[가스기사 필기] 17년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

음속은 $c=\sqrt{kRT}$로 구한다. 절대온도 $T=25+273=298\,K$, 비열비 $k=1.4$, 기체상수 $R=287\,J/kg\cdot K$를 대입하면 $c=\sqrt{1.4\times287\times298}\approx 346\,m/s$가 된다.
마하수는 물체의 속도를 음속으로 나눈 값이므로 $M=\dfrac{910}{346}\approx 2.63$이 된다.

수력반경은 유체가 흐르는 단면적을 접수길이(둘레)로 나눈 값 $R_h=\dfrac{A}{P}$로 정의한다.
한 변의 길이가 $a$인 정삼각형의 단면적은 $A=\dfrac{\sqrt{3}}{4}a^2$이고 둘레는 $P=3a$이므로, $R_h=\dfrac{\frac{\sqrt3}{4}a^2}{3a}=\dfrac{\sqrt3}{12}a$가 된다.

물이 흐르는 관의 두 지점에 연결된 수은 시차액주계에서는, 액주계 아래쪽 수은면을 기준으로 압력을 등치시키면 두 지점의 압력차가 수은과 물의 비중차에 해당하는 액주 높이차로 나타난다.
즉 $P_A=P_B+(\gamma_{Hg}-\gamma_w)h$이므로, $(13.6-1)\times1000\times0.8=10080\,kgf/m^2=1.008\,kgf/cm^2$이고, $P_A=1.25+1.008\approx2.26\,kgf/cm^2$이 된다.

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정상유동(steady flow)은 유동장의 물리량이 시간에 따라 변하지 않는 흐름을 말한다. 즉 한 지점에서 속도벡터가 시간에 대해 변화가 없어야 하므로 $\dfrac{\partial V}{\partial t}=0$가 정상유동의 조건이다.
반면 $\dfrac{\partial V}{\partial s}=0$는 위치에 따라 속도가 변하지 않는 균속유동(uniform flow)의 조건으로, 정상유동과는 별개의 개념이다.

베르누이 방정식은 $\dfrac{P}{\gamma}+\dfrac{V^2}{2g}+z=\text{const}$의 형태로, 압력수두·속도수두·위치수두 세 가지 항으로 구성된다.
밀도수두라는 항목은 존재하지 않으며, 밀도는 각 수두 항을 정의하는 데 쓰이는 상수일 뿐 그 자체가 별도의 수두로 표현되지 않는다.

Mercury barometer(수은기압계)는 물이 아니라 수은을 이용하여 대기의 절대압력을 측정하는 장치이다. 수은의 비중이 커서 관의 길이를 짧게 만들 수 있기 때문에 수은을 사용한다.
Piezometer, Micromanometer, 경사관식 마노미터(Inclined-tube manometer)에 대한 설명은 각각 옳은 내용이다.

표준대기압은 물기둥 높이로 약 $10.33\,mH_2O$에 해당한다. $5.165\,mH_2O$는 이 값의 절반에 해당하므로 $0.5\,atm$과 같다.
참고로 1atm은 760mmHg, 1.013bar에 해당하므로 나머지 보기의 값과는 일치하지 않는다.

Hagen-Poiseuille 식은 원형관 내 층류 유동에 대해 유도된 식으로, 뉴턴유체와 비압축성 유체, 정상상태를 가정한다.
따라서 압축성 유체라는 가정은 이 식의 전제조건에 해당하지 않는다.

평판 위 층류 경계층의 두께 $\delta$는 $\delta \propto x^{1/2}$로, 평판 앞쪽 끝으로부터의 거리의 제곱근에 비례하여 증가한다.
경계층의 두께는 통상 표면으로부터 측정한 속도가 자유흐름 속도의 99%에 도달하는 지점까지의 거리로 정의하며, 난류 경계층의 두께는 $x^{4/5}$에 비례하므로 다른 보기의 내용은 옳지 않다.

절대점성계수(점도) $\mu$는 전단응력을 속도구배로 나눈 값으로, 그 차원은 $[FL^{-2}T]$이다.
제시된 $\mu=[FL^{-1}T]$는 길이 차원의 지수가 잘못되어 있으므로 틀린 표현이며, 동점성계수 $[L^2T^{-1}]$, 압력 $[FL^{-2}]$, 힘 $[MLT^{-2}]$는 모두 올바른 차원이다.

매끈한 원관 내부 흐름은 레이놀즈수가 약 2100(하임계 레이놀즈수)보다 작을 때 층류로 유지된다.
레이놀즈수가 이보다 커지면 흐름이 불안정해지며, 약 4000 이상에서는 완전한 난류로 전이된다.

의소성 유체(pseudoplastic fluid)는 전단속도가 증가할수록 겉보기 점도가 감소하는 유체로, 고분자 용액이 대표적인 예이다.
치약이나 점토 현탁액은 항복응력을 가지는 빙엄 소성유체(Bingham plastic)에 가까운 특성을 보이며, 공업용수는 일반적인 뉴턴유체이다.

등엔트로피 과정에서는 $\dfrac{T_2}{T_1}=\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}$의 관계가 성립한다.
$T_1=293\,K$, $T_2=433\,K$, $k=1.4$를 대입하면 $P_2=P_1\left(\dfrac{T_2}{T_1}\right)^{k/(k-1)}=100\times\left(\dfrac{433}{293}\right)^{3.5}\approx 392\,kPa$가 된다.

축류펌프는 가동익(가동날개)의 설치각도를 크게 할수록 날개가 밀어내는 유체의 양이 늘어나 유량이 증가하는 특성을 가진다.
따라서 설치각도를 크게 하면 유량이 감소한다는 설명은 옳지 않다. 반면 비속도가 큰 영역에서 원심펌프보다 효율이 높다는 점, 깃의 수가 많을수록 양정이 증가한다는 점, 체절운전이 불가능하다는 점은 축류펌프의 실제 특성과 일치한다.

등엔트로피 과정은 가역적이면서 단열인 과정, 즉 가역단열 과정을 의미한다.
마찰이 있는 단열과정이나 마찰이 없더라도 비가역적인 과정에서는 엔트로피가 증가하므로 등엔트로피 과정이 될 수 없으며, 가역등온과정 또한 열 출입이 있으므로 엔트로피가 변화한다.

제시된 세 설명은 ㉮ 난류전단응력은 레이놀즈응력으로 표시할 수 있다, ㉯ 후류는 박리가 일어나는 경계로부터 하류구역을 뜻한다, ㉰ 유체와 고체벽 사이에는 전단응력이 작용하지 않는다이다.
난류에서는 속도의 변동 성분이 운동량을 서로 실어 나르면서 겉보기 전단응력을 만들어내는데, 이를 레이놀즈응력 $\tau_t = -\rho\,\overline{u'v'}$ 로 나타낸다. 첫 번째 설명은 옳다.
후류(wake)는 물체 표면에서 경계층이 박리된 지점보다 하류에 형성되는 교란된 저속 영역을 가리키므로 두 번째 설명도 옳다.
반면 점성 유체는 벽면에서 속도가 0이 되는 점착조건을 만족하므로 벽 근처에 큰 속도구배가 생기고, 벽면에는 $\tau_w = \mu\left(\dfrac{du}{dy}\right)_{y=0}$ 만큼의 전단응력이 반드시 작용한다. 이것이 곧 마찰저항의 근원이므로 세 번째 설명은 틀렸고, ㉮와 ㉯만 옳다.

부력은 물체가 유체에 잠긴 부피만큼 밀어낸 유체의 무게와 같은 크기로, 유체에 대해 항상 수직 위 방향으로 작용한다.
물체가 액체 위에 떠 있는 경우에도 부력은 여전히 수직 위로 작용하여 물체의 무게와 평형을 이루므로, 부력이 수직 아래로 작용한다는 설명은 옳지 않다.

항력 $F$가 점성계수 $\mu$, 지름 $D$, 속도 $V$의 함수이므로 관련 물리량은 총 4개이며, 이들은 질량(M), 길이(L), 시간(T)의 3개 기본차원으로 표현된다.
버킹엄 파이 정리에 따라 무차원수의 개수는 물리량 개수에서 기본차원 개수를 뺀 $4-3=1$개가 된다.

정상상태의 수평 원관 흐름에서는 압력차에 의한 힘과 관벽의 마찰력이 평형을 이룬다. 관의 단면적은 $A=\dfrac{\pi}{4}D^2=\dfrac{\pi}{4}\times0.1^2\approx0.00785\,m^2$이다.
압력차 $\Delta P=100-50=50\,Pa$를 단면적에 곱하면 마찰력은 $F=\Delta P\times A=50\times0.00785\approx0.393\,N$이 된다.

축동력 0.5PS를 와트로 환산하면 $0.5\times735.5\approx367.8\,W$이고, 전압효율 45%를 곱한 공기동력(풍동력)은 $367.8\times0.45\approx165.5\,W$이다.
전압 250mmAq를 압력단위로 환산하면 $250\times9.80665\approx2451.7\,Pa$이므로, 유량은 $Q=\dfrac{165.5}{2451.7}\approx0.0675\,m^3/s$, 분당 유량으로는 $0.0675\times60\approx4.1\,m^3/min$이 된다.

연소온도를 높이려면 연료나 공기를 예열하거나, 발열량이 높은 연료를 사용하거나, 연소용 공기의 산소농도를 높여 반응을 촉진해야 한다.
반면 연소속도를 늦추는 것은 열이 미처 집중되지 못하고 주변으로 방산될 시간을 늘려 오히려 연소온도를 낮추는 방향으로 작용하므로, 연소온도를 높이는 방법과는 거리가 멀다.

원판이나 컵 등의 외주에서 발생하는 원심력을 이용하여 액체를 비산·분산시켜 미립화하는 방식은 회전체(로터리 컵) 분무기이다.
충돌식은 액체를 고체 면에 충돌시켜, 초음파식은 고주파 진동으로, 정전식은 정전기력으로 미립화하는 방식이어서 원심력을 이용하는 방식과는 원리가 다르다.

공기비는 이론공기량에 대한 실제공기량의 비로 정의되며, 공기비를 낮추면(공기량이 부족해지면) 불완전연소 성분이 증가하고, 부하가 변동할 때의 공기비 조절범위를 턴다운비라고 한다.
그러나 중유와 같은 액체연료는 수소 함량이 높아 단위 연료당 이론공기량이 무연탄보다 오히려 크므로, 중유 연소 시 이론공기량이 더 적다는 설명은 옳지 않다.

메탄의 완전연소 반응식은 $CH_4+2O_2 \rightarrow CO_2+2H_2O$로, 메탄 1$m^3$를 연소시키는 데 필요한 산소는 2$m^3$이다.
공기 중 산소가 20%이므로 필요한 공기량은 $\dfrac{2}{0.2}=10\,m^3$이 된다.

가역 상변화 과정의 엔트로피 변화는 $\Delta S=\dfrac{Q}{T}$로 구할 수 있다(응축은 열을 방출하는 과정이므로 엔트로피는 감소한다).
수증기 1mol(18g)이 방출하는 열량은 $Q=539\times18\approx9702\,cal$이고, 응축 온도 $T=373\,K$로 나누면 크기는 $\dfrac{9702}{373}\approx 26\,cal/mol\cdot K$가 된다.

탄화수소의 C/H비는 연료 중 탄소와 수소의 질량비로 나타낸다. 메탄($CH_4$) 1분자에는 원자량 12인 탄소 1개와, 원자량 $1\times4=4$인 수소 4개가 들어있다.
따라서 질량비는 $C/H=\dfrac{12}{4}=3$이 된다.

진발열량(저위발열량)에 수증기의 잠열을 더하면 고위발열량이 되므로, 프로판의 고위발열량은 $11000+2000=13000\,kcal/kg$이다.
연소과정에서 실제로 발생한 열량 13000kcal/kg을 이 고위발열량으로 나누면 연소효율은 $\dfrac{13000}{13000}\times100=100\%$가 된다.

프로판의 완전연소 반응식은 $C_3H_8+5O_2 \rightarrow 3CO_2+4H_2O$로, 프로판 1$Sm^3$당 필요한 산소는 5$Sm^3$이다.
공기 중 산소가 21%이므로 공급 공기량은 $5/0.21\approx23.8\,Sm^3$이고, 이 중 질소는 $23.8-5\approx18.8\,Sm^3$이다. 건조연소가스는 수증기를 제외한 $CO_2$와 $N_2$의 합이므로 $3+18.8\approx22\,Sm^3$가 된다.

1kWh는 3600kJ에 해당하며, 1kcal는 약 4.186kJ이므로 $3600/4.186\approx860\,kcal$로 환산된다.

내압방폭구조는 용기 내부에서 폭발이 일어나더라도 그 압력에 견디면서, 화염이 접합면의 틈새를 통해 외부의 가연성 가스로 전파되지 않도록 설계하는 구조이다.
따라서 이 구조를 설계할 때는 가연성 가스가 폭발할 때 화염이 틈새를 빠져나가지 못하도록 하는 안전간극(최대안전틈새)이 가장 중요한 고려사항이 된다.

가스 용기나 저장탱크가 화염에 직접 노출되어 가열되면 내부 압력이 상승하는 한편 용기 강도는 저하되는데, 이 상태에서 용기가 급격히 파단되어 내부의 비등 액체가 순간적으로 유출되면서 화구를 동반하는 폭발 현상을 BLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)라고 한다.
VCE(증기운폭발)는 누출된 가연성 증기가 대기 중에서 구름을 형성한 뒤 점화되어 폭발하는 현상으로, 저장탱크의 파단에 의한 화구 발생과는 구분된다.

착화온도는 압력이 높을수록, 발열량이 클수록, 산소농도가 높을수록 낮아지는 경향을 보인다.
반응활성도가 큰 물질일수록 반응이 쉽게 일어나 착화온도가 낮아지므로, 반응활성도가 클수록 착화온도가 높아진다는 설명은 옳지 않다.

기체상수는 $R=\dfrac{\bar R}{M}=\dfrac{8.314}{30}\approx0.277\,kJ/kg\cdot K$이고, 정적비열은 $C_v=C_p-R=0.516-0.277\approx0.239\,kJ/kg\cdot K$이다.
비열비는 $k=\dfrac{C_p}{C_v}=\dfrac{0.516}{0.239}\approx2.2$가 된다.

혼합기체의 평균분자량은 각 성분의 체적비와 분자량을 곱한 값을 모두 더하여 구한다.
$M=0.131\times44+0.077\times32+0.792\times28\approx5.76+2.46+22.18\approx30.40$이 된다.

공기흐름이 층류에서 난류로 바뀌면 연료와 공기의 혼합이 촉진되어 연소가 활발해지고, 그 결과 화염의 길이가 짧아지는 경향을 보인다.
난류에 의한 혼합 촉진은 오히려 완전연소를 돕는 방향으로 작용하므로, 불완전연소나 열효율 감소, 화염이 길어진다는 설명은 옳지 않다.

고발열량(총발열량, HHV)은 연료가 연소할 때 생성되는 수증기의 응축잠열까지 포함한 열량으로, 연소가스를 냉각시켜 수증기를 물로 응축시켰을 때 얻어지는 열량이다.
고발열량은 $H_h = H_L + H_s = H_L + 600(9H + W)$로, 저발열량에 수증기 응축잠열($H_s$)을 더하여 구할 수 있다.
이때 수증기의 응축잠열을 제외한, 즉 생성된 물이 수증기 상태로 남아 있다고 보고 계산한 열량은 저발열량(진발열량)이라 부르므로, 고발열량을 진발열량이라고 부르는 것은 틀린 설명이다.

저위발열량(LHV)은 고위발열량(HHV)에서 연소로 생성된 수증기가 응축되며 방출하는 잠열을 제외한 값이다. 옥탄(C₈H₁₈, 분자량 약 114)이 연소하면 1몰당 9몰의 물이 생성되므로, 옥탄 1kg당 생성되는 물의 질량은 $\dfrac{9 \times 18}{114} \approx 1.421$kg이다.
따라서 $H_L = H_h - (\text{물의 질량}) \times h_{fg} = 48220 - 1.421 \times 2441.8 \approx 48220 - 3470 = 44750$kJ/kg으로 계산된다.

위험장소는 가스가 존재할 가능성과 지속시간에 따라 0종, 1종, 2종으로 구분된다. 0종 장소는 정상 상태에서 위험분위기가 계속 또는 장시간 존재하는 곳이고, 1종 장소는 정상 작동 중에 위험분위기가 주기적·간헐적으로 생성될 수 있는 곳이다.
이에 비해 밀폐된 용기나 설비가 사고나 오조작이 있을 때에만 가스가 누출될 위험이 있는 장소는 정상 운전 중에는 위험분위기가 거의 생기지 않는 곳으로, 2종 장소에 해당한다.

연소가 일어나기 위해서는 가연성 물질, 산소공급원, 점화원의 세 가지 요소가 동시에 갖추어져야 하며, 이를 연소의 3요소라 한다.
발화점(발화온도)은 점화원이 없어도 스스로 발화하는 온도를 나타내는 물질의 고유한 성질일 뿐, 연소가 일어나기 위한 3요소 중 하나로 분류되지는 않는다.

폭굉유도거리(DID)는 최초의 완만한 연소가 폭굉으로 전이되기까지의 거리로, 이 거리가 짧을수록 폭굉으로의 전이가 빠르고 위험함을 의미한다.
압력이 높을수록 반응이 빨라져 폭굉유도거리는 짧아진다.
반대로 관 속에 방해물(장애물)이 있거나 층류연소속도가 크거나 점화원의 에너지가 강할 경우에도 폭굉유도거리는 짧아지므로, 이들 조건에서 거리가 길어진다고 서술한 내용은 옳지 않다.

아세틸렌은 구리(동), 은, 수은 및 이들의 합금과 접촉하면 폭발성이 강한 아세틸라이드(금속아세틸리드)를 생성하므로 이들 금속의 사용이 제한된다.
금(Au)은 아세틸렌과 반응하여 아세틸라이드를 생성하지 않으므로, 아세틸렌 배관·부품의 재료로 사용하는 데 제한이 없는 금속에 해당한다.

제시된 특징은 내부결함이나 불균일 층의 검사가 가능하고, 용입부족·용입부의 검사가 가능하며, 검사비용이 비교적 저렴하지만 탐지된 결함의 형태가 명확하지 않다는 것이다.
이는 초음파탐상 검사의 특징이다. 재료 속으로 초음파를 보내 결함면에서 되돌아오는 반사파의 도달시간과 크기로 결함의 위치와 대략적인 크기를 알아내므로, 표면에 드러나지 않은 내부결함이나 용접부의 용입 불량까지 잡아낼 수 있다.
다만 결과가 화면상의 에코 신호(파형)로 나타날 뿐 결함의 실제 모양이 상으로 찍히지는 않아, 결함의 종류와 형상을 판별하기 어렵고 숙련된 판독이 필요하다. 장치가 간편하고 소모품이 적어 비용 면에서 유리하다는 점도 함께 언급된 그대로다.
필름에 결함 형상이 그대로 남는 방사선투과 검사, 표면에 열린 결함만 잡아내는 침투탐상, 강자성체 표면·표면 바로 아래 결함만 대상으로 하는 자분탐상은 위 특징과 맞지 않는다.

왕복동(왕복형) 압축기는 실린더 내에서 피스톤이 왕복 운동하며 가스를 압축하는 용적형 압축기로, 압축비를 크게 할 수 있어 고압을 비교적 쉽게 얻을 수 있다.
반면 압축이 단속적으로 이루어져 압축효율이 낮고 맥동이 발생하며, 피스톤·밸브 등 접촉·마찰 부분이 많아 보수가 어렵고 실린더·크랭크케이스 구조로 인해 설치면적이 크다는 단점이 있다.

냉동기의 성능계수(COP)는 $COP = \dfrac{Q}{W}$로 정의되며, 여기서 $Q$는 흡수한 열량, $W$는 투입된 일이다.
0℃ 물 3톤(3000kg)을 0℃ 얼음으로 만드는 데 필요한 열량은 응고열을 이용해 $Q = 3000 \times 80 = 240000$kcal이며, 일 100kWh는 $100 \times 860 = 86000$kcal에 해당한다.
따라서 $COP = \dfrac{240000}{86000} \approx 2.79$로 계산된다.

역화(플래시백)는 가스의 분출속도가 연소속도보다 느려질 때 불꽃이 버너 내부(노즐 쪽)로 파고드는 현상으로, 노즐이 막혀 가스량이 줄거나 염공이 부식으로 커져 유속이 떨어지는 경우 발생하기 쉽다.
반대로 분출속도가 연소속도보다 빠른 경우는 불꽃이 염공에서 멀어지거나 꺼지는 리프팅(블로우오프) 현상의 원인이 되는 것으로, 역화의 원인과는 거리가 멀다.

고압가스 설비의 내압시험압력은 통상 상용압력의 1.5배 이상으로 정해진다.
상용압력이 14MPa인 경우 내압시험압력은 $14 \times 1.5 = 21$MPa 이상이 되어야 한다.

상자콕은 도시가스 배관과 호스(카플러)를 연결하는 부분에 설치되는 콕으로, 과다한 가스 흐름을 자동으로 차단하는 과류차단안전기구가 부착되어 있으며 재료로 주물황동 등을 사용할 수 있다.
가연성가스 설비의 나사는 오조작·오접속을 막기 위해 일반적으로 왼나사를 사용하므로, 이음쇠 나사를 오른나사로 규정했다는 설명은 옳지 않다.

용기용 밸브의 가스 충전구는 나사 형식에 따라 A형, B형, C형으로 구분되며, A형은 충전구 나사가 수나사, B형은 충전구 나사가 암나사, C형은 충전구에 나사가 없는 형식이다.
따라서 가스 충전구가 암나사로 되어 있는 것은 B형이다.

벨로우즈형(팩레스형) 신축이음매는 주름관(벨로우즈)의 변형으로 신축을 흡수하는 방식으로, 설치 공간이 좁아 곡관을 사용하기 어려운 비교적 낮은 압력대의 고압가스 배관설비에 적용하기 적합하다.
루프형은 곡관 자체로 신축을 흡수하므로 곡관 설치가 가능한 경우에 사용하고, 슬리브형·스위블형은 주로 저압 배관에 적용되는 방식이어서 문제의 조건에는 맞지 않는다.

천연가스의 주성분인 메탄(CH₄)은 탄소 12, 수소 4를 기준으로 $\dfrac{C}{H} = \dfrac{12}{4} = 3$으로 C/H 질량비가 3이다.
액화천연가스(LNG)는 이미 정제된 천연가스를 냉각·액화한 것이므로 별도의 가스제조·정제·개질설비는 필요 없지만, 사용처에서는 액체 상태의 LNG를 기체로 되돌리는 기화설비가 반드시 필요하다.

가연성가스의 위험도는 $H = \dfrac{U-L}{L}$(U: 폭발상한, L: 폭발하한)로 정의되며, 이 값이 클수록 위험도가 높다.
산화에틸렌은 폭발범위가 약 3~80%로 매우 넓어 위험도가 약 25.7에 이르는 반면, 수소(약 4~75%)는 약 17.8, 일산화탄소(약 12.5~74%)는 약 4.9, 메탄(약 5~15%)은 약 2.0 수준이어서, 나열된 가스 중 산화에틸렌의 위험도가 가장 높다.

안전공간(%)은 $\dfrac{\text{용기 내용적} - \text{충전된 액체 부피}}{\text{용기 내용적}} \times 100$으로 구한다.
비중 0.5인 액화프로판 15kg의 부피는 $\dfrac{15}{0.5} = 30$L이므로, 내용적 50L 용기에서 안전공간은 $\dfrac{50-30}{50} \times 100 = 40$%로 계산된다.

공기액화분리장치의 폭발은 액화공기 중에 혼입된 아세틸렌이나 질소산화물(NO, NO₂), 압축기 윤활유가 분해되며 생성된 탄화수소 등 이물질이 응축·농축되어 반응성을 일으키기 때문에 발생한다.
반면 산소는 공기의 정상적인 구성 성분이므로, 액체공기 중에 산소가 혼입되어 있는 것 자체는 폭발을 일으키는 이상 원인으로 볼 수 없다.

노즐변경률은 웨버지수 $WI = \dfrac{H_g}{\sqrt{d}}$와 공급압력을 이용해 $K = \sqrt{\dfrac{WI_1}{WI_2} \times \sqrt{\dfrac{P_1}{P_2}}}$로 구한다.
변경 전 웨버지수는 $WI_1 = \dfrac{5000}{\sqrt{0.61}} \approx 6402$, 변경 후는 $WI_2 = \dfrac{11000}{\sqrt{0.66}} \approx 13540$이다.
따라서 $K = \sqrt{\dfrac{6402}{13540} \times \sqrt{\dfrac{100}{200}}} \approx \sqrt{0.4729 \times 0.7071} \approx 0.58$로 계산된다.

대표적인 부취제로는 T.H.T(테트라하이드로티오펜), T.B.M(터셔리부틸메르캅탄), D.M.S(디메틸설파이드) 등이 사용된다.
T.E.A(트리에틸아민)는 가스 냄새를 내기 위한 부취제로 사용되는 물질이 아니다.

제시된 세 설명은 ㉠ 축동력에 대한 수동력의 비를 뜻한다, ㉡ 펌프의 효율은 펌프의 구조·크기 등에 따라 다르다, ㉢ 효율이 좋다는 것은 각종 손실동력이 적고 적은 축동력으로 구동한다는 뜻이다이다.
펌프의 (전)효율은 원동기로부터 축에 전달된 축동력 가운데 실제로 유체에 전달된 수동력의 비율이므로 $\eta = \dfrac{L_w}{L_s}$ 로 정의된다. 첫 번째 설명이 말하는 그대로다.
또한 전효율은 수력효율·체적효율·기계효율의 곱으로 이루어지는데, 이들 손실은 임펠러 형상, 틈새, 베어링·패킹 구조, 펌프 용량 등에 따라 달라진다. 따라서 같은 종류라도 구조와 크기가 다르면 효율이 달라진다는 두 번째 설명도 옳다.
효율이 높다는 것은 곧 누설·마찰·와류 등 손실동력이 작다는 뜻이고, 같은 양정과 유량을 내는 데 필요한 축동력이 그만큼 작아진다는 의미이므로 세 번째 설명도 옳다. 결국 세 설명이 모두 옳다.

압력배관용 탄소강관은 KS 규격 기호로 SPPS로 표기된다.
참고로 SPP는 배관용 탄소강관(저압용), SPPH는 고압배관용 탄소강관, SPHT는 고온배관용 탄소강관을 나타내어 서로 용도가 구분된다.

암모니아와 아세틸렌은 구리 및 구리합금과 반응하는 가스이다. 암모니아는 구리를 부식시키고, 아세틸렌은 구리와 반응하여 폭발성의 아세틸라이드를 생성하므로, 이들 가스의 배관 재료로 구리 및 구리합금을 사용하는 것은 부적절하다.
반면 건조 상태의 염소가스에는 보통강을 사용할 수 있고, 이산화탄소 세정장치 등에는 내산강이, 암모니아 합성탑 내통에는 18-8 스테인리스강이 적합하다.

웨버지수는 $WI = \dfrac{H_g}{\sqrt{d}}$로 정의된다.
발열량 10400kcal/m³, 비중 0.5를 대입하면 $WI = \dfrac{10400}{\sqrt{0.5}} \approx 14708$로 계산된다.

안전밸브는 스프링식, 파열판식, 가용전식 등으로 구분되며, 이 중 구조가 간단하고 취급이 쉬우며 부식성·괴상물질을 포함한 유체에도 적용할 수 있는 것은 파열판식이고, Cl₂·C₂H₂ 등 온도 상승에 민감한 가스에는 가용전식이 사용된다.
현장에서 가장 널리 사용되는 안전밸브는 스프링의 탄성력으로 작동하는 스프링식이며, 피스톤식이 가장 일반적으로 사용된다는 설명은 옳지 않다.

환기가 되지 않는 밀폐된 목욕탕에서 순간온수기를 계속 가동하면 연소에 필요한 산소가 실내 공기 중에서 계속 소모되면서 실내 산소농도가 급격히 낮아진다.
이 경우 가스가 누출되지 않았더라도 산소결핍으로 인해 의식을 잃는 질식 사고가 발생할 수 있으므로, 환기구 확보 등 급배기 대책이 중요하다.

도시가스의 월사용예정량은 표준(기준)열량 11,000kcal/m³를 기준으로 산정하므로, 열량이 이와 다른 가스를 사용할 때의 사용량은 실제 열량으로 보정하여 $\text{도시가스 사용량} = \text{법적사용량} \times \dfrac{\text{실제열량}}{11000}$으로 환산한다.
법적 사용량 5200m³, 실제 열량 9500kcal/m³를 대입하면 $5200 \times \dfrac{9500}{11000} \approx 4491$m³로, 약 4,490m³로 계산된다.

산화에틸렌은 자체적으로 분해폭발을 일으킬 수 있는 위험성이 큰 가스여서, 저장탱크나 그 충전용기에는 반드시 질소·탄산가스 등의 불활성가스로 압력을 가압하여 저장한다.
그 기준은 45℃에서 내부가스의 압력이 0.4MPa 이상이 되도록 질소가스 등을 충전하는 것으로 정해져 있다.

아세틸렌(C₂H₂)은 삼중결합에 큰 생성열을 가지고 있어, 공기나 산소가 전혀 섞이지 않은 순수한 상태에서도 압력·온도·점화원 조건이 맞으면 스스로 분해되며 폭발하는 분해폭발 위험이 있는 가스이다.
반면 CO, CO₂, H₂는 이러한 자기분해폭발성을 갖지 않으며, 연소·폭발을 위해서는 산소(공기)와의 반응이 필요하다.

고압가스 안전관리 기준에서는 염소와 아세틸렌, 암모니아, 수소를 동일 차량에 함께 적재하여 운반하는 것을 금지하고 있는데, 이는 염소가 이들 가스와 반응성이 매우 크기 때문이다.
이 금지 목록에 LPG는 포함되지 않으므로, 염소와 LPG는 같은 차량에 혼합하여 적재·운반할 수 있는 조합에 해당한다.

염소(Cl₂)는 대표적인 독성가스로, 노출 시 호흡기와 점막에 심각한 손상을 줄 수 있어 허용농도 기준으로 관리된다.
수소, 아세틸렌, 메탄은 가연성가스로 분류되지만 독성가스에는 해당하지 않는다.

차량에 고정된 탱크는 길이이음과 원주이음을 맞대기 양면 용접으로 하고, 지름 375㎜ 이상의 원형 맨홀(또는 긴 지름 375㎜·짧은 지름 275㎜ 이상의 타원형 맨홀)을 설치하며, 내부에는 차량 진행방향과 직각으로 방파판을 설치하도록 정하고 있다.
다만 용접 부분에 사용하는 탄소강은 용접성을 확보하기 위해 탄소함유량을 0.35% 이하로 제한하므로, 탄소함유량 1.0% 미만으로 규정했다는 설명은 옳지 않다.

도시가스 공급시설의 온도·압력 등이 설정된 안전범위를 벗어나거나 설비가 잘못 조작되는 등 이상이 발생했을 때, 그 상황을 감지하여 자동으로 가스의 발생(공급)을 차단시키는 장치를 인터록기구라 한다.
벤트스택은 이상 시 가스를 대기로 방출하는 설비, 안전밸브는 설정압력 초과 시 압력을 방출하는 밸브, 가스누출검지통보설비는 누출을 감지해 경보하는 설비로 각각 역할이 다르다.

액화석유가스충전사업은 저장시설에 저장되어 있는 액화석유가스를 용기 또는 차량에 고정된 탱크에 충전하여 수요자에게 공급하는 사업으로 정의된다.
배관을 통해 일반 수요에 공급하는 사업은 별도의 배관망공급(도시가스)사업에 해당하고, 단순히 대량수요자에게 공급하거나 연료용 가스를 공급하는 것만으로는 충전사업의 정의가 되지 않는다.

고압가스 특정제조허가의 대상 시설은 업종별로 저장능력 또는 처리능력 기준이 정해져 있다. 석유정제업자는 저장능력 100톤 이상, 석유화학공업자는 저장능력 100톤 이상이거나 처리능력 1만 세제곱미터 이상인 시설이 이에 해당한다.
철강공업자의 경우에는 철강공업시설 또는 그 부대시설에서 고압가스를 제조하는 것으로서 그 처리능력이 10만 세제곱미터 이상인 시설이 특정제조허가 대상이 된다.

액화석유가스(LPG) 저장탱크는 액체 상태를 안정적으로 유지하고 내압 상승에 따른 위험을 막기 위해 항상 40℃ 이하의 온도로 유지해야 한다.
온도가 높아질수록 탱크 내부 증기압이 급격히 상승하므로, 이는 저장설비 안전관리의 기본 기준으로 정해져 있다.

유해물질이 인체에 유해한 영향을 주지 않는다고 판단되어 설정한 기준 이하의 농도를 허용농도라고 한다.
독성가스의 허용농도는 흰쥐를 이용한 반수치사농도 실험 등 과학적 기준으로 정해지며, 작업환경 관리나 누출 사고 시 안전 판단 기준으로 사용된다.

저온저장탱크는 내부 압력이 외부보다 낮아지면 대기압에 의해 찌그러지거나 파괴될 수 있어, 이를 막기 위해 압력계, 압력경보설비, 진공안전밸브 등 부압 방지 설비를 설치한다.
역류방지밸브는 유체가 반대 방향으로 흐르는 것을 막는 장치로, 저온탱크의 부압 파괴 방지와는 관련이 없다.

고압가스 특정제조시설의 배관을 지하에 매설하는 경우, 지하도로 및 터널과는 10m 이상의 수평거리를 유지해야 한다.
이는 지하 공간에서 가스가 누출되었을 때 인명 피해가 집중되는 것을 막기 위한 이격거리 기준이다.

구조·재료·용량 및 성능 등에 의해 서로 구별되는 제품의 단위를 형식(型式)이라고 한다.
동일 생산조건에서 만들어진 제품 집합을 뜻하는 로트나 제조 흐름 단계를 의미하는 공정과 달리, 형식은 제품 자체의 규격적 구분을 나타내는 용어다.

독성가스란 성숙한 흰쥐 집단을 대기 중에서 1시간 동안 노출시켰을 때 14일 이내에 그 집단의 절반 이상이 죽게 되는 농도, 즉 허용농도가 100만분의 5,000(5,000/1,000,000) 이하인 가스를 말한다.
이 수치는 급성 독성의 정도를 정량화한 기준으로, 고압가스 안전관리 대상 독성가스를 규정하는 근거가 된다.

액화염소를 5톤 규모의 운반차량으로 운반할 때 갖추어야 할 응급조치용 제독제는 소석회 40㎏ 이상이다.
소석회(수산화칼슘)는 염소를 흡수·중화하는 대표적인 제독제로, 가성소다·탄산소다 수용액과 함께 염소 누출 사고 대비용 제독제로 지정되어 있다.

액화가스 저장탱크의 저장능력은 $W = 0.9 \times d \times V$ (W: 저장능력[㎏], d: 액화가스 비중[㎏/L], V: 내용적[L])로 계산한다.
내용적 35,000L, 비중 1.2를 대입하면 $W = 0.9 \times 1.2 \times 35000 = 37{,}800$㎏이 된다.

2단 감압식 1차용 조정기는 조정압력이 대략 57~83kPa 범위에서 사용되며, 이때의 최대폐쇄압력은 95kPa 이하로 규정되어 있다.
이는 2단감압식 2차용 조정기(최대폐쇄압력 3.5kPa 이하)나 1단감압식 준저압조정기(조정압력의 1.25배 이하)와 구분되는 1차용 조정기만의 별도 기준이다.

고압가스 일반제조시설에서 저장능력 5m³ 이상인 저장설비 또는 그 부속설비에는 이상 압력 발생 시 가스를 안전하게 배출할 수 있는 가스방출장치를 설치해야 한다.
이는 저장설비 내부 압력이 급격히 상승했을 때 폭발 등 2차 사고로 이어지는 것을 막기 위한 안전설비 기준이다.

오르사트(Orsat) 분석법과 같은 흡수법에서 이산화탄소의 흡수액은 수산화칼륨(KOH) 수용액이 사용되며, 염화나트륨 수용액은 이산화탄소 흡수에 쓰이지 않는다.
중탄화수소는 발연황산, 산소는 알칼리성 피로갈롤 수용액, 일산화탄소는 암모니아성 염화제1구리 용액으로 각각 흡수·정량하는 것이 올바른 짝짓기다.

관의 안지름이 14cm이므로 단면적은 $A = \dfrac{\pi}{4} d^2 = \dfrac{\pi}{4} \times 0.14^2 \approx 0.0154\,m^2$이다.
유속 7m/s를 곱하면 체적유량은 $Q = A \times v \approx 0.0154 \times 7 \approx 0.1078\,m^3/s$이고, 물의 밀도(1000㎏/m³)를 곱하면 질량유량은 약 $0.1078 \times 1000 \approx 108$㎏/s가 된다.

피토관(Pitot tube)은 유체 흐름의 전압과 정압의 차이를 이용해 유속을 측정하는 계측기이다.
압력이나 온도, 점도를 직접 측정하는 기기가 아니라, 측정된 압력차를 통해 유속으로 환산해 내는 것이 주된 용도다.

가스크로마토그래피는 캐리어가스, 시료를 분리하는 컬럼, 분리된 성분을 검지하는 검출기 등으로 구성된다.
분광기는 빛의 스펙트럼을 분석하는 장치로 분광분석법에 쓰이는 요소이며, 가스크로마토그래피의 구성 요소는 아니다.

염화제1구리 착염지는 아세틸렌 가스와 반응하여 적색(적갈색)으로 변색되는 성질이 있어 아세틸렌 누출 검지에 사용된다.
수소, 염소, 황화수소는 각각 다른 검지 시험지로 검지하는 가스로, 염화제1구리 착염지의 반응 대상이 아니다.

직접식 액면계에는 액면의 높이를 눈으로 직접 보거나 자로 재는 직관식, 플로트식(부자식), 검척식 등이 있다.
차압식 액면계는 액주에 의한 압력차를 이용해 액면을 간접적으로 환산하는 방식으로, 직접식이 아니라 간접식 액면계로 분류된다.

가스미터를 선정할 때는 계량 정확도(오차의 유무), 사용 가스와의 적합성, 내구성 등을 종합적으로 고려해야 한다.
내관검사는 미터 자체를 선정하는 기준이 아니라 검사·관리 절차에 관한 사항으로, 선정 시 주의사항과는 거리가 멀다.

습식가스미터는 회전자가 일정 시간 동안 회전한 횟수를 이용해 유량을 산출하는 실측식(직접식) 계량기로, 정확한 계량이 가능한 대신 설치 공간을 많이 차지한다는 단점이 있다.
압력차 등 간접적인 값을 통해 유량을 추정하는 추량식과는 원리가 다르므로, 습식가스미터를 추량식이라고 설명하는 것은 옳지 않다.

오리피스 유량계는 관로에 조리개를 설치해 전후 압력차를 발생시키고, 이 압력차와 유속의 관계를 나타내는 베르누이 법칙을 이용해 유량을 구한다.
부력의 법칙이나 토리첼리의 법칙은 각각 부력, 자유낙하식 유출속도에 관한 것으로 오리피스 유량계의 기본 원리와는 다르다.

차압식 유량계에서 유량은 차압의 제곱근에 비례하므로 $Q_2 = Q_1 \times \sqrt{\dfrac{\Delta P_2}{\Delta P_1}}$로 계산한다.
값을 대입하면 $Q_2 = 22 \times \sqrt{\dfrac{1024}{1936}} \approx 22 \times 0.727 \approx 16\,m^3/h$가 된다.

적외선 가스분석계는 분자가 진동할 때 쌍극자 모멘트가 변하면서 특정 파장의 적외선을 흡수하는 성질을 이용한다. 따라서 진동 자체가 없는 단원자 분자(He, Ne, Ar 등)와, 진동해도 쌍극자 모멘트가 변하지 않는 대칭 2원자 분자(H₂, N₂, O₂ 등)는 적외선을 흡수하지 않아 분석이 어렵다.
반면 CO₂, SO₂처럼 서로 다른 원자로 이루어진 분자는 진동 시 쌍극자 모멘트가 변해 적외선 분석이 가능하다. 실제 시험에서도 가답안(N₂) 발표 후 확정답안에서 Ne과 N₂가 모두 정답(복수정답)으로 처리되었다. 여기서는 적외선을 전혀 흡수하지 못하는 대표적인 단원자 분자인 Ne을 정답으로 등록한다.

보일러의 여러 대 버너에서 부하 변화에 따라 버너 대수를 수시로 조절하는 것은 단계적 제어(on-off control) 특성을 보이는데, 이를 체계적으로 관리하려면 캐스케이드제어가 적합하다. 캐스케이드제어는 주제어기(master)가 연소실 온도나 압력 등 주요 변수를 감시하면서, 종제어기(slave)가 각 버너의 연소 상태를 독립적으로 제어하는 구조로, 부하 변화에 신속하게 대응하면서도 각 버너의 특성 변화를 개별 보정할 수 있다. 다변수제어는 여러 변수 간 상호작용을 동시에 고려하는 복잡한 방식이고, 비율제어는 입력값에 비례한 출력만 제어하므로 부하 급변시 대응이 미흡하며, 병렬제어는 일반적인 제어 용어가 아니다.

고압으로 밀폐된 탱크에서는 직접 눈으로 액면을 확인하기 어렵기 때문에, 액주에 의한 압력 차이를 측정해 액면 높이로 환산하는 차압식 액면계가 주로 사용된다.
직관식이나 플로트식과 같은 직접식 액면계는 고압 밀폐 조건에서는 설치·유지가 어려워 적용이 제한적이다.

열전도형 검출기(TCD)는 가열된 서미스터(또는 필라멘트)에 시료 가스를 접촉시켜, 가스와 캐리어가스의 열전도도 차이에 의한 저항 변화를 검출하는 방식이다.
이때 열전도도 차이가 클수록 검출 감도가 좋아지므로, 열전도도 차가 작을수록 감도가 좋다는 설명은 틀린 내용이다.

불연속 제어인 온·오프(On-Off) 제어는 조작량이 목표값을 기준으로 두 상태(켜짐/꺼짐)만을 가지므로, 제어량이 목표값 주변에서 상하로 진동하는 뱅뱅현상이 나타난다.
비례제어나 비례적분·비례미분제어는 연속적으로 조작량을 조절하므로 이러한 진동 현상이 상대적으로 덜 발생한다.

방사고온계는 물체가 방출하는 복사에너지가 절대온도의 4제곱에 비례한다는 스테판-볼츠만 법칙을 이용해 비접촉으로 고온을 측정하는 장치이다.
제백 효과와 펠티에 효과는 열전대의 기전력 발생 원리에 해당하는 것으로, 방사고온계의 원리와는 다르다.

산화 분위기에는 강하지만 환원 분위기에는 약하고, 열기전력이 작으면서도 고온 측정에 적합한 것은 백금-백금로듐(R형) 열전대의 특징이다.
양극에 백금-로듐, 음극에 순백금을 사용하는 이 조합은 내열성이 우수해 고온 계측에 널리 쓰이며, 철-콘스탄탄이나 크로멜-알루멜 등 다른 조합과는 특성이 다르다.

가스조정기(레귤레이터)는 용기나 배관에서 공급되는 가스의 압력을 조절하여 일정한 공급압력을 유지시켜 주는 장치이다.
불순물 정제나 역화 방지, 공기 혼입량 조절은 조정기의 기능이 아니라 각각 별도의 설비나 장치가 담당하는 역할이다.

이상기체 상태방정식 $PV = nRT$에서 $R = \dfrac{PV}{nT}$로 구할 수 있다.
0℃(273K), 1atm(약 10332㎏f/m²)에서 1kmol이 22.4m³를 차지하므로 $R = \dfrac{10332 \times 22.4}{1 \times 273} \approx 848$㎏f·m/kmol·K이 된다.

가연성가스 검지기의 대표적인 형식에는 안전등형, 간섭계형, 열선형(접촉연소식) 등이 있다.
'서포트형'은 실제 가연성가스 검출기의 형식으로 분류되지 않는 명칭이다.