[가스기능사 필기] 13년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

도시가스 사용시설 배관은 호칭지름에 따라 고정 간격이 정해져 있다. 13mm 미만은 1m, 13mm 이상 33mm 미만은 2m, 33mm 이상은 3m마다 고정한다. 호칭지름 25mm는 13mm 이상 33mm 미만에 해당하므로 2m마다 고정한다.

월사용예정량 산출식 $Q = \dfrac{[(A \times 240) + (B \times 90)]}{11000}$에서 A는 산업용으로 사용하는 연소기의 명판에 기재된 가스소비량의 합계이며, B는 산업용이 아닌(비산업용) 연소기의 가스소비량 합계를 의미한다. 산업용 연소기는 연간 가동일수가 많아 240일을 곱하고, 비산업용(가정용 등) 연소기는 사용일수가 적어 90일을 곱하여 계산한다.

도시가스 사용시설의 가스계량기는 전기계량기·전기개폐기와 60cm 이상의 거리를 유지해야 한다.
화기(자체 화기 제외)와 계량기·입상관 사이의 이격거리는 3m가 아닌 2m 이상이 기준이며, 단열조치를 하지 않은 굴뚝과의 거리도 10cm가 아닌 30cm 이상이 기준이다.

저장탱크의 내진설계는 저장능력이 일정 규모 이상인 시설만 대상이 되며, 출제 당시 기준은 액화가스 3톤 또는 압축가스 300m³ 이상이었다.
저장능력 2톤인 지상식 액화천연가스 저장탱크는 이 하한에 못 미쳐 내진설계 대상에서 제외된다.
저장능력 300m³인 천연가스 저장탱크, 압축기·펌프의 지지구조물은 내진설계 대상에 해당한다.

액화석유가스는 누출 시 사람이 냄새로 감지할 수 있도록, 공기 중 혼합비율(용량)이 1/1000 상태에서도 알 수 있는 부취제를 섞어 충전해야 한다.

산소설비를 수리하기 위해 저장탱크 내부를 치환할 때는, 치환 결과의 산소 농도가 원칙적으로 22% 이하가 될 때까지 치환 작업을 계속해야 한다.

용기 밸브 그랜드너트의 6각 모서리에 새겨진 V형 홈은 그 밸브가 왼나사(좌나사)임을 표시하는 표식이다.
가연성가스 용기는 왼나사를 쓰고, 그 밖의 가스와 가연성 중 암모니아·브롬화메탄은 오른나사를 쓰기 때문에 이런 구분 표시가 필요하다.

LP가스(프로판·부탄)는 공기보다 무거워 누출 시 낮은 곳(바닥)에 고이는 성질이 있다.
실제로는 액의 체적팽창률이 크고 증발잠열도 크며, 상온·상압 부근에서 비교적 쉽게 기화·액화되는 특징을 가진다.

가스용 염화비닐호스의 안지름은 1종 6.3mm, 2종 9.5mm, 3종 12.7mm로 규격화되어 있다.
4.8mm는 이 세 가지 규격 안지름에 해당하지 않는다.

저장능력은 용기 내용적을 충전정수로 나누어 구한다.
내용적 300L를 충전정수 1.86으로 나누면 약 161kg이 된다.
$W = \dfrac{V}{C} = \dfrac{300\ \mathrm{L}}{1.86} \approx 161\ \mathrm{kg}$

질화은·은아세틸라이드·질화황처럼 은·질소·황이 결합된 화합물은 마찰이나 타격에 매우 민감하게 반응해 격렬히 폭발하는 예민한 폭발물질로 분류된다.
반면 황화수소(H₂S)는 독성·가연성을 가진 가스일 뿐, 마찰·타격에 의해 폭발하는 예민한 폭발물질로 분류되지는 않는다.

CNG 충전기에는 충전호스에 과도한 인장력이 걸렸을 때 자동으로 떨어지도록 긴급분리장치를 설치하며, 분리되는 힘은 666.4N(약 68kgf) 미만으로 정해져 있다.
따라서 90kgf 미만에서 분리되는 긴급분리장치를 설치한다는 서술은 기준과 맞지 않는다.
압축장치와 충전설비 사이의 방화벽 설치, 충전호스 길이 8m 이하, 펌프 주변 가스누출검지경보장치 설치는 모두 올바른 설계 사항이다.

가스의 화염전파속도가 음속을 초과하면 충격파를 동반하는 폭굉(detonation) 상태가 되며, 이때의 연소속도는 대략 1000~3500m/s 범위로 알려져 있다.
이는 정상연소(폭연)의 연소속도보다 훨씬 빠른 값이다.

고압가스용 용접용기 동판은 최대 두께와 최소 두께의 차이가 평균두께의 10% 이하가 되도록 제작해야 한다는 기준이 적용된다.

전증가량은 $40.24-40=0.24$ L이고, 압력을 제거한 뒤 남은 항구증가량은 $40.02-40=0.02$ L이다.
항구증가율은 $\dfrac{0.02}{0.24}\times100 \approx 8.3\%$로 합격 기준인 10% 이하를 만족하므로 합격이다.

베릴륨 합금제 공구는 타격 시 불꽃이 잘 튀지 않는 비스파크성(방폭용) 재질이어서, 가연성 고압가스 제조소에서 사용해도 착화원이 되기 어렵다.
정전기는 방전 시 발생하는 불꽃으로 착화원이 될 수 있다.
촉매의 접촉은 반응열을 발생시켜 착화원이 될 수 있다.
밸브를 급격히 조작하면 단열압축 등으로 인한 발열로 착화원이 될 수 있다.

부탄가스용 연소기 명판에는 연소기명, 제조자(또는 그 형식호칭), 제조(로트)번호 등 제품을 식별·추적할 정보를 표시한다.
연소기 재질은 이러한 명판 기재사항에 포함되지 않는다.

LPG용 압력조정기 중 1단 감압식 저압조정기의 조정압력 범위는 2.3~3.3kPa로 규정되어 있다.

일산화탄소는 공기 중 폭발범위가 약 12.5~74%로, 메탄·프로판·에탄에 비해 폭발범위(하한과 상한의 폭)가 가장 넓은 가스다.

방류둑 설치 대상은 가스 종류별로 저장능력 하한이 다르게 정해져 있다.
독성가스는 저장능력 5톤 이상, 가연성가스(액화석유가스 포함)와 산소는 저장능력 1000톤 이상인 저장탱크가 대상이다.
가연성가스 저장탱크의 기준을 300톤 이상으로 서술한 부분은 실제 기준(1000톤 이상)과 맞지 않는다.

지연성(조연성)가스는 자신은 타지 않지만 다른 물질의 연소를 돕는 가스로, 염소·불소·이산화질소 등이 해당한다.
이황화탄소는 인화점이 매우 낮은 가연성 물질이어서 지연성가스로 분류되지 않는다.

액화석유가스를 탱크로리에서 옮겨 충전할 때 정전기를 제거하기 위한 접지 접속선의 규격은 5.5mm² 이상으로 정해져 있다.

가연성가스·독성가스·산소설비를 수리하기 위해 설비 내부의 가스를 치환할 때는 반응성이 낮은 질소를 주로 사용한다.

가스누출 자동차단장치의 검지부는 외부 기류가 드나드는 출입구 부근, 환기구에서 1.5m 이내, 연소기 배기가스에 접촉하기 쉬운 곳처럼 오작동이나 오염 우려가 큰 장소에는 설치가 금지된다.
반대로 가스가 체류하기 좋은 곳은 누출을 감지해야 할 목적에 맞는 장소이므로 설치금지 대상이 아니다.

도시가스계량기와 화기(그 시설 안에서 사용하는 자체 화기는 제외) 사이에는 2m 이상의 거리를 유지해야 한다.

건축물 내부에 배관을 매설할 때는 부식에 강한 재료를 사용해야 하므로 스테인리스강관, 동관, 가스용 금속플렉시블호스 등이 허용된다.
일반 가스용 탄소강관은 부식 우려가 있어 건축물 안에 매설하는 배관 재료로 사용할 수 없다.

저장탱크를 지하에 설치할 때 지면에서 저장탱크 정상부까지의 깊이는 60cm 이상으로 확보해야 한다.
이를 1m 이상으로 서술한 부분은 실제 지하설치 기준과 맞지 않는다.
천장·벽·바닥 두께 30cm 이상의 방수 철근콘크리트 구조, 안전밸브 방출관의 지면 5m 이상 높이, 지상 경계표지 설치는 모두 실제 지하설치 기준에 해당한다.

천연가스(LNG)의 주성분은 메탄(CH₄)이며, 여기에 에탄·프로판 등이 소량 섞여 있다.
일산화탄소·에틸렌·아세틸렌은 천연가스의 주성분이 아니다.

충전용기를 차량에 적재해 운반할 때는 넘어짐을 방지하기 위해 원칙적으로 세워서 운반해야 하며, 뉘어서 운반하는 것은 독성가스 용기 운반기준에 맞지 않는다.
최대 적재량 초과 금지, 자전거·오토바이를 이용한 운반 금지, 가연성가스와 조연성가스를 같은 차량 적재함에 함께 싣지 않는 것은 모두 실제 운반기준에 해당한다.

천연가스 지구정압기는 액화 상태를 유지하지 않고 기체 상태로 압력만 조절하므로 액화 물질의 급격한 기화 현상이 발생할 수 없어 BLEVE 발생 가능성이 가장 낮다. BLEVE(비등액체팽창증기폭발)는 가압 용기 내 액화된 물질이 급격한 압력 저하로 순간 기화하면서 폭발하는 현상으로, 발생 조건은 높은 압력에서 액화 상태 유지와 외부 열 또는 압력 급감이다.
LPG 저장탱크: 상온에서 가압하여 액화하므로 압력 저하 시 BLEVE 위험이 크다.
액화가스 탱크로리: 상온에서 가압하여 액화하므로 압력 저하 시 BLEVE 위험이 크다.
LNG 저장탱크: 매우 낮은 온도(-162℃)에서 저압 상태로 저장되어 상대적으로 BLEVE 위험이 낮다.

안전등형 가스검지기는 주로 탄광 내에서 메탄(CH₄) 발생을 검출하는 데 쓰이며, 불꽃 속 청염(푸른 불꽃)의 길이로 가스 농도를 판단한다.

저온을 얻는 기본 원리는 단열 팽창이다.
기체가 외부와 열 교환 없이 팽창하면 내부 에너지가 소모되면서 온도가 내려간다. 팽창밸브로 교축시키는 줄-톰슨 효과와, 팽창기로 외부에 일을 하게 하는 방식이 모두 이 단열 팽창을 이용한 저온 발생 원리이다.
등압·등온·등적 팽창은 온도를 낮추는 저온 발생 원리로 이용되지 않는다.

정답은 오벌 기어식 유량계이며, 이는 대표적인 용적식(직접식) 유량계이다.
한 쌍의 타원형 기어가 회전하면서 일정한 체적의 유체를 밀어내는 방식으로 유량을 직접 적산한다.
오리피스 유량계는 교축 전후의 압력차를 이용하는 차압식이다.
플로노즐 유량계도 노즐 전후 차압을 이용하는 차압식이다.
벤투리관 유량계 역시 관 단면 축소부의 압력차를 이용하는 차압식이다.

‘전위측정은 가능한 한 배관에서 먼 위치에서 측정한다’는 부적절한 방법이다. 배관에서 먼 위치에서 측정하면 배관 주변의 실제 전위를 반영하지 못하므로 부식 판정의 정확성을 떨어뜨린다.
관대지전위(pipe to soil potential) 측정은 배관과 토양 간의 부식 가능성을 판정하기 위한 측정으로, 배관 근처에서 측정하여 배관 주변의 실제 전위차를 파악해야 한다.
‘측정선 말단의 부삭부분을 연마 후에 측정한다’: 측정선 말단의 산화층을 제거하여 정확한 접촉을 보장하는 올바른 방법이다.
‘전위측정기의(＋)는 T/B, (-)는 기준전극에 연결한다’: 표준적인 배선 방식으로, 전위측정기의 양(+)을 T/B(EST Box)에, 음(-)을 기준전극(포화황사동전극)에 연결하는 것이 맞다.
‘물에 적신 스폰지 등을 사용하여 측정한다’: 콘크리트 포장지역 등에서 기준전극을 직접 접지할 수 없을 때 물에 적신 스폰지나 젖은 천으로 기준전극을 토양에 간접 접촉시키는 허용된 대체 방법이다.

틀린 설명은 온도에 따른 영향이 적다는 부분이다.
다이어프램(격막)은 얇은 금속·비금속 박판으로 되어 있어 온도 변화에 따라 탄성이 달라지므로 온도 영향을 비교적 크게 받는다.
정확성이 높고 반응속도가 빠르며 미소압력 측정에 유리하다는 나머지 설명은 다이어프램식 압력계의 실제 특징과 일치한다.

염화메탄(염화메틸)을 사용하는 배관에는 알루미늄 합금을 사용할 수 없다.
염화메탄은 습기와 반응하여 부식성을 나타내며 특히 알루미늄과 그 합금을 심하게 부식시키므로 배관·부품 재질로 금지된다.
주강, 강, 동합금은 염화메탄 배관 재질로 사용이 가능하다.

회전수 변화에 따른 상사법칙을 적용하면 축동력은 약 200PS이다.
먼저 1000rpm에서의 축동력을 구하면 유량 $Q=12000\,\mathrm{L/min}=0.2\,\mathrm{m^3/s}$, 양정 $H=45\,\mathrm{m}$, 효율 $\eta=0.8$이므로 $L_1=\dfrac{1000\times Q \times H}{75\times \eta}=\dfrac{1000\times0.2\times45}{75\times0.8}=150\,\mathrm{PS}$이다.
펌프의 상사법칙에서 축동력은 회전수의 세제곱에 비례하므로 $L_2=L_1\left(\dfrac{N_2}{N_1}\right)^3=150\times\left(\dfrac{1100}{1000}\right)^3\approx200\,\mathrm{PS}$가 된다.

염화파라듐지는 일산화탄소 검지에 사용하는 검지지이다.
일산화탄소와 접촉하면 팔라듐이 환원되어 종이가 흑색으로 변색되는 반응을 이용한다.
나머지 가스는 각각 다른 검지지를 쓴다. 아세틸렌은 염화제일구리 착염지(적색), 황화수소는 연당지(초산납시험지, 흑색), 염소는 요오드화칼륨 전분지(청색)로 검지한다.

압축기를 이용한 LP가스 이·충전 작업의 특징은 드레인(응축액·오일 혼입) 현상이 발생한다는 점이다.
압축기 방식은 펌프 방식과 달리 충전시간이 짧고 잔류가스 회수가 쉬우며 베이퍼록 현상이 일어나지 않는다는 장점이 있지만, 압축기의 오일이나 액이 배관으로 넘어가는 드레인 현상이 단점으로 지적된다.

펌프의 체적효율은 $\eta_v=\dfrac{Q}{Q+\Delta Q}$로 나타낸다.
임펠러 속을 지나는 유량 $Q+\Delta Q$ 중 실제로 송출되는 유량은 $Q$뿐이고 나머지 $\Delta Q$는 내부 누설로 손실되므로, 체적효율은 실제 송출유량을 임펠러 통과유량으로 나눈 값이 된다.

글라스울은 분말진공단열법의 충진용 분말로 사용하지 않는다.
글라스울(유리섬유)은 섬유 형태의 단열재로 적층진공단열법 등에 쓰이는 재료이며, 분말진공단열법에는 펄라이트, 알루미늄분말, 규조토처럼 미세한 분말 형태의 단열재가 충진된다.

웨버지수는 약 21213이다.
웨버지수는 $WI=\dfrac{H_g}{\sqrt{d}}$로 정의되며, 여기서 $H_g$는 발열량, $d$는 가스 비중이다.
발열량 15000kcal/Sm³, 비중 0.5를 대입하면 $WI=\dfrac{15000}{\sqrt{0.5}}\approx21213$이 된다.

틀린 설명은 뚜껑판 구멍에 촉매가 끼어들 염려가 없다는 부분이다.
진탕형(진동형) 오토클레이브는 뚜껑판에 뚫린 구멍을 통해 내용물(촉매)이 끼어들 우려가 있다는 단점이 있어 별도 방지 조치가 필요하다.
가스 누출 가능성이 적고 고압에서 반응물 오손이 적으며, 진동 때문에 압력계를 본체에서 떨어뜨려 설치한다는 나머지 설명은 실제 특징과 일치한다.

틀린 설명은 사용 후 밸브를 열어둔다는 부분이다.
충전용기는 넘어짐 등의 충격을 방지하는 조치를 하되, 사용을 마친 뒤에는 밸브를 반드시 닫아두어야 한다.
충전용기를 40℃ 이하로 유지하고, 밸브를 서서히 개폐하며, 가열 시 열습포나 40℃ 이하의 더운물을 사용한다는 나머지 설명은 옳은 관리 기준이다.

가스난방기 명판에 기재하지 않아도 되는 항목은 열효율이다.
명판에는 제조자명이나 그 약호, 형식호칭(모델번호), 품질보증기간과 용도처럼 제품을 식별하고 보증 범위를 알리는 정보를 표시하도록 되어 있으며, 열효율은 명판 표시 항목에 포함되지 않는다.

틀린 설명은 LNG에서 기화한 가스의 주성분이 부탄이라는 부분이다.
LNG(액화천연가스)는 천연가스를 약 -162℃로 냉각·액화한 것으로, 기화했을 때의 주성분은 메탄이다.
냉열을 이용할 수 있고, 도시가스·발전용 외에 일반 공업용으로도 사용된다는 나머지 설명은 LNG의 실제 특징과 일치한다.

완전연소 시 공기량이 가장 많이 필요한 가스는 부탄이다.
같은 부피를 완전연소시킬 때 필요한 이론산소량은 연소반응식의 산소 몰수로 정해지는데, 아세틸렌 2.5몰, 메탄 2몰, 프로판 5몰, 부탄 6.5몰로 부탄이 가장 크다.
부탄의 연소식은 $C_4H_{10}+6.5O_2 \rightarrow 4CO_2+5H_2O$이며, 이론공기량은 이론산소량을 공기 중 산소 부피비 0.21로 나눈 값이므로 산소가 가장 많이 필요한 부탄이 공기량도 가장 많다.

가스보일러 가스중독사고는 주로 배기가스 중 일산화탄소(CO)에 의해 발생한다.
불완전연소로 생성된 CO는 헤모글로빈과 결합력이 산소보다 훨씬 강해 혈액의 산소 운반 능력을 떨어뜨려 중독을 일으킨다.

LP가스의 일반적인 연소특성이 아닌 것은 착화온도가 낮다는 부분이다.
LP가스는 오히려 착화온도가 비교적 높은 편이며, 연소 시 다량의 공기가 필요하고 발열량이 크며 연소속도가 느린 것이 특징이다.

가장 높은 압력은 0.2MPa이다.
단위를 통일해 비교하면 1atm≈101.3kPa, 100kPa, 10mH₂O≈98.1kPa인 반면, 0.2MPa=200kPa로 나머지보다 훨씬 크다.

100°F는 섭씨로 약 37.8℃이다.
환산식 $C=\dfrac{5}{9}(F-32)$에 대입하면 $C=\dfrac{5}{9}\times(100-32)=\dfrac{5}{9}\times68\approx37.8$가 된다.

에틸렌의 용도가 아닌 것은 메탄올 합성의 원료이다.
에틸렌은 폴리에틸렌, 산화에틸렌, 초산비닐 등 여러 석유화학 제품의 원료로 쓰이지만, 메탄올은 주로 일산화탄소와 수소의 합성가스로부터 만들어져 에틸렌과는 관련이 없다.

공기 중 10vol%에서 폭발 위험이 없는 가스는 브롬화메틸(CH₃Br)이다.
브롬화메틸은 폭발범위 하한이 10%보다 높아 10vol% 농도에서는 아직 폭발범위에 들어가지 않는다.
에탄, 산화에틸렌, 황화수소는 모두 폭발범위 하한이 10%보다 낮아 10vol%에서 이미 폭발 위험 구간에 해당한다.

틀린 설명은 액화산소가 담녹색이라는 부분이다.
액체산소는 실제로 옅은 청색(담청색)을 띠며, 담녹색이 아니다.
기체·액체·고체 상태 모두 자성이 있고, 무색·무취·무미이며 강력한 조연성가스로서 자신은 연소하지 않는다는 나머지 설명은 산소의 실제 성질과 일치한다.

공기 100kg 중에는 산소가 약 23.2kg 포함되어 있다.
공기는 질량 기준으로 산소 약 23.2%, 질소 약 76.8%로 구성되므로, 100kg×0.232≈23.2kg이 산소의 양이다.

상온에서 비교적 낮은 압력으로 가장 쉽게 액화되는 가스는 프로판이다.
기체는 임계온도보다 낮을 때만 압축으로 액화될 수 있는데, 프로판의 임계온도는 약 97℃로 상온보다 훨씬 높아 소량의 가압만으로도 액화된다.
메탄·산소·수소는 임계온도가 상온보다 훨씬 낮아(각각 약 -82℃, -118℃, -240℃) 상온에서는 아무리 압력을 높여도 액화되지 않는다.

보기 중 비점이 가장 낮은 것은 헬륨이다.
헬륨의 끓는점은 약 -269℃로 수소(-253℃), 네온(-246℃), 산소(-183℃)보다 훨씬 낮다.

융해·응고·증발·응축처럼 상(相)이 변할 때 발생하거나 흡수하는 열을 잠열이라 한다.
온도 변화 없이 물질의 상태만 바뀌는 데 소요되는 열이라는 점에서, 온도 변화를 수반하는 현열이나 물질 고유의 비열과 구분된다.

혼합 후 압력은 4기압이 된다.
보일의 법칙 $P_1V_1=P_2V_2$을 각 기체에 적용하면, 산소는 $2\,\mathrm{atm}\times1\,\mathrm{L}=2\,\mathrm{atm}\cdot\mathrm{L}$이므로 2L로 압축 시 분압 $1\,\mathrm{atm}$이 되고, 질소는 $3\,\mathrm{atm}\times2\,\mathrm{L}=6\,\mathrm{atm}\cdot\mathrm{L}$이므로 2L에서 분압 $3\,\mathrm{atm}$이 된다.
돌턴의 분압법칙에 따라 전체 압력은 각 분압의 합이므로 $1+3=4\,\mathrm{atm}$이다.

물 1g을 14.5℃에서 15.5℃까지 올리는 데 필요한 열량은 1cal로 정의된다.
이는 표준(15℃) 칼로리의 정의이며, 물의 비열이 온도에 따라 미세하게 달라지므로 기준 온도 구간(14.5~15.5℃)을 명시해 1cal을 정의한다.