2019년 산업위생관리기사실기(필답형) 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

35 ppm

[해설]

Brief와 Scala 보정법은 늘어난 노출시간과 줄어든 회복시간을 함께 반영해 8시간 기준의 노출기준을 낮춘다.

$RF=\dfrac{8}{H}\times\dfrac{24-H}{16}$
$RF=\dfrac{8}{10}\times\dfrac{24-10}{16}=0.8\times0.875=0.7$
보정 노출기준 = 50 ppm × 0.7 = 35 ppm

앞 항은 노출시간이 늘어난 만큼, 뒤 항은 비노출(회복)시간이 줄어든 만큼 기준을 낮추며, 8시간보다 짧게 일한다고 기준을 올려 잡지는 않는다.

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]

전체환기(희석환기)는 신선한 공기로 오염물질을 노출기준 아래로 희석하는 방식이다. 그래서 희석만으로 안전을 지킬 수 있는 조건에서만 쓴다.

• 독성이 비교적 낮을 것 — 희석된 농도에 노출돼도 건강영향이 작아야 한다.
• 발생량이 적을 것 — 필요환기량이 발생량에 비례하므로, 발생량이 많으면 송풍량을 감당할 수 없다.
• 오염원이 여러 곳에 분산될 것 — 발생원마다 후드를 달기 어렵다.
• 오염원이 작업위치에서 멀 것 — 근로자에게 닿기 전에 충분히 희석된다.
• 발생원이 이동하는 등 국소배기장치 설치가 곤란할 것 — 후드로 붙잡을 고정 발생원이 없다.

혼동 주의: 독성이 강한 물질이나 분진·흄 같은 입자상 물질은 잘 희석되지 않으므로 국소배기가 원칙이다.

$G=21\ \mathrm{L/hr}\times 500\ \text{인}=10{,}500\ \mathrm{L/hr}=10.5\ \mathrm{m^3/hr}$

$Q=\dfrac{G}{C-C_o}=\dfrac{10.5}{0.001-0.0003}=15{,}000\ \mathrm{m^3/hr}$

$ACH=\dfrac{Q}{V}=\dfrac{15{,}000}{3{,}000}=$ 5 회/hr

[해설]

CO₂ 기준 필요환기량은 발생량 ÷ (실내 허용농도 − 외기농도)로 구한다. 이 값을 실내 체적으로 나누면 시간당 공기교환횟수가 된다.

G = 21 L/hr × 500인 = 10,500 L/hr = 10.5 m³/hr
$Q=\dfrac{10.5}{0.001-0.0003}=15{,}000\ \mathrm{m^3/hr}$
$ACH=\dfrac{15{,}000}{3{,}000}=$ 5 회/hr

혼동 주의: 외기 CO₂ 0.03 %를 빼지 않으면 ACH가 3.5로 과소평가된다. 농도는 0.1 % = 0.001처럼 분율로 바꿔 넣는다.

① 차음효과가 크고 착용에 따른 개인차가 적다

② 착용법이 간단해 별도의 훈련이 거의 필요 없다

③ 크기를 고를 필요가 거의 없어 대부분의 근로자가 사용할 수 있다

④ 외이도에 질환(염증)이 있어도 착용할 수 있다

⑤ 멀리서도 착용 여부를 확인할 수 있다

(위 가운데 4가지를 쓰면 된다.)

[해설]

귀마개는 외이도 안에 끼우고 귀덮개는 귓바퀴 전체를 덮어 누르는 구조라서, 이 차이에서 귀덮개의 장점이 나온다.

• 차음효과·개인차 — 외이도 모양과 관계없이 밀착돼 현장 차음효과가 크고 일정하다.
• 착용법 — 머리에 걸치기만 하면 되어 훈련이 거의 필요 없다.
• 크기 — 한 가지 크기로 대부분의 근로자가 쓸 수 있다.
• 외이도 질환 — 귀 안에 닿지 않아 외이도염이 있어도 착용할 수 있다.
• 착용 확인 — 겉으로 드러나 멀리서도 착용 여부가 보인다.

단점도 함께 외워 두자: 부피가 크고 비싸며, 고온다습한 곳에서 답답하고 안전모·안경다리에 밀착이 깨지기 쉽다.

$D=\dfrac{2\times 0.4\times 0.85}{0.4+0.85}=0.544\ \mathrm{m},\qquad V=\dfrac{300/60}{0.4\times 0.85}=14.71\ \mathrm{m/s}$

$\Delta P=0.02\times\dfrac{5}{0.544}\times\dfrac{1.2\times 14.71^{2}}{2\times 9.8}=$$2.43\ \mathrm{mmH_2O}$

[해설]

직관의 압력손실은 ΔP = f × (L/D) × 속도압으로 구한다. 장방형 덕트는 상당직경 D = 2ab/(a+b)로 바꿔 L/D 항에 넣는다.

$D=\dfrac{2\times0.4\times0.85}{0.4+0.85}=0.544\ \mathrm{m}$
$V=\dfrac{300/60}{0.4\times0.85}=14.71\ \mathrm{m/s}$
$VP=\dfrac{1.2\times14.71^{2}}{2\times9.8}=13.24\ \mathrm{mmH_2O}$
$\Delta P=0.02\times\dfrac{5}{0.544}\times13.24=$ 2.43 mmH₂O

혼동 주의: 유속은 상당직경이 아니라 실제 단면적(0.4 × 0.85 m²)으로 구한다.

20 ~ 20,000 Hz

[해설]

사람의 귀가 소리로 느끼는 가청주파수 범위는 20 ~ 20,000 Hz다.

20 Hz 미만은 초저주파음, 20,000 Hz 초과는 초음파라 하며 들리지 않을 뿐 인체에 영향을 줄 수 있다. 귀는 2,000 ~ 5,000 Hz 부근에서 가장 예민하다.

혼동 주의: 소음성 난청은 4,000 Hz 부근에서 먼저 나타나고(C₅-dip), 회화음역은 약 500 ~ 2,000 Hz다.

270,270.27

[해설]

동점성계수가 주어지면 레이놀즈수는 밀도 없이 유속 × 직경 ÷ 동점성계수로 구한다.

$Re=\dfrac{Vd}{\nu}$
$Re=\dfrac{25\times0.2}{1.85\times10^{-5}}$
Re = 270,270.27

레이놀즈수는 무차원수라 단위를 붙이지 않고, 직경 20 cm는 0.2 m로 바꿔 넣는다. 4,000을 훨씬 넘으므로 완전한 난류다.

① 작업공정의 습식화

② 발생원의 밀폐 또는 포위

③ 국소배기장치 설치(필요시 전체환기장치 병행)

④ 호흡용 보호구(방진마스크)의 지급 및 착용

[해설]

분진 대책은 발생 억제 → 확산 차단 → 제거 → 개인보호 순서로 세운다.

• 작업공정의 습식화 — 물을 뿌려 입자를 무겁게 만들어 날리지 않게 한다.
• 발생원의 밀폐·포위 — 발생원이 고정된 설비를 덮개·부스로 감싸 작업장 공기와 차단한다.
• 국소배기장치 — 발생원 가까이 둔 후드로 빨아들여 호흡영역에 퍼지기 전에 없애며, 필요하면 전체환기를 보조로 쓴다.
• 방진마스크 지급·착용 — 공학적 대책을 적용한 뒤에도 남는 노출을 막는 마지막 수단이다.

혼동 주의: 고농도 분진은 잘 희석되지 않으므로 전체환기만으로는 부족하고 국소배기가 우선이다.

$A=\dfrac{\pi}{4}\times 0.2^{2}=0.0314\ \mathrm{m^2},\qquad V=\dfrac{40/60}{0.0314}=21.22\ \mathrm{m/s}$

$VP=\dfrac{1.2\times 21.22^{2}}{2\times 9.8}=27.57\ \mathrm{mmH_2O}$

$SP_h=VP\,(1+F)=27.57\times(1+0.65)=$ $45.49\ \mathrm{mmH_2O}$

(후드 안은 대기압보다 낮으므로 부호를 붙이면 −45.49 mmH₂O)

[해설]

후드 정압은 속도압과 유입손실을 더한 값으로, SP_h = VP(1 + F)로 구한다.

$A=\dfrac{\pi}{4}\times0.2^{2}=0.0314\ \mathrm{m^2},\ V=\dfrac{40/60}{0.0314}=21.22\ \mathrm{m/s}$
$VP=\dfrac{1.2\times21.22^{2}}{2\times9.8}=27.57\ \mathrm{mmH_2O}$
$SP_h=27.57\times(1+0.65)=$ 45.49 mmH₂O

후드 안은 음압이므로 부호를 붙이면 −45.49 mmH₂O다. 혼동 주의: 유입손실계수 F와 유입계수 C_e는 서로 다른 값이며, C_e = √(1/(1+F)) 관계다.

1.003

[해설]

유효비중은 혼합기체의 각 성분 비중을 부피분율로 가중평균한 값이다.

3,000 ppm = 3,000 / 10⁶ = 0.003, 공기 분율 = 0.997
유효비중 = (2.0 × 0.003) + (1 × 0.997)
= 0.006 + 0.997 = 1.003

아세톤 증기의 비중이 공기의 2배여도 3,000 ppm은 부피로 0.3 %뿐이다. 그래서 혼합공기는 사실상 공기와 같은 밀도로 움직인다.

(1) 플랜지 — 후드 개구면 둘레에 붙이는 판. 후드 뒤쪽에서 들어오는 불필요한 기류를 막아 같은 제어속도를 더 적은 송풍량으로 얻게 한다.

(2) 테이퍼 — 후드와 덕트를 잇는 경사 접합부. 단면이 급격히 변하는 것을 막아 압력손실을 줄이고 개구면의 속도분포를 고르게 한다.

(3) 슬롯 — 개구부의 폭이 좁고 길이가 긴 형태의 후드 개구. 개구면 전체에 균일한 흡인속도를 만든다.

[해설]

세 용어는 모두 국소배기장치 후드의 흡인 효율을 높이는 구조 요소다.

• 플랜지 — 후드 개구면 둘레에 붙이는 판으로, 뒤·옆쪽의 쓸모없는 기류를 막아 같은 제어속도를 더 적은 송풍량(약 25 % 절감)으로 얻게 한다.
• 테이퍼 — 후드와 덕트를 잇는 경사 접합부로, 단면이 갑자기 바뀌며 생기는 박리·소용돌이를 막아 압력손실을 줄이고 개구면 속도분포를 고르게 한다.
• 슬롯 — 폭이 좁고 길이가 긴 개구(폭/길이 비 0.2 이하)로, 도금조처럼 긴 발생원 전체에 균일한 흡인속도를 만든다.

혼동 주의: 슬롯은 흡인속도를 고르게 할 뿐이며, 실제 유량 분배는 뒤쪽 플레넘이 맡는다.

(1) $A=0.3\times 0.1=0.03\ \mathrm{m^2}$ 이고 작업대 위 + 플랜지 부착이므로 계수 0.5를 적용한다.

$Q=0.5\times(10X^{2}+A)\,V_c=0.5\times(10\times 0.3^{2}+0.03)\times 1=0.465\ \mathrm{m^3/sec}\times 60=$ $27.90\ \mathrm{m^3/min}$

(2) $W=\sqrt{A}=\sqrt{0.03}=0.1732\ \mathrm{m}=$ $17.32\ \mathrm{cm}$

[해설]

외부식 후드의 필요환기량은 Dalla Valle 식 Q = (10X² + A)V_c에 조건별 계수를 곱해 구한다. 작업대 위에 플랜지를 부착한 경우는 0.5를 곱한다.

(1) A = 0.3 × 0.1 = 0.03 m²
Q = 0.5 × (10 × 0.3² + 0.03) × 1 = 0.465 m³/sec
0.465 × 60 = 27.90 m³/min

(2) W = √A = √0.03 = 0.1732 m = 17.32 cm

혼동 주의: 자유공간에 설치한 플랜지 없는 후드는 계수 1, 플랜지만 부착하면 0.75이다. 작업대 위에 둔 플랜지 없는 후드는 Q = (5X² + A)V_c를 쓴다.

① 피토관

② U자관 마노미터(경사 마노미터 포함)

③ 아네로이드 게이지

[해설]

덕트 압력은 피토관으로 끌어낸 뒤 압력계로 읽는 두 단계로 측정한다.

• 피토관 — 선단 구멍으로 전압을, 측면 구멍으로 정압을 받아 그 차로 속도압을 얻는 표준 기구다.
• U자관 마노미터 — 압력차를 액주 높이차로 읽으며, 작은 압력차는 관을 눕힌 경사 마노미터로 눈금을 확대해 읽는다.
• 아네로이드 게이지 — 액체 없이 다이어프램의 변형을 지침으로 읽는 기계식 압력계로, 마그네헬릭 게이지가 대표적이다.

속도압을 알면 V = 4.043√VP로 유속을 구할 수 있다. 아네로이드 게이지는 휴대가 간편하지만 주기적으로 교정해야 한다.

89.33 %

[해설]

흡입성 분진은 코·입으로 들어오는 전체 분진이다. 입경이 클수록 관성 때문에 덜 들어오므로 채취효율이 떨어진다.

SI = 50 × (1 + e^{−0.06 × 4.0})
= 50 × (1 + e^−0.24) = 50 × (1 + 0.7866)
= 89.33 %

지수항은 0과 1 사이 값이라 결과는 반드시 50 ~ 100 % 범위에 든다. 범위를 벗어났다면 지수의 음수 부호를 빠뜨린 것이다.

(1) 활성탄 — 비극성 물질(비극성 유기용제, 탄화수소류 등)의 채취

실리카겔 — 극성 물질(알코올류, 페놀류, 아민류, 산 등)의 채취

(2) ① 파과가 일어나지 않도록 채취농도·유량·채취시간을 조절할 것

② 온도·습도 등 환경조건이 분석값에 영향을 주지 않는 범위에서 채취할 것

[해설]

작업환경측정 흡착관은 “극성이 비슷한 것끼리 잘 붙는다”는 원리로 흡착제를 고른다.

• 활성탄 — 표면이 무극성 탄소라서 비극성 물질(벤젠·톨루엔 같은 유기용제, 탄화수소류)을 채취한다.
• 실리카겔 — 표면의 수산기(-OH) 때문에 극성을 띠어 극성 물질(알코올류·페놀류·아민류·산)을 채취한다.
• 파과 방지 — 앞층이 포화되면 물질이 뒤층을 지나 빠져나가 농도가 낮게 나오므로(파과) 채취농도·유량·채취시간을 조절한다.
• 환경조건 — 온도가 높으면 흡착량이 줄고, 습도가 높으면 수분이 흡착 자리를 먼저 차지해 채취효율이 떨어진다.

혼동 주의: 실리카겔은 물을 잘 흡착해서 습한 작업장에서 특히 파과가 빨라진다. 뒤층에서 검출된 양이 앞층의 10 %를 넘으면 파과로 본다.

2.78 m³/sec

[해설]

공기교환횟수(ACH)는 시간당 환기량을 실내 체적으로 나눈 값이다. 따라서 환기량은 ACH에 체적을 곱해 구한다.

Q = ACH × V
Q = 10 × 1,000 = 10,000 m³/hr
Q = 10,000 ÷ 3,600 = 2.78 m³/sec

혼동 주의: ACH×V 의 결과는 항상 시간당(m³/hr) 값이다. 초당으로 답하려면 3,600으로 나눠야 한다.

① 노출농도

② 노출시간 및 노출횟수

③ 작업강도

④ 기상조건

⑤ 개인의 감수성

[해설]

유해물질의 독성은 얼마나 들어오는가(노출량)와 받는 사람의 상태에 따라 달라진다.

• 노출농도 — 공기 중 농도가 높을수록 몸에 흡수되는 양이 커진다.
• 노출시간 및 노출횟수 — 농도와 함께 총 노출량을 정하며, 독성은 대체로 농도×시간(C×T=K)에 비례한다.
• 작업강도 — 힘든 작업일수록 호흡량이 늘어 같은 농도에서도 더 많이 들이마신다.
• 기상조건 — 고온·다습하면 호흡량과 피부 흡수가 늘고, 물질이 더 잘 증발한다.
• 개인의 감수성 — 연령·성별·건강상태·유전적 소인에 따라 같은 노출에도 반응이 다르다.

외우는 요령: 농도와 시간(횟수)은 들어오는 양으로, 작업강도·기상조건·감수성은 받는 쪽의 조건으로 묶어서 외운다.

67.90 mmH₂O

[해설]

송풍기 정압은 FSP = (SP_out − SP_in) − VP_in이다. 출구와 입구의 정압차에서 입구 속도압을 뺀다.

VP = γV²/2g = 1.21 × 14² / (2 × 9.8) = 12.10 mmH₂O
FSP = (20 − (−60)) − 12.10
FSP = 80 − 12.10 = 67.90 mmH₂O

혼동 주의: 흡입측 정압은 음수라서 빼면 더해진다(20 + 60 = 80). 공기 밀도가 주어졌으므로 온도 21 ℃는 계산에 쓰지 않는다.

0.11 cm/sec

[해설]

Lippmann 식은 상온·상압 공기의 밀도와 점성계수를 Stokes 식에 미리 넣어 정리한 간이식이다. ρ는 입자 비중, d는 입경(μm)이며, 입경은 m로 바꾸지 않고 μm 그대로 넣는다.

V(cm/sec) = 0.003 × ρ × d²
= 0.003 × 6.6 × 2.4² = 0.003 × 6.6 × 5.76
= 0.11 cm/sec

혼동 주의: 침강속도는 입경의 제곱에 비례하므로 흄처럼 작은 입자는 거의 가라앉지 않는다. 이 식은 대략 입경 1~50 μm 범위에서 쓴다.

① TD₁₀ 기준 — B 물질의 TD₁₀ 이 A 물질보다 작으므로, 이 기준에서는 B 물질의 독성이 더 강하다.

② TD₅₀ 기준 — A 물질의 TD₅₀ 이 B 물질보다 작으므로, 이 기준에서는 A 물질의 독성이 더 강하다.

③ 즉 어느 반응수준을 기준으로 삼느냐에 따라 두 물질의 독성 순위가 뒤바뀐다.

[해설]

TD는 일정 비율의 동물에 손상을 주는 용량이라 값이 작을수록 독성이 강하다.

• TD₁₀ 기준 — 반응률이 낮은 구간에서는 B 곡선이 왼쪽에 있어 TD₁₀(B) < TD₁₀(A)이므로 B가 더 독하다.
• TD₅₀ 기준 — 반응률 50 % 부근에서는 A 곡선이 왼쪽으로 넘어와 TD₅₀(A) < TD₅₀(B)이므로 A가 더 독하다.
• 순위 역전 — A는 기울기가 가파르고 B는 완만해 두 곡선이 교차하므로, 기준으로 삼는 반응수준에 따라 독성 순위가 뒤바뀐다.

그래서 한 지표만으로 독성을 비교하지 말고, 실제 작업장 노출이 대개 저용량 구간이라는 점을 고려해 곡선 전체를 봐야 한다.