[가스기능사 필기] 06년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

다공도시험은 아세틸렌을 용해가스 상태로 저장하기 위해 용기 내부에 채우는 다공물질의 다공도를 확인하는 시험으로, 극저온에서 가스를 액체 상태로 저장하는 초저온용기의 신규검사 항목에는 해당하지 않는다.
초저온용기는 단열성능이 핵심이므로 외관검사, 용접부 방사선검사와 함께 단열성능시험을 반드시 실시한다.

타공사(천공·굴착 작업)로 인한 가스배관 사고는 주로 배관의 위치·상태를 사전에 파악하지 못했을 때 발생한다. 1번 매설상황 조사 미실시, 2번 실제매설위치와 도면 불일치, 3번 도시가스사와의 사전협의 및 합동순회 점검 미흡은 모두 위치 파악 부족 또는 정보 오류로 인한 직접적인 사고원인이다. 반면 4번 배관의 깊이가 깊을 경우는 일반적으로 타공 장비가 도달하기 어려워 오히려 사고 위험을 감소시키므로 사고원인과의 관계가 적다.

시안화수소는 원칙적으로 충전 후 60일이 지나면 다른 용기로 옮겨 충전해야 하지만, 순도가 98% 이상이면서 착색되지 않은 경우에는 안정성이 높다고 보아 60일을 초과해 저장할 수 있다.
순도가 낮거나 착색된 시안화수소는 불순물로 인한 중합 반응이 촉진되기 쉬워 장기 저장 시 위험이 커지므로 예외 대상에서 제외된다.

대부분의 가연성 가스는 압력이 높아지면 폭발범위가 넓어지지만, 일산화탄소(CO)와 공기의 혼합가스는 예외적으로 압력이 높아질수록 폭발범위가 좁아지는 특성을 가진다.
이는 일반적인 가연성 가스와 달리 CO의 연소 반응 메커니즘이 달라 나타나는 대표적인 예외 사례로 알려져 있다.

연소가 일어나려면 가연물, 산소공급원, 점화원이라는 연소의 3요소가 함께 필요하다.
인화점은 가연물이 점화원에 의해 불이 붙을 수 있는 최저 온도를 나타내는 물성값일 뿐, 연소를 구성하는 요소 그 자체는 아니다.

LPG 용기보관소의 경계표지에서 "연"자는 적색으로 표시하도록 정해져 있다.
이는 보관소가 가연성 가스를 취급하는 장소임을 시각적으로 강조해 화기 취급을 금지한다는 의미를 전달하기 위한 안전표지 색상 기준이다.

자연발화는 발열 원인에 따라 분류하며, 시안화수소·염화비닐은 중합열, 산화은은 분해열에 의한 자연발화 물질로 분류된다. 이를 제외하면 보기 중 산화열에 해당하는 물질은 과산화질소이다.

액화가스 저장탱크의 저장능력은 $W = 0.9 \times V \times \rho$(V: 내용적, ρ: 액비중) 식으로 산정한다.
$W = 0.9 \times 20{,}000\,\ell \times 1.14\,\mathrm{kg/\ell} = 20{,}520\,\mathrm{kg}$
따라서 이 저장탱크의 저장능력은 20,520kg이다.

도시가스 제조설비의 가스누출경보설비는 가스 농도가 폭발하한계의 1/4 이하에 도달하면 경보를 울리도록 설정한다.
폭발이 실제로 시작되는 농도보다 훨씬 낮은 단계에서 미리 경보를 울려 대응 시간을 충분히 확보하기 위한 기준이다.

압력조정기 출구에서 연소기 입구까지의 배관 및 호스는 8.4kPa 이상 10kPa 이하의 압력으로 기밀시험을 실시해야 한다.
이는 실제 사용압력(2.3~3.3kPa 수준)보다 충분히 높은 압력을 가해 배관과 호스 연결부의 누설 여부를 안전하게 확인하기 위한 기준이다.

국내 일반가정에 공급되는 도시가스(LNG)의 발열량은 약 11,000kcal/m³ 수준으로 관리된다.
이는 배관·연소기기가 이 발열량 범위에 맞춰 설계·검사되기 때문으로, 실제 공급 열량은 계절이나 공급사에 따라 소폭의 차이를 보일 수 있다.

굴착으로 노출된 도시가스 배관(관경 100㎜ 미만 저압배관은 제외) 중 노출 부분의 길이가 100m 이상인 것은, 위급 상황 시 신속히 차단할 수 있도록 그 노출 부분의 양 끝으로부터 300m 이내에 차단장치를 설치해야 한다(문제의 길이·거리 단위 ㎜ 표기는 m의 오기이다).
노출된 배관은 외부 충격이나 부식에 취약해지므로, 사고 확산을 막기 위해 일정 구간마다 차단장치를 두어 신속한 초동 대응이 가능하도록 하는 것이다.

긴급차단장치는 저장탱크 외면에서 5m 이상 떨어진 곳에서 조작할 수 있어야 하고, 액상의 가스를 이입하는 배관에는 역류방지밸브로 갈음할 수 있으며, 소형 저장탱크는 설치 의무 대상에서 제외되는 것이 원칙이다.
반면 기상(氣相) 배관의 송출배관은 액상 배관과 달리 반드시 긴급차단장치를 설치해야 하는 것은 아니므로, "반드시 설치한다"는 설명은 틀린 내용이다.

발화(착화)에 영향을 주는 요인은 온도, 조성(농도), 압력 등 가연성 혼합기의 물리·화학적 조건이며, 이 조건이 갖추어지면 점화원에 의해 불이 붙는다.
용기의 재질은 가스를 담는 용기의 강도·내식성과 관련된 요소일 뿐, 가스 자체의 발화 여부를 좌우하는 원인은 아니다.

독성가스를 운반할 때는 누출 사고에 대비해 방독마스크, 보호의, 보호장화 등 신체를 보호하는 보호구를 휴대해야 한다.
메가폰은 신체를 보호하는 장비가 아니라 소리를 전달하는 통신 보조기구이므로 독성가스 운반 시 휴대해야 하는 보호구에 해당하지 않는다.

고압가스 공급자가 정기 안전점검을 실시할 때는 누출 시 화재·폭발 위험이 큰 가연성 가스 시설에 대해 가스누출검지기를 갖추도록 하고 있다.
이는 가연성 가스가 공기와 일정 농도로 섞이면 점화원에 의해 즉시 폭발성 혼합기를 형성할 수 있어, 누출을 조기에 감지하는 것이 안전관리의 핵심이기 때문이다.

LP가스 사용 시 조정기는 이미 정해진 압력으로 자동 조절되도록 설계되어 있어, 사용자가 조정기압력을 임의로 조절할 필요가 없다.
반면 완전연소를 위한 공기조절기 조절, 급배기가 충분한 장소에서의 사용, 중간밸브를 서서히 여닫는 것은 실제 안전 사용을 위해 반드시 주의해야 하는 사항이다.

1일 처리능력이 100㎥ 이상인 사업소는 압력 측정의 정확성을 담보하기 위해 표준압력계를 2개 이상 배치해야 한다.
여러 대의 압력계를 함께 갖추면 상호 대조를 통해 계기 오차나 고장을 조기에 파악할 수 있어 안전관리에 유리하다.

이황화탄소는 산소와 반응하며 스스로 타는 가연성 가스이므로 지연성(조연성) 가스가 아니다.
염소·불소·이산화질소는 자신은 타지 않지만 다른 물질의 연소를 돕는 지연성 가스로 분류된다.

배관 내 압력이 정상운전압력보다 15% 이상 강하했을 때 경보를 울리도록 정해져 있으므로, 10% 이상 강하를 기준으로 삼는 설명은 실제 기준과 다르다.
긴급차단밸브의 폐쇄나 회로 고장, 상용압력의 1.05배 초과는 모두 실제 경보 발생 조건에 해당한다.

가스치환을 생략할 수 있는 조건 중 설비의 내용적 기준은 1m³ 이하인 경우이므로, 2m³ 이하라는 조건은 실제 기준과 맞지 않는다.
작업원이 설비 내부로 들어가지 않는 작업, 화기를 사용하지 않는 작업, 가스켓 교환 같은 경미한 작업은 모두 치환 생략이 인정되는 조건이다.

LP가스 용기 보관실의 통풍구 면적은 바닥면적 1m²당 $300\ \mathrm{cm^2}$ 이상을 확보해야 한다.
바닥면적이 $3\ \mathrm{m^2}$이므로 $3 \times 300 = 900\ \mathrm{cm^2}$ 이상이 필요하다.

불소는 허용농도(TLV)가 0.1ppm 수준으로 매우 낮아, 제시된 가스 중 독성이 가장 강하다.
일산화탄소는 허용농도가 50ppm 수준으로 상대적으로 독성이 약하다.
황화수소는 10ppm, 암모니아는 25ppm 수준으로 불소보다 허용농도가 훨씬 높다.

방류둑의 성토 윗부분의 폭은 $30\ \mathrm{cm}$ 이상으로 하여야 한다.
이는 방류둑이 액상 가스 누출 시 충분한 강도와 안정성을 유지하도록 정한 기준이다.

산소 및 가연성가스를 제외한 고압가스의 저장설비·충전설비는 그 외면으로부터 화기를 취급하는 장소까지 2m 이상의 우회거리를 두어야 한다.
참고로 산소 및 가연성가스의 경우에는 이보다 강화된 8m 이상의 우회거리가 요구된다.

암모니아는 가연성가스이지만 폭발범위가 좁고(약 15~28%) 점화에 필요한 에너지가 커서 폭발 위험이 상대적으로 작으므로, 브롬화메탄과 함께 방폭성능을 갖춘 전기설비 설치 대상 가연성가스에서 제외된다.
수소·일산화탄소·아세틸렌은 모두 방폭성능을 갖춘 전기설비를 설치해야 하는 가연성가스이다.

차량 고정탱크의 경계표시는 가로 치수를 차체 폭(A)의 30% 이상으로 하고, 세로 치수는 그 가로 치수의 20% 이상으로 정한다.
따라서 세로 치수는 $A \times 0.3 \times 0.2$ 이상이 되어야 하며, 이는 차체 길이(B)가 아니라 차체 폭(A)을 기준으로 산정한다.

산화에틸렌 저장탱크는 내부를 질소 또는 탄산가스로 치환한 후, 그 내부가스의 온도를 5℃ 이하로 유지하여야 한다.
산화에틸렌은 스스로 분해폭발을 일으킬 수 있는 물질이므로, 저온 유지를 통해 분해반응을 억제하는 것이 목적이다.

시안화수소는 산소 없이도 자체적으로 격렬한 반응을 일으키지만, 이는 분해폭발이 아니라 중합폭발에 해당한다.
아세틸렌, 산화에틸렌, 히드라진은 산소가 없어도 자체적으로 분해되며 폭발을 일으키는 분해폭발성 물질이다.

전기방식시설의 관대지전위 등은 1년에 1회 이상 점검하도록 정해져 있으므로, 2년에 1회 이상이라는 기준은 실제 규정과 다르다.
포화황산동 기준전극 대비 방식전위 기준, 자연전위 대비 전위변화 기준, 배관에 가까운 위치에서 전위를 측정한다는 내용은 모두 실제 전기방식 기준에 해당한다.

1기압에서 액체 산소의 비등점은 약 $-183\,^{\circ}\mathrm{C}$이다.
질소의 비등점(약 -196℃)과 혼동하기 쉬우므로 구분해서 기억해야 한다.

액화석유가스 소형저장탱크란 배관으로 연결되어 고정 설치된 저장능력 3톤(3,000kg) 미만의 탱크를 말한다.
이는 저장능력 3톤 이상인 저장탱크와 구분하기 위한 기준이다.

용기의 법정 충전량은 $W = \dfrac{V}{C}$(V: 내용적, C: 가스정수)로 계산한다.
$W = \dfrac{105}{1.86} \approx 56.5\ \mathrm{kg}$이므로, 이 암모니아 용기의 법정 충전량은 약 56.5kg이다.

다이어프램 펌프는 왕복 운동으로 유체를 밀어내는 용적식(왕복동식) 펌프로, 터보형 펌프에 속하지 않는다.
사류펌프, 축류식 펌프, 원심식 펌프는 모두 임펠러의 회전으로 유체에 에너지를 전달하는 터보형 펌프에 해당한다.

탱크 상부로 충전하는 방식 자체는 정상적인 충전 절차 중 하나이므로 작업 중단 사유에 해당하지 않는다.
과충전, 가스 누설, 안전밸브 작동은 모두 위험 징후로서 즉시 충전 작업을 중단해야 하는 상황이다.

LPG 등 저비점 액체를 다루는 펌프에는 내부 압력 변화에 견딜 수 있도록 압력 균형을 맞춘 밸런스시일(balance seal) 방식의 축봉장치가 사용된다.
저비점 액체는 압력 변화에 따라 쉽게 기화하므로, 시일 양쪽의 압력차를 줄여주는 구조가 필요하기 때문이다.

일반 도시가스 공급시설에서 도로가 평탄한 경우, 배관의 기울기는 $\dfrac{1}{500} \sim \dfrac{1}{1000}$ 정도로 설치한다.
이는 응축수 등이 배관 내에 고이지 않고 자연스럽게 흐르도록 하기 위한 기준이다.

물분무장치는 화재·누출 시 냉각·희석을 위한 소방·방재 설비로, 가스액화분리장치의 구성요소가 아니다.
한냉발생장치, 정류장치, 불순물제거장치는 모두 공기 등을 저온에서 액화·분리하는 가스액화분리장치를 구성하는 장치이다.

저온 장치 안에 이산화탄소가 남아 있으면 고형의 드라이아이스로 변해 밸브나 배관을 막아 폐쇄 장애를 일으킬 수 있으므로, 공기 액화 분리 전에 이산화탄소를 제거한다.
이는 장치의 안정적인 운전을 위한 전처리 과정이다.

고압가스 금속재료에서 니켈(Ni)을 첨가하면 내질화성이 증대되어 질화 반응에 대한 저항성이 커진다.
반면 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)은 오히려 질화물을 형성하기 쉬운 원소로, 내질화성을 높이는 데는 적합하지 않다.

피토관으로 측정한 정압과 동압의 차(수주 h)로부터 유속은 $V = \sqrt{2gh}$로 구한다.
$V = \sqrt{2 \times 9.8 \times 10} = \sqrt{196} = 14\ \mathrm{m/s}$이므로, 중심부의 유속은 14m/s이다.

로터미터는 부자(플로트)의 위치 변화로 유량을 읽는 면적식 유량계로, 차압을 이용하는 방식과 원리가 다르다.
오리피스미터, 벤츄리미터, 피토관은 모두 유체가 좁아지는 부분을 지날 때 생기는 압력차(차압)를 이용해 유량이나 유속을 구하는 차압식 계측기이다.

슬립 튜브식 액면계는 대형 용기 상부에 설치된 튜브를 상하로 움직여 액이 직접 흘러나오는 것을 눈으로 확인함으로써 액면 위치를 판단하는 방식이다.
시창식은 유리를 통해 육안으로 액면을 보는 방식이고, 정전용량식·마그네트식은 전기적 신호나 부자의 움직임을 이용하는 방식이어서 구조가 다르다.

다단 압축의 목적은 압축비를 낮춰 이용효율을 높이는 데 있으므로, 압축비가 커진다는 설명은 다단압축의 목적과 맞지 않는다.
소요 일량 절약, 각 단 사이의 힘의 평형, 압축열에 의한 온도 상승 억제는 모두 다단압축이 실제로 얻고자 하는 효과이다.

아세틸렌 압축기의 실린더에는 주철을 사용할 수 있으며, 이는 실제로 쓰이는 재료 조합이다.
LNG 저장탱크는 극저온에 견디는 저온용 재료가 필요하여 고장력강만으로는 부적합하다.
암모니아는 동(구리)과 반응해 부식을 일으키므로 암모니아 압력계 도관에는 동관을 사용할 수 없다.
액화산소 저장탱크는 저온취성 문제로 탄소강이 아닌 저온용 재료를 사용해야 한다.

도시가스에 첨가하는 부취제는 공기 중에 $\dfrac{1}{1000}$(용량비 0.1%) 정도의 농도에서도 쉽게 감지할 수 있어야 한다.
이는 가스 누출 시 이용자가 냄새로 조기에 알아차릴 수 있도록 하기 위한 기준이다.

비체적은 밀도의 역수로, $v = \dfrac{1}{\rho}$로 구한다.
가스밀도가 $0.25\ \mathrm{g/\ell}$이므로 비체적은 $v = \dfrac{1}{0.25} = 4.0\ \ell/\mathrm{g}$이다.

압력은 단위 면적에 작용하는 힘의 합으로 정의된다.
즉 압력은 힘을 그 힘이 작용하는 면적으로 나눈 값이다.

얼음을 가열해 증기로 만드는 과정은 얼음의 온도상승 → 융해 → 물의 온도상승 → 기화의 네 단계로 나누어 계산한다.
얼음 -10℃→0℃: $10 \times 0.5 \times 10 = 50\ \mathrm{kcal}$
융해(0℃): $10 \times 80 = 800\ \mathrm{kcal}$
물 0℃→100℃: $10 \times 1 \times 100 = 1000\ \mathrm{kcal}$
기화(100℃): $10 \times 539 = 5390\ \mathrm{kcal}$
이를 모두 더하면 $50+800+1000+5390 = 7240\ \mathrm{kcal}$로, 필요한 총 열량은 7240kcal이다.

일산화탄소는 수소와 함께 반응시켜 메탄올(메틸알코올)을 합성하는 원료가스로 사용된다.
용접·절단용으로는 주로 아세틸렌이, 암모니아 합성에는 질소와 수소가, 섬유 표백에는 염소계 물질이 주로 쓰인다.

공기의 질량 조성비는 산소 약 23.2%, 질소 약 76.8%이다.
따라서 공기 100kg 중에는 산소가 약 $100 \times 0.232 = 23.2\ \mathrm{kg}$ 섞여 있다.

기체의 확산속도는 분자량의 제곱근에 반비례한다(그레이엄의 법칙).
제시된 기체 중 메탄(CH₄, 분자량 16)이 산소(32), 질소(28), 이산화탄소(44)보다 분자량이 가장 작으므로 확산속도가 가장 빠르다.

절대압력은 게이지압력에 대기압을 더하여 구한다.
대기압 750mmHg를 kg/cm² 단위로 환산하면 $750 \times \dfrac{1.0332}{760} \approx 1.02\ \mathrm{kg/cm^2}$이다.
따라서 절대압력은 $3.25 + 1.02 \approx 4.27\ \mathrm{kg/cm^2 \cdot a}$이다.

1atm은 101325Pa(101.325kPa), 14.7Lb/in²(psi), 10.332mAq(mH₂O)로 표시하면 서로 정확히 같은 크기의 압력이다.
반면 9.8N/m²는 1kgf/m²에 해당하는 아주 작은 압력이다. 1atm은 약 10,332kgf/m²이므로 9.8N/m²와는 자릿수 자체가 달라 1atm과 같다고 볼 수 없다.

LPG 사용시설에서 호스는 연소기까지의 길이를 3m 이내로 하는 것이 원칙이다.
이는 호스가 길어질수록 손상·이탈로 인한 가스 누출 위험이 커지기 때문에 액화석유가스의 안전관리 및 사업법령에서 정한 기준이다.

고온·고압 조건의 암모니아 가스장치에는 부식과 강도 문제를 모두 견딜 수 있는 18-8 스테인리스강이 적합하다.
동 및 동 합금은 암모니아와 반응해 착이온을 만들며 심하게 부식되므로 사용할 수 없다.
탄소강과 알루미늄 합금은 고온·고압에서의 강도나 내식성이 상대적으로 부족하다.

질소가스는 공기의 약 78%를 차지하는 공기의 주성분이며, 수소와 반응시켜 암모니아 합성원료로 쓰이고, 불활성 성질을 이용해 산화방지제(블랭킷 가스)로도 사용된다.
특유의 색을 내는 방전관용 가스는 네온·아르곤 등 비활성기체(0족 원소)의 특징이며, 질소의 성질과는 거리가 멀다.

표준상태에서의 증발열은 물 분자 간 수소결합이 강한 H₂O가 가장 크고, 그다음이 NH₃이며, 탄화수소 계열인 LNG(메탄 위주)가 LPG(프로판·부탄)보다 크다.
따라서 큰 순서로 나열하면 물-암모니아-LNG-LPG 순이 된다.

주기율표 0족(18족)의 불활성 가스는 최외각 전자가 안정되어 있어 다른 원소와 잘 화합하지 않는 것이 핵심 성질이다.
상온에서 무색·무미·무취의 단원자 분자 기체이며, 방전관에 넣으면 특유의 색을 내는 것은 맞지만, 반응성이 낮다는 점에서 '다른 원소와 잘 화합한다'는 설명은 불활성 가스의 성질과 반대된다.

BOG(Boil Off Gas)는 LNG를 저장하는 동안 외부에서 침투하는 열침입(heat leak)으로 인해 자연적으로 기화되어 발생하는 가스를 말한다.
사용을 위해 의도적으로 기화기를 통해 기화시킨 가스나 정유탑에서 나오는 오프가스·부생가스와는 발생 원인이 다르다.