2021년 산업위생관리기사실기(필답형) 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

(1) 22.1 ℃

(2) 22.2 ℃

[해설]

습구흑구온도지수(WBGT)는 태양광선 유무에 따라 가중치가 다르다(옥내·그늘 0.7/0.3, 햇빛 옥외 0.7/0.2/0.1).

태양광선이 없는 옥내·옥외
WBGT = 0.7 × 자연습구온도 + 0.3 × 흑구온도
= 0.7 × 20 + 0.3 × 27 = 22.1 ℃

태양광선이 내리쬐는 옥외
WBGT = 0.7 × 자연습구온도 + 0.2 × 흑구온도 + 0.1 × 건구온도
= 0.7 × 20 + 0.2 × 27 + 0.1 × 28 = 22.2 ℃

혼동 주의: 두 식 모두 계수 합이 1이며, 건구온도는 햇빛 옥외식에만 들어간다.

포위식 후드(포위형 후드)

[해설]

후드는 발생원을 감싸는 정도에 따라 포위식·외부식·레시버식으로 나뉘며, 발생원을 둘러싸는 포위식 후드가 가장 효과적이다.

오염물질이 포위 공간 안에 갇혀 적은 풍량으로도 확실히 잡히고, 벽면이 횡단기류를 막아 준다. 부스형·장갑부착상자형·커버형은 감싸는 정도만 다른 포위식의 종류다.

장갑부착상자형(글로브박스)은 내부가 음압이어서 틈이 생겨도 공기가 안쪽으로만 흐르므로 독성가스·방사성 물질·발암물질 공정에 쓴다.

(1) 805 sabin

(2) 4.77 dB

[해설]

사빈(Sabine) 잔향식의 잔향시간은 음압레벨이 60 dB 줄어드는 시간이다. 125 dB에서 65 dB로 정확히 60 dB 줄었으므로 2초가 곧 잔향시간이다.

총 흡음량
V = 20 × 50 × 10 = 10,000 m³
A = 0.161V / T = 0.161 × 10,000 / 2 = 805 sabin

실내소음저감량
NR = 10 log(A₂ / A₁) = 10 log 3 = 4.77 dB

흡음량을 2배로 늘리면 3 dB, 10배로 늘리면 10 dB 줄어드는 로그 관계라 흡음만으로는 큰 저감을 기대하기 어렵다.

$t=\dfrac{V}{Q}\ln\dfrac{C_0}{C_t}=\dfrac{400}{56.6}\times\ln\dfrac{100}{25}=7.067\times1.3863$

9.80 min

[해설]

발생이 멈춘 뒤에는 유입 공기가 오염물질을 희석해 내보내므로 농도가 1차 반응(지수적 감소)으로 줄어든다.

t = (V/Q) × ln(C₀/C_t)
= (400/56.6) × ln(100/25) = 7.067 × 1.3863
= 9.80 min

혼동 주의: 상용로그(log)를 쓰면 4.26 min이 나와 틀리며, 상용로그로 풀려면 2.303을 곱해야 한다.

① 덕트 및 배풍기의 분진 상태 — 덕트 내부 퇴적과 날개 부착 여부

② 덕트 접속부가 헐거워졌는지 여부 — 이완된 틈으로 공기가 새는지 확인

③ 흡기 및 배기 능력 — 후드 제어풍속과 배출풍량이 설계값을 만족하는지 실측

[해설]

산업안전보건기준에 관한 규칙은 국소배기장치를 처음 쓰거나 분해·개조·수리한 뒤 처음 쓸 때 사용 전 점검을 하도록 정한다.

• 덕트 및 배풍기의 분진 상태 — 덕트 안에 쌓이거나 배풍기 날개에 붙은 분진이 풍량을 떨어뜨리는지 본다.
• 덕트 접속부가 헐거워졌는지 여부 — 다시 조립한 이음부 틈으로 공기가 새면 후드 흡인력이 줄어든다.
• 흡기 및 배기 능력 — 후드 제어풍속과 배출풍량을 실측해 설계값을 만족하는지 확인한다.

외우는 요령: 앞의 둘은 상태(분진·접속부) 점검이고, 마지막은 성능 확인이다.

0.23 m³/min

[해설]

폭발 방지 환기량은 증기 농도를 폭발하한계(LEL)보다 안전계수만큼 낮게 유지하도록 구하며, 식의 24.1은 21 ℃·1기압에서 기체 1몰의 부피(L)다.

Q = 24.1 × S × W × C × 10² / (M × LEL × B)
= 24.1 × 0.9 × (0.24/60) × 10 × 10² / (92.13 × 5 × 1.0)
= 0.1883 m³/min (21 ℃ 기준)

작업장 온도 80 ℃로 부피를 보정한다.
Q = 0.1883 × (273+80)/(273+21) = 0.1883 × 1.2007
= 0.23 m³/min

혼동 주의: 보정상수 B는 고온에서 LEL이 낮아지는 것을 반영하는 값(120 ℃ 이하 1.0, 초과 0.7)이고, 80 ℃ 부피 환산은 이와 별개로 한다.

25 mg/m³

[해설]

중량분석법에서 분진농도는 채취 전후 여과지 무게 차이를 채취 공기량으로 나눈 값이다.

C = (W₂ − W₁) / V
W₂ − W₁ = 28.0 − 22.0 = 6.0 mg
V = 4 L/min × 60 min ÷ 1,000 = 0.24 m³
C = 6.0 / 0.24 = 25 mg/m³

혼동 주의: 3회 측정은 오차를 줄이려는 반복측정이라 계산에는 평균값만 쓴다. L를 m³로 바꾸는 ÷1,000도 빠뜨리지 않는다.

보충용 공기(make-up air)

[해설]

보충용 공기(make-up air)는 국소배기·전체환기로 빠져나간 만큼 작업장에 다시 공급하는 바깥의 신선한 공기로, 급기 또는 replacement air라고도 한다.

보충이 부족하면 실내가 음압이 되어 후드 풍량·제어속도가 떨어지고 문틈 바람이 횡단기류로 포집을 방해하므로 배기량보다 약간 많이 공급해 약한 양압을 유지한다.

혼동 주의: 배기를 정화해 일부를 되돌려 넣는 재순환 공기와는 다른 개념이다.

2.65배

[해설]

자유공간 외부식 후드(플랜지 없음)의 필요환기량은 Q = V_c(10X² + A)로 구한다.

Q₁ = 0.5 × (10 × 0.5² + 0.9) = 0.5 × 3.4 = 1.7 m³/sec
Q₂ = 0.5 × (10 × 0.9² + 0.9) = 0.5 × 9.0 = 4.5 m³/sec
Q₂ / Q₁ = 4.5 / 1.7 = 2.65배

거리는 X²으로 들어가서 멀어질수록 필요한 풍량이 빠르게 늘어난다. 그래서 후드는 발생원에 최대한 가깝게 설치한다.

(1) 1.4

(2) 노출기준 초과

[해설]

같은 표적장기에 작용하는 상가작용은 물질별 농도/노출기준 비를 모두 더한 노출지수(EI)로 판정한다.

EI = C₁/T₁ + C₂/T₂
= 40/50 + 15/25 = 0.8 + 0.6
= 1.4

노출지수가 1을 초과하므로 노출기준 초과로 판정한다. 두 물질이 각각은 기준 이내여도 합이 1을 넘으면 초과다.

혼동 주의: 독립작용이라면 물질별로 따로 비교하므로 결론이 달라진다.

① 관성충돌

② 직접차단(간섭)

③ 확산

④ 중력침강

⑤ 정전기침강

⑥ 체질(체거름)

[해설]

여과포집은 단순한 체가 아니다. 여러 기전이 함께 작용해 공극에 못 미치는 작은 입자도 잡는다.

• 관성충돌 — 기류는 섬유를 비켜 가도 무거운 입자는 관성으로 직진하다 섬유에 부딪힌다.
• 직접차단(간섭) — 유선을 따라가던 입자가 섬유와 입자 반지름만큼 가까워지면 섬유에 닿는다.
• 확산 — 아주 작은 입자가 브라운 운동으로 떠돌다 섬유에 닿는다.
• 중력침강 — 무거운 입자가 유속이 느린 곳에서 가라앉아 섬유에 얹힌다.
• 정전기침강 — 대전된 입자가 정전기력으로 섬유에 끌려 붙는다.
• 체질(체거름) — 공극보다 큰 입자가 통과하지 못하고 걸린다.

혼동 주의: 큰 입자는 관성충돌·직접차단으로, 작은 입자는 확산으로 잡힌다. 그래서 그 사이인 0.3 μm 부근에서 포집효율이 가장 낮다.

35.00 mg/m³

[해설]

작업환경 측정치는 대수정규분포를 따르므로 대표값으로 기하평균(GM)을 쓰며, 로그값의 평균을 역로그해 구한다.

log GM = (log 28 + log 32 + … + log 43) / 10
= 15.4407 / 10 = 1.54407
GM = 10^1.54407 = 35.00 mg/m³

혼동 주의: 산술평균(36.4 mg/m³)과 다르며, 기하평균은 항상 산술평균보다 작거나 같다.

(1) $C_s=\dfrac{25}{760}\times 10^{6}$ = 32,894.74 ppm

(2) $VHI=\log\dfrac{32{,}894.74}{100}=\log 328.95$ = 2.52

(3) $C_s=\dfrac{100}{760}\times 10^{6}$ = 131,578.95 ppm

(4) $VHI=\log\dfrac{131{,}578.95}{350}=\log 375.94=2.5751$ → 2.58

[해설]

증기포화농도는 포화증기압 ÷ 대기압 × 10⁶으로 구한다. VHI는 이 농도가 노출기준의 몇 배인지에 상용로그를 취한 값이다.

A 유기용제
C_s = 25 / 760 × 10⁶ = 32,894.74 ppm
VHI = log(32,894.74 / 100) = log 328.95 = 2.52

B 유기용제
C_s = 100 / 760 × 10⁶ = 131,578.95 ppm
VHI = log(131,578.95 / 350) = log 375.94 = 2.5751 ≒ 2.58

B는 노출기준이 느슨해도 증기압이 커서 VHI가 더 높다. 위험도는 독성만으로 정해지지 않고 독성과 휘발성의 비로 판단한다.

① 정확도

② 정밀도

③ 단위작업장소

④ 지역시료채취

⑤ 정도관리

[해설]

모두 「작업환경측정 및 정도관리 등에 관한 고시」의 용어 정의다.

• 정확도 — 분석치가 참값에 얼마나 가까운가를 나타낸다.
• 정밀도 — 반복 측정한 값들이 얼마나 덜 흩어지는가를 나타낸다.
• 단위작업장소 — 동일 노출집단 근로자가 정상 작업하는 장소로, 측정의 기본 단위다.
• 지역시료채취 — 시료채취기를 호흡기 높이에 고정해 두고 채취하는 방식이다.
• 정도관리 — 측정기관의 능력을 확인하고 지도·교육하는 관리 수단 전반이다.

혼동 주의: 채취기를 근로자 몸에 달아 따라다니며 받으면 개인시료채취이고, 과녁에 비유하면 정확도는 중심에 가까운 정도, 정밀도는 탄착점이 모인 정도다.

1.82 회/hr

[해설]

공기교환횟수(ACH)는 시간당 공급 공기량을 실내 부피로 나눈 값이다.

ACH = Q(m³/hr) ÷ V(m³)
A = π/4 × 0.15² = 0.01767 m²
Q = 0.01767 × 2 × 3,600 = 127.23 m³/hr
V = 5 × 7 × 2 = 70 m³
ACH = 127.23 ÷ 70 = 1.82 회/hr

혼동 주의: 유속이 초 단위이므로 3,600을 곱해 시간당 유량으로 바꿔야 한다.

(1) $\dfrac{0.11}{3.31}\times 100=$$3.32\ \%$ — 10 % 미만이므로 파과되지 않았다

(2) $C=\dfrac{3.31+0.11}{0.05\times 0.95}=72.0\ \mathrm{mg/m^3}\;\rightarrow\;72.0\times\dfrac{24.45}{92.13}=$$19.11\ \mathrm{ppm}$

[해설]

파과는 앞층이 포화되어 시료가 뒷층으로 넘어간 상태로, 뒷층 검출량이 앞층의 10 % 이상이면 파과로 본다.
파과율 = 0.11 ÷ 3.31 × 100 = 3.32 %
10 % 미만이므로 파과되지 않았다.

농도는 앞층과 뒷층 검출량을 합한 뒤 탈착효율로 나누어 실제 채취량으로 되돌려 구한다.
채취 공기량 = 0.25 L/min × 200 min = 50 L = 0.05 m³
C = (3.31 + 0.11) ÷ (0.05 × 0.95) = 72.0 mg/m³

25 ℃, 1기압의 몰부피 24.45 L로 ppm을 환산한다.
72.0 × 24.45 ÷ 92.13 = 19.11 ppm

혼동 주의: 탈착효율로 나누지 않으면 18.15 ppm이 나와 틀린다. 뒷층 검출량도 농도 계산에 반드시 더한다.

① 여과

② 유도결합플라스마(ICP)

[해설]

작업환경측정 및 정도관리 등에 관한 고시에 따라 용접흄은 여과채취방법으로 채취하고, 중량분석과 원자흡광분광기 또는 유도결합플라스마로 분석한다.

• 여과 채취 — 용접흄은 금속 증기가 식어 생긴 입자상 물질이라 흡착관이 아닌 여과지 카세트로 걸러 잡는다.
• 유도결합플라스마(ICP) — 아르곤 플라스마로 시료를 여기시켜 망간·크롬·니켈 같은 여러 금속을 한 번에 정량하는 기기다.

보안면 안쪽에서 채취하는 까닭은 근로자가 실제로 들이마시는 호흡영역의 공기를 재기 위해서다.

$Q=Q_1(1+K_L)=15\times(1+3.5)=15\times4.5$

67.5 m³/min

[해설]

레시버식 캐노피 후드는 올라오는 열상승 기류를 받아 내는 후드라 소요풍량은 상승기류량에 주위에서 함께 빨려 드는 공기량을 더해 구한다.

Q = Q₁ × (1 + K_L)
= 15 × (1 + 3.5) = 15 × 4.5
= 67.5 m³/min

누입한계 유량비(K_L)는 오염물질이 새지 않도록 상승기류량 외에 더 흡인해야 하는 주위 공기량의 비율로, 3.5이면 상승기류량의 4.5배를 배기한다는 뜻이다.

혼동 주의: 여유율 m이 주어지면 Q = Q₁(1 + m·K_L)로 계산한다.

① 불꽃연소법(직접연소법)

  - 고농도 VOC 처리에 적합하고 제거효율이 높다

  - 700~1,000 ℃의 고온이 필요해 보조연료 소모가 크고 질소산화물이 생성된다

② 촉매연소법

  - 저농도 VOC 처리에 적합하며 300~500 ℃의 낮은 온도에서 산화되어 연료비가 적게 든다

  - 촉매독에 의해 촉매가 열화되므로 주기적인 교체·재생이 필요하다

[해설]

VOC 연소처리는 불꽃연소법(직접연소법)과 촉매연소법으로 나뉘며, 운전온도와 알맞은 처리 농도가 다르다.

• 불꽃연소법 — 배기를 버너 불꽃에 직접 통과시켜 태우므로 고농도 VOC를 높은 효율로 처리한다.
• 불꽃연소법의 단점 — 700~1,000 ℃를 유지하느라 보조연료가 많이 들고, 고온에서 공기 중 질소가 산화돼 질소산화물이 생긴다.
• 촉매연소법 — 백금·팔라듐 등의 촉매가 활성화에너지를 낮춰 300~500 ℃에서 산화되므로 저농도 VOC를 적은 연료비로 처리한다.
• 촉매연소법의 단점 — 황·할로겐·납 같은 촉매독이나 분진이 촉매를 열화시켜 주기적으로 교체·재생해야 한다.

외우는 요령: 고농도는 불꽃, 저농도는 촉매로 짝지어 둔다.

(1) 장점

  ① 설계가 간단하고 계산이 쉽다

  ② 설치 후에도 댐퍼로 송풍량을 조절할 수 있어 공정 변경이나 덕트 이설에 유연하게 대처할 수 있다

(2) 단점

  ① 댐퍼를 임의로 조작하면 평형상태가 깨져 설계 성능이 나오지 않는다

  ② 댐퍼가 밖으로 드러나 있어 관리자가 아닌 사람도 쉽게 조절할 수 있다

[해설]

저항조절평형법(댐퍼조절평형법)은 각 분지관에 댐퍼를 달아 저항을 인위적으로 더해서 합류점의 압력을 맞추는 방법이다.

• 장점 — 설계 단계에서 덕트 저항을 정밀하게 맞출 필요가 없어 설계가 간단하고 계산이 쉽다.
• 장점 — 설치 후에도 댐퍼만 돌려 송풍량을 바꿀 수 있어 공정 변경이나 덕트 이설에 유연하게 대처할 수 있다.
• 단점 — 댐퍼를 임의로 조작하면 맞춰 둔 평형이 깨져 특정 후드의 풍량이 설계값에 못 미친다.
• 단점 — 댐퍼가 밖으로 드러나 있어 관리자가 아닌 근로자도 쉽게 손댈 수 있다.

혼동 주의: 댐퍼 없이 덕트 직경과 길이로 저항을 맞추는 방법은 총압력손실평형법(정압조절평형법)이며, 임의 조작을 막아야 하는 유해물질·분진 공정에 쓴다.