[가스기능사 필기] 11년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

부탄가스(C₄H₁₀)의 공기 중 폭발범위는 1.8~8.4 v%이다. 폭발범위는 가연성 가스가 공기 중에서 점화원에 의해 폭발할 수 있는 농도 범위를 나타내며, 이 범위 이하를 하한계(LEL), 이상을 상한계(UEL)라 한다. 부탄의 경우 1.8 v%에서 하한계, 8.4 v%에서 상한계를 가지므로, 이 범위 내에서는 폭발 위험이 존재한다.

가연성가스 충전용기 보관실은 누출된 가스가 실내에 정체되지 않도록 통풍이 잘 되는 구조로 해야 하며, 밀폐구조는 오히려 가스가 축적되어 위험을 키운다.
가벼운 지붕과 가스누출검지경보장치, 화기·인화성물질 이격 등 나머지 기준은 실제 충전용기 보관실 요건에 해당한다.

액화염소 용기의 도색은 갈색이며, 황색은 실제 도색 기준과 다르다.
질소는 회색, 수소는 주황색, 액화암모니아는 백색으로 도색하는 것이 맞다.

시안화수소는 불안정한 상태에서 스스로 사슬반응을 일으켜 중합폭발을 일으키는 것이 특징이며, 분해폭발 위험 가스로 분류되지 않는다.
아세틸렌·히드라진·산화에틸렌은 모두 분자 자체의 분해반응으로 폭발할 수 있는 분해폭발성 가스이다.

차량에 고정된 탱크의 안전운행 점검은 동력원부터 확인해 나가는 순서를 따르며, 원동기 → 브레이크 → 조향장치 → 바퀴 → 시운전 순으로 진행한다.
엔진 작동상태를 먼저 확인한 뒤 제동장치, 방향조작장치, 바퀴 상태를 차례로 점검하고 마지막에 실제 주행으로 종합 확인하는 흐름이다.

용기 부속품 기호에서 PG는 압축가스를 충전하는 용기의 부속품이다. LG는 액화석유가스 외의 액화가스, AG는 아세틸렌가스, LT는 초저온·저온용기의 부속품을 뜻한다.

시안화수소는 호흡기뿐 아니라 피부를 통해서도 흡수되어 중독을 일으킬 수 있는 맹독성 가스이므로, 피부 접촉이 안전하다는 설명은 옳지 않다.
인화온도가 매우 낮고 중합 반응이 진행되면 오래된 시안화수소는 스스로 폭발할 수 있어 충전 후 장기간 방치해서는 안 된다.

빈칸에 들어갈 값은 100만분의 5000이다.
고압가스 관계 법령은 독성가스를 '허용농도가 100만분의 5000 이하인 가스'로 정의하고, 이때 허용농도는 성숙한 흰쥐 집단을 대기 중에서 1시간 노출시켰을 때 14일 이내에 2분의 1 이상이 죽는 농도(LC50)를 말한다.
과거의 TLV-TWA 기준(100만분의 200 이하)이 LC50 기준으로 개정된 것이므로, 5000ppm이라는 수치와 '1시간·14일·2분의 1'이라는 조건을 한 묶음으로 외워 두면 된다.

용기 내용적은 $V = W \times C$로 구한다.
충전량 20kg에 충전상수 2.35를 대입하면 $V = 20 \times 2.35 = 47$이므로 내용적은 47L이다.

압축천연가스 자동차 충전시설에서 자동차 주입호스의 길이는 8m 이하로 규정하므로, 5m 이하라는 서술은 기준과 다르다.
배관·튜브·피팅 등의 안전율 4 이상, 단열재료의 불연성·난연성, 배관지지물의 화재·초저온 유출 대비 설계는 모두 실제 시설기준에 해당한다.

나프타를 열분해하여 에틸렌·프로필렌 등을 만드는 석유화학 공정에서 부산물로 나오는, 메탄이 주성분인 가스를 나프타부생가스라 한다.

위험도 H는 $H = \dfrac{U - L}{L}$로 계산한다.
폭발범위 상한 9.5%와 하한 2.1%를 대입하면 $H = \dfrac{9.5 - 2.1}{2.1} = 3.5$이므로 프로판가스의 위험도는 3.5이다.

수소취성은 고온·고압 환경에서 수소가 강재 내부로 침투해 취약하게 만드는 현상이며, 저온·저압에서 일어난다는 설명은 옳지 않다.
염산과 암모니아가 접촉하면 흰 연기(염화암모늄)가 발생하고, 시안화수소는 복숭아 냄새의 맹독성 기체이며, 염소는 황녹색의 자극성 맹독성 기체라는 설명은 모두 맞다.

초음파탐상시험은 재질별로 정해진 두께 이상일 때 실시하며, 2.5% 니켈강은 두께 13mm 이상이 대상이므로 두께 15mm인 2.5% 니켈강이 여기에 해당한다.
탄소강은 50mm 이상, 저합금강은 38mm 이상, 9% 니켈강은 6mm 이상이 대상이므로 나머지 보기는 모두 기준 두께에 미달한다.

가연성가스의 검지경보장치는 원칙적으로 방폭성능을 갖추어야 하지만, 암모니아는 브롬화메탄과 함께 방폭성능을 요구하지 않는 예외로 인정된다.
암모니아는 폭발범위가 좁고 점화에 필요한 에너지가 커서 전기불꽃에 의한 착화 위험이 상대적으로 낮기 때문이다. 수소·일산화탄소·아세틸렌의 검지경보장치는 방폭성능을 갖추어야 한다.

도로 밑에 매설하는 배관은 그 외면으로부터 다른 시설물과 0.3m(30cm) 이상의 거리를 유지해야 하며, 0.6m 이상이라는 설명은 실제 기준보다 큰 수치다.
보호판을 배관 정상부로부터 30cm 이상 떨어뜨려 설치하고, 도로 경계와는 수평거리 1m 이상을 유지하며, 자동차 하중 영향이 적은 곳에 매설한다는 나머지 기준은 옳다.

합금강 용접금속을 어닐링하거나 900℃ 전후로 템퍼링하는 과정에서 탄소·질소·산소 등이 결정입계에 편석되어 충격값이 급격히 떨어지는 현상을 뜨임취성이라 한다.

고압가스 저장탱크를 지하에 매설할 때는 천장·벽·바닥의 두께를 각각 30cm 이상인 철근콘크리트로 시공해야 하며, 10cm는 실제 기준에 못 미치는 수치다.
탱크 외면 부식방지코팅, 주위에 마른 모래 채움, 안전밸브 가스방출관을 지면에서 5m 이상 높이로 설치하는 것은 실제 지하매설 기준에 해당한다.

2개 이상의 탱크를 한 차량에 고정해 운반할 때 각 탱크의 충전관에는 안전밸브·압력계·긴급탈압밸브를 설치해야 한다.
온도계는 충전관에 설치하는 필수 장치에 해당하지 않는다.

가스 공급시설에서 발생하는 정전기를 안전하게 제거하려면 접지 저항치와 함께 접지접속선(본딩용 도체)의 단면적을 5.5mm² 이상으로 확보해야 한다.
단면적이 이보다 작으면 정전기 전하를 충분히 흘려보내지 못해 방전·스파크에 의한 착화 위험이 남는다.

정압기의 분해점검 주기는 최초 설치 후 3년 이내에 1회 실시하고, 이후로는 4년에 1회 이상 실시하는 것이 기준이다.
2012년에 설치되어 2015년에 분해점검을 했다면 이는 최초 점검(설치 후 3년 이내)에 해당하며, 다음 분해점검 만료기한은 2015년에서 4년을 더한 2019년이 된다.

고압가스 설비는 사용 중 예상되는 압력 변동에도 소성변형이 일어나지 않도록, 상용압력의 2배 이상에서도 항복을 일으키지 않는 두께로 설계해야 한다.
이는 내압시험이나 기밀시험 기준과는 별개로, 재료의 항복강도 여유를 확보하기 위한 안전 기준이다.

제1종 보호시설은 학교·병원·극장·시장 등 다수인이 모이는 시설을 말하며, 단독으로 사람이 거주하는 주택은 제2종 보호시설로 분류된다.
학교는 다수인 수용시설로 제1종 보호시설에 해당한다.
여관은 다수인이 수용되는 숙박시설로 제1종 보호시설에 해당한다.
시장은 다수인이 모이는 시설로 제1종 보호시설에 해당한다.

가스설비용 윤활유는 인화점이 높아야 화재·폭발 위험을 줄일 수 있으므로, 인화점이 낮아야 한다는 조건은 틀린 설명이다.
사용 기체와 화학반응을 일으키지 않아야 한다는 조건은 옳다.
점도가 적당해야 한다는 조건은 옳다.
전기 절연내력이 커야 한다는 조건은 옳다.

LPG 배관 이음부(용접이음 제외)는 전기접속기와 30cm 이상 거리를 두어야 하며, 15cm 이상이라는 수치는 절연조치를 하지 않은 전선에 적용되는 기준을 잘못 가져온 것이다.
연소기 사용압력이 3.3kPa를 넘는 배관에 배관용 밸브를 설치할 수 있다는 내용은 옳다.
배관이 분기되는 지점의 주배관에 배관용 밸브를 설치한다는 내용은 옳다.
관경 33mm 이상인 배관을 3m 간격으로 고정한다는 내용은 옳다.

차량에 고정된 탱크로 독성가스를 운반할 때 내용적은 12,000L를 초과할 수 없으며, 염소는 독성가스에 해당해 이 기준이 그대로 적용된다.
참고로 가연성가스(LPG 제외)나 산소는 18,000L를 초과할 수 없고, 암모니아는 이 12,000L 제한에서 제외되는 등 가스 종류별로 상한이 다르게 정해져 있다.

철도를 횡단하는 배관은 지표면에서 배관외면까지 1.2m 이상의 깊이로 매설해야 하므로, 1.5m 이상이라는 설명은 틀렸다.
산이나 들에서 1m 이상 매설한다는 내용은 옳다.
시가지 도로 노면 밑에서 1.5m 이상 매설한다는 내용은 옳다.
시가지 외 도로 노면 밑에서 1.2m 이상 매설한다는 내용은 옳다.

산소 제조설비에서는 1일 1회 이상 제품가스(산소)의 순도를 분석하도록 규정하고 있다.
이는 제조 공정 중 이상 여부를 빠르게 확인해 순도 저하나 불순물 혼입을 조기에 발견하기 위한 기준이다.

제시된 가스 중 염소의 허용농도(TLV)가 가장 낮아 가장 적은 양으로도 인체에 유해하다.
염화수소·아황산가스·일산화탄소도 독성이 있지만 허용농도 기준치가 염소보다 크게 설정되어 있어, 상대적으로 더 많은 양이 노출되어야 같은 수준의 위험에 이른다.

이중관 구조로 해야 하는 독성가스는 아황산가스, 암모니아, 염소, 염화메탄, 산화에틸렌, 시안화수소, 포스겐, 황화수소이다.
브롬화메탄은 이 목록에 포함되지 않아 이중관 구조로 하지 않아도 된다.
아황산가스·산화에틸렌·염화메탄은 모두 이중관 대상 독성가스에 들어 있다.

피드백제어는 출력측 신호를 입력측으로 되돌려 목표치와 비교하고, 그 차이를 줄이는 방향으로 정정동작을 수행하는 제어 방식이다.
반면 미리 정해진 순서대로 각 단계가 차례로 진행되는 제어는 시퀀스제어의 정의이지 피드백제어의 정의가 아니므로, 이 설명이 틀린 내용이다.

액화석유가스 충전용 주관에 설치된 압력계는 매월 1회 이상 기능(정확도)을 검사해야 한다.
그 밖의 압력계는 3개월에 1회 이상으로 주기가 완화되어 있어, 충전용 주관 압력계에 더 엄격한 기준이 적용된다.

알루미늄박과 글라스울처럼 복사열 차단용 실드판을 다수 겹쳐 고진공 중에 배치하는 단열법은 다층진공단열법이다.
고진공만으로 대류·전도를 차단하는 고진공단열법과 달리, 다층진공단열법은 반사층을 여러 겹 두어 복사 열전달까지 추가로 억제하는 방식이다.

연전도도(electrical conductivity)는 유체의 전기 전도 능력으로, 연소 배기가스 분석의 표준 측정항목이 아니며 연소 상태 평가와 무관하므로 가장 거리가 먼 목적이다. 연소 배기가스 분석의 목적은 연소 상태 진단과 효율성 평가에 있다.
연소가스 조성 파악
연소상태(과부족 공기, 불완전연소 등) 진단
열정산(에너지 수지) 자료 획득
위 세 가지는 모두 배기가스 성분 분석(O₂, CO₂, CO, NOₓ 등)과 직접 연결된 핵심 목적이다.

펌프 임펠러 입구에서는 흡입 과정에서 국부적으로 액체 압력이 낮아져 포화증기압 이하로 떨어지면 기포가 발생하는데, 이것이 캐비테이션의 발생 원인이다.
온도 상승이나 밀도 증가, 유량 감소 자체가 직접적인 원인은 아니며 핵심은 압력 저하이다.

원형관의 유량은 $Q = A \times v$로 구하며, 단면적은 $A = \dfrac{\pi d^2}{4}$이다.
지름 $d = 0.09\ \mathrm{m}$를 대입하면 $A = \dfrac{\pi \times 0.09^2}{4} \approx 0.00636\ \mathrm{m^2}$이다.
여기에 유속 $v=30\ \mathrm{m/s}$를 곱하면 $Q \approx 0.19\ \mathrm{m^3/s}$로, 계산된 유량은 약 0.19이다.

일반적인(직동식) 정압기의 기본 구성요소는 스프링, 다이어프램, 메인밸브 세 가지이다.
파일럿(파일로트)은 파일럿식 정압기에서 메인밸브를 보조로 작동시키기 위해 추가되는 장치로, 정압기의 기본구조에는 포함되지 않는다.

주철은 저온에서 취성(저온취성)이 커져 충격에 쉽게 깨지므로 저온용 배관·용기 재료로 적합하지 않다.
반면 황동, 9% 니켈강, 18-8 스테인리스강은 저온에서도 인성을 유지해 저온 재료로 널리 사용된다.

사용온도 350℃ 이하에서 압력 10MPa 이상의 고압 조건에 쓰이는 배관재료는 SPPH(고압배관용 탄소강관)이다.
SPP는 사용압력이 낮은 곳에 쓰는 배관용 탄소강관이다.
SPPW·SPPG는 각각 수도용, 연료가스용 배관 기호로 고압관에는 쓰이지 않는다.

웨버지수는 $WI = \dfrac{H_g}{\sqrt{d}}$로 계산하며, 여기서 $H_g$는 총발열량, $d$는 가스비중이다.
$H_g = 10700\ \mathrm{kcal/m^3}$, $d=0.56$을 대입하면 $\sqrt{0.56} \approx 0.748$이다.
따라서 $WI \approx \dfrac{10700}{0.748} \approx 14298$로, 웨버지수는 약 14298이다.

가스의 연소분석법에는 폭발법, 완만연소법, 분별연소법이 있으며, 이는 시료가스를 연소시켜 성분을 정량하는 방식이다.
크로마토그래피법은 흡착·분리 원리를 이용하는 물리적 분석법으로, 연소를 이용하지 않으므로 연소분석법에 해당하지 않는다.

터보(원심)압축기는 연속 회전 방식이라 맥동이 적은 것이 특징이며, 대신 유량 조절 가능 범위는 좁고 서징 현상에 유의해야 한다.
따라서 유량조절 범위가 넓으나 맥동이 많다는 설명은 실제 특징과 반대이므로 틀린 내용이다.
유량이 커도 설치면적이 작고, 고속회전이 가능하며, 압축비가 작아 효율이 낮다는 나머지 설명은 터보압축기의 특징으로 옳다.

2단 감압방식의 대표적인 장점은 공급압력이 안정되고, 입상배관에 의한 압력손실을 보정할 수 있으며, 중간배관의 관경을 가늘게 해도 된다는 점이다.
반면 용기 교환주기의 폭을 넓히는 것은 2단감압방식 자체의 장점이 아니며, 오히려 조정기 수가 늘어 설비가 복잡해지고 재액화 우려가 커지는 등 단점이 함께 따른다.

가스누출자동차단장치는 가스 누출을 감지하는 검지부, 신호를 처리하는 제어부, 가스를 차단하는 차단부 세 요소로 구성된다.
중앙통제부는 이 장치의 표준 구성요소에 포함되지 않는다.

압축된 가스를 단열 상태로 팽창시키면 온도가 내려가는 현상을 주울-톰슨 효과라고 하며, 이는 저온을 얻는 냉동·액화 공정의 기본 원리로 활용된다.

카본블랙은 천연가스 등 탄화수소를 열분해하거나 불완전연소시켜 제조하는 것이며, 암모니아를 원료로 만드는 것이 아니므로 이 설명은 틀렸다.
수소가 암모니아 합성원료, 메탄올 합성, 인조보석 제조 등에 쓰인다는 설명은 옳다.
포스겐이 알코올·페놀과의 반응성을 이용해 의약·농약·가소제 제조에 쓰인다는 설명은 옳다.
일산화탄소가 메탄올 합성원료로 쓰인다는 설명은 옳다.

아세틸렌 충전용 다공질물은 다공도가 커야(기준상 75% 이상 92% 미만) 아세톤에 녹인 아세틸렌을 충분히 흡수·보유할 수 있으므로, 다공도가 적어야 한다는 조건은 옳지 않다.
화학적으로 안정해야 한다는 조건은 옳다.
기계적 강도가 커야 한다는 조건은 옳다.
가스 충전이 쉬워야 한다는 조건은 옳다.

프로판(C₃H₈)을 완전연소시키면 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$의 반응식에 따라 이산화탄소와 물이 주로 생성된다.

수성가스(water gas)는 적열된 코크스에 수증기를 통과시켜 얻는 가스로, 주성분은 일산화탄소와 수소(CO+H₂)이다.

불완전연소는 산소(공기) 공급이 부족할 때, 가스 조성이 맞지 않을 때, 가스기구·연소기구가 맞지 않을 때 주로 일어난다.
산소 공급이 과잉인 경우는 오히려 완전연소를 돕는 방향이므로 불완전연소의 원인으로 보기 어렵다.

압력이 일정한 상태에서 기체의 부피는 절대온도에 비례하므로 $\dfrac{V_1}{T_1} = \dfrac{V_2}{T_2}$를 적용한다.
$V_1=88\ \mathrm{mL}$, $T_1=298\ \mathrm{K}$(25℃), $T_2=273\ \mathrm{K}$(0℃)를 대입하면 $V_2 = 88 \times \dfrac{273}{298} \approx 80.6\ \mathrm{mL}$이다.
따라서 표준상태에서의 부피는 약 80.6mL이다.

불소(F₂)는 전기음성도가 모든 원소 중 가장 크며, 강한 산화제로 작용하는 물질이다.
따라서 전기음성도가 작은 원소로서 강한 환원제라는 설명은 실제 성질과 반대이므로 틀렸다.
담황색의 자극성 유독 기체라는 점, 활성이 강해 거의 모든 원소와 반응한다는 점, 수소와 냉암소에서도 폭발적으로 반응한다는 점은 불소의 실제 성질과 일치한다.

LP가스의 액체 상태는 물보다 가볍다 — 프로판·부탄의 액체 비중은 약 0.5~0.58 수준으로 물(비중 1)보다 작기 때문이다.
LP가스의 기체는 공기보다 무겁다(분자량이 공기 평균분자량보다 크다).
LP가스 자체는 무색·무취이며, 특유의 취기는 누출 감지를 위해 인위적으로 첨가한 것이다.
LP가스는 물에는 잘 녹지 않고 오히려 알코올 등 유기용제에 잘 녹는다.

1 Therm은 10⁵ BTU(=100,000 BTU)에 해당하는 열량 단위이다.

웨버지수(WI)는 도시가스의 총발열량(kcal/m³)을 가스비중의 제곱근으로 나눈 값으로 정의된다.
이는 가스의 발열량뿐 아니라 비중(밀도)까지 함께 고려해, 서로 다른 가스라도 연소기에서 같은 열량을 내는지 비교할 수 있게 해주는 지표이다.

가장 높은 압력은 1.5kgf/cm²이다.
모든 값을 같은 단위로 환산해 비교하면 $1\,\mathrm{atm} = 1.033\,\mathrm{kgf/cm^2} = 10.33\,\mathrm{mH_2O} = 760\,\mathrm{mmHg}$이다.
이를 적용하면 10mH₂O≈0.97kgf/cm², 745mmHg≈1.01kgf/cm², 0.6atm≈0.62kgf/cm²로 모두 1.5kgf/cm²보다 작다.

제백효과는 서로 다른 두 금속의 양 접점에 온도차가 있으면 열기전력이 생기는 현상이며, 이를 이용한 것이 열전대 온도계이다. 서미스터 온도계와 전기저항 온도계는 온도에 따른 저항 변화를, 광고 온도계는 복사 휘도를 이용한다.

가스 발열량의 관계식은 총발열량 = 진발열량 + 잠열이다.
수소 성분이 연소하면 물이 생기는데, 이 물이 수증기 상태로 남았을 때의 발열량이 진발열량(저위발열량)이고, 수증기가 응축되며 내놓는 잠열까지 더한 것이 총발열량(고위발열량)이다.

프로판 224L가 완전연소하면 5300kcal의 열이 발생한다.
표준상태에서 기체 1mol의 부피는 22.4L이므로 $n = \dfrac{224\,\mathrm{L}}{22.4\,\mathrm{L/mol}} = 10\,\mathrm{mol}$이다.
1mol당 발열량이 530kcal이므로 $10\,\mathrm{mol} \times 530\,\mathrm{kcal/mol} = 5300\,\mathrm{kcal}$이 발생한다.

일산화탄소는 무색·무취의 기체이므로 "담황색"이라고 한 설명이 틀렸다.
허용농도 TLV-TWA 50ppm은 가스 안전관리에서 쓰는 일산화탄소 기준값 그대로라 틀린 부분이 아니다. 이 문항의 오류 포인트는 수치가 아니라 색이다.
수소는 고온·고압에서 탄소강 속 탄소와 반응해 수소취성을 일으킨다.
산소는 공기액화분리장치에서 질소와의 비등점 차이(질소 −196℃, 산소 −183℃)를 이용해 분리·제조한다.
암모니아는 염기성이라 붉은 리트머스지를 푸르게 변색시키는 성질로 검출한다.