[가스기능사 필기] 11년 4회차 기출문제 정답·해설 페이지

제해조치는 누출 시 인체에 해로운 독성가스의 확산을 막기 위한 조치이다.
황화수소·시안화수소·아황산가스는 모두 독성가스로 제해조치 대상에 해당한다.
반면 탄산가스(이산화탄소)는 독성가스로 분류되지 않으므로 제해조치 대상에서 제외된다.

안전밸브는 이상 압력이 발생했을 때 즉시 작동해 압력을 방출해야 하는 장치이므로, 천천히 작동한다는 설명은 옳지 않다.
압력계 밸브를 서서히 열거나 액화가스를 처음 충전할 때 천천히 채우는 것, 장치 압력을 서서히 상승시키는 것은 급격한 압력 변화로 인한 사고를 막기 위한 정상적인 취급 요령이다.

재충전 금지용기의 안전기준에서 용기와 용기부속품을 분리할 수 있는 구조는 정반대의 요구사항이다. 재충전 금지용기는 사용자가 임의로 재충전하는 것을 방지하기 위해 용기와 부속품이 분리 불가능한 구조로 설계되어야 한다. 보기 2번의 22.5MPa 이하, 25L 이하 기준, 보기 3번의 납붙임 부분 길이(용기 몸체 두께의 4배 이상), 보기 4번의 고압(3.5MPa 이상)일 때 5L 이하 제한은 모두 현행 고압가스용기 안전기준의 정당한 요구사항이다.

차량에 고정된 탱크(탱크로리)는 재검사 대상에서 제외되지 않고 정기적으로 재검사를 받아야 하는 특정설비이다.
반면 역화방지장치, 자동차용 가스 자동주입기, 독성가스 배관용 밸브는 재검사 대상에서 제외되는 특정설비에 해당한다.

산화에틸렌은 폭발범위가 약 3~80%로 매우 넓어, 제시된 가스 중 폭발범위가 가장 넓다.
황화수소(약 4.3~45%), 암모니아(약 15~28%), 프로판(약 2.1~9.5%)에 비해 상한과 하한의 폭이 훨씬 크다.

공업용 용기의 도색은 액화암모니아가 백색이다. 액화염소는 갈색, 질소는 회색, 산소는 녹색으로 칠한다.

납붙임 또는 접합용기의 가스누출시험은 46~50℃의 온수시험탱크에서 실시하도록 규정되어 있다.
용기를 온수에 담가 기포가 새어 나오는지로 누출을 판정하는 시험이므로, 내부 압력이 충분히 올라간 상태를 만들어 주는 온도 조건이 정해져 있는 것이다.

포스겐 폐기액은 물과 반응하면 염산이 생성되는 성질이 있어 알칼리성(가성소다 등) 물질로 중화 처리하는 것이 원칙이며, 산성물질로 처리한다는 설명은 옳지 않다.
방독마스크 착용, 환기시설 확보, 약간의 누출에도 부식 방지를 위해 주의를 기울이는 것은 모두 올바른 취급 방법이다.

독성가스용 가스누출검지경보장치의 경보농도 설정치는 ±30% 이하로 정해져 있다. 이는 산업안전보건기준에 관한 규칙에서 가스누출검지경보장치의 정확성과 신뢰성을 확보하기 위해 규정한 허용오차 범위이다.

일반도시가스사업자의 배관(부속시설 포함)은 일부공정이 아니라 전공정 시공감리 대상이다. 가스도매사업자의 가스공급시설, 일반도시가스사업자의 배관 이외의 가스공급시설, 시공감리 대상 사용자공급관은 일부공정 시공감리 대상이다.

배관은 그 외면으로부터 도로 밑의 다른 시설물과 0.3m 이상의 거리를 유지해야 하므로, 0.6m 이상이라는 설명은 옳지 않다.
자동차 하중 영향이 적은 곳에 매설하고 도로 경계까지 1m 이상의 수평거리를 두는 것, 시가지 도로 밑에서 배관 정상부로부터 30cm 이상 떨어진 직상부에 보호판을 설치하는 것은 실제 기준과 일치한다.

베릴륨 합금제 공구는 타격 시 불꽃이 발생하지 않는 방폭용 공구 재질로 쓰이므로, 오히려 착화를 예방하기 위해 사용되는 것이지 착화 원인이 아니다.
정전기, 촉매의 접촉작용에 의한 발열, 밸브를 급격히 조작할 때 생기는 마찰열이나 정전기는 모두 가연성가스 공장에서 실제 착화 원인이 될 수 있다.

일산화탄소는 산화성이 아니라 환원성이 강한 기체로, 금속 산화물을 환원시키는 성질을 가진다.
공기보다 가볍고 무색·무취이며 독성이 강하고 공기 중에서 잘 연소하는 것, 철족 금속과 반응해 금속카르보닐을 만드는 것은 모두 옳은 설명이다.

등온가역적 팽창에서 이상기체가 흡수하는 열량은 계가 한 일과 같다($q = w$). 등온과정에서 이상기체의 일은 $w = nRT\ln\frac{V_f}{V_i} = nRT\ln\frac{P_i}{P_f}$이므로, 흡수열은 $q = nRT\ln\frac{P_i}{P_f}$이다.
주어진 값을 대입하면: $n=1\text{ mol}$, $R=1.987\text{ cal/mol·K}$, $T=100+273=373\text{ K}$, $P_i=100\text{ atm}$, $P_f=0.1\text{ atm}$이다.
$q = 1 \times 1.987 \times 373 \times \ln\frac{100}{0.1} = 1.987 \times 373 \times \ln(1000)$를 계산하면,
$\ln(1000) \approx 6.908$이므로
$q = 1.987 \times 373 \times 6.908 \approx 5120\text{ cal}$이다.

아세틸렌용기에 충전하는 다공질물의 다공도는 75% 이상 92% 미만으로 규정되어 있어, 72% 이상 95% 미만이라는 설명은 옳지 않다.
동판 두께 편차를 평균두께의 10% 이하로 관리하는 것, 초저온용기를 오스테나이트계 스테인리스강이나 알루미늄합금으로 제조하는 것, 프로텍터나 캡을 고정식·체인식으로 부착하는 것은 실제 기준과 일치한다.

도시가스 부취제는 가스가 누출되었을 때 공기 중 혼합비율의 용량이 1/1000(0.1%) 상태에서도 냄새로 감지될 수 있도록 첨가하는 것이 기준이다.

압축작업을 즉시 중단해야 하는 법정 기준은 아세틸렌·에틸렌·수소와 산소가 섞이는 경우를 중심으로 정해져 있다.
아세틸렌 중 산소용량이 전체의 2% 이상이면 작업을 중단한다.
산소 중 아세틸렌·에틸렌·수소를 제외한 가연성가스 용량이 전체의 4% 이상이면 작업을 중단한다.
산소 중 아세틸렌·에틸렌·수소 용량의 합계가 전체의 2% 이상이면 작업을 중단한다.
시안화수소는 이 압축금지 기준이 정한 가스 조합에 포함되지 않으므로, 산소용량 2% 이상이라는 조건은 이 규정과 무관하다.

메탄의 폭발범위는 약 5~15%로 알려져 있어, 2.1~9.3%라는 설명은 옳지 않다.
수소(약 4~75%), 아세틸렌(약 2.5~81%), 일산화탄소(약 12.5~74%)는 제시된 수치와 대체로 일치한다.

액화석유가스 저장탱크의 저장능력은 40℃에서의 액비중을 기준으로 산정하도록 규정되어 있다.

이동식 압축도시가스자동차의 처리설비, 이동충전차량 및 충전설비는 그 외면으로부터 화기를 취급하는 장소까지 8m 이상의 우회거리를 유지해야 한다.

고압가스를 운반하는 차량의 경계표지는 차체 폭의 30% 이상의 가로 치수를 가져야 한다. 이는 도로에서 다른 차량과 보행자가 고압가스 운반차량을 명확하게 식별할 수 있도록 충분한 시인성을 확보하기 위한 기준이다.

독성가스 운반차량에는 누출 시 대응을 위한 방독면, 제독제, 고무장갑 등의 보호구와 처리용구를 반드시 갖추어야 한다.
소화장비는 화재에 대비하는 용구로, 독성가스 자체의 누출·중독 사고 대응을 위한 필수 휴대품목에는 해당하지 않는다.

액체 아세틸렌은 안정한 것이 아니라 오히려 매우 불안정하여 압력이나 충격에 의해 분해폭발을 일으키기 쉽다.
수소화하면 에틸렌·에탄이 되는 것, 압축 시 탄소와 수소로 자기분해하는 것, 구리 등의 금속과 반응해 금속아세틸라이드를 생성하는 것은 모두 아세틸렌의 실제 성질과 일치한다.

가스의 위험도(H)는 폭발범위의 상한과 하한을 이용해 $H = \dfrac{U - L}{L}$로 구한다.
프로판의 폭발범위(약 2.2~9.5%)를 대입하면 $H = \dfrac{9.5 - 2.2}{2.2} \approx 3.3$이 된다.

방류둑은 저장탱크가 지상에 설치된 경우 저장능력이 일정 기준을 넘는 독성가스·가연성가스·산소 탱크에 설치해야 한다.
암모니아는 독성가스로 분류되어 저장능력 5톤 이상이면 방류둑 설치 대상이 되므로, 10톤 저장 시 설치 대상에 해당한다.
액화산소 900톤은 산소의 설치 기준(1000톤 이상)에 못 미치고, 염소 4톤은 독성가스 기준(5톤 이상)에 못 미치며, 액화질소는 불활성가스로 방류둑 설치 대상 자체가 아니다.

특정설비의 재검사 주기는 설비 종류에 따라 따로 정해져 있는데, 저장탱크가 없는 곳에 설치한 기화기는 2년이 아니라 3년마다 재검사를 받도록 규정되어 있다.
용접용기로서 신규검사 후 15년 이상 20년 미만인 것을 2년마다, 내용적 500L 이상인 이음매 없는 용기를 5년마다, 압력용기를 4년마다 재검사하는 것은 실제 기준과 일치한다.

고압가스 저장탱크 2개를 지하에 인접하여 설치할 때는 상호 간에 1m 이상의 거리를 유지해야 한다.

TP는 용기의 내압시험압력을 나타내는 각인 기호이며, 검사일을 의미하지 않는다.
FP가 최고충전압력, V가 내용적, W가 질량을 나타내는 것은 실제 각인 기준과 일치한다.

소방기본법이 정하는 위험물과 충전용기는 일정 거리를 두고 함께 싣는 것이 아니라, 동일 차량에 적재하여 운반할 수 없다.
밸브가 돌출한 용기에 프로텍터나 캡을 부착하는 것, 충격을 받지 않도록 주의해 싣는 것, 염소와 아세틸렌·암모니아·수소를 동일 차량에 함께 싣지 않는 것은 실제 운반기준과 일치한다.

압력이 일정할 때 기체의 부피는 절대온도에 비례하므로 $V_2 = V_1 \times \dfrac{T_2}{T_1}$로 구한다.
절대온도로 환산하면 $T_1 = 293\ \mathrm{K},\ T_2 = 313\ \mathrm{K}$이므로 $V_2 = 1 \times \dfrac{313}{293} \approx 1.07\ \mathrm{L}$가 된다.

평균 유속은 부피유량을 배관 단면적으로 나누어 구하므로, 먼저 질량유량을 밀도로 나눠 부피유량을 구한다.
액체의 밀도는 $0.8 \times 1000 = 800\ \mathrm{kg/m^3}$이므로 부피유량은 $\dfrac{15000\ \mathrm{kg/h}}{800\ \mathrm{kg/m^3}} = 18.75\ \mathrm{m^3/h} \approx 0.00521\ \mathrm{m^3/s}$이다.
배관 단면적은 $\dfrac{\pi}{4}(0.05\ \mathrm{m})^2 \approx 0.00196\ \mathrm{m^2}$이므로 유속은 $v = \dfrac{0.00521}{0.00196} \approx 2.65\ \mathrm{m/s}$로, 보기의 2.66 m/s에 해당한다.

관경 100A용 가스누출 경보차단장치의 차단시간은 30초 이내로 규정되어 있다.

백금-백금·로듐형 열전대는 다른 열전대에 비해 내열성이 뛰어나 가장 높은 온도까지 측정할 수 있다.
크로멜-알루멜형, 철-콘스탄탄형, 동-콘스탄탄형은 이보다 낮은 온도 범위에서 사용된다.

햄프슨식 액면계는 차압을 이용해 액면을 측정하는 방식으로, 초저온 저장탱크에 많이 사용된다.

회전식 펌프는 기어·나사·베인 등의 회전자로 유체를 밀어내는 용적형 펌프이므로, 토출압력이 낮다는 설명은 옳지 않다 — 오히려 소용량·고압 토출에 적합한 것이 특징이다.
흡입 및 토출밸브 없이 연속적으로 송출하는 구조여서 고점도 액체 이송에도 사용할 수 있다.

펌프의 상사법칙에 따르면 소요동력은 회전수의 세제곱에 비례한다.
회전수를 20% 증가시키면 $\left(\dfrac{N_2}{N_1}\right)^3 = 1.2^3 \approx 1.73$배가 된다.

터빈식은 유체의 유속을 이용해 유량을 간접적으로 환산하는 추량식(간접식) 가스미터로, 실측식에 속하지 않는다.
루트식, 로터리 피스톤식, 습식은 가스가 지나가는 부피를 직접 세는 실측식 가스미터에 해당한다.

파이프의 구배(기울기)는 배관 시공 시 배수를 위해 고려하는 요소일 뿐, 배관에 전단응력을 유발하는 원인이 아니다.
냉간가공에 의한 잔류응력, 내부압력에 의한 응력, 열팽창에 의한 응력은 모두 배관에 실제로 응력을 일으키는 원인이다.

부취제로 쓰이는 황화합물의 화학적 안전성(반응성이 낮아 잘 변질되지 않는 정도)은 환상황화물이 가장 높고, 이황화물, 메르캅탄 순으로 낮아진다.
메르캅탄류는 반응성이 커서 산화 등 화학적 변화를 일으키기 쉬운 반면, 환상황화물(THT 등)은 상대적으로 안정적이어서 냄새가 오래 유지된다.

아세틸렌은 구리 함량이 62%를 초과하는 합금과 접촉하면 폭발성이 강한 동아세틸라이드를 생성하므로 용기나 배관 재질로 구리합금강을 쓸 수 없다.
LPG는 탄소강, 산소는 크롬강, 염소는 탄소강 용기를 사용하는 조합에는 문제가 없다.

진탕형 오토클레이브는 반응 용기 전체를 좌우로 흔들어 내용물을 섞는 방식으로, 교반형에 비해 교반(혼합) 효과가 오히려 떨어진다.
대신 회전부가 없어 가스 누출 가능성이 없고 고압에서도 반응물 오손 없이 사용할 수 있으며, 뚜껑판의 구멍에 촉매가 끼어들어갈 우려는 진탕형의 실제 단점으로 지적된다.

캐스케이드식(다원 액화) 사이클은 비점이 순차적으로 낮아지는 여러 냉매를 단계적으로 사용해 저비점 기체를 액화하는 방식이다.
끓는점이 점점 낮은 냉매를 차례로 압축·팽창시켜 최종적으로 초저온까지 냉각을 이어간다.

왕복식압축기는 유량조정범위가 넓고 비교적 쉽게 고압을 얻을 수 있어 LPG충전소의 충전용 압축기로 널리 쓰인다.
스크류·스크롤·베인압축기는 상대적으로 저압·중압 영역이나 특수 용도에 더 적합하다.

면적가변식 유량계(로터미터 등)는 압력손실이 작고 거의 일정하다는 것이 특징이며, 압력손실이 크다는 설명은 옳지 않다.
소용량 측정이 가능하고 유효 측정범위가 넓으며, 부자(플로트)의 위치로 유량을 직접 지시하는 방식이다.

배관용 보온재는 단열이 목적이므로 열전도율이 작아야 하며, 열전도율이 크다는 설명은 구비조건에 어긋난다.
장시간 사용온도에 견디고 변질이 없어야 하며, 비중이 작고 흡습·흡수성이 적어야 시공성과 단열성능이 유지된다.

이상기체 상태방정식 PV=nRT에서 기체상수는 R = 0.082 L·atm/mol·K이다.
같은 값을 SI 단위로 쓰면 8.314 J/mol·K이므로, L·atm 단위에 8.314를 붙이거나 joule 단위에 0.082를 붙인 표기, 절대온도 단위를 K가 아닌 R로 적은 표기는 모두 틀리다.

이산화탄소(CO₂)는 탄소가 완전산화된 상태로 더 이상 연소가 일어나지 않는 불연성 가스이다.
프로필렌(C₃H₆), 아세틸렌(C₂H₂), 에틸렌(C₂H₄)은 모두 탄화수소계 가연성 가스이다.

압력 단위를 모두 kPa로 통일하여 비교하면 30.69 psi가 약 2배 높은 압력을 나타낸다.
1 atm = 101.325 kPa = 1013 hPa = 10.33 mH₂O = 14.696 psi를 기준으로:
101.325 kPa = 1 atm
10.33 mH₂O = 1 atm
1013 hPa = 101.3 kPa ≈ 1 atm
30.69 psi = 30.69 ÷ 14.696 × 101.325 ≈ 211.6 kPa ≈ 2.09 atm

프로판의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$이다.
계수를 보면 프로판 1몰을 완전연소시키는 데 필요한 산소는 5몰이다.

도시가스 제조공정은 원료를 열분해·접촉분해·수소화분해 등으로 처리해 가스화하는 공정이다.
상압증류공정은 원유를 정제하는 석유정제 과정에 해당해 도시가스 제조공정으로 분류되지 않는다.

표준상태 기준 증발열은 물(H₂O)이 가장 크고, 암모니아·LNG(메탄)·LPG 순으로 작아진다.
물은 수소결합이 강해 증발에 많은 열이 필요한 반면, LPG는 상대적으로 분자간 힘이 약해 증발열이 가장 작다.

액체산소의 표준 끓는점은 −183℃이며, 이 온도 이하에서 산소가 액체 상태로 존재한다.

제시된 가스 중 염소(Cl₂)의 임계압력이 가장 높다.
대략적인 임계압력을 비교하면 염소 약 76atm, 시안화수소 약 53atm, 에틸렌 약 50atm, 일산화탄소 약 35atm 순이다.

산소는 공기액화분리장치가 분리해내려는 목적 성분 자체이므로, 공기취입구로부터 산소가 섞여 들어오는 것은 폭발 원인으로 보지 않는다.
공기 중 아세틸렌이 섞여 들어오면 액체산소 속에서 축적되어 폭발할 수 있다.
액체공기 중 오존(O₃)이 생성·농축되면 폭발 위험이 있다.
공기 중 이산화질소(NO₂) 등 질소산화물의 혼입도 폭발 원인이 된다.

일정한 압력에서 기체의 부피와 온도 관계는 Charles의 법칙 $\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$를 따른다. 초기 조건은 $T_1 = 20°C = 293 K$, $V_2 = 2V_1$이므로, $\frac{V_1}{293} = \frac{2V_1}{T_2}$에서 $T_2 = 293 \times 2 = 586 K$이다. 이를 섭씨온도로 변환하면 $586 - 273 = 313°C$가 된다.

공기의 평균분자량은 약 29이며, 일산화탄소(CO, 분자량 28)는 이보다 가벼워 공기 중에서 위로 확산된다.
산소(32)·이산화황(64)·이산화탄소(44)는 모두 공기보다 무거워 가라앉는 경향이 있다.

LNG는 액화천연가스를 의미하며 메탄을 주성분으로 하는 천연가스를 냉각·액화한 것이다.
LPG는 프로판·부탄 등 석유가스를 액화한 것으로 LNG와는 원료와 제조 방식이 다르다.

암모니아 합성법 중 카자레법은 고압합성법(약 600~1000atm)에 속하며, 뉴우데법·케미크법·뉴파우더법은 중압합성법(약 300atm 전후)으로 분류된다.

아세틸렌이 시안화수소와 반응하면 아크릴로니트릴이 생성되며, 아세트알데히드는 아세틸렌이 물과 반응(쿠쳐로프 반응)할 때 생기는 물질이다.
아세틸렌의 폭발범위는 약 2.5~81%로 매우 넓고, 무색의 가연성 기체로 공기 중에서 잘 연소한다.

천연가스의 주성분인 메탄은 분자량이 약 16으로 공기보다 가벼워 누출되면 위로 확산되며 바닥에 고이지 않는다.
독성이 없는 청결한 연료이며, 발열량은 약 9,500~10,500kcal/m³ 수준이다.