2020년 산업위생관리기사실기(필답형) 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

① 후드를 오염물질 발생원에 최대한 가깝게 설치한다

② 완전 흡입이 유지되는 범위에서 후드의 개구면적을 최소화한다

③ 공정 전체나 발생원을 가능한 한 많이 포위하는 형태로 후드를 설계한다

④ 후드 주변에 방해기류가 생기지 않도록 한다

[해설]

외부식 후드의 Q = V_c(10X² + A)에서 보듯, 제어속도·거리·개구면적을 줄일수록 필요환기량이 작아진다.

• 발생원에 가깝게 — 거리 X가 제곱으로 들어가므로 효과가 가장 크다.
• 개구면적 최소화 — 오염되지 않은 주변 공기까지 빨아들이는 낭비를 줄이되, 완전 흡입은 유지해야 한다.
• 최대한 포위 — 오염물질이 빠져나갈 길이 줄어 외부식보다 훨씬 적은 풍량으로도 포집된다.
• 방해기류 차단 — 창문 바람이나 선풍기 기류가 없어야 제어속도를 높게 잡지 않아도 된다.

핵심은 포집 성능을 유지하면서 풍량을 줄이는 것이다. 플랜지를 다는 것도 부분 포위에 해당해 풍량을 약 25 % 줄인다.

$V_s=\dfrac{d_p^{\,2}(\rho_p-\rho_a)g}{18\mu}=\dfrac{(15\times 10^{-4})^{2}\times(1.3-0.0012)\times 980}{18\times 1.78\times 10^{-4}}$

$=\dfrac{2.864\times 10^{-3}}{3.204\times 10^{-3}}$ = 0.89 cm/s

[해설]

입자의 침강속도는 스토크스 식으로 구한다. 다른 값이 cm 단위이므로 입경도 15 μm = 15 × 10^-4 cm로 바꿔 넣는다.

V_s = d_p²(ρ_p − ρ_a)g/(18μ)
= (15 × 10^-4)² × (1.3 − 0.0012) × 980/(18 × 1.78 × 10^-4)
= 2.864 × 10^-3/3.204 × 10^-3
= 0.89 cm/s

침강속도는 입경의 제곱에 비례하므로 μm를 cm로 환산하지 않으면 오차가 크게 불어난다.

① 후드 형식 선정

② 소요풍량 계산

③ 배관(덕트) 내경 산출

④ 후드 크기 결정

⑤ 공기정화장치 선정

⑥ 총 압력손실량 계산

[해설]

국소배기장치는 앞 단계의 값이 있어야 뒤 단계를 계산할 수 있는 순서로 설계한다.

• 후드 형식 선정 — 포위식·외부식·레시버식 중 무엇을 쓸지 먼저 정해야 제어속도 기준이 생긴다.
• 소요풍량 계산 — 정해진 제어속도를 만들어 낼 풍량 Q를 구한다.
• 배관(덕트) 내경 산출 — 풍량과 반송속도로 단면적 A = Q/V를 구해 내경을 정한다.
• 후드 크기 결정 — 덕트 내경이 정해져야 거기에 이어 붙일 후드 치수를 확정할 수 있다.
• 공기정화장치 선정 — 이 장치의 압력손실이 총 압력손실에 들어가므로 손실 계산보다 앞선다.
• 총 압력손실량 계산 — 계통도로 덕트 길이와 곡관 수가 확정된 뒤 모든 손실을 더한다.

외우는 요령: 송풍기는 소요풍량과 총 압력손실이 모두 나와야 고를 수 있어 맨 마지막에 온다.

11.51 m³/min

[해설]

폭발방지 환기량은 증기 농도를 폭발하한계(LEL) 1 % 아래로 낮추는 데 필요한 양이다. 120 ℃ 이상의 고온 공정이므로 보정상수 B = 0.7을 쓴다.

Q = 24.45 × S × W × C/(M × LEL × B) × 10²
= 24.45 × 0.88 × 1.5 × 10/(106 × 1 × 0.7) × 10²
= 434.96 m³/hr = 7.2493 m³/min

이 값은 25 ℃ 기준이므로 200 ℃ 건조로 조건에 맞춰 절대온도 비만큼 보정한다.
Q = 7.2493 × (273 + 200)/(273 + 25)
= 11.51 m³/min

혼동 주의: 폭발범위 상한인 7 %는 쓰지 않는다. 온도 보정을 빠뜨리면 7.25 m³/min이 되어 틀린다.

① 유해물질의 독성이 비교적 낮을 것

② 유해물질의 발생량이 적을 것

③ 오염원이 작업장 안 여러 곳으로 분산되어 있을 것

④ 오염원이 근로자의 작업위치에서 멀리 떨어져 있을 것

⑤ 발생원이 이동하는 등 국소배기장치를 설치하기 곤란할 것

[해설]

전체환기는 오염공기를 희석해 노출기준 아래로 낮추는 방식이다. 그래서 희석만으로 안전을 확보할 수 있을 때에만 국소배기 대신 쓴다.

• 독성이 비교적 낮을 것 — 희석된 농도에서도 건강 영향이 작아야 한다.
• 발생량이 적을 것 — 필요환기량은 발생량에 비례하므로 발생량이 많으면 감당할 수 없다.
• 오염원이 여러 곳에 흩어져 있을 것 — 발생원마다 후드를 달기 어렵다.
• 오염원이 작업위치에서 멀 것 — 근로자에게 닿기 전에 충분히 희석된다.
• 발생원이 이동하는 등 국소배기 설치가 곤란할 것 — 고정된 후드로는 잡을 수 없다.

혼동 주의: 독성이 강한 물질이나 분진·흄 같은 입자상 물질에는 전체환기를 적용하지 않는다.

80 %

[해설]

직렬로 연결한 집진장치는 효율을 더하지 않고 각 장치의 통과율(1 − η)을 곱해 총 효율을 구한다.

η_T = 1 − (1 − η₁)(1 − η₂)
0.99 = 1 − (1 − η₁)(1 − 0.95)
(1 − η₁) × 0.05 = 0.01 → 1 − η₁ = 0.2
η₁ = 80 %

검산하면 먼지 100 가운데 1차가 80을 잡고, 남은 20의 95 %인 19를 2차가 잡아 총 99 %가 된다.

① 관성충돌

② 직접차단(간섭)

③ 확산

④ 중력침강

⑤ 정전기침강

⑥ 체질(체거름)

[해설]

여과포집은 여과지가 체처럼 거르기만 하는 것이 아니라, 여러 기전이 함께 작용해 입자를 섬유에 붙잡는 원리다.

• 관성충돌 — 기류는 섬유를 비켜 가지만, 크고 무거운 입자는 관성으로 직진하다 섬유에 부딪힌다.
• 직접차단(간섭) — 유선을 따라가던 입자가 자기 반지름만큼 섬유에 가까워지면 표면에 닿아 붙는다.
• 확산 — 아주 작은 입자가 브라운 운동으로 움직이다 섬유에 닿는다.
• 중력침강 — 무거운 입자가 유속이 느린 구간에서 가라앉아 섬유 위에 얹힌다.
• 정전기침강 — 전기를 띤 입자가 섬유와의 정전기력에 끌려가 붙는다.
• 체질(체거름) — 여과지 공극보다 큰 입자가 통과하지 못하고 걸린다.

큰 입자는 관성충돌·직접차단으로, 작은 입자는 확산으로 잡히므로 그 사이인 약 0.3 μm에서 포집효율이 가장 낮다(최대투과입자경). 그래서 여과지와 방진마스크의 성능을 이 크기에서 시험한다.

265.77 m³/min

[해설]

전체환기 필요환기량은 시간당 증기 발생량을 노출기준 농도로 나누고 안전계수를 곱해 구한다.

몰부피 = 22.4 × (273 + 25)/273 = 24.45 L
G = 1,000 g/hr × 24.45 L ÷ 92 g = 265.77 L/hr = 265,770 mL/hr
Q = 265,770 mL/hr ÷ 100 mL/m³ × 6 = 15,946.2 m³/hr
Q = 15,946.2 ÷ 60 = 265.77 m³/min

100 ppm은 공기 1 m³에 증기 100 mL가 있다는 뜻이라 mL 단위 발생량을 100으로 나누면 필요한 공기 부피가 된다.

RWL = LC × HM × VM × DM × AM × FM × CM

LC 중량상수, HM 수평계수, VM 수직계수, DM 거리계수, AM 비대칭계수, FM 빈도계수, CM 커플링계수

[해설]

NIOSH 들기 공식은 가장 좋은 조건에서의 기준 무게에 작업조건별 계수(0~1)를 곱해 깎아 나가는 구조다.

RWL = LC × HM × VM × DM × AM × FM × CM

• LC 중량상수 — 모든 조건이 이상적일 때 들 수 있는 기준 무게로 23 kg이다.
• HM 수평계수 — 발 중심에서 손까지의 수평거리가 멀수록 작아진다.
• VM 수직계수 — 물체를 잡는 손의 높이가 75 cm에서 벗어날수록 작아진다.
• DM 거리계수 — 물체를 들어 올리는 수직 이동거리가 클수록 작아진다.
• AM 비대칭계수 — 몸을 비트는 각도가 클수록 작아진다.
• FM 빈도계수 — 분당 드는 횟수가 많고 작업시간이 길수록 작아진다.
• CM 커플링계수 — 손잡이가 잡기 나쁠수록 작아진다.

들기지수 LI = 실제 취급무게 ÷ RWL 로 구하며, LI > 1이면 요통 위험이 있다고 보아 작업을 개선한다.

(1) 25.56 m/sec

(2) 613.45 m³/min

[해설]

덕트 안 압력은 전압 = 정압 + 동압의 관계이고, 속도는 동압으로 V = √(2g·VP/γ)를 써서 구한다.

VP = TP − SP = (−20) − (−60) = 40 mmH₂O
V = √(2 × 9.8 × 40 ÷ 1.2) = √653.33 = 25.56 m/sec
Q = A × V × 60 = 0.4 × 25.5604 × 60 = 613.45 m³/min

흡입측이라 정압과 전압이 음수여도 동압은 언제나 양수다. 밀도가 1.2 kg/m³이면 비중량 γ는 1.2 kgf/m³이므로 같은 수치를 그대로 넣는다.

① 발연관

② 청음기(청음봉)

③ 절연저항계

④ 표면온도계

[해설]

국소배기장치 성능시험의 필수장비는 없으면 해당 항목을 아예 확인할 수 없는 도구들이다.

• 발연관 — 연기를 내어 후드 주변 기류의 방향과 후드로 빨려 드는지를 눈으로 확인한다.
• 청음기(청음봉) — 송풍기·전동기 베어링의 이상음을 들어 마모나 축 정렬 불량을 찾는다.
• 절연저항계 — 전동기와 배선의 절연 상태를 재어 누전 위험을 확인한다.
• 표면온도계 — 전동기·베어링의 표면온도를 재어 과열 여부를 본다.

혼동 주의: 열선풍속계·피토관·마노미터·회전계는 선택장비라서 "필수"를 물으면 답으로 쓰지 않는다. 줄자와 초자온도계를 필수장비에 함께 넣는 자료도 있다.

1,000 m³/hr

[해설]

CO₂ 기준 필요환기량은 Q = M ÷ (C − C₀)로 구하며, 발생량을 실내 허용기준과 외기 농도의 차로 나눈다.

M = 30 L/hr × 20명 = 600 L/hr = 0.6 m³/hr
C − C₀ = (1,000 − 400) × 10⁻⁶ = 0.0006
Q = 0.6 ÷ 0.0006 = 1,000 m³/hr

혼동 주의: 외기 농도를 빼지 않고 1,000 ppm으로만 나누면 600 m³/hr가 나와 필요환기량을 낮게 잡게 된다.

(1) 단위작업장소 — 작업환경측정 대상이 되는 작업장이나 공정에서 정상적인 작업을 수행하는 동일 노출집단의 근로자가 작업을 하는 장소

(2) 정확도 — 분석치가 참값에 얼마나 접근하였는가를 나타내는 수치상의 표현

(3) 정밀도 — 일정한 물질을 반복 측정·분석했을 때 나타나는 분석치의 변동 크기가 얼마나 작은가를 나타내는 수치상의 표현

[해설]

세 용어는 작업환경측정 및 정도관리 등에 관한 고시의 정의 조항에 실려 있다.

• 단위작업장소 — 공장 전체가 아니라 노출 조건이 비슷한 동일 노출집단이 일하는 범위로 나누어 시료채취 단위로 삼는다.
• 정확도 — 분석치가 참값에 얼마나 가까운지를 나타내며, 한쪽으로 치우친 계통오차가 있으면 떨어진다.
• 정밀도 — 반복해서 분석한 값들이 얼마나 덜 흩어지는지를 나타내며, 값이 들쭉날쭉한 우연오차가 있으면 떨어진다.

과녁에 비유하면 정확도는 탄착점이 중심에 붙은 정도, 정밀도는 탄착점끼리 모여 있는 정도다.

(1) $Q=V_c(10X^{2}+A)=0.5\times(10\times1^{2}+0.5)=5.25\ \mathrm{m^3/sec}\times60$ → 315 m³/min

(2) $Q=0.75\,V_c(10X^{2}+A)=0.75\times315$ → 236.25 m³/min

[해설]

외부식 후드의 필요환기량은 Dalla Valle 식 Q = V_c(10X² + A)로 구하며, 결과 단위는 m³/sec이다.

플랜지 없음: Q = 0.5 × (10 × 1² + 0.5) = 5.25 m³/sec × 60 = 315 m³/min
플랜지 있음: Q = 0.75 × 315 = 236.25 m³/min

플랜지는 후드 뒤쪽에서 헛되이 빨려 드는 공기를 막아 풍량을 약 25 % 줄이므로 0.75를 곱한다. 혼동 주의: 작업대나 바닥에 붙인 플랜지 부착 후드는 0.5를 곱한다.

① 국소배기장치를 원활하게 작동시키기 위하여

② 국소배기장치의 배기효율을 유지하기 위하여

③ 작업장 내 안전사고를 예방하기 위하여

④ 냉난방 연료와 에너지를 절약하기 위하여

⑤ 외부의 오염된 공기가 실내로 들어오는 것을 막기 위하여

[해설]

공기공급시스템(보충용 공기)은 배기한 만큼의 공기를 계획적으로 들여보내, 작업장이 지나친 음압이 되지 않게 하는 설비다.

• 국소배기장치의 원활한 작동 — 들어올 공기가 없으면 실제 배기량이 설계값에 못 미친다.
• 배기효율 유지 — 틈새로 새어 드는 기류가 후드 앞에서 방해기류가 되어 포집을 흐트러뜨리는 것을 막는다.
• 안전사고 예방 — 문이 잘 열리지 않거나 연소기기 배기가 역류해 일산화탄소가 쌓이는 것을 막는다.
• 에너지 절약 — 급기를 한곳으로 모으면 들어오는 공기를 효율적으로 예열·냉각할 수 있다.
• 오염공기 유입 방지 — 음압 때문에 인접 공정이나 바깥의 오염공기가 아무 데서나 빨려 드는 것을 막는다.

혼동 주의 — 급기를 하더라도 오염물질이 인접 구역으로 새지 않도록 급기량을 배기량보다 약간 적게 잡아 약한 음압을 유지한다.

70 ppm

[해설]

Brief와 Scala 보정은 노출시간이 길어지는 영향과 회복시간(비노출 시간)이 줄어드는 영향을 함께 반영해 노출기준을 낮춘다.

RF = (8/H) × (24 − H)/16 = (8/10) × (14/16) = 0.7
보정 허용농도 = 100 ppm × 0.7 = 70 ppm

보정하면 기준은 언제나 낮아지므로 결과가 100 ppm을 넘으면 식을 뒤집은 것이다.

주 단위로 보정할 때는 RF = (40/H) × (168 − H)/128을 쓴다.

① 마틴직경 — 입자의 투영면적을 이등분하는 선의 길이

② 페렛직경 — 입자 투영상의 한쪽 끝에서 반대쪽 끝까지 이은 선 가운데 가장 긴 길이

③ 등면적직경(헤이우드직경) — 입자의 투영면적과 같은 면적을 갖는 원의 직경

[해설]

기하학적(물리적) 직경은 현미경으로 본 입자의 투영상을 정해진 규칙에 따라 재는 크기다.

• 마틴직경 — 투영면적을 이등분하는 선의 길이로, 실제보다 작게 평가되는 경향이 있다.
• 페렛직경 — 투영상의 양 끝을 잇는 가장 긴 길이로, 실제보다 크게 평가되는 경향이 있다.
• 등면적직경(헤이우드직경) — 투영면적과 같은 넓이를 갖는 원의 직경으로, 셋 중 가장 정확하다.

같은 입자라도 값은 대체로 페렛 > 등면적 > 마틴 순으로 나온다. 등면적직경과 헤이우드직경은 같은 것이므로 두 가지로 따로 세면 안 된다.

6분 이하

[해설]

체내 흡수량은 SHD = C × T × V × R(공기 중 농도 × 노출시간 × 폐환기율 × 체내잔류율)로 계산한다.

SHD = 0.1 mg/kg × 75 kg = 7.5 mg
T = 7.5 ÷ (50 × 1.5 × 1.0) = 0.1 hr
0.1 hr × 60 = 6분

체중당 안전흡수량에 체중을 곱해 총량으로 바꾸고, 시간(hr)으로 나온 값을 분으로 환산하는 것이 핵심이다.

① 4

② 2

③ 10

[해설]

사무실 공기관리 지침이 정한 환기 기준과 시료채취 기준이다.

• 환기횟수 시간당 4회 이상 — 공기정화시설의 필터로는 이산화탄소 같은 가스가 걸러지지 않아 바깥 공기를 들여와야 한다.
• 채취지점 2곳 이상 — 평균적인 지점이 아니라 공기질이 가장 나쁠 것으로 예상되는 곳을 고른다.
• 일산화탄소 각각 10분간 — 업무 시작 후 1시간 전후와 업무 종료 1시간 전후 두 시점에서 재어 평균 농도로 잡는다.

채취 높이 0.9~1.5 m는 근로자가 숨 쉬는 높이에 해당하며, 사무실 면적이 500 m²를 넘으면 500 m²마다 채취지점을 1곳씩 더한다.