[에너지관리기능사 필기] 03년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

액체의 비중은 물을 기준으로 하여, 같은 부피의 물의 질량과 비교한 값이다.
기체의 비중이 공기를 기준으로 하는 것과 대비되는 개념으로, 액체·고체는 통상 4℃ 물의 밀도를 기준으로 비중을 정의한다.

물의 임계점은 증발 현상 없이 물이 곧바로 증기로 변화하는 압력 또는 온도를 말한다.
임계압력·임계온도 이상에서는 액체와 기체의 경계가 사라져 포화·증발 과정을 거치지 않고 상변화가 일어난다.
포화온도에서 포화증기가 왕성히 발생하는 현상은 임계점이 아니라 일반적인 증발(비등) 현상이다.
습포화증기나 건포화증기가 과열증기로 바뀌는 온도는 과열 과정을 설명한 것일 뿐 임계점의 정의가 아니다.

보일러 경판의 강도를 보강하기 위해 3각형 모양의 평판을 경판과 동판에 비스듬히 덧대는 버팀은 가세트 버팀이다.
경판 자체는 평면이어서 내압에 약하므로, 가세트 버팀으로 경판과 동체를 연결해 경판이 밖으로 밀려나가는 것을 막는다.

주철제 보일러는 고온·고압의 증기를 얻기에는 적합하지 않다. 주철은 강철에 비해 인장강도가 낮아 고압에 취약하기 때문이다.
대신 섹션을 증감시켜 용량을 쉽게 조절할 수 있고 내식성·내열성이 강철제보다 우수하며, 조립 구조상 열에 의한 부동팽창으로 균열이 발생하기 쉽다는 특징이 있다.

증기 배관에 증기트랩을 설치하는 주된 목적은 응축수 및 공기의 배출이다.
배관 내에 고인 응축수와 비응축성 가스(공기)를 증기와 분리해 자동으로 배출함으로써 수격작용을 막고 증기 배관의 열효율을 유지한다.

보일러 안전밸브는 통상 밸브 축을 수직으로 부착하며, 축을 수평으로 부착하지 않는다.
지레식은 추의 위치(이동)로, 스프링식은 스프링의 신축(압축) 압력으로 취출압력을 조정하며, 고압·대용량 보일러에는 응답성이 우수한 스프링 안전밸브가 적합하다.

유리수면계 유리관의 최하부는 안전저수면의 위치에 맞춘다.
수위가 유리관 최하부보다 낮아지면 곧 안전저수위 이하로 내려가는 것이므로, 운전자가 저수위 상태를 즉시 확인할 수 있도록 최하부 기준을 안전저수면에 맞춰 설치한다.

보일러 분출밸브에 청동제 밸브를 사용하지 않는 이유는 보일러수의 알칼리도가 높기 때문이다.
청동은 강알칼리 환경에서 부식이 쉽게 진행되므로, 분출밸브에는 청동 대신 내식성이 우수한 재질을 사용한다.

연료 소비량은 362 kg/h이다.
공식은 $G_f = \dfrac{G_s \times (h_2 - h_1)}{\eta \times H_l}$이며, $G_s$는 실제증발량, $h_2$는 발생증기 엔탈피, $h_1$은 급수 엔탈피(급수온도), $\eta$는 보일러 효율, $H_l$은 저위발열량이다.
값을 대입하면 $G_f = \dfrac{5000 \times (656 - 56)}{0.85 \times 9750} = \dfrac{3{,}000{,}000}{8287.5} \approx 362\ \mathrm{kg/h}$이다.

액체연료의 주요 성상은 비중·점도·인화점·발열량 등이며, 부피는 연료의 사용량을 나타내는 값일 뿐 연료 고유의 성상은 아니다.
비중은 밀도 특성을, 점도는 유동성을, 인화점은 연소 위험성을 나타내는 대표적인 성상 지표이다.

유압식 버너는 유압만으로 조절할 수 있는 유량 범위가 좁기 때문에, 유량(화염 크기)을 크게 조절하려면 버너 개수의 증감으로 대응하는 것이 가장 적합하다.
예열온도나 공기압, 유압을 동시에 조절하는 방식은 연소 상태를 안정시키기 위한 보조 수단일 뿐, 대폭적인 부하 변화에는 적합하지 않다.

증발식(기화식) 버너는 연료를 가열판 등에서 기화시켜 연소시키는 방식으로, 점도가 낮고 증발이 쉬운 경질유인 경유에 가장 적합하다.
중유처럼 점도가 높은 연료는 예열·무화가 어려워 증발식 버너보다는 유압식·회전식 등 다른 버너 방식이 적합하다.

출력측의 신호를 입력측으로 되돌려 목표값과 비교하며 폐회로를 구성해 계속 제어 동작을 수행하는 방식은 피드백 제어이다.
시퀀스 제어는 정해진 순서에 따라 동작하는 개회로 제어이고, 프로그램 제어는 미리 정한 프로그램에 따라 목표값이 변화하는 제어로, 결과를 입력측으로 되돌리는 폐회로 구조와는 구분된다.

보일러 급수 자동제어의 약호는 F.W.C(Feed Water Control)이다.
급수 자동제어는 보일러 수위를 검출해 급수량을 조절하는 제어로, 연료·공기량을 조절해 증기압력을 유지하는 A.C.C(자동연소제어) 등과 구분되는 명칭이다.

연소 시 매연 등 공해 물질이 가장 적게 발생하는 연료는 액화석유가스(LPG)이다.
LPG는 기체연료로서 연소 시 공기와 균일하게 혼합되어 완전연소가 쉬우며, 황분·회분 등 불순물이 거의 없어 무연탄·중유·경유 같은 고체·액체연료보다 매연 발생이 적다.

보일러 열정산은 해당 보일러를 대상으로 다른 열설비와 무관한 상태에서 독립적으로 시행하는 것이 원칙이다. 다른 설비와 열을 주고받는 상태에서는 그 보일러의 입열·출열을 정확히 가려낼 수 없기 때문이다.
열정산과 열수지는 입열과 출열의 수지를 따지는 같은 개념을 가리키는 용어이므로 서로 다른 의미라고 볼 수 없다.
기준으로 삼는 발열량이나 시험 중 운전조건의 변동 허용 범위도 열정산 기준에 따로 정해져 있어 임의로 정하는 값이 아니다.

섭씨온도는 $C = \dfrac{5}{9}(F-32)$로 구한다.
$C = \dfrac{5}{9}(122-32) = \dfrac{5}{9}\times 90 = 50\ \mathrm{^\circ C}$이므로, 122℉는 50℃에 해당한다.

보일러수에 전달되는 열량은 843,750 kcal/h이다.
전달열량은 연료(가스) 사용량에 발열량과 보일러 효율을 곱해 구하며, $Q = 250\ \mathrm{Nm^3/h} \times 4500\ \mathrm{kcal/Nm^3} \times 0.75 = 843{,}750\ \mathrm{kcal/h}$이다.

보일러 증기압력 계측에 주로 사용되는 압력계는 부르돈관(부르돈관식) 압력계이다.
구부러진 관 내부에 압력이 가해지면 관이 펴지려는 변형량을 지침에 전달하는 구조로, 구조가 간단하고 고압·고온의 증기 계측에 적합해 보일러 현장에서 표준적으로 사용된다.

급수내관은 급수를 보일러 동체 내부에 고르게 분산시켜 국부적인 냉각과 부동팽창을 방지하고, 급수가 관을 지나며 예열되도록 하는 장치이다.
급수내관 자체가 배관의 열응력에 의한 신축작용을 방지하는 기능을 하는 것은 아니므로, 이를 급수내관의 역할로 설명하는 것은 옳지 않다.
급수내관은 안전저수위보다 약 50 mm 아래에 설치하는 것이 일반적이다.

보일러 효율은 70%이다.
효율은 흡수된 열량을 공급된 열량으로 나눈 값으로, $\eta = \dfrac{Q_{흡수}}{G_f \times H_l} = \dfrac{350{,}000}{100 \times 5000} = 0.7 = 70\%$로 계산된다.

가장 미세한 먼지까지 집진할 수 있는 장치는 전기식 집진장치이다.
고전압으로 먼지 입자를 대전시켜 전극에 포집하는 방식으로, 서브마이크론 크기의 미세먼지까지 높은 효율로 제거할 수 있어 중력식·세정식·여과식 집진장치보다 집진 성능이 우수하다.

기본적인 열전달 방법은 전도·대류·복사 세 가지이며, 관류는 열전달 방식이 아니라 보일러 내부에서 급수가 예열·증발·과열을 거쳐 증기로 나오는 보일러의 형식(관류보일러)을 가리키는 용어이다.

기체연료는 공기와 균일하게 혼합되어 연소가 안정적이고 완전연소가 쉬워, 오히려 자동제어를 적용하기가 쉬운 연료이다.
10~30%의 적은 과잉공기로도 완전연소가 가능하고 연소 효율이 높으며, 배관을 통해 공급되므로 예열도 비교적 쉽다는 장점이 있다.

이산화탄소는 그 자체가 연소하지 않는 불연성 기체이며, 오히려 소화제로 사용되는 물질이므로 가연성 기체가 아니다.
메탄·프로판·부탄은 모두 탄화수소계 가연성 기체로, 공기와 혼합되면 연소·폭발할 수 있다.

서모스탯(특수 합금관)이 온도(열팽창)에 따라 신축하는 성질을 이용해 수위를 검출·제어하는 방식은 열팽창식이다.
플로트식은 부자의 부력으로, 전극식은 수위에 따른 전극 통전 여부로, 차압식은 수위 변화에 따른 압력차로 수위를 검출한다는 점에서 열팽창식과 원리가 다르다.

보일러 수위제어장치에서 검출량(제어량)은 수위이고, 이를 맞추기 위해 실제로 조작하는 조절량은 급수량이다.
급수량을 늘리거나 줄여 수위를 목표 범위 안에 유지하는 것이 급수제어의 기본 원리이다.

강철제 보일러의 수압시험에서는 시험수압이 규정된 압력의 6%를 초과하지 않도록 적절한 제어를 마련해야 하므로, 10% 이상 초과해도 되는 것처럼 설명한 것은 기준과 맞지 않는다.
나머지는 옳은 설명으로, 물을 채운 뒤 서서히 가압하고, 규정된 시험수압에 도달한 후 30분이 경과한 다음 검사를 실시하며, 시험 중이나 시험 후에도 물이 얼지 않도록 관리해야 한다.

1 T/h는 시간당 1,000kg의 증기를 발생시키는 용량으로, 보일러 설치·시공 기준에서는 이를 60만 kcal/h로 환산하여 규정한다.
보일러 용량이 증발량(T/h)과 열량(kcal/h) 두 가지로 표시되므로, 기준 적용 시 단위를 통일하기 위해 정해 둔 환산값이다.

강철제 증기보일러의 안전밸브는 호칭 지름을 원칙적으로 25A 이상으로 설치해야 한다.
호칭 지름 20A 이상으로 완화할 수 있는 예외(최고사용압력이 매우 낮은 보일러, 소용량 보일러, 전열면적이 아주 작은 보일러 등)가 있으나, 최고사용압력 7 kg/cm²인 보일러는 이에 해당하지 않으므로 일반 기준인 25A 이상이 적용된다.

강철제 보일러의 최고사용압력이 4.3 kg/cm²를 초과하고 15 kg/cm² 이하인 경우, 수압시험 압력은 최고사용압력의 1.3배에 3 kg/cm²를 더한 값으로 한다.
수압시험 압력 기준은 최고사용압력 구간별로 다르게 정해져 있으며, 이 구간은 저압과 고압의 중간 구간에 해당한다.

신설 보일러의 사용 전 내부 점검은 보일러 본체 내부에 해당하는 부분, 즉 연소실 바닥과 연도 등의 상태를 확인하는 것이다.
송풍기·오일 프리히터 상태 점검은 부속설비의 외부 점검에 해당한다.
압력계·수면계의 부착상태 점검은 계기류의 외부 점검에 해당한다.
급수펌프·인젝터의 부착상태 점검도 부속기기의 외부 점검에 해당한다.

보일러 자동점화 시 가장 먼저 이루어지는 동작은 노내 환기, 즉 프리퍼지이다.
연소실과 연도에 남아 있을 수 있는 미연소가스를 미리 배출시켜 점화 시 폭발이나 역화를 방지한 뒤에야 전자밸브 개방, 점화, 화염 검출의 순서로 진행된다.

증기 발생 시 과잉공기를 많게 하는 것은 오히려 배기가스량을 늘려 열손실을 키우고 보일러 효율을 떨어뜨리므로 잘못된 취급이다.
과잉공기는 완전연소에 필요한 최소한으로 유지하는 것이 원칙이며, 수위 관리·압력 안정을 위한 연료 공급·완전연소를 위한 댐퍼 조절은 모두 정상적인 취급 사항이다.

관수가 격렬하게 비등하면서 기포가 수면을 파괴하고 수면을 교란시켜 물방울이 증기와 함께 비산하는 현상을 프라이밍(비수)이라 한다.
포밍은 관수 중 불순물로 인해 수면에 거품층이 형성되는 현상이다.
캐리오버는 프라이밍·포밍 등으로 인해 물방울이나 불순물이 증기에 섞여 계 밖으로 넘어가는 현상 전반을 가리킨다.
수격작용은 증기 배관 내 응축수가 급격히 이동하며 충격을 일으키는 현상이다.

보일러 압력을 급격히 올리면 보일러 본체와 내화벽돌 등에 불균일한 열응력이 발생하여 파손·파괴의 원인이 된다.
따라서 승압은 정상 시운전 절차에 따라 서서히 진행해야 한다.

보일러는 증기 사용량이나 압력 변화와 관계없이 항상 상용수위를 유지하도록 급수를 관리하는 것이 원칙이다.
사용량이나 압력에 따라 수위를 임의로 높이거나 낮추는 것은 수면계 오독이나 안전사고의 원인이 될 수 있다.

보일러 내부에 스케일이 형성되면 전열면의 열전달이 방해되어 국부적으로 과열되는 현상이 나타난다.
이는 관 파열 등 심각한 사고로 이어질 수 있으며, 스케일은 열효율을 저하시키는 요인이지 증가시키는 요인이 아니다.

점화 전에 댐퍼를 열고 노내와 연도에 남은 미연소가스를 배출시키는 프리퍼지 과정을 거치면 점화 시 폭발이나 역화를 방지할 수 있다.
착화를 늦추거나 화염 온도 상승을 급하게 하는 것은 오히려 미연소가스가 축적되어 위험을 키우는 조치이다.

압궤는 노통이나 화실처럼 외압을 받는 부재가 안쪽으로 찌그러지는 손상으로, 내압을 받는 수관에서는 발생하지 않는다.
브리스터, 팽출, 레미네이션(라미네이션)은 모두 수관과 같이 내압을 받는 부재에서 발생할 수 있는 손상이다.

가스 배관이나 이음부의 누설 여부를 점검할 때는 비눗물을 발라 기포 발생 여부로 확인하는 방법이 가장 널리 쓰인다.
물, 기름, 벤젠은 기포로 누설 지점을 드러내지 못하거나 인화성이 있어 가스누설 점검에 적합하지 않다.

안전밸브와 밸브 시트 사이의 마찰이 잘 일어나지 않는(마찰력이 작은) 경우에는 밸브가 자유롭게 들어 올려지므로 설정압력에서 정상적으로 작동할 수 있다.
스프링을 지나치게 조이거나 하중이 과대하면 설정압력에서도 밸브가 열리지 않는다.
밸브 시트 구경과 밸브 로드 사이 간격이 좁아 열팽창으로 밀착되면 밸브가 고착되어 작동하지 않는다.
간격이 지나치게 커서 밸브 로드가 틀어져 고착된 경우에도 정상 작동이 어렵다.

수격작용은 주로 증기관 내 응축수가 고여 있다가 갑자기 밀려나면서 발생하며, 주증기밸브를 급히 열거나 다량의 증기를 갑자기 보낼 때도 나타난다.
반면 증기관이 과열되는 것은 응축수 생성을 줄이는 방향이므로 수격작용 발생 원인과는 거리가 멀다.

액체연료 연소 시 적정한 공기량으로 연소되면 화염이 오렌지색을 띠고 노 내부 구석이 약간 보이는 정도로 관찰된다.
화염이 백색이고 노내 전체가 지나치게 밝으면 공기 과잉, 암적색이나 흑색 화염은 공기 부족에 의한 불완전연소를 나타낸다.

보일러의 상용수위는 일반적으로 수면계 유리관의 1/2 위치와 일치하도록 유지한다.
이는 수위가 상하로 변동하더라도 수면계 상단과 하단 모두에서 여유를 두고 관찰할 수 있도록 하기 위함이다.

온수난방은 증기난방에 비해 열매 온도와 실내 온도의 차가 작아 같은 방열량을 얻으려면 방열면적이 커지고 배관도 굵어지는 특성이 있으므로, 방열면적이 적어지고 배관이 가늘어진다는 설명은 틀렸다.
반면 난방부하 변동에 따른 온도조절이 쉽고 실내 쾌감도가 높으며 배관 동결 우려가 적다는 것은 온수난방의 실제 장점에 해당한다.

보일러 동체가 과열된 상태에서 내부 압력을 견디지 못하고 외부로 부풀어 나오는 현상을 팽출이라 한다.
압궤는 반대로 외압을 받는 부분이 안쪽으로 찌그러지는 현상이고, 라미네이션은 강판이 내부 결함으로 두 겹으로 갈라지는 결함, 브리스터는 그 갈라진 부분이 가열되어 표면이 부풀어 오르는 손상이다.

온수 순환방법은 순환력의 원천에 따라 자연순환식과 강제(기계)순환식으로 분류되며, '진공순환식'이라는 분류는 온수난방에 사용되지 않는 개념이므로 잘못된 설명이다.
참고로 진공환수식은 증기난방에서 응축수를 회수하는 방식의 하나이다.
온수온도에 따른 보통온수식·고온수식 구분, 배관방법에 따른 단관식·복관식 구분, 공급방법에 따른 상향식·하향식 구분은 모두 실제 온수난방 분류 방식이다.

급수 중의 부유물 및 유기물을 제거하는 외처리 방법으로는 침전법, 여과법, 응집법이 사용된다.
이온교환법은 물속에 녹아 있는 칼슘·마그네슘 등 경도 유발 성분을 제거하는 방법으로, 부유물이나 유기물 제거법과는 성격이 다르다.

화염의 발열을 이용해 바이메탈의 열팽창으로 작동하며, 주로 소용량 온수보일러의 연도에 설치되는 화염검출기는 스택 스위치이다.
플레임 아이는 화염의 빛(광전관·황화카드뮴 등), 플레임 로드는 화염의 이온화(전기전도성)를 이용하는 방식으로 원리가 다르다.

증기 방열기의 표준방열량은 $650\ \mathrm{kcal/m^2 \cdot h}$이므로, 필요한 방열면적은 $\dfrac{3000}{650} \approx 4.615\ \mathrm{m^2}$이다.
이를 쪽당 방열면적 $0.15\ \mathrm{m^2}$로 나누면 $\dfrac{4.615}{0.15} \approx 30.8$쪽이 되므로, 소수점을 올려 31쪽이 필요하다.

온수보일러는 가동을 중지하는 동안에도 부식 방지를 위해 물을 채운 상태(만수)로 보존하는 것이 일반적이며, 물을 빼어 건조시키는 것은 적절한 관리 방법이 아니다.
수면계 확인 후 규정 높이까지 급수하는 것, 댐퍼 상태를 점검한 뒤 개방한 채 점화하는 것, 관계자 외 출입을 금지하는 것은 모두 올바른 보일러실 관리 사항이다.

질소 봉입법으로 보일러를 건조 보존할 때는 봉입한 질소압을 유지해야 하므로 주증기밸브와 스팀헤드 등은 밀폐해 두어야 하며, 개방해 두는 것은 잘못된 방법이다.
고순도 질소가스를 사용하고, 봉입 전 누설 여부를 확인하며, 증기 또는 물을 질소로 치환하면서 봉입하는 것은 올바른 절차이다.

에너지이용합리화법은 에너지의 수급 안정, 합리적이고 효율적인 이용 증진, 에너지 소비로 인한 환경피해 감소 등을 목적으로 하는 법률이다.
에너지 소비를 촉진하고 자원을 개발하는 것은 오히려 이 법의 취지와 반대되는 방향이므로 목적에 해당하지 않는다.

에너지절약전문기업(ESCO)의 등록취소 사유는 허위·부정한 방법으로 등록한 경우, 등록기준에 미달하게 된 경우, 정당한 사유 없이 등록 후 일정 기간 이내에 사업을 개시하지 않은 경우 등이다.
반면 교부받은 등록증을 잃어버린 경우는 재교부 신청의 대상일 뿐 등록취소 사유는 아니다.
(03년 회차 출제 당시 시행 법령 기준의 설명이다.)

에너지이용합리화법상 검사대상기기의 설치자에는 검사대상기기를 사용 중지 후 재사용하는 자, 설치장소를 변경하여 사용하는 자, 개조하여 사용하는 자 등이 포함된다.
검사대상기기를 조종하는 자는 별도의 자격을 갖춘 조종자에 관한 규정이 적용되는 대상이지, 설치자 범주에 속하지 않는다.
(03년 회차 출제 당시 시행 법령 기준의 설명이다.)

에너지관리대상자가 에너지 손실요인에 대한 개선명령을 받으면, 개선명령일로부터 60일 이내에 개선계획을 수립하여 제출해야 한다.
(03년 회차 출제 당시 시행 법령 기준의 설명이다.)

검사대상기기 검사 시 검사를 받는 자는 비파괴검사 준비, 수압시험 준비, 조립식 기기의 조립·해체 등의 조치를 해야 한다.
이때 보온재 등 피복물은 검사 부위가 드러나도록 제거하는 것이 조치사항이며, '포장'하는 것은 오히려 검사를 방해하므로 잘못된 설명이다.
(03년 회차 출제 당시 시행 법령 기준의 설명이다.)

소형온수보일러 중 도시가스가 아닌 가스를 연료로 사용하는 경우, 가스 사용량이 17 kg/h를 초과하면 검사대상기기에 해당한다.
(03년 회차 출제 당시 시행 법령 기준의 설명이다.)