[가스기능사 필기] 09년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

질소용 의료가스 용기는 청색이 아니라 흑색으로 도색해야 하므로, 청색으로 표시한 설명이 틀린 내용이다.
의료용 가스 용기의 도색은 산소는 백색, 헬륨은 갈색, 에틸렌은 자색으로 구분한다.
제시된 선택지 중 산소·헬륨·에틸렌의 도색 표시는 모두 맞는 내용이므로, 질소의 도색 색상만 실제 기준과 다르다.

안전밸브는 설정압력을 초과하면 즉시 작동해야 하므로, 천천히 작동하게 한다는 설명이 틀린 내용이다.
압력계 밸브를 서서히 열고, 액화가스를 처음 충전할 때 서서히 충전하며, 장치의 압력을 상승시킬 때도 서서히 상승시키는 것은 급격한 압력 변화로 인한 사고를 막기 위한 올바른 취급 방법이다.
반면 안전밸브는 이상 압력 발생 시 신속하게 작동해 압력을 방출해야 제 기능을 하므로, 이 부분만 반대로 서술되어 있다.

특정고압가스 사용시설에서 액화가스 저장능력이 300kg 이상이면 용기보관실의 벽을 방호벽으로 설치해야 한다.
방호벽은 폭발이나 파열 시 충격파와 파편으로부터 주변을 보호하기 위한 구조물로, 일정 저장능력 이상의 용기보관실에 의무적으로 설치된다.

액화석유가스(LPG) 저장탱크의 외면 표시는 적색으로 해야 한다. 이는 고압가스 안전관리법령에서 규정한 저장탱크 표시 기준으로, 적색은 인화성·독성 물질을 나타내는 국제적 안전색 체계에 해당하며, 지상에 설치되는 액화석유가스 저장탱크는 화재·폭발 위험이 높은 설비이므로 주변에서 즉시 인식할 수 있도록 적색으로 가스명칭을 표시하도록 규정하고 있다.

차량이 통행하는 폭 8m 이상 도로에 도시가스 배관을 매설할 때는 깊이 1.2m 이상을 확보해야 한다.
도로 폭이 좁아질수록 매설 깊이 기준도 완화되는데, 이는 도로 하중과 굴착·타공사로 인한 배관 손상 위험을 고려한 것이다.

펜탄은 가연성가스이지만 독성가스로 분류되지 않는다.
아크릴로니트릴, 벤젠, 암모니아는 모두 고압가스 법령상 독성가스 목록에 포함되는 물질이다.
따라서 제시된 물질 중 독성가스가 아닌 것은 펜탄뿐이다.

표준상태(0℃, 1atm)에서 프로판의 이론적 밀도는 약 1.96kg/m³이다.
프로판(C₃H₈)의 분자량은 $3 \times 12 + 8 \times 1 = 44$이며, 표준상태에서 기체 1kmol의 부피는 22.4m³이다.
따라서 밀도는 $\dfrac{44\ \mathrm{kg}}{22.4\ \mathrm{m^3}} \approx 1.96\ \mathrm{kg/m^3}$로 계산된다.

차량에 고정된 탱크로 독성가스를 운반할 때 내용적은 12,000ℓ 이하로 제한된다.
이는 가연성가스(LPG 제외)나 산소를 운반하는 탱크의 상한(18,000ℓ)보다 낮게 설정된 값으로, 누출 사고 시 피해 규모를 줄이기 위한 기준이다.

도시가스 배관을 해저에 설치할 때는 해저면 아래에 매설하는 것이 원칙이므로, 해저면 위에 그대로 얹어 설치한다는 설명이 틀린 내용이다.
배관은 원칙적으로 다른 배관과 교차하지 않도록 설치한다.
배관이 수직으로 올라가는 입상부에는 방호 시설물을 설치한다.
배관은 원칙적으로 다른 배관과 30m 이상의 수평거리를 유지한다.
이 조건들은 모두 맞는 설명이므로, 해저면에 놓는 방식에 대한 설명만 실제 기준과 다르다.

LPG 용기의 내용적은 저장능력에 충전상수를 곱해 구하며, 계산 결과는 47ℓ이다.
충전상수 C를 이용한 관계식은 $V = C \times W$이며, 여기서 W는 저장능력(kg), V는 내용적(ℓ)이다.
주어진 값을 대입하면 $V = 2.35 \times 20 = 47\ \mathrm{\ell}$가 된다.

메가폰(휴대용 확성기)은 안전관리자가 상주하는 사업소와 현장 사업소 간에 설치하는 통신설비에 해당하지 않는다.
구내전화, 인터폰, 페이징설비는 이 두 지점을 연결하는 통신설비로 규정되어 있는 반면, 메가폰은 현장 내 인접한 작업자 상호간의 즉각적인 연락에 쓰이는 도구로 용도가 다르다.

소화설비는 가연성가스나 산소를 운반하는 차량에 갖추는 장비이므로, 독성가스 운반차량이 반드시 비치해야 할 용구·용품에는 해당하지 않는다.
독성가스를 운반하는 차량에는 누출 시 인체 보호와 응급 제독을 위해 방독면, 제독제, 고무장갑 등의 보호구와 제독 자재를 반드시 갖추어야 한다.

이산화황(아황산가스)은 아세틸렌 충전 시 사용하는 희석제가 아니다.
아세틸렌은 압력이 높아지면 분해폭발 위험이 커지므로, 메탄·일산화탄소·에틸렌·질소 등의 가스를 희석제로 첨가해 폭발 위험을 낮춘다.

가연성가스 제조시설의 고압가스설비는 산소제조시설의 고압가스설비와 10m 이상의 거리를 유지해야 한다.
가연성가스와 조연성가스인 산소가 가까이 있으면 누출 시 폭발 위험이 크게 높아지므로, 별도의 이격거리 기준을 두어 두 설비를 분리한다.

이상사태 발생 시 설비 내 내용물을 밖으로 이송해 안전하게 연소시키는 설비는 플레어스택이다.
벤트스택은 가스를 연소시키지 않고 대기 중으로 방출하는 설비이고, 인터록은 조건 미충족 시 작동을 차단하는 안전장치, 내부반응감시장치는 반응 상태를 모니터링하는 장치로 각각 역할이 다르다.

암모니아 냉동장치의 시운전에는 산소를 사용할 수 없다.
암모니아와 산소가 만나면 폭발성 혼합가스를 형성할 위험이 있기 때문이다.
반면 질소, 공기, 이산화탄소는 반응성이 낮아 기밀시험 등 시운전 과정에 사용할 수 있다.

방류둑의 성토는 수평에 대하여 45도 이하의 기울기로 시공해야 한다.
기울기가 너무 급하면 성토 붕괴 위험이 커지므로, 방류둑이 저장탱크 파손 시 누출된 액체를 안정적으로 가두는 기능을 유지하도록 완만한 경사를 요구한다.

저장탱크 안전밸브에 설치하는 가스방출관은 방출구가 지면에서 5m 이상의 높이에 있어야 한다.
방출된 가스가 지면 부근에 체류하지 않고 충분히 확산되도록 높은 위치에서 방출시키기 위한 기준이다.

도시가스배관의 전기방식에서 전류가 흐르는 상태의 자연전위와의 전위 변화는 최소한 -300mV 이하여야 한다(다른 금속과 접촉하는 배관 제외).
즉 방식전류를 흘렸을 때 배관 전위가 자연전위보다 300mV 이상 음(-)의 방향으로 이동해야 방식이 충분히 걸린 것으로 판정한다.

독성가스 배관을 2중관 구조로 시공할 때 외층관의 내경은 내층관 외경의 1.2배 이상을 표준으로 한다.
외층관과 내층관 사이에 충분한 공간을 확보해 내층관에서 누출이 발생해도 외층관이 이를 가두어 감지·처리할 수 있도록 하기 위함이다.

유리를 사용한 액면계에는 파손 방지를 위한 덮개를 설치해야 한다는 점에서, 덮개를 하지 않는다는 설명이 틀린 내용이다.
액면계로 평형반사식 유리액면계나 평형투시식 유리액면계를 사용할 수 있다.
유리액면계에 쓰이는 유리는 KS B 6208(보일러용 수면계유리) 기호 B 또는 P 이상의 것이어야 한다.
액면계 상하에는 수동식 및 자동식 스톱밸브를 각각 설치한다.
이 조건들은 모두 맞는 설명이므로, 덮개 설치 여부에 대한 서술만 실제 기준과 반대로 되어 있다.

가스누출경보기의 검지부는 주위온도나 복사열로 인한 온도가 40℃ 미만인 곳에 설치할 수 있다.
검지부는 고온에 노출되면 오작동하거나 손상될 수 있어 온도 조건을 제한하는 것이며, 다음 장소는 설치를 피해야 한다.
증기·물방울·기름기가 직접 닿을 우려가 있는 곳
설비 등에 가려져 누출가스의 흐름이 원활하지 못한 곳
차량 등의 작업으로 경보기가 파손될 우려가 있는 곳

고압가스 판매업 허가를 받으려면 용기보관실 면적이 10제곱미터 이상이어야 한다.
이는 용기를 안전하게 구분·보관하고 취급 공간을 확보하기 위한 최소 기준이다.

충전용기와 잔가스용기는 서로 구분하여 보관해야 하며, 단순히 넘어지지 않게 결속해 두는 것만으로는 기준을 충족하지 못하므로 이 설명이 틀린 내용이다.
가연성·독성·산소 용기는 각각 구분하여 보관 장소에 놓는다.
용기는 40℃ 이하의 온도를 유지하고 직사광선을 피해 보관한다.
계량기 등 작업에 필요한 물건 외에는 보관 장소에 두지 않는다.

고압가스 처리능력을 산정할 때 기준 온도는 섭씨 0도, 게이지압력은 0파스칼이다.
즉 대기압 상태(게이지압력 0)와 0℃라는 표준 조건을 기준으로 설비의 처리능력을 계산한다.

방폭지역 0종 장소에는 원칙적으로 본질안전방폭구조를 사용해야 한다.
0종 장소는 폭발성 가스 분위기가 정상 상태에서도 연속적으로 또는 장시간 존재하는 곳이므로, 점화원 자체가 생기지 않도록 회로의 에너지를 제한하는 본질안전방폭구조가 요구된다.

압축가스는 저장 상태(압축·액화 등)에 따른 구분이지, 가연성 여부에 따른 구분이 아니다.
가연성가스, 조연성가스, 불연성가스는 연소 특성을 기준으로 가스를 나눈 분류이다.

2005년 2월에 신규검사를 받은 LPG 20kg용 용접용기(내용적 47ℓ)의 최초 재검사 시기는 4년 뒤인 2009년 2월이다.
LPG용 용접용기는 신규검사 후 경과 연수가 적을 때는 재검사 주기가 길고, 용기가 오래될수록 주기가 짧아져 노후 용기를 더 자주 확인하도록 되어 있다.

안전구역 설정을 위한 연소열량은 Q = K × W로 계산한다.
K는 가스의 종류 및 상용온도에 따라 정해지는 수치이고, W는 저장설비나 처리설비의 규모에 따라 정해지는 수치이다.
즉 $Q = K \times W$ 형태로 두 값을 곱해 연소열량을 산정한다.

질소는 불연성·비독성 가스이므로 '그 밖의 가스' 안전거리 기준을 적용하며, 35톤(35,000kg)은 3만kg 초과 4만kg 이하 구간이어서 제1종 보호시설과 13m 이상을 유지해야 한다.
그 밖의 가스는 저장능력 구간이 커질수록 제1종 보호시설과의 거리가 8m, 9m, 11m, 13m, 14m 순으로 늘어나며, 같은 저장능력이라도 독성가스나 가연성가스보다 요구되는 거리가 짧다.

피스톤과 보조 피스톤이 있고 상부에 팽창기, 하부에 압축기가 배치되며 수소나 헬륨을 냉매로 쓰는 공기액화장치는 필립스식 액화장치이다.
린데식은 단열팽창(줄-톰슨 효과)을 이용하는 방식이고, 클라우드식은 팽창기를 이용해 냉동효과를 얻는 방식으로 필립스식과는 구조가 다르다.

로터리 압축기는 압축이 연속적으로 이루어져 고진공을 얻기에 적합하므로, 단속적이라 저진공에 적합하다는 설명이 틀린 내용이다.
왕복식 압축기에 비해 부품 수가 적고 구조가 간단하다.
기름 윤활 방식을 쓰는 소용량 압축기로 많이 사용된다.
구조상 흡입 기체에 기름이 혼입되기 쉽다는 단점이 있다.
이 특징들은 모두 맞는 설명이므로, 압축 방식과 적용 진공도에 대한 서술만 실제와 반대로 되어 있다.

산화동법은 시료가스를 연소시켜 분석하는 연소분석법이지, 흡수분석법이 아니다.
햄펠법, 오르자트법, 게겔법은 화학적으로 각 성분을 흡수제에 흡수시켜 부피 감소를 측정하는 흡수분석법에 속한다.

LP가스용 용기 밸브의 몸통은 단조용 황동으로 만드는 것이 가장 적합하다.
단조로 성형하기 쉽고 내식성이 좋으며, 아세틸렌과 달리 LP가스는 구리와 반응해 폭발성 화합물을 만들지 않아 동합금 재질의 사용이 제한되지 않기 때문이다.

초저온 저장탱크에서 차압을 이용해 액면을 측정하는 액면계는 햄프슨식 액면계이다.
탱크 상부와 액 하부 사이의 압력 차이를 이용해 액면 높이를 환산하는 방식으로, 저온에서도 안정적으로 작동한다는 장점이 있다.

MMA(메틸메타크릴레이트)는 도시가스 부취제로 사용되지 않는다.
THT, TBM, DMS는 도시가스에 냄새를 부여해 누출을 감지할 수 있도록 첨가하는 대표적인 부취제이다.

용기 충전구는 나사의 형태에 따라 A형(숫나사), B형(암나사), C형(나사가 없는 것)으로 구분하여 표시한다.
따라서 충전구에 나사가 없는 용기는 C형이다.
참고로 나사의 방향은 이와 별개의 기준으로, 가연성가스 용기는 왼나사, 그 밖의 가스 용기는 오른나사를 사용한다(암모니아·브롬화메틸은 가연성이지만 예외적으로 오른나사).

펌프는 작동 방식에 따라 왕복식·회전식·원심식(터보형) 등으로 크게 나뉘며, 스크류 펌프는 회전자가 회전하면서 유체를 이송하는 회전식 펌프에 속한다.
기어펌프·베인펌프와 같은 계열로, 왕복운동 없이 로터의 회전만으로 송출이 이루어지는 것이 특징이다.

유체 속에 기둥 모양의 물체를 놓아 인위적으로 소용돌이(와류)를 발생시키면 그 발생 주파수가 유속에 비례하는데, 이 성질을 이용하는 것이 볼텍스(와류) 유량계이다.
주파수를 검출하여 유속과 유량으로 환산하는 방식으로, 가동부가 없어 내구성이 좋은 것이 특징이다.

배관 속을 흐르는 액체의 유속을 밸브 급폐쇄 등으로 급격히 변화시키면, 관성에 의한 충격압이 배관 벽면을 때리는 워터해머링(수격) 현상이 발생한다.
이 압력파는 배관이나 밸브의 파손 원인이 되므로, 완폐쇄형 밸브 사용이나 유속 제한 등으로 방지한다.

매설배관의 전기방식 상태를 평가할 때, 포화황산동 기준전극(CSE) 기준으로 방식전위는 -0.85V 이하가 되도록 관리한다.
전위가 이보다 높아(0에 가까워)지면 방식이 불충분한 것으로 판단하며, 반대로 과방식에 의한 배관 손상을 막기 위한 하한 기준도 별도로 두고 있다.

디스펜서는 LPG 자동차충전소에서 차량 용기에 일정량의 LP가스를 충전하는 충전기기로, 계량 기능과 충전 기능이 함께 갖춰진 설비이다.
충전량을 계량만 하는 기기라거나, 탱크로리에서 저장탱크로 이송하는 압축기·펌프 계열 설비와는 구별된다.

웨버지수(WI)는 총발열량을 가스 비중의 제곱근으로 나눈 값으로, 연소기에서의 열량 공급 특성을 나타내는 지표이다.
$WI = \dfrac{H_h}{\sqrt{d}}$
주어진 값을 대입하면 $WI = \dfrac{10400}{\sqrt{0.55}} = \dfrac{10400}{0.742} \approx 14023$이다.

압력계는 상용압력을 정상적으로 표시할 수 있도록, 최고눈금이 상용압력의 1.5배 이상 2배 이하가 되는 것을 사용해야 한다.
상용압력이 10MPa이므로 최고눈금 범위는 $10 \times 1.5 = 15\ \mathrm{MPa}$에서 $10 \times 2 = 20\ \mathrm{MPa}$ 사이가 된다.

가스히트펌프(GHP)는 가스엔진으로 압축기를 구동하여 냉난방을 하는 설비로, 고압가스 안전관리 체계상 냉동기 분야로 분류된다.
특정설비나 가스용품, 단순 용기와는 구분되는 냉동설비의 한 종류로 취급된다.

표준대기압 1atm은 760mmHg = 14.7psi = 10.332mH₂O = 1.0332kgf/㎠ = 1.013bar에 해당한다.
이를 kgf/㎡ 단위로 나타내면 $1.0332\ \mathrm{kgf/cm^2} \times 10000 = 10332\ \mathrm{kgf/m^2}$이므로, 1.013kgf/㎡는 잘못된 환산값이다(1.013은 bar 단위로 표시했을 때의 수치이다).

탄소와 수소의 중량비(C/H)는 분자 내 탄소 원자량 합을 수소 원자량 합으로 나눈 값이다.
프로필렌($C_3H_6$)은 $\dfrac{3 \times 12}{6 \times 1} = 6.0$으로, 프로판(4.5)·에탄(4.0)·메탄(3.0)보다 중량비가 가장 크다.

액체 상태에서 무색투명하며 특유의 복숭아(아몬드 유사) 향을 가진 맹독성 가스는 시안화수소이다.
극소량으로도 인체에 치명적인 맹독성 물질이며, 화학공업에서 원료로 취급되므로 사용 시 엄격한 방독 조치가 요구된다.

에탄·산화에틸렌·황화수소는 폭발(연소)하한계가 대략 3~5vol% 수준으로 낮아, 공기 중 10vol%이면 폭발범위 안에 들어 위험하다.
반면 브롬화메틸($CH_3Br$)은 폭발하한계가 이보다 훨씬 높아 10vol% 농도에서는 폭발범위에 이르지 않으므로 폭발 위험성이 없다.

단위 넓이에 수직으로 작용하는 힘을 압력이라고 하며, 힘을 면적으로 나눈 값으로 정의된다.
$P = \dfrac{F}{A}$의 관계로 표현되고, 단위는 Pa, kgf/㎠ 등을 사용한다.

완전진공을 0으로 하여 측정한 압력을 절대압력이라고 한다.
이에 비해 대기압을 기준(0)으로 측정한 압력은 게이지압력이며, 절대압력은 게이지압력에 대기압을 더한 값으로 구한다.

액비중(液比重)은 4℃에서의 물의 밀도를 기준으로 하여 같은 온도에서 측정한 액체의 밀도와의 비를 말한다. 4℃는 물의 밀도가 최대(1 g/cm³)가 되는 온도이므로 비중 측정의 표준 기준점으로 국제적으로 통용된다. 0℃ 물의 밀도는 약 0.9998 g/cm³로 4℃보다 작으므로 2번은 오답이고, 절대 영도는 현실적으로 불가능하므로 3번도 오답이며, 4번은 비중의 정의와 무관한 끓는점 관련 개념이다.

각 분자의 분자량을 계산하여 비교한다. C4H10: 4(12) + 10(1) = 58, SO2: 32 + 2(16) = 64, C2H4O: 2(12) + 4(1) + 16 = 44, COCl2: 12 + 16 + 2(35.5) = 99. 분자량이 클수록 같은 부피에서 더 무겁고, 공기(평균 분자량 약 29)보다 분자량이 큰 가스는 공기 중에서 침강하는 경향을 보인다. COCl2의 분자량 99가 가장 크므로 가장 무거운 가스다.

질소는 공기의 주성분이며 안정한 불활성 특성 때문에 산화를 막는 산화방지제(퍼지가스)로 널리 쓰이고, 수소와 반응시켜 암모니아 합성원료로도 사용된다.
반면 방전(발광)용으로 주로 쓰이는 기체는 네온·아르곤 등이며, 질소는 방전용 가스의 대표 예로 보기 어렵다.

암모니아는 동(구리) 및 동합금을 부식시키므로 관련 배관·부속에 동 사용이 금지되며, 고온·고압 조건에서는 질화·수소취화 등으로 강재도 침식시킬 수 있다.
질소는 불활성 기체이지만 고온에서는 일부 금속과 반응하여 질화물을 만들 수 있다.
산소는 반응성이 강한 조연성 가스일 뿐, 산소 자신은 연소하지 않는다.
염소는 수분이 있을 때 강재를 심하게 부식시키지만, 건조한 상태에서는 상온에서 강재를 거의 부식시키지 않는다.

도시가스의 주원료인 메탄($CH_4$)의 비점은 약 -162℃이다.
이 때문에 액화천연가스(LNG)는 상압에서 이 온도 부근까지 냉각하여 액화·저장·수송한다.

500 kcal/h는 약 59.3 kgfㆍm/s에 해당한다.
열량 단위를 일의 단위로 환산하려면 1 kcal = 427 kgfㆍm(또는 426.9 kgfㆍm)의 변환계수를 사용한다. 500 kcal/h를 kgfㆍm/s로 환산하기 위해 시간 단위도 함께 변환한다:
$500 \text{ kcal/h} = 500 \times 427 \text{ kgfㆍm/h} = 213,500 \text{ kgfㆍm/h}$
이를 초 단위로 변환하면
$213,500 \text{ kgfㆍm/h} \div 3,600 \text{ s/h} = 59.3 \text{ kgfㆍm/s}$

압력이 일정할 때 기체의 부피는 절대온도에 비례한다는 샤를의 법칙을 적용한다.
$\dfrac{V_1}{T_1} = \dfrac{V_2}{T_2}$에서 $T_1 = 273\ \mathrm{K}$, $T_2 = 273+273 = 546\ \mathrm{K}$이므로,
$V_2 = 5 \times \dfrac{546}{273} = 10\ \mathrm{L}$이다.

혼합가스의 폭발하한계는 Le Chatelier 법칙을 적용하여 구한다. 각 성분의 체적분율을 폭발하한계로 나눈 값들의 합이 1이 되는 지점에서의 혼합가스 농도를 구하는 식: $\frac{1}{LFL_{mix}} = \frac{V_1}{LFL_1} + \frac{V_2}{LFL_2} + \frac{V_3}{LFL_3}$
주어진 값을 대입하면: $\frac{1}{LFL_{mix}} = \frac{20}{4} + \frac{50}{5} + \frac{30}{3} = 5 + 10 + 10 = 25$
따라서 $LFL_{mix} = \frac{1}{25} = 0.04 =$이다.

산소 농도가 높아지면 연소속도·화염속도가 빨라지고 폭발범위도 넓어지지만, 반대로 점화(발화)에너지는 감소한다.
산소가 풍부할수록 적은 에너지로도 착화가 쉬워지기 때문으로, 이는 산소부화 환경에서 화재·폭발 위험이 오히려 커지는 이유이기도 하다.