[가스산업기사 필기] 23년 2회차 기출문제 해설 페이지

H+O2+M → HO2+M 반응은 제3체 M이 여분의 반응에너지를 흡수하여 활성라디칼(H)을 안정한 HO2로 바꾸는 연쇄정지(기상 정지)반응이다. 나머지 보기는 라디칼을 새로 만들어내는 연쇄분지·전파반응이다.

내압방폭구조는 용기 '내부'에서 폭발성 가스가 폭발했을 때 그 압력에 용기가 견디고, 접합부·틈을 통해 외부의 폭발성 가스에 인화되지 않도록 설계한 구조이다. 외부 폭발에 견디도록 한 구조라는 설명은 틀렸다.

아세틸렌 완전연소반응식은 C2H2+2.5O2→2CO2+H2O이며, 계수를 정수로 맞추면 2C2H2+5O2→4CO2+2H2O이다.

연소효율은 실제 발생한 연소열을 저위발열량으로 나눈 값이다. $\eta=\dfrac{6500}{9000}\times100\approx72\%$이다.

같은 온도에서 압축되므로 보일의 법칙으로 전압을 구하면 $P_2=1\times\dfrac{40}{4}=10$기압이다. 산소는 공기 중 20%를 차지하므로 분압은 $10\times0.2=2$기압이다.

불꽃(화염)의 전파속도가 음속을 넘어서서 충격파를 동반하며 전파되는 현상을 폭굉이라 한다.

고위발열량은 연소가스 중 수증기가 응축될 때 방출하는 잠열까지 포함한 값이고, 저위발열량은 이를 제외한 값이다. 그 차이는 연료 중 수소의 연소로 생성되는 물과 연료 자체에 포함된 수분의 증발잠열 때문에 발생한다.

프로판의 완전연소반응식은 C3H8+5O2→3CO2+4H2O로, 1몰의 프로판 연소에 5몰의 산소가 필요하다. 프로판은 공기보다 무겁고, 완전연소해도 물이 함께 생성되며, 상온에서도 가압하면 쉽게 액화된다.

아세틸렌은 압력이 높아지면(약 2.5기압 이상) C와 H2로 자체 분해되며 폭발할 위험이 있는 분해폭발성 가스이다.

혼합가스의 LEL은 $L=\dfrac{\sum C_i}{\sum(C_i/L_i)}$로 구한다. $L=\dfrac{0.8+2.0+0.5}{0.8/1.1+2.0/5.0+0.5/2.7}=\dfrac{3.3}{0.727+0.4+0.185}=\dfrac{3.3}{1.312}\approx2.5\%$이다.

폭굉유도거리(DID)는 관경이 작을수록, 압력이 높을수록, 점화원의 에너지가 클수록, 정상연소속도가 빠른 혼합가스일수록 짧아진다.

등유(C10H20)의 완전연소반응식은 C10H20+15O2→10CO2+10H2O이므로, 산소와 이산화탄소의 몰비는 15:10=3:2이다.

자연발화온도(AIT)는 가연성 증기의 농도가 이론(양론) 혼합비보다 다소 높을 때 가장 낮게 나타난다.

용기 내부의 폭발압력에 견디면서 외부로 불꽃이 전달되지 않도록 하는 전폐쇄 구조는 내압방폭구조이다.

산소는 스스로 연소하지 않고 다른 물질의 연소를 돕는 조연성가스이며, 부탄·수소·일산화탄소는 모두 스스로 연소하는 가연성가스이다.

암모니아는 질소비료 등의 합성으로 얻어지는 가스로 석유정제 과정의 산물이 아니다. 프로판·부탄·메탄은 석유정제(분해) 과정에서 발생할 수 있는 탄화수소 가스이다.

공급열은 $45\,\mathrm{MJ/Nm^3}\times1\,\mathrm{Nm^3/h}=45000\,\mathrm{kJ/h}$이고, 유효열은 $100\times4.184\times(95-25)=29288\,\mathrm{kJ/h}$이다. 열효율은 $\dfrac{29288}{45000}\times100\approx65.08\%$이다.

르샤틀리에 법칙으로 계산한다. $\dfrac{1}{L}=\dfrac{0.6}{5.0}+\dfrac{0.2}{3.0}+\dfrac{0.15}{2.1}+\dfrac{0.05}{1.8}=0.286$에서 $L\approx3.5\ \mathrm{vol\%}$이다.

연소반응식 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O에서 메탄 8g = 8/16 = 0.5mol이므로 생성 CO2도 0.5mol이다. 이상기체 상태방정식으로 $V=\dfrac{nRT}{P}=\dfrac{0.5\times0.082\times300}{1}=12.3\ \mathrm{L}$. [검산] 12.3L를 역산하면 n = 12.3/(0.082×300) = 0.5mol → CO2 0.5mol은 메탄 0.5mol(= 8g)의 완전연소 생성량과 일치한다. 0℃ 기준 11.2L(0.5mol×22.4)와 혼동하지 않도록 온도 300K를 적용해야 한다.

위험도 $H=\dfrac{U-L}{L}$ (U: 폭발상한, L: 폭발하한). $H=\dfrac{74-12.5}{12.5}=4.92$. [검산] H=4.92이면 U−L = 4.92×12.5 = 61.5이고 L=12.5를 더하면 U=74로 주어진 상한과 일치한다. 폭발범위가 넓고 하한이 낮을수록 위험도가 크며, 아세틸렌(2.5~81%, H≈31.4)·수소(4~75%, H≈17.8)는 CO보다 위험도가 크다.

산소제조설비의 건조제로는 실리카겔(SiO2), 활성알루미나(Al2O3), 소다석회(NaOH) 등이 쓰인다. 염소산나트륨(NaClO3)은 산소발생제(산소캔들)의 원료로 건조제가 아니다.

부분연소식은 원료에 소량의 공기·산소를 혼합하여 반응기에 넣고 원료 자체의 일부를 연소시켜 그 반응열을 가스화 열원으로 이용하는 가열방식이다.

가용전식(퓨즈 플러그) 안전밸브는 밸브 부근의 온도가 설정값을 넘으면 퓨즈메탈이 녹아 용기 내 가스를 전량 방출시키는 방식이다.

그림에서 다이어프램 위에 놓인 큰 코일스프링(B)은 2차 압력을 결정하는 압력조정용 스프링이고, 다이어프램의 변위를 밸브에 전달해 개도를 조절하는 막대(D)가 레버이며, 다이어프램 아래에서 감압된 가스가 모이는 공간(E)이 감압실이다. 따라서 레버와 감압실을 옳게 짝지은 설명이 정답이며, 조정용 스프링을 안전장치용 스프링이라고 한 설명은 틀렸다.

리시버 탱크는 정압기 등 저압배관 계통에 설치되어 수분 응축수나 침입한 지하수를 모아두는 설비로, 이로 인한 배관 폐쇄와 가스 공급 중단을 방지한다.

공기액화분리장치에서는 수산화나트륨(가성소다) 수용액으로 세정하여 원료공기 중의 탄산가스(CO2)를 제거한다.

액화가스 저장능력은 $W=0.9dV$로 구한다. $W=0.9\times1.14\times10000=10260\ \mathrm{kg}$으로, 1만kg 이상 2만kg 미만 구간에 해당하여 제1종 보호시설과의 안전거리는 14m이다.

관경이 다른 두 관을 연결할 때는 레듀사(리듀서)를 사용하여 관경을 점차 축소·확대시킨다.

메탄을 염소화하여 염화메틸을 제조할 때 반응온도는 약 400℃ 정도로 유지한다.

증기압축냉동사이클에서 압축기는 냉매증기를 단열압축하는 등엔트로피 과정이고, 팽창밸브는 교축(스로틀링)에 의해 압력만 낮추는 등엔탈피 과정이다.

LP가스 수입기지는 수입설비에서 하역한 액을 저온저장설비에 저장한 뒤, 이송(승압·가온)설비를 거쳐 상온 가압상태로 담아두는 고압저장설비, 그리고 충전·출하설비를 지나 2차기지 소비플랜트로 공급하는 순서로 구성된다. 따라서 충전·출하설비 바로 앞, 저온저장과 이송설비 다음에 오는 단계가 고압저장설비다.

같은 온도이므로 보일의 법칙 $P_1V_1=P_2V_2$을 쓴다. $P_2=\dfrac{120\times50}{40}=150\ \mathrm{kg/cm^2}$이다.

마찰손실수두는 $h_f=4f\dfrac{L}{D}\dfrac{v^2}{2g}$로 구한다. $h_f=4\times0.002\times\dfrac{100}{0.04}\times\dfrac{1^2}{2\times9.8}=4\times0.002\times2500\times0.0510\approx1.02\ \mathrm{m}$이다.

2단 감압식 1차용 조정기는 용기압력을 중간압인 57~83kPa로 낮추는 조정기로, 조정압력 57~83kPa 구간이 여기에 해당한다.

배관 내 전체 압축력은 $P\times A=40\times\dfrac{\pi}{4}\times10^2\approx3141.6\ \mathrm{kgf}$이다. 볼트 1개당 400kgf 이하가 되려면 $3141.6/400\approx7.85$개, 즉 최소 8개가 필요하다.

캐비테이션은 유체 내 기포가 생성·붕괴되며 소음·진동·기계 손상·양정(효율) 저하를 일으키는 현상으로, 오히려 국부적으로 압력이 급강하해 발생하는 것이지 정압이 증가하는 결과를 낳지 않는다.

냉매는 압축기 크기를 작게 하기 위해 증기의 비체적이 작아야 한다. 비체적이 커야 한다는 설명은 냉매의 구비조건에 어긋난다.

C.R.G식, M.R.G식, Lurgi식은 저온수증기개질 프로세스에 속하며, I.C.I식은 이에 해당하지 않는다.

린데식은 압축한 가스를 줄-톰슨 밸브에서 교축(등엔탈피)팽창시켜 줄-톰슨 효과만으로 냉각·액화하는 방식이다(①은 린데식 설명). 클로드식은 여기에 더하여 압축가스의 일부를 팽창기(피스톤식 팽창기)로 보내 외부에 일을 하는 단열팽창을 시켜 큰 온도강하를 얻는 방식이므로 ②가 옳다. 두 방식 모두 열교환기는 필수이며(③ 틀림), 암모니아 냉동기 예냉은 캐스케이드(다원액화) 계열의 특징이다(④ 틀림).

탄소강 등 체심입방격자(BCC) 금속은 온도가 낮아지면 인성·연신율·충격치가 급격히 떨어지는 저온취성이 나타나므로 저온장치용 재료로 부적합하다(④). 오스테나이트계 18-8 스테인리스강, 알루미늄합금, 구리·구리합금과 같은 면심입방격자(FCC) 금속은 저온취성이 거의 없고, 9% 니켈강은 니켈 첨가로 저온인성을 확보한 저온용 강재로 LNG 저장탱크 등에 사용된다.

고온·고압 상태에서 수소(H2)는 강 중의 탄소와 반응하여 메탄을 생성함으로써 강재의 탄소 성분을 빼앗는 탈탄작용(수소취성)을 일으킨다.

기밀시험에는 공기, 질소, 탄산가스 등 불활성이거나 반응성이 낮은 가스를 사용해야 하며, 산소는 조연성이 강해 가연성 물질과 만나면 위험하므로 기밀시험 가스로 부적합하다.

가연성가스의 폭발등급과 내압방폭구조의 폭발등급은 모두 폭발화염이 틈새를 통해 전파되는 정도를 나타내는 최대안전틈새(MESG) 범위를 기준으로 분류한다.

액화가스 저장탱크의 저장능력(질량 기준)은 $W=0.9dV$로 산출한다. 여기서 V는 내용적(L), d는 상용온도에서의 액비중이다.

가연성가스 및 독성가스 충전용기 보관실 주위 2m 이내에서는 화기 사용이나 인화성·발화성 물질의 취급·보관이 금지된다.

독성가스 제독제 보유량 기준상 포스겐의 제독제인 소석회는 610kg을 보유하여야 하며, 200kg이라는 연결은 틀렸다.

냄새농도 판정을 위한 시료 희석배수는 통상 500배, 1000배, 2000배, 4000배로 하며 100배는 포함되지 않는다.

아세틸렌을 2.5MPa로 압축할 때 첨가하는 희석제로는 질소, 메탄, 일산화탄소, 에틸렌 등이 사용되며, 이산화탄소는 희석제로 사용되지 않는다.

고압가스 충전용기 운반 시 위험표시는 보기 쉬운 곳에 적색 글씨로 표시하여야 하므로, 황색 글씨로 표시한다는 설명은 틀렸다.

차량 고정탱크로 액화가스를 운반할 때 운반책임자 동승기준은 가연성 3000kg 이상, 조연성 6000kg 이상, 독성 1000kg 이상이다. 조연성인 아산화질소는 3000kg으로 6000kg 기준에 미달하므로 동승이 필요 없는 경우에 해당한다.

염소는 상온에서 황록색을 띠고 자극적인 냄새가 나는 기체이므로, 무색·무취라는 설명은 틀렸다. 염소 자체는 폭발성·인화성이 없으나 부식성이 강한 조연성가스이다.

저장능력은 $W=0.9dV=0.9\times1.04\times10000=9360\ \mathrm{kg}$이다.

가연성가스 충전용기 보관실 주위 화기 이격거리는 2m 이내이며, 8m라는 기준은 잘못된 서술이다.

가연성·독성가스를 저장하는 특정제조시설의 액화가스 저장탱크는 저장능력이 500톤 이상일 때 방류둑을 설치하여야 한다.

프레온 냉매가 눈에 들어갔을 때는 자극을 줄이기 위해 묽은 붕산용액(희붕산용액)으로 세척한다.

폭발방지대책 수립 시에는 위험요인분석, 위험성평가분석, 피해예측분석을 먼저 수행하여야 하며, 보험가입 여부는 이러한 사전 분석 사항에 해당하지 않는다.

일반도시가스사업 공급시설의 정압기는 설치 후 2년에 1회 이상 분해점검하고 1주일에 1회 이상 작동상황을 점검하며, 필터는 가스 공급 개시 후 1개월 이내 및 가스 공급 개시 후 매년 1회 이상 분해점검한다(별표 6). 가스사용시설의 정압기와 필터는 설치 후 3년까지 1회 이상, 그 이후에는 4년에 1회 이상 분해점검한다(별표 7). 따라서 ③이 옳다. [원형과 달라진 점] 원형(구 기출)은 '정압기 분해점검 주기 = 2년 1회' 단일 정답이었고 공급시설 기준 자체는 현행도 불변이나, 가스사용시설 정압기·필터의 주기가 '설치 후 3년까지 1회, 이후 4년에 1회'로 개정되어 공급시설/사용시설 구분이 정답을 가르는 지점이 되었으므로 이를 보기에 반영해 재구성하였다.

고압가스 안전관리법 시행규칙 별표 9의2 제1호나목1)가)에 따라 차량에 고정된 탱크 중 가연성가스(액화석유가스는 제외)·산소 탱크의 내용적은 1만 8천L, 독성가스(액화암모니아는 제외) 탱크의 내용적은 1만 2천L를 초과하지 않아야 한다. 철도차량 또는 견인되어 운반되는 차량에 고정하여 운반하는 탱크는 예외이다. [원형과 달라진 점] 원형은 가연성가스 운반차량의 소화기 능력단위·비치 개수(BC용·ABC용, 차량 좌우 각 1개 등)를 묻는 문항이었으나, 현행 시행규칙 별표 9의2·별표 30은 소화설비의 세부 능력단위 규정을 두지 않고 '소화설비를 갖출 것'으로 포괄화하여(세부 기준은 KGS 코드로 이관) 법령상 정답 근거가 소멸하였다. 이에 같은 별표 9의2의 차량고정탱크 운반 기준 중 법령에 명시된 내용적 한계로 재작성하였다.

독성가스 제조시설에는 누출 시 확산을 방지하고 흡수·중화할 수 있는 제독설비를 설치하고 가스별 제독제를 보유하여야 한다. 물에 잘 녹는 암모니아·산화에틸렌·염화메탄(아황산가스 포함)은 다량의 물을 제독제로 사용할 수 있으나, 염소의 제독제는 가성소다수용액·탄산소다수용액·소석회이며 물은 인정되지 않는다. 따라서 ①이 정답이다. 포스겐은 가성소다수용액·소석회, 시안화수소는 가성소다수용액, 황화수소는 가성소다수용액·탄산소다수용액을 사용한다.

액화석유가스의 안전관리 및 사업법 시행규칙 별표 20 제2호가목에 따라 소형저장탱크는 지상의 수평한 장소에 설치하고, 같은 장소에 설치하는 탱크 수는 6기 이하, 충전질량 합계는 5천kg 미만으로 한다. 충전질량 1천kg 이상인 소형저장탱크의 가스충전구와 토지 경계선·건축물 개구부 사이에 방호벽을 설치하는 경우에는 설치거리의 2분의 1 이상의 직선거리와 기준거리 이상의 우회거리를 유지하되, 방호벽의 높이는 소형저장탱크 정상부보다 50cm 이상 높게 하여야 한다. 30cm로 서술한 ④가 틀리다.

적외선 흡수식 분석계는 분자가 비대칭 구조를 가져 쌍극자모멘트가 변하는 가스(CO2, CO, CH4 등)를 분석할 수 있으나, 질소(N2)와 같은 대칭 2원자분자는 적외선을 흡수하지 않아 분석이 가장 어렵다.

헴펠법, 게겔법, 오르자트법은 화학적 흡수제로 성분가스를 흡수시켜 분석하는 흡수분석법이며, 우인클러(Winkler)법은 용존산소를 화학적으로 적정하는 적정법으로 흡수분석법에 속하지 않는다.

플로트식, 퍼지식, 차압식, 정전용량식은 모두 액면계의 종류이다. 터빈식·Oval식·Roots식은 유량계에 해당하므로 다른 보기들은 액면계만으로 구성되어 있지 않다.

오리피스 유량계는 조리개 전후의 압력차를 베르누이의 원리로 유속·유량으로 환산하는 차압식 유량계이다.

가스미터 원격검침 방식에는 기계식, 펄스식, 전자식 등이 있으며 '제트식'이라는 원격검침 방식은 없다.

알코올 온도계는 응고점이 매우 낮아 수은 온도계로 측정할 수 없는 저온 영역 측정에 적합하다.

실측식 가스미터는 다이어프램식, 회전자(루츠)식, 습식 등 일정 부피를 직접 계량하는 방식이며, 와류식은 유체의 소용돌이 발생 주파수로 유량을 추산하는 추량식 가스미터이다.

활성탄 충전 흡착관은 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄과 같은 저비점 영구가스 성분의 분리에 적용된다.

열전대온도계는 열전대 조합에 따라 저온(약 -200℃)에서 고온까지 폭넓게 측정할 수 있어, 제시된 보기 중 가장 낮은 온도까지 측정 가능하다.

계통적 오차는 표준조건 유지, 진동·충격 등 외란 제거, 기기 제작 시 생긴 기차의 보정 등으로 줄일 수 있다. 측정자의 부주의로 인한 오차는 과실(우연)오차에 해당하여 계통오차 제거 방법이 아니다.

염소가스는 수산화나트륨(가성소다) 수용액에 흡수시켜 그 흡수량으로 분석한다.

감도는 계측기가 측정량의 미세한 변화에 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타내는 값으로, 지시량 변화를 측정량 변화로 나눈 비로 표시한다.

피토관의 동압 수식 $v=\sqrt{2gh}$에서 $h=\dfrac{v^2}{2g}=\dfrac{6^2}{2\times9.8}\approx1.83\ \mathrm{m}$이다.

SI 기본단위는 길이, 질량, 시간, 전류, 온도, 물질량(mol), 광도의 7가지이다. 몰질량(g/mol)은 이들로부터 유도되는 유도량으로 기본단위가 아니다.

자동제어계는 제어량을 검출부에서 검출하고, 이를 목표값과 비교부에서 비교한 뒤, 그 편차를 판단하여 조작부에서 조작량을 내보내는 검출→비교→판단→조작의 순서로 동작한다.

이론단수는 $N=16\left(\dfrac{t_R}{W}\right)^2$로 구한다. $N=16\times\left(\dfrac{85.4}{9.6}\right)^2\approx16\times79.1\approx1266$단이다.

부르동관 압력계의 호칭크기는 눈금판(문자판)의 바깥지름(mm)으로 결정한다.

목표값과 제어량이 항상 같다는 것은 편차가 발생하지 않는다는 뜻으로, 이 경우 편차를 검출·보정하기 위해 제어량을 목표값 쪽으로 되돌리는 피드백(궤환) 요소가 필요 없어진다.

접촉연소식 검지기는 백금선에 촉매를 입힌 검지소자 표면에서 가연성가스가 접촉연소할 때 발생하는 연소열로 소자 온도가 올라가 전기저항이 증가하는 것을 브리지 회로로 검출하며, 출력이 농도에 거의 비례한다. 연소 반응이 전제이므로 산소(공기)가 있어야 검지할 수 있어 ④가 틀리다. 반도체식은 SnO2 등 금속산화물 반도체 표면에 가스가 흡착될 때 전기전도도(저항)가 변하는 것을 이용하며 가연성가스 외의 가스 검지에도 응용된다.

검지관식은 안지름 2~4mm의 유리관에 발색 시약을 흡착시킨 검지제를 충전하고 양끝을 봉한 검지관에 시료가스를 통과시켜, 검지제의 변색층 길이 또는 변색 정도로 가스 농도를 읽는 방법이므로 ①이 옳다. 조작이 간단하고 현장에서 신속하게 측정할 수 있으나 정밀도는 낮아 정밀 분석용으로는 부적합하고(② 틀림), 측정 대상 가스별로 전용 검지관을 사용하여야 하며(③ 틀림), 변색층의 길이로 농도를 판독하고 검지관은 1회용이다(④ 틀림).