므로 비열비는 $k = C_p/C_v \approx 1.377$이다.
가역단열압축이므로 $T_2 = T_1\left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^{k-1} = 293 \times 2^{0.377} \approx 293\times1.30 \approx 380\ \text{K}$으로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

FTA, ETA, CCA는 사고 발생 확률과 결과를 수치적으로 산출하는 대표적인 정량적 위험성평가기법이다.
반면 HAZOP은 공정의 이상상태 원인과 영향을 체계적으로 검토하는 정성적(qualitative) 위험성평가기법으로, 정량적 위험성평가기법에는 해당하지 않는다.

수소는 분자량이 작아 확산성이 매우 크고 작은 틈새로도 잘 발산하며, 고온·고압 조건에서는 금속 조직을 투과하는 수소취성(hydrogen embrittlement) 현상을 일으킨다. 또한 산소나 공기와 혼합되면 넓은 폭발범위로 인해 격렬하게 폭발할 수 있다.
그러나 생물체의 호흡에 필수적인 기체는 수소가 아니라 산소이므로, 이 서술은 수소의 특성으로 옳지 않다.

그림의 설명은 연소실 부하율을 높게 얻을 수 있고, 연소실의 체적이나 길이가 짧아도 되며, 화염면이 자력으로 전파되어 가고, 버너에서 상류의 혼합기로 역화를 일으킬 염려가 있다는 것이다. 이는 모두 예혼합연소의 특징이다.
예혼합연소는 연료와 공기를 미리 섞어 버너로 보내는 방식이라, 화염 내부에서 혼합을 기다릴 필요 없이 곧바로 반응이 진행된다. 그래서 연소속도가 빨라 단위 연소실 체적당 태울 수 있는 열량(연소실 부하율)이 크고, 화염이 짧아 좁은 연소실로도 충분하며, 화염면이 미연혼합기 쪽으로 스스로 전파해 들어가는 전파화염이 만들어진다.
반면 관 내 혼합기가 이미 가연범위 안에 있으므로, 연소속도가 혼합기의 분출속도보다 커지면 화염이 버너 안으로 되돌아가는 역화(back fire) 위험이 생기는 것이 가장 큰 단점이다.
연료와 공기를 각각 공급해 경계면에서 섞이며 타는 확산연소는 역화 위험이 없고 화염이 길며, 증발연소나 심지를 이용하는 연소는 액체연료가 증발한 뒤 타는 형태여서 위의 설명과 맞지 않는다.

탄소 1kg은 몰수로 $\dfrac{1}{12} \approx 0.0833\ \text{kmol}$이며, 완전연소 반응 $C+O_2\rightarrow CO_2$에서 이론산소량은 동일한 0.0833kmol이다. 이론공기량은 $\dfrac{0.0833}{0.21} \approx 0.397\ \text{kmol}$이고, 이 중 질소는 $0.397\times0.79 \approx 0.313\ \text{kmol}$이다.
이론공기량 연소이므로 남는 산소 없이 연소가스는 생성된 $CO_2(0.0833\text{kmol})$와 불활성인 $N_2(0.313\text{kmol})$의 합인 약 0.397kmol이 되며, 표준상태 몰부피(22.4Nm³/kmol)를 곱하면 $0.397\times22.4 \approx 8.9\ \text{Nm}^3$로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

냉동용 특정설비제조시설 기준에서 발생기는 흡수식 냉동설비에서 냉매가스를 냉매액으로부터 분리하기 위해 가열하는 부분으로, 그 설계온도가 200℃를 초과하는 열교환기 및 이와 유사한 것을 말한다.
이는 압력용기 등 다른 특정설비와 구분하기 위해 정해진 기준으로, 등록된 정답과 일치한다.

아세틸렌(C₂H₂)은 삼중결합을 가진 불포화 탄화수소로서 반응성이 크고 고온·고압·충격에서 분해 시 발열반응을 일으키는 특성이 있으므로 1번은 참이다. 2번도 참인데, 탄화칼슘(CaC₂)에 물을 가하면 아세틸렌이 발생하는 고전적 제조법이다. 4번 역시 참으로, 아세틸렌은 공기 중 폭발범위가 약 2.5~80%로 매우 넓은 가연성 기체이다. 3번이 틀렸는데, 아세틸렌은 액체 상태가 고체보다 훨씬 안정하며, 고체 아세틸렌(acetylide)은 부분적으로 폭발 위험이 높아 액체 아세틸렌을 용매(아세톤)에 녹여 저장·운반하는 이유가 바로 이것이다.

파일럿식 정압기는 스프링식에 비해 오프셋이 적고, 1차 압력 변화의 영향을 적게 받으며, 로크업(lock-up)도 작게 유지할 수 있어 제어 성능이 우수하다.
다만 이러한 성능을 구현하기 위해 파일럿(보조 조절기)이 추가로 필요하므로, 스프링 작동식보다 오히려 구조 및 신호계통이 복잡하다. 따라서 구조와 신호계통이 단순하다는 서술은 파일럿식 정압기의 특징으로 옳지 않다.

이음매 없는 용기의 대표적인 제조법에는 강판을 오목한 틀로 눌러 성형하는 딥드로잉식, 강편을 펀치로 눌러 성형하는 에르하르트식, 그리고 이음매 없는 강관을 소재로 사용하는 만네스만식이 있다.
이 중 이음매 없는 강관 자체를 재료로 사용해 용기를 만드는 방식이 만네스만식이며, 등록된 정답과 일치한다.

신규 용기의 내압시험에서는 전증가량에 대한 영구증가량의 비율인 영구증가율이 10% 이하일 때 합격으로 판정한다.
전증가량이 100cm³이므로 합격 기준은 $100 \times 0.10 = 10\ \text{cm}^3$ 이하이며, 등록된 정답과 일치한다.

구리와 아연의 합금은 황동(놋쇠)이고, 구리와 주석의 합금은 청동이다. 제시문은 이 관계를 서로 바꾸어 설명하고 있어 틀린 설명이다.
인(P)의 함유량이 많은 강은 신율과 충격치가 저하되므로 옳은 설명이며, 18% Cr, 8% Ni 강을 18-8 스테인리스강이라 부르는 것도 맞는 내용이다. 잔류응력 제거를 위해 열처리(응력제거풀림)를 하는 것 역시 옳은 설명이다.

대체천연가스(SNG, Substitute Natural Gas)는 각종 탄화수소를 원료로 저온수증기 개질 등을 거쳐 메탄을 주성분으로 만들어 천연가스를 대체하는 제조가스이다.
메탄을 원료로 공기 중에서 부분연소시켜 수소와 일산화탄소를 주성분으로 만드는 공정은 SNG 제조가 아니라 합성가스(수소·CO) 제조 공정에 해당하므로, 이 설명은 SNG 공정과 맞지 않아 틀린 내용이다.

서로 다른 두 금속을 접촉시키면 전위차에 의해 갈바닉 부식(이종금속 접촉부식)이 촉진되므로, 이는 부식을 방지하는 방법이 아니라 오히려 부식을 유발하는 조건이다.
금속표면을 도장·도금 등으로 피복하거나 표면의 불균일을 없애는 것, 선택배류기를 접속하는 것은 모두 실제 부식 방지 대책에 해당한다.

고압가스 안전관리법령상 압력용기란 35℃에서의 압력 또는 설계압력이 그 내용물이 액화가스인 경우 0.2MPa 이상인 용기를 말한다(압축가스인 경우에는 별도로 1MPa 이상 기준이 적용된다).
이 기준값 이상이면 압력용기로 분류되어 제조·검사 등 안전관리 규정을 적용받는다.

T.B.M(터셔리부틸메르캅탄)은 메르캅탄류 중에서도 내산화성이 우수하고 화학적으로 비교적 안정한 부취제이므로, 충격(impact)에 가장 약하다고 서술한 것은 옳지 않다.
D.M.S(디메틸설파이드)가 토양 투과성이 아주 우수한 것, T.B.M이 메르캅탄류 중 내산화성이 우수한 것, T.H.T의 LD50이 약 6400mg/kg 수준으로 독성이 낮아 거의 무해한 편이라는 나머지 설명은 모두 옳은 내용이다.

펌프 운전 중 송출압력과 송출유량이 주기적으로 변동하며 진동·소음을 동반하는 현상을 서징(surging) 현상이라 한다.
공동현상(캐비테이션)은 흡입측 압력이 포화증기압 이하로 낮아져 기포가 발생·소멸하는 현상이고, 수격현상은 유동이 급격히 정지될 때 압력파가 배관을 타격하는 현상으로 서징과는 구분된다.

린데 사이클, 클라우드 사이클, 필립스 사이클은 모두 가스를 액화시키기 위한 냉동·팽창 사이클인 반면, 오토 사이클은 가솔린 기관과 같은 내연기관의 동력(연소) 사이클이므로 가스 액화사이클에 해당하지 않는다.

안전밸브 작동압력은 통상 내압시험압력(TP)의 0.8배이고, 압축가스 용기의 내압시험압력은 최고충전압력(FP)의 5/3배이므로, 안전밸브 작동압력은 $P_2 = 15 \times \dfrac{5}{3} \times 0.8 = 20\ MPa$이다.
보일-샤를의 법칙 $\dfrac{P_1}{T_1} = \dfrac{P_2}{T_2}$에서 $T_1 = 35+273=308\,K$, $P_1=15\,MPa$이므로 $T_2 = 308 \times \dfrac{20}{15} \approx 410.7\,K$, 즉 약 $137.7^\circ C$로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

중간매체(중간열매체) 방식 LNG 기화장치는 해수 등 1차 열원의 열을 직접 LNG에 전달하지 않고, 프로판과 같은 중간 열매체를 거쳐 열교환시킴으로써 배관 동결이나 급격한 온도변화를 방지하는 구조이다.
해수를 직접 열원으로 사용하는 방식은 오픈랙(open rack) 기화기이고, 가스를 연소시켜 데운 수조의 물로 열을 공급하는 방식은 서브머지드 연소식 기화기로 중간매체 방식과는 구분된다.

고압가스설비의 두께는 상용압력의 2배 이상의 압력에서도 항복을 일으키지 아니하는 것으로 설계·제작하도록 규정되어 있다.
이는 상용압력의 1.5배 이상 압력으로 실시하는 내압시험 기준과는 별도로, 설비 자체의 항복 강도 여유를 확보하기 위한 기준이다.

그림의 설명은 구조가 간단하고 취급이 용이하며, 토출용량이 높아 압력 상승이 급격하게 변하는 곳에 적당하고, 밸브시트의 누출이 없으며, 슬러지를 함유하거나 부식성인 유체에도 사용 가능하다는 것이다. 이는 파열판식(rupture disk) 안전밸브의 특징이다.
파열판식은 얇은 금속판이 설정압력에서 찢어지면서 단면 전체를 한 번에 개방하는 구조다. 스프링이나 시트 같은 움직이는 부품이 없으므로 평상시 시트 누설이 전혀 없고, 부식성·점성 유체나 슬러지가 들어 있어도 막히지 않는다.
또 개구부가 통째로 열리므로 분출용량이 매우 커서 반응 폭주처럼 압력이 순식간에 치솟는 설비에 적합하다. 다만 한 번 터지면 재사용이 불가능하고 내부 유체가 전량 방출된다는 점이 단점이다.
스프링의 탄성으로 작동해 압력이 내려가면 다시 닫히는 형식, 추의 무게로 누르는 형식, 온도가 올라가면 녹는 금속을 이용하는 형식은 모두 위의 설명(특히 밸브시트 누출이 없다·슬러지 함유 유체 사용 가능)과 맞지 않는다.

수소취성은 고온·고압에서 수소가 강 중에 침투해 탈탄 반응을 일으킴으로써 강도가 저하되는 현상으로, 이를 방지하기 위해 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐 등을 첨가한 합금강을 사용한다.
크립톤은 비활성기체로 합금원소로 첨가되어 강의 조직에 영향을 주는 금속이 아니므로, 수소취성 방지를 위한 첨가 원소로는 적당하지 않다.

고압식 액화산소 분리장치에서는 액체질소와 액화공기가 상부탑으로 이송되는 과정에서 아세틸렌 흡착기를 거치며 액화공기 중에 섞여 있는 아세틸렌과 탄화수소류를 제거하는데, 이는 하부탑에서 응축된 액체산소 중에 아세틸렌 등이 농축되어 폭발사고로 이어지는 것을 막기 위한 공정이다.
실제로는 원료공기가 15~20MPa 정도의 고압으로 압축되고, 공기 중 탄산가스는 가성소다(NaOH) 수용액으로 세정 제거하며, 압축기 윤활유는 양질의 광유를 사용하고 유분리기 등으로 제거하므로 나머지 보기들은 실제 공정과 다르게 서술되어 있다.

펌프의 축동력은 $L(kW) = \dfrac{1000 \times Q \times H}{102 \times \eta \times 60}$ (Q: m³/min, H: 전양정 m)로 구할 수 있다.
전양정은 실양정 20m와 손실수두 5m를 더한 $H=25\ m$이므로, $L = \dfrac{1000 \times 2 \times 25}{102 \times 0.87 \times 60} \approx 9.4\ kW$로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

가연성 가스설비를 수리할 때에는 원칙적으로 설비 내부를 대기압 이하까지 치환한 후 작업해야 하지만, 가스켓 교환 등 경미한 작업과 같이 위험성이 낮은 경우에는 예외적으로 가스치환을 생략할 수 있다.
반면 화기를 사용하는 작업이나 사람이 설비 내부에서 작업하는 경우는 오히려 치환이 반드시 필요한 대표적인 상황이며, 내용적 규모(3m³) 자체는 치환 생략 여부를 결정하는 기준이 아니다.

저장탱크에 의한 액화석유가스 사용시설의 배관 신축흡수조치 기준에서, 건축물에 노출하여 설치하는 배관의 분기관 길이는 50cm 이상으로 하여야 하므로, 이를 30cm 이상으로 서술한 것은 틀린 내용이다.
분기관에 90° 엘보 1개 이상을 포함하는 굴곡부를 두는 것, 창문을 관통하는 부분의 보호관 내경을 분기관 외경의 1.2배 이상으로 하는 것, 11층 이상 20층 이하 건축물의 배관에 곡관을 1개소 이상 설치하는 것은 모두 실제 기준과 일치하는 옳은 내용이다.

부취제 혼합설비의 이입작업은 소량의 부취제를 취급하는 특성상, 대용량 액화가스 저장탱크에 요구되는 것과 같은 방류둑 설치가 안전기준으로 요구되지 않는다.
운반차량으로부터 이입 시 보호의·보안경 착용, 저장탱크 외면과 3m 이상 이격거리 유지, 이입작업 중 안전관리자 상주 확인은 모두 실제 이입작업 안전기준에 해당하는 옳은 내용이다.

고압가스 특정제조시설에서 플레어스택은 설치 위치 및 높이를 정할 때, 플레어스택 바로 밑의 지표면에 미치는 복사열이 4000 kcal/m²·h 이하가 되도록 하여야 한다.

저장탱크에 액화석유가스를 충전할 때에는 정전기를 제거한 후, 저장탱크 내용적의 90%를 넘지 않는 범위에서 충전하여야 한다. 이는 온도 상승에 따른 액팽창 여유공간(기상부)을 확보하기 위한 기준이다.

2개 이상의 탱크를 동일 차량에 고정하여 운반하는 경우, 각 탱크마다 주밸브를 별도로 설치해야 하므로 탱크의 주밸브를 1개만 설치한다는 것은 틀린 설명이다.
충전관에 긴급탈압밸브와 안전밸브·압력계를 설치하는 것, 탱크와 차량 사이를 단단히 고정하는 조치를 하는 것은 모두 실제 운반기준에서 요구하는 옳은 내용이다.

지하에 설치하는 액화석유가스 저장탱크실의 콘크리트 재료규격에서 굵은 골재의 최대 치수는 25mm로 규정되어 있어, 이 보기가 옳은 내용이다.
실제 기준상 설계강도는 21MPa 이상, 물-결합재비는 50% 이하, 슬럼프는 120~150mm 등으로 규정되어 있어, 제시된 25MPa·25%·50~150mm의 값들은 실제 기준과 달라 틀린 보기이다.

독성가스 배관을 2중관으로 설치해야 하는 대상은 포스겐, 염소, 산화에틸렌 등 독성이 매우 강하거나 반응성이 큰 특정 독성가스로 한정되며, 브롬화메탄은 이 2중관 설치 대상에 포함되지 않는다.

가연성가스 용기보관장소에서는 폭발 위험을 예방하기 위해 방폭형 손전등을 사용해야 하므로, 비방폭형 손전등을 사용한다는 서술은 틀린 내용이다.
충전용기와 잔가스용기를 구분하여 보관하는 것, 보관장소에 불필요한 물건을 두지 않는 것, 주위 2m 이내에 화기·인화성/발화성 물질을 두지 않는 것은 모두 실제 준수사항과 일치한다.

특정설비는 저장탱크, 안전밸브, 긴급차단장치 등 고압가스 안전관리법령에서 별도로 정한 검사대상 설비를 말하며, 조정기(레귤레이터)는 이러한 특정설비에 해당하지 않는다.

압축가스의 저장탱크 및 용기의 저장능력은 $Q = (10P+1)V_1$ (Q: 저장능력 m³, P: 35℃ 최고충전압력 MPa, V₁: 내용적 m³)로 산정한다.

액화석유가스 부취제 농도(냄새) 측정방법에는 오더미터법, 주사기법, 냄새주머니법, 무취실법이 있으며, 엣지법은 실제 규정된 측정방법에 해당하지 않는다.

산소·아세틸렌·수소가스 제조 시 품질검사는 안전관리책임자가 실시하는 것이 원칙이므로, 안전관리부총괄자가 실시한다는 서술은 옳지 않다.
검사를 1일 1회 이상 가스제조장에서 실시하는 것, 액체산소를 기화시켜 용기에 충전하는 경우 품질검사를 생략할 수 있는 것, 검사 결과에 안전관리부총괄자와 안전관리책임자가 함께 확인·서명날인하는 것은 모두 실제 기준과 일치한다.

질소는 불연성 가스이므로 질소를 운반하는 차량에까지 소화설비 휴대를 반드시 요구하지는 않으며, 소화설비 휴대 의무는 가연성가스를 운반하는 차량에 적용되는 기준이다.
액화가스 운반탱크에 요동 방지를 위한 방파판을 설치하는 것, 허용농도 200ppm 이하의 독성가스를 전용차량으로 운반하는 것, 누출 등 위해 우려 시 소방서·경찰서에 신고하는 것은 모두 옳은 기준이다.

습도가 낮은 동절기에는 대기 중 수분이 적어 정전기가 잘 축적되는 조건이 되므로, 아세틸렌 용기 밸브를 급히 개방하여 가스가 빠르게 유동할 때 마찰에 의한 정전기 착화 위험이 가장 높아진다.

일반도시가스사업자 정압기에 설치하는 안전밸브 분출부 크기는 정압기 입구측 압력이 0.5MPa 이상인 경우 50A 이상으로 하도록 규정되어 있다.
입구측 압력이 0.5MPa 미만인 경우에는 설계유량이 1000Nm³/h 이상이면 50A 이상, 1000Nm³/h 미만이면 25A 이상을 적용하므로, 입구압력에 관계없이 일률적으로 80A 이상이라는 서술이나 32A 이상이라는 서술은 옳지 않다.

가연성 가스를 고정된 탱크에 적재하여 운반하는 차량에는 BC용, B-10 이상의 분말소화제를 비치하도록 규정되어 있다.

고압반응기 플랜지부에서 가연성 가스 누출이 발생하면 즉시 가스 공급을 정지하고 화기 사용을 금지하며, 필요 시 장치 내부를 불활성가스로 치환하는 등 응급조치를 취해야 하므로, 이런 상황에서 일상 점검 및 운전을 계속하는 것은 대책으로 적절하지 않다.

주택은 2종 보호시설에 해당하며, 1종 보호시설에는 수용능력 300인 이상의 극장, 국보·보물 등 지정문화재를 보유한 건축물, 호텔과 같이 다수인이 출입하거나 문화재적 가치가 큰 시설이 포함된다.

아세틸렌, 산화에틸렌, 수소와 같은 가스는 공기 중보다 산소 중에서 폭굉(detonation)을 훨씬 일으키기 쉬운 특성을 가진다.
폭발은 화학적 원인뿐 아니라 물리적 원인(고압용기 파열 등)으로도 발생할 수 있고, 발화가 반드시 전기불꽃·마찰 등 외부 발화원에 의해서만 일어나는 것은 아니며, 최소발화에너지가 큰 혼합가스는 오히려 안전간격도 큰 경향을 보이므로 나머지 설명은 옳지 않다.

이상기체 상태방정식 $PV=nRT$를 이용하면, 최초 충전된 산소의 몰수는 $n_1 = \dfrac{PV}{RT} = \dfrac{100 \times 40}{0.0821 \times 273} \approx 178.5\ mol$이고, 이는 질량으로 약 $178.5 \times 32 \approx 5.71\ kg$에 해당한다.
이 중 4kg을 사용하면 남은 산소는 약 $1.71\ kg$, 즉 $\dfrac{1710}{32} \approx 53.5\ mol$이므로, 같은 부피·온도에서 전압력은 $P_2 = \dfrac{n_2RT}{V} \approx \dfrac{53.5 \times 0.0821 \times 273}{40} \approx 30\ atm$으로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

가스크로마토그램에서 각 성분의 피이크 면적은 $1.064 \times h \times W_{1/2}$ 로 근사할 수 있다.
노르말헵탄의 면적은 $1.064\times12.0\times0.48\approx6.129$, 벤젠의 면적은 $1.064\times9.0\times0.62\approx5.937$ 로 계산된다.
따라서 노르말헵탄의 농도는 $\dfrac{6.129}{6.129+5.937}\times100\approx50.79\%$ 로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

상대습도는 실제 수증기분압과 그 온도에서의 포화증기압의 비로 구하며, 노점에서의 포화수증기압이 곧 현재 공기 중의 수증기분압과 같다.
따라서 상대습도는 $\dfrac{16.47}{23.76}\times100\approx69\%$ 로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

헴펠식 분석법은 흡수제를 이용해 성분을 순차적으로 흡수·분리하는 화학적 분석법으로, CO2는 수산화칼륨 용액에, 불포화탄화수소(CmHn)는 발연황산에, 산소는 알칼리성 피로갈롤 용액에 흡수시켜 정량한다.
수소는 이러한 흡수제로 제거되지 않으며 별도의 연소(폭발)법으로 정량하므로 흡수·분리 대상 성분에는 해당하지 않는다.

가스미터는 감도가 예민하고 구조가 간단하며 정확하게 계량할 수 있어야 하고, 크기는 작으면서도 계량 용량은 커야 한다.
"소형이고 용량이 작을 것"은 실제 구비조건과 반대되는 서술로, 소형이면서 용량은 커야 한다는 것이 올바른 조건이다.

분동식(피스톤형) 압력계는 측정하려는 압력범위에 따라 봉입액체를 달리 선정하는데, 비교적 낮은 압력에는 경유를, 그보다 높은 압력대에는 스핀들유나 피마자유를 사용한다.
약 3000kgf/cm² 이상의 고압을 측정할 때는 점도와 안정성이 높은 모빌유를 사용한다.

연소식 O2계는 시료가스 중 가연성분을 촉매 위에서 연소시켜 소비된 산소량으로 농도를 구하는 방식이다.
이때 사용하는 촉매는 낮은 온도에서도 활성이 우수한 팔라듐(또는 백금)이 주로 쓰인다.

오리피스미터는 관 내에 오리피스판을 설치해 전후 차압으로 유량을 구하는 차압식 유량계로, 구조가 간단하지만 오리피스판에 의한 압력손실이 비교적 크게 발생한다.
따라서 "압력 손실도 거의 없고 내구성이 좋다"는 설명은 오리피스미터의 실제 특성과 맞지 않으며, 나머지 습식·막식·루트미터에 대한 설명은 타당하다.

피에조 전기압력계는 수정이나 티탄산바륨 등 압전소자의 압전효과를 이용해 압력변화를 전기신호로 변환하는 압력계이다.
응답속도가 매우 빨라 가스 폭발과 같은 급격한 압력변화의 측정이나 엔진의 지압계(indicator)로 활용된다.

국제단위계(SI)의 기본단위는 길이, 질량, 시간, 전류, 온도, 물질량, 광도의 7가지이며, 물질량의 단위인 몰(mol)이 이에 해당한다.
에너지, 압력, 주파수는 모두 이들 기본단위의 조합으로 표현되는 유도단위이다.

오르자트 가스분석계는 시료가스를 수산화칼륨, 피로갈롤, 염화제1구리암모니아 용액 등에 차례로 접촉시켜 화학반응(흡수)에 의해 각 성분을 정량하는 화학적 가스분석계이다.
세라믹 O2계, 가스크로마토그래피, 용액전도율식 분석계는 화학반응이 아닌 물리적 성질(전기화학적 특성, 분리 특성, 전기전도도 등)을 이용하는 분석법이다.

분리도(resolution)는 $R=\dfrac{2(t_2-t_1)}{W_1+W_2}$ 로 구하며, 여기서 $t$는 보유시간, $W$는 피이크 폭이다.
보유시간 차는 $140-110=30$초이고 피이크 폭의 합은 $30+30=60$초이므로 $R=\dfrac{2\times30}{60}=1.0$ 으로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

막식 가스미터를 선정할 때는 사용 최대유량과 감도유량, 사용가스의 종류(비중·조성) 등 계량 성능과 직접 관련된 사항을 고려해야 한다.
설치 높이는 미터 자체의 계량 성능이나 용량 선정과는 무관한 설치 조건이므로 선정 시 고려사항과는 거리가 멀다.

P(비례) 제어는 편차에 비례하여 조작량을 결정하는 제어방식으로, 부하가 변하면 새로운 평형점에서 일정한 잔류편차(오프셋)가 남는 특성이 있다.
I 동작이 포함된 제어(적분제어, PID 제어)는 편차를 적분해 오프셋을 제거하므로 이러한 제어들과는 구분된다.

방사선식 액면계는 방사선원과 검출기를 탱크 외부에 설치해 방사선의 투과·흡수량 변화로 액위를 측정하는 비접촉식(간접식) 액면계이다.
측정 대상과 직접 접촉하지 않으므로 고온·고압이거나 부식성이 강한 액체를 저장하는 탱크에도 적용할 수 있다.

상대습도는 실제 수증기분압과 그 온도에서의 포화증기압의 비로 정의되므로, 수증기분압은 $P_w=\phi\times P_s$ 로 구할 수 있다.
습도 45%, 22℃ 포화압력 18.66mmHg를 대입하면 $P_w=0.45\times18.66\approx8.4$ mmHg 로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

상승시간(rise time)은 응답이 목표값(최종값)에 처음으로 도달하는 데 걸리는 시간을 말한다.
응답시간은 응답이 목표값 부근의 일정 범위 내에 정착하기까지의 시간이고, 오버슈트는 목표값을 초과한 최대량, 시간지연은 응답이 나타나기 시작하기 전까지의 지연을 뜻하므로 서로 구분된다.