[가스산업기사 필기] 23년 1회차 기출문제 해설 페이지

프로판·산소가 1:5로 완전연소 화학양론비(C3H8+5O2→3CO2+4H2O)를 이루므로 반응 전 몰수 6, 반응 후 몰수 3+4=7이다. 정적과정이므로 $P_2=P_1\times\dfrac{n_2}{n_1}\times\dfrac{T_2}{T_1}=1\times\dfrac{7}{6}\times\dfrac{1273}{300}\approx4.95\ \mathrm{atm}$이다.

평균분자량은 각 성분 분자량의 부피분율 가중합이다. $M=0.4\times44+0.4\times28+0.2\times32=35.2\approx35$이다.

CO, H2 각 0.5Sm3이 필요한 산소는 각각 0.25Sm3씩 총 0.5Sm3이다. 이론공기량은 $\dfrac{0.5}{0.21}\approx2.38\ \mathrm{Sm^3/Sm^3}$이다.

연소의 3요소는 가연물, 산소공급원, 점화원이며 '시간'은 연소 반응의 필요충분조건에 해당하지 않는다.

압력방폭구조는 용기 내부(점화원이 될 우려가 있는 부분)를 불활성가스 등의 보호기체로 채워 외부의 폭발성가스가 침입하지 못하게 한 구조이다.

예혼합연소는 연료가스를 미리 공기와 혼합해 놓은 뒤 점화하는 방식으로, 혼합기 자체만으로 연소가 가능하다.

천연가스(메탄 주성분)는 폭발범위가 좁고 필요 공기량이 크지 않으며 그 자체가 가연성가스이지만, 다른 가연성가스에 비해 화염전파속도가 느린 특성이 있다.

등온 상변화의 엔트로피 변화는 $\Delta S=-\dfrac{Q}{T}$이다. $\Delta S=-\dfrac{1\times2256.7}{373.15}\approx-6.05\ \mathrm{kJ/K}$이다(응결로 열을 방출하므로 음수).

van der Waals식, Clausius식, Berthelot식은 실제기체(증기)의 상태방정식이나, Lennard-Jones식은 분자 간 상호작용 퍼텐셜에너지를 나타내는 식으로 상태방정식이 아니다.

고체연료는 노벽온도가 높을수록 열전달이 빨라 착화까지 걸리는 지연시간이 짧아진다.

매연이 많이 발생하면 열손실, 환경오염, 연소기 수명단축(부식·오염에 의한) 등의 피해가 나타나지만, 매연 자체가 연소기를 과열시키는 직접적 피해로 보기는 어렵다.

최소발화에너지(MIE)는 압력이 높을수록, 산소농도가 높을수록, 가연성물질의 농도가 양론농도에 가까울수록 작아지는 등 큰 영향을 받지만, 양론농도에서의 가연성기체 분자량 자체가 MIE에 주는 영향은 상대적으로 가장 작다.

상온·상압에서 프로판의 공기 중 폭발범위는 약 2.2~9.5%이다.

화격자연소, 유동층연소, 미분탄연소는 고체연료의 연소방식이며, 분무연소는 액체연료를 미립화하여 연소시키는 방식이다.

공기 중 착화(발화)온도는 아세틸렌 약 305℃, 수소 약 400℃, 프로판 약 460~490℃, 메탄 약 537~650℃로, 제시된 기체 중 메탄이 가장 높다.

평균분자량은 $M=0.3\times28+0.7\times2=9.8$이다. 이상기체 밀도는 $\rho=\dfrac{PM}{RT}=\dfrac{50\times9.8}{0.0821\times373}\approx16\ \mathrm{g/L}$이다.

이상기체 혼합물에서는 몰분율, 부피분율, 압력분율이 서로 같은 값을 가지지만, 질량분율은 각 성분의 분자량이 반영되어 다른 값을 갖는다.

카르노 효율은 $\eta=1-\dfrac{T_L}{T_H}=1-\dfrac{373}{573}\approx0.349$이다. 최대 일은 $W=\eta\times Q=0.349\times500\approx175\ \mathrm{kcal}$이다.

자연발화의 형태는 산화열(석탄·건성유), 분해열(셀룰로이드·니트로셀룰로오스), 흡착열(활성탄·목탄), 미생물에 의한 발효열(퇴비·건초), 중합열(액화시안화수소 등)로 구분한다. 활성탄은 흡착열에 의한 자연발화 물질이고, 발효열의 대표 물질은 퇴비·건초이므로 ②가 틀리다. 자연발화 방지책은 통풍·환기로 열 축적을 막고, 저장온도와 습도를 낮게 유지하는 것이다.

고체 가연물의 연소 형태: 표면연소는 목탄·코크스처럼 휘발분 없이 고체 표면에서 산소와 직접 반응하는 연소, 분해연소는 목재·종이·석탄처럼 열분해로 발생한 가연성 가스가 타는 연소, 증발연소는 유황·나프탈렌·파라핀처럼 융해·증발한 증기가 타는 연소이다. 양초(파라핀)는 녹아서 증발한 증기가 연소하는 증발연소이므로 ④가 틀리다.

정류탑에서는 끓는점이 낮은 성분이 위로 갈수록 농축되므로 상층으로 갈수록 온도는 오히려 낮아진다. 따라서 상층 온도가 하층보다 높다는 설명은 틀렸다.

피셔식 정압기는 로딩형으로 정특성·동특성이 모두 양호하면서도 비교적 콤팩트한 구조가 특징이며, 다른 정압기에 비해 크기가 크다는 설명은 틀렸다.

단열압축-등압가열-단열팽창-등압방열의 2개 단열과정과 2개 등압과정으로 구성된 가스터빈의 이상 사이클은 브레이턴 사이클이다.

용기 최대충전량은 $W=V/C$로 구하며, 프로판의 충전정수 C는 2.35이다. $W=70/2.35\approx30\ \mathrm{kg}$이다.

역카르노 냉동사이클의 성능계수는 $COP=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}$이다. $COP=\dfrac{268}{308-268}=6.7$이다.

도시가스 제조에 적합한 원료는 파라핀계 탄화수소 함량이 많고, C/H비와 유황분이 적으며, 비점이 낮아야 한다. 따라서 파라핀계 탄화수소가 적어야 한다는 것은 바람직한 원료 특성과 거리가 멀다.

SPPS는 350℃ 이하·9.8N/mm2 이하의 압력배관용이고, SPPH는 이보다 높은 고압(9.8N/mm2을 초과하는 압력)의 배관에 사용하는 규격이므로, SPPH를 9.8N/mm2 이하에 사용한다는 설명은 틀렸다.

압축기에 의한 이송은 탱크로리 내 잔가스를 압력차로 빠르게 밀어낼 수 있어 회수가 빠르고, 액을 직접 통과시키는 펌프 방식과 달리 베이퍼록이 발생하지 않는다.

강제기화기를 사용하면 한랭 시에도 LPG 종류에 관계없이 충분히 기화되고, 공급가스 조성이 일정하며, 기화량을 가감할 수 있는 장점이 있다. 다만 자연기화식보다 부대설비(기화기·조압기 등)가 늘어 설비비가 많이 들 뿐 아니라 설치면적도 더 필요해, '설비장소가 적게 든다'는 설명은 거리가 멀다.

암모니아는 구리를 부식시키고 아세틸렌은 구리와 반응해 폭발성 아세틸라이드를 생성하므로, 두 가스의 배관재료로는 구리(및 구리합금)를 사용해서는 안 된다.

고압·중압 가스홀더에는 응축액 배출장치, 응축액 동결방지 조치, 배관 신축흡수 조치 등을 갖추어야 하나, 압송기·배송기의 냉각수 흐름 확인장치는 가스홀더 자체의 설치기준 항목이 아니다.

LP가스에 공기를 혼합해 공급하는 목적은 발열량 조절, 누설 시 손실 감소, 연소효율 증대에 있으며, 가스의 재액화 방지가 목적은 아니다.

배관설계의 기본사항은 사용목적에 적합한 기능, 안전성, 내구성 확보이며, 사용자의 개별 선택에 따르는 것은 기술적 설계기준이 될 수 없다.

실린더 1개의 행정체적은 $V=\dfrac{\pi}{4}(0.1)^2\times0.15\approx0.001178\ \mathrm{m^3}$이다. 2기통, 회전수 600rpm, 체적효율 0.8을 적용하면 송출량은 $0.001178\times600\times2\times0.8\approx1.131\ \mathrm{m^3/min}$이다.

수취기는 배관 내에서 응축된 수분이나 침입한 지하수를 모아 제거하는 장치로, 이로 인한 가스 공급 중단을 방지한다.

레이놀즈식 정압기는 로딩형으로 정특성이 우수해 일반소비기기용 지구정압기로 많이 쓰이지만, 안전성이 다소 부족하고 다른 정압기에 비해 크기가 큰 편이다.

저장탱크에 설치하는 안전밸브의 가스방출관은 지상에서 5m 이상의 높이에 방출구가 위치하도록 설치하여야 한다.

플레어스택은 긴급이송설비로 이송되는 가연성가스를 안전하게 연소시켜 대기로 방출하는 설비이며, 벤트스택은 연소 없이 그대로 대기 중에 방산시키는 설비이다.

기화장치는 LP가스에 열을 가해 기화시키는 장치로, 가온에 쓰는 열매체에 따라 온수식(온수 순환)·증기식(스팀)·전열식(전기가열)으로 분류한다. 공기혼합식은 가온 방식이 아니라 기화된 가스에 공기를 섞어 발열량을 조절하는 공기혼합설비(에어믹서)를 가리키므로 열매체 분류에 해당하지 않는다.

저온장치의 단열법은 상압단열법과 진공단열법으로 크게 나뉜다. 상압단열법은 상압의 단열공간에 분말·섬유 단열재를 채우는 방법으로, 수분이 침입하면 얼어붙어 단열성능이 떨어지므로 건조 질소 치환 등 수분 침입 방지 조치가 반드시 필요하다. 따라서 ①이 틀리다. 진공단열법은 고진공·분말진공·다층진공단열법의 3종이 있으며, 다층진공단열법은 복사 차폐판을 겹쳐 복사열 침입 방지에 유리하다.

목욕탕과 같이 환기가 제한된 공간은 일산화탄소 중독 위험 때문에 가스온수기 설치가 원칙적으로 금지되며, 배기통만 설치하면 된다는 설명으로는 안전기준을 충족하지 못한다.

아세틸렌을 2.5MPa로 압축할 때 첨가하는 희석제로는 질소, 메탄, 일산화탄소, 에틸렌 등 불활성 또는 안정적인 기체가 쓰이며, 조연성인 산소는 오히려 위험을 키우므로 희석제로 사용하지 않는다.

고압가스 특정제조시설의 배관을 시가지 외의 도로 노면 밑에 매설할 때는 노면으로부터 배관 외면까지 1.2m 이상의 깊이를 확보하여야 한다.

실내 전체 기체몰수는 $n=\dfrac{PV}{RT}=\dfrac{1\times18000}{0.0821\times293}\approx748.1\ \mathrm{mol}$이다. 폭발하한 1.8%에 해당하는 LPG 몰수는 $748.1\times0.018\approx13.47\ \mathrm{mol}$이고, 프로판·부탄 1:1 혼합의 평균분자량 51을 곱하면 $13.47\times51\approx688\ \mathrm{g}$이다.

아세틸렌 용접용기의 다공질물 다공도는 다공질물을 용기에 충전한 상태로 20℃에서 아세톤 또는 물의 흡수량을 측정하여 산정한다.

용기 각인 기호에서 최고충전압력은 FP로 표시하며, HP라는 표시는 사용되지 않는다.

냉동기 냉매설비의 기밀시험은 설계압력 이상의 압력으로 실시하여야 한다.

용기 재검사에서 점부식의 깊이가 기준(0.5mm)을 초과하면 강도상 결함으로 보아 그 용기는 불합격 처리한다.

비가연성·비독성 가스를 제외한 저장탱크는 저장능력이 5톤 이상 또는 500m3 이상인 경우 내진설계를 하여야 한다.

LP가스용 금속플렉시블 배관용 호스는 플레어 또는 유니온 방식으로 접속할 수 있는 기능을 갖추어야 한다.

가스누출검지경보장치의 경보 정밀도는 경보농도 설정치에 대하여 가연성가스용은 ±25% 이하가 되도록 하여야 한다.

가연성가스는 폭발한계의 하한이 낮을수록 적은 누출량으로도 폭발범위에 도달하므로 위험성이 오히려 커진다. 하한이 낮을수록 위험성이 적다는 설명은 틀렸다.

항구증가율은 (영구증가량/전증가량)×100으로 구한다. 전증가량은 50.8-50=0.8L, 영구증가량은 50.02-50=0.02L이므로 $\dfrac{0.02}{0.8}\times100=2.5\%$이며, 이는 합격 기준 이내이므로 사용 가능하다.

LP가스 용기의 분체도료(폴리에스테르계) 도장은 최소 두께 60μm 이상을 1회 이상 도장하여야 한다.

특정설비에 표기하는 설계온도의 기호는 DT(Design Temperature)이다.

스프링에 걸리는 힘은 분출압력×밸브 단면적이다. $F=P\times A=20\times\dfrac{\pi}{4}\times5^2\approx392.5\ \mathrm{kg}$이다.

액화석유가스의 안전관리 및 사업법 시행규칙 별표 18에서 배관용 밸브의 합격표시만 각인 방법으로 하며, 각인 높이는 200A 미만 5mm, 200A 이상 10mm이다. 압력조정기·전기절연이음관·신속 커플러 등은 15mm×15mm 검사증명서, 강제혼합식가스버너·연소기·다기능보일러는 30mm×30mm 검사증명서, 고압호스·염화비닐호스·금속유연호스는 20mm×16mm 검사증명서를 부착한다. [원형과 달라진 점] 구법에서는 각인 높이가 5mm 단일 규정이었으나 현행은 200A 기준으로 5mm/10mm로 이원화되었고, 표시는 국가통합인증마크(KC마크)로 정비되었으며, 보기의 '금속플렉시블호스'는 현행 별표에서 '금속유연호스'로 명칭이 변경되었다. 정답(배관용 밸브)은 유지된다.

개방형 연소기를 설치한 실에는 환풍기 또는 환기구를 설치하고, 급기구 및 배기통을 설치하는 것은 반밀폐형 연소기이다(KGS FU551 2.7.3.1·2.7.3.2). 따라서 ①이 틀리다. 밀폐형 연소기는 급기통·배기통과 벽 사이를 배기가스가 실내로 들어올 수 없도록 밀폐하여 설치하고(2.7.3.6), 가스온풍기와 배기통의 접합은 나사식·플랜지식·밴드식 등으로 하며(2.7.3.8.1), 배기통은 한국가스안전공사 또는 공인시험기관의 성능 인증품이 있는 경우 성능 인증품을 사용한다(2.7.3.8.3). [원형과 달라진 점] '개방형에는 환풍기·환기구'라는 정답 취지는 원형과 동일하나, 현행 기준에는 가스온풍기 배기통의 성능 인증품 사용 기준이 신설되어 보기를 재구성하였고, 배기통 재료 기준은 시행규칙 별표 7(스테인리스강판 등 내열·내식성 재료)에도 명문화되어 있다.

고압가스 안전관리법 시행규칙 별표 9의2 제1호가목1)에 따라 독성가스 용기 운반차량은 적재함·리프트 등 적절한 구조의 설비를 갖추되, 허용농도가 100만분의 200 이하인 독성가스 용기 중 내용적 1천L 미만인 충전용기를 운반하는 차량의 적재함은 밀폐된 구조로 하여야 한다. 개방형 구조로 한다는 ④가 틀리다. 경계표시(위험 고압가스·독성가스, 붉은 글씨), 보호장비(소화설비·인명보호장비·응급조치 장비), 완충판 비치는 모두 별표 9의2에 규정된 기준이다. 보호구·제독제의 품목별 수량 등 세부 기준은 현행 법령에서는 KGS 코드로 위임되어 있다.

고압가스 제조시설에는 이상사태 확대를 방지하기 위하여 긴급이송설비, 벤트스택, 플레어스택 등을 설치한다(시행규칙 별표 4). 벤트스택은 가스를 연소시키지 않고 대기로 방출하는 설비로, 방출된 가연성가스의 착지농도가 폭발하한계값 미만(독성가스는 허용농도값 미만)이 되도록 하고, 방출구는 작업원이 정상작업을 하는 장소 및 항상 통행하는 장소로부터 떨어진 위치에 설치하여야 한다. 가깝게 설치한다는 ③이 틀리다. 플레어스택은 가연성가스를 연소시켜 방출하는 설비로 지표면 복사열을 고려한다.

매우 짧은 시간 동안 흐르는 에너지(신호)를 펄스라고 한다.

가스미터를 수직 입상배관에 설치하면 겨울철 배관 내 수분이 응축되어 계량막의 밸브·밸브시트 부분에서 얼어붙어 고장을 일으킬 수 있어 입상배관 설치를 금지한다.

가스계량기는 미세한 유량 변화도 정확히 반영해야 하므로 감도가 예민(높아야)해야 하며, 감도가 낮아야 한다는 것은 구비조건에 어긋난다.

백금-백금·로듐 열전대는 고온측정 시 안정성이 좋으나, 환원성 분위기와 금속증기에 약해 침식되기 쉬운 특성이 있다.

계기오차, 환경오차, 이론(방법)오차는 원인이 규명되는 계통오차에 속하지만, 과오오차는 측정자의 부주의로 인한 오차로 계통오차로 분류되지 않는다.

몰수는 산소 64/32=2mol, 질소 14/28=0.5mol로 총 2.5mol이다. 산소의 몰분율은 2/2.5=0.8이므로 분압은 $10\times0.8=8$기압이다.

압력은 힘을 면적으로 나눈 값이며 힘의 차원은 MLT$^{-2}$이므로, 압력의 차원은 $\dfrac{MLT^{-2}}{L^2}=\dfrac{M}{LT^2}$이다.

10호 가스미터는 시간당 최대유량 10m3/h를 의미한다. 사용시간은 4시간×20일=80시간이므로 최대 사용량은 $10\times80=800\ \mathrm{m^3}$이다.

계측기가 제작 당시부터 갖고 있는 고유의 계통오차를 기차(器差)라고 하며, 이는 검사·교정을 통해 보정한다.

가스크로마토그래피는 성분 분리 과정을 거쳐야 하므로 적외선 가스분석계와 같은 비분산적외선 방식에 비해 응답속도가 느리다. 반면 선택성이 우수하고 다성분을 한 대의 장치로 분석할 수 있으며, 캐리어가스로는 헬륨·질소·수소 등 불활성에 가까운 기체가 쓰인다.

미분(D)동작은 편차의 변화 속도에 비례해 조작량을 내보내 응답을 앞서 억제하므로, 진동 발생을 억제하는 데 가장 효과적인 동작이다.

플로트식 액면계는 액면 위에 뜬 부자(플로트)의 상하 변위를 기구를 통해 지침에 전달하여 액위를 측정하는 방식이다.

모발습도계는 모발의 신축성을 이용한 습도계로 재현성이 좋아 상대습도계의 감습소자로 쓰이며, 구조가 간단해 실내 습도조절용으로도 널리 이용된다.

습식가스미터는 회전자가 액체(물) 속에서 회전하며 계량하는 구조로 정확도가 높고 사용 중 기차(오차) 변동이 적은 것이 특징이며, 기압차 변동이 많다는 설명은 틀렸다.

가스조정기(레귤레이터)는 용기·배관에서 공급되는 가스의 압력을 연소기구 사용에 적당한 압력까지 낮추는(감압하는) 역할을 한다.

피크까지 걸린 시간은 $t=\dfrac{15\ \mathrm{cm}}{3\ \mathrm{cm/min}}=5\ \mathrm{min}$이다. 지속용량은 $50\ \mathrm{mL/min}\times5\ \mathrm{min}=250\ \mathrm{mL}$이다.

Chromatography, Colorimetry, Polarography는 기기(계측기)를 이용한 기기분석법이나, Iodometry(요오드적정법)는 표준용액으로 적정하는 화학적 용량분석법으로 기기분석법이 아니다.

회전자형(루츠형)은 일정 부피를 직접 계량하는 실측식 가스미터이며, 오리피스형·터빈형·벤투리형은 유체의 유동 특성으로부터 유량을 추산하는 추량식 가스미터이다.

계통오차는 계기오차·환경오차·개인오차·이론(방법)오차와 같이 일정한 원인에 의해 한쪽으로 치우쳐 나타나는 오차로, 원인을 알면 보정할 수 있다(①·③ 틀림). 반복 측정의 평균으로 줄일 수 있는 것은 우연오차이며, 계통오차는 평균해도 제거되지 않는다(④ 틀림). 우연오차는 원인을 특정할 수 없어 측정값의 산포로 나타나고 확률·통계적 방법으로 처리하므로 ②가 옳다.

P동작은 편차에 비례한 조작량을 내므로 부하 변화 시 잔류편차가 남는다. I동작은 편차를 시간에 대해 적분하여 잔류편차를 제거하고, D동작은 편차의 변화율에 대응하여 진동 억제·응답 개선에 기여한다. PID동작은 세 동작을 조합하여 잔류편차가 없고 응답이 빠르며 안정성이 좋아 정밀 제어에 널리 사용되므로 ④가 틀리다.