[가스산업기사 필기] 24년 1회차 기출문제 해설 페이지

내연기관처럼 흡입-압축(연소)-팽창-배기의 사이클을 반복하며 간헐적으로 연소를 일으켜 맥동을 이용하는 연소방식을 펄스연소라 한다.

암모니아(NH₃)는 폭발범위 약 15~28%를 가진 가연성가스로 공기와 섞이면 폭발성 혼합가스를 형성할 수 있다. 질소·이산화탄소·아황산가스는 불연성이어서 공기와 섞여도 폭발성 혼합기를 만들지 않는다.

LPG(프로판·부탄)의 완전연소 생성물은 다른 탄화수소와 마찬가지로 이산화탄소와 물, 즉 CO₂와 H₂O이다.

열역학 제1법칙은 에너지보존법칙을 열과 일의 관계로 표현한 것으로, 계에 가해진 열은 내부에너지 변화와 외부에 한 일의 합과 같다는 법칙이다.

공기 중 산소농도를 높이면 반응이 활발해져 연소속도는 빨라지고, 활성화에너지 문턱이 낮아지는 효과로 발화(착화)온도는 낮아진다.

폭발하한계는 수소 약 4%, 메탄 약 5%, 일산화탄소 약 12.5%인 데 비해 부탄은 약 1.8%로 가장 낮다.

폭굉유도거리는 정상연소속도가 큰 혼합가스일수록, 관경이 가늘수록, 점화원의 에너지가 강할수록 짧아진다. 압력이 낮아지면 반응속도가 느려져 폭굉유도거리는 오히려 길어지므로, 압력이 낮을수록 짧아진다는 설명은 해당하지 않는다.

가연성 증기에 수분이 많이 섞이면 수격작용이 일어나기 쉽고 증기 엔탈피가 줄며 열효율도 떨어진다. 다만 수분이 많으면 오히려 습해지므로 건조도는 낮아지며, 건조도가 높아진다는 설명은 옳지 않다.

탄화수소 $\mathrm{C_mH_n}$의 완전연소반응은 $\mathrm{C_mH_n+(m+\frac{n}{4})O_2\rightarrow mCO_2+\frac{n}{2}H_2O}$이므로, $1\ \mathrm{Sm^3}$을 연소시키면 $\dfrac{n}{2}\ \mathrm{Sm^3}$의 H₂O가 생성된다.

수소는 압력이 오르기 시작하면 폭발범위가 한동안 좁아지다가 어느 압력을 넘어서면 다시 넓어지는 특이한 거동을 보이는 대표적인 가스이다.

유압기에서 분출된 기름 방울(유적)이 공기 중에 퍼져 폭발하는 것은 미세한 액적이 분산된 상태에서 폭발이 일어나는 분무폭발에 해당한다.

LPG는 발열량이 크고 조성이 일정하며 도시가스보다 열용량이 커 소량으로도 큰 화력을 낼 수 있는 장점이 있으나, 상온에서 기화가 잘 안 될 경우 별도의 가압·기화장치가 필요할 수 있다는 점은 오히려 사용상 부담이 되는 요소이지 장점이 아니다.

탄화수소는 분자 구조가 방향족에 가까울수록 그을음(매연)이 많이 생기는 경향이 있어, 나프탈렌계 > 벤젠계 > 올레핀계 > 파라핀계 순으로 매연 발생량이 많다.

실제(과잉공기 포함) 연소가스량은 $V_g=V_w+m'A_0=11.5+0.3\times11=14.8\ \mathrm{m^3/kg}$이며, 이론연소온도는 $t=t_0+\dfrac{H_1}{V_g\,C_p}=20+\dfrac{10000}{14.8\times0.31}\approx2200\ \mathrm{^\circ C}$이다.

가연물은 열전도율이 작고 산소와의 친화력·발열량이 커야 잘 타지만, 활성화에너지는 작아야 점화가 쉬우므로 활성화에너지가 클 것은 가연물의 조건이 아니다.

연소 화염의 색은 온도가 낮은 순서대로 적색 < 백적색 < 황적색 < 회백색으로 밝아지므로, 가장 낮은 온도를 나타내는 색은 적색이다.

폭발한계는 온도·압력·혼합기 중 산소량에 따라 달라지지만, 발화까지 걸리는 지연시간 자체는 폭발한계(폭발범위)를 정하는 직접적 요인이 아니다.

용기에 액체를 채운 뒤 그 액체를 배출시키면서 동시에 증기층으로 불활성가스를 주입해 원하는 산소농도까지 낮추는 퍼지 방법은 사이펀퍼지이다.

확산연소는 연료와 공기의 혼합이 연소와 동시에 진행되므로 화염이 길고 휘염이 되어 그을음이 발생하기 쉽다. 화염이 짧고 그을음이 적은 것은 미리 혼합된 가연혼합기를 태우는 예혼합연소의 특징이다. 예혼합연소는 화염온도가 높고 연소부하를 크게 할 수 있으나 혼합기가 가연범위 안에 있어 역화의 위험이 있고, 확산연소는 역화 위험이 작으며 화염이 안정적이다.

이론연소온도는 열손실이 없는 단열 상태에서 완전연소한다고 가정할 때 연소가스가 도달하는 최고온도로, t = H_L/(G×C_p) (H_L: 저위발열량, G: 연소가스량, C_p: 연소가스의 평균 정압비열)로 구한다. 실제 화염온도가 이보다 낮아지는 이유는 고온에서의 열해리(CO2, H2O의 분해에 따른 흡열), 불완전연소, 주위로의 복사·전도 열손실, 과잉공기에 의한 연소가스량 증가 등이다. 저위발열량이 큰 것은 오히려 이론연소온도를 높이는 요인이므로 실제 온도가 낮아지는 이유와 거리가 멀다.

안지름 10cm 배관의 단면적은 $\dfrac{\pi\times10^2}{4}\approx78.5\ \mathrm{cm^2}$이며 여기에 40kgf/cm²이 걸리면 전체 힘은 약 3142kgf이다. 이를 볼트 1개당 300kgf 이하로 나누면 $3142/300\approx10.5$개가 필요하므로 최소 11개가 필요하다.

직류전철의 미주전류(누출전류) 영향을 받는 배관에는 배류기를 이용해 누출전류를 철도 레일 등으로 되돌려 흘려보내는 배류법이 적합하다.

기화통 내부는 청소·점검 등을 위해 분해할 수 있는 구조로 만들어야 하며, 분해할 수 없는 구조로 한다는 설명은 성능기준에 어긋난다. 온수가열방식은 80℃ 이하, 증기가열방식은 120℃ 이하로 하고, 전자식 액유출방지밸브는 필터·스트레이너 후단에 설치하는 것이 옳은 기준이다.

염소는 대부분의 유기물·수분과 격렬히 반응하므로 염소 압축기의 실린더에는 반응성이 낮은 진한 황산을 윤활제로 사용한다.

부탄(C₄H₁₀)의 탄소 질량은 $4\times12=48$, 수소 질량은 $10\times1=10$이므로 C/H 중량비는 $48/10=4.8$이다.

펌프 소요동력은 $P=\dfrac{\gamma QH}{\eta}$이며, $Q=6000\ \mathrm{L/min}=0.1\ \mathrm{m^3/s}$, $H=45\ \mathrm{m}$, $\eta=0.75$를 대입하면 $P=\dfrac{1000\times0.1\times45\times9.8}{0.75\times1000}\approx59\ \mathrm{kW}$이다.

불꽃이 도전성을 띠는 성질을 이용해 불꽃의 유무를 검지하는 연소안전장치는 플레임로드식이며, 반응이 빨라 대용량 연소기에 주로 사용된다.

LNG 인수기지에서 해수를 가열원으로 직접 이용해 LNG를 기화시키는 방식은 오픈랙 기화기(Open Rack Vaporizer, ORV)이다.

압축기를 다단으로 나누어 압축하면 각 단의 압축비를 낮춰 압축일을 줄이는 동시에 체적효율을 높일 수 있다.

도시가스 연소속도는 $C_p=K\cdot\dfrac{1.0H_2+0.6(CO+C_mH_n)+0.3CH_4}{\sqrt{d}}$로 계산하며, 수소가 연소속도에 가장 크게 기여하도록 가중치가 부여된다.

구경이 서로 다른 배관을 축소·확대하며 연결할 때 사용하는 강관 이음재는 리듀서이다.

공기액화분리장치의 폭발은 주로 압축기 윤활유 분해로 생긴 탄화수소, 공기 중 질소화합물의 흡입, 액체공기 중 오존의 혼입 등이 원인이 된다. 사염화탄소는 오히려 장치 내 아세틸렌 등을 제거하는 데 쓰이는 물질로 폭발의 직접 원인과는 거리가 멀다.

희생양극법은 시공이 간편하고 다른 매설금속에 대한 간섭이 적어 과방식 우려가 적은 장점이 있지만, 양극(마그네슘 등) 자체가 전류를 내며 소모되는 원리이므로 양극의 소모가 거의 없다는 설명은 틀렸다.

배관지름은 최대 가스소비량, 허용압력손실, 배관 길이와 가스 종류(비중) 등을 고려해 정하며, 가스의 발열량 자체는 관경 산정의 직접 요소가 아니다.

마크로셀 부식은 이종금속 접촉, 콘크리트/토양 경계, 토양의 통기차처럼 넓은 범위의 전위차로 생기는 부식을 말하며, 토양에 녹아 있는 염류 자체에 의한 부식은 국부적인 미크로셀 부식에 가까워 마크로셀 부식으로 보지 않는다.

제거열량은 물 20℃→0℃ 현열(20kcal/kg) + 응고잠열(80kcal/kg) + 얼음 0℃→-10℃ 현열(5kcal/kg)로 톤당 $105\times1000=105000\ \mathrm{kcal}$이고, 일량은 $50\times632.3\approx31615\ \mathrm{kcal}$이므로 성능계수는 $105000/31615\approx3.32$이다.

탄소강은 탄소량이 늘어날수록 강도·경도는 높아지지만 연신율(신율)은 감소한다.

두 저장탱크의 최소 이격거리는 두 탱크 최대지름의 합의 1/4로 계산하되 1m 미만이면 1m로 하므로, $(2+4)/4=1.5\ \mathrm{m}$가 되어 1.5m 이상을 유지해야 한다.

볼밸브는 구멍이 뚫린 볼을 90도 회전시켜 여닫는 전개·전폐용 밸브로 개폐가 신속하고 완전히 열면 압력손실이 작지만, 중간 개도에서의 미세한 유량 조절에는 부적합하다. 유량 조절에는 유체가 밸브 시트를 돌아 흐르는 글로브밸브(니들밸브)가 적합하다. 게이트밸브는 유량 조절 목적으로 반개 상태로 쓰면 디스크 진동·침식이 생기므로 전개·전폐용으로 쓰고, 체크밸브는 역류 방지용으로 수평·수직 배관에 따라 스윙형·리프트형을 가려 쓴다.

스케줄 번호는 Sch = 10 × P/S (P: 사용압력 kgf/cm^2, S: 허용응력 kgf/mm^2)로, 값이 클수록 관 두께가 두꺼워 높은 압력에 견딘다. Sch = 10 × 40/10 = 40. [검산] 역산: Sch 40인 관이 허용응력 10 kgf/mm^2일 때 견디는 사용압력 P = Sch × S/10 = 40 × 10/10 = 40 kgf/cm^2로 문제의 사용압력과 일치한다.

액화가스 용기 내용적은 $V=G\times C=70\times1.86\approx130.2\ \mathrm{L}$로 계산되며, 실제 사용되는 규격 용기 중 이 값 이상을 만족하는 내용적은 131L이다.

암모니아는 공기와 섞이면 가연성(폭발범위 약 15~28%)을 나타내는 동시에 독성가스이기도 해, 누출 시 가연성·독성 두 가지 위험을 함께 갖는다. 질소·수소·아황산가스는 이 조건을 모두 만족하지 않는다.

지상에 설치한 저장탱크, 그 받침대, 부속 펌프 등이 설치된 가스설비실은 외면으로부터 5m 이상 떨어진 위치에서 조작할 수 있는 냉각장치를 설치해야 한다.

수소는 분자량이 작아 오히려 열전달률(열전도율)이 매우 크며, 가볍고 폭발범위가 넓으며 고온·고압에서는 강 중의 탄소와 반응해 수소취성을 일으킨다. 따라서 열전달률이 아주 작다는 설명은 틀렸다.

아세틸렌 용기를 눕히면 용제로 채워진 아세톤이 충전구 쪽으로 흘러나올 위험이 있어, 아세톤 누출을 막기 위해 저장·이동·소비 중에도 항상 세워 두어야 한다.

포스겐, 세렌화수소, 시안화수소는 법정 독성가스에 해당하지만, 부타디엔은 가연성가스로 분류될 뿐 독성가스 목록에는 포함되지 않는다.

냉동용기 각인기호에서 최고사용압력은 DP(Design Pressure)로 표시하고, 내압시험압력은 TP(Test Pressure)로 표시한다. AP는 기밀시험압력을 나타내는 기호이므로 내압시험압력을 AP로 표시한다는 설명은 틀렸다.

차량에 고정된 저장탱크(후부 취출식 제외)는 탱크 후면과 차량 뒷범퍼 사이의 수평거리가 30cm 이상이 되도록 고정해야 한다.

부압파괴방지설비로는 진공안전밸브, 다른 저장탱크·시설로부터의 가스도입배관, 압력과 연동하는 긴급차단장치를 설치한 냉동제어설비, 압력과 연동하는 벤트스택 등이 규정되어 있다. 역류방지장치를 설치한 송기설비는 이 규정된 설비 목록에 포함되지 않는다.

염소는 다량의 물이나 소석회·가성소다수용액 등으로 제독하며, 염화 제2철은 염소의 제독제로 쓰이지 않는다.

아황산가스는 물에 녹아 산성을 띠며 저농도에서도 자극취로 존재를 알 수 있고 30~40ppm에서 호흡곤란을 유발하지만, 짧은 시간에 생명이 위험해지는 농도는 400~500ppm 이상 수준이므로 50~100ppm에서 그렇다는 설명은 과장되어 틀렸다.

시안화수소는 가성소다수용액이나 소석회 등으로 제독하며, 탄산소다수용액은 시안화수소의 표준 중화제로 쓰이지 않는다.

지상에 설치한 액화석유가스 저장탱크와 가스 충전장소 사이에는 폭발·화재 시 피해 확산을 막기 위해 방호벽을 설치해야 한다.

아세틸렌용기는 황색으로 도색한다. 액화석유가스는 별도 색상 규정이 없고, 수소는 주황색, 액화암모니아는 백색으로 도색하므로 나머지 조합은 옳지 않다.

산화에틸렌은 그 자체로 중합반응을 일으키기 쉬운 불안정한 물질이어서 저장·취급 시 중합폭발에 특히 주의해야 한다. 질소·이산화탄소의 대량 누출은 질식 위험이 있고, 산소는 반응성이 커 가연물과 함께 두면 위험하다.

산화에틸렌은 중합폭발을 일으키기 쉬운 물질이므로 취급에 특히 주의해야 한다는 설명이 옳다.

특정설비란 저장탱크와 산업통상부령으로 정하는 고압가스 관련 설비를 말하며, 시행규칙 제2조제5항은 ① 안전밸브·긴급차단장치·역화방지장치 ② 기화장치 ③ 압력용기 ④ 자동차용 가스 자동주입기 ⑤ 독성가스배관용 밸브 ⑥ 냉동용특정설비 ⑦ 고압가스용 실린더캐비닛 ⑧ 자동차용 압축천연가스 완속충전설비 ⑨ 액화석유가스용 용기 잔류가스회수장치 ⑩ 차량에 고정된 탱크 ⑪ 반도체 제조용 극자외선 노광장비 ⑫ 액화 이산화탄소 세정설비의 12종을 규정한다. 압력조정기는 액화석유가스법상 허가대상 가스용품이지 특정설비가 아니다. [재작성 근거] 원형(2006년 기출: 저장탱크/안전밸브/조정기/긴급차단장치)은 특정설비가 9종이던 시기의 문항이다. 현행은 12종으로 확대되어 구법에서는 특정설비가 아니던 '차량에 고정된 탱크'가 특정설비에 신설 편입되었고(반도체 제조용 극자외선 노광장비·액화 이산화탄소 세정설비도 신설), '특정고압가스용 실린더캐비닛'이 '고압가스용 실린더캐비닛'으로 개칭되었다. 정답(조정기는 특정설비가 아님)의 논지는 유지하되 보기를 현행 목록으로 재구성하였다.

노출된 배관 안의 도시가스를 30분 이내에 안전한 장소로 방출할 수 있는 장치를 설치하거나 안전점검원 자격을 가진 자를 상주 배치한 경우에는 차단장치를 설치한 것으로 보므로, 별도로 설치하여야 한다는 설명은 틀리다. 노출배관의 안전조치는 ① 고압배관 100m 이상 노출 시 양 끝 차단장치 ② 중압 이하 배관(호칭지름 100mm 미만 저압배관 제외) 100m 이상 노출 시 양 끝 300m 이내 차단장치 또는 500m 이내 원격조작 차단장치 ③ 20m 이상 노출 시 20m마다 가스누출경보기 설치이다. [재작성 근거] 원형(2003년 기출)의 정답 수치(20m 이상 노출 시 경보기 설치 간격 20m)는 현행 기준에서도 동일하게 유지되나, 현행 기준은 노출배관 길이·압력별 차단장치 기준과 간주 규정이 함께 체계화되어 있으므로 단일 수치 암기형이던 원형의 발문을 재서술하고 현행 조문 전체를 반영한 종합형으로 보기를 재구성하였다.

도시가스 배관의 매설깊이는 설치 장소별로 ① 공동주택 등의 부지 안 0.6m 이상 ② 폭 8m 이상의 도로 1.2m 이상 ③ 폭 4m 이상 8m 미만인 도로 1m 이상 ④ 그 밖의 곳 0.8m 이상이다. 다만 폭 4~8m 도로라도 호칭지름 300mm(PE관은 공칭외경 315mm) 이하의 저압배관이거나 도로에 매설된 저압배관에서 횡으로 분기하여 수요가에 직접 연결되는 배관은 0.8m 이상으로 할 수 있다. 문제는 완화 특례를 제외한 원칙 기준이므로 1m 이상이 정답이다.

건축물 내·외벽에 노출된 지상배관은 바닥(2층 이상 건물은 각 층의 바닥)으로부터 1m 높이에 폭 3cm의 황색띠를 2중으로 표시한 경우에 표면색상을 황색으로 하지 않을 수 있다. 2m 높이·폭 5cm·한 줄이라는 수치는 모두 틀리다. 고정장치 간격(호칭지름 13mm 미만 1m, 13~33mm 2m, 33mm 이상 3m)과 표시사항(사용가스명·최고사용압력·흐름방향, 매설 시 흐름방향 생략 가능), 표면색상(지상 황색, 매설 저압 황색·중압 적색) 기준은 보기 그대로이다.

부르동관 압력계 등 현장 장치에 흔히 쓰이는 압력계는 대기압을 기준(0)으로 한 게이지압력을 지시한다.

터빈미터는 정밀도가 높고 압력손실이 작으며 소용량부터 대용량까지 측정범위가 넓지만, 유체의 선회류(스월)에 민감해 상류에 정류기를 두어야 하므로 스월의 영향을 전혀 받지 않는다는 설명은 틀렸다.

수면 아래 20m 지점 게이지압 3.16kgf/cm²는 $3.16\times10000=31600\ \mathrm{kgf/m^2}$에 해당하므로, 비중량은 $31600/20=1580\ \mathrm{kgf/m^3}$이다.

가스미터 출구측을 수직배관으로 하지 않는 주된 이유는 배관 내에서 응축된 수분이 아래로 흘러 계량기나 밸브에 고여 겨울철 동결을 일으키는 것을 막기 위해서이다.

막식가스미터는 다이어프램(막)이 왕복운동하며 계량하는 방식으로, 보기 중 클로버식이 이에 해당한다. 루트식·터빈식은 회전자를 이용하는 실측식·추량식 미터이다.

제어계에서 기준입력과 주피드백량의 차이로 만들어져 실제 제어동작을 일으키는 신호를 동작신호(편차신호)라 한다.

열음극 전리진공계는 가열된 음극에서 방출된 열전자가 기체 분자를 이온화시키는 정도로 압력을 재는 방식으로, 초고진공 영역까지 측정할 수 있어 제시된 진공계 중 정밀도가 가장 좋다.

액면 위에 부자(플로트)를 띄워 그 위치 변화로 액위를 재는 방식은 플로우트식 액면계이다.

일정한 액면(봉수) 속에 있는 계량통(드럼)을 유입가스로 회전시키고 그 회전수로 유량을 구하는 방식은 습식가스미터이다.

이론단수 $N=16\left(\dfrac{t_R}{W}\right)^2$에서 보유시간을 기록지 거리로 환산하면 $t_R=6\times15=90\ \mathrm{mm}$, 피크폭 $W=6\ \mathrm{mm}$이므로 $N=16\times(90/6)^2=3600$이고, 분리관 길이 3000mm에 대해 $HETP=3000/3600\approx0.83\ \mathrm{mm}$이다.

오벌형·원판형·로터리 피스톤식 유량계는 일정 부피의 공간을 채워 흘려보내는 횟수로 유량을 재는 용적식 유량계이다. 피토관 유량계는 동압을 이용하는 유속식 유량계로 용적식이 아니다.

피토관은 흐름을 마주보는 전압공과 흐름 방향과 나란한 정압공의 압력차(동압)를 재서 유속을 구하며, 식에서 P₁, P₂는 각각 전압과 정압을 의미한다.

절대압력은 게이지압(차압)에 대기압을 더한 값이므로 $760+146=906\ \mathrm{mmHg}$이다.

공업용 액면계는 연속측정이 가능하고 고온·고압에 견디며 지시·기록·원격측정과 자동제어 연계가 가능하고 보수가 쉬워야 하는데, 액위 변화속도가 적고 액면의 상·하한계 적용은 오히려 쉬워야 하므로 적용이 어려워야 한다는 설명은 옳지 않다.

바이메탈 온도계는 열팽창계수가 다른 두 금속판을 붙여 온도에 따른 휨(변형)을 지침 움직임으로 바꾸는 기계적 변환 방식을 이용한다.

부취제 농도 측정법으로는 오더(Odor)미터법, 냄새주머니법, 주사기법, 무취실법 네 가지가 표준으로 쓰이며, 패널법이라는 명칭의 표준 측정법은 없다.

불꽃이온화검출기(FID)는 수소·산소 자체에는 거의 감응하지 않는 대신 탄화수소에 대한 감도가 매우 높아 탄화수소 계열 분석에 널리 쓰인다.

m³/s, ft³/h, L/s는 모두 시간당 부피, 즉 유량의 단위이지만 m²/min은 면적을 시간으로 나눈 단위여서 유량 단위가 아니다.

초음파 유량계는 흐름 방향과 역방향으로 초음파를 보내 전파시간의 차이로 유속을 구하는 전파시간차식과, 유체 중 입자에 반사된 초음파의 주파수 변화(도플러 효과)로 유속을 구하는 도플러식이 있다. 전파시간차식은 초음파가 유체를 곧게 통과하여야 하므로 기포·고형물이 적은 청정 유체에 적합하고, 기포·고형물이 많으면 전파가 산란·감쇠되어 오차가 커진다. 반대로 도플러식은 초음파를 반사할 입자나 기포가 있어야 측정할 수 있다. 두 방식 모두 관 외벽 부착형(클램프온)으로 비접촉 측정이 가능하고 압력손실이 거의 없다.

전자식 유량계는 자기장 속을 흐르는 도전성 유체에 유도되는 기전력 E = B·D·v (B: 자속밀도, D: 관지름, v: 평균유속)가 유속에 비례하는 패러데이의 전자기유도 법칙을 이용한다. 따라서 일정 도전율 이상의 액체만 측정할 수 있고, 도전성이 없는 공기 등 기체나 유류는 측정할 수 없다. 측정관 내에 장애물이 없어 압력손실이 거의 없고 이물질에 의한 막힘이 없으므로 슬러리·부식성 액체 측정에 적합하며, 유체의 밀도·점도의 영향을 거의 받지 않는다.