[가스기능사 필기] 12년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

산업안전보건기준에 따라 지상 저장탱크에 방류둑 설치 의무는 저장물질의 독성과 인화성에 따라 결정된다. 질소는 불활성 기체로 독성과 인화성이 없어 저장능력과 관계없이 방류둑 설치 대상이 아니다. 부탄(2번)은 인화성 액화가스로 일정 용량 이상 시 방류둑 필수이고, 산소(3번)도 조연성 물질로 방류둑 대상이며, 염소(4번)는 독성가스로 용량이 낮아도(5톤 이상) 방류둑 필수이다. 따라서 질소탱크만이 유일하게 방류둑을 설치하지 않아도 된다.

액화석유가스 충전소의 지하 저장탱크실에서 탱크 주위 빈 공간은 마른 모래로 채워야 한다. 마른 모래는 탱크의 침하나 이동을 방지하고, LPG 누출 시 빠른 확산을 억제하며, 탱크 주위의 안정성을 유지하는 역할을 한다. 물은 부식 위험, 자갈은 충격 흡수 부족, 콜타르는 화학적 상용성 문제로 부적합하다.

독성가스 배관의 2중관 구조 의무화는 고압가스 안전관리법령에서 규정하는 독성가스 중 특히 급성독성이 높은 가스에 적용된다. 암모니아(1번)는 질식·부식성 독성가스, 염화메탄(2번)은 신경독성 물질, 시안화수소(3번)는 극독성(청산염계)으로 모두 2중관 대상이다. 반면 에틸렌(4번)은 비독성 기체로 분류되며, 압축된 상태에서의 주요 위험은 화재·폭발성이지 급성독성이 아니므로 2중관 의무 대상이 아니다.

LP가스 용기 보관실의 자연환기설비에서 통풍구 크기는 바닥 면적 1m²당 300cm² 이상으로 규정되어 있다. 주어진 바닥 면적 3m²에 대해 필요한 통풍구 크기는 3m² × 300cm²/m² = 900cm²이다.

자동차 용기 충전시설의 안전표시 기준에서 "화기엄금" 표지는 백색 바탕에 적색 문자로 규정되어 있습니다. 이는 금지 또는 위험을 나타내는 표준 안전색상으로, 적색은 즉각적인 주의와 금지를 의미하며 백색 바탕은 명시성을 높여 운전자의 신속한 인식을 도모합니다.

제조소의 긴급용 벤트스택 방출구는 가스를 대량으로 긴급 방출하는 설비이므로, 작업원이 항상 통행하는 장소로부터 10m 이상 떨어진 위치에 설치하도록 규정하고 있다.

염소용기의 부식 여유두께는 용기 내용적에 따라 구분되며, 1천 L를 초과하는 염소용기의 경우 5㎜ 이상으로 기준이 정해진다. 이는 고압가스 안전관리법 및 염소용기 제조기준에서 규정하는 내용으로, 용기가 클수록 부식으로 인한 안전 위험이 크므로 더 큰 여유두께를 요구한다.

고압가스 용접용기 제조 기준에서 용기동판의 두께 편차는 평균 두께의 10% 이하로 규정되어 있다. 이는 용기의 안전성과 내압 강도를 균일하게 유지하기 위해 최대 두께와 최소 두께의 차이를 엄격히 제한하는 요구사항이며, 제조 공정에서 압연·가공 시 발생할 수 있는 두께 불균일을 관리하는 필수 품질 기준이다.

안전점검원 선임 기준이 되는 배관길이에는 도시가스사업자가 관리하는, 공공 도로 등에 매설된 공급관의 길이가 포함된다.
반면 내관, 사용자공급관, 가스사용자 소유 토지 안의 본관은 수요자 시설 쪽 관리범위에 속해 이 배관길이 산정에서 제외된다.

가연성 가스로 인한 화재는 가스·유류 등 인화성 물질에 의한 화재로 분류되어 B급 화재에 해당한다.
참고로 A급은 일반(고체)화재, C급은 전기화재, D급은 금속화재로 구분된다.

산소·아세틸렌·수소는 제조 시 1일 1회 이상 품질검사를 실시해야 한다.
순도가 수시로 변할 수 있는 가스이므로 다른 안전항목보다 검사 주기를 짧게 매일 확인하도록 규정하고 있다.

도시가스 사용시설 배관의 고정간격은 호칭지름 13 mm 미만은 1 m, 13 mm 이상 33 mm 미만은 2 m, 33 mm 이상은 3 m마다다. 따라서 20 mm를 2 m마다 고정하는 것이 맞고, 32 mm는 2 m, 40 mm와 65 mm는 3 m마다 고정해야 한다.

일반도시가스사업의 가스공급시설 설치기준에서 중압 이하 배관과 고압 배관을 매설할 때는 2 m 이상의 거리를 유지하여야 한다. 이는 서로 다른 압력 등급의 배관이 매설될 때 안전성을 확보하기 위해 일정한 이격거리를 규정한 것으로, 배관 손상 시 인접 배관에 미치는 영향을 최소화하기 위한 기준이다.

저장탱크의 물분무장치는 최대 수량을 30분 이상 연속으로 방사할 수 있는 수원에 접속되어 있어야 한다.
화재 시 저장탱크를 충분한 시간 동안 냉각시켜 내압 상승에 의한 파열을 막기 위한 기준이다.

아세틸렌 용기의 다공물질 다공도는 75% 이상 92% 미만으로 하여야 한다.
다공도가 기준보다 낮으면 아세톤을 충분히 머금지 못해 아세틸렌을 안정적으로 용해시킬 수 없고, 반대로 지나치게 높으면 다공물질의 강도가 약해져 충격에 쉽게 부서진다.

염소와 암모니아는 특유의 자극적인 냄새가 강해 소량만 누출돼도 후각으로 쉽게 감지된다.
질소와 이산화탄소는 무색·무취여서 냄새로는 누출 여부를 알기 어렵다.
일산화탄소와 아르곤도 무취여서 후각으로는 검지되지 않는다.
에탄과 부탄은 본래 거의 무취에 가까운 가스다.

정답 3번(HCN)은 독성과 가연성을 동시에 만족한다. HCN은 청산화수소로서 극도로 독성이 강하고, 공기 중에서 폭발 범위 6~41%로 잘 연소되는 가연성 가스다. 1번 SO₂는 독성이 있으나 비가연성이고, 2번 COCl₂(포스겐)는 독성이 있으나 비가연성이며, 4번 C₂H₆(에탄)은 가연성이지만 무독성이므로 조건을 만족하지 않는다.

액화가스 저장능력 공식 $W = \dfrac{V}{C}$를 내용적에 대해 정리하면 $V = W \times C$이다.
대입하면 $V = 1000\,\text{kg} \times 0.80 =$800 L이다.

고속도로 운행 중이라도 운반책임자와 운전자가 동시에 차량을 이탈해서는 안 되므로 해당 설명은 틀린 내용이다.
시건장치를 했더라도 동시 이탈 자체가 금지 사항이므로, 둘 중 한 명은 반드시 차량에 남아 있어야 한다.

두께와 간격이 정해진 보조벽을 본체와 직각으로 설치하는 것은 콘크리트블록제 방호벽의 구조 기준이며, 철근콘크리트 방호벽의 기초 기준이 아니다. 철근콘크리트 방호벽의 기초는 일체로 된 철근콘크리트로 한다. 기초 높이는 350mm 이상, 되메우기 깊이는 300mm 이상이다. 기초 두께는 방호벽 최하부 두께의 120% 이상으로 한다.

이상 상태 발생 시 자동으로 원재료 공급을 차단해 제조 공정을 안전하게 제어하는 장치를 인터록제어장치라 한다.
긴급차단장치는 배관 등의 가스 흐름 자체를 막는 밸브 설비이고, 긴급이송설비·벤트스택은 이상 발생 시 가스를 안전한 곳으로 방출·이송하는 설비라는 점에서 기능이 다르다.

아황산가스(이산화황)는 제시된 가스 중 TLV-TWA 허용농도가 가장 낮아 독성이 가장 강하다.
일산화탄소는 약 50ppm으로 가장 높다.
암모니아는 약 25ppm이다.
황화수소는 약 10ppm이다.
TLV-TWA 수치가 낮을수록 적은 농도에서도 위험하다는 의미이므로 그 가스의 독성이 더 강하다고 본다.

독성가스 배관을 지하에 매설할 때는 가스 혼입 우려가 있는 수도시설과 300m 이상의 거리를 유지해야 한다.
수돗물이 오염되면 대규모 피해로 이어질 수 있어 다른 시설물 대비 이격거리 기준이 넓게 설정되어 있다.

같은 성질을 가진 가스를 찾기 위해 각 선택지를 검토한다. 1번 에탄(C₂H₆)과 에틸렌(C₂H₄)은 둘 다 탄화수소이며 비극성 분자로 분자 간 힘이 약하고 실온에서 기체 상태를 유지한다. 2번은 암모니아(NH₃, 극성)와 산소(O₂, 비극성)로 극성이 다르고, 3번은 오존(O₃, 산화제)과 아황산가스(SO₂, 극성 산성 가스)로 화학적 성질이 크게 다르며, 4번은 헬륨(희귀기체)과 염소(할로겐)로 족이 완전히 다르다.

가스 누출 여부는 비눗물 등으로 확인해야 하며, 성냥불과 같은 화기를 직접 대어 확인하는 것은 오히려 화재·폭발을 유발하므로 안전점검 기준에 해당하지 않는다.
용기의 부식·도색·표시 확인, 캡·프로텍터 부착 여부, 재검사 기간 도래 여부는 모두 정상적인 점검 항목이다.

가스 공급시설 임시사용 기준은 공급 가능 여부, 해당 지역의 공급 필요성, 안전을 해칠 우려 여부를 판단 항목으로 삼으며, 공급의 이익 여부는 판단 기준에 포함되지 않는다.
임시사용 승인은 안전과 공급 타당성을 확인하기 위한 절차이지 경제적 이익을 따지는 절차가 아니다.

안전밸브의 작동은 용기 내압이 과도하게 상승했을 때 가스를 방출시켜 파열을 막아주는 정상적인 안전 기능이므로 파열사고의 원인이 될 수 없다.
내압력 부족, 내압 상승, 폭발성 혼합가스에 의한 발화는 모두 실제로 용기를 파열시키는 원인에 해당한다.

도시가스 배관은 철도궤도의 중심으로부터 4m 이상의 거리를 유지하여 매설해야 한다.
철도 하중과 진동으로부터 배관을 보호하기 위한 이격거리 기준이다.

충전용기 보관실의 온도는 항상 40℃ 이하로 유지해야 한다.
온도가 높아지면 용기 내압이 상승해 위험해지므로 상한 온도를 엄격히 관리한다.

시안화수소는 중합폭발의 위험이 있어 용기에 충전·보관할 때 안정제로 황산을 첨가한다.
안정제는 시안화수소의 자체 중합 반응을 억제해 장기 보관 중 폭발 위험을 낮추는 역할을 한다.

가스 폭발 사고는 일반적으로 가연성 물질의 누출·확산, 착화원(고온물)의 존재, 그리고 이를 조기에 막지 못한 누출경보장치의 미비가 겹쳐서 발생하는 것으로 설명된다.
반면 화학반응열이나 잠열의 축적은 저장물질 자체의 자연발화·분해폭발과 관련된 요인으로, 통상적인 가스 누출형 폭발사고의 직접적 근본원인으로는 분류되지 않는다.
따라서 누출·확산, 경보장치 미비, 착화원 생성에 비해 화학반응열·잠열의 축적이 가장 거리가 먼 원인이다.

정압기 선정 시에는 내압성능 및 사용 최대차압, 정압기의 용량, 1차·2차 압력범위 같은 성능 특성을 종합적으로 고려한다.
단순한 정압기의 크기 자체는 이러한 성능 조건에 따라 결과적으로 정해지는 것이지, 별도의 선정 유의사항으로 다루지 않는다.

PE배관은 가스용품 제조허가 대상 품목이 아니다. 매몰형 정압기, 로딩암, 연료전지는 모두 제조허가 대상이다. 압력조정기, 가스누출자동차단장치, 호스, 배관용 밸브, 콕, 연소기 등도 제조허가 대상이다.

그림은 클라우드(Claude)식 공기 액화장치의 계통도이다.
왼쪽에 크랭크가 달린 피스톤형 팽창기가 그려져 있고, 열교환기를 나온 고압 공기의 일부가 이 팽창기로 들어가 외부에 일을 하며 단열팽창해 온도를 크게 낮춘 뒤 다시 열교환기로 되돌아간다. 나머지 흐름은 아래쪽 팽창밸브를 지나 액화기(빗금 친 액체부)에 모이고, 액화되지 않은 가스는 계통을 거슬러 회수된다.
이처럼 팽창기와 팽창밸브를 함께 사용하는 것이 클라우드식의 특징이다. 린데식은 팽창밸브의 줄-톰슨 효과만 이용해 팽창기가 없고, 캐피자식은 왕복 팽창기 대신 터빈식 팽창기와 축랭기를 쓰며, 필립스식은 실린더 안의 피스톤과 치환기로 헬륨 등을 작동유체 삼아 냉동하는 방식이라 그림과 다르다.

펌프의 회전수를 바꾸면 유량은 회전수 비에 비례하고, 양정은 회전수 비의 제곱에 비례한다.
회전수비 $\dfrac{N_2}{N_1}=\dfrac{3500}{2000}=1.75$
유량비는 $1.75$배가 되고, 양정비는 $1.75^2\approx 3.06$배가 된다.

액주식 압력계는 액체의 높이 차이를 이용하여 압력을 측정하는 방식이다. U자관식은 U자 형태의 투명관에 액체를 넣어 양쪽 높이 차로 압력을 읽고, 경사관식은 U자관을 기울인 형태로 더 정밀한 측정이 가능하며, 단관식은 한쪽이 대기에 노출된 개방형 액주식이다. 벨로우즈식은 금속 벨로우즈(주름진 탄성체)의 신축 변형을 기계적으로 연결된 포인터로 표시하는 방식으로, 액체를 사용하지 않는 탄성 변형식 압력계에 해당한다.

가스분석에서 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 흡수제는 강염기성 수용액이어야 하므로 KOH가 주로 사용된다. CO₂ + 2KOH → K₂CO₃ + H₂O 반응으로 CO₂를 빠르고 완전하게 흡수하며, 휘발성이 낮고 흡수 효율이 우수하다. NaCl, KCl은 중성염이므로 CO₂ 흡수 능력이 없고, Ca(OH)₂는 수용성이 매우 낮아 포화용액 상태에서도 흡수 효율이 떨어지므로 가스분석용 흡수제로는 부적합하다.

이동식부탄연소기는 용기 연결 방식에 따라 카세트식, 직결식, 분리식으로 구분하며, 일체식이라는 분류는 존재하지 않는다.

구동압력이 증가하면 개도도 함께 증가하고, 정특성·동특성이 양호하며 구조가 비교적 컴팩트한 로딩형 파일럿 정압기는 Fisher식이다.

흡수분석법에는 오르자트법, 헴펠법, 게겔법이 해당하며, 각 성분을 특정 흡수제에 순차적으로 흡수시켜 줄어든 부피로 조성을 구한다.
구우데법은 이처럼 흡수제에 흡수시켜 조성을 구하는 방식이 아니므로 흡수분석법에 해당하지 않는다.

땅속에 설치한 애노드에 외부의 직류전원으로 강제 전압을 가해 배관 등 피방식 금속체를 캐소드로 만드는 전기방식법은 외부전원법이다.
희생양극법은 금속 간 자연전위차를 이용하고, 배류법은 인접한 전철 등의 누설전류를 이용한다는 점에서 강제로 전원을 인가하는 외부전원법과 구분된다.

화학적·전기적 부식 우려가 없고 사용압력 0.4MPa 이하의 매몰배관으로 주로 사용하는 것은 폴리에틸렌관이다.
비금속 재질이라 부식이 발생하지 않지만 내압성이 낮아 사용압력이 제한적이다.

웨버지수는 $WI=\dfrac{H_g}{\sqrt{d}}$로 구하며, 여기서 $H_g$는 총발열량, $d$는 공기에 대한 비중이다.
$WI=\dfrac{10400}{\sqrt{0.55}}\approx 14023$
따라서 이 도시가스의 웨버지수는 약 14023이다.

안전등형 검출기는 탄광에서 발생하는 메탄(CH4)의 농도를 측정하는 데 주로 쓴다. 메탄 농도에 따라 석유램프 불꽃의 길이가 달라지는 것을 이용해 농도를 읽는다.

서로 다른 두 금속을 접합해 폐회로를 만들고 양 접점에 온도차를 주면 열기전력이 발생하는 제벡효과를 이용한 온도계는 열전대 온도계다.

기체의 액화 난이도는 임계온도가 낮을수록 커지는데, 제시된 가스 중 헬륨(He)의 임계온도가 가장 낮아 액화가 가장 어렵다.
수소, 질소, 메탄은 헬륨보다 임계온도가 높아 상대적으로 액화가 쉽다.

모든 값을 같은 단위로 환산해 비교하면 1atm이 가장 높은 압력이다.
10 lb/in²은 약 0.68atm, 750mmHg는 약 0.99atm, 1kg/cm²은 약 0.97atm으로 모두 1atm보다 낮다.

자동절체식조정기는 사용 쪽 용기 안의 압력이 0.1MPa 이상일 때는 표시 용량 범위에서 예비 쪽 용기로부터 가스가 공급되지 않도록 되어 있다.
사용 쪽 압력이 충분히 남아 있는 동안에는 예비 용기가 소모되지 않게 하여 가스를 효율적으로 사용하기 위한 설계다.

액체산소는 무색이 아니라 엷은 청색(담청색)을 띠므로 무색·무취라는 설명은 옳지 않다.
산소 자체는 폭발성이 없는 조연성 가스이고, 화학적으로 활성이 강해 여러 원소와 반응해 산화물을 만들며 상자성을 가진다는 나머지 설명은 모두 맞는 내용이다.

성능계수가 무한한 냉동기, 즉 일을 전혀 소모하지 않고 열을 저온에서 고온으로 이동시키는 기계는 만들 수 없다는 것은 열역학 제2법칙을 냉동기 관점에서 표현한 것이다.

랭킨온도는 켈빈온도에 1.8을 곱해서 구한다.
$60\times 1.8 = 108$
계산값은 108°R이며, 보기에 108이 없으므로 이에 해당하는 109°R을 고른다.

LP가스(프로판·부탄)는 황 성분을 거의 포함하지 않으므로 연소 시 아황산가스는 발생하지 않는다.
산소가 부족해지는 밀폐공간에서는 불완전연소로 일산화탄소가 늘고, 연소 자체에 따라 이산화탄소도 증가하며, 산소 농도는 계속 감소한다.

탄소 12g은 1mol이며, 완전연소 반응식 $\mathrm{C}+\mathrm{O_2}\rightarrow\mathrm{CO_2}$에 따라 이산화탄소 1mol이 생성된다.
표준상태에서 기체 1mol의 부피는 $22.4\,\mathrm{L}$이므로, 발생하는 이산화탄소는 약 22.4L이다.

탄소 원자 개수가 증가할수록 분자의 산화 난이도가 낮아져 폭발하한이 낮아지는 경향을 보이며, 부탄(C₄H₁₀)이 약 1.5%로 가장 낮아 가장 위험한 폭발 특성을 갖는다.
폭발하한(LEL, Lower Explosive Limit)은 공기 중에서 연소가 가능한 최소 농도로, 값이 낮을수록 폭발 위험성이 높다. 주어진 탄화수소들의 공기 중 폭발하한은 메탄(CH₄) 약 5.0%, 에탄(C₂H₆) 약 3.0%, 프로판(C₃H₈) 약 2.1%, 부탄(C₄H₁₀) 약 1.5%이다.

에틸렌은 나프타, 에탄올, 프로판을 분해·탈수 등의 반응으로 원료 삼아 제조할 수 있다.
염화메탄은 에틸렌 제조에 쓰이는 일반적인 원료가 아니다.

가스 비중은 분자량을 공기의 평균분자량(29)으로 나눈 값이므로, 분자량이 가장 작은 수소(분자량 2)의 비중이 가장 작다.
질소(28), 프로판(44), 부탄(58)은 모두 수소보다 분자량이 훨씬 커서 비중도 크다.

가연성가스란 폭발한계의 하한이 10% 이하인 것 또는 폭발한계의 상한과 하한의 차가 20% 이상인 것을 말한다.
두 조건 중 하나만 만족해도 가연성가스로 분류된다는 점이 핵심이다.

아세틸렌 발생방식은 카바이드와 물을 접촉시키는 방법에 따라 주수식·투입식·접촉식 세 가지로 나뉜다.
주수식은 카바이드에 물을 부어 넣는 방식이고, 투입식은 반대로 물에 카바이드를 넣는 방식이며, 접촉식은 물과 카바이드를 소량씩 서로 접촉시켜 반응 속도를 조절하는 방식이다.
카바이드를 단순히 가열하는 방식은 아세틸렌 발생 방법으로 쓰이지 않는다.

암모니아는 무색의 기체로, 상온에서 비교적 안정적이며 물에 매우 잘 녹는다.
수용액은 산성이 아니라 알칼리성(염기성)을 띠는 것이 특징이다.

"촉매 등을 사용하여 상온(35℃)에서 수소와 반응시키면 암모니아를 생성한다"가 틀린 이유는 질소가 상온(35℃)에서 수소와 반응하지 않기 때문이다. 질소와 수소의 반응(하버-보슈 공정)은 고온(400~500℃), 고압(150~300기압), 철 촉매가 필요하며, 단순히 촉매만으로는 상온에서 반응이 일어나지 않는다.
질소의 불활성이 높아 기밀시험용으로 쓰이는 것이 맞다.
액체공기를 분류(주로 저온 분별 증류)하여 산소·질소를 얻는 것은 표준 공정이다.
질소의 비점이 약 -196℃로 극저온이므로 냉매로 사용되는 것이 정확하다.