[가스기능사 필기] 08년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

부탄(C₄H₁₀)은 공기(분자량 29)보다 훨씬 무거운 분자량 58의 가스로, 누출되면 바닥에 체류하면서 폭발성 혼합기를 형성할 수 있어 강제통풍시설을 갖춘 용기보관실이 필수적이다. 고압가스안전관리법 기준에서 부탄 등 액화석유가스(LPG) 저장소는 누출 가스가 저부에 체류하지 않도록 강제통풍장치 설치를 의무화한다.
고압가스 저장소의 통풍 기준은 누출 시 가스의 밀도와 누적 위험성에 따라 결정된다.
질소, 헬륨은 공기보다 가볍거나 비슷하여 자연 대류로 확산된다.
탄산가스는 공기보다 무거우나 질식 위험이 상대적으로 낮다.

고압가스 특정제조시설의 해저배관은 원칙적으로 다른 배관과 교차하지 않아야 하며, 교차하지 않는 경우에도 수평거리 30m 이상을 유지해야 하므로 20m은 기준 미달이다.
배관을 해저면 아래에 매설하고 입상부에 보호시설물을 설치하는 것은 해저배관 설치 기준에 맞는 내용이다.

염소는 독성가스이다. 수용정원 300명 이상인 공연장은 제1종 보호시설에 해당한다. 독성가스의 처리능력이 3만 kg 초과 4만 kg 이하이면 제1종 보호시설과 27m 이상의 안전거리를 유지해야 한다. 38,000kg은 이 구간에 속하므로 27m이다.

액화석유가스 안전관리책임자가 해임되거나 퇴직한 경우에는 그 날로부터 30일 이내에 다른 안전관리책임자를 선임해야 한다.
이 기간은 안전관리 공백을 최소화하기 위해 법령에서 정한 기준 기간이다.

가연성 가스는 공기 중에서 연소할 수 있는 성질을 가지며, 독성 가스는 인체에 유해한 화학적 작용을 일으키는 가스다. 프로판(C₃H₈)은 가연성이지만 독성이 거의 없고, 불소(F₂)와 염소(Cl₂)는 독성이 강하지만 가연성이 없다(오히려 산화제 역할). 암모니아(NH₃)는 가연성(공기 중에서 약 1500°C 이상에서 질소와 물로 연소)이면서 동시에 자극성과 독성을 가진 가스로, 호흡기·점막에 심각한 손상을 입힐 수 있다.

질소는 공업용 용기 도색 기준에서 '그 밖의 가스'에 해당해 용기를 회색으로 도색하고, 그 위에 백색 문자로 가스명 등을 표시한다.
문자 색상이 백색이 아닌 예로는 회색 용기에 적색 문자를 쓰는 액화석유가스, 백색 용기에 흑색 문자를 쓰는 액화암모니아 등이 있어 혼동하기 쉬우므로 가스별로 구분해 익혀 둘 필요가 있다.

가스누출검지경보장치는 가스가 체류하기 쉬운 곳에 설치해야 신속하게 누출을 감지할 수 있으므로, 통풍이 잘되는 곳에 설치한다는 것은 설치기준과 반대되는 설명이다.
검지 성능이 가스 종류에 적절해야 하고 충분한 감도를 갖추어야 하며, 체류 우려 장소에 적절히 배치하는 것은 실제 설치기준에 부합한다.

저장탱크가 없는 곳에 설치한 기화기는 3년마다 재검사하므로 2년마다라는 설명이 틀렸다. 저장탱크와 함께 설치된 기화기는 저장탱크 재검사 때 함께 검사한다. 신규검사 후 15년 이상 20년 미만인 용접용기는 2년, 500ℓ 이상 이음매 없는 용기는 5년, 압력용기는 4년마다 재검사하므로 나머지는 옳다.

독성의 크기는 허용농도(TLV-TWA)로 비교하며, 허용농도가 낮을수록 독성이 크다. 불소는 0.1ppm으로 가장 낮아 독성이 가장 크고, 염소(약 0.5~1ppm), 시안화수소(10ppm), 암모니아(25ppm) 순으로 독성이 작아진다.

일반 도시가스사업자가 관리하는 정압기는 2년에 1회 이상 분해점검을 실시해야 한다.
이는 정압기 내부 필터·다이어프램 등의 이상 유무를 정기적으로 확인해 압력 조정 기능을 유지하기 위한 기준이다.

고압가스 충전용기는 직사광선이나 열원을 피해 항상 40℃ 이하의 온도를 유지하도록 관리해야 한다.
온도가 상승하면 용기 내압이 급격히 올라가 파열 등의 위험이 커지기 때문이다.

가연성가스의 위험도는 (폭발상한 − 폭발하한) ÷ 폭발하한으로 계산하며, 값이 클수록 위험성이 크다.
아세틸렌은 폭발범위가 약 2.5~81%로 하한이 낮으면서 범위가 매우 넓어 위험도가 약 31로 가장 크다.
산화에틸렌(약 3~80%)은 약 26, 수소(약 4~75%)는 약 18, 프로판(약 2.1~9.5%)은 약 3.5 수준이어서 아세틸렌보다 위험도가 낮다.

액화석유가스 저장탱크 방류둑은 그 내측과 외면으로부터 10m 이내에는 저장탱크 부속설비 외의 설치를 금지하고 있다.
이는 방류둑 인근 공간을 확보해 누출 사고 시 대응과 확산 방지를 용이하게 하기 위한 기준이다.

이중배관 설치 대상은 아황산가스·암모니아·염소·염화메탄·산화에틸렌·시안화수소·포스겐·황화수소 등 독성이 크고 누출 시 위해가 큰 특정 독성가스로 한정되어 있다.
일산화탄소는 독성가스이지만 이 이중배관 대상 목록에 포함되지 않으므로 이중배관을 하지 않아도 되는 가스에 해당한다.

밸브가 얼어붙었을 때는 40℃ 이하의 미지근한 물을 사용해 서서히 녹이는 것이 안전한 조치법이다.
가스토치나 램프 같은 화기, 또는 100℃에 이르는 뜨거운 물을 직접 가하면 국부적인 급격한 가열로 폭발·화재 위험이 커지므로 사용해서는 안 된다.

ppb(parts per billion)는 10억 분의 1을 의미하는 농도 단위로, 1ppb = 1/109에 해당한다. ppm(parts per million)이 백만 분의 1(1/106)이므로, ppb는 그보다 1,000배 더 작은 단위다.

내화구조 가연성가스 저장탱크 상호간에 법정 이격거리(1m 또는 두 저장탱크 최대지름을 합산한 길이의 4분의 1 중 큰 값)를 확보하지 못한 경우에는, 그 부분에 살수밀도 $4\ \mathrm{L/m^2\cdot min}$ 이상의 물분무장치를 설치하도록 정해져 있다.
이는 인접 탱크로부터 화재 열이 전달될 위험을 줄이기 위한 법정 방수 기준이다.

LPG 배관 이음부와 전기 접속기·전기점멸기 사이의 이격거리는 30cm 이상으로 규정되어 있어, 15cm 이상이라는 설명은 기준에 미달한다.
연소기 사용압력이 3.3kPa를 초과하는 배관에 배관용 밸브를 설치하는 것, 분기되는 주배관에 배관용 밸브를 두는 것, 관경 33mm 이상 배관을 3m마다 고정하는 것은 모두 실제 시설기준에 맞는 내용이다.

방류둑에는 계단·사다리 또는 흙 등을 쌓아올린 출입구를 둘레 50m마다 1개 이상 설치해야 한다.
이는 화재·누출 등 비상 상황에서 방류둑 안팎으로 신속히 대피·접근할 수 있도록 하기 위한 기준이다.

산화에틸렌 충전용기에는 질소나 탄산가스를 충전해 45℃에서 내부가스 압력이 0.4MPa 이상이 되도록 하는 것이 법정 기준이다.
이는 산화에틸렌의 자기중합·분해 폭발을 억제하기 위해 불활성가스로 압력을 미리 확보해 두는 조치이다.

후부취출식 탱크에서 주밸브 및 긴급차단장치에 속하는 밸브와 차량 뒷범퍼 사이의 수평거리는 40cm 이상을 유지해야 한다.
후부취출식이 아닌 밸브의 경우 기준은 이보다 짧은 30cm 이상으로, 취출 방향에 따라 요구되는 이격거리가 다르게 정해져 있다.

공기 중 산소농도를 높이면 연소반응이 더 활발해져 연소속도는 빨라지고, 점화에 필요한 에너지가 줄어들어 발화온도는 낮아진다.
이는 산소가 풍부할수록 착화와 반응이 쉬워지는 연소 특성에서 비롯된다.

고압가스일반제조 시설기준상 가연성가스제조시설의 고압가스설비는 다른 가연성가스 고압가스설비와 5m 이상의 거리를 유지해야 하므로, 2m 이상이라는 설명은 기준에 미달한다.
가연성가스 설비 및 저장설비가 화기와 8m 이상 우회거리를 유지하는 것, 사업소에 경계표지·경계책을 설치하는 것, 독성가스 누출 우려 장소에 위험표지를 두는 것은 모두 실제 시설기준에 맞는 내용이다.

도시가스 사용시설에서 가스계량기는 절연조치를 하지 않은 전선과 15cm 이상의 거리를 유지해야 한다.
이는 누전 등으로 인한 화재·폭발 위험을 줄이기 위해 전기설비와 가스설비 사이에 두는 최소 이격거리이다.

산화에틸렌이 누출되었을 때는 다량의 물로 씻어 희석·제거하는 것이 적절한 제독 방법이며, 소석회는 산화에틸렌의 제독제로 쓰이지 않는다.
염소는 탄산소다수용액, 포스겐과 황화수소는 각각 소석회와 가성소다수용액으로 제독하는 것이 올바른 조합이다.

아세틸렌이 접촉하는 설비에 동함량이 62%를 초과하는 동합금을 사용하면 구리와 반응해 폭발성 화합물인 아세틸라이드가 생성될 위험이 있으므로, 동함량 72%의 동합금 사용은 위험한 경우에 해당한다.
충전 중 압력을 2.5MPa 이하로 관리하고, 충전 후 15℃에서 1.5MPa 이하가 될 때까지 정치하며, 탄소함유량 0.1% 이하의 강으로 충전용 지관을 만드는 것은 안전한 충전 조건이다.

1종 보호시설은 대체로 수용능력이 300인 이상인 시설을 기준으로 하므로, 수용능력이 200인에 그치는 교회 시설은 1종이 아니라 2종 보호시설에 해당한다.
가설건축물이 아닌 건축물로서 사실상 독립된 부분의 연면적이 1,000㎡ 이상이면 1종 보호시설 기준을 충족하므로 연면적 1,500㎡인 건축물은 1종에 해당한다.
지정문화재로 지정된 건축물은 규모와 관계없이 1종 보호시설로 분류된다.
어린이집 및 어린이놀이터는 1종 보호시설의 예시 시설에 포함된다.

전기방식시설의 관대지전위 점검주기는 2년이 아니라 1년에 1회 이상이 기준이므로 이 설명이 틀린 내용이다.
방식전위는 포화황산동 기준전극으로 $-0.85\ \mathrm{V}$ 이하, 자연전위와의 전위변화는 최소 $-300\ \mathrm{mV}$ 이하가 되도록 관리하며, 전위측정은 배관에 가능한 가까운 위치에서 실시하는 것이 옳은 설명이다.

고압가스 일반제조시설에서 저장탱크 및 가스홀더는 내용적이 5m³ 이상인 것에 가스방출장치를 설치하여야 한다.
이는 저장설비 내부 압력이 비정상적으로 상승할 때 신속히 가스를 대기로 방출해 폭발 등 사고를 예방하기 위한 안전조치이다.

습식 아세틸렌발생기의 표면온도는 70℃ 이하로 유지하여야 한다.
아세틸렌은 온도 상승 시 분해폭발 위험이 커지는 가스이므로 발생기 표면온도를 낮게 관리해 위험한 반응을 억제하기 위한 기준이다.

고온배관용 탄소강관의 규격 기호는 SPHT이다.
참고로 SPPH는 고압배관용 탄소강관, SPLT는 저온배관용 탄소강관, SPPW는 수도용 도복장강관을 가리키는 기호이다.

땅속의 애노드에 외부 직류전원으로 강제 전압을 가하여 피방식 금속체를 캐소드가 되게 하는 전기방식법을 외부전원법이라 한다.
희생양극법은 피방식체보다 이온화 경향이 큰 금속을 매설해 자연전위차로 방식하는 방법이다.
선택배류법과 강제배류법은 전철 등 누설전류가 있는 환경에서 배관에 흐르는 전류를 레일 쪽으로 배류시키는 방법이다.

기화기와 혼합기로 기화시킨 부탄에 공기를 섞어 공급하는 방식을 공기혼합 공급방식이라 하며, 부탄 소비량이 많을 때 발열량 조절과 재액화 방지를 위해 널리 사용된다.

아세틸렌 용기의 안전밸브는 주로 가용전식을 사용하며, 일정 온도(약 105±5℃)에서 가용합금이 녹아 내부 가스를 방출한다.
이는 아세틸렌이 분해폭발 위험성이 커서 압력보다 온도 상승에 민감하게 대응해야 하기 때문이다.

관내 평균유속은 유량을 배관 단면적으로 나누어 구하며, 계산 결과 약 $1.8\ \mathrm{m/s}$이다.
유량 $Q = \dfrac{200{,}000\ \mathrm{kg/h}}{1000\ \mathrm{kg/m^3}} = 200\ \mathrm{m^3/h} \approx 0.0556\ \mathrm{m^3/s}$
단면적 $A = \dfrac{\pi}{4}D^2 = \dfrac{\pi}{4}(0.2\ \mathrm{m})^2 \approx 0.0314\ \mathrm{m^2}$
유속 $v = \dfrac{Q}{A} = \dfrac{0.0556}{0.0314} \approx 1.8\ \mathrm{m/s}$

강관(가스관)은 관의 치수가 큰 경우 구리관보다 오히려 경제적이므로, 비경제적이라는 설명이 틀린 내용이다.
구리관보다 강도가 높아 충격에 강하고, 접합 작업이 용이하며, 연관·주철관에 비해 가볍다는 나머지 특징은 옳은 설명이다.

압축된 가스를 좁은 통로로 단열 팽창시킬 때 온도가 강하하는 현상을 줄-톰슨 효과라 한다.
이 원리는 가스 액화나 냉동 사이클에서 냉매를 냉각시키는 데 널리 이용된다.

수소나 헬륨을 냉매로 사용하며 실린더 내부에 피스톤과 보조 피스톤(디스플레이서)으로 구성된 액화 사이클은 필립스 공기액화사이클이다.
이 방식은 왕복동식 팽창 구조를 이용해 낮은 온도까지 냉각시키는 것이 특징이다.

피토관으로 측정한 정압과 동압의 차(수주)로부터 유속을 구하면 약 $14\ \mathrm{m/s}$이다.
$v = \sqrt{2gh} = \sqrt{2 \times 9.8\ \mathrm{m/s^2} \times 10\ \mathrm{m}} = \sqrt{196} = 14\ \mathrm{m/s}$

브로돈관 압력계에 가스를 유입하거나 빼낼 때는 급격한 압력 변화로 브로돈관이 손상될 수 있으므로 서서히(천천히) 조작해야 하며, 신속히 조작한다는 설명은 틀린 내용이다.
사전에 지시 정확성을 확인하고 안전장치가 부착된 것을 사용하며, 온도·진동·충격 변화가 적은 곳에서 사용해야 한다는 나머지 사항은 옳은 설명이다.

펌프의 동력은 회전수의 세제곱에 비례하므로, 회전수를 1,200rpm으로 높이면 동력은 약 1.7배가 된다.
$\dfrac{L_2}{L_1} = \left(\dfrac{N_2}{N_1}\right)^3 = \left(\dfrac{1200}{1000}\right)^3 = 1.2^3 \approx 1.7$

수소(H₂)가스의 정량분석에는 팔라듐관 연소법이 가장 적당하다.
이는 팔라듐관을 가열해 수소를 선택적으로 연소시켜 그 감소량으로 농도를 구하는 분석법이다.

제시된 보온재 중 세라믹 화이버가 안전사용 온도가 약 1,300℃로 가장 높다.
글라스 화이버는 약 300℃, 규산칼슘은 약 650℃, 플라스틱 폼은 100℃ 안팎으로 상대적으로 사용 한계 온도가 낮다.

공기액화분리장치의 주요 구성요소는 공기압축기, 열교환기, 팽창밸브(팽창기), 정류(분리)탑 등이며, 수취기는 이 장치의 핵심 구성요소에 해당하지 않는다.

LPG 조정기의 핵심 기능은 용기에서 나오는 고압·변동 압력의 가스를 연소기가 사용하기 적합한 일정한 유출압력으로 낮추어 공급하는 것이다.

공기의 평균 분자량은 약 29인데, 수소(H₂)는 분자량이 2로 공기보다 훨씬 가벼운 가스이다.
산소, 이산화황, 이산화탄소는 모두 분자량이 29보다 커서 공기보다 무거운 가스이다.

염소(Cl₂)는 건조한 상태에서는 강재를 거의 부식시키지 않으므로, 건조 상태에서 강재에 부식성을 갖는다는 설명이 틀린 내용이다(수분이 있을 때 부식성이 크게 나타난다).
상온·상압에서 황록색 기체이며 조연성이 있고, 강한 자극성의 독성기체라는 점, 수소와 등량 혼합 시 염소폭명기가 된다는 점은 옳은 설명이다.

비열이 크다는 것은 같은 열량을 가해도 온도 변화가 작다는 의미이므로, 비열이 클수록 온도는 천천히 상승한다. 따라서 빨리 상승한다는 설명이 틀린 내용이다.
단위가 $\mathrm{kcal/(kg\cdot^\circ\!C)}$이고, 비열이 크면 열용량도 커지며, 구리가 물보다 비열이 작다는 나머지 설명은 옳다.

이론공기량은 완전연소에 필요한 산소량을 산소 비율(21%)로 나누어 구하며, 계산 결과 약 26.7mol이다.
프로판($\mathrm{C_3H_8}$)은 1mol당 산소 5mol, 부탄($\mathrm{C_4H_{10}}$)은 1mol당 산소 6.5mol이 필요하다.
혼합가스 1mol당 필요 산소량 $=0.6\times5+0.4\times6.5=5.6\ \mathrm{mol}$
이론공기량 $=\dfrac{5.6}{0.21}\approx 26.7\ \mathrm{mol}$

황화수소(H₂S)는 건조한 상태에서는 수은, 동 등의 금속과 거의 반응하지 않으며 수분이 있을 때 반응성이 커지므로, 건조된 상태에서 금속과 반응한다는 설명이 옳지 않다.
무색의 계란 썩는 냄새가 나는 기체이고, 고농도를 다량 흡입하면 인체에 치명적이며, 농질산·발열질산 등 강산화제와 격렬히 반응한다는 나머지 설명은 옳다.

계(system)가 주위와 열교환 없이 진행되는 과정을 단열과정이라 한다.
등온과정은 온도가 일정하게 유지되는 과정, 등압·등적과정은 각각 압력·체적이 일정하게 유지되는 과정으로 단열과정과는 구분된다.

혼합가스의 진발열량은 각 성분의 발열량에 부피 비율을 곱해 합산하며, 계산 결과 약 8,448kcal이다.
$0.95\times8124\ \mathrm{cal/L} + 0.05\times14602\ \mathrm{cal/L} = 7717.8+730.1=8447.9\ \mathrm{cal/L}\approx8448\ \mathrm{kcal/m^3}$

아세틸렌(C₂H₂)은 삼중결합을 가진 불포화탄화수소로, 이 결합이 끊어지며 다른 물질이 결합하는 부가(첨가)반응을 주로 한다.
메탄, 프로판, 부탄과 같은 포화탄화수소(알칸)는 주로 수소가 다른 원자로 치환되는 치환반응을 한다.

무색·투명한 액체로 존재하며 특유의 복숭아씨(아몬드)향과 같은 냄새를 갖는 독성가스는 시안화수소(HCN)이다. 비점이 약 26℃로 낮아 상온에서 쉽게 기화하며, 독성이 매우 강한 가연성 가스이다.
포스겐은 자극적인 풀 썩는 냄새, 일산화탄소는 무색무취, 산화에틸렌은 에테르와 비슷한 자극성 냄새를 가져 서로 구분된다.

제시된 물질 중 나프타가 표준상태에서 비점이 가장 높다.
프로판(약 -42℃), 에탄(약 -89℃), 부탄(약 -0.5℃)은 모두 상온에서 기체인 저비점 탄화수소인 반면, 나프타는 상온에서 액체인 고비점 탄화수소 혼합물이다.

SNG는 대체 천연가스(합성 천연가스)를 의미하며, 석탄이나 나프타 등을 원료로 천연가스와 유사한 성분으로 제조한 가스를 말한다.
LNG는 천연가스를 냉각·액화한 것으로, 액화석유가스(LPG)와는 다른 개념이다.

기체의 질량이 일정할 때 체적이 커지면 밀도는 작아진다.
밀도는 $\rho = \dfrac{m}{V}$로 정의되며, 질량 m이 일정한 상태에서 체적 V가 증가하면 분모가 커지므로 밀도 값은 감소한다.
따라서 체적과 밀도는 반비례 관계에 있으며, 서로 무관한 값이 아니다.

일반적으로 기체의 정적비열은 정압비열보다 작다($C_v < C_p$).
정압과정에서는 팽창에 따른 외부 일을 하는 데도 열이 쓰이므로, 같은 온도를 올리는 데 정적과정보다 더 많은 열량이 필요하기 때문이다.

표준대기압은 $1\ \mathrm{atm} = 760\ \mathrm{mmHg} = 14.7\ \mathrm{PSI} = 0.101\ \mathrm{MPa} = 1.013\ \mathrm{bar}$이므로, 1013bar로 표기한 것은 단위가 잘못되어 표준대기압에 해당하지 않는다.

공기보다 무겁고 기화·액화가 쉬우며 증발잠열이 커 냉매로도 쓰이는 것은 LPG다.
LPG의 주성분인 프로판(44)·부탄(58)은 분자량이 공기(29)보다 커서 누출되면 바닥에 깔려 체류한다. 임계온도가 상온보다 높아 약간만 가압해도 액화되고 압력을 낮추면 곧바로 기화하므로 액체로 저장·운반한다.
또 증발잠열이 커 기화할 때 주위 열을 많이 빼앗아 냉매로도 이용되며, 단위량당 발열량이 커서 연료로 널리 쓰인다.
산소는 공기보다 무겁지만 임계온도가 -118℃로 매우 낮아 상온에서는 아무리 압축해도 액화되지 않고, 연료가 아니어서 발열량을 따질 대상도 아니다.
일산화탄소는 분자량 28로 공기보다 오히려 가볍고 역시 상온에서 액화되지 않는다.
에틸렌도 분자량 28로 공기보다 가벼우며 임계온도가 약 10℃여서 상온 액화가 어렵다.