[가스기능사 필기] 08년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

LPG 용기나 밸브를 가열할 때는 40℃ 이하의 온수를 사용해야 하며, 40℃ 이상의 뜨거운 물을 사용하는 것은 용기 내압 급상승과 파열 위험을 높이는 잘못된 방법이다.
따라서 뜨거운 물(40℃ 이상)을 사용해야 한다는 서술이 틀린 설명이다.
충전 전 용기의 재검사기간이 지나지 않았는지 확인하는 것은 올바른 취급 절차이다.
충전 후 용기밸브의 누출 여부를 확인하는 것은 필수 안전조치이다.
용기 내 잔류물이 있으면 제거한 뒤 충전하는 것이 원칙이다.

LP가스 설비를 질소나 물로 치환한 뒤 다시 공기로 재치환할 때는, 산소농도측정기로 측정한 산소 농도가 공기와 같은 수준인 18~22% 범위에 들 때까지 재치환 작업을 계속해야 한다.
이는 설비 내부가 정상적인 공기 조성에 가까워져 가연성·질식 위험이 해소되었는지를 확인하기 위한 기준이다.

가스사용시설 배관의 고정 조치 기준은 관경에 따라 13㎜ 미만은 1m마다, 13㎜ 이상 33㎜ 미만은 2m마다, 33㎜ 이상은 3m마다 고정 부착하도록 정해져 있다.
33㎜ 이상이면 모두 3m마다 고정하도록 규정되어 있어 "43㎜ 이상은 4m마다"라는 구간은 존재하지 않으므로, 이 서술은 실제 고정 조치 기준에 해당하지 않는다.

액화가스의 저장능력은 $W = \dfrac{V}{C}$ (V: 내용적, C: 충전정수) 식으로 구한다.
내용적 300L, 충전정수 1.86을 대입하면 $W = \dfrac{300}{1.86} \approx 161.3\ \mathrm{kg}$이다.
따라서 이 저장설비의 저장능력은 약 161kg이다.

도시가스 공급배관에서 입상관의 밸브는 조작 및 점검이 용이하도록 바닥으로부터 1.6m 이상 2m 이내의 높이에 설치하도록 정해져 있다.
이 범위는 사람이 서서 조작하기 적당한 높이를 확보하기 위한 기준이다.

부탄(LPG)은 가연성이면서 공기보다 무거워 누출 시 바닥에 체류하며 폭발 위험을 키우므로, 저장시설을 반드시 통풍이 잘 되는 구조로 해야 한다.
반면 산소·질소·헬륨은 가연성이 없거나 불활성 기체여서 통풍구조가 필수 요건은 아니다.

독성가스 제조시설의 식별표지는 바탕은 백색, 가스 명칭은 적색으로 하고, 가스 명칭을 제외한 나머지 글씨는 흑색으로 표기하도록 정해져 있다.

황화수소는 제독제로 물이 규정되어 있지 않고, 가성소다(수산화나트륨) 수용액이나 탄산소다 수용액을 사용하도록 정해져 있다.
암모니아는 물에 대한 용해도가 매우 커서 물을 제독제로 사용할 수 있다.
아황산가스는 물에 잘 녹아 물로도 제독이 가능하다.
염화메탄도 물을 제독제로 사용할 수 있는 가스로 규정되어 있다.

액체공기 중에 산소가 섞여 있는 것은 공기 자체의 정상적인 조성(약 21%)이므로 폭발의 원인으로 볼 수 없다.
실제 폭발 원인으로는 공기 취입구를 통한 아세틸렌의 침입, 압축기 윤활유 분해로 인한 탄화수소 생성, 산화질소·과산화질소 등 질소산화물의 혼입이 지목된다.

고압 또는 중압 가스공급시설의 내압시험은 최고사용압력의 1.5배 이상의 압력으로 실시해야 하며, 1.1배 이상은 기밀시험의 기준이다.
따라서 내압시험 압력을 1.1배 이상이라고 한 서술은 시험 종류를 혼동한 틀린 설명이다.
제조소·공급소 내 가스공급시설을 설치하는 실은 양호한 통풍구조로 해야 한다.
가스가 통하는 설비 부근의 전기설비는 방폭성능을 갖추어야 한다.
가스방출관의 방출구는 지면으로부터 5m 이상의 높이에 설치해야 한다.

산화에틸렌 저장탱크는 충전 시 내부 분위기가스를 질소나 탄산가스로 치환한 뒤, 저장온도를 5℃ 이하로 유지해야 한다.
이는 산화에틸렌이 산소가 없는 조건에서도 분해폭발을 일으킬 수 있는 불안정한 가스이기 때문에 두는 안전조치이다.

LP가스 용기 보관실의 통풍구 면적은 바닥면적 1$\mathrm{m^2}$당 300$\mathrm{cm^2}$ 이상으로 정해져 있다.
바닥면적이 3$\mathrm{m^2}$이므로 필요한 통풍구 면적은 $300 \times 3 = 900\ \mathrm{cm^2}$ 이상이다.

고압가스 품질검사에서 산소는 동·암모니아 시약을 사용한 오르사트법으로 분석했을 때 순도가 99.5% 이상이어야 품질 기준을 충족한다.

아르곤은 화학적으로 매우 안정한 불활성기체로, 수은과 반응해 위험한 화합물을 생성하지 않으므로 이 서술이 틀렸다.
반면 염소와 암모니아는 염소 과잉 조건에서 강한 폭발성 물질인 삼염화질소($\mathrm{NCl_3}$)를 생성할 수 있고, 암모니아는 구리·구리합금과 반응해 착이온을 만들어 부식을 일으키므로 해당 재질의 사용을 피해야 한다.
또한 가연성가스 고압배관의 밸브를 급격히 열면 관 내 철분·녹 등 이물질이 급격히 이동하면서 마찰열·정전기가 발생해 발화의 원인이 될 수 있다.

아세틸렌 용기 내부의 다공질 물질에는 충전 전 아세톤을 고루 침윤시켜 두는데, 이는 아세틸렌이 아세톤에 잘 용해되어 압축 시에도 분해폭발 위험 없이 안전하게 저장되도록 하기 위함이다.
규조토나 탄산마그네슘은 침윤제가 아니라 다공질 물질 자체의 재료에 해당한다.

액화석유가스에는 공기 중에 누출되었을 때 공기 중 혼합비율의 용량이 1,000분의 1인 상태, 즉 0.1%에서 냄새로 감지할 수 있도록 부취제를 첨가하도록 정해져 있다.
이는 무색·무취인 LP가스의 누출을 후각으로 조기에 알아채도록 하기 위한 규정이다.

탄화수소는 탄소수가 늘어날수록 분자량과 분자 간 인력이 커져 비등점이 높아진다. 따라서 비등점이 낮아진다는 서술이 틀렸다.
탄소수가 증가하면 증기압은 낮아진다.
탄소수가 증가하면 발화점은 낮아지는 경향을 보인다.
탄소수가 증가하면 폭발하한계는 낮아지는 경향을 보인다.

압축·액화 등의 방법으로 처리할 수 있는 가스 용적이 1일 100$\mathrm{m^3}$ 이상인 사업소는 압력 이상 유무를 상시 확인할 수 있도록 압력계를 2개 이상 비치하도록 정해져 있다.
이는 처리설비의 압력 상태를 이중으로 점검해 이상 압력 상승을 조기에 발견하기 위한 안전조치이다.

염소는 아세틸렌·암모니아·수소와 반응성이 있어, 이들과 동일 차량에 적재해 운반할 수 없도록 규정되어 있다.
액화석유가스, 질소, 일산화탄소는 이러한 혼합적재 금지 조합에 해당하지 않는다.

산화에틸렌은 산소가 없어도 분해반응만으로 폭발을 일으킬 수 있는 분해폭발성 가스이므로, 이 서술이 옳다.
포스겐의 비점은 약 8℃로, -128℃라는 서술은 실제 값과 크게 다르다.
염소는 가연성가스가 아니라 조연성(지연성)가스이다.
일산화탄소는 가연성이지만 임계온도가 매우 낮아 상온에서는 액화시키기 어려운 가스이다.

용기나 용기밸브에 설치하는 안전밸브는 내부 압력이 이상 상승했을 때 가스를 배출시켜 용기의 파열을 방지하기 위한 장치이다.
규정량을 초과한 충전량을 덜어내거나, 가스출구·분석용 출구로 사용하려는 목적의 장치가 아니다.

역화(back fire)는 가스 분출속도가 연소속도보다 느릴 때 불꽃이 버너 안으로 들어가는 현상이다. 부식 등으로 염공이 커졌을 때, 가스 압력이 낮을 때, 콕이 덜 열렸을 때, 버너가 과열되었을 때(큰 용기를 올려 장시간 사용) 일어난다. 염공이 작아지면 분출속도가 빨라져 오히려 선화(lifting)의 원인이 된다.

방류둑의 내측 및 그 외면으로부터 10m 이내에는 해당 저장탱크의 부속설비 외의 것을 설치할 수 없도록 정해져 있다.
이는 누출 사고 시 방류둑 주변에 불필요한 시설이 있어 확산 방지나 대응에 지장을 주지 않도록 하는 안전거리 기준이다.

도시가스 지하 매설배관은 최고사용압력에 따라 색상을 달리 표시하는데, 저압배관은 황색, 중압 이상의 배관은 적색으로 한다.
따라서 지하에 매설되는 중압배관의 색상은 적색이다.

고압가스 특정제조시설의 저장탱크는 지진 영향에 안전한 구조(내진설계)로 설계해야 하며, 그 대상 기준은 가연성·독성가스의 경우 저장능력 500$\mathrm{m^3}$ 이상, 비가연성·비독성가스의 경우 1,000$\mathrm{m^3}$ 이상이다.
따라서 비가연성 가스 저장탱크는 저장능력이 1,000$\mathrm{m^3}$ 이상일 때 내진설계 대상이 된다.

독성가스 저장탱크에 가스를 내용적의 90%를 초과해 충전하지 못하도록 막는 장치를 과충전방지장치라고 한다.
액면계, 경보장치, 긴급차단장치는 각각 액면 측정, 이상 상황 경보, 누출 시 가스 흐름 차단이라는 별도의 기능을 수행하는 장치이다.

고압가스를 운반하는 차량에서는 부득이한 경우를 제외하고 운반책임자와 운전자가 동시에 차량을 이탈해서는 안 된다. 시건장치만 하면 된다는 서술은 이 원칙을 벗어난 틀린 설명이다.
식사나 휴식을 하더라도 한 사람은 차량 곁에 남아 사고 발생 시 즉시 대응할 수 있어야 한다.
재해방지를 위한 주의사항을 적은 서면을 운전자에게 교부하고 운행 중 휴대하게 하는 것은 올바른 절차이다.
부득이한 경우가 아니면 장시간 정차를 피해야 한다는 것도 올바른 기준이다.
지정된 도로·시간·속도에 따라 운반해야 한다는 것도 기본 원칙이다.

착화(발화)온도는 물질마다 다른데, 제시된 가스 중에서는 아세틸렌이 약 305℃로 가장 낮다.
에틸렌은 약 450℃, 메탄은 약 537℃, 일산화탄소는 약 600℃ 수준으로 아세틸렌보다 훨씬 높은 온도에서 착화된다.

보일러 중독사고의 주된 원인 가스는 일산화탄소이다.
연료가 불완전연소할 때 발생하는 일산화탄소는 무색·무취여서 인지하기 어렵고, 헤모글로빈과 강하게 결합해 산소 운반을 방해하므로 밀폐된 공간에서 중독사고를 일으키기 쉽다.

산소를 운반하는 차량에 고정된 탱크의 내용적은 18,000ℓ를 초과할 수 없다.
고압가스 안전관리법 시행규칙(차량에 고정된 탱크 운반기준)에서는 가연성가스(액화암모니아 제외) 및 산소의 탱크 내용적은 18,000ℓ, 독성가스(액화암모니아 제외)의 탱크 내용적은 12,000ℓ를 넘지 못하도록 규정하고 있다.

송출압력과 송출유량이 주기적으로 변동하면서 압력계 지침이 흔들리는 현상은 맥동(서징, Surging)현상이다.
진동현상은 배관·기기의 기계적인 떨림 현상이다.
공동현상(캐비테이션)은 흡입측 압력이 포화증기압 이하로 떨어져 기포가 발생하는 현상이다.
수격현상은 밸브의 급격한 개폐 등으로 배관 내에 충격압력파가 생기는 현상이다.

플런저펌프는 피스톤(플런저)의 왕복운동으로 유체를 압송하는 대표적인 왕복식 펌프이다.
기어펌프와 베인펌프는 회전체가 돌면서 유체를 이송하는 회전식 펌프이다.
터빈펌프는 임펠러의 회전력을 이용하는 원심식 펌프이다.

관 끝을 막을 때 사용하는 배관 부속품은 캡(Cap)이다.
소켓은 같은 지름의 관을 직선으로 연결할 때 쓴다.
니플은 관과 관을 연결하는 짧은 수나사 부속이다.
엘보는 배관의 방향을 바꿀 때 사용한다.

활성알루미나겔법은 흡착제에 성분가스를 붙여 분리하는 흡착분석법이므로 흡수분석법에 속하지 않는다.
헴펠법·오르자트법·게겔법은 시약에 성분가스를 순차적으로 흡수시켜 부피 감소량으로 조성을 구하는 대표적인 흡수분석법이다.

다이아프램식 압력계는 얇은 격막(다이아프램)을 사용하는 구조상 온도 변화의 영향을 비교적 크게 받는 것이 특징이므로, "온도에 따른 영향이 적다"는 설명은 틀리다.
정확성이 높고 반응속도가 빠르며 미소압력 측정에 유리하다는 나머지 설명은 다이아프램식 압력계의 실제 장점에 해당한다.

부하(수요)변화가 큰 곳에서 정압기가 얼마나 빠르고 안정적으로 응답하는지를 나타내는 특성은 동특성이다.
정특성은 정상상태에서의 유량과 2차압력의 관계를 나타내는 특성이다.
유량특성은 메인밸브의 열림(스트로크)에 따른 유량 변화 특성이다.

저온장치의 진공단열법은 고진공단열법·분말진공단열법·다층진공단열법 세 가지로 분류되며, "단층진공단열법"이라는 방식은 존재하지 않는다.
참고로 저온단열법 전체로는 상압단열법과 위의 진공단열법으로 나뉜다.

루트미터는 회전자를 이용한 가스미터로, 대용량의 가스 측정에 적합한 것이 특징이다.
설치공간이 작아 대유량 대비 소형화가 가능하다.
중압 이상의 대량 수용가에 적합하며 일반 수용가용 계량기가 아니다.
먼지 등 이물질 유입을 막기 위한 스트레이너 설치가 필요하다.

강재에 상온취성을 일으키는 주된 원소는 인(P)이다.
황(S)은 고온에서 강도를 떨어뜨리는 적열취성의 원인이며, 크롬(Cr)·망간(Mn)은 강도·내식성을 높이기 위해 첨가하는 합금원소로 상온취성과는 관련이 없다.

펌프의 상사법칙에 따르면 유량은 회전수비, 양정은 회전수비의 제곱에 비례한다.
$\dfrac{Q_2}{Q_1}=\dfrac{N_2}{N_1}=\dfrac{3500}{2000}=1.75$
$\dfrac{H_2}{H_1}=\left(\dfrac{N_2}{N_1}\right)^2=1.75^2\approx3.06$
따라서 회전수를 3,500rpm으로 높이면 유량은 약 1.75배, 양정은 약 3.06배가 된다.

이상기체 상태방정식으로 몰수를 구한 뒤 아보가드로수를 곱하면 질소 분자의 수를 구할 수 있다.
$n=\dfrac{PV}{RT}=\dfrac{150\times40}{0.082\times293}\approx249.6\ \mathrm{mol}$
$N=n\times N_A=249.6\times6.02\times10^{23}\approx1.5\times10^{26}\ \mathrm{개}$이므로 용기 속 질소 분자의 수는 약 1.5×10²⁶개이다.

압축기에 의한 LP가스 이송방식은 재액화의 우려가 있다는 단점을 가지므로, "재액화의 우려가 없다"는 설명은 틀리다.
이송시간이 짧고 잔가스 회수가 쉬우며 베이퍼록 현상이 일어나지 않는다는 점은 압축기 방식이 실제로 갖는 장점이다.

원심식 압축기는 용량 조정 범위가 비교적 좁고 조정이 어려운 특징을 가진다.
압축비는 작고 효율은 왕복식보다 낮은 편이다.
연속토출 방식이라 오히려 맥동현상은 적다.
운전 영역에 따라 서징(surging)현상이 발생하기 쉬운 대표적인 압축기다.

유체 속에 소용돌이를 발생시켜 그 발생 수가 유속에 비례하는 원리를 이용하는 유량계는 와류식 유량계이다.

열전대 보호관은 외부 온도변화를 열전대에 신속하게 전달해야 정확한 측정이 가능하므로, "전하는 속도가 느릴 것"이라는 설명은 틀리다.
압력에 잘 견디고 유해가스를 발생시키지 않으며 고온·급격한 온도변화에도 변형되지 않아야 한다는 나머지 조건은 보호관이 실제로 갖춰야 할 요건이다.

아세틸렌은 은(Ag)·수은(Hg) 등의 금속과 반응하여 폭발성이 강한 아세틸라이드를 생성한다.
질소는 고온·고압에서는 금속과 화합할 수 있다.
산소는 반응성이 강하지만 그 자체는 연소하지 않는 조연성 가스이다.
염소는 상온·건조한 상태에서는 강재를 거의 부식시키지 않는다.

기체의 열전도율은 분자의 운동 에너지 전달 능력에 따라 결정되며, 분자량이 작을수록 분자의 평균 속도가 빨라져 열전도율이 증가한다. 주어진 가스들의 분자량은 H₂ = 2, N₂ = 28, CO₂ = 44, SO₂ = 64로, H₂의 분자량이 가장 작으므로 분자 운동이 가장 활발하다. 따라서 같은 온도·압력 조건에서 H₂는 다른 가스들보다 분자 간 충돌을 통한 열 전달이 훨씬 효율적이어서 열전도율이 가장 크다.

게이지압력은 대기압을 기준으로 한 압력으로, $\text{게이지압력}=\text{절대압력}-\text{대기압}$으로 표시된다.

표준상태의 기체상 탄화수소는 탄소수가 적을수록(분자량이 작을수록) 점도가 높은 경향을 보여, C1~C4 탄화수소 중에서는 메탄의 점도가 가장 높다.

액화석유가스(LPG)의 주성분은 프로판(C₃H₈)과 부탄(C₄H₁₀)이며, 소량의 프로필렌(C₃H₆)을 포함한다. 헵탄(C₇H₁₆)은 상온에서 액체이고 끓는점이 98℃로 높아 LPG 정제 과정에서 제거되는 성분이므로 LPG의 주성분이 아니다.

그레이엄의 확산법칙에 따르면 기체의 확산속도는 분자량의 제곱근에 반비례한다.
분자량은 O₂ 32, CO₂ 44, C₃H₈ 44, C₄H₁₀ 58로, 분자량이 가장 큰 부탄(C₄H₁₀)의 확산속도가 가장 느리다.

LNG(액화천연가스)의 주성분은 메탄(CH₄)이다.
천연가스를 약 -162℃까지 냉각해 액화한 것이 LNG이므로, 원료인 천연가스와 마찬가지로 메탄이 대부분을 차지한다.
프로판(C₃H₈)은 LPG의 주성분에 해당하고, 에탄(C₂H₆)은 천연가스에 소량 섞여 있는 성분일 뿐이며, 수소(H₂)는 천연가스의 성분이 아니므로 주성분인 메탄과 구별해야 한다.

황화수소가 누출되면 초산납 시험지가 흑색으로 변색된다.
포스겐은 하리슨시약과 반응해 오렌지(귤색)색으로, 시안화수소는 초산벤지딘지와 반응해 청색으로, 일산화탄소는 염화팔라듐지와 반응해 흑색으로 변색되므로 나머지 짝은 옳지 않다.

나프타 성상을 나타내는 PONA값에서 P는 파라핀계, O는 올레핀계, N은 나프텐계 탄화수소를 뜻하고 A는 방향족(Aromatics)탄화수소를 의미하므로, A를 "지방족탄화수소"라고 한 설명은 틀리다.

아세틸렌의 분해폭발을 막기 위한 희석제로는 질소·메탄·에틸렌·일산화탄소 등이 사용되며, 산소는 오히려 연소·폭발을 촉진하므로 희석제로 사용하지 않는다.

암모니아(NH₃)는 요소·질산·유안(황산암모늄) 제조의 원료로 쓰이지만, 포스겐은 일산화탄소와 염소를 반응시켜 만드는 물질이므로 암모니아의 용도에 해당하지 않는다.

시안화수소는 소량의 수분만 있어도 중합반응을 일으켜 그 반응열로 폭발할 위험이 있기 때문에 안정제(소량의 황산 등)를 첨가한다.

섭씨온도와 화씨온도가 같은 값을 가지는 지점을 구하면 다음과 같다.
$C=\dfrac{5}{9}(F-32)$
$C=F$를 대입하면 $C=\dfrac{5}{9}(C-32)\ \Rightarrow\ C=-40$
따라서 섭씨온도와 화씨온도의 눈금이 일치하는 지점은 -40이다.

표준상태에서 기체 1몰의 부피는 22.4ℓ이고 메탄의 분자량은 16g/mol이므로 비체적은 다음과 같이 계산된다.
$v=\dfrac{22.4\ \mathrm{L/mol}}{16\ \mathrm{g/mol}}\approx1.40\ \mathrm{L/g}$

입상관에서의 압력상승은 공기와 가스의 밀도차(부력)에 의해 생기며, 다음 식으로 구할 수 있다.
$\Delta P=1.293\times g\times(1-S)\times H$
$\Delta P=1.293\times9.8\times(1-0.65)\times10\approx44\ \mathrm{Pa}$
따라서 10m 수직상승 시 배관 내 압력상승은 약 44Pa이다.