[가스기사 필기] 15년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

빙햄가소성유체는 어떤 크기의 전단응력(항복응력)을 넘어서기 전까지는 변형되지 않고 고체처럼 거동하다가, 이 항복응력을 초과해야 비로소 흐르기 시작하는 유체이다.
하수 슬러리, 진흙, 치약 등이 대표적인 예이며, 전단응력이 전단속도에 비례하는 뉴턴유체나 겉보기 점도가 전단속도에 따라 변하는 팽창유체·의가소성유체와 구분된다.

전 폴리트로프효율은 폴리트로프효율에 기계손실을 반영해 구한다.
기계손실이 축동력의 3.0%이므로 실제 가스에 전달되는 동력비율은 (1-0.03)=0.97이고, 전 폴리트로프효율은 $\eta=0.94\times0.97\approx0.9118$, 즉 약 91.2%로 계산된다.

수동력은 $L(HP)=\dfrac{\gamma Q H}{76\times60}$로 구한다(Q는 m^3/min 단위, 76kgf·m/s를 1HP로 환산).
γ=1000kgf/m^3, Q=1.6m^3/min, H=50m을 대입하면 $L=\dfrac{1000\times1.6\times50}{76\times60}=\dfrac{80000}{4560}\approx17.5\,HP$로 계산된다.
회전차 외경과 회전수(1500rpm)는 비속도 등 다른 계산에 필요한 값이며, 수동력 자체는 유량·전양정·비중량으로 결정된다.

그림의 속도장은 $u=\dfrac{-2Ky}{x^2+y^2}$, $v=\dfrac{2Kx}{x^2+y^2}$ 이다. 2차원 비압축성 유동의 흐름함수는 $u=\dfrac{\partial \Psi}{\partial y}$, $v=-\dfrac{\partial \Psi}{\partial x}$ 로 정의된다.
$\Psi=-K\ln(x^2+y^2)$ 로 두고 확인하면 $\dfrac{\partial \Psi}{\partial y}=-K\cdot\dfrac{2y}{x^2+y^2}=\dfrac{-2Ky}{x^2+y^2}=u$ 로 주어진 $u$와 정확히 같다.
또 $-\dfrac{\partial \Psi}{\partial x}=-\left(-K\cdot\dfrac{2x}{x^2+y^2}\right)=\dfrac{2Kx}{x^2+y^2}=v$ 로 $v$도 만족한다. 따라서 자연로그 형태 $\Psi=-K\ln(x^2+y^2)$ 가 이 유동장의 흐름함수이다.
참고로 $\sqrt{x^2+y^2}$ 꼴을 미분하면 분모가 $\sqrt{x^2+y^2}$ 로 남아 주어진 속도식의 분모 $x^2+y^2$ 와 맞지 않는다. 이 속도장은 원점을 중심으로 도는 자유와류(포텐셜 와류)에 해당한다.

캐비테이션을 막으려면 펌프 설치높이를 낮춰 흡입양정을 작게 하고, 회전수를 낮춰 흡입비교회전도를 작게 하며, 양흡입 펌프를 쓰거나 두 대 이상의 펌프에 유량을 나누어 펌프 1대당 흡입 부담을 줄이는 방법 등이 쓰인다.
흡입배관은 마찰손실을 줄이기 위해 오히려 관경을 크게 하고 굽힘을 최소화해야 하므로, "관경과 굽힘을 가능한 작게 한다"는 설명은 캐비테이션 방지 원리와 맞지 않는다.

레이놀즈수는 유체에 작용하는 관성력과 점성력의 상대적 크기를 나타내는 무차원수로, $Re=\dfrac{\rho V D}{\mu}$로 정의된다.
프루드수는 관성력과 중력의 비, 웨버수는 관성력과 표면장력의 비를 나타내는 등 각 무차원수는 서로 다른 힘의 비율을 나타낸다.

피토정압관은 유동의 정체압과 정압을 동시에 측정해 그 차이(동압)로부터 유속을 구하는 장치로, 비행기의 대기속도 측정에 널리 사용된다.
벤투리관과 오리피스는 배관 내 유량 측정에, 부르동압력계는 단순 압력 측정에 쓰이는 계기로 속도 측정 목적과는 거리가 있다.

축류펌프는 회전차의 양력을 이용해 유체를 축 방향으로 밀어내는 구조로, 유량이 크고 양정이 낮은(대용량 저양정) 조건에 주로 사용된다.
벌류우트펌프는 안내깃이 없이 볼류트(와류실)만으로 유체를 모으는 펌프이며, 안내깃이 있는 펌프는 터빈(디퓨저)펌프이다.
베인펌프는 회전형 용적식 펌프이지 왕복펌프가 아니며, 원심펌프의 비속도는 축류펌프에 비해 작은 편이다.

1atm=101.3kPa, 760mmHg=1.013bar, 1torr=1mmHg는 모두 성립하는 압력 단위 환산이다.
1.013bar는 곧 1atm과 같은 크기이므로 101.3kPa에 해당하며, 이를 0.98kPa라고 한 환산은 자릿수부터 틀린 값이다.

축류펌프는 날개(임펠러) 단면이 유체 흐름 방향에 받음각을 이루도록 설계되어, 날개 위아래의 압력차로 생기는 양력을 이용해 유체를 축 방향으로 밀어 양정을 만든다.
원심력을 이용하는 원심펌프, 마찰(항력)이나 점성력이 지배적인 원리와는 구분된다.

피토관에서 정체압수두는 정압수두와 속도수두의 합이므로 $H_0=H_s+\dfrac{V^2}{2g}$의 관계가 성립한다.
속도수두는 $\dfrac{V^2}{2g}=\dfrac{4.9^2}{2\times9.8}=1.225\,m=122.5\,cmAq$이므로, 정압은 $H_s=1250-122.5=1127.5\,cmAq$로 계산된다.

그림에서 굵은 관의 지름은 15cm, 축소된 노즐 출구의 지름은 5cm 이고, 흐름은 굵은 관(원형면 1)에서 노즐(원형면 2) 쪽으로 향한다.
비압축성 유체이므로 연속방정식 $A_1V_1=A_2V_2$ 가 성립한다. 단면적은 지름의 제곱에 비례하므로 $V_2=V_1\left(\dfrac{d_1}{d_2}\right)^2$ 이다.
따라서 $V_2=15\times\left(\dfrac{15}{5}\right)^2=15\times 9=135\ \mathrm{m/s}$ 이다.
여기서 비중 0.9는 계산에 필요 없는 조건이다. 연속방정식은 밀도가 일정한 비압축성 유동에서 단면적과 속도만으로 결정되므로 유체의 종류와 무관하다.

레이놀즈수는 $Re=\dfrac{\rho V D}{\mu}$로 구한다.
밀도 1200kg/m^3, 유속 1.16m/s, 내경 0.0526m, 점도 0.01kg/m·s를 대입하면 $Re=\dfrac{1200\times1.16\times0.0526}{0.01}\approx7322$로 계산된다.

완전히 거친 난류(완전난류) 영역에서는 마찰계수가 레이놀즈수에 거의 무관해지므로 마찰손실수두가 속도의 제곱에 비례한다. 즉 $h_L \propto V^2$이다.
속도가 2배가 되면 손실수두는 $2^2=4$배가 되므로, 처음 손실수두 10m는 $10\times4=40\,m$로 증가한다.

프란틀의 혼합길이는 난류유동에서 유체 덩어리가 평균유동 방향에 수직으로 이동하며 운동량을 교환하는 거리를 나타내는 개념으로, 난류전단응력을 나타내는 데 핵심적으로 쓰인다.
벽면에서는 유체 이동이 제한되므로 혼합길이가 0이 되고, 벽에서 멀어질수록 값이 커지므로 위치에 따라 변하는 양이지 항상 일정한 값을 갖는 것은 아니다.

그림에서 $h_1$은 수위가 높은 쪽 수면에서 오리피스까지의 깊이, $h_2$는 수위가 낮은 쪽 수면에서 오리피스까지의 깊이이다. 두 깊이 모두 같은 오리피스 중심선(그림의 일점쇄선)까지 잰 값이다.
양쪽 수면(점 1과 점 2)을 잇는 유선에 베르누이식을 적용하면, 수면의 속도는 무시할 수 있고 압력은 양쪽 모두 대기압이므로 $\rho g h_1 = \rho g h_2 + \dfrac{1}{2}\rho V_2^{2}$ 가 된다.
정리하면 $V_2^{2}=2g(h_1-h_2)$, 즉 $V_2=\sqrt{2g(h_1-h_2)}$ 이다. 밀도 $\rho$는 양변에서 소거되므로 유출속도 식에 남지 않는다.
결국 유출속도는 양쪽 수면의 높이차만으로 결정되는 토리첼리 정리 형태가 된다. 낮은 쪽 수위가 없어 $h_2=0$이면 $V_2=\sqrt{2gh_1}$ 로 되돌아간다.

관내 난류영역에서 패닝마찰계수는 레이놀즈수(유체의 흐름속도와 동점도가 반영됨)와 관 내부의 상대조도에 의해 결정된다.
반면 관의 길이는 압력손실 총량 계산에는 들어가지만 마찰계수 자체의 값을 바꾸는 변수는 아니다.

점성계수(동적 점성계수) μ의 차원은 $ML^{-1}T^{-1}$로 나타난다.
동점성계수 $\nu=\mu/\rho$의 차원은 $L^2T^{-1}$이며 단위는 Stokes이지 Poise가 아니고, 상온에서 공기의 점성계수는 물보다 훨씬 작다.

베르누이 정리 $\dfrac{P}{\gamma}+\dfrac{V^2}{2g}+z=const$에서 $P/\gamma$는 압력수두, $z$는 위치수두이다.
$V^2/(2g)$는 유체의 운동에너지에 대응하는 속도수두를 의미하며, 세 항의 합이 전수두가 된다.

면적이 변하는 도관(축소-확대 노즐)에서 압축성 유동은 아음속과 초음속이 정반대로 거동한다. 아음속에서는 단면적이 줄어야 속도가 증가하지만, 초음속에서는 단면적이 커질수록 속도가 증가하고 압력·온도는 낮아진다.
따라서 목(throat)을 지나 초음속이 된 뒤 확산부에서 단면적이 증가하면 유속은 더 빨라지므로, "초음속인 경우 확산부의 단면적이 증가하면 속도는 감소한다"는 설명은 옳지 않다.

정압과 정적 과정의 가열량 차이는 $Q_p-Q_v=m(c_p-c_v)\Delta T=mR\Delta T$로 나타난다(이상기체에서 $c_p-c_v=R$).
m=10kg, ΔT=240K, 차이=415kJ를 대입하면 $R=\dfrac{415}{10\times240}\approx0.173\,kJ/kg\cdot K$로 계산된다.

공기 중 연소(폭발)범위의 폭은 메탄이 약 5~15vol%로 가장 넓고, 프로판(약 2.1~9.5vol%), n-부탄(약 1.8~8.4vol%), 벤젠(약 1.4~7.1vol%) 순으로 좁아진다.
같은 계열의 탄화수소에서는 탄소수가 적을수록 연소범위의 상한과 하한 사이가 크게 벌어지는 경향이 있다.

프로판과 부탄은 모두 탄화수소이지만, 부탄은 프로판보다 분자량과 탄소수가 많아 단위 부피당 발열량이 더 크다.
따라서 혼합가스에서 부탄의 함유량이 많아질수록 혼합가스 전체의 발열량은 커진다.

과잉공기 백분율은 실제공기량이 이론공기량보다 얼마나 초과하는지를 이론공기량 기준으로 나타낸 값으로, $\left(\dfrac{M-M_0}{M_0}\right)\times100$로 표시한다.
분모를 실제공기량 M으로 하거나 단순 비율(M/M0, M0/M)로 나타내는 식은 과잉공기율의 정의와 다르다.

오토사이클의 열효율은 $\eta=1-\left(\dfrac{1}{\varepsilon}\right)^{k-1}$로 구한다.
압축비 ε=7, 비열비 k=1.4를 대입하면 $\eta=1-\dfrac{1}{7^{0.4}}=1-\dfrac{1}{2.178}\approx0.541$, 즉 약 54.1%로 계산된다.

냉동사이클에서 이상적으로 도달 가능한 최대 성능을 나타내는 사이클은 카르노사이클을 냉동 방향으로 거꾸로 운전하는 역카르노사이클이다.
스털링사이클과 브레이튼사이클은 각각 다른 목적(외연기관, 가스터빈)의 이상 사이클로, 냉동사이클의 기준이 되지 않는다.

혼합가스의 폭발범위는 르샤틀리에 식 $\dfrac{100}{L}=\dfrac{V_1}{L_1}+\dfrac{V_2}{L_2}+\dfrac{V_3}{L_3}$으로 구한다.
에탄 3.0~12.4vol%, 프로판 2.1~9.5vol%, 부탄 1.8~8.4vol%를 적용하면 하한은 $L=100\div\left(\dfrac{5}{3.0}+\dfrac{65}{2.1}+\dfrac{30}{1.8}\right)\approx2.03$이다.
상한은 $L=100\div\left(\dfrac{5}{12.4}+\dfrac{65}{9.5}+\dfrac{30}{8.4}\right)\approx9.25$이므로, 혼합가스의 폭발범위는 약 2.03~9.25vol%가 된다.

확산연소는 연료와 공기를 미리 섞지 않고 서서히 혼합·반응시키는 방식으로, 역화의 위험이 적고 조작이 쉬우며 화염이 안정적으로 유지되는 범위가 넓다는 장점이 있다.
다만 혼합이 확산에 의존해 연소속도가 예혼합연소보다 느리므로, 단위 연소실 부피당 처리 가능한 열량인 연소부하율은 오히려 작은 편이다.

미분탄연소는 석탄을 미세하게 분쇄해 공기와 함께 불어넣어 태우는 방식이다. 표면적이 커져 화격자연소보다 낮은 공기비로도 높은 연소효율을 얻을 수 있고, 뚜렷한 화염면이 생기지 않고 화염이 연소실 전체에 퍼지며, 연소완료시간은 입자의 표면연소속도로 결정된다.
그러나 고체입자가 다 타는 데 시간이 걸려 연소실 용적을 크게 잡아야 한다. "가스화 속도가 빨라 연소실 공간을 유효하게 이용할 수 있다"는 것은 기체연료 연소의 특징이므로, 미분탄연소의 설명으로는 틀리다.

카르노사이클은 등온팽창 → 단열팽창 → 등온압축 → 단열압축의 네 과정으로 구성되며, P-V선도에서는 최고온도·최고압력 상태에서 시작해 고온열원으로부터 열을 받는 등온팽창이 가장 먼저 일어난다.
따라서 선도의 처음 상태에서 다음 상태로 넘어가는 첫 구간이 등온팽창 과정이고, 이어지는 구간들이 순서대로 단열팽창, 등온압축, 단열압축 과정에 해당한다.

안전간격(화염일주한계)이 넓다는 것은 폭발등급이 낮은(1등급) 가스라는 의미이며, 반대로 안전간격이 좁을수록 좁은 틈새로도 화염이 전파되기 쉬워 위험성이 큰 가스이다.
폭발등급은 안전간격 0.6㎜ 초과를 1등급, 0.4㎜ 초과 0.6㎜ 이하를 2등급, 0.4㎜ 이하를 3등급으로 구분한다. 프로판은 파라핀계 탄화수소로 안전간격이 약 0.9㎜에 이르는 1등급 가스여서 네 물질 중 가장 넓다.
반면 수소, 수성가스, 이황화탄소는 안전간격이 0.4㎜ 이하로 매우 좁은 3등급 가스로 분류된다.

존스(Johnes)는 여러 탄화수소 증기의 연소한계가 양론농도(Cst)에 비례한다는 경험식을 제시하였다.
이 경험식은 $LFL = 0.55\,C_{st}$, $UFL = 3.50\,C_{st}$로 정리되며, 여기서 Cst는 연료와 공기의 완전연소 혼합기체 중 연료의 부피 %이다.
따라서 연소하한계(LFL)를 나타내는 관계식은 $LFL = 0.55\,C_{st}$가 된다.

착화(발화)온도는 압력이 높을수록, 발열량이 클수록, 산소농도가 높을수록 반응이 촉진되어 낮아지는 경향을 보인다.
반면 분자구조가 간단한 물질은 결합이 안정적이고 반응성이 상대적으로 낮아 착화온도가 오히려 높아지는 경향이 있다. 일반적으로 분자구조가 복잡하고 불포화도가 클수록 착화온도는 낮아진다.
따라서 분자구조가 간단한 경우는 착화온도가 낮아지는 요인으로 볼 수 없다.

공기비(과잉공기계수, m)는 실제로 연소에 사용된 공기량과 이론적으로 완전연소에 필요한 공기량의 비로 정의된다.
즉 연료 1㎏(또는 1Nm³)을 완전연소시키는 데 필요한 이론공기량에 대해 실제로 혼합·공급된 공기량의 비율로 나타내며, $m = \dfrac{\text{실제공기량}}{\text{이론공기량}}$로 표현된다.
불완전연소를 기준으로 하거나 비를 거꾸로 정의한 설명은 공기비의 정의와 맞지 않는다.

일반적으로 압력이 높아지거나 온도가 상온보다 높아지면 폭발범위는 넓어지는 경향이 있으며, 예외적으로 일산화탄소는 공기와 혼합 시 고압이 되면 오히려 폭발범위가 좁아지는 특이한 물질이다.
그러나 폭굉범위는 폭발(연소)범위 안에 포함되는 더 좁은 구간이므로, 혼합가스의 폭발범위가 폭굉범위보다 좁다는 설명은 실제와 반대이다.
따라서 이 설명이 폭발범위에 관한 틀린 진술에 해당한다.

에틸렌의 완전연소 반응식은 $C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$이므로, 에틸렌 1m³ 연소에 필요한 이론산소량은 3m³이다.
공기 중 산소 비율이 21vol%이므로 이론공기량은 $\dfrac{3}{0.21} \approx 14.3$m³로 계산된다.

연료가 갖춰야 할 조건은 단위 질량당 발열량이 클 것, 구하기 쉽고 경제적일 것(희소하지 않을 것), 저장·운반이 용이하며 효율이 높을 것, 연소 시 유해물질 배출이 적을 것 등이다.
희소성이 있거나 저장·운반 효율이 낮고 유해 배출물이 많은 것은 오히려 연료로서 바람직하지 않은 특성이다.

프로판의 완전연소 반응식은 $C_3H_8(g) + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O(g)$이며, 생성물과 반응물의 형성엔탈피 차로 기체 프로판 기준의 저발열량을 구하면 $2{,}149{,}155 - 103{,}909 = 2{,}045{,}246$ kJ/kmol이 된다.
프로판의 분자량을 약 44.1㎏/kmol로 두면 질량당 발열량은 $\dfrac{2045246}{44.1} \approx 46{,}377.5$ kJ/㎏이다.
문제의 프로판은 액체 상태이므로 증발엔탈피 360kJ/㎏만큼 열량이 줄어드는 것을 반영하면 $46{,}377.5 - 360 \approx 46{,}017$ kJ/㎏이 된다.

열효율은 전입열량 중 실제 유효하게 사용된 열량의 비율로 정의되며, $\eta = \dfrac{\text{유효열량}}{\text{전입열량}} \times 100$으로 계산한다.
주어진 값을 대입하면 $\eta = \dfrac{7000}{12000} \times 100 \approx 58.3\%$가 된다.

가스호환성을 만족하려면 대체가스로 바꾸었을 때도 초기 점화가 안정적으로 이루어지고, 황염이나 그을음이 발생하지 않으며, 비화·역화 같은 이상연소가 일어나지 않아야 한다.
연소특성을 좌우하는 웨버지수는 표준가스 대비 ±4.5% 이내로 유지되어야 호환성이 인정된다.
따라서 웨버지수 편차를 ±15%까지 허용한다는 조건은 실제 기준보다 지나치게 느슨하여 호환성을 만족하기 위한 조건으로 볼 수 없다.

용기 충전구에 쓰는 패킹재료는 충전되는 가스의 성질에 따라 달라진다. 수소는 분자가 가장 작아 침투성이 크고 고압으로 취급되므로, 석면이나 고무처럼 다공질이거나 가스에 의해 쉽게 열화되는 재질로는 기밀을 유지하기 어렵다.
따라서 수소가스 용기 충전구의 패킹재료로는 화이버(fiber)가 가장 적당하며, 산소는 가죽, 액화석유가스는 합성고무를 사용하는 것이 일반적이다.

펌프 운전 전 펌프 내부와 흡입관에 공기가 남아 있으면 액이 충만되지 않아 공회전(空回轉)이 일어나고 정상적인 송출이 이루어지지 않는다.
이를 방지하기 위해 운전 전에 펌프 내부를 액으로 가득 채우는 조작을 프라이밍(priming)이라 한다.
서징은 유량·압력의 주기적 맥동 현상, 베이퍼록은 액체 일부가 기화해 흐름이 막히는 현상, 캐비테이션은 압력 저하로 기포가 발생·붕괴하는 현상으로 각각 프라이밍과는 다른 개념이다.

용기 내용적 중 아세톤이 차지하는 부피는 내용적의 40%이므로 $50\,L \times 0.4 = 20\,L$이다.
아세톤의 비중이 0.79이므로 질량은 $20\,L \times 0.79\,\text{kg/L} = 15.8$㎏으로 계산된다.

터보(원심)압축기는 임펠러의 원심력으로 기체에 속도에너지를 준 뒤 이를 압력으로 바꾸는 원심형 압축기로, 맥동이 없어 연속적으로 송출되지만 저유량 영역에서 서징이 발생하기 쉬워 용량조정이 어렵다.
다만 압축 효율은 왕복동식과 같은 용적형에 비해 낮은 편이므로, 효율이 높다는 설명은 터보압축기의 특징과 맞지 않는다.

LP가스 1단 감압식 저압조정기는 용기 내 압력 변화 폭을 그대로 받아들여 한 번에 저압까지 낮추는 방식으로, 입구압력 범위가 넓게 설정되어 있다.
해당 조정기의 입구압력은 0.07~1.56MPa이며, 조정압력(출구압력)은 2.3~3.3kPa 범위이다.

겨울철 LPG 용기 표면에 서릿발이 생겨 가스 토출이 원활하지 않을 때는 급격한 온도 상승이나 충격을 피하면서 서서히 온도를 올려주어야 한다.
따라서 40℃ 이하의 열습포로 용기를 감싸 서서히 녹이는 것이 안전한 조치이며, 용기를 흔들거나 연탄불·고온의 물로 직접 가열하는 것은 파열·화재 위험이 있어 금지된다.

동일한 호칭지름(외경 동일)의 강관에서는 스케줄 번호가 클수록 관의 두께가 두꺼워지며, XS(extra strong)·XXS(double extra strong)는 별도 등급 표기로 더 두꺼운 쪽에 해당한다.
두께 순서는 대체로 XXS > XS > Sch40 > Sch20 순이므로, 주어진 보기 중에서는 XXS가 가장 두꺼운 강관이다.

일정 용적의 실린더에 기체를 흡입한 뒤 흡입구를 닫고, 피스톤이나 로터 등으로 체적을 줄여 압축한 다음 토출구로 배출하는 방식은 용적형 압축기의 원리이다.
이는 유체의 속도에너지를 압력으로 바꾸어 승압하는 터보형·원심식·축류식과는 압축 원리 자체가 다르다.

접촉분해(개질) 공정에서 카본(탄소)은 주로 $2CO \rightarrow CO_2 + C$와 같은 반응으로 석출되는데, 이 반응은 반응온도가 낮고 반응압력이 높을수록 잘 일어난다.
따라서 카본 생성을 방지하려면 반응온도는 높게, 반응압력은 낮게 유지해야 하며, 수증기비를 높게 하는 것도 카본 석출을 억제하는 데 유효하다.

액화석유가스 사용시설의 가스계량기(30m³/h 미만)는 환기가 양호한 장소, 바닥으로부터 160㎝ 이상 200㎝ 이내 위치에 설치하고, 전기계량기·전기개폐기와는 60㎝ 이상, 전기점멸기·전기접속기와는 30㎝ 이상 이격해야 한다.
전기접속기와 50㎝ 이격은 30㎝ 기준을 충족하므로 적합하지만, 전기계량기와 50㎝ 이격은 60㎝ 이상이라는 기준에 미달하므로 옳지 않은 설치가 된다.

전구의 봉입가스로 쓰이고, 금속의 정련·열처리 시 공기와의 접촉을 막는 보호(실드)가스로 널리 사용되는 대표적인 불활성기체는 아르곤이다.
아르곤을 방전관에 넣어 방전시키면 특유의 적색 발광을 나타낸다.

고온·고압의 수소 분위기에서 탄소강은 수소가 강 중으로 침투해 탈탄·균열을 일으키는 수소취성이 발생할 수 있다.
이를 억제하기 위해 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐과 같이 탄화물을 안정적으로 형성하는 합금원소를 첨가한 내수소강을 사용한다.
반면 크립톤은 불활성기체로서 강에 첨가되는 합금원소가 아니므로 수소취성 방지용 첨가 원소로 적당하지 않다.

공기를 저온으로 액화한 뒤 서서히 온도를 올리면 성분마다 끓는점이 달라 순차적으로 기화되는데, 이를 이용해 산소와 질소를 분리한다.
질소의 비등점(약 −196℃)이 산소의 비등점(약 −183℃)보다 낮아 먼저 기화되어 분리되므로, 공기 액화분리는 비등점(끓는점) 차이에 의한 분리 원리를 이용한다.

용기밸브는 나사 형태에 따라 A형(숫나사), B형(암나사), C형(나사 없음)으로 구분되며, 가연성가스는 타 가스와의 오사용을 막기 위해 원칙적으로 왼나사를 충전구에 적용한다(암모니아·브롬화메탄은 예외로 오른나사).
따라서 B형 밸브에 가연성가스가 충전되는 경우 충전구의 형태는 암나사-왼나사가 된다.

공기액화분리장치에서는 공기 취입구로 빨려 들어온 아세틸렌·탄화수소가 저온에서 농축·축적되어 액체산소 중에서 폭발을 일으킬 수 있다. 따라서 가장 근본적인 폭발 방지 대책은 공기 취입구로부터 아세틸렌 및 탄화수소가 혼입되지 않도록 관리하는 것이다.
산소압축기 윤활유로 식물성 기름 같은 유지류를 쓰면 산소와 반응해 발화 위험이 커지므로 물이나 묽은 글리세린수를 사용해야 하고, 내부 세정에는 아세톤이 아닌 사염화탄소를 사용하며, 액체산소 중 오존 혼입 역시 위험 요인이므로 이들 설명은 폭발 방지 대책이 될 수 없다.

고압가스용 기화장치는 액화가스를 가열·기화시키는 기화통, 가열 매체의 온도를 관리하는 열매온도 제어장치, 미기화된 액이 그대로 유출되지 않도록 하는 액유출 방지장치 등으로 구성된다.
긴급차단장치는 저장탱크나 배관 계통에 설치되어 이상 시 가스 흐름을 차단하는 안전장치로, 기화장치 자체의 구성요소로는 보지 않는다.

도시가스 배관의 공급 불량은 배관 파손, 정압기의 고장·능력 부족, 배관 내 물고임이나 녹으로 인한 폐쇄처럼 가스 흐름 자체를 막는 요인에서 비롯된다.
Terminal Box는 배관의 전위를 측정해 전기방식(부식 방지) 상태를 점검하기 위한 시설로, 가스 공급 자체와는 직접적인 관련이 없어 공급 불량의 원인으로 보기 어렵다.

물이 얻은 유효열량은 $Q = m \cdot c \cdot \Delta T = 1\,\text{kg} \times 1\,\text{kcal/kg}\cdot{}^\circ\mathrm{C} \times (65-15)\,{}^\circ\mathrm{C} = 50$kcal이다.
가스로부터 공급된 전입열량은 $0.008\,\text{m}^3 \times 13000\,\text{kcal/m}^3 = 104$kcal이다.
따라서 열효율은 $\dfrac{50}{104}\times100 \approx 48\%$로 계산된다.

등온압축일은 $W = P_1 \, Q \, \ln\!\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)$로 구할 수 있다.
주어진 값을 대입하면 $W = 105 \times 3 \times \ln\!\left(\dfrac{480}{105}\right) \approx 105 \times 3 \times 1.52 \approx 478.7$ kJ/min이다.
이를 kW 단위로 환산하면 $\dfrac{478.7}{60} \approx 8$kW로 계산된다.

지하 매설배관 등 가스설비의 부식을 막는 전기방식법에는 희생양극법, 외부전원법, 배류법(선택배류법·강제배류법)이 있다.
'압착전원법'은 실제 전기방식 방법으로 쓰이지 않는 용어이므로, 가스설비의 전기방식 방법에 해당하지 않는다.

재료의 허용응력은 재료가 파손·항복 등에 이르는 기준강도를 안전율로 나눈 값으로 정의된다.
즉 $\sigma_a = \dfrac{\sigma_e}{S}$의 관계가 성립하며, 이는 재료를 실제 사용할 때 기준강도보다 충분히 낮은 응력 범위 안에서 설계하기 위한 안전 여유를 나타낸다.

가정용 가스보일러에서 발생하는 질식(불완전연소로 인한 일산화탄소 중독 등) 사고는 제품 자체의 결함이나 시설 미비보다, 급배기설비를 임의로 막거나 환기를 소홀히 하는 등 사용자의 취급 부주의로 인한 경우가 가장 높은 비중을 차지한다.

저장탱크에 화재 등 이상 상황이 발생했을 때 작업자가 안전하게 물분무장치를 조작하려면, 열복사나 폭발 위험으로부터 충분히 떨어진 위치에서 조작이 가능해야 한다.
이에 따라 물분무장치는 저장탱크 외면으로부터 15m 이상 떨어진 안전한 위치에서 조작할 수 있도록 설치하여야 한다.

고압가스용기 보관장소에서는 충전용기와 잔가스용기를 구분해 두고, 계량기 등 작업에 필요한 물건 외에는 두지 않으며, 주위 2m 이내에는 화기나 인화성·발화성 물질을 두지 않아야 한다.
그러나 가연성가스를 보관하는 장소에서는 정전기나 스파크에 의한 점화를 막기 위해 반드시 방폭형 손전등을 사용해야 하므로, 비방폭형 손전등을 사용한다는 것은 준수사항에 어긋난다.

아세틸렌은 압축 상태에서 자체적으로 분해폭발을 일으킬 위험이 있어, 일정 압력 이상으로 압축할 때는 질소·메탄·일산화탄소·에틸렌 등의 희석제를 첨가해 위험성을 낮춘다.
이러한 희석제 첨가가 요구되는 기준 압력은 2.5MPa 이상으로 압축하는 경우이다.

통상적인 사용 상태에서 발생하는 용기 파열사고는 대개 취급 부주의나 용기 자체의 결함에서 비롯된다. 과충전, 난폭한 취급, 용기에 생긴 균열이나 녹은 모두 실제 사고로 이어지는 직접적 요인이다.
수소취성은 장기간 고압 수소 분위기에 노출된 금속 조직 내부에서 서서히 진행되는 재료 열화 현상으로, 통상적인 사용 조건에서 갑작스러운 파열사고를 일으키는 직접 원인으로 보기는 어렵다. 따라서 파열사고 원인으로 가장 거리가 멀다.

고압가스 충전용기를 차량으로 운반할 때는 온도 상승에 따른 내압 증가를 막기 위해 항상 40℃ 이하로 유지해야 한다.
염소와 아세틸렌은 서로 반응 위험성이 있어 동일 차량에 함께 적재할 수 없고, 방독면·고무장갑 등의 보호구는 독성가스 운반 시 요구되는 것이며 가연성가스나 산소 운반 차량에는 소화설비 등을 휴대해야 한다. 밸브가 돌출된 용기는 충격에 의한 밸브 손상을 막기 위해 반드시 캡을 씌워야 한다.

프로판 등 액화석유가스는 용접용기에 충전하는 것이 일반적이다. 용접용기는 강판을 성형해 용접으로 접합해 만들며, 이음매 없는 용기보다 제작비가 저렴해 LPG처럼 비교적 낮은 압력으로 충전되는 가스에 널리 쓰인다.
이음매 없는 용기는 산소·수소·질소처럼 고압으로 충전되는 압축가스에 주로 사용되며, 리벳용기나 주철용기는 고압가스 충전용으로 쓰이지 않는다.

공기액화분리장치는 액화산소 중에 아세틸렌이나 탄화수소가 축적되면 폭발 위험이 커지므로, 액화산소 5ℓ 중 아세틸렌의 질량이 5mg을 넘거나 탄화수소 중 탄소의 질량이 500mg을 넘을 때 장치의 운전을 정지하고 액화산소를 방출하도록 정하고 있다.
방출 기준을 50mg 이상으로 서술한 것은 실제 기준보다 훨씬 완화된 수치이므로 옳지 않다. 산소압축기 내부 윤활유로 석유류·글리세린을 쓰지 않는 것, 산소 품질검사 시 순도 99.5% 이상 확보, 배관과 압축기 사이 수취기 설치는 모두 실제 산소제조시설 기준에 해당한다.

보일러 파일럿 또는 메인 버너의 불꽃과 접촉하는 부위에 설치해 불이 꺼졌을 때 가스 누출을 막는 안전장치로는 바이메탈식, 열전대식, 플레임로드식이 있으며, 이들은 모두 화염의 유무를 직접 감지해 소화 시 가스 공급을 차단한다.
퓨즈메탈식은 일정 온도 이상에서 금속이 녹아 작동하는 안전기구로, 화염 검지 방식이 아니라 과열이나 화재 시 별도로 가스를 차단하는 장치이므로 여기서 말하는 방식에 해당하지 않는다.

수소취성은 고온·고압의 수소 분위기에서 금속 조직 내로 수소가 침투해 취약해지는 현상으로, 강 중에 안정한 탄화물을 형성하는 원소를 첨가하면 수소의 침투와 탈탄을 억제해 취성을 방지할 수 있다. 텅스텐(W), 바나듐(V), 크롬(Cr)은 몰리브덴(Mo)·티타늄(Ti) 등과 함께 대표적인 수소취성 방지 원소로 알려져 있다.
규소(Si)는 강도나 내산화성을 높이는 데 쓰이는 원소이지만 탄화물을 형성하지 않아 수소취성 방지 원소로 분류되지는 않는다.

독성가스 중에서도 다량의 가연성가스를 함께 차량에 적재해 운반하는 경우에는 화재 위험에 대비해 소화설비를 갖추어야 하며, 이때 요구되는 소화기 규격은 BC용으로 능력단위 B-10 이상인 것이다.
능력단위가 낮은 B-3급은 이 기준에 미치지 못하며, ABC용을 쓰는 경우에는 B-10보다 높은 능력단위가 요구되므로 보기의 ABC용 규격들도 기준을 충족하지 못한다.

수소는 분자량이 작아 가스 중 비중이 가장 작고, 분자 운동속도가 빨라 기체 중 확산속도가 가장 빠르다. 무색·무미·무취이며 상온에서는 반응성이 낮아 열에 대해 비교적 안정하다.
따라서 확산속도가 가장 느리다는 설명은 실제와 반대이므로 틀린 설명이다.

고압가스용 이음매 없는 용기의 재검사 기준에서 용기 등급은 표면 결함의 깊이에 따라 분류되며, 3급은 깊이가 0.3mm 미만의 흠에 해당한다. 이는 안전기준에서 정한 용기 상태 분류 중 중간 수준의 결함으로, 1급(0.1mm 미만)보다 허용 범위가 크고 4급(1mm 미만)보다는 엄격한 기준이다.

냉동제조시설의 냉매설비는 진동·충격·부식으로 냉매가스가 새지 않도록 조치해야 하며, 배관에는 주름관(벨로우즈)을 이용한 방진 조치를, 돌출된 부분에는 방호 조치를, 부식 우려가 있는 부분에는 부식 방지 조치를 하도록 정하고 있다.
차단밸브 설치는 유지보수나 부분 격리를 위한 조치로, 진동·충격·부식으로 인한 누출 자체를 막기 위한 조치는 아니므로 여기서 요구하는 누출방지 조치에 해당하지 않는다.

가연성가스 제조설비의 검지경보장치는 원칙적으로 방폭성능 구조를 갖춰야 하지만, 암모니아와 브롬화메탄은 가연성이면서도 폭발범위가 좁고 최소점화에너지가 커서 착화 위험이 상대적으로 낮아 방폭구조를 요구하지 않는 예외 가스로 분류된다.
아세틸렌, 염화에탄, 아크릴알데히드는 모두 폭발 위험성이 높은 가연성가스로 검지경보장치에 방폭성능구조가 요구된다.

운반책임자를 동승시켜야 하는 충전용기 운반 차량은 원칙적으로 지정된 경로를 따라야 하며, 부득이하게 우회할 때 그 정도가 지나친 경우를 현저하게 우회하는 도로라 한다.
이때의 기준은 이동거리가 2배 이상이 되는 경우이다. 즉 정해진 경로로 갈 때보다 실제 이동거리가 두 배를 넘으면 현저하게 우회하는 도로로 보아 통행을 제한한다.

동일 사업소 안에 있는 저장탱크 상호간에는 $\dfrac{D_1+D_2}{4}$로 계산되는 거리(계산값이 1m 미만이면 1m) 이상을 유지해야 한다. 여기서 $D_1, D_2$는 두 저장탱크의 최대지름이다.
이 문제에서는 $\dfrac{4+2}{4}=1.5$(m)로 계산되며, 1m보다 크므로 최소 이격거리는 1.5m가 된다.

제시된 다섯 항목 중 착화원이 되는 것은 정전기, 사용 촉매의 접촉작용, 밸브의 급격한 조작 세 가지이다.
정전기는 배관·탱크에서 유체가 마찰·분출할 때 축적되어 방전 불꽃을 일으키므로 대표적인 점화원이며, 촉매의 접촉작용은 반응열로 국부 과열을 일으켜 발화원이 된다. 밸브를 급격히 조작하면 고압가스가 순간적으로 단열압축되어 온도가 급상승하고, 동시에 정전기도 발생해 착화로 이어진다.
반면 베릴륨 합금제 공구는 타격해도 불꽃이 튀지 않는 방폭공구(비발화성 공구)로 가연성 가스 취급장소에 쓰라고 권장되는 도구이므로 착화원이 아니다.
안전증방폭구조의 전기기기 역시 정상 운전 중 불꽃·아크·과열이 생기지 않도록 안전도를 높인 구조여서, 가연성 가스 제조소에서 사용이 허용되는 설비이지 착화원이 될 수 없다.

특수고압가스는 반도체 제조 등에 사용되는 특정 압축·액화가스를 법으로 별도 지정한 것으로, 압축모노실란, 액화알진, 게르만 외에도 압축디보레인, 포스핀, 셀렌화수소, 디실란 등이 포함된다.
포스겐은 독성이 매우 강한 가스이지만 법에서 정한 특수고압가스 목록에는 포함되지 않는다.

가스크로마토그래피의 충전담체는 시료 성분과 반응하지 않아야 하므로 화학적으로 비활성인 물질이 적합하며, 표면적이 크고 미세한 분말일수록 분리효율이 좋고 입자크기가 균등할수록 분리작용이 우수하다. 충전 전에는 비휘발성 액체(정지상)로 표면을 피복해 사용한다.
따라서 화학적으로 활성을 띠는 물질이 좋다는 설명은 실제와 반대이므로 틀린 설명이다.

열전대 온도계는 두 금속선의 열기전력을 이용하는 원리상 원격 지시·기록이 가능해 원격측정용으로 적합하고, 냉접점(기준접점) 보상을 위해 보상도선을 사용하며 냉접점을 필요로 한다.
열전대 온도계는 오히려 고온 측정에 강점이 있어 접촉식 온도계 중 가장 높은 온도까지 측정할 수 있으므로, 접촉식 온도계 중 가장 낮은 온도에 사용된다는 설명은 옳지 않다.

아스만 습도계는 태엽으로 팬을 돌려 강제 통풍시키는 건습구 습도계로, 통풍속도를 약 3m/s로 일정하게 유지해 복사나 통풍 부족에 따른 오차를 줄인 것이 특징이며 휴대가 간편하다.
모발습도계는 모발의 신축을 이용하고, 간이건습구 습도계는 자연통풍식이며, Dewcel식 노점계는 전기적으로 노점을 측정하는 방식으로 통풍형 건습구와는 원리가 다르다.

스테판-볼츠만 법칙에 따르면 흑체가 방사하는 전방사에너지 $Q$는 절대온도 $T$의 4제곱에 비례한다.
즉 $Q = \sigma T^4$의 관계이며, 이 원리를 이용해 접촉하지 않고도 방사온도계로 온도를 측정할 수 있다.

적외선분광분석은 분자가 진동·회전하며 쌍극자모멘트의 변화가 있어야 적외선을 흡수하므로, 대칭 구조의 H2, O2, N2, Cl2와 같은 2원자 동종 분자는 쌍극자모멘트 변화가 없어 적외선을 흡수하지 않아 분석이 불가능하다. 미량 성분 분석 시에는 셀 내에서 빛을 여러 번 반사시켜 유효 경로길이를 늘린 다중반사 셀을 사용한다.
흡광계수는 셀의 압력 조건에 따라 달라질 수 있으므로 셀압력과 무관하다는 설명은 옳지 않다.

액체산소, 액체질소와 같은 초저온 액화가스를 저장하는 탱크는 내부가 매우 낮은 온도로 유지되어 직접 접촉식 액면계를 쓰기 어렵기 때문에, 탱크 상하부의 압력차를 이용해 액면을 측정하는 차압식(햄프슨식) 액면계가 주로 사용된다.
마그네틱 액면계나 슬립튜브식, 벨로우즈식 액면계는 상온 또는 일반 저장탱크에 더 적합한 방식이다.

자동제어계에서 입력신호가 변했을 때 출력신호의 변화가 즉시 따라오지 못하고 시간적으로 늦게 나타나는 현상을 지연(遲延, lag)이라 한다. 검출부의 응답 지연, 전달 경로의 시간 지연 등이 원인이 되며, 지연이 크면 제어 응답이 늦어지고 헌팅의 원인이 되기도 한다.
정오차는 정상상태에서 남는 편차, 히스테리시스 오차는 입력을 올릴 때와 내릴 때 지시값이 달라지는 오차, 동오차는 측정량이 변동하는 동안 나타나는 오차로, 출력이 입력을 늦게 따라오는 시간적 늦음 자체를 가리키는 용어와는 다르다.

공정(프로세스) 제어에서 대표적으로 다루는 제어량은 압력, 온도, 유량, 액면의 네 가지이다. 이들은 공정 운전 상태를 직접 나타내는 대표적인 물리량으로 대부분의 산업 공정에서 실시간으로 감시·제어된다.
밀도는 공정 상태를 판단할 때 참고되는 물성치이기는 하지만, 일반적으로 프로세스의 대표 제어량으로 분류되지는 않는다.

FID(수소염이온화검출기)는 탄화수소가 불꽃 속에서 이온화될 때 발생하는 이온전류를 검출하는 방식으로, 탄화수소류에 대한 감도가 매우 높아 미량의 탄화수소를 검지하는 데 가장 적합하다.
TCD는 열전도도 차이를 이용하는 범용 검출기이고, ECD는 할로겐 화합물처럼 전자포착 성질이 있는 물질에, NOD 계열은 질소산화물 검출에 주로 쓰여 미량 탄화수소 검지에는 FID만큼 적합하지 않다.

액면계(액체충전 압력계) 선정 시 고려해야 할 주요 사항은 안전성, 측정범위와 정도, 변동 상태이다. 안전성은 과압 보호 장치 필요 여부, 측정범위와 정도는 피측정압력에 맞는 눈금과 정밀도, 변동 상태는 정상압 또는 맥동압 등 압력의 변화 특성을 의미한다. 반면 동특성(시간상수, 응답속도)은 압력계의 내적 특성으로서 선정 단계에서 주로 고려하지 않는 항목이며, 이미 제조된 계기의 고유 특성이다.

가스미터는 계량 원리에 따라 실측식(막식, 습식, 회전자식 등)과 추량식(오리피스식, 터빈식 등)으로 분류된다.
스크류식은 일반적으로 압축기 등에 쓰이는 방식이지 표준적인 가스미터 분류에 속하는 형식이 아니다.

열전 온도계(열전대 온도계)는 서로 다른 두 금속을 접합했을 때 접점 간의 온도차에 비례해 열기전력이 발생하는 제벡(Seebeck) 효과를 이용해 온도를 측정한다.
열복사를 이용하는 것은 방사온도계, 열팽창량 차이를 이용하는 것은 바이메탈 온도계, 열전도율 차이를 이용하는 것은 열선식 온도계의 원리다.

제어량의 성질에 따라 분류할 때, 레이더의 방향이나 선박·항공기의 방향처럼 물체의 위치·방위·자세를 제어량으로 하여 임의로 변하는 목표값을 빠르게 추종하는 제어는 서보기구에 해당한다.
자동조정은 전압·주파수·회전속도처럼 전기적·기계적 양을 제어량으로 하는 제어이고, 정치제어와 추치제어는 목표값이 일정한지 변화하는지에 따른 분류여서 제어량의 성질에 따른 분류인 서보기구와는 구분 기준 자체가 다르다.

가스 누출 검지에는 성분에 따라 서로 다른 시험지를 사용한다. KI 전분지는 염소 등 산화성 가스에, 염화파라듐지는 일산화탄소 검지에, 리트머스지는 산성·염기성 가스 검지에 사용된다.
파라핀지는 가스 누출 검지용 시험지로 사용되지 않는다.

기차(器差)는 $\dfrac{\text{피시험미터 지시량} - \text{기준기 지시량}}{\text{피시험미터 지시량}} \times 100$(%)으로 계산한다.
피시험미터 지시량 1m³를 리터로 바꾸면 1000L이고 기준기 지시량은 750L이므로, $\dfrac{1000-750}{1000}\times 100 = 25\%$가 된다.

기체 유량계의 교정에는 실제 부피를 정확히 알 수 있는 기준 체적관(표준 체적관)을 이용해 일정 체적의 기체를 흘려보내며 유량계 지시값과 비교하는 방법이 가장 적합하다.
저울이나 기준탱크를 이용하는 방법은 질량이나 부피를 직접 계량하기 쉬운 액체 유량계 교정에 주로 쓰이고, 기준 유량계를 이용하는 방법은 정밀도 면에서 체적관 방식만 못하다.

자동제어계에서 조절부는 검출부의 신호와 목표값을 비교해 조작량을 결정하는 부분으로, 이곳에서 비례적분미분(PID) 제어 동작이 이루어진다.
전자유량계는 유량을 감지하는 검출부, 열전대 온도계는 온도를 감지하는 검출부, 공기압식 자동밸브는 조작량을 실제로 구현하는 조작부에 해당하므로 나머지 연결은 옳지 않다.

수은 마노미터로 측정한 차압은 $\Delta P = h (\gamma_{Hg}-\gamma_{w})$로 구한다. 수은주 높이차 $h=600\text{mm}=0.6\text{m}$, 수은 비중 13.6이므로 $\gamma_{Hg}=13600\text{kgf/m}^3$, 물의 비중량은 $\gamma_w=1000\text{kgf/m}^3$이다.
$\Delta P = 0.6 \times (13600-1000) = 7560\text{kgf/m}^2 \approx 0.756\text{kgf/cm}^2$로, 약 0.76kgf/cm²가 된다.

루츠식 가스미터는 회전자(로터)가 고속으로 회전하며 계량하는 방식으로 소형이면서도 대유량을 계량할 수 있어, 보일러나 공기조화 설비처럼 가스 사용량이 많은 대량 수요처에 적합하다.
격막식(막식)은 일반 가정용 소용량 계량에 쓰이고, 오리피스식과 터빈식은 차압이나 유속을 이용하는 추량식 방식으로 루츠식만큼 대유량·고속 계량에 특화되어 있지는 않다.

열전도도검출기(TCD)는 캐리어가스와 분석 성분 간 열전도도 차이를 이용하는 범용 검출기로, 열전도도가 매우 큰 수소와 헬륨을 분석 대상으로 할 때 캐리어가스와의 열전도도 차가 크게 나타나 검출한계가 가장 낮게, 즉 가장 민감하게 검출된다.
불꽃이온화검출기(FID)는 탄화수소에 대해 감도가 매우 높고, 전자포착검출기(ECD)는 직선성 범위가 좁은 편이며, 불꽃광도검출기(FPD)는 황·인 화합물처럼 특정 성분에만 선택적으로 반응하므로 나머지 설명은 옳지 않다.