[가스기능사 필기] 14년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

플레어스택은 긴급이송설비로 방출되는 가스를 연소시켜 안전하게 처리하는 장치이다.
벤트스택이 가스를 연소시키지 않고 그대로 대기로 방출하는 설비인 것과 달리, 플레어스택은 점화원을 이용해 가스를 태워 무해화한 뒤 방출한다.

웨버지수가 허용기준보다 낮으므로 불합격에 해당한다.
도시가스 품질기준에서 정하는 웨버지수 범위는 51.7~57.0MJ/m³인데, 측정값 36.52MJ/m³는 그 하한에도 크게 못 미친다.
웨버지수가 낮으면 같은 노즐로 공급할 때 열량이 부족해 화력 저하·불완전연소 등의 문제를 일으킨다.

아세틸렌은 흡열화합물이지 발열화합물이 아니므로, '발열화합물이므로 분해폭발 우려가 있다'는 설명은 틀렸다.
아세틸렌은 생성될 때 열을 흡수하는 불안정한 화합물이며, 이 때문에 외부 충격이나 압력에서 분해될 때 오히려 열을 방출하며 폭발할 위험이 있다.
색이 없고 불순물이 있으면 악취가 나는 점, 융점과 비점이 비슷해 고체 상태에서 승화하는 점, 액체보다 고체 상태가 더 안정한 점은 모두 옳은 설명이다.

제3자의 출입이 쉬운 교량설치 배관에는 보행방지철조망이나 방호철조망을 설치해야 한다.
교량첨가 배관은 원칙적으로 용접시공을 하며, 기계적 접합만을 원칙으로 하지 않는다.
하중에 의한 합성응력이 배관의 허용응력을 초과하지 않도록 설계해야 하며, 초과하도록 설계한다는 설명은 안전 원칙에 어긋난다.

매개체(연소 매질의 종류, 예: 산소, 공기, 불활성 가스 등)는 폭발의 발생 여부보다는 연소 속도나 형태에 영향을 주는 2차적 요소로, 폭발 자체를 일으키는 직접적인 영향 요소로는 거리가 있다.
가스 폭발의 강도와 위험성을 결정하는 핵심 요소는 온도, 조성, 압력이다.
온도: 온도가 높을수록 활성화 에너지가 낮아져 폭발 가능성이 증가한다.
조성: 가연성 가스의 농도(조성)가 폭발 범위 내에 있어야 폭발이 발생한다.
압력: 압력이 높을수록 폭발의 강도가 커진다.

부탄 사용 시 프로판보다 약 1.3배의 공기가 필요하다.
완전연소에 필요한 이론산소몰수는 프로판(C₃H₈)이 5몰, 부탄(C₄H₁₀)이 6.5몰이므로, 공기량 비율은 $\dfrac{6.5}{5}=1.3$이 된다.

차량에 고정된 탱크는 항상 40℃ 이하로 온도를 유지해야 한다.
고압가스를 이동 시 저장설비의 온도가 지나치게 오르면 내압 상승으로 위험해지므로, 이를 방지하기 위한 상시 관리 기준이다.

가스 출구가 얼었을 때는 60℃가 아니라 40℃ 이하의 미지근한 물로 녹여야 한다.
고온의 물을 사용하면 용기 내부 압력이 급격히 상승하거나 국부 가열로 인한 위험이 커지므로, 40℃를 넘지 않는 온수로 서서히 녹이는 것이 원칙이다.
화기엄금 표시, 산소용기와의 이격 보관, 통풍이 양호한 저장 구조는 모두 올바른 취급 방법이다.

열 영향을 받은 용기라도 무조건 폐기·교환하는 것이 아니라, 재검사를 거쳐 이상이 없으면 계속 사용할 수 있다.
용기 도색·표시 상태 확인, 내외면 점검, 재검사 기간 도래 여부 확인은 모두 안전점검 시 실제로 이루어지는 항목이다.

제2종 보호시설까지의 안전거리는 20m 이상이다.
독성가스 처리설비의 저장능력별 안전거리 기준에서 45,000kg은 4만kg을 초과하는 구간에 해당하며, 이 구간의 기준거리는 제1종 보호시설 30m, 제2종 보호시설 20m이다.

필요한 용기는 6개이다.
용기 1개당 충전량은 $W=\dfrac{V}{C}=\dfrac{50}{0.86}\approx58.1\,\mathrm{kg}$이다.
따라서 필요 개수는 $\dfrac{300}{58.1}\approx5.16$개이므로, 소수점을 올려 6개가 필요하다.

KS D 3507(배관용 탄소강관, SPP)은 저압 배관용이라 1.2MPa 설비에는 부적합하다.
이에 비해 압력배관용 탄소강관(KS D 3562), 고온배관용 탄소강관(KS D 3570), 배관용 스테인리스 강관(KS D 3576)은 상대적으로 높은 압력에 견디도록 규격화되어 있어 사용할 수 있다.

도시가스 사용시설의 지상배관은 황색으로 도색한다.
매설배관의 경우 저압은 황색, 중압 이상은 적색으로 구분하는 등, 색상으로 배관의 압력 구분이나 설치 형태를 한눈에 알아볼 수 있게 한다.

저장탱크실 상부 윗면에서 저장탱크 상부까지의 깊이는 0.6m 이상으로 해야 한다.
지하에 매설되는 저장탱크를 충분한 흙으로 덮어 외부 충격이나 열로부터 보호하기 위한 기준이다.

이음매 없는 용기의 재검사 내압시험 합격 기준은 영구증가율 10% 이하이다.
내압시험 중 용기가 영구적으로 늘어난 정도가 이 기준을 넘으면 용기의 강도가 저하된 것으로 보아 불합격 처리된다.

초저온용기 및 저온용기의 부속품에는 LT 기호를 표시한다.
이 밖에 아세틸렌가스용기 부속품은 AG, 압축가스용기 부속품은 PG, 액화석유가스 이외의 액화가스용기 부속품은 LG로 구분해 표시한다.

충전설비는 그 외면으로부터 사업소 경계까지 24m 이상의 거리를 유지해야 한다.
액화석유가스 충전시설에서 저장설비·충전설비 등에 공통으로 적용되는 사업소경계 안전거리 기준이다.

암모니아(NH₃)는 가연성이면서 동시에 독성을 갖는 대표적인 가스이다.
수소는 가연성이지만 독성가스가 아니다.
메탄도 가연성이지만 독성가스로 분류되지 않는다.
질소는 불연성이자 불활성 가스이다.

최소점화에너지(MIE)는 가스의 표면장력이 아니라 농도·압력·온도·산소농도 등에 의해 주로 결정되므로 해당 설명은 틀린 내용이다.
인화점·발화점이 낮을수록 위험하다는 설명과, 탄소수가 많은 탄화수소일수록 착화점이 낮아진다는 설명은 모두 옳다.

에어졸 제품의 불꽃길이 시험은 상온(23±2℃ 또는 24~26℃ 범위)에서 수행되는 안전성 평가 항목으로, 채취한 시료를 일정한 상온 조건에 유지한 후 테스트한다. 보기 3번과 4번은 각각 고온 환경 조건이므로 제외되고, 보기 2번(26℃ 이상 30℃ 미만)은 상한선이 높으므로, 24℃ 이상 26℃ 이하의 표준 상온 범위가 정확한 조건이다.

천연가스는 공기보다 가벼워 누출 시 위쪽에 체류하므로, 가스누출경보기의 검지부는 천장에서 30㎝ 이내에 설치하는 것이 가장 적합하다.
공기보다 무거운 LPG와 달리, 천연가스는 검지부를 바닥이 아닌 천장 부근에 두어야 누출을 신속히 감지할 수 있다.

산화에틸렌의 제독제는 물이며, 소석회는 적합한 제독제가 아니다.
염소의 제독제로 탄산소다수용액을 사용하는 것은 적합하다.
포스겐의 제독제로 소석회를 사용하는 것은 적합하다.
황화수소의 제독제로 가성소다수용액을 사용하는 것은 적합하다.

저장탱크에 의한 액화석유가스 사용시설에서 가스계량기는 화기와 2m 이상의 우회거리를 유지해야 한다.

공기 중 산소농도를 높이면 연소속도는 빨라지고 발화온도는 낮아진다.
산소가 풍부해질수록 연소 반응이 활발해져 더 낮은 온도에서도 착화가 이루어지기 때문이다.

제시된 가스 중 시안화수소는 LC50 값이 가장 작아 독성이 가장 강한 가스에 해당한다.
LC50은 값이 작을수록 적은 농도로도 치사에 이른다는 뜻이므로 독성이 강한 것으로 평가된다.

가스사고 통보내용에는 통보자의 소속·직위·성명·연락처, 사고발생 일시 및 장소, 시설현황 및 피해현황 등이 포함되지만, 사고원인자의 인적사항은 통보내용에 해당하지 않는다.

폭굉(Detonation) 발생 시의 화염전파속도는 약 1000~3000m/s 정도이다.
정상연소(폭연)의 연소속도가 수 m/s 수준에 그치는 것과 비교하면 압도적으로 빠르며, 충격파를 동반한다는 점이 폭굉의 특징이다.

위험도는 $H=\dfrac{U-L}{L}$ (U는 폭발상한, L은 폭발하한)로 계산한다.
아세틸렌은 폭발범위가 약 2.5~81%로 매우 넓어 $H=\dfrac{81-2.5}{2.5}\approx31$로 가장 크다.
프로판(약 2.1~9.5%), 일산화탄소(약 12.5~74%), 암모니아(약 15~28%)는 모두 위험도 값이 이보다 훨씬 작다.

의료용 에틸렌 용기는 자색으로 칠한다. 갈색은 의료용 헬륨 용기의 색이다. 의료용 산소는 백색, 액화탄산가스는 회색, 질소는 흑색으로 칠한다.

경계책 안에서 화기·발화·인화하기 쉬운 물질의 휴대는 원칙적으로 금지되지만, 작업상 불가피하게 필요한 경우에는 예외적으로 허용되므로 어떠한 경우라도 금지된다는 설명은 틀린 내용이다.
경계책 높이(1.5m 이상), 건축물 내 설치 시 생략 가능, 무단출입 금지 표지 부착 등의 나머지 설명은 모두 옳다.

가스 액화분리장치의 구성기기 중 냉동사이클과 액화사이클을 함께 응용하는 장치는 한냉발생장치이다.
이 장치는 원료가스를 액화시키는 데 필요한 저온 상태를 만들어내는 역할을 한다.

펌프의 소요동력(축동력)은 약 36.8 kW이며, 다음 공식으로 구한다.
$P = \frac{H \times Q \times \rho \times g}{\eta \times 1000}$
주어진 값을 정리하면 양정 H = 90m, 유량 Q = 90m³/h = 90/3600 = 0.025m³/s, 물의 밀도 ρ = 1000kg/m³, 중력가속도 g = 9.8 m/s², 효율 η = 60% = 0.6이다.
대입하면
$P = \frac{90 \times 0.025 \times 1000 \times 9.8}{0.6 \times 1000} = \frac{22050}{600} = 36.75 \text{ kW}$
로, 약 36.8 kW이다.

중화장치는 독성가스 누출 시 이를 중화·제해하기 위한 설비로, 도시가스공급시설의 안전제어장치에는 해당하지 않는다.
도시가스공급시설의 안전제어장치에는 압력안전장치, 가스누출검지경보장치, 긴급차단장치 등이 포함된다.

높은 온도에서 일정한 응력이 지속적으로 작용할 때 시간 경과에 따라 변형이 계속 증가하다가 결국 파괴에 이르는 현상을 크리프(creep)라고 한다. 피로는 반복적인 응력에 의한 파괴, 에로숀은 표면 마모, 탈탄은 강의 표면 탄소 손실 현상이므로 정의와 맞지 않는다.

저압배관의 유량식은 $Q=K\sqrt{\dfrac{D^{5}H}{SL}}$로, 유량은 가스비중 S의 제곱근에 반비례한다. 따라서 가스비중에 비례한다는 설명이 틀렸다.
나머지는 배관길이가 길수록 유량이 줄고, 허용압력손실과 관경에 의해 결정되는 계수가 클수록 유량이 늘어난다는 뜻이므로 옳은 설명이다.

기어펌프는 외치식, 내치식, 편심로터리식 등 여러 구조로 나뉘며, 저비점 액체를 이송할 때 베이퍼록 현상이 일어나기 쉬운 펌프이다.

탄소강에서 저온취성(냉간취성)을 일으키는 원소는 인(P)이다.
참고로 황(S)은 적열취성(고온취성)을 일으키는 원소로 저온취성과는 구분된다.

벨로우즈는 탄성식 압력계에 사용되는 부품으로 유량 측정용 계측기기가 아니다.
피토관, 오리피스, 벤투리는 모두 차압을 이용해 유량을 측정하는 대표적인 유량계측기기이다.

가스의 연소방식에는 적화식, 분젠식, 세미분젠식, 전1차공기식 등이 있으며, 원지식이라는 방식은 존재하지 않는다.

원심펌프, 사류펌프, 축류펌프는 모두 회전 날개로 유체에 에너지를 전달하는 터보형 펌프이다.
반면 플런저펌프는 왕복운동으로 유체를 밀어내는 용적형(왕복동식) 펌프이므로 터보형에 해당하지 않는다.

강제기화방식이라고 해서 계량기 설치가 면제되는 것은 아니므로, 계량기를 설치하지 않아도 된다는 설명이 틀린 내용이다.
기화량 가감이 용이하고, 공급가스의 조성이 일정하며, 한랭 시에도 충분히 기화시킬 수 있다는 것은 강제기화방식의 대표적인 장점이다.

비점이 낮고 내압이 0.4~0.5MPa 이상인 액체를 다루는 펌프에는 밸런스 시일형 메카니컬 시일이 주로 사용된다.
내압이 낮은 경우에는 인사이드 시일형이나 아웃사이드 시일형이 쓰이지만, 고압에서는 시일면에 걸리는 압력을 상쇄시킬 수 있는 밸런스 시일형이 적합하다.

기화기의 온수가열방식은 온수의 온도가 80℃ 이하여야 하므로, 90℃ 이하라는 설명은 틀린 내용이다.
증기가열방식의 증기온도 120℃ 이하, 압력계 최고눈금이 상용압력의 1.5~2배, 기화통의 가스액이 토출배관으로 흐르지 않도록 자동제어장치를 설치한다는 나머지 설명은 모두 옳다.

가스크로마토그래피는 캐리어가스, 컬럼, 검출기, 기록계 등으로 구성되며, 광원은 구성요소에 해당하지 않는다.
광원은 흡광광도법 등 분광분석 장치에 필요한 요소이다.

고압장치의 재료 중 LNG 탱크 – 9% 니켈강이 적합한 조합이다. 9% 니켈강은 약 -162℃의 극저온에서도 저온취성이 잘 일어나지 않아 LNG 저장탱크 재료로 쓰인다.
액화염소용기는 화이트메탈이 아니라 강재로 제작한다.
화이트메탈은 오히려 압축기 베어링용 재료이므로 베어링에 13% 크롬강을 쓴다는 조합은 맞지 않는다.
고온·고압의 수소반응탑은 탄소강을 쓰면 수소취성이 발생하므로 크롬-몰리브덴강 등을 사용한다.

섭씨온도와 화씨온도의 변환 공식은 $F = \frac{9}{5}C + 32$이다. 두 눈금이 일치하는 지점은 $C = F$일 때이므로, $C = \frac{9}{5}C + 32$를 정리하면 $C - \frac{9}{5}C = 32$, 즉 $-\frac{4}{5}C = 32$이고, $C = -40$이다. 따라서 섭씨온도 -40℃일 때 화씨온도도 -40℉로 두 눈금이 일치한다.

연소기 연소상태 시험에서 13A 계열 시험가스는 시험 목적에 따라 나뉘며, 13A-2는 역화하기 쉬운 가스로서 역화 여부를 확인하는 데 쓴다. 나머지 시험가스는 불완전연소나 선화 등 다른 연소 이상 상태를 시험하는 데 쓴다.

KOH(수산화칼륨)는 강염기로서 이산화탄소와 반응하여 탄산염을 형성하므로 가스분석에서 CO₂ 흡수제로 사용된다. H₂SO₄는 수분 건조제, CaCl₂도 건조제이며, NH₄Cl은 암모니아 흡수에 사용되므로 CO₂ 흡수 용도가 아니다. KOH는 CO₂ + 2KOH → K₂CO₃ + H₂O로 반응하여 이산화탄소를 완전히 제거할 수 있다.

보일의 법칙은 온도가 일정할 때 기체의 압력과 부피가 반비례한다는 법칙이다.

산소는 조연성가스이며 그 자신은 연소하지 않는 가스이므로, 가연성가스이나 연소하지 않는다는 설명은 틀린 내용이다.
무색·무취이며 물에 약간 녹는다는 점, 용기 도색(공업용 녹색·의료용 백색), 무계목 용기를 사용한다는 나머지 설명은 모두 옳다.

일산화탄소는 폭발범위가 약 12.5~74%로 폭이 가장 커서, 제시된 가스 중 폭발범위가 가장 넓다.
황화수소(약 4.3~45%), 암모니아(약 15~28%), 메탄(약 5~15%)은 모두 이보다 폭발범위의 폭이 좁다.

암모니아의 건조제로는 소다석회가 사용된다.
진한 황산이나 황산동 수용액은 염기성인 암모니아와 반응해 버리므로 건조제로 사용할 수 없다.

공기보다 무거워 누출 시 낮은 곳에 체류하고, 기화·액화가 쉬우며 발열량과 증발잠열이 커서 냉매로도 이용되는 가스는 LPG이다.

"열은 스스로 저온의 물체에서 고온의 물체로 이동할 수 없다"는 것은 열역학 제2법칙(클라우지우스 표현)에 해당한다.

제시된 압력을 같은 단위로 환산하면 1.5kgf/cm²가 약 1.45atm으로 가장 높은 압력이다.
$10\ \mathrm{mH_2O}\approx0.97\ \mathrm{atm}$, $745\ \mathrm{mmHg}\approx0.98\ \mathrm{atm}$, $0.6\ \mathrm{atm}$은 모두 이보다 낮다.

게이지압력 = 절대압력 − 대기압으로 표시하는 것이 옳다.
압력계는 대기압을 0으로 놓고 측정하므로 게이지압력은 절대압력에서 대기압을 뺀 값이 된다. 거꾸로 절대압력은 대기압에 게이지압력을 더한 값이고, 대기압보다 낮은 압력은 진공압으로 나타낸다.

나프타의 가스화 효율은 파라핀계 탄화수소 함량이 많을수록 좋다. 파라핀계(알칸)는 분자구조가 단순하고 수소 함량이 높아 완전연소 시 수소 생성량이 많으며, 가스화 반응이 용이하고 타르 생성이 적다. 반면 올레핀계는 불포화 결합으로 반응성이 높아 부반응을 유발하고, 나프텐계와 방향족계는 고리 구조로 인해 가스화가 어렵고 타르·코크스 생성이 증가하여 효율을 저하시킨다. 따라서 가스화용 나프타는 파라핀 함량이 높을수록 유리하다.

온도가 일정하므로 보일의 법칙 $P_1V_1=P_2V_2$을 적용한다.
$10\ \mathrm{MPa}\times10\ \mathrm{L}=P_2\times20\ \mathrm{L}$
따라서 $P_2=5\ \mathrm{MPa}$로 변한다.

물 1kg을 1℃ 높이는 데 필요한 열량을 1kcal(킬로칼로리)로 정의한다.
영국단위인 B.T.U는 물 1파운드를 1°F 올리는 열량, C.H.U는 물 1파운드를 1℃ 올리는 열량으로 정의가 다르며, kJ은 열량의 SI 단위일 뿐 이러한 정의 자체를 가리키는 말은 아니다.

가스는 임계온도가 높을수록 상온에서도 쉽게 액화된다. 네 가지 가스 중 암모니아의 임계온도가 가장 높아 가장 쉽게 액화된다.
수소와 네온은 임계온도가 영하 수백℃로 매우 낮아 상온에서 액화가 어렵다.
아세틸렌은 임계온도가 비교적 높은 편이지만 암모니아보다는 낮고, 압축 자체도 분해폭발 위험 때문에 제한된다.