[가스기사 필기] 18년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

층류·난류 여부는 레이놀즈수 $Re=\dfrac{VD}{\nu}$로 판별하며, 관 지름 $D=0.1$m, 유속 $V=0.1$m/s를 대입한다.
물은 $Re=\dfrac{0.1\times0.1}{1.1\times10^{-6}}\approx9091$로 임계값(약 2100)을 크게 초과해 난류이고, 공기는 $Re=\dfrac{0.1\times0.1}{1.5\times10^{-5}}\approx667$로 층류에 해당한다.

동일한 기체가 서로 다른 단면을 지날 때 질량유량 보존 $\rho_1 A_1 V_1=\rho_2 A_2 V_2$가 성립하고, 이상기체에서 밀도는 $\rho\propto\dfrac{P}{T}$이다.
따라서 $V_2=V_1\left(\dfrac{d_1}{d_2}\right)^2\dfrac{P_1/T_1}{P_2/T_2}$이며, 값을 대입하면 $V_2=50\times\left(\dfrac{50}{75}\right)^2\times\dfrac{5/293}{3/313}\approx50\times0.444\times1.780\approx40$m/s로 계산된다.

동점성계수 $\nu=\mu/\rho$는 차원이 $L^2/T$이며, 이 값이 cm²/s 단위와 stokes 단위로 표시되므로 세 표현은 모두 동점성계수를 나타낸다.
$FTL^{-2}$는 점성계수(동점성계수가 아닌 절대점도 $\mu$)의 차원에 해당하므로, 동점성계수와 가장 관련이 없는 표현이다.

제트엔진의 추진력은 $F=\dot m (V_e-V)$로 나타낼 수 있으며, 여기서 $\dot m$은 질량유량, $V_e$는 배기가스의 비행기에 대한 상대속도, $V$는 비행속도이다.
주어진 값을 대입하면 $4900=30\times(V_e-400)$이므로 $V_e=400+\dfrac{4900}{30}\approx563$m/s로 계산된다.

평균유속은 연속방정식 $V=\dfrac{Q}{A}$로 구하며, 유량 $Q=7200\ m^3/h=2\ m^3/s$, 관 단면적은 $A=\dfrac{\pi D^2}{4}=\dfrac{\pi\times2^2}{4}\approx3.14\ m^2$이다.
따라서 $V=\dfrac{2}{3.14}\approx0.64$m/s로 계산된다.

마하수는 유체나 물체의 속도를 그 매질에서의 음속으로 나눈 무차원수로, $Ma=\dfrac{V}{a}$로 정의된다.
즉 유속을 음속으로 나눈 값이 마하수이며, 이는 압축성 유동에서 흐름이 아음속인지 초음속인지를 판단하는 기준이 된다.

점도의 단위 g/(cm·s)는 CGS 단위계의 포이즈(poise, P)와 같으며, $1\ P=1\ g/(cm\cdot s)=0.1\ Pa\cdot s$의 관계가 있다.
따라서 20 g/(cm·s)는 20 P이므로, $20\times0.1=2$ Pa·s로 환산된다.

펌프의 상사법칙에서 유량은 회전수에, 양정은 회전수의 제곱에 비례하며, 동력은 $P\propto N^3$, 즉 회전수의 3승에 비례한다.
이는 동력이 유량과 양정의 곱에 비례하고, 유량은 $N$에, 양정은 $N^2$에 비례하는 관계를 곱해서 얻어지는 결과이다.

Fanno 유동은 단열(외부와 열교환이 없는) 조건에서 일정 단면적의 유로를 마찰을 동반하며 흐르는 압축성 유체의 유동으로, 질량유량과 정체 엔탈피가 일정하게 유지되는 경우에 적용된다.
따라서 "열교환을 하면서 마찰 없이 흐를 때 적용된다"는 설명은 Fanno 유동의 정의(단열·마찰 동반)와 반대되므로 옳지 않다.
Fanno 선도는 에너지·연속·운동량·상태방정식으로부터 유도되며, 일정 질량유량에 대해 마하수를 매개변수로 하여 작도한다는 나머지 설명은 타당하다.

비압축성 유체가 원형관 내에서 층류로 흐를 때 마찰계수는 $f=\dfrac{64}{Re}$로 주어지며, 레이놀즈수가 평균유속에 비례하므로 마찰계수는 평균유속에 반비례한다.
반면 마찰에 의한 압력차(수두손실)는 하겐-푸아죄유 관계에 따라 평균유속에 정비례한다.

축류펌프는 유체가 임펠러를 지나 축방향으로 유출되는 구조로, 비속도가 커서 고속 회전이 가능하고 유량이 크고 양정이 낮은 경우에 적합하다.
다만 축류펌프는 체절(토출량이 0인) 상태로 운전하면 양정과 소요동력이 급격히 커져 위험할 수 있으므로, 체절운전 시 양정이 일정해진다는 설명은 옳지 않다.

파이프 내 점성유동에서 입구 구간을 지나 유동방향(길이방향)으로 속도분포가 더 이상 변하지 않는 상태를 완전발달된 흐름이라 한다.
층류와 난류는 흐름의 형태(레이놀즈수)에 따른 분류이고, 플러그흐름은 단면 전체에서 속도가 균일한 이상화된 흐름을 가리키는 것으로, 길이방향 속도분포의 불변 여부를 나타내는 용어는 아니다.

유체 유동에서 마찰로 인한 에너지 손실은 역학적 에너지가 무질서한 열에너지로 전환되는 과정으로, 그 손실량은 유체 내부에너지의 증가분과 계로부터 외부로 방출된 열량의 합으로 나타난다.
즉 마찰에 의해 사라진 역학적 에너지가 그대로 없어지는 것이 아니라 내부에너지 상승과 열전달의 형태로 보존되어 나타나는 것이다.

항력은 물체가 유체 내에서 운동하거나 유체가 물체를 지날 때 받는 저항력으로, 유동 방향과 나란한(평행한) 방향으로 작용하며 물체의 형상에 큰 영향을 받는다.
압력 차에 의한 항력을 형상항력(압력항력)이라 부르기도 하며, 유동에 수직방향으로 작용한다는 설명은 항력이 아닌 양력의 특징이므로 옳지 않다.

완전난류(거친 난류) 영역에서는 마찰계수가 레이놀즈수와 거의 무관하게 일정해지므로, 다르시-바이스바흐 식 $h_f=f\dfrac{L}{D}\dfrac{V^2}{2g}$에서 수두손실은 대략적으로 평균유속의 제곱에 비례한다.

축류펌프는 임펠러 날개(깃) 수가 늘어나면 유체에 가해지는 일량이 커져 양정이 증가하는 특성을 보인다.
이때 유량은 날개 수보다는 회전속도와 유로 형상에 의해 주로 결정되므로 큰 변화 없이 대체로 일정하게 유지된다.

그림의 관은 위·아래 벽이 오른쪽으로 갈수록 서로 가까워지고 화살표가 오른쪽을 향한다. 즉 유동방향으로 단면적이 줄어드는 축소관(노즐)이다.
등엔트로피 1차원 압축성 유동에서는 $\dfrac{dA}{A}=(Ma^{2}-1)\dfrac{dV}{V}$ 의 관계가 성립한다. 문제 조건이 $Ma<1$ 이므로 $Ma^{2}-1<0$ 이고, 따라서 단면적 감소($dA<0$)는 속도 증가($dV>0$)를 뜻한다.
속도가 커지면 베르누이 관계에 따라 운동에너지가 늘어난 만큼 압력은 낮아진다. 즉 이 관을 지나는 아음속 유체는 속도는 증가하고 압력은 감소한다.
참고로 $Ma>1$ 이었다면 부호가 뒤집혀 같은 축소관에서 오히려 감속·승압이 일어난다. 축소관이라는 형상만으로 답을 정할 수 없고 마하수를 함께 봐야 하는 이유다.

그림에서 사이펀 관의 지름은 2cm이고, 수면을 기준으로 관의 꼭대기는 2m 위, 관의 출구는 3m 아래에 있다.
수면과 출구에 베르누이식을 적용하면 유출속도는 수면에서 출구까지의 낙차 3m만으로 결정된다(꼭대기 높이 2m는 사이펀이 끊기지 않는지를 판단할 때 쓰이며 유량에는 영향이 없다). $V=\sqrt{2gh}=\sqrt{2\times 9.8\times 3}\approx 7.67\ \mathrm{m/s}$ 이다.
출구 단면적은 $A=\dfrac{\pi}{4}(0.02)^{2}=3.14\times10^{-4}\ \mathrm{m^2}$ 이다.
따라서 질량유량은 $\dot m=\rho AV=1000\times 3.14\times10^{-4}\times 7.67\approx 2.41\ \mathrm{kg/s}$ 이다.

등엔트로피 과정에서 완전기체(이상기체) 중의 음속은 $a=\sqrt{kRT}$로 나타나며, 여기서 $k$는 비열비, $R$은 기체상수, $T$는 절대온도이다.
이는 압축성을 나타내는 체적탄성계수 $E$를 이용한 $a=\sqrt{E/\rho}$ 식에 이상기체 관계식을 대입하면 얻어지는 결과이다.

일반적으로 원형관 흐름은 레이놀즈수 약 2100 이하에서 층류, 약 4000 이상에서 난류로 구분되며, 관 중심부의 유속은 평균유속보다 빠르다.
다만 속도분포의 평탄함 정도에서 난류의 평균속도 대 최대속도의 비(약 0.79 이상)는 층류의 그것(0.5)보다 크므로, 난류가 층류보다 작다는 설명은 옳지 않다.

오토사이클의 열효율은 $\eta=1-\left(\dfrac{1}{r}\right)^{k-1}$로 주어지며, $k=1.4$, $\eta=0.566$이다.
이를 정리하면 $r^{0.4}=\dfrac{1}{1-0.566}\approx2.30$이고, 양변에 지수 2.5를 취하면 $r\approx2.30^{2.5}\approx8$로 계산된다.

정상 운전 및 단선·단락·지락 등의 사고 시 발생하는 전기불꽃, 아크 또는 고온부가 가연성가스를 점화시키지 않는다는 것이 점화시험 등으로 확인된 구조는 본질안전방폭구조이다.
이는 점화원의 에너지 자체를 안전한 수준으로 제한하는 방식으로, 용기 내압을 견디게 하는 내압방폭구조나 용기 내부를 가압하는 압력방폭구조와는 개념이 다르다.

부탄의 완전연소 반응식은 $C_4H_{10}+6.5O_2\rightarrow4CO_2+5H_2O$이므로, 부탄 1Nm³ 당 필요한 산소는 6.5Nm³이다.
따라서 부탄 2Nm³를 완전연소시키는 데 필요한 산소량은 $2\times6.5=13.0$Nm³로 계산된다.

탄화수소 $C_mH_n$의 완전연소 반응식은 $C_mH_n+\left(m+\dfrac{n}{4}\right)O_2\rightarrow mCO_2+\dfrac{n}{2}H_2O$이다.
따라서 생성되는 이산화탄소는 탄소 원자 수와 같은 $m$ mol이다.

연소하한계(LFL)는 온도가 100℃ 상승할 때마다 약 8% 정도 감소하고, 매우 낮은 압력(50㎜Hg 미만)을 제외하면 압력 변화는 LFL에 거의 영향을 주지 않는다.
반면 연소상한계(UFL)는 압력이 증가하면 현격히 높아지며, 온도가 증가하면 UFL도 함께 증가하므로 온도 변화에 거의 영향을 받지 않는다는 설명은 옳지 않다.

내압방폭구조는 용기 내부에서 가연성가스가 폭발하더라도 그 압력에 견디고, 화염이 용기의 틈새를 통해 외부의 폭발성 분위기로 전파되지 않도록 설계하는 구조이다. 이때 화염이 틈을 통과해 밖으로 전파되지 않는 한계값인 안전간극(화염일주한계)이 가장 중요한 설계 인자가 되며, 가스별 안전간극에 따라 폭발등급이 구분된다.
발화열이나 최소점화에너지는 본질안전방폭구조처럼 점화 자체를 막는 구조에서 중요하게 다뤄지는 값이고, 연소열은 내압방폭구조의 설계 기준과는 직접 관련이 없다.

단열가역과정에서는 $\dfrac{T_2}{T_1} = \left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{R/C_p}$ 관계가 성립한다. $C_v = \dfrac{3}{2}R$이므로 $C_p = C_v + R = \dfrac{5}{2}R$이고, 지수는 $R/C_p = 2/5 = 0.4$이다.
초기온도 $T_1 = 40 + 273 = 313\text{K}$를 대입하면 $T_2 = 313 \times \left(\dfrac{1}{35}\right)^{0.4} \approx 313 \times 0.241 \approx 75\text{K}$이 되고, 이를 섭씨로 바꾸면 약 $-198^\circ C$로 약 -200℃에 해당한다.

연료가 연소하면 수소 성분이 산화되어 물이 생성되는데, 이 물이 수증기로 남는지 액체로 응축되는지에 따라 발열량 값이 달라진다. 저위발열량(LHV)은 연소가스 중 수증기의 증발잠열을 포함하지 않은 값이고, 고위발열량(HHV)은 이 잠열까지 포함한 값이므로 HHV가 항상 LHV보다 크다.
생성되는 물의 몰수를 $n$, 물의 증발잠열을 $\Delta H_v$라 하면 두 값의 관계는 $HHV = LHV + n\Delta H_v$로 나타낼 수 있다.

브레이턴 사이클은 가스터빈의 이상 사이클로, 단열압축 → 정압가열(연소) → 단열팽창 → 정압방열의 순서, 즉 2개의 단열과정과 2개의 등압과정으로 구성된다.
오토사이클은 2개의 단열과정과 2개의 정적과정으로, 사바테사이클은 단열·정적·정압 과정이 혼합된 형태로 구성되어 조건과 맞지 않는다.

분젠식 버너는 가스가 노즐에서 일정한 압력으로 분출될 때 그 분사력으로 주위의 1차 공기를 흡인하고, 혼합관 내에서 가스와 공기를 미리 섞은 뒤 화염공에서 분출시켜 예혼합연소시키는 구조이다.
전1차공기식은 연소에 필요한 공기를 거의 모두 1차 공기로 공급하는 방식이고, 블라스트식은 송풍기로 강제로 공기를 공급하는 방식이며, 적화식은 공기를 미리 섞지 않고 화염 주위에서 확산연소시키는 방식이라는 점에서 차이가 있다.

분진폭발이 일어나려면 분진 자체가 가연성이어야 하고, 화염을 전파할 수 있을 만큼 미세한 입도 분포를 가져야 하며, 착화원·가연물(분진)·산소라는 연소의 3요소가 함께 갖추어져야 한다.
반대로 분진 농도가 폭발범위(폭발하한~폭발상한) 안에 있다면 오히려 폭발이 일어날 수 있는 조건이 갖춰진 것이므로, 폭발범위 내에서는 폭발하지 않는다는 설명은 분진폭발의 발생 조건과 거리가 멀다.

공기비가 작다는 것은 이론공기량보다 적은 공기가 공급된다는 뜻으로, 연료가 산소와 충분히 만나지 못해 불완전연소가 일어나고 매연(그을음)이 많이 발생하며, 다 타지 못한 가연성 가스가 남아 재점화나 폭발사고의 위험이 커진다. 또한 미연소분에 해당하는 열량만큼 열손실도 늘어난다.
반면 연소실 내 연소온도가 저하하는 현상은 공기비가 지나치게 클 때(과잉공기) 과잉공기가 연소가스를 희석·냉각시키면서 나타나는 것이므로, 공기비가 작을 때의 영향으로는 적절하지 않다.

이상기체의 내부에너지는 온도만의 함수이므로, 온도가 일정하게 유지되는 등온과정에서는 내부에너지의 변화가 없다($\Delta U = 0$).
등온과정에서도 부피와 압력은 서로 반비례하며 변하고, 내부에너지가 일정한 만큼 계가 한 일과 같은 크기의 열이 드나들며, 이 열 출입에 따라 엔트로피도 변한다. 따라서 나머지 설명은 등온과정의 특징과 맞지 않는다.

산소는 그 자체가 타는 물질이 아니라 다른 물질의 연소를 돕는 조연성(지연성) 가스이다. 따라서 자신은 스스로 연소하는 가연성이라는 설명은 산소의 성질과 맞지 않는다.
실제로 산소는 오일과 섞이면 산화력이 커져 격렬히 연소하고, 순산소 중에서는 철이나 알루미늄 같은 금속도 연소되어 금속산화물을 만들며, 가연성 물질과 만나면 폭발적으로 반응할 수 있다.

이상기체 상태방정식 $PV = mRT$를 이용하면 온도는 $T = \dfrac{PV}{mR}$로 구할 수 있다.
압력 $287\text{kPa} = 287000\text{Pa}$, 부피 $1\text{m}^3$, 질량 $2\text{kg}$, 기체상수 $287\text{J/kg}\cdot\text{K}$를 대입하면 $T = \dfrac{287000 \times 1}{2 \times 287} = 500\text{K}$가 되고, 이를 섭씨로 바꾸면 $500 - 273 = 227^\circ C$이다.

기체 연료는 이미 기체 상태이므로 별도의 증발이나 분해 과정 없이 공기와 접촉하면서 바로 반응이 일어나는 확산연소 형태로 연소한다. 연료와 공기를 미리 섞지 않고 확산에 의해 서로 만나면서 타는 것이 특징이다.
표면연소와 등심연소는 고체·심지 연료에서 나타나는 연소형태이고, 분해연소는 고체·액체 연료가 열분해되어 가연성 가스를 내면서 타는 형태이므로 기체연료의 연소형태와는 구분된다.

보기 그림의 세 가지 방법은 연료를 노즐에서 고압으로 분출시키는 방법, 고압의 정전기에 의해 액체를 분열시키는 방법, 초음파에 의해 액체연료를 촉진(무화)시키는 방법이다.
액체연료의 미립화(무화)는 액체 표면장력을 이겨낼 만큼의 에너지를 액막에 주어 잘게 쪼개는 것이 원리이며, 그 에너지를 어떤 형태로 주느냐에 따라 여러 방식이 존재한다.
고압분무(유압식)는 연료 자체에 압력을 걸어 노즐에서 분출시키는 가장 일반적인 방식이고, 정전식은 고전압으로 액적에 같은 극성의 전하를 실어 반발력으로 분열시키며, 초음파식은 진동자의 고주파 진동으로 액막을 파열시킨다. 이 밖에도 회전식, 이류체(공기·증기 분무)식 등이 쓰인다.
따라서 제시된 세 가지 모두 실제로 사용되는 미립화 방법이다.

열역학 제1법칙은 에너지 보존법칙을 열과 일의 관계로 표현한 것으로, 계에 가해진 열량과 계가 한 일, 내부에너지 변화 사이의 관계를 나타낸다($Q = \Delta U + W$).
열평형에 관한 법칙은 열역학 제0법칙이고, 클라시우스의 표현은 열역학 제2법칙을 설명할 때 쓰이며, 제1법칙은 이상기체뿐 아니라 모든 계에 일반적으로 적용된다.

오토사이클은 단열압축 → 정적가열 → 단열팽창 → 정적방열 순서로 진행되는 이상 사이클이다. 따라서 압축이 끝난 뒤 열을 받아들이는 정적가열 과정은 2에서 3으로 가는 구간에 해당한다.
1→2는 단열압축, 3→4는 단열팽창, 4→1은 정적방열 과정으로 각각 구분된다.

탄화도가 높아질수록 수분과 휘발분은 줄고 고정탄소분이 많아져 발열량은 증가하지만, 동시에 착화온도는 높아지고 연소속도는 느려지는 경향을 보인다.
따라서 착화온도가 낮아진다는 설명은 탄화도가 높을 때 나타나는 실제 경향과 반대이므로 틀린 설명이다.

고압가스 안전관리 기준상 용기 저장소에 보관하는 충전용기는 직사광선이나 외부 열원의 영향으로 내부 압력이 과도하게 상승하지 않도록 항상 40℃ 이하를 유지하도록 규정하고 있다.

철계 촉매를 사용하고 촉매층 온도 약 500~600℃, 합성 압력 약 300~400atm인 조건은 고압법 암모니아 합성 공정인 클라우드법의 특징이다. 파우서법과 우데법은 이보다 낮은 중압(약 300atm 이하) 조건을 사용하며, 하버-보시법은 최초의 저압·저온계 원형 공정으로 이 보기의 고압 조건과는 차이가 있다.

아세틸렌은 구리, 은, 수은 등과 반응하면 폭발성이 있는 아세틸라이드를 만드는 것으로 알려져 있으며, 철이나 니켈 등 철족 금속과 반응하여 금속카르보닐을 생성하는 것은 아세틸렌이 아니라 일산화탄소(CO)의 특성이다. 따라서 이 설명은 재료 선정 기준과 맞지 않는다.
반면 건조한 염소가스는 상온·상압에서 탄소강과 반응성이 낮아 사용할 수 있고, 9% 니켈강은 저온에서도 인성이 좋아 액화천연가스 설비에 적합하며, 수분이 포함된 탄산가스 배관에는 부식에 강한 18-8 스테인리스강을 사용하는 것이 타당하다.

부취제는 가스가 누출되었을 때 사람이 낮은 농도에서도 냄새로 알아챌 수 있어야 하고, 배관이나 설비를 부식시키지 않아야 하며, 토양에 대한 투과성이 커서 매설배관의 누출도 감지할 수 있어야 한다.
다만 연소 후에는 냄새 성분이 남아있지 않아야 하며, 연소 후에도 냄새가 있을 것이라는 설명은 부취제가 갖추어야 할 조건과 반대된다.

막식(다이어프램) 가스미터는 가스 흐름을 왕복운동으로 계량하는 구조여서 유량에 맥동성이 있으면 계량막이 실제보다 더 크게 움직여 계량값이 커지는 선편(先偏) 현상이 발생하기 쉽다.
감도유량은 가스미터가 정상적으로 작동을 시작하는 최소유량을 의미하며, 공차는 기기공차와 사용공차로 나뉘되 그 값이 작을수록 정밀도가 높다. 또한 사용공차의 허용치도 ±10%보다 훨씬 좁게 규정되므로 나머지 설명들은 가스미터 성능 기준과 맞지 않는다.

용기용 밸브의 충전구 형식은 나사산 형태에 따라 구분되는데, A형은 충전구가 수나사, B형은 충전구가 암나사, C형은 충전구에 나사가 없는 형식이다. 따라서 충전구가 암나사로 되어 있는 것은 B형이다.

발문이 설명하는 계기는 와류식(vortex) 가스미터이다. 유체 통로에 설치된 터빈 형태의 가이드 바디가 흐름 속에서 와류를 발생시키고, 이때 생기는 고유 주파수를 피에조(압전) 센서로 검출하여 유량을 적산하는 방식으로, 움직이는 계량부가 없어 고점도 유체 측정에도 적합한 것이 특징이다.
터빈 가스미터는 회전날개의 회전수로, 루츠 가스미터는 회전자의 용적 이송 횟수로 유량을 계량하는 회전식·용적식 계량기여서 원리가 다르고, 스월(swirl) 방식은 유체에 선회류를 만들어 그 선회 거동을 검출하는 방식이라는 점에서 구분된다.

저압식 액화산소 분리장치는 충동식 팽창 터빈을 사용하며, 축냉기에서 원료공기와 불순 질소류를 주기적으로 교체하고, 축냉기 내부 사관에서 순수한 산소를 상온으로 채취한다. 4번은 공기 중 탄산가스 제거 방법을 설명하는데, 저압식 액화산소 분리장치의 기술적 원리나 운영 특성과는 무관한 전처리 공정(탄산가스 제거)에 관한 내용으로, 장치 자체의 작동 원리를 설명하는 문항의 맥락에서 벗어난다.

가스조정기(레귤레이터)는 용기나 배관 내의 가스압력이 소비 상황에 따라 변하더라도, 그 변동과 관계없이 연소기가 완전연소에 필요한 최적의 압력으로 안정되게 감압하여 공급하는 역할을 한다.
역화 방지, 가스 정제, 가스 조성 조정 등은 각각 역화방지기, 정제설비, 원료 배합 공정이 담당하는 기능으로 조정기 고유의 역할과는 구분된다.

부피가 일정한 정적과정에서는 $\dfrac{P_1}{T_1} = \dfrac{P_2}{T_2}$가 성립한다. 초기온도 $T_1 = 10 + 273 = 283\text{K}$, 최종온도 $T_2 = 37 + 273 = 310\text{K}$, 초기압력 $P_1 = 0.5\text{MPa} = 500\text{kPa}$를 대입하면 $P_2 = 500 \times \dfrac{310}{283} \approx 548\text{kPa}$이다.
따라서 압력 증가분은 $548 - 500 \approx 48\text{kPa}$로 계산된다.

원심펌프의 효율은 $\eta = \dfrac{\text{수동력}}{\text{축동력}}$으로 구한다. 수동력은 $L_w = \dfrac{\gamma Q H}{75 \times 60}$(PS)로 계산되며, 물의 비중량 $\gamma = 1000\text{kgf/m}^3$, 송수량 $Q = 3\text{m}^3/\text{min}$, 양정 $H = 20\text{m}$를 대입하면 $L_w = \dfrac{1000 \times 3 \times 20}{4500} \approx 13.3\text{PS}$이다.
이를 축동력 15PS로 나누면 $\eta = \dfrac{13.3}{15} \approx 0.89$, 즉 약 89%의 효율로 계산된다.

아세틸렌 제조법은 크게 주수식, 투입식, 침지식의 세 가지 방식으로 구분되며, 주수식과 흡수식 2가지라는 설명은 이러한 제조방식 구분과 맞지 않는다.
아세틸렌은 카바이드에 물을 작용시켜 얻은 뒤 아세톤을 흡수시킨 다공물질에 용해시켜 저장하며, 순수한 상태에서는 에테르와 비슷한 향이 나지만 불순물이 섞이면 악취가 나기 쉽다. 또한 역화가 하류설비로 번지지 않도록 고압건조기와 충전용 교체밸브 사이, 충전용 지관 등에 역화방지기를 설치한다.

메탄은 상온에서는 비중이 공기보다 작아 위로 확산되는 성질을 가지지만, 온도가 매우 낮아지면 기체 밀도가 커져 공기보다 무거워지므로 누출 초기의 저온 상태에서는 지면 부근에 체류하기 쉽다.
따라서 LNG가 유출되면 온도가 낮은 동안에는 가스가 가라앉아 체류하다가, 주위 열을 흡수해 온도가 오르면서 점차 가벼워져 대기 중으로 확산되는 거동을 보인다.

나프타를 원료로 하는 메탄합성(메탄화) 공정은 원료 중 황 성분을 제거하는 탈황장치, 나프타를 수소화 분해하는 수첨분해탑, 분해가스를 메탄으로 합성하는 반응기(메탄화 반응기)로 이어지는 설비 구성을 갖는다.
CO변성로(전환로)는 일산화탄소와 수증기를 반응시켜 수소를 늘리는 설비로, 주로 수소 제조나 다른 원료의 도시가스화 공정에서 쓰이며 나프타 메탄합성공정과는 관련이 적다.

내압시험은 배관·용기 등이 상용압력을 받을 때의 강도를 확인하기 위한 시험으로, 물을 사용하여 상용압력의 1.5배 이상의 압력으로 실시하는 것이 기준이며, 2배 이상이라는 설명은 실제 기준과 맞지 않는다.
온수가열 방식 기화장치의 과열방지 성능은 온수온도 80℃를 기준으로 하고, 안전장치는 최고허용압력 이하에서 작동하도록 하며, 기밀시험은 설계압력 이상의 압력으로 누출이 없는지 확인하는 것이 각각의 검사 기준이다.

포스겐(COCl₂)은 일산화탄소와 염소를 반응시켜 공업적으로 제조하는 물질이다.
메탄올은 일산화탄소와 수증기가 아니라 일산화탄소와 수소를 촉매 존재하에 고압에서 반응시켜 만들고, 프레온가스는 아세톤이 아니라 불화수소와 사염화탄소 등을 반응시켜 만들며, 암모니아는 전기로의 구리촉매가 아니라 철계 촉매를 이용해 고압에서 질소와 수소를 반응(하버-보시법)시켜 만든다는 점에서 나머지 설명은 옳지 않다.

산소는 상온에서 구리 및 구리합금과 반응하지 않는 안정적인 가스이므로 고압장치 재료로 구리를 사용할 수 있다.
반면 아세틸렌은 구리와 반응해 폭발성이 있는 동아세틸라이드를 만들고, 암모니아와 황화수소도 구리를 부식시키거나 화합물을 생성하므로 이들 가스의 배관·장치에는 구리 및 구리합금의 사용이 제한된다.

웨베지수는 가스의 발열량과 비중으로부터 연소기구에서의 호환성(연소성)을 나타내는 지표로, $WI = \dfrac{H_g}{\sqrt{d}}$로 정의된다. 웨베지수가 같으면 노즐에서 분출되는 열량이 비슷해 같은 연소기구에서 호환하여 사용할 수 있다고 본다.

접촉분해(촉매분해) 공정은 중유나 나프타 같은 고분자 탄화수소를 촉매 존재 하에서 가열하여 저분자 가스상 탄화수소로 분해하는 도시가스 제조 방식이다. 이 공정의 핵심은 반응이 흡열반응이므로 충분한 열 공급이 필요하면서도, 너무 높은 온도에서는 원료의 손실이 크고 코크(탄소침적)가 증가하여 촉매가 비활성화되기 때문이다. 반응압력 10기압 하에서는 일반적으로 500~600℃ 범위에서 최적의 선택성과 전환율을 얻을 수 있으며, 이를 고려할 때 적당한 온도 범위는 500℃ 이하로 설정된다. 350℃는 반응성이 낮고, 750℃ 이상은 비선택적 열분해가 우세하여 도시가스 품질이 저하된다.

다단 압축기에서 각 단의 압축비가 일정할 때, 각 단의 토출압력은 앞단 압력에 압축비를 곱해 순차적으로 구할 수 있다.
흡입압력 6MPa에 압축비 3을 반복 적용하면 1단 토출압력은 $6 \times 3 = 18\text{MPa}$, 2단은 $18 \times 3 = 54\text{MPa}$, 3단은 $54 \times 3 = 162\text{MPa}$가 된다.

산업통상자원부령으로 정하는 고압가스 관련설비는 안전밸브, 긴급차단장치, 역화방지장치, 기화장치, 독성가스배관용 밸브, 일정 냉동능력 이상의 냉동설비, 압력용기 등 고압가스 설비의 안전과 직접 관련된 기기로 한정된다.
세척설비는 가스설비를 청소·세정하는 부속 설비로, 고압가스의 압력이나 누출과 직접 관계되는 안전장치가 아니므로 관련설비에 해당하지 않는다.

차량에 고정된 탱크에서 저장탱크로 가스를 이송할 때, 액면계 바로 위에 얼굴을 내밀고 조작하지 말라는 기준은 밸브를 열면 가스가 직접 분출되는 슬립튜브식 액면계를 조작하는 경우에 대한 것이다.
플로트식 액면계는 액면에 뜨는 부자의 움직임을 밀폐된 구조로 지시하므로 조작 시 가스가 분출되지 않아 이 기준의 대상이 아니다. 설계압력 이상으로 충전하지 않는 것, 충전소 내에서 동시에 2대 이상의 차량에서 이송작업을 하지 않는 것, 이송 전후 밸브 누출을 점검하고 개폐를 서서히 하는 것은 모두 이송작업 기준에 해당한다.

LPG 용기보관실의 저장설비는 용기집합식으로 설치하지 않는 것이 원칙이다. 용기를 집합시켜 배관 등으로 연결하면 한 용기의 사고가 다른 용기로 확산될 위험이 커지기 때문이다.
용기보관실을 사무실과 구분해 같은 부지에 두는 것, 충전용기를 40℃ 이하로 유지하는 것, 내용적 30L 미만 용기를 2단으로 쌓을 수 있는 것은 모두 실제 저장 기준에 부합하는 설명이다.

가스배관의 매설 깊이는 배관이 설치되는 도로의 폭에 따라 달라지며, 차량이 통행하는 폭 8m 이상의 도로 밑에 매설하는 경우에는 1.2m 이상의 깊이를 유지해야 한다.
폭 10m 도로는 8m 이상 도로에 해당하므로 1.2m 이상의 매설 깊이 기준이 적용된다.

정전기 제거조치를 생략할 수 있는 기준은 접지저항 총합이 100Ω 이하인 경우이며, 피뢰설비가 설치되어 있다면 그보다 엄격한 10Ω 이하인 경우에 한해 별도 조치를 생략할 수 있다.
피뢰설비가 있는 경우의 면제 기준을 50Ω 이하로 서술한 것은 실제 기준값과 다르다. 접지접속선의 단면적을 5.5㎟ 이상으로 하는 것과 충전용 저장탱크·충전설비를 반드시 접지하는 것은 옳은 설명이다.

2017년 가스사고 통계 기준으로, 타공사나 제품 노후·고장, 공급자 취급부주의보다 사용자의 취급부주의가 가장 큰 비중을 차지하는 사고 원인으로 나타났다.
이는 배관·시설 자체의 결함보다 밸브 조작 실수, 점화 미숙, 부주의한 화기 취급 등 사용 단계에서의 안전수칙 미준수가 반복적으로 사고로 이어지기 때문이다.

작업자실수 분석기법(HEA)은 인간의 실수 유형과 원인을 파악하여 사고 발생 가능성을 평가하는 정성적 기법이며, 장치의 이상이나 운전자 실수의 조합을 연역적으로 분석하는 정량적 기법은 결함수분석(FTA)에 해당한다.
체크리스트기법이 위험 요소를 목록화하여 정성적으로 비교하는 방식, 사건수분석(ETA)이 초기사건으로부터의 사고 전개를 정량적으로 평가하는 방식, 위험과 운전분석(HAZOP)이 공정의 위험 요소를 찾아 원인을 제거하는 정성적 기법이라는 설명은 모두 타당하다.

산화에틸렌은 자체 분해폭발 위험이 있을 정도로 반응성이 크고 인화성이 강한 가연성가스이면서, 동시에 독성가스로 분류된다.
염소와 불소는 독성이 있으나 가연성이 아닌 조연성가스이며, 프로판은 가연성이지만 독성가스에 해당하지 않는다.

운반책임자 동승 기준은 가스 종류와 상태에 따라 다르며, 압축가연성가스는 300㎥ 이상, 압축조연성가스는 600㎥ 이상, 액화가연성가스는 3,000㎏ 이상, 액화조연성가스는 6,000㎏ 이상일 때 운반책임자가 동승해야 한다.
액화 조연성가스의 기준을 5,000㎏ 이상으로 서술한 것은 실제 기준인 6,000㎏과 다르므로 틀린 설명이다.

저장탱크에 의한 액화석유가스 사용시설에서는 저장설비와 감압설비의 외면으로부터 화기를 취급하는 장소까지 8m 이상의 우회거리를 유지해야 한다.
이는 저장·감압 설비 주변에서 누출된 가스가 화기와 접촉해 화재·폭발로 이어지는 것을 막기 위한 이격거리 기준이다.

LPG용 용접용기의 스커트에는 내부 결로수 정체나 부식을 막기 위한 통기공을 두는데, 내용적 50L 이상 125L 미만인 용기는 통기 면적을 1,000㎟ 이상으로 확보해야 한다.
용기 내용적이 커질수록 스커트 내부의 습기 정체 위험도 커지므로, 용량 구간이 커질수록 요구되는 통기 면적도 함께 커지는 구조로 기준이 정해져 있다.

액화석유가스 저장탱크는 지상 또는 지하에 고정 설치되어 액화석유가스를 저장하는 설비로서, 저장능력이 3톤 이상인 것을 말한다.
저장능력이 3톤 미만인 경우에는 저장탱크가 아니라 소형저장탱크·용기저장소 등 다른 기준이 적용된다.

차량에 고정된 탱크의 재검사 주기는 신규검사 후 경과년수에 따라 구분되며, 경과년수가 15년 이상 20년 미만인 경우에는 2년마다 재검사를 받아야 한다.
신규검사 후 17년이 경과한 탱크는 이 구간에 해당하므로 2년 주기의 재검사 대상이다.

품질유지 대상 고압가스는 프로판·부탄 등 액화석유가스, 프레온 22와 같은 냉매용 가스, 연료전지용으로 사용되는 수소가스 등으로 한정되어 있다.
메탄은 도시가스의 주성분이지만 별도의 열량·성분 관리 체계로 다루어지며, 여기서 말하는 품질유지 대상 가스 목록에는 포함되지 않는다.

공기액화분리기의 액화산소통에서는 액화산소 5L 중 아세틸렌의 질량이 5mg을 넘거나 탄화수소 중 탄소의 질량이 500mg을 넘을 때 운전을 중지하고 액화산소를 방출해야 한다.
이는 액체산소 중에 축적된 아세틸렌·탄화수소가 폭발성 화합물을 형성해 분리기 내부에서 폭발사고로 이어지는 것을 막기 위한 안전기준이다.

포스겐은 강한 독성의 염소계 가스로, 제독제로는 가성소다수용액과 소석회가 사용된다.
포스겐은 물만으로는 효과적인 제독이 어렵기 때문에, 알칼리성 물질인 가성소다수용액·소석회를 이용해 중화·분해시키는 방식이 적용된다.

철도 횡단부 지하에 배관을 매설할 때에는 지면으로부터 1.2m 이상의 깊이를 유지하고 강제 케이싱으로 보호해야 하며, 이는 열차 하중과 진동으로부터 배관을 보호하기 위한 것이다.
매설 깊이를 1m 이상으로 서술한 것은 실제 기준인 1.2m 이상과 다르므로 틀린 설명이며, 관경별 배관 고정 간격이나 중압 이상 노출배관의 용접시공, 지상배관의 지면 이격거리 30㎝ 이상은 옳은 설명이다.

액화석유가스 저장시설을 지하에 설치할 때 저장탱크를 2개 이상 인접 설치하는 경우에는 상호간에 1m 이상의 거리를 유지해야 한다.
0.5m 이상으로 서술한 것은 실제 기준과 다르며, 저장탱크실 벽면 두께 30㎝ 이상의 철근콘크리트, 손에서 물이 흘러내리지 않는 상태의 모래 채움, 상부 깊이 60㎝ 이상 기준은 모두 옳은 설명이다.

아세틸렌은 압축 시 분해폭발 위험이 있어 충전 중의 압력을 2.5MPa 이하로 제한하여 충전한다.
충전 후의 압력은 15℃에서 1.5MPa 이하로 하며, 충전은 빠르게 하지 않고 서서히 여러 차례 나누어 한다는 점에서 나머지 서술과 구분되는, 충전 작업 중 압력 제한에 대한 핵심 기준이다.

액화석유가스 자동차에 고정된 용기충전시설의 충전기 상부에는 캐노피를 설치하되, 그 면적은 공지면적의 2분의 1 이하로 제한한다.
이는 캐노피 하부 공간에서 누출가스가 체류하거나 화재 시 확산되는 것을 막기 위해 개방 공간을 일정 비율 이상 확보하도록 한 기준이다.

액주형 압력계는 액체 기둥의 높이 차로 압력을 측정하는 구조로, 액체의 밀도가 온도 변화에 민감하게 반응해 온도 보정이 필요하다.
구조가 간단하고 고장이 적은 대신, 유리관과 액체의 오염으로 인한 오차가 발생할 수 있다는 점이 액주형 압력계의 일반적인 특징이다.

습식가스미터는 드럼이 1회전할 때마다 각 실의 용량만큼 가스가 통과하므로, 드럼 1회전당 통과유량은 $100\text{L} \div 10 = 10\text{L}$이다.
드럼이 4개의 실로 나뉘어 있으므로 각 실의 용량은 $10\text{L} \div 4 = 2.5\text{L}$가 된다.

편차의 크기에 단순 비례하여 조절 요소로 보내는 신호가 변화하는 동작은 비례동작(P동작)이다. 편차가 커지면 그에 비례해 조작 신호도 커지는 연속적인 제어 동작이다.
온-오프 동작은 편차의 크기와 관계없이 켜짐과 꺼짐 두 상태만 반복하고, PI·PID 동작은 비례요소에 적분(및 미분) 요소가 추가로 결합된 동작이므로 단순 비례 관계만으로는 설명되지 않는다.

적외선 흡수법은 가스 성분이 고유한 파장의 적외선을 흡수하는 정도, 즉 흡광도를 측정하여 성분과 농도를 정량 분석하는 방법이다.
저온 분류법은 비등점 차이를 이용한 분리, 질량 분석법은 이온의 질량 대 전하비를 이용, 가스크로마토그래피법은 흡착제와의 분배 차이를 이용하는 방식으로 흡광도 원리와는 구분된다.

제어회로의 기본논리는 AND, OR, NOT의 세 가지이며, 이들의 조합으로 다른 모든 논리 동작을 구성할 수 있다.
NOR는 OR와 NOT을 결합한 형태의 조합논리이므로 기본논리에는 포함되지 않는다.

암모니아는 알칼리성 가스이므로, 붉은색 리트머스시험지를 누출 의심 부위에 대었을 때 청색으로 변하는지를 확인하는 방법으로 누출 여부를 검지할 수 있다.
초산이나 KI-전분지, 염화팔라듐지를 이용한 변색 반응은 암모니아가 아닌 다른 가스(염소, 일산화탄소 등)의 검지에 주로 활용되는 방법이다.

강자는 온도가 오르내림에 따라 일정한 비율로 팽창·수축하므로, 이로 인해 발생하는 측정 오차는 매번 같은 경향으로 나타나는 계통적 오차에 해당한다.
우연오차는 예측할 수 없는 무작위 요인에 의한 오차이고, 과오나 부주의에 의한 오차는 측정자의 실수에서 비롯되므로 온도에 의한 자의 팽창·수축과는 성격이 다르다.

열전대의 열적 오차는 삽입 전이, 열복사, 열저항 증가 등 온도 전달 과정에서 발생하는 오차를 말하며, 전자 유도의 영향은 배선이나 주변 전기장에 의한 전기적 오차에 해당한다.
따라서 열적 오차의 종류를 묻는 문제에서 전자 유도의 영향은 해당되지 않는다.

오르자트 가스분석기는 각 성분을 흡수하는 시약이 정해져 있어, 이산화탄소(수산화칼륨 용액) → 산소(알칼리성 피로갈롤 용액) → 일산화탄소(암모니아성 염화제일구리 용액)의 순서로 차례로 흡수시켜 분석한다.
이 순서를 따르는 것은 각 시약이 앞선 성분만을 선택적으로 흡수하도록 설계되어 있어, 순서를 바꾸면 정확한 정량이 어렵기 때문이다.

수분흡수법에서는 염화칼슘, 황산, 오산화인(P2O5)과 같이 수분을 물리적·화학적으로 흡수하는 물질을 사용하여 공기 중 수분량을 정량한다.
과망간산칼륨은 산화제로 주로 사용되는 시약으로, 수분 흡수를 위한 건조제로는 사용되지 않는다.

가스미터의 명판 표기에서 체적 표시는 계량실이 1주기(드럼 1회전) 동안 통과시키는 체적을 뜻하고, ㎥/h로 표시된 값은 그 미터로 계량할 수 있는 시간당 사용 최대 유량을 뜻한다.
따라서 0.5L는 계량실 전체 체적이 아니라 1주기 체적이며, 2.5㎥는 최소 유량이 아니라 시간당 사용 최대 유량으로 읽어야 한다.

일정 압력에서 기체의 부피는 절대온도에 비례하므로(샤를의 법칙), 여름철 부피 $V_1$과 겨울철 부피 $V_2$ 사이에는 $\dfrac{V_1}{V_2}=\dfrac{T_1}{T_2}$의 관계가 성립한다.
겨울철은 $T_2 = 0\,^\circ\text{C} = 273\text{K}$, 여름철은 $T_1 = 32\,^\circ\text{C} = 305\text{K}$이므로 $\dfrac{V_1}{V_2}=\dfrac{305}{273}\approx 1.12$, 즉 $V_1 = 1.12\,V_2$가 된다.

기체온도계는 열역학적 온도 정의에 직접 근거하여 다른 온도계를 교정하는 데 쓰이는 1차(기준) 온도계이므로, 2차 온도계라는 서술은 틀리다.
물의 삼중점을 273.16K로 정의한 것, 온도를 물질의 물리적 변화로 측정하는 것, 온도가 에너지인 열과는 다른 개념이라는 설명은 모두 타당하다.

오르자트 가스분석기는 시약을 이용해 성분가스를 순차적으로 흡수시켜 부피 감소를 읽는 방식으로, 건조한 시료가스를 전제로 설계되어 있어 수분을 포함한 습식 배기가스를 분석하기에는 적합하지 않다.
연속측정이 불가능하고 구조가 간단하며 각 성분마다 정해진 흡수제를 사용한다는 나머지 설명은 오르자트 분석기의 실제 특징과 일치한다.

서미스터는 온도 변화에 따라 저항이 크게 변화하는 반도체 소자로, 이를 이용한 온도계는 전기저항식 온도계의 한 종류이다.
서미스터를 이용한 저항식 온도계는 응답속도가 빠르고 저온에서 중온 범위까지 정도(정밀도)가 우수하다는 특징을 가진다.

탄광 내 메탄가스 농도를 현장에서 신속하게 확인하는 전통적 방법은 안전등형이다. 안전등(safety lamp) 속 화염의 색과 길이 변화를 관찰하여 갱내 메탄 농도를 추정하는 방식으로, 오래전부터 탄광 현장에서 사용되어 왔다.
질량분석법은 정밀 실험실 분석에, 시험지법은 특정 성분의 정성적 검출에, 검지관법은 여러 가스에 폭넓게 쓰이는 방법으로, 탄광의 메탄 감시에 특화된 안전등형과는 용도가 다르다.

탄화수소류에 대한 감응이 가장 뛰어난 검출기는 FID(수소염이온화검출기)이다. 시료가 수소불꽃에서 이온화될 때 발생하는 이온 전류를 검출하는 원리로, 탄화수소 화합물에 특히 예민하게 반응한다.
TCD는 열전도도 차이를 이용해 대부분의 가스에 범용적으로 쓰이지만 감도가 낮고, ECD는 할로겐화합물 등 전자포획성 물질에, TGA는 열중량분석에 사용되어 탄화수소 검출 목적과는 거리가 있다.

기차(instrument error)는 계측기 자체가 본래부터 지니고 있는 고유의 오차를 의미한다. 제작상의 한계, 마모, 구조적 특성 등으로 인해 계측기마다 존재하는 오차로, 사용자의 조작이나 측정 환경과는 무관하게 그 계측기 고유의 성질로 나타난다.
측정값과 참값의 차이는 오차 전반을 가리키는 일반적 정의이고, 검정 시 허용되는 최소·최대 오차한도는 공차(公差)의 개념에 해당하여 기차와는 구분된다.

모발습도계는 습도 변화에 따라 모발의 길이가 변하는 원리를 이용하는데, 습도가 오르내리는 이력(履歷)에 따라 같은 습도에서도 지시값이 다르게 나타나는 히스테리시스 현상이 존재한다. 따라서 히스테리시스가 없다는 설명은 틀린 내용이다.
반면 구조가 간단하고 취급이 쉬우며, 저온에서도 결빙 문제 없이 사용할 수 있어 한냉지에서 특히 유리하다는 점은 모발습도계의 실제 특성과 일치한다.

급격한 압력 변화를 빠르게 추종하면서도 부식에 강한 압력계는 피에조 전기압력계이다. 압력이 가해지면 수정이나 티탄산바륨 등 압전소자에 전하가 발생하는 원리를 이용하므로 응답속도가 매우 빠르다.
아네로이드·벨로우즈·격막식 압력계는 탄성체의 기계적 변형을 이용하는 방식으로, 피에조 전기압력계에 비해 응답속도가 느려 급변하는 압력을 측정하기에는 상대적으로 불리하다.