[에너지관리기능사 필기] 04년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

과열증기를 사용하면 같은 압력의 포화증기보다 보유열량이 커서 열효율이 높아지고 증기소비량이 줄며, 건조도가 높아 배관·터빈 등에서 습증기로 인한 부식과 수격을 방지할 수 있다.
반면 보일러 관 내부의 스케일(물때) 발생 여부는 급수 수질과 관수 처리에 좌우되는 문제이며, 증기를 과열시킨다고 관내 물때가 줄어드는 것은 아니다.

어떤 물질 1 g의 온도를 1 ℃ 높이는 데 필요한 열량을 비열이라 한다.
열용량은 물체 전체를 1 ℃ 올리는 데 필요한 열량(질량×비열)이고, 현열은 상변화 없이 온도 변화에만 쓰인 열량, 엔탈피는 물질이 지닌 전체 열에너지(내부에너지+유동일)를 의미해 정의가 서로 다르다.

수관식 보일러에서 반나관(半裸管)은 벽체에 밀착되어 원주의 절반만 노출되므로, 전열면적은 원통 전체 표면적 $\pi d L n$의 절반인 $\dfrac{\pi}{2} d L n$으로 계산한다.
완전히 노출된 나관(裸管)이라면 $\pi d L n$을 그대로 쓰지만, 반나관은 노출 면적이 절반이라는 점이 계산의 핵심이다.

수관식 보일러를 강제순환식으로 하는 이유는 고압으로 갈수록 포화수와 포화증기의 비중차가 작아져 자연순환력만으로는 충분한 순환이 이루어지지 않기 때문이다.
이 때문에 순환펌프를 두어 강제로 보일러수를 순환시켜 균일한 열전달과 순환 유량을 확보한다.

터빈 펌프는 회전차의 원심력으로 물을 밀어내는 원심식 펌프이며 왕복운동을 이용하지 않는다.
위싱톤 펌프, 웨어 펌프, 플런저 펌프는 모두 피스톤이나 플런저의 왕복운동으로 급수를 압송하는 왕복식 펌프에 해당한다.

보일러 공기예열기는 열교환 방식에 따라 전열식(관형·판형), 재생식(융스트롬식), 증기식(스팀공기히터)으로 구분된다.
방사식(복사식)은 과열기를 화염의 복사열로 가열하는 방식을 가리키는 용어로, 공기예열기의 분류에는 해당하지 않는다.

급수내관은 안전저수위보다 조금 낮은 위치에 부착하여 급수가 이 수위 아래에서 보일러 내부로 분산 유입되도록 한다.
상용수위나 기준수위와 일치시키거나 안전저수위보다 높게 설치하면 수위 변동 시 급수 분사가 수면 위로 노출되어 국부적인 온도차나 이상현상을 유발할 수 있다.

비수방지관은 증기 발생부(증기드럼)에서 물방울이 증기와 함께 빠져나가는 것을 막는 장치로, 급수를 공급하는 장치가 아니다.
원심펌프, 급수내관, 인젝터는 모두 보일러에 급수를 공급하는 급수장치에 속한다.

드레인 콕은 보일러나 배관 내 물을 배출하기 위한 배수용 밸브로, 위험 발생을 방지하는 안전장치로 분류되지 않는다.
고저수위 경보기, 안전밸브, 가용마개(가용전)는 모두 이상 수위나 이상 압력·온도 발생 시 사고를 방지하는 보일러 안전장치에 해당한다.

증기의 흐름 방향을 90°로 꺾어주는 밸브는 앵글 밸브이며, 보일러 주증기 밸브로 널리 쓰인다.
릴리프 밸브는 압력 초과 시 유체를 배출하는 밸브, 체크 밸브는 역류를 막는 밸브, 슬루스 밸브(게이트 밸브)는 유로를 직선으로 개폐하는 밸브로 기능이 다르다.

연료소모량은 보일러 출력을 (발열량×효율)로 나누어 질량 기준으로 구한 뒤, 비중량으로 나누어 부피 단위로 환산한다.
$\dfrac{15000\ \mathrm{kcal/h}}{10000\ \mathrm{kcal/kg} \times 0.9} \approx 1.67\ \mathrm{kg/h}$
$\dfrac{1.67\ \mathrm{kg/h}}{0.9\ \mathrm{kg/L}} \approx 1.85\ \mathrm{L/h}$가 되어 이 값이 시간당 연료소모량이다.

전열효율은 보일러실에 공급된 열량 중 실제로 증기 발생에 이용된 열량의 비율로 정의된다.
따라서 전열효율(%) = (증기 발생에 이용된 열 ÷ 보일러실에 공급된 열) × 100 으로 나타낸다.

보일러 효율은 상당증발량이 흡수한 열량을 연료가 공급한 열량으로 나누어 구하며, 상당증발량 환산에는 100 ℃ 포화수를 100 ℃ 건포화증기로 바꾸는 데 필요한 열량 $539\ \mathrm{kcal/kg}$을 사용한다.
$\eta = \dfrac{6000 \times 539}{400 \times 9700} \times 100$
계산하면 $\dfrac{3{,}234{,}000}{3{,}880{,}000} \times 100 \approx 83.4\ \%$가 된다.

상당증발량(환산증발량)은 실제증발량이 흡수한 전열량을, 100 ℃의 포화수를 100 ℃의 증기로 바꾸는 데 필요한 열량(약 539 kcal/kg)으로 나눈 값으로 정의된다.
단순히 시간당 증발된 물의 중량이나 보유열량을 뜻하는 것이 아니라, 서로 다른 압력·온도 조건의 증기 발생 능력을 동일한 기준으로 환산해 비교하기 위한 지표다.

연료가 연소할 때 산소와 결합해 열을 내는 주요 가연 성분은 탄소, 수소, 황이다.
질소는 연소 과정에서 산소와 쉽게 반응해 열을 내지 않으며, 오히려 고온에서 일부가 질소산화물(NOx)로 산화되는 유해성분으로 다뤄진다.

환원염은 공급 공기(산소)가 부족한 상태에서 연소되어 일산화탄소 등 미연분이 포함된 화염을 말한다.
과잉 산소나 과잉공기가 많은 상태의 화염은 오히려 산화염에 해당하므로, 환원염과는 반대되는 개념이다.

오일 버너의 화염이 불안정해지는 원인은 대체로 무화(분무) 상태가 나빠지거나 연료 성상이 불량한 경우에서 비롯된다.
연료 중 슬러지 등 협잡물이 섞이면 노즐 막힘이나 불균일 분무로 화염이 흔들린다.
무화용 공기량이 적절하지 않으면 유적이 고르게 미립화되지 않아 화염이 불안정해진다.
연소용 공기가 과다해 노내 온도가 떨어지면 착화·연소가 불안정해진다.
반대로 분무 유압이 비교적 높은 경우는 오히려 유적이 잘게 미립화되어 무화 상태가 좋아지는 요인이므로 화염 불안정의 원인과는 무관하다.

보일러 연소 자동제어(ACC)에서 조절계가 실제로 움직여 조정하는 조작량은 연료량(및 연소용 공기량)이다.
급수량은 급수제어의 조작량, 전열량과 증기온도는 제어의 결과로 나타나는 제어량(피드백 대상)에 해당해 연소제어의 조작량과는 구분된다.

연속식(연속동작) 제어의 기본동작은 비례동작(P), 적분동작(I), 미분동작(D)이며 이를 조합해 PID 제어를 구성한다.
온오프(On-Off)동작은 조작량이 두 가지 상태로만 불연속적으로 전환되는 불연속(단속)동작이므로 연속식 제어의 기본동작에 포함되지 않는다.

LNG(액화천연가스)는 메탄이 주성분인 천연가스를 냉각·액화한 것으로, 공기보다 가벼워 누출 시 위로 확산된다.
LNG는 프로판을 기화한 것이 아니라 천연가스를 액화한 것이다.
주성분은 부탄·에탄이 아니라 메탄이다.
독성이 강한 편이 아니며, 배관망을 통한 공급으로 수송·취급이 특별히 어렵다고 보기 어렵다.

형식
대표 종류
가압수식(세정식)
벤튜리 스크러버, 타이젠 와셔
원심력식
사이클론
전기식
코트렐(전기집진기)
여과식
백필터(여과포)
타이젠 와셔는 물을 이용해 먼지를 씻어내는 가압수식(세정식) 집진장치에 속하며, 여과포로 먼지를 걸러내는 여과식과는 형식이 다르다.

비열비 $K = \dfrac{C_p}{C_v}$는 정압비열이 정적비열보다 항상 크기 때문에 언제나 1보다 큰 값을 갖는다.
정압 과정에서는 팽창에 따른 외부 일을 하는 만큼 열을 더 필요로 하므로 $C_p > C_v$가 성립하며, 이는 기체의 종류와 무관하게 일반적으로 성립하는 관계다.

여러 보일러나 계통에서 발생한 증기를 한 곳에 모아 사용처별로 공급량을 조절하고 열손실을 줄이는 장치는 증기헤더다.
감압밸브는 압력을 낮추는 장치, 스팀트랩은 응축수를 배출하는 장치, 증기축열기는 부하 변동에 대비해 증기를 저장하는 장치로 각각 역할이 다르다.

연료를 완전연소시키려면 연료와 공기를 적절히 예열하고, 적정량의 공기를 충분히 혼합하며, 연소에 필요한 시간을 확보해야 한다.
이를 위해서는 오히려 연소실 용적을 충분히 크게 확보해 연소가스가 머무는 시간을 늘려야 하므로, 연소실 용적을 작게 하는 것은 완전연소를 위한 방법으로 옳지 않다.

물질의 상(相)이 바뀌지 않고 온도 변화에만 쓰이는 열량을 현열이라 한다.
이와 달리 잠열은 온도 변화 없이 상변화(증발·융해 등)에 소요되는 열량을 가리켜, 두 개념은 서로 대비된다.

보일러 자동제어의 신호전달방식 중 전기식은 전선을 통해 신호를 전달하므로 전달 거리가 가장 길고(수 km 규모) 응답도 빠르다.
이에 비해 유압식은 대략 300 m, 공기식은 100~150 m 정도로 전달 거리가 제한되며, 수압식 역시 압력 손실과 누설 때문에 원거리 전달에는 불리하다.

캐리오버(carry over)는 보일러수 중의 불순물이나 수분이 증기와 함께 송기되는 현상으로, 기계적 캐리오버와 선택적(용해) 캐리오버로 나뉘며 각종 장애를 일으킨다.
그러나 프라이밍(비수)이나 포밍(물거품)은 캐리오버를 유발하는 대표적인 원인이므로, 이들이 캐리오버와 관계없다는 설명은 옳지 않다.

주철제 온수 방열기의 표준방열량은 $450\ \mathrm{kcal/m^2 \cdot h}$로 정해져 있다.
참고로 증기 방열기의 표준방열량은 이보다 큰 $650\ \mathrm{kcal/m^2 \cdot h}$로, 증기가 온수보다 높은 온도차를 이용하기 때문에 방열량 기준이 서로 다르게 설정된다.

보일러 설치검사기준상 폐열회수장치(절탄기·공기예열기 등)가 없는 보일러는 배기가스가 별도의 열회수 과정을 거치지 않으므로, 온도 측정 위치는 전열면의 최종 출구로 정해진다.
폐열회수장치가 설치된 경우에는 그 장치를 거친 뒤의 온도를 측정하도록 기준이 달라지며, 연돌 출구나 연돌 내부는 이 기준상의 측정 위치가 아니다.

액상식 열매체 보일러 및 온도 $120\,^{\circ}\mathrm{C}$ 이하의 온수 발생 보일러에서 온수 온도의 이상 상승을 막기 위해 설치하는 방출밸브의 지름은 20 mm 이상으로 하도록 정해져 있다.
방출밸브는 압력이 아닌 온도 상승을 감지해 자동으로 열리는 밸브로, 증기보일러의 안전밸브와는 별도로 온수보일러 계통의 과열·과압을 방지하는 역할을 한다.

강철제 증기보일러의 수압시험 압력은 최고사용압력이 $0.43\,\mathrm{MPa}$ 이하인 경우 그 2배로 한다.
최고사용압력이 $0.3\,\mathrm{MPa}$이므로 수압시험 압력은 $0.3\,\mathrm{MPa}\times 2 = 0.6\,\mathrm{MPa}$이 된다.

보일러 설치검사기준상 급수 온도계, 급유 온도계, 과열기 출구 온도계 등은 온도 관리를 위해 반드시 설치해야 하지만, 연소실 내 연소가스 온도계는 설치 의무 대상에 포함되지 않는다.
연소실 내부는 온도가 매우 높고 변동이 커서 별도의 계측기를 상시 설치하기보다 급수·급유·과열기 출구 등 관리가 필요한 다른 지점의 온도를 계측해 운전 상태를 관리한다.

강철제 또는 주철제 보일러를 옥외에 설치할 때의 시공기준에는 풍우 방지 케이싱 설치, 노출 절연재의 방수처리, 증기관·급수관의 동파 방지 보호장치 설치 등이 규정되어 있다.
반면 보일러와 건물 사이의 이격 거리를 특정 수치로 정한 규정은 없으므로, 건물로부터 2 m 이상 떨어져 설치해야 한다는 설명은 옳지 않다.

보일러수 내 용존 산소를 제거하는 것은 산소에 의한 점식(공식)을 막는 올바른 방지법이다.
적절한 청관제 사용은 수질을 관리해 부식을 억제하는 올바른 방법이다.
아연판을 매달아 두는 것은 희생양극 방식으로 부식을 방지하는 올바른 방법이다.
다만 보일러수의 pH는 중성이 아니라 약알칼리성으로 유지해야 부식이 억제되므로, pH를 중성으로 유지한다는 설명은 잘못되었다.

인젝터는 증기의 분류(噴流)로 물을 흡입·가압해 보일러에 급수하는 장치로, 밸브를 여는 순서가 정해져 있다.
가동 시에는 급수(출구 정지)밸브 → 흡수밸브 → 증기밸브 → 인젝터 핸들의 차례로 열므로, 가장 먼저 열어야 할 것은 급수밸브이다.
정지할 때는 이 순서를 거꾸로 밟아 증기밸브부터 닫는다.

증기 어큐뮬레이터(축열기)는 부하 변동이 심한 증기 사용처에서 과부하 또는 응급 상황에 대비해 여유 증기를 저장해 두었다가 필요할 때 공급하기 위해 설치한다.
보일러 발생 증기량과 사용처의 소비량 차이를 완충함으로써 보일러의 운전을 안정시키는 것이 주된 목적이다.

보일러를 처음 시동할 때 점화 담당자가 보일러 측면에서 점화하는 이유는 점화 시 발생할 수 있는 역화(逆火)로 인한 화상 등의 재해를 피하기 위해서이다.
노 정면에서 점화하면 역화 발생 시 화염이 신체를 직접 향할 위험이 크므로, 측면에서 점화기를 조작해 위험을 줄인다.

유류 사용 보일러는 연료 계통의 스톱밸브를 닫고 버너를 청소하는 것이 올바른 종료 절차이다.
공기를 불어 넣어 미연소가스를 배출시키는 것은 노 내 잔류 가스에 의한 폭발을 막기 위한 올바른 조치이다.
자동보일러는 각종 스위치를 정상 위치에 두어야 재가동 시 오작동을 막을 수 있다.
반면 예열용 연료를 노 내에 남겨 두는 것은 화재·폭발의 위험을 남기는 것으로, 운전 종료 후 조치로 옳지 않다.

수관보일러에서 보일러수의 순환력을 크게 하려면 가열되는 수관과 가열되지 않는 강수관(하강관) 사이의 비중 차이를 크게 만들어야 한다.
따라서 강수관이 연소가스에 의해 가열되지 않도록 구성하는 것이 순환력을 높이는 데 적합한 방법이다. 수관을 크게 하거나 평행 배치하는 것, 재열기 부착은 순환력 증대와 직접적인 관계가 없다.

주증기관으로 증기와 함께 수분 및 불순물이 함께 취출되는 현상을 캐리오버라 한다.
이는 프라이밍(비수)이나 포밍(물거품)이 심해져 기수분리가 제대로 이루어지지 않을 때 발생하며, 배관 부식이나 수격작용의 원인이 될 수 있다.

송기 시에는 드레인 밸브를 먼저 열어 응축수를 충분히 배출한 뒤 주증기밸브를 열어야 하므로, 주증기밸브를 먼저 연 다음 드레인을 배출한다는 설명은 순서가 잘못되었다.
증기관의 보온을 잘 하는 것은 응축수 발생을 줄여 수격작용을 예방하는 올바른 조치이다.
드레인이 고이기 쉬운 곳에 드레인 빼기를 설치하는 것은 응축수를 배출시켜 수격작용을 막는 올바른 조치이다.
주증기밸브를 열 때 소량의 증기로 난관(暖管)을 먼저 하는 것은 배관을 서서히 데워 수격을 방지하는 올바른 조치이다.

가성취화는 보일러수 중의 알칼리 성분이 리벳 이음부 등 응력이 집중되는 좁은 틈에서 농축되어 강판 결정입계를 따라 균열을 일으키는 현상이다.
리벳과 리벳 사이처럼 보일러수가 정체·농축되기 쉬운 부분, 그리고 인장응력을 받는 이음부에서 주로 발생하며 균열의 방향은 대체로 불규칙하다.
이러한 농축은 수면 아래쪽의 이음부·틈새에서 일어나는 것이 일반적이므로, 수면 윗부분에서 발생한다는 설명은 가성취화의 특징으로 옳지 않다.

상하 너트를 너무 조였을 때는 유리관에 과도한 응력이 걸려 파손될 수 있다.
상하 바탕쇠 중심선이 일치하지 않을 때는 유리관이 비틀려 파손될 수 있다.
외부 충격을 받으면 유리관이 직접 손상될 수 있다.
급격 연소는 노 내 연소 상태와 관련된 현상으로 유리수면계 유리관 파손의 직접적인 원인으로 보기 어렵다.

보일러 연소가스 폭발(노내 폭발)의 주된 원인은 연소실 내에 미연소가스가 남아 있는 상태에서 재점화되어 축적된 가스가 한꺼번에 발화하는 것이다.
따라서 점화 전 프리퍼지(통풍)로 노 내 잔류 가스를 충분히 배출하는 것이 폭발 예방의 핵심 조치가 된다.

보일러 동체가 국부적으로 과열되는 대표적인 원인은 전열면 안쪽에 스케일이 형성되어 열전달을 방해하는 경우이다.
스케일은 열전도율이 낮아 그 부위의 금속판이 충분히 냉각되지 못하고 국부적으로 온도가 상승해 과열·팽출 등의 손상으로 이어질 수 있다.

연관 최고부보다 노통 윗면이 더 높은 노통연관 보일러에서는 안전을 확보할 수 있는 기준점을 노통 최고부를 기준으로 잡는다.
이때 최저수위(안전저수면)의 위치는 노통 최고부 위 100 mm 지점으로 정해져 있다.

안전밸브는 2개 이상 설치하는 것이 원칙이다.
보일러 동체에 직접 부착하는 것이 원칙이다.
스프링식 안전밸브가 주로 사용된다.
다만 안전밸브의 호칭지름은 원칙적으로 25 A 이상으로 해야 하므로, 15 A 이상으로 한다는 설명은 옳지 않다.

보일러수 중의 탈산소제로 사용되는 청관제는 히드라진이다.
히드라진은 용존 산소와 반응해 질소와 물로 분해되면서 산소를 제거해 점식 등 산소에 의한 부식을 억제한다.

방열기 입구에 설치해 증기나 온수의 유량을 수동으로 조절하는 밸브를 방열기 밸브라 한다.
볼밸브·게이트밸브는 배관 계통의 일반적인 개폐용 밸브이고, 콕밸브는 소구경 관에서 간단히 개폐하는 용도로 방열기 유량 조절과는 목적이 다르다.

난방부하는 벽체·유리창·천장 및 바닥 등을 통한 열손실을 합산해 계산한다.
에어컨 사용에 의한 열손실은 냉방부하와 관련된 요소로, 난방부하 계산 항목과는 거리가 멀다.

보일러를 장기간 사용하지 않을 때 실시하는 건조보존에서는 내부 습기를 흡수하기 위해 생석회, 실리카겔, 기화성 방청제 등의 흡습·방청 물질을 넣어 둔다.
알칼리분은 보일러수 중에 용해시켜 부식을 억제하는 만수보존(습식보존)에서 사용하는 방식이므로, 건조보존 시 넣어두는 물질로는 적합하지 않다.

가스와 공기를 버너 내부에서 미리 혼합한 뒤 분출·연소시키는 내부 혼합식 버너는 혼합가스가 관 내부에 가득 차 있어, 분출속도가 연소속도보다 낮아지면 불꽃이 버너 안쪽으로 거슬러 타 들어가는 역화가 일어나기 쉽다.
적화식은 공기를 미리 섞지 않고 노 안에서 확산 연소시키며, 외부 혼합식은 버너 출구 밖에서 가스와 공기가 만나므로 역화 위험이 거의 없다. 분젠식은 1차 공기만 일부 혼합하는 방식이어서 내부 혼합식보다 역화 위험이 작다.

가스를 연료로 사용하는 증기보일러의 연료 배관은 지상에 노출되는 부분을 황색으로 도색하여 다른 배관과 쉽게 식별되도록 한다.
나머지는 실제 시공기준과 다르다. 배관의 고정 간격은 관경에 따라 다르게 정하고, 배관을 반드시 매몰해 시공해야 하는 것도 아니며, 전기개폐기와는 10 cm보다 훨씬 큰 이격 거리를 두도록 규정되어 있다.

연도의 배플, 그을음 제거기, 댐퍼 상태 점검은 통풍·연소 계통을 확인하는 올바른 점검 항목이다.
기수분리기와 부속품의 부착 상태 및 이물질 잔류 여부 확인은 필수 점검 항목이다.
압력계, 수위제어기, 급수장치 등 접속부의 풀림·누설·콕 개폐 확인도 올바른 점검 항목이다.
반면 신설 보일러의 노벽은 가동 전 충분히 건조시켜야 하며, 습기가 남아 있는 상태로 가동하면 급격한 수분 증발로 노벽이 손상될 수 있으므로 습기를 남겨 둔다는 설명은 옳지 않다.

에너지이용합리화법상 특정열사용기자재 중 기관(보일러류)에는 강철제·주철제 보일러, 온수보일러, 축열식 전기보일러, 태양열 집열기 등이 포함된다.
압력용기는 보일러와 별도의 분류 항목으로 규정되어 있으므로, 1종 압력용기는 기관에 포함되지 않는다. (출제 당시 법령 기준)

검사대상기기 조종자로 선임되기 위한 교육기간은 7일 이내로 정해져 있었다(출제 당시 법령 기준).
해당 교육을 이수해야 검사대상기기의 조종 자격을 인정받을 수 있다. 교육기간은 이후 법령 개정으로 달라졌으므로, 현행 기준은 시행규칙의 교육과정 별표를 확인해야 한다.

에너지이용합리화법상 산업자원부장관이 지정해 효율관리기자재의 에너지 소비효율, 사용량, 소비효율등급 등을 측정하도록 하는 기관을 시험기관이라 한다.
확인기관·진단기관·검사기관은 각각 신고 확인, 에너지진단, 검사대상기기 검사 등 다른 업무를 담당하는 기관으로 구분된다. (출제 당시 법령 기준)

소형온수보일러는 가스 사용량이 17 kg/h를 초과하는 것부터 검사대상기기에 해당한다(출제 당시 법령 기준).
이 기준 이하의 소형온수보일러는 검사대상기기에서 제외된다.

특정열사용기자재의 설치·시공 또는 세관을 업으로 하려는 자는 건설산업기본법에 따라 관련 업종으로 등록해야 한다.
에너지이용합리화법은 특정열사용기자재 자체의 제조·검사 등을 규율하는 법이고, 실제 시공업 등록은 건설산업기본법 체계에서 이루어진다. (출제 당시 법령 기준)

에너지사용량이 일정 기준 이상인 사용자는 그 에너지 사용량 등을 시·도에 신고해야 한다.
이를 통해 시·도는 관할 지역의 에너지 다소비 사업장 현황을 관리하고 필요한 조치를 시행할 수 있다. (출제 당시 법령 기준)