2018년 산업위생관리기사실기(필답형) 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

(1) 45 ppm

(2) 노출지수 0.9 — 1을 초과하지 않으므로 노출기준을 초과하지 않는다

[해설]

시간가중평균(TWA)은 노출농도 × 노출시간의 합을 실제 작업시간이 아닌 8시간으로 나눈 값이다.

TWA = (C₁T₁ + C₂T₂) / 8
= (60 × 3 + 45 × 4) / 8 = 360 / 8
= 45 ppm

노출지수 = TWA / TLV
= 45 / 50 = 0.9

노출지수가 1을 넘지 않으므로 노출기준을 초과하지 않는다. 혼동 주의: 실제 작업시간 7시간으로 나누면 51.4 ppm이 나와 판정이 뒤집힌다.

① 직접적정법

② 간접적정법

③ 치환적정법

④ 역적정법

[해설]

킬레이트 적정법은 EDTA 같은 킬레이트 시약이 금속이온과 1 : 1 착물을 만드는 반응으로 금속을 정량하는 방법이며, 적정 방식에 따라 네 가지로 나뉜다.

• 직접적정법 — 시료 속 금속이온을 킬레이트 표준액으로 바로 적정한다.
• 간접적정법 — 킬레이트와 반응하지 않는 성분을 특정 금속과 반응시킨 뒤, 그 금속을 적정해 원래 성분의 양을 거꾸로 계산한다.
• 치환적정법 — 결합력이 약한 금속 착물(Mg-EDTA 등)을 넣고, 대상 금속이 밀어낸 금속을 적정한다.
• 역적정법 — 킬레이트 표준액을 과량 넣은 뒤 남은 양을 다른 금속 표준액으로 되적정한다.

외우는 요령: 기준은 대상 금속을 직접 적정할 수 있는가이다. 직접 안 되면 남은 양을 재거나(역), 다른 금속으로 바꿔 재거나(치환), 다른 반응으로 돌아서 잰다(간접).

$Q_{21}=\dfrac{24.1\times S\times W\times C\times 10^{2}}{M\times \mathrm{LEL}\times B}=\dfrac{24.1\times 0.88\times 1.5\times 5\times 10^{2}}{106\times 1\times 0.7}=214.37\ \mathrm{m^3/hr}=3.57\ \mathrm{m^3/min}$

$Q_{150}=3.57\times\dfrac{273+150}{273+21}=3.57\times 1.4388=$ $5.14\ \mathrm{m^3/min}$

[해설]

폭발방지 환기량은 LEL을 기준으로 먼저 21 ℃ 환기량을 구한 뒤, 절대온도비로 오븐 내부 온도에 맞게 보정한다.

Q₂₁ = (24.1 × S × W × C × 10²) ÷ (M × LEL × B)
= (24.1 × 0.88 × 1.5 × 5 × 10²) ÷ (106 × 1 × 0.7)
= 214.37 m³/hr = 3.57 m³/min
Q₁₅₀ = 3.57 × (273 + 150) ÷ (273 + 21)
= 5.14 m³/min

식 분자의 몰부피는 21 ℃·1기압 값이라서 계산 결과가 21 ℃ 기준 환기량이 된다.

보정상수 B는 고온에서 폭발하한 자체가 낮아지는 것을 반영하는 값으로, 120 ℃ 이상에서 적용한다.

혼동 주의 — 절대온도비는 공기 부피의 팽창을 반영하므로 B와 별개로 반드시 함께 적용한다.

$F_3 = E + 0.8H$

[해설]

레시버식 캐노피형 후드는 스스로 떠오르는 열상승기류를 받아내는 후드이다. 그래서 기류가 올라가며 퍼지는 폭만큼 후드를 키워야 한다.

상승기류는 높이 H를 올라가는 동안 한쪽으로 약 0.4H씩 퍼지므로, 양쪽을 합친 0.8H를 열원 폭에 더한다.
$F_3 = E + 0.8H$

E는 열원의 폭, H는 열원에서 후드 개구면까지의 높이다. H가 커질수록 후드 직경과 필요배기량이 함께 커지므로 후드는 열원에 가깝게 설치한다.

$C=\dfrac{50\ \mathrm{ppm}\times 131.39}{24.45}=268.69\ \mathrm{mg/m^3}$

$V=\dfrac{0.5\ \mathrm{mg}}{268.69\ \mathrm{mg/m^3}}=1.861\times 10^{-3}\ \mathrm{m^3}=1.861\ \mathrm{L}$

$t=\dfrac{1.861\ \mathrm{L}}{0.15\ \mathrm{L/min}}=$ $12.41\ \mathrm{min}$

[해설]

최소 채취시간은 분석기가 정량할 수 있는 최소량인 정량한계(LOQ)만큼 시료를 모으는 데 걸리는 시간이다. 예상농도를 mg/m³로 바꾼 뒤 LOQ를 채울 공기량을 구하고 채취유량으로 나눈다.

25 ℃·1기압의 몰부피 24.45 L로 질량농도를 구한다.
$C=\dfrac{\mathrm{ppm}\times M}{24.45}=\dfrac{50\times 131.39}{24.45}=268.69\ \mathrm{mg/m^3}$

LOQ를 채우는 공기량과 채취시간은 다음과 같다.
$V=\dfrac{0.5\ \mathrm{mg}}{268.69\ \mathrm{mg/m^3}}=1.861\times10^{-3}\ \mathrm{m^3}=1.861\ \mathrm{L}$
$t=\dfrac{1.861\ \mathrm{L}}{0.15\ \mathrm{L/min}}=12.41\ \mathrm{min}$

혼동 주의: 이 값은 하한이다. 너무 오래 채취하면 활성탄관에 파과가 일어나므로 채취시간에는 상한도 있다.

JSI

[해설]

손·손목 반복작업의 부담을 체크리스트로 평가하는 도구는 JSI(Job Strain Index, 작업긴장지수)이다. 발문의 '손목을 반복적으로 사용하는 작업'이 JSI를 가리킨다.

힘의 강도·힘의 지속시간·분당 힘의 빈도·손/손목 자세·작업속도·1일 작업시간의 6개 변수를 등급화해 배수를 곱하며, 값이 클수록 위험하다.

혼동 주의: 상지 전반은 RULA, 전신 자세는 REBA, 자세 코드화는 OWAS, 들기작업은 NLE다.

(1) 1.2

(2) 노출지수가 1을 초과하므로 전체환기시설을 설치해야 한다

(3) 437.07 m³/min

[해설]

상가작용 혼합물은 각 물질의 농도÷노출기준을 더한 노출지수로 판정하고, 환기량도 물질별로 구해 합산한다.

노출지수는 다음과 같다.
$EI=\dfrac{120}{200}+\dfrac{60}{100}=0.6+0.6=1.2$

1.2는 1을 초과하므로 노출기준 초과이며 전체환기시설을 설치해야 한다. 두 물질이 각각은 기준 이하여도 합쳐서 판단한다.

21 ℃·1기압의 몰부피는 24.123 L이고, 환기량은 $Q=\dfrac{G}{\mathrm{TLV}}\times K$ 로 구한다.
MEK: $G=\dfrac{24.123\times 2\times0.805\times1000}{72.06}=538.97\ \mathrm{L/hr}$
$Q_1=\dfrac{538{,}970}{200}\times3\div60=134.74\ \mathrm{m^3/min}$
톨루엔: $G=\dfrac{24.123\times 2\times0.866\times1000}{92.13}=453.50\ \mathrm{L/hr}$
$Q_2=\dfrac{453{,}500}{100}\times4\div60=302.33\ \mathrm{m^3/min}$
$Q=134.74+302.33=437.07\ \mathrm{m^3/min}$

혼동 주의: 독립작용이면 합산하지 않고 가장 큰 환기량 하나만 취한다.

테이퍼

[해설]

후드와 덕트를 잇는 경사접합부는 테이퍼(taper)로, 넓은 후드 개구에서 좁은 덕트로 단면을 서서히 줄이는 원뿔형 부분이다.

단면이 급격히 좁아지면 기류가 벽에서 떨어지는 박리와 축류(vena contracta)가 생겨 유입손실이 커진다. 테이퍼는 이 박리를 막아 압력손실을 줄인다.

혼동 주의: 충만실·슬롯·분리날개는 개구면 유속을 고르게 하는 장치이고, 접속부 압력손실을 줄이는 것은 테이퍼다.

10,919.86 m³/hr

[해설]

희석환기량은 발생한 증기를 노출기준 이하로 묽히는 데 필요한 공기량이며, 여기에 현장의 불완전한 혼합을 감안한 안전계수를 곱한다.

$Q=\dfrac{G}{\mathrm{TLV}}\times K$

계산은 사용량(부피) → 질량 → 증기 부피의 순서로 간다.

① 질량 — 비중 0.805는 1 mL가 0.805 g이라는 뜻이다.

$2\ \mathrm{L/hr}\times 0.805\ \mathrm{g/mL}\times 1{,}000\ \mathrm{mL/L}=1{,}610\ \mathrm{g/hr}$

② 증기 부피 — 25 ℃·1기압에서 기체 1몰의 부피는 $\dfrac{273+25}{273}\times 22.4=24.451\ \mathrm{L}$ 이다. 분자량 72.1 g이 24.451 L를 차지하므로

$G=\dfrac{24.451\times 1{,}610}{72.1}=545.99\ \mathrm{L/hr}=545{,}993\ \mathrm{mL/hr}$

③ 환기량 — ppm은 공기 1 m³당 오염물질 mL 수(mL/m³)와 같으므로, 증기의 mL/hr를 ppm으로 나누면 곧바로 m³/hr가 나온다.

$Q=\dfrac{545{,}993}{200}\times 4=\mathbf{10{,}919.86\ \mathrm{m^3/hr}}$

분당으로 고치면 약 182.0 m³/min이다. 안전계수 $K$ 는 공기와 오염물질이 실제로는 완전히 섞이지 않고, 유해성이 크거나 발생량이 시간에 따라 출렁이면 국부적으로 농도가 치솟는 것을 감안한 여유값이다. 조건이 $K$ 를 지정해 주면 그대로 쓰면 된다.

① 발생원을 완전히 둘러싸 유해물질이 작업장으로 새어 나가지 않는다

② 같은 제어효과를 얻는 데 필요한 송풍량이 가장 적어 설비·운전 비용이 절감된다

③ 작업장 내 방해기류(외부 기류)의 영향을 거의 받지 않는다

[해설]

포위식 후드는 발생원을 상자처럼 둘러싸고 작업 개구만 남겨 내부를 음압으로 유지하는 형식이다.

• 완전 포위 — 격벽이 있어 유해물질이 작업장으로 새어 나가지 않는다.
• 최소 송풍량 — 열린 면이 작업 개구뿐이라 필요송풍량(개구면적×제어속도)이 가장 적어 설비·운전비가 줄어든다.
• 방해기류 차단 — 통풍·사람 움직임 같은 외부 기류를 격벽이 막아 포집이 안정적이다.

그래서 미량 유출도 허용되지 않는 맹독성 물질은 포위식을 원칙으로 한다.

30 mg/m³

[해설]

작업환경 측정치는 대수정규분포를 따르므로 대표값으로 기하평균을 쓴다. 손으로 계산할 때는 상용로그의 평균을 구한 뒤 거듭제곱으로 되돌린다.

$\log GM=\dfrac{\sum\log x_i}{n}$
$\log GM=\dfrac{1.3979+1.5563+1.3010+1.6532+1.2553+1.6990+1.4771+1.1761+1.7782+1.4771}{10}=1.4771$
$GM=10^{1.4771}=30\ \mathrm{mg/m^3}$

혼동 주의: 같은 자료의 산술평균은 32.9 mg/m³이다. 값이 모두 같지 않으면 기하평균이 항상 더 작다.

① 직접차단(간섭)

② 관성충돌

③ 확산

[해설]

여과지는 체처럼 거르는 것이 아니라 섬유 표면에 입자를 붙잡으며, 어떤 기전이 주로 작용할지는 입자 크기가 가른다.

• 직접차단(간섭) — 기류를 따라가던 중간 크기 입자가 섬유에 입자 반지름 이내로 스치며 붙는다.
• 관성충돌 — 약 1 μm 이상의 큰 입자가 기류가 꺾일 때 직진해 섬유에 부딪힌다.
• 확산 — 0.1 μm 이하 미세입자가 브라운운동으로 섬유에 닿아 포집된다.

세 기전이 모두 약한 0.3 μm 부근에서 포집효율이 가장 낮다. 이 밖에 중력침강·정전기력도 채취원리로 든다.

(1) 6 dB(A)

(2) 94 dB(A)

[해설]

NRR은 실험실에서 얻은 값이므로 현장에서는 (NRR−7)×0.5로 보정한 값을 차음효과로 본다. 7을 빼는 것은 C특성을 A특성으로 바꾸는 보정이고, 0.5는 실제 착용 상태를 감안한 안전율이다.

차음효과와 실제 노출 음압수준은 다음과 같다.
$(19-7)\times0.5=6\ \mathrm{dB(A)}$
$100-6=94\ \mathrm{dB(A)}$

94 dB(A)도 8시간 노출기준 90 dB(A)를 넘는다. 따라서 발생원 대책이나 작업시간 단축이 함께 필요하다.

(1) $Re=\dfrac{V d}{\nu}=\dfrac{5\times 0.12}{1.5\times 10^{-5}}=\mathbf{40{,}000}$

(2) 흐름의 종류 : 난류

[해설]

레이놀즈수는 관성력과 점성력의 비를 나타내는 무차원수로, 동점성계수가 주어지면 $Re=Vd/\nu$ 로 구한다.

지름을 m 단위로 바꿔 대입한다.
$Re=\dfrac{5\times 0.12}{1.5\times 10^{-5}}=40{,}000$

판정 기준은 Re < 2,100 층류, 2,100~4,000 전이영역, Re > 4,000 난류이므로 40,000은 난류다.

32배

[해설]

직관의 압력손실은 달시–바이스바흐 식을 따르고, 유량이 일정하면 유속도 직경에 따라 변한다.

$\Delta P=f\dfrac{L}{D}\dfrac{\gamma V^2}{2g}\propto\dfrac{V^2}{D}$
$V=\dfrac{4Q}{\pi D^2}\propto\dfrac{1}{D^2}$

따라서 압력손실은 직경의 5제곱에 반비례한다.

$\Delta P\propto\dfrac{1}{D^4}\times\dfrac{1}{D}=\dfrac{1}{D^5}$
$\dfrac{\Delta P_2}{\Delta P_1}=2^5=32$

혼동 주의: 속도압만 보면 16배이고, L/D 항에서 2배가 더 붙어 32배가 된다.

전기집진장치

[해설]

코로나 방전으로 분진을 대전시켜 집진극에 붙이는 전기집진장치(EP)의 특징이다.

• 압력손실이 낮음 — 기류를 막는 여과재가 없어 10~20 mmH₂O 수준이다.
• 운전·유지비가 쌈 — 송풍동력이 적고 여과포 같은 소모품이 없다.
• 집진효율 우수 — 서브마이크론 입자까지 99 % 이상 포집하고 고온가스도 처리한다.
• 초기비·설치공간이 큼 — 체류시간을 확보할 큰 처리실과 고압 전원장치가 필요하다.

혼동 주의: 여과집진장치(백필터)도 효율은 높지만 압력손실이 크고 여과포 교체비가 든다.

(1) 노출지수 1.2 — 1을 초과하므로 노출기준을 초과한다

(2) 20 ppm

[해설]

상가작용 혼합물은 각 성분의 측정농도÷노출기준을 모두 더한 노출지수가 1을 넘으면 노출기준 초과로 판정한다.
$EI=\dfrac{6}{10}+\dfrac{8}{20}+\dfrac{10}{50}=0.6+0.4+0.2=1.2$

1.2는 1을 초과하므로 노출기준을 초과한다. 세 물질이 각각은 기준 이하여도 합산해서 판단한다.

보정된 허용농도는 혼합물의 총농도÷노출지수이다.
$\mathrm{TLV}_{mix}=\dfrac{6+8+10}{1.2}=\dfrac{24}{1.2}=20\ \mathrm{ppm}$

혼동 주의: 이 값은 현재 혼합비율(6 : 8 : 10)이 유지될 때만 유효하다.

(1) 플랜지 부착 — $\Delta P = 0.49\,VP$

(2) 플랜지 미부착 — $\Delta P = 0.93\,VP$

[해설]

후드 유입손실은 ΔP = F × VP이고, 유입손실계수 F는 유입계수 C_e로 구한다.
$F=\dfrac{1-C_e^{2}}{C_e^{2}}$

플랜지 미부착 원형 개구는 C_e=0.72이다.
$F=\dfrac{1-0.72^{2}}{0.72^{2}}=0.93\ \Rightarrow\ \Delta P=0.93\,VP$

플랜지를 붙이면 후드 뒤쪽에서 돌아 들어오는 기류가 차단되어 C_e=0.82로 오른다.
$F=\dfrac{1-0.82^{2}}{0.82^{2}}=0.49\ \Rightarrow\ \Delta P=0.49\,VP$

혼동 주의: 조건의 계수가 유입손실계수 F인지 유입계수 C_e인지 먼저 확인한다.