[가스기능사 필기] 10년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

액화석유가스 사용시설에서 저장능력 1톤 이상 3톤 미만인 저장설비는 화기 취급장소와 5m 이상의 우회거리를 유지해야 한다.
저장능력 2톤은 이 구간에 해당하므로 우회거리 기준은 5m 이상이 된다.

고압가스 운반 시 운반책임자를 동승시켜야 하는 기준은 압축가스는 가연성 300㎥·조연성 600㎥·독성 100㎥ 이상, 액화가스는 가연성 3,000㎏·조연성 6,000㎏·독성 1,000㎏ 이상이다.
다만 납붙임용기·접합용기에 충전된 액화석유가스는 기준이 2,000㎏ 이상으로 따로 정해져 있어, 1,000㎏을 적재한 경우는 운반책임자를 반드시 동승시켜야 하는 경우에 해당하지 않는다.
수소 500㎥(가연성 300㎥ 이상), 산소 800㎥(조연성 600㎥ 이상), 탱크로리 액화석유가스 3,000㎏(가연성 3,000㎏ 이상)은 모두 동승 대상이다.

운반 중인 고압가스 충전용기는 직사광선이나 열을 피해 항상 40℃ 이하로 유지해야 하므로, 50℃ 이하로 유지한다는 기준은 실제 규정보다 완화되어 틀린 설명이다.
차량에 적재할 때 붉은 글씨로 “위험고압가스” 경계표시를 하는 것은 맞는 기준이다.
하역 작업 시 완충판을 사용하고 차량에 비치하는 것은 맞는 기준이다.
충격 방지를 위해 로프 등으로 결속하는 것은 맞는 기준이다.

배관용 탄소강관에 아연(Zn)을 도금하는 주된 목적은 내식성을 높여 부식을 방지하기 위함이다.
아연이 강재보다 먼저 산화되는 희생방식(양극) 작용으로 배관의 부식을 늦추는 원리이며, 미관이나 보온성 향상이 주된 목적은 아니다.

에어졸 제조설비 및 에어졸 충전용기 저장소는 화기 및 인화성물질과 8m 이상의 우회거리를 유지해야 한다.
이는 에어졸 제품 특유의 폭발·화재 위험을 고려해 정해진 안전거리 기준이다.

도시가스의 유해성분 측정 대상은 황(전황분)·황화수소·암모니아 세 가지이다.
이산화탄소는 이 유해성분 측정 항목에 포함되지 않는다.

고압가스안전관리법은 원칙적으로 모든 고압가스에 적용되고, 시행령이 정한 예외 대상만 적용을 받지 않는다.
용접용 아세틸렌가스는 이 적용제외 목록에 해당하지 않으므로 법의 적용을 받는 고압가스에 해당한다.
철도차량의 에어컨디셔너 안에 있는 고압가스는 적용제외 대상이다.
냉동능력이 3톤 미만인 냉동설비 안의 고압가스도 소용량이라는 이유로 적용제외 대상이다.
액화브롬화메탄도 제조설비 외에 있는 것은 적용제외 대상이다.

염소와 아세틸렌은 동일 차량에 함께 실어 운반할 수 없는 대표적인 조합이다.
염소는 조연성·독성가스로 가연성인 아세틸렌과 만나면 반응성이 높아 누출·충돌 사고 시 위험이 커지기 때문에 동시 적재가 금지된다.
산소와 질소는 가연성가스가 끼어 있지 않아 함께 적재할 수 있다.
질소와 탄산가스는 둘 다 불연성가스로 서로 반응하지 않아 동일 차량 적재가 가능하다.
탄산가스와 아세틸렌도 탄산가스가 불연성이라 아세틸렌과 반응하지 않으므로 적재 금지 조합이 아니다.

가연성가스의 발화도(자연발화온도)에 따라 방폭전기기기의 온도등급이 정해지는데, 85℃ 초과 100℃ 이하 구간은 T6 등급에 해당한다.
온도등급은 숫자가 클수록(T1→T6) 허용되는 표면 최고온도가 낮아지도록 구간이 세분화되어 있다.

고압가스를 차량으로 운반할 때 200km 이상의 거리를 운행하는 경우에는 중간에 충분한 휴식을 취한 후 운행하도록 정해져 있다.
장거리 운행에 따른 운전자의 피로 누적이 사고로 이어지는 것을 막기 위한 규정이다.

가연성가스는 법령상 폭발한계의 하한이 10퍼센트 이하인 것, 또는 폭발한계의 상한과 하한의 차이가 20퍼센트 이상인 것으로 정의된다.
이 문제에서 묻는 하한값 기준은 10퍼센트 이하이다.

고압가스 배관의 상용압력이 0.2MPa 이상 1MPa 미만인 경우, 전용공업지역이 아닌 곳에서 확보해야 하는 공지의 폭은 9m 이상이다.
공지 폭은 상용압력 구간별로 커지도록 정해져 있어, 압력이 높아질수록 더 넓은 안전거리가 요구된다.

액화석유가스를 자동차에 충전하는 충전호스의 길이는 자동차 제조공정 중 설치된 것을 제외하고 5m 이내여야 한다.
충전 중 호스가 지나치게 길면 꼬임이나 손상, 충전 작업자의 관리 범위를 벗어나는 문제가 생기므로 길이 상한을 두고 있다.

액유출 현상은 기화되지 않은 액체가 조정기를 통과한 뒤 하류 쪽에서 급격히 기화하면서 열을 빼앗아 발생하므로, 결로·성애는 조정기의 후단(출구 쪽)에서 나타난다.
따라서 조정기 전단에서 결로현상이나 성애가 낀다는 설명은 현상이 나타나는 위치를 반대로 서술한 것이어서 틀린 내용이다.
압력계로 액유출 여부를 확인하거나, 감지 즉시 입구밸브를 잠그고, 액 팽창으로 조정기·계량기가 파손될 수 있다는 나머지 설명은 모두 액유출 방지장치와 관련해 맞는 내용이다.

가스난방기구의 급배기가 불량하면 산소 공급이 부족해 불완전연소가 일어나고, 그 결과 유독가스인 CO(일산화탄소)가 발생해 인명사고로 이어진다.
완전연소 시 발생하는 이산화탄소와 달리, CO는 무색·무취이면서 혈액의 산소 운반을 방해하는 맹독성 가스라 배기가 막히면 특히 위험하다.

부탄가스용 연소기의 명판에는 연소기명, 제조자의 형식호칭, 제조(로트)번호 등 제품과 제조 이력을 식별할 수 있는 정보를 표시해야 한다.
연소기를 이루는 재질명은 명판에 기재해야 할 필수 항목으로 정해져 있지 않다.

밸브에 얼음이 얼어붙었을 때는 40℃ 이하의 더운물을 사용해 서서히 녹이는 것이 가장 안전한 조치이다.
가스토치나 고온의 램프, 100℃의 뜨거운 물처럼 급격히 가열하는 방법은 용기나 밸브를 손상시키거나 국부적인 온도 상승으로 화재·폭발 위험을 키우므로 피해야 한다.

아황산가스(SO₂)의 제독제로는 가성소다수용액, 탄산소다수용액, 물이 사용된다.
소석회는 염소나 포스겐 계열 가스의 제독에 쓰이는 것으로, 아황산가스의 제독제 목록에는 포함되지 않는다.

수소는 가연성가스이므로 용기밸브에는 원칙적으로 왼나사를 사용해야 하며, 오른나사라는 설명은 틀린 내용이다.
가연성가스 용기는 실수로 산소 등 조연성가스용 기기에 잘못 연결되는 것을 막기 위해 나사 방향을 조연성·불연성가스와 다르게 정해 두고 있다.
안전밸브를 가용전식과 파열판식을 함께 쓰는 점, 피로갈롤 시약을 쓴 오르자트법으로 순도 98.5% 이상을 확인하는 점, 공업용 용기를 주황색으로 도색하고 “연”자를 백색으로 표시하는 점은 모두 맞는 설명이다.

염소와 질소는 서로 반응하지 않고 가연성가스가 끼어 있지 않은 조합이라 같은 용기보관실에 저장할 수 있다.
산소와 수소는 조연성가스와 가연성가스의 조합이라 함께 보관할 수 없다.
아세틸렌(가연성)과 염소(조연성·독성)는 서로 반응해 폭발 위험이 큰 조합이다.
암모니아와 산소도 가연성가스와 조연성가스가 섞이는 조합이다.

원심식 압축기를 사용하는 냉동설비는 원동기 정격출력 1.2kW를 1일의 냉동능력 1톤으로 환산한다.
압축기 형식마다 냉동능력 1톤에 해당하는 기준이 다르게 정해져 있으며, 피스톤 압출량으로 환산할 수 없는 원심식은 이처럼 정격출력을 기준으로 삼는다.

지표면으로부터 배관 외면까지의 매설깊이는 산이나 들에서는 1m 이상, 그 밖의 지역에서는 1.2m 이상으로 정해져 있어, 두 기준을 서로 바꿔 쓴 설명은 틀린 내용이다.
건축물과 1.5m, 지하도로·터널과 10m 이상의 거리를 유지하는 점, 독성가스 배관이 수도시설과 300m 이상 떨어져야 하는 점, 다른 시설물과 0.3m 이상 이격하는 점은 모두 맞는 설명이다.

고압가스설비에 설치하는 안전장치는 설비 안의 압력이 상용압력을 초과할 때 즉시 상용압력 이하로 되돌릴 수 있어야 하는데, 이를 내압압력 기준으로 서술한 설명은 틀린 내용이다.
가연성가스 전기설비의 방폭성능, 특수반응설비의 내부반응 감시·위험사태 방지설비, 저장탱크·배관의 부식 방지 조치는 모두 사고예방설비기준으로 맞는 설명이다.

도시가스 사업소에 설치하는 통신시설 중 인터폰은 안전관리자가 상주하는 사업소와 현장 사업소 사이의 연락을 위한 통신범위로 정해져 있다.
사업소 내 전체나 종업원 상호간을 대상으로 하는 연락은 방송설비·사이렌·휴대용확성기 등 다른 통신설비가 담당하는 범위이다.

고압가스용기의 안전점검은 부식·도색·표시 상태, 캡·프로텍터 부착 여부, 재검사기간 도래 여부 등을 확인하는 방식으로 이루어진다.
가스 누출 여부는 비눗물 등으로 확인해야 하며, 성냥불로 누출을 확인하는 것은 인화·폭발을 유발할 수 있는 위험한 방법이라 안전점검 기준에 해당하지 않는다.

일반도시가스사업자가 설치한 정압기는 2년에 1회 이상 분해점검을 실시하도록 정해져 있다.
정압기는 가스 압력을 사용처에 맞게 낮춰 공급하는 핵심 안전설비이므로, 내부 부품의 마모·고장을 정기적으로 확인하기 위해 분해점검 주기가 규정되어 있다.

폭발범위(vol%)를 비교하면 프로판은 약 2.1~9.5%로 하한과 상한의 차이가 가장 작아, 보기 중 폭발한계의 범위가 가장 좁다.
암모니아는 약 15~28%, 수소는 약 4~75%, 아세틸렌은 약 2.5~81%로 모두 폭발범위의 폭이 프로판보다 넓어 그만큼 더 넓은 농도 구간에서 폭발 위험이 있다.

검지경보장치의 검출부는 배관이 밀폐되어 있어 누출을 확인하기 어렵거나 가스가 고이기 쉬운 지점에 설치해야 하므로, 방호구조물 등에 의해 개방되어 설치된 배관 부분은 설치 대상이 아니다.
긴급차단장치 부분, 누출가스가 체류하기 쉬운 구조의 배관, 슬리브관·이중관 등으로 밀폐된 배관 부분은 모두 누출 시 감지가 어려운 지점이라 검출부 설치 대상에 해당한다.

고압장치를 운전 중에 점검하는 항목은 가스경보기 상태, 진동·소음 상태, 누출 상태처럼 가동 중에 실시간으로 확인 가능한 사항들이다.
벨트의 이완 상태는 설비가 정지된 상태에서 점검하는 항목에 가까워, 운전 중 점검사항으로는 거리가 멀다.

압력이 일정할 때 기체의 부피는 절대온도에 비례하므로(샤를의 법칙), 온도 변화에 따라 부피를 계산하면 된다.
$V_2 = V_1 \times \dfrac{T_2}{T_1} = 4\,\ell \times \dfrac{(273+273)\,\mathrm{K}}{(0+273)\,\mathrm{K}}$
$V_2 = 4\,\ell \times 2 = 8\,\ell$이므로, 273℃, 1atm에서의 부피는 8ℓ가 된다.

수소취성(수소메짐)을 방지하기 위해 강에 첨가하는 대표적인 원소는 크롬(Cr)이다.
고온·고압의 수소는 강 속의 탄소와 반응해 메탄을 만들면서 탈탄을 일으켜 강을 취약하게 만드는데, 크롬은 안정한 탄화물을 만들어 탄소가 수소와 반응하는 것을 막아준다. 같은 이유로 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 바나듐(V), 티타늄(Ti)도 수소취성 방지 원소로 쓰인다.

원심펌프를 직렬로 연결해 운전하면 유량은 그대로 유지되면서 양정이 증가한다.
반대로 병렬로 연결하면 양정은 유지되고 유량이 증가하므로, 직렬과 병렬은 서로 다른 목적으로 사용된다.

펌프가 운전 중 압력계 바늘이 흔들리고 유량이 주기적으로 변동하며 한숨 쉬듯 맥동하는 현상을 서징(맥동현상)이라 한다.
공동현상(캐비테이션)은 흡입측 압력 저하로 기포가 발생·소멸하는 현상이고, 수격작용은 급격한 유속 변화로 충격압이 발생하는 현상이라 서징과는 원인과 양상이 다르다.

U자관 마노미터에서 측정 압력은 대기압에 수은주에 의한 압력을 더해 구한다. 수은의 비중량은 13.6g/cm³이고 액주높이는 600mm = 60cm이다.
$\gamma_{Hg} \times h = 13.6\,\mathrm{g/cm^3} \times 60\,\mathrm{cm} = 816\,\mathrm{g/cm^2} = 0.816\,\mathrm{kg/cm^2}$
$P_2 = P_1 + \gamma_{Hg} h = 1 + 0.816 \approx 1.82\,\mathrm{kg/cm^2}$이므로, P2는 약 1.82kg/cm²이다.

고정튜브식·회전튜브식·슬립튜브식 액면계는 탱크에 꽂은 튜브 끝이 액면에 닿았는지를 가스를 조금씩 방출시켜 확인하는 구조라, 방출된 가스로 인화나 중독의 우려가 없는 가스에만 쓸 수 있도록 사용이 제한된다.
평형튜브식은 이렇게 사용 가스가 제한되는 액면계 목록에 포함되지 않는다.

무급유(oil-free)식 압축기는 실린더 내벽과 피스톤 사이를 윤활유 없이 밀봉하는 방식으로 카본링식, 테프론링식, 다이어프램식 등으로 분류된다.
브론즈(청동)는 부품의 재질을 가리키는 말일 뿐 무급유압축기의 분류 명칭이 아니므로, 종류에 해당하지 않는다.

계측과 제어의 목적은 조업조건의 안정화, 고효율화, 안전위생관리처럼 공정을 자동으로 감시·조정해 품질과 안전을 높이는 데 있다.
작업인원의 증가는 오히려 계측·제어 자동화가 진행될수록 줄어드는 방향에 가까워, 계측과 제어의 목적으로 보기 어렵다.

공기액화분리장치의 이산화탄소 흡수탑에서는 가성소다(NaOH)가 이산화탄소와 반응해 탄산나트륨과 물을 생성한다.
$2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$
이 반응식은 나트륨, 탄소, 산소, 수소 원자수가 양변에서 모두 맞도록 균형 잡혀 있는 식이다.

용기 파열사고는 용기의 내압력 부족, 용기 내압의 상승, 폭발성혼합가스에 의한 발화처럼 용기가 견딜 수 없는 압력 상태에 이를 때 발생한다.
안전밸브의 작동은 설비 내 압력이 과도하게 오를 때 가스를 배출해 압력을 낮춰주는 안전장치의 정상 동작이므로, 오히려 파열을 막는 역할이지 파열사고의 원인이 아니다.

고압가스 일반제조시설에서 압축가스 배관에는 배관 내부의 압력 상태를 상시 확인할 수 있도록 압력계를 설치해야 한다.
배관 내 압력은 과압이나 누출 같은 이상 상태를 가장 빨리 드러내는 지표이므로, 상용압력을 넘지 않는지 확인할 수 있는 압력계가 계측기기로 요구된다.

가스액화분리장치에서 정류장치는 원료가스를 저온으로 냉각한 뒤, 각 성분가스의 끓는점 차이를 이용해 저온에서 분리·정제하는 장치이다.
한냉장치는 저온을 만들어내는 장치, 열교환장치는 열을 주고받아 온도를 조절하는 장치, 불순물제거장치는 분리에 앞서 수분·탄산가스 등을 없애는 장치로, 저온 분리 자체를 담당하는 것은 정류장치이다.

압력조정기는 고압의 가스를 필요한 저압으로 감압하는 장치로서, 고압가스 설비라기보다 가스 사용 시점의 압력 제어를 위한 액세서리에 해당하므로 고압가스관련 설비에 포함되지 않는다.
고압가스관련 설비는 고압가스 저장·운반·사용 과정에서 안전을 확보하기 위해 고압가스와 직접 접촉하거나 고압가스의 위험을 제어하는 장치들을 의미한다.
안전밸브는 압력 상승 시 가스를 방출하는 과압 방지 장치로 고압가스 설비에 해당한다.
긴급차단장치는 비상 상황에서 가스 공급을 즉시 차단하는 장치로 고압가스 설비에 해당한다.
특정고압가스용 실린더캐비닛은 고압가스 실린더를 안전하게 보관·관리하는 설비로 고압가스 설비에 해당한다.

원심압축기의 상사법칙(친화법칙)에 따르면 소요동력은 회전속도의 세제곱에 비례한다.
$\dfrac{P_2}{P_1}=\left(\dfrac{N_2}{N_1}\right)^3$
회전속도를 1.2배로 늘리면 동력비는 $1.2^3=1.728$이 되어 약 1.7배의 동력이 필요하다.
참고로 유량은 회전속도에 비례하고, 양정(압력)은 회전속도의 제곱에 비례한다.

저온 정밀 증류법(저온증류법)은 혼합가스를 매우 낮은 온도로 냉각·액화시킨 뒤 성분별 끓는점 차이를 이용해 분리하는 방법으로, 주로 탄화수소 혼합가스의 성분 분석에 사용된다.
SO2, CO2, O2와 같은 단일 성분 가스의 정량에는 흡수법이나 연소법 등 다른 분석법이 더 일반적으로 쓰인다.

SPPS(압력배관용 탄소강관)는 사용온도 350℃ 이하, 압력 1~10MPa 범위의 고압 배관에 사용되도록 규격화된 강관으로, LPG·도시가스의 고압 배관에 적용된다.
SPP(배관용 탄소강관)는 사용압력이 낮은 일반 배관용이다.
SPW(배관용 아크용접 탄소강관)는 비교적 낮은 압력의 대구경 배관에 쓰인다.
SPPW(수도용 아연도금강관)는 급수용 배관에 사용된다.

1BTU는 순수한 물 1lb의 온도를 1℉ 높이는 데 필요한 열량으로 정의된다.
물 1kg을 1℃ 올리는 데 필요한 열량이 1kcal인 것과 같은 개념을, 야드파운드법 단위(lb, ℉)로 바꾼 것이 BTU이다.

수소는 유지를 포화지방으로 바꾸는 경화유 제조에, 산소는 금속의 용접·절단에 쓰인다는 짝짓기가 옳다.
이산화탄소는 포스겐이 아니라 청량음료·드라이아이스 제조 등에 쓰인다(포스겐은 일산화탄소와 염소로 만든다).
염소는 청량음료가 아니라 표백·소독·염산 제조 등에 사용된다.

일산화탄소(CO)는 가연성이면서 동시에 독성을 지닌 대표적인 가스이다.
수소는 가연성이지만 독성은 없다.
이산화탄소와 헬륨은 불연성이며 독성도 없다.

공기(산소) 중에서 무성 방전을 일으키면 오존(O3)이 생성되는 것이지 과산화수소가 생기는 것이 아니므로, 이 설명이 틀린 내용이다.
산소는 그 자체는 불연성이지만 조연성이 강해 수소와 격렬히 반응해 폭발하고, 유지류와 접촉해도 폭발 위험이 있으며, 산소 분압이 높아지면 폭굉범위도 넓어진다.

탄소의 함유량은 화합물 내 탄소의 질량 백분율로 판단한다. 각 화합물의 상대분자질량 대비 탄소 질량을 계산하면: ① CO₂ = 12/(12+32) = 12/44 ≈ 27.3%, ② CH₄ = 12/(12+4) = 12/16 = 75%, ③ C₂H₄ = 24/(24+4) = 24/28 ≈ 85.7%, ④ CO = 12/(12+16) = 12/28 ≈ 42.9%이다. C₂H₄에서 탄소의 질량 백분율이 약 85.7%로 가장 높다.

부탄은 분자량이 커서 공기보다 무거운 가스이므로 누출 시 바닥에 가라앉아 체류하기 쉬워, 저장소의 바닥환기에 특히 신경 써야 한다.
반면 메탄·에틸렌·아세틸렌은 공기와 비중이 비슷하거나 더 가벼워 위쪽으로 확산되므로 바닥 체류 위험이 상대적으로 낮다.

염소폭명기(염소폭명가스)는 염소와 수소가 1:1로 혼합된 것을 가리키며 산소와의 혼합물이 아니므로, 이 설명이 틀린 내용이다.
염소 자체는 폭발성·인화성이 없는 조연성 가스이지만 상온에서 자극적인 냄새를 지닌 맹독성 기체이며, 수분과 만나면 염산이 생성되어 부식성이 강해진다.

물을 데우는 데 필요한 열량과 실제 연소로 공급된 열량의 비로 열효율을 구한다.
필요열량: $Q=8\,\mathrm{kg}\times1\,\mathrm{kcal/(kg\cdot^\circ C)}\times(98-18)^\circ C=640\,\mathrm{kcal}$
공급열량: $Q'=0.034\,\mathrm{m^3}\times24{,}000\,\mathrm{kcal/m^3}=816\,\mathrm{kcal}$
열효율: $\eta=\dfrac{640}{816}\times100 \approx 78.4\%$로 계산된다.

천연가스의 주성분은 메탄(CH4)이며, 분자량은 탄소 12와 수소 4(1×4)를 더한 16이다.
32는 산소(O2), 44는 이산화탄소(CO2)나 프로판(C3H8), 58은 부탄(C4H10)의 분자량에 해당한다.

1kW의 열량은 860kcal/h로 환산된다.
이는 1kWh가 860kcal의 열량과 같다는 전력량-열량 환산 관계에서 비롯된 값이다.

총발열량은 단위 부피당 발열하는 열량으로, 가스의 종류별 표준 발열량값을 비교해야 한다. 프로판(약 93.6 MJ/Nm³), 부탄(약 121.5 MJ/Nm³), 수소(약 10.8 MJ/Nm³), 도시가스(약 36~40 MJ/Nm³)이므로 부탄의 발열량이 가장 크다. 부탄은 분자량이 크고 탄소·수소 함유량이 높아 같은 부피에서 더 많은 연료가 포함되어 발열량이 우수하며, 따라서 1Nm³당 총발열량이 최대이다.

부취제 농도를 측정하는 대표적인 방법은 오더미터법, 냄새주머니법, 주사기법, 무취실법 네 가지이며, 가스분석기법은 이에 해당하지 않는다.

화씨온도를 섭씨온도로 바꾸는 공식은 다음과 같다.
$^\circ C=(^\circ F-32)\times\dfrac{5}{9}$
대입하면 $(86-32)\times\dfrac{5}{9}=54\times\dfrac{5}{9}=30^\circ C$가 된다.

암모니아(NH3)는 아연·구리·은·코발트 등의 금속 이온과 결합해 착이온(암민착물)을 형성하는 성질이 있다.
이 때문에 암모니아 배관·부품에는 구리나 구리합금을 피하는 등 재질 선정에 주의해야 한다.

LPG는 온도가 올라갈수록 증기압력도 함께 상승하는 관계를 가진다.
이 때문에 여름철 직사광선이나 고온 환경에 노출된 LPG 용기는 내부 압력이 높아져 위험할 수 있다.