[가스산업기사 필기] 23년 3회차 기출문제 해설 페이지

불꽃(연소) 온도가 높다는 것은 오히려 완전연소에 가까운 상태를 뜻하므로 불완전 연소의 원인이 아니다.

산화에틸렌은 자체 분해폭발성을 지닌 가연성가스이므로 옳은 설명이다. 산소는 자신은 타지 않고 연소를 돕는 조연성가스이고, 일산화탄소와 수소는 모두 가연성가스이므로 나머지 보기는 틀렸다.

정압(등압) 과정의 일은 $W=P\Delta V$로 구한다. $W=200\ \mathrm{kPa}\times(0.3-0.1)\ \mathrm{m^3}=40\ \mathrm{kJ}$이다.

혼합가스 폭발하한계는 르샤틀리에 법칙 $\dfrac{1}{L}=\displaystyle\sum \dfrac{y_i}{L_i}$로 구한다. $\dfrac{1}{L}=\dfrac{0.25}{4}+\dfrac{0.5}{5}+\dfrac{0.25}{3}=0.2458$에서 $L=4.07 \approx 4.1\ \mathrm{v\%}$이다.

산화에틸렌은 자체적으로 분해폭발을 일으킬 수 있는 위험한 가스이다. 염소는 황록색, 질소는 불연성이지만 조연성이 아닌 불활성가스이며, 일산화탄소는 가연성가스로 공기 중에서 연소한다.

폭굉은 화염면 전방의 충격파가 미반응 혼합기를 압축·가열하여 반응을 유발하고, 그 반응열이 다시 충격파를 유지시키는 방식으로 전파되므로 전파에 필요한 에너지는 충격파에너지이다. 전파속도는 1000~3500m/s에 달하고, 압력은 초기압력의 수배~수십 배로 급상승하며, 주로 배관과 같은 밀폐공간에서 발생한다.

이상기체에서 온도가 일정하면 보일의 법칙에 따라 체적은 압력에 반비례한다.

메탄의 임계온도는 약 -82.5℃로 상온보다 낮으므로, 상온에서는 아무리 압력을 높여도 액화시킬 수 없다.

실제기체는 분자 자체의 부피와 분자 간 인력의 영향이 작아지는 고온·저압 상태에서 이상기체 상태방정식에 가장 잘 근접한다.

최소점화에너지(MIE)는 낮을수록 작은 에너지로도 착화되므로 인화 위험이 커진다. 따라서 최소점화에너지가 높을수록 위험이 커진다는 설명은 틀렸다.

폭굉은 화염의 전파속도가 음속을 넘어서면서 충격파를 동반해 전파되는 현상이다. 따라서 빈칸은 기준이 되는 음속(㉠)과, 그것을 초과하며 진행하는 화염의 전파속도(㉡)가 된다.

온도·압력이 다른 상태를 표준상태로 환산할 때는 $\dfrac{P_1V_1}{T_1}=\dfrac{P_2V_2}{T_2}$를 쓴다. $V_2=342\times\dfrac{740}{760}\times\dfrac{273}{303}\approx300\ \mathrm{mL}$이다.

인화점 측정법에는 타그법, 펜스키마르텐스법, 에벨펜스키법 등이 있으며, 봄브법은 연료의 발열량을 측정하는 열량계(봄브 열량계) 방식으로 인화점 측정법이 아니다.

난류연소는 혼합기의 흐름이 층류에서 난류로 바뀌면서 화염면이 찢기고 확대되는 현상으로, 그 발생은 혼합기체의 흐름 형태(유속·레이놀즈수)에 가장 크게 좌우된다.

라울의 법칙으로 전압을 구한다. 몰수는 메탄올 96/32=3mol, 아세톤 116/58=2mol이므로 몰분율은 각각 0.6, 0.4이다. $P=0.6\times96.5+0.4\times56=80.3\ \mathrm{mmHg}$이다.

방폭구조 기호는 내압 d, 유입 o, 안전증 e, 본질안전 ia·ib, 압력방폭 p이다. 압력방폭구조는 용기 내부를 보호가스로 가압하여 폭발성 가스의 유입을 막는 구조로 기호는 p이다.

열역학 제1법칙 $\Delta U=Q-W$를 적용한다(부호는 계가 방출·계에 가해진 일 기준). 압축일 1281kgf·m을 kcal로 환산하면 1281/427≈3.0kcal이고 계에 가해졌으므로 W=-3.0kcal, 방출열은 Q=-3.7kcal이다. $\Delta U=-3.7-(-3.0)=-0.7\ \mathrm{kcal/kg}$이다.

연소의 3요소는 가연물, 산소공급원(산소), 점화원(정전기 불꽃)이다. 수소는 가연물, 질소는 연소에 관여하지 않는 불활성기체로 3요소 어디에도 해당하지 않는다.

감압(진공)과 불활성가스 주입을 반복하는 방식은 진공 퍼지(저압 퍼지)로, 불활성가스 소모가 적으나 진공 하중에 견디지 못하는 대형 저장탱크에는 적용하기 어렵다. 압력 퍼지는 불활성가스로 가압한 후 배출하는 조작을 반복하는 방식(시간은 짧으나 가스 소모가 많음), 스위프 퍼지는 한쪽 개구부로 퍼지가스를 주입하면서 다른 개구부로 혼합가스를 배출하는 방식(진공·가압에 견디지 못하는 용기용), 사이펀 퍼지는 용기에 액체를 채운 뒤 배출하면서 증기부에 불활성가스를 주입하는 방식(대형 용기에 경제적)이다.

복사 열전달은 스테판-볼츠만 법칙에 따라 방출 에너지가 절대온도의 4제곱에 비례한다(E = σT^4). 온도비 = 800/400 = 2 이므로 에너지비 = 2^4 = 16배. 열전달 3형태 중 전도·대류는 매질이 필요하지만 복사는 매질 없이도 전달되며, 고온일수록 복사의 비중이 급격히 커진다. [검산] 역산: 16배가 되려면 온도비 = 16^(1/4) = 2, 즉 400 K → 800 K와 일치하므로 정답과 부합한다.

웨베지수는 $WI=\dfrac{H_g}{\sqrt{d}}$로 구한다. $WI=\dfrac{10000}{\sqrt{1.2}}=\dfrac{10000}{1.0954}\approx9129$이다.

수격현상은 유속의 급변으로 발생하므로 밸브는 펌프 토출측(주입구가 아님) 부근에 설치해 서서히 조작해야 한다. 주입구(흡입측)에 밸브를 두고 제어한다는 설명은 방지법으로 틀렸다.

펌프에서 일반적으로 발생하는 이상현상은 캐비테이션, 서징, 수격작용, 베이퍼록 등이며 '시일링현상'은 펌프 이상현상으로 분류되지 않는 용어이다.

다기능 가스 안전계량기는 사용 중 출구측 압력이 통상 사용압력보다 낮아져 60mmH2O 미만이 되면 가스 공급을 차단하도록 되어 있다.

분젠식 버너는 1차·2차 공기를 함께 이용해 고온을 얻기 쉽고 연소가스량에 비해 버너가 크다는 특징이 있으나, 1차 공기 혼입으로 인해 역화가 발생할 우려가 있다. 따라서 역화 우려가 없다는 설명이 틀렸다.

가스가 공기보다 가벼우면(비중<1) 고층으로 갈수록 정압이 높아지는 자연통풍 효과가 나타난다. $\Delta P=\gamma_{air}(1-S)h=1.3\times(1-0.65)\times60\approx27.3\ \mathrm{kgf/m^2}\approx0.27\ \mathrm{kPa}$이므로 20층 압력은 $1.8+0.27\approx2\ \mathrm{kPa}$이다.

희생양극법은 매설관보다 이온화 경향이 큰 금속을 전기적으로 접속해 전위차를 이용하므로, 전위차가 일정하고 비교적 작아 전위구배가 적은 장소에 적합하다.

정압기 안전밸브 분출부 구경은 입구측 압력이 0.5MPa 이상인 경우 50A 이상으로 하여야 한다.

정압기의 다이어프램은 2차측 압력 변동을 직접 감지하여 그 변위를 스프링·메인밸브에 전달함으로써 2차 압력을 설정값으로 유지시키는 역할을 한다.

2단 감압식 1차용 조정기는 고압에 가까운 용기압력을 1차로 감압하는 장치로, 입구압력 범위는 0.1~1.56MPa이다.

유효면적은 그로스면적에 개구율을 곱해 구한다. $15\times20\times0.3=90\ \mathrm{cm^2}$이다.

고압배관의 진동 원인은 펌프·압축기에 의한 진동, 안전밸브 작동, 유체 압력변화(맥동), 관의 굴곡부 등이며, 부품 자체의 무게만으로는 진동이 발생하지 않으므로 진동 원인으로 보기 어렵다.

왕복압축기의 용량제어는 회전수 조절, 흡입주밸브 개방(unloading), 바이패스밸브에 의한 재순환, 클리어런스(타임드 포켓) 조절 등으로 이루어지며, 토출밸브를 조절하는 방법은 사용하지 않는다.

부취제는 배관을 부식시키지 않고, 평상시 냄새와 명확히 구분되며, 토양 투과성이 커서 누출 시 신속히 감지되어야 한다. 반대로 연소 후에는 냄새와 잔류물이 남지 않아야 하므로 '연소 후에도 냄새가 남아있을 것'은 구비조건이 아니다.

액화석유가스 충전시설의 충전용 주관에 설치된 압력계는 매월 1회 이상, 그 밖의 압력계는 매년 1회 이상 표준압력계 또는 검사에 합격한 압력계로 그 기능을 검사하여야 한다.

터보형 펌프는 날개차의 회전운동으로 압력을 얻는 원심식·사류식·축류식이며, 회전식(로터리)은 케이싱과 회전체 사이 공간의 용적 변화를 이용하는 용적형 펌프이다.

저압배관의 압력손실은 폴(Pole)식에 따라 관 내경의 5제곱에 반비례한다. 내경이 1/2배가 되면 손실은 $\left(\dfrac{1}{1/2}\right)^5=32$배로 커진다.

조정기는 용기 내 가스가 소비될수록 낮아지는 압력을 일정한 수준으로 유지시켜 연소기에 알맞은 압력의 가스를 공급하는, 즉 가스의 유출압력을 조절하는 장치이다.

수소취성은 고온·고압의 수소가 강 중의 시멘타이트(Fe3C)와 반응(Fe3C + 2H2 → CH4 + 3Fe)하여 탈탄을 일으키고 생성된 메탄이 결정립계에 축적되어 강을 취약하게 하는 현상이다. 크롬·텅스텐·몰리브덴·바나듐·티타늄 등 안정한 탄화물을 만드는 원소를 첨가하면 탈탄이 억제되어 수소취성을 방지할 수 있다. 니켈은 탄화물 형성 원소가 아니므로 수소취성 방지 원소에 해당하지 않는다.

스위블형은 회전부의 나사 이음에서 누설의 우려가 있어 온수·난방 배관 등 저압 배관에 주로 사용되며, 고압·대구경 배관에는 부적합하다. 고압·옥외 대구경 배관에는 신축 흡수량이 크고 고압에 잘 견디는 루프형이 적합하다(설치 공간을 많이 차지하는 것이 단점). 벨로즈형은 패킹 없이 기밀을 유지하고, 슬리브형은 슬리브(슬립) 부분의 미끄럼으로 신축을 흡수하되 패킹부 누설 관리가 필요하다.

액화석유가스는 체적판매가 원칙이나, 사용기간이 짧아 별도 계량설비를 두기 어려운 6개월 이내의 기간만 사용하는 자 등에 대해서는 예외적으로 중량판매가 허용된다.

특정고압가스 사용시설에서는 액화가스의 저장능력이 300kg 이상인 고압가스설비에 안전밸브를 설치하여야 한다.

초저온용기 제조 시 설계단계검사 항목은 외관검사, 재료검사, 내압(강도)검사, 단열성능검사 등이며 '마멸검사'는 해당하는 검사 항목이 아니다.

암모니아 저장탱크는 저장능력 내용적의 90%를 초과하여 가스가 채워지는 것을 방지하는 과충전방지조치를 하여야 한다.

고압가스안전관리법령상 사람을 수용하는 일반 주택은 제2종 보호시설로 분류된다.

고압가스 제조허가의 종류에는 고압가스특정제조, 고압가스일반제조, 고압가스충전, 냉동제조가 있다. 특정고압가스는 제조허가가 아니라 사용신고 대상이므로 '특정고압가스제조'는 허가 종류가 아니다.

에어졸(에어로졸) 제조에 사용하는 금속제 용기의 두께는 0.125mm 이상이어야 한다.

천연가스(NG·LNG)는 메탄을 주성분으로 하는 가스이다. 프로판가스는 프로판이, 나프타가스·수성가스는 각각 다른 성분이 주성분이다.

방폭전기기기의 구조별 표시기호는 내압방폭 d, 유입방폭 o, 압력방폭 p, 안전증방폭 e, 본질안전방폭 ia·ib이다. 안전증방폭구조의 표시기호는 e이다.

액화석유가스의 저장설비 및 가스설비는 그 외면으로부터 화기를 취급하는 장소까지 8m 이상의 우회거리를 두어야 한다.

르샤틀리에 법칙으로 계산한다. 메탄 폭발하한 5%, 아세틸렌 폭발하한 2.5%를 적용하면 $\dfrac{1}{L}=\dfrac{0.8}{5}+\dfrac{0.2}{2.5}=0.24$에서 $L\approx4.2~4.3\ \mathrm{v\%}$로 계산된다.

후부취출식 탱크는 탱크 뒷면에서 가스를 충전·방출하므로, 사고 시 뒷범퍼 충격으로부터 밸브류를 보호하기 위해 탱크주밸브 및 긴급차단장치에 속하는 밸브와 뒷범퍼 사이에 40cm 이상의 수평거리를 두어야 한다.

독성가스 충전시설은 다른 제조시설과 구분하여 외부에서 충전시설임을 쉽게 알아볼 수 있도록 위험표지를 설치하여야 한다.

배관 되메움 시 침상재료는 배관에 작용하는 하중을 수직·횡방향으로 지지하고 그 하중을 배관 기초 아래로 분산시키기 위해 배관 하부와 상부(관정 상단 일정 높이)까지 포설하는 재료를 말한다.

르샤틀리에 법칙으로 하한·상한을 각각 구한다. 하한 $\dfrac{1}{L}=\dfrac{0.9}{5}+\dfrac{0.05}{3}+\dfrac{0.05}{2.1}=0.220$에서 $L\approx4.5\%$, 상한 $\dfrac{1}{U}=\dfrac{0.9}{15}+\dfrac{0.05}{12.4}+\dfrac{0.05}{9.5}=0.0693$에서 $U\approx14.4\%$이므로 폭발범위는 약 4.5~14.4%이다.

액화가스는 온도 상승에 따라 액이 팽창하며 용기 내 압력이 급격히 이상 상승할 수 있으므로, 충전용기를 세워서 적재해 기상부 공간을 확보하고 안전장치가 정상 작동하도록 한다.

현행 기준상 가스용품 제조자는 제품의 성능을 확인·유지할 수 있도록 ① 안전관리규정에 따른 자체검사 수행에 필요한 검사설비 ② 사업소의 제품생산능력에 맞는 처리능력을 가진 검사설비를 갖추어야 하며, 설계단계검사항목의 검사설비 중 한국가스안전공사·공인시험검사기관에 의뢰하여 시험·검사를 하는 경우 '또는 검사설비의 임대차계약을 체결한 경우'에는 검사설비를 갖춘 것으로 본다. 따라서 임대차계약을 체결한 경우에도 별도로 갖추어야 한다는 설명은 틀리다. [재작성 근거] 원형(2013년 기출)은 구 별표 7이 압력조정기 제조자의 검사설비를 품목별로 열거(유량측정설비·내압시험설비·기밀시험설비 등)하던 시기의 문항으로 '과류차단성능시험설비'가 오답이었으나, 현행 별표 7은 성능규정화되어 품목별 검사설비 열거가 삭제되고 일반기준(자체검사 수행 설비·생산능력에 맞는 처리능력·의뢰 및 임대차 시 간주)만 규정하므로 원형의 정답 근거가 소멸하였다. 이에 현행 일반기준으로 발문·보기를 재구성하였다.

유통 중 열영향을 받았는지를 점검하고, 열영향을 받은 용기는 도색이 아니라 재검사를 받아야 한다(별표 18 제1호라목). 나머지 항목(도색·표시 확인, 캡·프로텍터 확인, 재검사기간 도래 확인, 충전가스 종류에 맞는 부속품 부착 확인, 밸브 몸통·충전구나사·안전밸브의 흠 확인 등)은 현행 기준 그대로이다. [재작성 근거] 원형(2012년 기출)의 정답 논지(열영향 용기는 재도색이 아니라 재검사)는 현행에도 유지되나, 2014.8.13. 개정으로 점검항목에 카목(충전가스 종류에 맞는 용기부속품 부착 확인)과 타목(가연성·독성가스 판매~회수 이력 추적관리)이 신설되어 항목이 12개로 늘었으므로, 신설 항목을 반영하여 발문을 재서술하고 보기를 재구성하였다.

판매업소 용기보관실의 화기 우회거리는 2m 이상이며(또는 누출가스의 유동을 방지하는 조치), 8m는 충전·일반집단공급 시설 등에 적용되는 화기 우회거리로 판매업소 기준과 다르다. 그 밖에 용기보관실은 불연성 재료의 가벼운 지붕, 벽은 방호벽, 누출가스가 사무실로 유입되지 않는 구조로 하고 면적 19m^2 이상, 사무실은 동일 부지에 구분 설치하며 면적 9m^2 이상, 용기보관실 주위에 11.5m^2 이상의 부지를 확보하여야 한다.

액화석유가스는 체적판매방법으로 공급하는 것이 원칙이고, 중량판매방법으로 공급할 수 있는 예외는 ① 단독주택에서 사용하는 자 ② 이동하면서 사용하는 자 ③ 6개월 이내의 기간 동안만 사용하는 자 ④ 그 밖에 체적판매방법으로 공급하기 곤란하다고 인정되어 고시로 정하는 자이다. 공동주택 사용자는 중량판매 예외 대상이 아니므로 체적판매방법으로 공급하여야 한다. 내용적 30L 미만의 용기로 사용하는 자 등도 고시로 정하는 예외에 포함된다.

감도는 지시량 변화를 측정량 변화로 나눈 값으로, 감도가 좋을수록(민감할수록) 측정범위는 좁아지고 측정에 걸리는 시간은 오히려 길어지는 경향이 있다. 따라서 '측정시간이 짧아진다'는 설명이 틀렸다.

국제단위계(SI)의 압력단위는 파스칼(Pa)이다. bar, atm, kgf/cm²은 실용 또는 비SI 단위이다.

제어량의 성질에 따른 분류에는 프로세스제어, 서보기구(추종제어), 자동조정이 있다. 프로그램제어·비율제어는 목표값의 성질에 따른 분류, 비례제어는 제어동작에 따른 분류이다.

편차의 크기에 비례하여 조절요소의 이동 속도가 연속적으로 변화하는 동작은 적분(I)동작이다. 비례동작은 편차 크기에 비례해 조작량 자체가 정해지고, 미분동작은 편차의 변화속도에 비례해 동작한다.

On-Off동작, 다위치동작, 단속도동작은 불연속(단속)동작이며, 비례동작은 연속적으로 조작량이 변하는 연속동작이다.

정전용량형 액면계는 탐사침(전극봉)을 액 중에 넣고 액체와 공기의 유전율 차이로 발생하는 정전용량 변화를 이용해 액위를 측정한다.

유황분(황분) 정량은 시료를 연소시켜 생성된 아황산가스를 흡수시킨 뒤, 수산화나트륨 표준용액으로 중화적정하여 정량하는 방법을 사용한다.

부르돈관 압력계는 굽은 관에 압력이 가해지면 변형되는 탄성을 이용하는 탄성식 압력계의 대표적인 예이다. 실제로는 C자형이 주로 쓰이고, 비교적 고압 측정에 적합하며 미세 진공 측정에는 쓰이지 않는다.

가스크로마토그래피의 검출기에는 FID, TCD, ECD, FPD, TID(열이온검출기), AED(원자방출검출기), RID(방사선이온화검출기) 등이 있으나 '열추적검출기(TTD)'라는 검출기는 존재하지 않는다.

피토관은 전압과 정압의 차로 유속을 구하므로 $v=C\sqrt{\dfrac{2g(P_t-P_s)}{\gamma}}$ 이고, 여기에 관의 단면적을 곱한 $Q=A\,C\sqrt{\dfrac{2g(P_t-P_s)}{\gamma}}$ 가 유량식이다. 유량은 차압의 제곱근에 비례하므로 차압이 근호 밖에 곱해진 형태의 식은 성립하지 않는다.

차압식 유량계는 오리피스·벤투리관 등으로 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시켜 발생하는 전후 압력차(베르누이 정리)를 이용해 유량을 구한다.

열전도형 진공계에는 피라니 진공계, 서미스터 진공계, 열전대 진공계가 있다. 전리 진공계는 기체를 이온화시켜 이온전류로 압력을 측정하는 전리(이온화)형 진공계로 열전도형이 아니다.

헴펠법은 흡수제를 이용해 이산화탄소 → 중탄화수소(불포화탄화수소) → 산소 → 일산화탄소 순으로 각 성분을 차례로 흡수시켜 정량한다.

FID(수소염이온화검출기)는 수소와 공기의 불꽃을 이용해 시료를 이온화시키는 방식이므로 수소(H₂)가 검출기 작동에 직접 관련된 기체이다.

가스미터는 사용 시 예상되는 최대유량에 적합한 계량능력을 가져야 하므로, '최소유량에 적합한 계량능력'이라는 설명은 틀렸다.

상대습도 0%는 해당 온도의 포화수증기압에 대한 실제 수증기압의 비가 0이라는 뜻으로, 공기 중에 수증기가 전혀 존재하지 않는 상태를 의미한다.

비례동작에 적분동작을 더하면 잔류편차가 시간에 따라 제거되므로 부하변화가 커도 오프셋이 남지 않는다. 다만 적분시간이 짧으면 부하가 급변할 때 진동이 커지는 단점이 있으며, 반응이 빠른 프로세스와 느린 프로세스 모두에 널리 쓰인다. 이런 특성을 갖는 것이 비례적분(PI)동작이다.

정밀도는 동일 조건에서 반복 측정했을 때 측정값들이 흩어지는 정도(재현성)를 나타내는 척도이며, 정확도는 참값과의 근접 정도를 나타낸다.

루트식 가스미터는 2개의 회전자로 계량하는 실측식(용적식) 미터로 100~5000 m^3/h 수준의 대유량 계량에 적합하고 설치 면적이 작으며 중압 계량도 가능하지만, 0.5 m^3/h 이하의 소유량에서는 부동(회전자는 회전하지만 지침이 작동하지 않는 고장)의 우려가 있어 일반 가정용으로는 부적합하다(가정용은 막식). 고장 형태로는 부동 외에 이물질 침입 등으로 회전자가 회전하지 못하여 가스가 통과하지 못하는 불통이 있으므로 입구에 스트레이너를 설치하여 관리하여야 한다.

감도유량은 가스미터의 지침이 움직이기 시작하는 최소 유량으로, 이 값이 작을수록 미소 유량까지 계량할 수 있어 감도가 우수하다. 따라서 감도유량이 클수록 감도가 우수하다는 설명은 틀리다. 일반 가정용 막식 가스미터의 감도유량은 3 L/h 이하, LP가스용 가스미터는 15 L/h 이하이다. 검정공차는 사용최대유량의 1/5(20%) 미만 구간 ±2.5%, 1/5 이상 4/5(80%) 미만 구간 ±1.5%, 4/5 이상 구간 ±2.5%이다.