[가스기능사 필기] 14년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

LPG 사용시설에서 용기집합설비의 저장능력이 100㎏ 이하인 경우, 용기·용기밸브·압력조정기가 직사광선·눈·빗물에 노출되지 않도록 조치해야 한다.
저장능력이 이를 초과하면 별도의 용기보관실을 설치하는 등 더 강화된 기준이 적용되므로, 100㎏은 소규모 시설에 적용되는 최소 보호조치의 기준선이다.

아세틸렌 용기 제조자가 갖추어야 하는 설비는 용기 안에 채우는 다공물질을 만들고 채워 넣기 위한 원료혼합기·원료충전기·건조로 등이며, 소결로는 여기에 해당하지 않는다.
아세틸렌은 압축하면 분해폭발을 일으키므로 용기 내부에 규조토·석면 등을 섞은 다공물질을 채우고 아세톤에 용해시켜 충전한다. 따라서 원료를 섞고(원료혼합기), 용기에 채워 넣고(원료충전기), 수분을 날려 굳히는(건조로) 공정 설비가 필요하다. 소결로는 분말을 고온에서 구워 굳히는 설비로 이 공정과는 무관하다.

연소한계(폭발한계)란 가스가 공기와 섞였을 때 연소가 가능한 혼합비율의 상한과 하한을 말한다.
착화온도의 범위나 탈 수 있는 최저온도, 산소공급 한계는 각각 발화점·인화 개념과 관련될 뿐 연소한계의 정의는 아니다.

도로굴착으로 노출된 배관 길이가 15m 이상인 경우에 점검통로와 조명시설을 설치해야 하므로, 그 기준을 10m로 서술한 것은 틀린 내용이다.
나머지 항목들은 실제 손상방지기준과 일치한다.
착공 전 도면으로 지장물 매설 여부를 조사하는 것은 필수 절차다.
배관 예상지점 좌우 2m 이내 줄파기는 안전관리전담자 입회하에 시행해야 한다.
배관 좌우 1m 이내 부분은 인력으로 굴착해야 한다.

사질토 지반에서 하천을 횡단하는 배관을 보호하는 방호구조물은 물의 비중 이상의 값을 가져야 한다.
사질토는 유실되기 쉬운 지반이므로, 방호구조물이 물보다 가벼우면 홍수 등으로 부력에 의해 뜨거나 이동할 위험이 있어 이를 방지하기 위한 기준이다.

도시가스배관망 전산화 대상은 설치도면·시방서·시공자 등 시공·설치 이력에 관한 정보이며, 배관제조자는 전산관리 대상 항목에 포함되지 않는다.
전산화의 목적은 배관이 언제 어떻게 시공되었는지를 추적·관리하는 데 있으므로, 자재를 만든 제조사 정보보다는 시공 관련 정보가 핵심이다.

LP가스 용기 표면에 성에가 생겼을 때는 열 습포를 사용해 서서히 온도를 높이는 것이 가장 적절한 조치다.
연탄불로 직접 쪼이거나 90℃ 정도의 물을 붓는 것은 급격한 온도상승으로 용기 파손·화재 위험이 있다.
용기를 힘차게 흔드는 것은 성에 문제를 해결하지 못하고 오히려 위험할 수 있다.

LPG는 공기보다 무거워 바닥에 체류하므로, 가스누출경보장치의 검지부는 지면에서 30㎝ 이내에 설치해야 한다.
반대로 공기보다 가벼운 도시가스의 검지부는 천장 부근에 설치하므로, 대상 가스의 비중에 따라 검지부 위치가 달라진다는 점이 이 문제의 핵심이다.

액화석유가스의 안전관리 및 사업법상 소형저장탱크는 저장능력이 3톤 미만인 고정식 탱크를 말한다.
이보다 큰 저장설비에는 별도의 저장탱크 관련 안전기준이 적용되어 규제 수준이 달라진다.

독성가스(암모니아 제외)를 차량에 고정된 탱크로 운반할 때 탱크의 최대 내용적은 12,000ℓ를 초과할 수 없다.
염소는 독성가스이므로 이 기준이 적용되며, 가연성가스·산소에 적용되는 18,000ℓ 기준과는 구분된다.

에어졸 제조설비는 인화성물질과 최소 8m 이상의 우회거리를 두어야 한다.
이는 에어졸 충전 공정에서 발생할 수 있는 화재·폭발 위험이 주변 인화성물질로 번지는 것을 막기 위한 기준이다.

지상배관에는 사용가스명·최고사용압력·가스의 흐름방향을 표시해야 하지만, 공급회사명은 필수 표시항목에 해당하지 않는다.
이 세 가지 표시는 배관을 관리·점검하는 사람이 배관 내 유체의 종류와 압력, 흐름 방향을 한눈에 파악할 수 있도록 하기 위한 것이다.

굴착으로 노출된 배관은 20m마다 가스누출경보기를 1개 이상 설치해야 한다.
$\dfrac{65\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{m}} = 3.25$
소수점 이하를 올림하여 계산하면 필요한 경보기 개수는 4개가 된다.

도시가스 제조소 저장탱크의 방류둑 기준을 묻는 문제로, 방류둑의 용량은 저장탱크 저장능력의 90% 이상이 아니라 100% 이상이어야 한다는 점이 정답의 핵심이다. 1번의 지하 저장탱크에서 액면이 지면보다 낮은 구조는 방류둑 역할을 하는 것으로 인정되는 규정이고, 3번의 재료(철근콘크리트, 금속, 흙 등)와 4번의 액밀성 요구사항도 모두 현행 기준에 부합한다. 따라서 용량 기준을 과소하게 명시한 2번이 틀린 설명이다.

고압가스 안전관리법상 냉동기는 냉동능력 산정기준으로 계산한 냉동능력이 3톤 이상인 것을 말한다.
이 기준 미만의 소형 냉동설비는 고압가스 안전관리법의 적용 대상에서 제외된다.

가연성가스 설비 중에서도 암모니아·브롬화메탄과 공기 중에서 자기발화하는 가스는 방폭구조 전기설비 설치 대상에서 제외되므로, 일반적인 가연성가스인 수소를 취급하는 설비에 방폭구조가 요구된다.
이들 예외 가스는 폭발범위나 취급 특성상 별도로 규정되어 있을 뿐, 가연성가스 전체가 방폭 대상에서 벗어나는 것은 아니다.

용기 부속품 기호 중 AG는 아세틸렌가스를 충전하는 용기에 사용하는 부속품 기호다.
압축가스용은 PG, 액화석유가스용은 LPG, 그 외 액화가스용은 LG로 구분되며, 초저온·저온용기에는 LT를 사용한다.

도시가스 배관을 노출하여 설치할 때 방호 구조물은 두께 10㎝ 이상, 높이 1m 이상으로 해야 한다.
철판으로 방호하는 경우에는 두께 4㎜ 이상으로 하고 부식방지 도장을 한다. 따라서 철판 두께를 10㎜로, 콘크리트 방호 구조물의 두께를 15㎝ 또는 높이를 1.5m로 제시한 서술은 모두 기준값과 다르다.

산화에틸렌은 물에 잘 녹는 성질이 있어 누출 시 다량의 물로 제독할 수 있는 대표적인 가스다.
염소·황화수소 등은 주로 가성소다 수용액 같은 약제를 이용해 제독하며, 단순히 물만으로는 충분히 제독되지 않는다.

시안화수소는 중합폭발을 방지하기 위해 황산·염화칼슘·인산 등 산성 계열의 안정제를 첨가해 충전한다.
암모니아는 염기성 물질로 시안화수소의 안정제로 사용되지 않는다.

가스계량기와 전기개폐기 사이의 최소 안전거리는 60㎝다.
참고로 전기점멸기·전기접속기와는 30㎝ 이상, 절연조치 되지 않은 전선과는 15㎝ 이상의 거리를 두어야 한다.

공동주택 등에 압력조정기를 설치할 수 있는 경우는 두 가지다. 가스압력이 중압 이상이면 전체 세대수가 150세대 미만이어야 한다. 가스압력이 저압이면 전체 세대수가 250세대 미만이어야 한다. 중압 100세대만 이 기준을 만족하고, 중압 150세대와 저압 250세대·300세대는 기준을 넘는다.

염소와 아세틸렌은 반응성이 커 혼합 시 위험하므로 동일 차량에 적재하여 운반할 수 없다.
산소와 질소, 질소와 탄산가스, 탄산가스와 아세틸렌은 서로 반응 위험이 낮아 함께 적재할 수 있다.

고압가스 배관이 하천과 병행하여 매설되는 경우의 설치기준에서 하상(河床)을 포함한 하천구역에 배관을 설치하는 것은 불가능하다. 안전 규정상 배관은 하천 자체가 아닌 하천 근처에 병행하여 매설되어야 하며, 3번은 하상까지 포함하여 설치한다는 표현으로 규정을 위반한다. 1번 방호구조물 설치, 2번 2.5m 이상 매설심도, 4번 긴급차단장치는 모두 고압가스 배관의 표준 안전요건이다.

PE배관은 원칙적으로 매설용이지만, 지상배관과 연결하기 위해 금속관으로 보호조치를 하고 지면에서 30㎝ 이하로 노출하는 경우에 한해 예외적으로 노출배관으로 사용할 수 있다.
PE(폴리에틸렌)배관은 자외선과 외부 충격에 약해 장기간 노출되면 손상 위험이 커지므로, 노출 허용 범위를 최소한으로 제한한 것이다.

가연물 종류에 따른 화재 구분에서 D급은 금속화재를 의미하며, 식용유 화재는 별도로 K급(주방화재)으로 분류하므로 “D급 : 식용유 화재”라는 설명은 틀렸다.
A급은 일반화재, B급은 유류화재, C급은 전기화재로 나머지 설명은 모두 옳다.

화학섬유 의류는 오히려 흡수성(흡습성)이 낮아 정전기가 잘 대전되는 것이며, “흡수성이 높으므로 대전하기 쉽다”는 설명은 원인과 결과가 반대로 되어 있어 틀렸다.
습도가 낮을수록 정전기가 축적되기 쉽고, 전기 절연성이 높은 액상 LP가스는 유동 시 대전되기 쉬우며, 재료의 접촉전위차를 줄이면 정전기 발생이 줄어든다는 나머지 설명은 모두 옳다.

프로판·염소·포스겐은 모두 분자량이 공기(약 29)보다 커서 비중이 1보다 크며, 누출 시 바닥에 체류한다.
암모니아는 분자량 17로 공기보다 가벼워 위로 확산된다.
아세틸렌도 분자량 26으로 공기보다 가볍다.
수소는 분자량이 2로 매우 작아 가장 가볍다.

아세틸렌 용기에 충전하는 다공물질의 다공도는 75% 이상 92% 미만이어야 한다.
다공도가 너무 낮으면 충전량이 부족하고, 너무 높으면 다공물질이 아세틸렌의 분해폭발을 억제하는 역할을 충분히 하지 못한다.

방폭성능 전기설비 설치, 정전기 제거를 위한 접지, 폭발하한 이내로 불활성가스 희석은 모두 직접적인 폭발방지대책이다.
반면 압력계 설치는 압력 상태를 확인하는 계측 수단일 뿐, 그 자체로 폭발을 방지하는 조치는 아니다.

인장·압축 하중이 오랜 시간 반복적으로 작용할 때, 그 응력이 인장강도보다 작아도 파괴되는 현상을 피로파괴라 한다.
취성파괴는 소성변형 없이 급격히 파괴되는 현상이고, 크리프파괴는 고온에서 일정한 하중이 장시간 지속적으로 작용할 때 발생하는 파괴로 반복하중과는 개념이 다르다.

아세틸렌용기의 안전밸브는 가용전식(fusible plug type)이 주로 사용된다. 가용전식은 일정 온도(약 100°C)에서 녹는 금속 합금으로 막혀 있다가 온도 상승 시 자동으로 개방되어 가스를 배출하므로, 아세틸렌의 분해 위험성이 높을 때 효과적이다. 스프링식은 압력 변화에 민감하고, 파열판식은 순간적인 과압에 대응하며, 압전식은 수동 조절용이므로 아세틸렌용기 안전밸브로는 부적합하다.

다량의 메탄(천연가스)을 액화할 때는 캐스케이드 사이클을 사용한다.
캐스케이드 사이클은 비점이 다른 여러 냉매를 단계적으로 조합해 저온을 얻는 다단 냉동 방식으로, 대용량 액화설비에 적합하다.

저온 액체 저장설비의 열침입은 주로 외면의 열복사, 연결 파이프·밸브 등을 통한 열전도로 일어난다.
단열재는 내부의 공기 이동을 막아 대류를 억제하는 것이 목적이므로, “단열재를 직접 통한 열대류”라는 침입 경로는 성립하지 않는다.

LP가스 이송설비에서 압축기의 토출측과 흡입측을 전환해 액송과 가스회수를 한 동작으로 수행할 수 있게 하는 부속장치는 사방밸브다.
액트랩과 액가스분리기는 액체와 가스를 분리·회수하는 장치이고, 전자밸브는 단순 개폐 역할을 할 뿐 흐름 방향 전환 기능은 없다.

고압배관용 탄소강 강관의 KS 규격 기호는 SPPH다.
SPPS는 압력배관용, SPHT는 고온배관용 탄소강관의 기호이며, STS는 스테인리스강관을 나타내는 기호다.

저온장치에서는 온도 저하에 따라 재료의 연성이 급격히 감소하고 취성이 증가하는 저온 취성 현상이 발생하며, 이로 인해 충격치가 감소하여 파괴 위험이 커진다. 저온환경에서 재료가 충격 하중에 견디지 못하고 취성 파괴될 수 있으므로, 저온장치용 재료 선정 시 가장 중요한 고려사항은 저온 취성에 의한 충격치 감소를 방지하는 것이다. 따라서 고온 조건이나 충격치 증가는 저온장치 설계의 핵심 관심사가 아니다.

가연성가스의 굴절률 차이를 이용해 농도를 측정하는 검출기는 간섭계형이다.
안전등형은 불꽃 색으로, 검지관형은 시약 변색으로, 열선형은 가스 연소 시 발생하는 열에 의한 전기저항 변화로 농도를 측정하므로 원리가 각각 다르다.

90° 구부림의 곡선 길이는 약 78.75㎜이며, 원호의 길이 공식으로 구한다.
곡률 반지름이 r일 때, 중심각이 θ(라디안)인 원호의 길이는
$L = r \times \theta$이다.
90°는 $\frac{\pi}{2}$ 라디안이므로,
$L = 50 \times \frac{\pi}{2} = 25\pi \approx 25 \times 3.14159 = 78.54 \text{㎜}$이다.
금속 구부림에서는 중립축(neutral axis)을 기준으로 계산하는데, 판재 두께가 주어지지 않은 경우 곡률 반지름이 중립축 반지름으로 간주되므로, 곡선 길이는 약 78.75㎜이다.

시동 전 프라이밍이 필요한 펌프는 원심펌프이다.
원심펌프는 흡입관과 케이싱 내부에 공기가 남아 있으면 임펠러가 액체를 밀어내지 못해 흡입이 되지 않으므로, 시동 전에 액체로 채우는 프라이밍 과정이 반드시 필요하다.
기어펌프·왕복펌프는 용적형 펌프로 자체 흡입 능력(자흡성)이 있어 프라이밍이 필요 없다.
축류펌프도 구조상 일반적으로 프라이밍을 필수로 요구하지 않는다.

강관 표면의 녹을 막기 위해 페인트 칠 전에 바르는 밑칠(방청) 도료는 광명단 도료이다.
광명단(연단, Pb₃O₄)은 철 표면에 밀착성이 좋은 방청 피막을 만들어 녹 발생을 억제하므로, 배관·철골 구조물의 표준 초벌(하도) 도료로 널리 쓰인다.

압축된 가스를 단열 팽창시킬 때 온도가 내려가는 현상은 줄-톰슨 효과라고 한다.
고압가스를 좁은 통로(교축밸브 등)로 단열 팽창시키면 분자 간 인력을 끊는 데 에너지가 쓰이면서 온도가 낮아지며, 이 원리는 공기 액화·냉동장치의 기본 원리로 활용된다.

저온 장치의 재료로 가장 우수한 것은 9% 니켈강이다.
니켈을 첨가하면 저온에서도 충격인성(저온취성 저항)이 유지되어 극저온 설비(LNG 저장탱크 등)의 대표적인 재료로 쓰인다.
탄소강·13% 크롬강·주철은 저온에서 취성이 커져 저온장치용으로 부적합하다.

펌프의 동력은 회전수의 세제곱에 비례하므로, 회전수를 1000→1200rpm으로 올리면 동력은 약 1.7배가 된다.
$\dfrac{P_2}{P_1} = \left(\dfrac{N_2}{N_1}\right)^3 = \left(\dfrac{1200}{1000}\right)^3 = 1.2^3 = 1.728$

왕복동 압축기는 왕복식 압축기 자체이며 회전식이 아니므로, 비용적식 압축기의 특징을 갖지 않는다. 비용적식(離心式) 압축기는 원심력을 이용하는 회전식 압축기의 한 종류로, 왕복동 압축기가 아니라 별개의 압축기 유형이다.
‘압축하면 맥동이 생기기 쉽다’: 왕복동 피스톤의 왕복 운동으로 인한 전형적 특징이다.
‘기체의 비중에 관계없이 고압이 얻어진다’: 압축비 설정에 따라 기체 비중과 무관하게 고압을 얻을 수 있는 장점이다.
‘용량 조절의 폭이 넓다’: 실린더 용량이나 회전수 조절로 광범위하게 가능하다.

옳은 설명은 암모니아는 동(구리)을 부식시키고, 고온·고압에서는 강재를 침식한다는 것이다.
질소는 상온에서는 안정하지만 고온에서는 금속과 반응해 질화물을 만들 수 있어 "고온에서도 금속과 화합하지 않는다"는 설명은 틀렸다.
염소는 수분이 있을 때 강한 부식성을 나타내며, 건조(무수) 상태에서는 상온에서 강재를 거의 부식시키지 않는다.
산소는 그 자체가 타는 가연성 가스가 아니라 다른 물질의 연소를 돕는 조연성 가스이다.

비중 2.5인 액체의 액주 6m가 가하는 압력은 1.5㎏/cm²이다.
물기둥 1m는 약 0.1㎏/cm²에 해당하므로, 비중을 곱해 압력을 구한다.
$P = 0.1 \times S \times h = 0.1 \times 2.5 \times 6 = 1.5\ \mathrm{kgf/cm^2}$

100℃를 화씨온도로 환산하면 212℉이다.
${}^\circ\mathrm{F} = {}^\circ\mathrm{C} \times \dfrac{9}{5} + 32 = 100 \times \dfrac{9}{5} + 32 = 212$

밀도는 단위 부피당 질량이므로 옳은 단위는 g/cm³이다.
밀도는 $\rho = m/V$로 정의되어 질량÷부피의 차원을 가진다. 나머지는 g/s²가 질량÷시간의 제곱, L/g가 부피÷질량(비체적), lb/in²가 압력의 단위로 모두 밀도와 무관하다.

수돗물 살균과 섬유 표백에 주로 쓰이는 가스는 염소(Cl₂)이다.
염소는 강한 산화력을 이용해 물속 세균을 살균하고 섬유·펄프의 표백제로도 널리 사용된다.

1atm에 해당하지 않는 값은 1013㎏/m²이다.
표준대기압 1atm은 760mmHg, 14.7psi, 29.92inHg와 같지만, 압력 단위 kgf/m²로 환산하면 약 10332㎏/m²이다. 1013은 1atm을 헥토파스칼(hPa)로 나타낸 값이어서, 여기에 ㎏/m²를 붙인 보기는 1atm이 될 수 없다.

액화석유가스(LPG)의 특성으로 옳지 않은 것은 액상의 LPG가 물보다 무겁다는 설명이다.
LPG의 액비중은 약 0.5 전후로 물보다 가볍다. 반면 기체 상태에서는 공기보다 무겁고, 기화·액화가 쉬우며 증발잠열이 큰 것은 LPG의 실제 특성이다.

1몰을 완전연소시킬 때 공기가 가장 적게 필요한 가스는 수소이다.
필요 산소량은 연료 1몰당 수소 0.5몰, 메탄 2몰, 아세틸렌 2.5몰, 에탄 3.5몰로 수소가 가장 적어 소요 공기량도 가장 작다.
$\mathrm{H_2} + \dfrac{1}{2}\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{H_2O}$

틀린 설명은 비열은 물보다 공기가 크다는 것이다.
실제로는 물의 비열(약 1㎈/g℃)이 공기의 비열보다 훨씬 크며, 나머지 보기(비열이 큰 물질일수록 열용량이 크다, 1㎈≈4.2J, 열은 고온에서 저온으로 흐른다)는 모두 옳은 설명이다.

무색·무취가 아닌 가스는 오존(O₃)이다.
오존은 특유의 자극성 냄새를 가지는 반면, 산소·질소·이산화탄소는 무색·무취의 가스이다.

수소 성질에 대한 설명 중 틀린 것은 열전도율이 작다는 것이다.
수소는 분자량이 작고 확산 속도가 빨라 열전도율이 매우 큰 기체이며, 무색·무미·무취의 가연성 기체이고 고온에서 강재 등 금속을 잘 투과하는 성질은 옳은 설명이다.

LNG의 폭발성·인화성 설명 중 틀린 것은 다른 지방족 탄화수소보다 최소발화에너지가 낮다는 것이다.
메탄이 주성분인 LNG는 다른 지방족 탄화수소류에 비해 오히려 최소발화에너지가 높은 편이라 상대적으로 착화가 어렵다.

불완전연소의 원인이 아닌 것은 불꽃의 온도가 증대되었을 때이다.
불꽃 온도가 높아지는 것은 오히려 완전연소를 돕는 방향이며, 공급 공기 부족·환기 불충분·공기와의 혼합 불량이 실제 불완전연소의 원인이다.

무색이며 복숭아(아몬드) 냄새가 나는 독성가스는 시안화수소(HCN)이다.
HCN은 특유의 은은한 복숭아향을 띠는 맹독성 가스로, 중합폭발 위험이 있어 취급·저장에 주의가 필요하다.

기체밀도가 가장 작은 것은 메탄이다.
기체 밀도는 분자량에 비례하며, 분자량은 메탄 16, 아세틸렌 26, 프로판 44, 부탄 58 순으로 메탄의 분자량이 가장 작아 밀도도 가장 작다.