[가스기사 필기] 15년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

이상기체 상태방정식을 밀도 형태로 바꾸면 $\rho = \dfrac{PM}{RT}$이다. N2의 분자량은 $M=28\text{ g/mol}=0.028\text{ kg/mol}$이다.
절대온도 $T=37+273=310\text{ K}$, 압력 $P=200\text{ kPa}=200000\text{ Pa}$를 대입하면 $\rho = \dfrac{200000 \times 0.028}{8.314 \times 310} \approx 2.17\text{ kg/m}^3$가 된다.

정상상태(steady state) 유동에서는 임의의 점에서 밀도 등 물리량이 시간에 따라 변하지 않으므로 시간에 대한 편미분항 $\dfrac{\partial \rho}{\partial t}$이 0이 된다.
따라서 일반 연속방정식에서 이 항을 제거한 $\dfrac{\partial(\rho u)}{\partial x}+\dfrac{\partial(\rho v)}{\partial y}+\dfrac{\partial(\rho w)}{\partial z}=0$이 정상상태 유동에 적용되는 연속방정식이 되며, 이는 밀도가 위치에 따라 변하는 압축성 유동에도 성립하는 형태이다.

수직충격파(normal shock wave)는 초음속 흐름이 극히 짧은 구간에서 불연속적으로 아음속으로 전환되는 현상이다.
이 과정에서 유동은 급격히 감속되면서 운동에너지가 열과 압력에너지로 전환되어 압력, 밀도, 온도가 모두 증가하고 엔트로피도 증가한다. 속도는 반대로 감소한다.

원관 내 층류 유동의 속도분포는 하겐-포아즈이유(Hagen-Poiseuille) 법칙에 따라 $u(r) = u_{max}\left(1-\left(\dfrac{r}{R}\right)^2\right)$로 나타난다.
안지름이 20cm이므로 반지름 $R=10\text{ cm}$이고, 관벽에서 7cm 떨어진 지점은 중심에서 $r=10-7=3\text{ cm}$인 지점이다. 관 중심 유속 $u_{max}=48\text{ cm/s}$를 대입하면 $u = 48\left(1-\left(\dfrac{3}{10}\right)^2\right)=48\times0.91=43.68\text{ cm/s}$가 된다.

배관 내 유체가 흐르는 중에 밸브를 급격히 닫으면 유체의 운동에너지가 순간적으로 압력에너지로 전환되면서 급격한 압력 상승과 하강이 반복되는 워터해머(수격) 현상이 발생한다.
공동현상은 압력이 포화증기압 이하로 낮아져 기포가 생기는 현상, 서어징은 유량·압력이 주기적으로 진동하는 현상으로 밸브의 급폐쇄로 인한 충격파와는 다른 현상이다.

밀폐된(부피 일정) 용기에서 이상기체의 온도가 변하면 압력은 절대온도에 비례해서 변한다. 정적과정이므로 $\dfrac{P_1}{T_1} = \dfrac{P_2}{T_2}$가 성립한다.
초기 온도 $T_1 = 5+273=278\text{K}$, 최종 온도 $T_2=110+273=383\text{K}$이므로 $P_2 = 2.94 \times \dfrac{383}{278} \approx 4.05\text{kPa}$가 된다.
압력 상승분은 $\Delta P = P_2-P_1 = 4.05-2.94 \approx 1.11\text{kPa}$로 계산된다.

개방탱크에서 수면 아래 깊이 h인 지점의 절대압력은 대기압에 액주에 의한 압력을 더한 값이다: $P = P_{atm} + \gamma h$
밀도 1g/㎤인 액체의 비중량은 물과 같은 1000kgf/㎥이며, h=1m이므로 액주압은 $1000 \times 1 = 1000\text{kgf/m}^2 = 0.1\text{kgf/cm}^2$이다.
따라서 절대압력은 $1.033+0.1=1.133\text{kgf/cm}^2$로 계산된다.

속도포텐셜과 흐름함수 사이에는 코시-리만 관계식이 성립한다: $u=\dfrac{\partial \phi}{\partial x} = \dfrac{\partial \psi}{\partial y}$, $v = \dfrac{\partial \phi}{\partial y} = -\dfrac{\partial \psi}{\partial x}$.
$\phi = Ux$이므로 $u=U$, $v=0$이다. $\dfrac{\partial \psi}{\partial y}=U$를 y에 대해 적분하면 $\psi = Uy + f(x)$가 되고, $-\dfrac{\partial \psi}{\partial x}=0$ 조건에서 $f(x)$는 상수가 된다.
따라서 흐름함수는 $\psi = Uy$ 형태로 나타난다.

전수두는 위치수두, 속도수두, 압력수두의 합이다: $H=z+\dfrac{v^2}{2g}+\dfrac{p}{\gamma}$
위치수두 $z=10\text{m}$, 속도수두는 $\dfrac{5^2}{2\times9.81}\approx1.27\text{m}$이다.
압력수두는 $p=0.6\text{kgf/cm}^2=6000\text{kgf/m}^2$을 물의 비중량 $1000\text{kgf/m}^3$으로 나눈 $6\text{m}$이다. 세 항을 더하면 $10+1.27+6\approx17.28\text{m}$가 된다.

실제 유체에서는 마찰에 의한 에너지 손실과 펌프 등 외부 일이 개입하므로, 베르누이 방정식은 손실수두 $H_f$와 펌프일 $W_p$, 펌프효율 $\eta$ 등을 보정항으로 추가해 확장한다.
압력차 자체는 방정식 안의 압력수두 항($p/\gamma$)에 이미 포함되어 있는 물리량이지, 실제유체 효과를 보정하기 위해 별도로 도입하는 항은 아니다.

기체수송 기계는 발생 가능한 압력차 크기로 구분한다. 팬은 낮은 압력차를 내는 기기이고, 송풍기는 그보다 큰 중간 압력차를, 압축기는 가장 높은 압력차를 낼 수 있는 기기이다.
따라서 압력차 크기 순서는 팬이 가장 작고, 송풍기가 중간, 압축기가 가장 크다.

뉴턴의 점성법칙은 유체의 전단응력이 속도구배에 비례한다는 법칙으로, $\tau=\mu\dfrac{du}{dy}$로 표현된다.
여기서 $\mu$는 점성계수, $du/dy$는 벽면에 수직한 방향에 대한 속도구배를 나타낸다.

레이놀즈수는 $Re=\dfrac{Vd}{\nu}$로 구한다.
유속 $V=3\text{m/s}=300\text{cm/s}$, 내경 $d=5\text{cm}$, 동점성계수 $\nu=2\text{stokes}=2\text{cm}^2/\text{s}$를 대입하면 $Re=\dfrac{300\times5}{2}=750$이 된다.

펌프는 작동원리에 따라 원심펌프, 왕복펌프, 회전펌프로 크게 나뉜다.
왕복펌프는 피스톤이나 플런저의 왕복운동으로 유체를 이송하는 방식으로, 피스톤펌프와 플런저펌프가 이에 해당한다.
반면 벌류트펌프와 터빈펌프는 원심펌프, 베인펌프는 회전펌프, 제트펌프는 특수펌프에 속하므로 이들을 다른 종류로 묶은 분류는 옳지 않다.

비점성 유체는 점성이 없다고 가정하는 이상화된 유체로, 유동 시 전단응력이나 마찰저항이 발생하지 않는다.
실제유체는 점성을 가지며 유동 중 마찰저항과 전단응력이 존재하므로 비점성 유체와는 반대되는 개념이다.

U자관 마노미터에서 양쪽 단의 같은 높이에서 압력차는 $\Delta P = R(\gamma_{Hg}-\gamma_{w})$로 구한다.
비중량은 $\gamma_{Hg}=13.6\times1000\times9.81\approx133,416\text{N/m}^3$, $\gamma_w=1000\times9.81=9810\text{N/m}^3$이다.
$R=32.7\text{cm}=0.327\text{m}$를 대입하면 $\Delta P=0.327\times(133416-9810)\approx40,400\text{N/m}^2$로 계산된다.

연속방정식에 의해 유량은 일정하므로 $A_1V_1=A_2V_2$이고, 원형관의 단면적은 지름의 제곱에 비례한다.
지름이 2㎝에서 1㎝로 절반이 되면 단면적은 $(1/2)^2=1/4$로 줄어들므로, 같은 유량을 유지하려면 유속은 4배로 증가해야 한다.

난류 유동에서 관 마찰계수 $f$는 레이놀즈수와 상대조도(관 내벽의 거칠기와 관경의 비) 모두에 의해 결정된다.
층류에서는 마찰계수가 레이놀즈수만의 함수($f=64/Re$)이지만, 난류에서는 조도의 영향이 추가로 작용한다.

레이놀즈수 정의식 $Re=\dfrac{Vd}{\nu}$를 동점성계수에 대해 정리하면 $\nu=\dfrac{Vd}{Re}$이다.
임계유속 $V=0.25\text{m/s}=25\text{cm/s}$, 관경 $d=0.1\text{m}=10\text{cm}$, 임계레이놀즈수 $Re=2100$을 대입하면 $\nu=\dfrac{25\times10}{2100}\approx0.119\text{cm}^2/\text{s}$가 된다.

위치수두를 무시하면 전수두는 압력수두와 속도수두의 합이다: $H=\dfrac{p}{\gamma}+\dfrac{v^2}{2g}$
유속은 $V=\dfrac{Q}{A}=\dfrac{2}{0.5}=4\text{m/s}$이고, 압력수두는 $p=2\text{kgf/cm}^2=20000\text{kgf/m}^2$을 비중량 $1000\text{kgf/m}^3$으로 나눈 $20\text{m}$이다.
속도수두는 $\dfrac{4^2}{2\times9.81}\approx0.82\text{m}$이므로 전수두는 $20+0.82\approx20.8\text{m}$가 된다.

가연성가스의 폭발등급은 최대안전틈새(MESG, 화염이 전파되지 못하고 소멸되는 최대 틈새)의 크기로 구분한다.
최대안전틈새가 가장 좁은 그룹일수록 작은 틈새로도 화염이 전파될 수 있어 위험도가 가장 높으며, 수소나 아세틸렌처럼 최소점화에너지가 낮고 화염전파력이 강한 가스가 이 그룹에 속한다.
제시된 등급 중 최대안전틈새 범위가 가장 좁은 것은 C 그룹이다.

최소산소농도(MOC)는 연소하한계(LFL)에 완전연소 반응식의 산소 몰수를 곱해 추산한다: $MOC=LFL\times\dfrac{\text{mol O}_2}{\text{mol 연료}}$
벤젠의 완전연소 반응식은 $\text{C}_6\text{H}_6+7.5\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2+3\text{H}_2\text{O}$로, 연료 1몰당 산소 7.5몰이 필요하다.
따라서 $MOC=1.3\times7.5=9.75\text{vol\%}$로 계산된다.

층류연소속도는 혼합기체의 조성, 연료의 종류, 초기 온도와 압력 등 물리·화학적 특성에 의해 결정되는 값이다.
이는 물성치이므로 연소가 일어나는 표면적이나 장치 크기 같은 기하학적 조건과는 관계가 없다.

산소의 임계압력은 약 5.0MPa 부근으로, 25MPa은 실제 값과 크게 차이가 나는 값이다.
산소는 산화력이 매우 크고 고압에서 유기물과 접촉 시 발화·폭발 위험이 있으며, 공기액화분리장치 내에 아세틸렌이나 탄화수소가 축적되면 방출시켜야 하는 것은 옳은 설명이다.

계가 가진 총에너지는 내부에너지, 위치에너지, 운동에너지의 합으로 나타낼 수 있다.
따라서 내부에너지는 총에너지에서 위치에너지와 운동에너지를 뺀 나머지 에너지로 정의된다.

디젤 사이클은 정압가열 사이클로, 단열압축 → 정압가열(연소) → 단열팽창 → 정적방열의 순서로 작동한다.
오토 사이클과 달리 열 공급 과정이 압력 일정 상태에서 이루어지고, 방열 과정은 부피 일정 상태에서 이루어지는 것이 특징이다.

확산연소는 연료와 공기가 미리 섞이지 않고 연소 중에 서로 확산되며 반응하는 방식이다.
이 방식은 화염의 안정범위가 넓고 조작이 쉬우며, 예혼합연소와 달리 역화(back fire)의 위험이 없고 연소실 부하도 비교적 적다는 특징이 있다.

미립화 방법 중에는 원판이나 컵 등 회전체를 고속으로 회전시켜 그 외주에서 발생하는 원심력으로 액체연료를 미세한 입자로 분산시키는 방식이 있다.
이러한 방식을 회전체(로터리 컵) 분무기라 하며, 충돌식·초음파식·정전식 분무기는 각각 충돌, 초음파 진동, 정전기력 등 다른 원리로 미립화를 일으킨다.

일반적으로 압력이 높아질수록 폭발범위는 넓어지는 경향이 있으며, 고온에서도 폭발범위는 상온보다 넓어진다.
그러나 가연성 혼합가스에 불연성가스(질소, 이산화탄소 등)를 첨가하면 산소 농도가 희석되어 폭발범위는 오히려 좁아진다.
따라서 프로판과 공기의 혼합가스에 불연성가스를 첨가했을 때 폭발범위가 넓어진다는 설명은 옳지 않다.

연소온도를 높이려면 연료나 공기를 예열하거나, 발열량이 높은 연료를 쓰거나, 연소용 공기의 산소농도를 높이는 등 열 공급을 늘리거나 열 손실을 줄이는 방법을 쓴다.
연소속도를 늦추는 것은 오히려 단위 시간당 발열량을 줄이고 열손실 시간을 늘려 연소온도를 낮추는 방향으로 작용하므로, 연소온도를 높이는 방법으로 볼 수 없다.

액체연료의 연소 형태로는 심지를 통해 타는 등심연소, 액면에서 증발한 증기가 타는 증발연소, 분무를 통해 표면적을 넓혀 태우는 분무연소 등이 있다.
확산연소는 기체연료가 공기와 확산하며 섞여 타는 방식으로, 액체연료 고유의 연소형태로 분류되지 않는다.

같은 기체이므로 이상기체 상태방정식 $PV=\dfrac{m}{M}RT$에서 몰질량 $M$이 소거되도록 두 상태를 비교하면 $\dfrac{P_1V_1}{m_1T_1}=\dfrac{P_2V_2}{m_2T_2}$가 성립한다.
정리하면 $T_2=T_1\times\dfrac{P_2V_2}{P_1V_1}\times\dfrac{m_1}{m_2}$이다.
$T_1=298\text{K}$, $P_1=750\text{mmHg}\approx99.99\text{kPa}$, $V_1=0.3\text{L}$, $P_2=101.325\text{kPa}$, $V_2=1\text{L}$, $m_1=0.3\text{g}$, $m_2=10\text{g}$를 대입하면 $T_2\approx298\times3.378\times0.03\approx30.2\text{K}$가 된다.
절대온도 30.2K를 섭씨로 바꾸면 $30.2-273\approx-243{}^\circ\mathrm{C}$가 된다.

실내화재에서 천정류의 온도가 상승해 그 복사열로 인해 실내의 가연물이 동시에 열분해되며 가연성 증기를 발생시키고, 그 결과 실 전체가 순간적으로 화염에 휩싸이는 현상을 전실화재(Flash Over)라 한다.
발화는 최초 점화가 일어나는 단계이고, 역화(Back Draft)는 산소 부족 상태의 밀폐 공간에 산소가 유입되며 폭발적으로 연소가 일어나는 현상으로 전실화재와는 구별된다.

피스톤이 받는 하중에 의한 압력은 하중을 피스톤 단면적으로 나눈 값이다: $p=\dfrac{F}{A}$
실린더 지름이 10㎝이므로 단면적은 $A=\dfrac{\pi}{4}(0.1)^2\approx7.854\times10^{-3}\text{m}^2$이고, 하중에 의한 압력은 $\dfrac{686}{7.854\times10^{-3}}\approx87.3\text{kPa}$이다.
가스의 절대압력은 여기에 대기압을 더한 값이므로 $101.325+87.3\approx189\text{kPa}$가 된다.

중유 100㎏ 중 C, H2, S를 각각 몰수로 환산하면 $\dfrac{86}{12}\approx7.17\text{kmol}$, $\dfrac{12}{2}=6\text{kmol}$, $\dfrac{2}{32}\approx0.0625\text{kmol}$이다.
완전연소 시 C는 같은 몰수의 $\text{CO}_2$, H2는 같은 몰수의 $\text{H}_2\text{O}$, S는 같은 몰수의 $\text{SO}_2$를 생성하므로 생성 가스는 총 $7.17+6+0.0625\approx13.23\text{kmol}$이다.
표준상태(0℃)에서 이 가스의 부피는 $13.23\times22.4\approx296\text{m}^3$이며, 같은 압력에서 590K로 온도가 오르면 부피는 절대온도에 비례해 늘어나 $296\times\dfrac{590}{273}\approx640\text{m}^3$가 된다.

고발열량(총발열량)은 연료가 연소할 때 생성되는 수증기가 응축되면서 방출하는 잠열까지 포함한 열량으로, $H_h=H_L+H_S=H_L+600(9H+W)$ 관계식으로 나타낼 수 있다.
고발열량은 총발열량이라고도 부르지만, 수증기의 응축잠열을 제외한 저발열량(진발열량)과는 구분되는 개념이며 '잔발열량'이라는 명칭으로 부르지는 않는다.

폭굉속도는 반응물의 확산속도와 반응속도에 크게 좌우되는데, 수소는 분자량이 작아 확산속도와 반응속도가 매우 빠르다.
이 때문에 수소와 산소의 혼합가스는 메탄이나 프로판 같은 탄화수소류와 산소의 혼합가스보다 훨씬 빠른 폭굉속도를 나타낸다.

액체 프로판의 완전연소 반응은 $\text{C}_3\text{H}_8(g)+5\text{O}_2 \rightarrow 3\text{CO}_2+4\text{H}_2\text{O}$이다. 고발열량은 생성된 수증기가 액체 상태로 응축되었을 때의 반응엔탈피이므로 액체 H2O의 생성엔탈피를 사용한다.
기체 프로판 기준 반응엔탈피는 $[3\times(-393757)+4\times(-286010)]-(-103909)\approx-2,221,400\text{kJ/kmol}$이며, 프로판 분자량 44로 나누면 약 $50,500\text{kJ/kg}$이다.
액체 프로판은 연소 전 증발 과정에서 $370\text{kJ/kg}$의 열을 흡수하므로, 실제 고발열량은 $50,500-370\approx50,100\text{kJ/kg}\approx50\text{MJ/kg}$로 계산된다.

메탄의 완전연소 반응식은 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O이다. 먼저 메탄 1 Nm³ 완전연소에 필요한 이론공기량을 구하면, O₂ 필요량 2 Nm³에 대해 공기 중 O₂ 비율이 21%이므로 이론공기량 = 2 ÷ 0.21 ≈ 9.52 Nm³이다. 10% 과잉공기량을 적용하면 실제공기량 = 9.52 × 1.10 ≈ 10.47 Nm³이고, 이 중 사용되지 않은 O₂ = 10.47 × 0.21 - 2 = 2.20 - 2 = 0.20 Nm³, N₂ = 10.47 × 0.79 ≈ 8.27 Nm³이다. 
습연소 가스량은 생성물과 과잉공기의 합이다: CO₂ 1 Nm³ + H₂O 2 Nm³(수증기) + 과잉 O₂ 0.20 Nm³ + N₂ 8.27 Nm³ = 11.47 Nm³ ≈ 11.6 Nm³이다.

카르노 기관의 효율은 $\eta=1-\dfrac{Q_L}{Q_H}$로 구한다.
흡수한 열 $Q_H=4186\text{kJ}$, 배출한 열 $Q_L=2512\text{kJ}$를 대입하면 $\eta=1-\dfrac{2512}{4186}\approx0.40$, 즉 약 40%가 된다.

펌프의 실양정은 흡입 측 액면에서 송출 측 액면까지의 수직 높이차로, 흡입실양정과 송출실양정을 더한 값으로 구한다.
즉 $h = h_1 + h_2$ 형태로 표시되며, 이는 펌프가 흡입 측 액면에서 물을 끌어올려 송출 측 액면까지 밀어 올리는 전체 높이를 나타낸다.
두 실양정을 빼거나 평균을 취하는 식은 실양정의 정의와 맞지 않는 계산법이다.

LPG 조정기 중 조정압력이 3.3kPa 이하인 저압조정기(2단감압식 2차용, 자동절체식 일체형 저압조정기 등)에 부착하는 안전장치의 작동표준압력은 7kPa로 정해져 있다.
이 값은 작동개시압력과 작동정지압력의 범위를 정하는 기준이 되며, 조정압력이 이보다 높은 조정기에는 별도의 작동압력 기준이 적용된다.

액화천연가스는 주성분이 메탄(CH4)이므로 탄소와 수소의 질량비(C/H)는 탄소 원자량 12과 수소(원자량 1)가 4개인 질량 4로 계산하여 $12/4 = 3$이 된다.
LNG는 매우 낮은 온도에서 액화되어 수송되므로 사용 전에 다시 가스 상태로 되돌리는 기화설비가 필요할 뿐, 조성이 이미 메탄 위주로 정제되어 있어 별도의 가스제조·정제설비나 개질설비는 필요하지 않다.
이 점이 원유 유분을 분해·개질해야 하는 나프타 등 다른 도시가스 원료와의 차이점이다.

초저온용기의 단열재는 용기 내부의 낮은 온도를 오래 유지해야 하므로 열전도율이 작을 것이 요구된다. 열전도율이 크면 외부 열이 쉽게 침투해 단열 성능이 떨어지므로, 열전도율이 클 것은 구비조건과 거리가 멀다.
이 외에 단열재는 불연성 또는 난연성이어야 하고, 열손실 억제를 위해 밀도가 작을 것도 함께 요구된다.

가스액화분리장치는 크게 냉각(한냉발생)장치, 정류장치, 불순물 제거장치의 세 가지 요소로 구분한다.
단열은 저온을 유지하기 위한 부수적인 시공 요소일 뿐, 액화분리장치의 독립된 구성요소로 분류되지는 않는다.

자동절체식 조정기는 사용 중인 용기의 잔액이 거의 없어질 때까지 소비할 수 있고, 예비 용기로 자동 전환되므로 수동절체식보다 전체 용기 수가 적게 들며 용기 교환 주기도 길게 가져갈 수 있다.
압력손실과 관련된 장점은 분리형을 사용하면 단단(1단) 감압식보다 배관의 압력손실을 크게 해도 된다는 것이다. 일체형을 쓰면 다단 감압식보다 압력손실을 크게 해도 된다는 설명은 조건이 뒤바뀐 것이므로 자동절체식의 장점으로 볼 수 없다.

독성가스 제조설비는 식별표시·위험표시를 하고, 배관은 용접이음을 원칙으로 하며, 가스 종류에 따라 이중관 구조로 하여 누출 시 확산을 막도록 한다.
유지(oil)를 제거하는 여과기는 산소 압축설비 등에서 요구되는 항목으로, 독성가스 제조설비의 기준으로 보기는 어렵다.

나프타는 비점 200℃ 이하의 유분으로, 파라핀계 탄화수소 함량이 높을수록 분해가 잘 되어 도시가스 제조(증열)용으로 적합하다.
그러나 옥탄가는 라이트 나프타가 헤비 나프타보다 높다. 따라서 헤비 나프타의 옥탄가가 높다는 설명은 실제와 반대된다.

왕복압축기의 이론 토출량은 $Q = \dfrac{\pi}{4} D^2 L N$로 구하고, 여기에 체적효율을 곱해 실제 압출량을 구한다. $D=0.1\,m$, $L=0.15\,m$, $N=1200\,rpm$, 체적효율 $\eta_v = 0.75$이다.
1회전당 배출부피는 $\dfrac{\pi}{4}\times0.1^2\times0.15 \approx 0.0011781\,m^3$이고, 분당 회전수를 곱하면 $0.0011781\times1200 \approx 1.4137\,m^3/min$의 이론 압출량이 나온다.
여기에 체적효율 0.75를 곱하면 $1.4137\times0.75 \approx 1.06\,m^3/min$으로 계산된다.

액화석유가스 집단공급소의 저장탱크에 가스를 충전할 때에는 저장탱크 내용적의 90%를 넘지 않도록 규정하고 있다.
이는 액화가스가 온도 상승에 따라 팽창할 때를 대비해 탱크 내부에 기상부(여유 공간)를 남겨두기 위한 안전 기준이다.

압력조정기는 용기나 저장설비에서 나오는 가스의 압력을 낮추고 변동을 흡수하여, 연소기까지 일정한 공급압력을 유지시키는 것을 주된 목적으로 한다.
유량이나 유속, 발열량은 조정기가 직접 제어하는 대상이 아니라 압력이 일정하게 유지된 결과로 안정되는 요소이다.

LPG는 고무류를 팽윤·용해시키는 성질이 있어 천연고무나 일반 고무는 패킹재료로 부적합하고, 목재나 납처럼 내구성·밀폐성이 떨어지는 재료도 적절하지 않다.
이에 비해 실리콘 고무는 LPG에 대한 내가스성이 우수하고 탄성도 유지되어 이음부 패킹재료로 적합하다.

아세틸렌(C₂H₂)의 특성을 각 보기별로 검토하면, 1번이 정답이다. 아세틸렌은 반응성이 크고 분해할 때 흡열반응을 하는데, 보기에서는 "발열반응"이라고 잘못 서술했다. 아세틸렌의 삼중결합은 불안정하여 분해 시 열을 흡수하고 폭발을 일으킬 수 있다. 2번은 옳으며, 탄화칼슘(CaC₂)에 물을 가하면 Ca(OH)₂와 아세틸렌이 발생한다. 3번도 옳으며, 아세틸렌은 액체 상태보다 고체 상태에서 더 안정하고, 액체 아세틸렌은 극히 불안정하여 실무에서는 거의 사용되지 않는다. 4번도 옳으며, 아세틸렌은 폭발범위가 2.5~100%로 매우 넓은 가연성 기체이다.

압축가스를 충전하는 용기의 내압시험압력은 최고충전압력의 $5/3$배로 정한다.
최고충전압력이 15MPa이므로 $15 \times \dfrac{5}{3} = 25\,MPa$로 계산되어, 산소용기의 내압시험압력은 25MPa이 된다.

고압가스 안전관리 관련 기준에서 압력용기는 내용물이 액화가스인 경우 35℃에서의 압력 또는 설계압력이 0.2MPa 이상인 용기를 말한다.
참고로 내용물이 압축가스인 경우에는 이 기준압력이 1MPa 이상으로 더 높게 설정되어 있어, 액화가스와 압축가스의 기준값이 서로 다르다.

가스와 공기의 열전도도 차이를 이용해 가스를 검지하는 방식은 서머스태트식이다. 가열된 백금선 등 감열체 주위로 열전도도가 다른 가스가 들어오면 방열량이 달라져 감열체의 온도와 저항이 변하는데, 이 변화를 측정해 가스 농도를 판별한다.
적외선식은 가스의 적외선 흡수 특성을, 수소염이온화식은 불꽃 중 이온 생성을, 반도체식은 가스 흡착에 따른 반도체 표면 저항 변화를 이용하므로 열전도도 차이를 이용하는 방식과는 원리가 다르다.

터보형(원심식) 압축기는 회전차가 회전할 때 기체 흐름이 축방향에서 반지름(반경)방향으로 꺾여 흐르면서 원심력에 의해 압력·속도 에너지를 얻는 방식이다.
깃의 양력으로 축방향 흐름에 에너지를 주는 방식은 축류식에 해당하고, 회전체 틈의 변화로 에너지를 주는 방식은 용적형(회전식)에 해당하므로 터보형의 설명과는 구분된다.

배관 내 압력손실은 유속(유량)의 제곱, 배관 길이, 마찰계수(내면 거칠기)에 비례하고 관경(구경)이 커질수록 작아지는 형태로 결정된다.
따라서 유체의 양(유량)을 늘리면 오히려 압력손실이 커지므로 압력손실을 줄이는 방법으로 볼 수 없다. 반대로 관 내면을 매끄럽게 하거나 구경을 크게 하거나 유속을 느리게 하는 것은 압력손실을 줄이는 방법이 된다.

천연가스 배관망이 없는 지역에서는 모 충전소(Mother station)에서 압축한 CNG를 튜브 트레일러 등 이동 차량에 실어 운반한 뒤, 공급지(Daughter station)의 저장설비에 옮겨 충전하는 방식을 사용하는데 이를 Mother/Daughter Fill이라 한다.
Fast/Quick Fill과 Slow/Time Fill은 차량 연료탱크의 충전 속도에 따른 구분이고, Combination Fill은 두 방식을 함께 사용하는 것으로, 배관 미공급 지역으로의 가스 운반·공급 방식과는 다른 개념이다.

이음매 없는 용기는 하나의 강재를 만네스만법, 에르하르트식 등으로 성형하므로 용접부가 없어 고압에 잘 견디지만, 제조공정이 까다로워 일반적으로 용접용기보다 고가이다.
반대로 용접용기는 강판을 성형·용접하여 만들므로 제조가 비교적 간단하고 값이 싸며, 압연된 판재를 쓰기 때문에 두께공차도 작은 편이다. 따라서 용접용기가 용접 때문에 고가라는 설명은 실제와 반대된 내용이다.

차량에 고정된 탱크의 내용적 기준에서 산소나 그 밖의 가연성가스(LPG 제외) 탱크는 18,000L, 독성가스(암모니아 제외) 탱크는 12,000L를 초과하지 않도록 정하고 있다.
다만 이 18,000L 상한 규정은 LPG 탱크에는 적용되지 않도록 별도로 제외되어 있으므로, LPG 탱크의 내용적이 1만 8천L를 초과할 수 없다는 설명은 실제 기준과 맞지 않는다.

2종 장소는 밀폐 설비가 파손되거나 오조작이 있을 때에만 누출 위험이 있는 곳, 환기장치 고장 시에만 위험 분위기가 생기는 곳, 1종 장소 주변에서 위험 농도의 가스가 이따금 침입할 우려가 있는 곳을 말한다.
이에 비해 상용 상태에서 가연성가스가 체류할 우려가 있는 장소는 정상적인 운전 중에도 위험 분위기가 형성되는 곳으로 1종 장소에 해당하므로, 2종 장소의 정의로 보기 어렵다.

용기보관장소는 주위 2m 이내에 화기나 인화성·발화성 물질을 두지 않아야 하고, 가연성가스 보관실은 불연재료를 사용하며 산소 용기보관실과는 구분하여 설치해야 한다.
그러나 수소와 같은 가연성가스 용기보관실은 누출된 가스가 체류하지 않도록 항상 통풍이 잘 되게 유지해야 하므로, 겨울철이라고 상부 통풍구를 막는 것은 허용되지 않는다.

포스겐은 맹독성이지만 스스로 타지 않는 불연성가스이므로, 화재 진압을 위한 소화설비는 포스겐 운반 시 반드시 갖춰야 할 보호구·자재로 보기 어렵다.
대신 흡입 위험에 대비한 방독마스크와 보호장갑, 누출 시 이를 중화·처리하기 위한 제독제 및 공구는 독성가스 운반 시 공통으로 갖추어야 하는 필수 항목이다.

아세틸렌을 용기에 충전할 때에는 충전 중의 압력을 2.5MPa 이하로 하고, 충전 후에는 15℃에서 압력이 1.5MPa 이하가 될 때까지 정치하도록 규정하고 있다.
이는 아세틸렌이 압력이 높아질수록 분해폭발 위험이 커지는 불안정한 가스이기 때문에 충전 공정 중의 압력 상한을 별도로 엄격하게 관리하는 것이다.

액화석유가스는 누출 시 사람이 냄새로 알아챌 수 있도록 공기 중 혼합비율이 0.1v%(1/1000) 상태에서도 감지할 수 있는 냄새나는 물질(부취제)을 첨가하여 충전하도록 정하고 있다.
반면 자동차에 고정된 탱크는 저장탱크 외면으로부터 3m 이상 떨어져 정지해야 하고, 충전용 주관의 압력계는 매년이 아니라 매월 1회 이상 표준이 되는 압력계와 비교 검사해야 하므로 다른 보기는 실제 기준과 차이가 있다.

액화가스를 수송하는 차량 탱크는 운행 중 급제동이나 요동으로 내부 액체가 출렁여 압력이 급변하거나 배관에 무리를 줄 수 있는데, 이를 막기 위해 탱크 내부에 방파판을 설치하여 액면의 요동을 억제한다.

고압가스설비 안전밸브의 작동압력은 내압시험압력의 8/10 이하로 정하며, 내압시험압력은 상용압력의 1.5배이다.
상용압력이 40.0MPa이므로 내압시험압력은 $40.0 \times 1.5 = 60\,MPa$이고, 작동압력은 $60 \times \dfrac{8}{10} = 48\,MPa$이 된다.
결과적으로 상용압력의 1.2배인 48MPa이 안전밸브의 작동압력이다.

LPG 용기보관실 등 가스시설의 환기구는 바닥면적 $1\,m^2$당 $300\,cm^2$ 이상의 통풍 가능 면적을 확보하도록 정하고 있다.
바닥면적이 $40\,m^2$이므로 $40 \times 300 = 12000\,cm^2$로 계산되어, 최소 통풍가능면적은 12000cm²가 된다.

시안화수소는 중합·분해에 의한 폭발 위험이 있어 충전 후 60일을 초과하여 저장하지 않는 것이 원칙이나, 순도 98% 이상으로서 착색되지 않은 것은 이 60일 기준을 초과해 보관할 수 있도록 예외를 두고 있다.
따라서 착색된 것이 60일을 경과할 수 있다는 설명은 착색 여부 조건이 실제와 반대로 서술된 것이다.
이 외에 시안화수소는 안정제로 아황산·황산 등을 사용하고, 맹독성이므로 흡수장치·재해방지장치를 갖추며, 1일 1회 이상 질산구리벤젠지로 누출 여부를 검지해야 한다.

이상기체 상태방정식 $PV = nRT$를 이용한다. $P = 150\,atm$, $V = 30\,L$, $T = 27+273 = 300\,K$, 기체상수 $R \approx 0.082\,L\cdot atm/(mol\cdot K)$이다.
몰수는 $n = \dfrac{PV}{RT} = \dfrac{150\times30}{0.082\times300} \approx 182.9\,mol$이다.
산소의 분자량 32g/mol을 곱하면 질량은 $182.9 \times 32 \approx 5854\,g \approx 5.9\,kg$으로 계산된다.

정전기를 억제하려면 접지를 하거나, 정전기가 발생해도 빠르게 흘러나가도록 도전성이 좋은 물질을 사용해 중화시키며, 습도를 높여 대전물의 전하가 잘 누설되게 하는 방법을 쓴다.
그러나 두 물질을 접촉시켰다가 떼어낼 때 발생하는 전하량은 접촉 전위차가 클수록 커져 정전기가 더 많이 발생하므로, 접촉 전위차가 큰 재료를 선택하는 것은 오히려 정전기 발생을 조장하는 방법이다.

냉동능력 20톤 이상의 냉동설비에는 압축기의 토출·흡입 압력을 표시하는 압력계, 강제윤활방식인 경우 윤활압력을 표시하는 압력계, 발생기의 냉매가스 압력을 표시하는 압력계 등을 설치하도록 하고 있다.
다만 강제윤활방식이라도 윤활유 압력에 대한 보호장치가 이미 설치되어 있는 경우에는 별도의 압력계 설치를 생략할 수 있다는 예외가 있으므로, 이 경우에도 반드시 압력계를 설치해야 한다는 설명은 실제 기준과 다르다.

충전용기를 차량으로 운반할 때에는 충격 방지를 위해 와이어로프 등으로 결속하고, 염소와 아세틸렌처럼 혼재 시 위험한 조합의 용기는 동일 차량에 적재하지 않으며, 독성가스 중 가연성가스와 조연성가스도 함께 적재·운반하지 않는다.
또한 운반 중 충전용기는 항상 40℃ 이하를 유지해야 하므로, 이를 56℃ 이하로 유지한다는 설명은 실제 기준과 맞지 않는다.

아세틸렌, 산화에틸렌, 수소는 산소 중에서 폭연을 넘어 폭굉(데토네이션)으로 전이되기 쉬운 대표적인 가스로 알려져 있다.
폭발은 화학적 원인뿐 아니라 압력용기 파열과 같은 물리적 원인으로도 일어날 수 있고, 발화 역시 외부 발화원 없이 자연발화로도 일어날 수 있어 이 부분들은 옳지 않은 설명이다.
또한 최소발화에너지가 큰 혼합가스일수록 오히려 안전간격이 크고 위험도가 낮은 경향이 있으므로, 최소발화에너지가 크면 안전간격이 작다는 설명도 실제와 반대된다.

소형저장탱크 주위의 밸브류는 오조작으로 인한 사고를 막기 위해 수동조작을 원칙으로 하며, 자동조작을 원칙으로 삼지 않는다. 따라서 밸브류 조작을 원칙적으로 자동조작으로 한다는 설명은 안전유지기준과 맞지 않는다.
저장탱크는 부등침하 여부를 확인하기 위해 1년에 1회 이상 침하 상태를 측정하고, 세이프티커플링의 주밸브는 액봉(液封) 방지를 위해 항상 열어 두며, 가스누출검지기와 휴대용 손전등은 방폭형을 사용하도록 하는 것이 실제 유지기준이다.

LPG용 용접용기 스커트 부분의 통기공은 용기 내용적 구간별로 최소 면적이 정해져 있으며, 내용적이 클수록 요구되는 통기 면적도 커진다. 내용적 50L 이상 125L 미만 구간에서는 1000㎜² 이상의 통기 면적을 확보하도록 하고 있다.
이는 스커트 내부에 물이 고이거나 부식성 가스가 정체되는 것을 막기 위한 기준으로, 용기 내용적이 작아질수록 요구되는 최소 통기 면적도 함께 작아진다.

빈 용기라도 밸브를 열어 두면 외부 공기가 용기 내부로 유입되어 수분에 의한 내면 부식이 생기고, 남아 있는 잔류가스와 유입된 공기가 섞여 폭발성 혼합가스가 형성될 수 있으며, 재충전 시에는 그만큼 충전량이 줄어드는 문제도 생길 수 있다.
반면 안전밸브는 용기 내부 압력이 설정치를 넘을 때 작동하는 장치로, 주밸브를 열어 두는지 닫아 두는지와는 직접적인 관계가 없으므로 빈 용기 밸브를 닫아 두는 주된 이유로 보기는 거리가 멀다.

고압가스 특정제조시설의 배관을 지하에 매설할 때는 지하도로 및 터널과 10m 이상의 수평거리를 유지하도록 하고 있다.
이는 밀폐된 지하 공간에서 가스가 누출·체류할 경우 위험성이 커지는 점을 고려하여 다른 지하 매설 이격거리보다 크게 설정된 기준이다.

저장탱크에 부착되어 있는 배관 중 액체가 흐르는 배관(액배관)에는 이상 상황이 생겼을 때 신속히 가스 유출을 막을 수 있도록 긴급차단장치를 설치하는 것이 원칙이다.
긴급차단장치는 저장탱크의 주밸브와 겸용해 사용할 수 없고, 화재 등 비상 상황에서도 작업자가 안전하게 접근해 조작할 수 있도록 저장탱크 외면으로부터 5m 이상 떨어진 위치에서 조작할 수 있어야 하며, 방류둑을 설치한 경우에는 방류둑 안쪽이 아니라 바깥쪽에서 조작할 수 있는 위치에 둔다.

기체 크로마토그래피에서 분리도(Resolution)는 이론단수의 제곱근에 비례하고, 이론단수는 컬럼 길이에 비례하므로 결과적으로 분리도는 컬럼 길이의 제곱근에 비례하는 관계를 갖는다.
$R \propto \sqrt{N} \propto \sqrt{L}$의 관계이므로, 분리도를 2배로 높이려면 컬럼 길이는 4배로 늘려야 한다.

반도체식 가스누출 검지기는 반도체 소자 표면에 가스가 흡착되면서 전기저항이 변화하는 원리를 이용하며, 구조가 간단해 소형·경량화가 가능하고 응답속도가 빠르다는 특징이 있다.
가연성 가스 이외의 여러 가스 검지에도 활용할 수 있고, 미량가스에도 비교적 큰 출력 신호를 얻을 수 있어 감도가 좋은 편이므로 나머지 설명들은 반도체식의 실제 특징과 맞지 않는다.

루트미터는 서로 맞물려 돌아가는 회전자(로터)로 유량을 적산하는 방식이어서, 같은 유량을 처리하는 습식가스미터에 비해 설치공간이 적게 필요하다는 장점이 있다.
반면 유량이 정확하고 수위 조정 등의 관리가 필요하며 실험실용으로 적합한 것은 물을 이용해 유량을 계량하는 습식가스미터의 특징이다.

절대습도는 건조공기 1㎏에 대한 수증기의 질량 비로 정의된다. 습공기 205㎏ 중 수증기가 35㎏이므로 건조공기는 $205-35=170$㎏이다.
따라서 절대습도는 $\dfrac{35}{170} \approx 0.206$㎏/㎏로 계산된다.

물리량을 나타내는 단위계는 크게 절대단위계, 중력단위계, 공학단위계로 구분한다.
"실제단위계"라는 명칭은 이러한 표준적인 단위계 분류에 속하지 않는 용어이다.

스프링식 저울은 하중에 비례해 스프링이 늘어나는 변위를 눈금으로 읽어 무게를 나타내는 방식으로, 측정량에 따라 지시부가 편향되어 이동한다는 점에서 편위법에 해당한다.
이는 측정량과 기준량을 평형시켜 읽는 영위법이나, 다른 기준으로 치환해 비교하는 치환법과는 원리가 다르다.

헴펠법 가스분석에서 일산화탄소(CO)는 암모니아성 염화제1구리 용액에 흡수시켜 정량하며, 염화암모늄 용액은 CO 흡수액으로 사용되지 않으므로 이 조합이 잘못 연결되어 있다.
이산화탄소는 수산화칼륨 용액, 산소는 알칼리성 피로갈롤 용액, 탄화수소류(CmHn)는 발연황산에 흡수시켜 분석하는 것이 헴펠법의 표준 조합이다.

탱크 상부가 대기압과 같으므로 밑바닥에서의 절대압력은 대기압에 액주에 의한 압력을 더한 값이다. 사염화탄소의 비중량은 $998.2 \times 1.59 \approx 1587.1$㎏f/m³이고, 깊이 3m에 의한 액주 압력은 $1587.1 \times 3 \approx 4761$㎏f/m²이다.
여기에 표준대기압 약 10332㎏f/m²를 더하면 절대압력은 $4761+10332 \approx 15093$㎏f/m²으로 계산된다.

대기압 750mmHg를 ㎏f/cm² 단위로 환산하면, 표준대기압 760mmHg가 1.0332㎏f/cm²에 해당하므로 $\dfrac{750}{760} \times 1.0332 \approx 1.02$㎏f/cm²이다.
절대압력은 게이지압력에 대기압을 더한 값이므로 $1.96+1.02 \approx 3$㎏f/cm²로 계산된다.

압력은 힘을 넓이로 나눈 값이므로, 힘의 차원 $MLT^{-2}$를 넓이의 차원 $L^2$으로 나누면 $ML^{-1}T^{-2}$가 되어 제시된 관계와 일치한다.
에너지의 차원은 $ML^2T^{-2}$, 동력(일률)의 차원은 $ML^2T^{-3}$, 밀도의 차원은 $ML^{-3}$이므로, 나머지 보기들은 실제 차원식과 다르게 표기되어 있다.

점성계수(점도) $\mu$는 전단응력을 속도구배로 나눈 값이다. 전단응력(압력)의 차원 $ML^{-1}T^{-2}$을, 속도구배의 차원 $T^{-1}$으로 나누면 $ML^{-1}T^{-1}$이 된다.

막식가스미터의 부동현상은 계량막 등 내부 구조를 가스가 정상적으로 통과하지만, 그 움직임이 지시장치(지침)에 전달되지 않아 계량값이 올라가지 않는 고장을 말한다.
이는 가스가 아예 통과하지 못하는 불통 고장이나, 누출, 이상음 발생과는 구분되는 현상이다.

일산화탄소(CO)는 염화팔라듐지를 이용해 흑변 여부로 검지하며, 염화칼륨지는 CO 검지에 사용되지 않으므로 이 조합이 잘못 연결되어 있다.
포스겐은 하리슨 시험지, 시안화수소는 초산벤젠지, 황화수소는 연당지(초산납 시험지)로 검지하는 것이 표준적인 조합이다.

상대습도는 그 온도에서의 포화증기압에 대한 실제 증기분압의 비율로 정의되므로, $Pw = \phi \times Ps$의 관계가 성립한다.
습도 45%와 22℃에서의 포화압력 18.66mmHg를 대입하면 $Pw = 0.45 \times 18.66 \approx 8.4$mmHg로 계산된다.

유압식 조절계는 조작유가 피스톤으로 유입되면서 그 위치가 시간에 따라 누적되어 변화하는 구조를 가지므로, 근본적인 제어동작은 적분(I) 동작이다.
여기에 스프링 등에 의한 되먹임(피드백) 요소를 추가하면 비례(P) 동작이나 비례적분(PI) 동작으로 확장하여 사용할 수 있다.

루트미터는 대유량 가스 측정에 적합하고 설치면적이 작으며 중압가스도 계량할 수 있지만, 회전자 사이의 미세한 간극 등으로 인해 오차가 있어 정밀 계량이 요구되는 기준기로는 사용되지 않는다.
따라서 계량이 정확해 기준기로 쓰인다는 설명은 루트미터의 실제 특징과 맞지 않는다.

유압식 신호전송은 조작력이 크고 전송지연이 작아 조작속도·응답속도가 빠르며, 사용유압은 대략 0.2~1㎏f/cm² 범위이다.
다만 전송거리가 100~150m 정도로 제한되는 것은 공기압식 신호전송의 특징이며, 유압식은 300m 정도까지 신호를 전송할 수 있으므로 이 설명은 유압식의 특징과 맞지 않는다.

기체 크로마토그래피의 열린관(모세관) 컬럼 중 용융실리카도포 열린관(FSWC)은 얇고 유연한 실리카 재질의 관 내벽에 정지상을 코팅한 형태로, 유연성이 뛰어나고 화학적으로 비활성이며 자유롭게 구부려 설치할 수 있어 널리 사용된다.
충전 컬럼이나 지지체도포·벽도포 열린관 컬럼은 유연성이나 비활성도 면에서 FSWC에 미치지 못한다.

계측기를 선정할 때는 측정값을 얼마나 정확·정밀하게 나타내는지(정확도·정밀도), 미세한 변화까지 검출할 수 있는지(감도), 사용 환경에서 오래 견딜 수 있는지(견고성·내구성) 등을 주로 고려한다.
계측값을 화면이나 지침 등 어떤 방식으로 나타내는지를 뜻하는 지시방식은 이러한 성능 관련 선정 기준과는 거리가 멀다.