[가스산업기사 필기] 22년 2회차 기출문제 해설 페이지

불활성가스(질소 등)를 더 넣으면 산소 농도가 낮아져 폭발범위는 오히려 좁아지므로, 프로판에 질소를 추가하면 폭발범위가 넓어진다는 설명은 틀렸다. 고압일수록, 고온일수록 폭발범위는 일반적으로 넓어진다.

조연성가스는 그 자체는 타지 않으면서 연소를 돕는 가스로 공기·산소·염소 등이 해당하며, 탄산가스(이산화탄소)는 불연성이면서 오히려 연소를 억제하는 소화제로 쓰이므로 조연성가스가 아니다.

최소산소농도는 성분별로 $MOC=LFL\times n_{O_2}$로 구하며 프로판은 $2.2\times5=11.0\%$, 부탄은 $1.8\times6.5=11.7\%$이다. 50:50 혼합가스의 MOC는 르샤틀리에식으로 $\dfrac{1}{MOC_{mix}}=\dfrac{0.5}{11.0}+\dfrac{0.5}{11.7}$이 되어 $MOC_{mix}\approx11.4\%$이다.

연소열은 물질이 완전연소할 때 방출되는 열량으로 항상 발열반응이며 흡열반응은 포함하지 않으므로, 발열반응과 함께 흡열반응도 포함한다는 설명은 틀렸다. 연료의 화학적 성분에 따라 값이 달라지고, 값이 클수록 연료로서 효과적이라는 설명은 옳다.

착화(발화)온도는 항상 인화온도보다 높으므로, 착화온도가 인화온도보다 항상 낮다는 설명은 틀렸다. 인화온도가 낮을수록 위험하고, 착화온도는 물질 종류와 산소 함유량에 따라 달라진다는 나머지 설명은 옳다.

기체연료 중 수소는 분자량이 작고 확산·반응성이 매우 높아 공기와 혼합했을 때 연소속도가 가장 빠르다.

가연성 가스는 폭발하한계와 폭발상한계 사이의 농도 범위(폭발범위) 안에 있을 때에만 점화원에 의해 폭발이 일어난다.

나무와 같은 고체 가연물은 열분해로 가연성 가스를 발생시킨 뒤 그 가스가 공기와 섞여 타는 분해연소 형태로 연소한다.

과잉공기율은 연료 1kg을 완전연소시키는 데 이론적으로 필요한 공기량과, 실제로 연소에 공급된 공기량의 비로 정의된다.

연료·공기 온도 25℃ 조건에서 수소의 이론(단열)화염온도는 약 2252℃로 알려져 있으며, 이는 제시된 값 중 실제 연소 데이터에 부합하는 조합이다.

발화지연이란 가연물을 어느 온도에서 가열하기 시작한 시점부터 실제로 발화가 일어나기까지 걸리는 시간을 말한다.

공기 질량은 $m=\dfrac{PV}{RT}=\dfrac{100\times3}{0.287\times273.15}\approx3.83\,\mathrm{kg}$이며, 단열압축 후 온도는 $T_2=T_1\left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^{k-1}=273.15\times3^{0.4}\approx424\,\mathrm{K}$이다. 엔탈피 변화는 $\Delta H=mc_p(T_2-T_1)$이며 $c_p=\dfrac{kR}{k-1}\approx1.0\,\mathrm{kJ/kg\cdot K}$를 대입하면 $\Delta H\approx580\,\mathrm{kJ}$이다.

혼합가스의 평균분자량은 $M=\dfrac{10\times2+10\times28+5\times16}{25}=15.2$이며, 비중은 공기 분자량(29) 대비 $\dfrac{15.2}{29}\approx0.52$이다.

$1\,\mathrm{kWh}=3600\,\mathrm{kJ}$이고 $1\,\mathrm{kcal}=4.2\,\mathrm{kJ}$이므로 $1\,\mathrm{kWh}=\dfrac{3600}{4.2}\approx857\,\mathrm{kcal}$이다.

연소는 물질이 산소와 결합하면서 빛과 열을 함께 발생시키는 발열 산화반응을 뜻하며, 단순히 산소와 결합하기만 하는 반응(녹 등)은 연소로 보지 않는다.

파라핀계 탄화수소는 탄소수가 늘수록 발열량은 커지고 발화온도는 낮아지며 연소속도는 느려지는 반면, 폭발하한계는 오히려 낮아져 더 위험해지므로 폭발하한계가 높아진다는 설명은 틀렸다.

같은 질량을 연소시킬 때 단위질량당 발열량은 분자량이 작고 수소 함량 비율이 높은 수소가 가장 크며, 메탄·프로판·아세틸렌보다 훨씬 높은 발열량(kcal/kg)을 나타낸다.

이상기체 상태방정식 $W=\dfrac{PV}{RT}$에서 압력을 $10\times10^4\,\mathrm{kgf/m^2}$, 온도는 $293\,\mathrm{K}$로 놓으면 $W=\dfrac{10\times10^{4}\times5}{26.5\times293}\approx64.4\,\mathrm{kg}$이다.

산소농도가 높아지면 산화반응이 촉진되어 연소속도는 빨라지고 발화온도는 낮아지며 폭발범위는 넓어진다. ②는 두 가지가 모두 반대로 서술되어 틀렸다. 온도 상승은 반응속도를 지수적으로 증가시키고(아레니우스 법칙), 압력 상승은 단위부피당 분자수를 늘려 충돌빈도를 높이므로 일반적으로 연소속도를 증가시킨다. 촉매(정촉매·부촉매)는 활성화에너지를 낮추거나 높여 연소속도를 좌우한다.

인화점은 외부 점화원이 있을 때 불이 붙는 최저온도이고, 발화점(착화점)은 점화원 없이 축적된 열만으로 스스로 발화하는 최저온도이므로 같은 물질에서는 일반적으로 발화점이 인화점보다 훨씬 높다. ③은 대소관계가 반대라서 틀렸다. 가솔린의 인화점은 약 -43~-20℃로 0℃보다 낮아 겨울철에도 증기가 쉽게 인화하며, 발화점은 약 300℃ 수준이다.

냉간가공과 열간가공은 가공 온도가 그 금속의 재결정온도보다 낮은지 높은지로 구분한다.

메탄은 고온에서 수증기와 반응(수증기 개질)하면 $\text{CH}_4+\text{H}_2\text{O}\rightarrow\text{CO}+3\text{H}_2$와 같이 일산화탄소와 수소를 생성한다.

안전밸브에 밸브몸체를 들어올리는 수동 개방장치를 부착하는 경우, 설정압력의 75% 이상일 때 수동으로 조작되고 압력이 해지되면 자동으로 닫혀야 한다.

축동력은 $P=\dfrac{\rho gQH}{1000\eta}$이며, $Q=0.25/60\,\mathrm{m^3/s}$를 대입하면 $P=\dfrac{1000\times9.8\times(0.25/60)\times20}{1000\times0.65}\approx1.26\,\mathrm{kW}$이다.

지하에 설치된 정압기실 내부에는 150lux 이상의 조명도를 확보해야 하므로 100lux를 기준으로 든 설명은 틀렸다. 2차 압력을 측정한 작동압력 확인, 주정압기의 압력변화에 따른 예비정압기의 정상작동 확인, 가스차단장치의 개폐상태 확인은 정압기 시공감리의 기능검사 항목이다.

방사선투과검사(RT)는 용접부 내부 결함을 필름에 영상으로 기록할 수 있어 결함의 종류와 크기를 판독·보존할 수 있는 대표적인 내부결함 검사법이다.

흡수식 냉동기는 압축기 대신 흡수기와 재생기를 이용해 냉매를 순환시키므로 흡수-재생-응축-증발의 사이클로 이루어지며, 증기압축식과 달리 압축 과정이 없다.

갈바니 부식(이종금속접촉부식)에서는 전위가 낮은(이온화 경향이 큰) 금속이 양극이 되어 부식이 진행되고, 전위가 높은 금속이 음극이 되어 오히려 방식(보호)되므로, 전위가 낮은 금속표면에서 방식이 된다는 설명은 틀렸다.

베이퍼록은 흡입측 압력 강하로 액이 기화하며 발생하므로, 흡입배관의 관경을 크게 하여 유속과 압력손실을 줄이면 방지할 수 있다.

프로판 20kg을 25℃, 1atm 기체로 환산하면 몰수는 $\dfrac{20000}{44}\approx455\,\mathrm{mol}$이고 부피는 $V=nRT\approx455\times0.0821\times298\approx11121\,\mathrm{L}\approx11.12\,\mathrm{m^3}$이다. 하루 0.5$\mathrm{m^3}$씩 사용하면 $11.12/0.5\approx22$일 사용할 수 있다.

시간당 50kg의 몰수는 $\dfrac{50000}{44.1}\approx1134\,\mathrm{gmol}$이며 필요 열량은 $1134\times3740\approx4.24\times10^{6}\,\mathrm{cal/hr}$이다. 이를 kWh 환산계수 $1.163\times10^{-6}$을 곱하면 $4.24\times10^{6}\times1.163\times10^{-6}\approx4.94\,\mathrm{kW}$이다.

상온스프링·슬라이드 이음·벨로우즈 이음은 배관의 열팽창·수축에 따른 열응력을 흡수하는 신축이음이지만, 플랜지 이음은 단순히 관을 결합하는 이음쇠로 열응력 제거 기능이 없다.

카르노사이클의 열효율은 $\eta=1-\dfrac{T_2}{T_1}=1-\dfrac{240}{300}=0.2$이다. (T는 절대온도, $27℃=300\,\mathrm{K}$, $-33℃=240\,\mathrm{K}$)

정압기의 정특성은 록업·오프셋·시프트처럼 유량이 정지 또는 일정한 상태에서 나타나는 압력 특성을 말하며, 리프트는 유량이 급변할 때의 응답을 나타내는 동특성 항목이다.

프로판 $1\,\mathrm{Nm^3}$(24000kcal)을 공기와 섞어 12000kcal/$\mathrm{Nm^3}$으로 낮추려면 전체 부피를 2배로 늘려야 하므로, 희석에 사용하는 공기량은 $24000/12000-1=1\,\mathrm{Nm^3}$이다.

압축가스를 충전하는 용접용기의 최고충전압력이란 35℃의 온도에서 그 용기에 충전할 수 있는 가스압력 중 최고압력을 말한다.

원심펌프는 회전차(임펠러)를 고속으로 돌려 유체에 원심력을 가하고, 이 운동에너지를 케이싱에서 압력에너지로 변환시켜 양수한다.

축류펌프는 저양정·대유량 특성상 흡입측 압력이 쉽게 낮아져 다른 펌프와 마찬가지로 캐비테이션이 발생할 수 있으므로, 캐비테이션을 일으키지 않는다는 설명은 틀렸다.

2단 감압방식은 1차 조정기로 중압까지 내린 뒤 2차 조정기로 연소기 사용압력까지 감압하는 방식이므로 조정기가 2개 이상 필요하고 설비·검사방법이 복잡해지며 재액화 문제가 생길 수 있다는 것이 단점이다. ①은 1단 감압방식의 특징을 서술한 것으로 틀렸다. 장점은 공급압력이 안정되고, 중간배관(고압측 배관)이 가늘어도 되며, 입상배관에 의한 압력강하를 보정할 수 있고, 각 연소기구에 알맞은 압력으로 공급할 수 있다는 점이다.

로크업(lock-up)은 사용이 중단되어 유량이 0이 되었을 때(폐쇄 시) 2차압력이 기준압력보다 상승하는 그 차이를 말한다. ④는 '유량이 최대일 때'로 서술되어 틀렸다. 정특성은 유량과 2차압력의 정상상태 관계(오프셋·로크업·시프트 포함), 동특성은 부하가 급변할 때 응답의 빠르기와 안정성을 나타내며, 오프셋은 유량 변화에 따라 2차압력이 기준압력에서 벗어나는 편차이다.

입구압력 0.1~1.56MPa인 2단 감압식 1차용 액화석유가스조정기는 최대 폐쇄압력을 95kPa 이하로 제한한다.

고압가스 안전관리규정의 실시기록은 작성일로부터 5년간 보존하여야 한다.

산소 호스를 뽑아 LPG 용기에 연결한 것은 호스 내부에 남아 있던 산소(또는 아세틸렌)가 LPG 쪽으로 역류하면서 역화를 일으켜 폭발한 것으로 보는 것이 가장 타당하다.

자동차 용기 충전시설의 충전용 호스 끝에는 충전 중 발생하는 정전기를 안전하게 제거하기 위한 정전기 제거장치를 반드시 설치해야 한다.

액체염소가 물과 반응하면 부식성이 강한 산성 물질을 생성해 피해가 커질 수 있으므로 물 살포는 적절한 조치가 아니며, 소석회·가성소다·탄산소다 수용액과 같은 중화·흡수제를 사용해야 한다.

고압가스 운반 시 동승 기준에서 가연성 액화가스는 저장능력 3,000kg 이상일 때 운반책임자가 동승해야 하므로, 4,000kg 이상을 기준으로 제시한 설명은 틀렸다.

폭발상한계는 온도·가연성가스의 농도·산소농도와 같은 조성·환경 조건에 따라 달라지지만, 단순한 계의 부피 크기 자체는 폭발상한계에 영향을 주지 않는다.

포스겐·일산화탄소·염소·암모니아·시안화수소는 모두 독성가스로 분류되지만, 다른 보기에는 프로판·수소·이산화탄소처럼 독성가스가 아닌 물질이 섞여 있다.

용기제조자의 수리범위는 용기 몸체 용접, 아세틸렌 용기 내 다공물질 교체, 용기 부속품 교체 등 용기 자체에 관한 것으로 한정되며, 냉동기 단열재 교체는 냉동기 관련 수리업의 영역이므로 용기제조자 수리범위에 속하지 않는다.

가스배관 내진설계에서 기능수행수준 지진해석 시 배관은 강체가 아니라 유연성과 변형성을 갖는 대상으로 가정해 배관-지반 상호작용을 반영해야 하므로, 배관 거동을 강체로 가정한다는 설명은 틀렸다.

독성가스를 지상에 저장하는 저장탱크는 저장능력이 5톤 이상이면 가스 누출 시 확산을 막기 위한 방류둑을 설치해야 한다.

가연성가스 저장능력이 1만 초과 2만 이하인 경우 제1종 보호시설과의 안전거리는 21m이며, 저장능력 20,000$\mathrm{m^3}$은 이 구간에 해당한다.

차량에 고정된 탱크에 고압가스를 충전하거나 이입받을 때에는 내용적 2,000L 이상인 경우 차량정지목 등으로 차량을 확실히 고정해야 한다.

용기 내벽의 부식, 강재의 피로, 용접 불량은 용기 내압력을 저하시켜 파열사고로 이어질 수 있는 원인이지만, 과잉 충전은 내압력 자체가 부족해서가 아니라 충전량 초과로 인한 사고 원인이므로 내압력 부족의 원인으로 볼 수 없다.

저장능력이 1,000톤 이상인 가연성 액화가스의 지상 저장탱크 주위에는 누출 시 확산을 막기 위한 방류둑을 설치해야 한다.

에어졸을 충전하는 용기는 내용적이 1L 미만이어야 한다는 기준을 충족해야 한다.

현행 고압가스 안전관리법 시행규칙 별표 3 제2호는 합산 대상으로 ①배관에 의해 냉매가스가 공통인 설비, ②냉매계통을 달리하는 2개 이상의 설비가 1개의 규격품으로 인정되는 설비 내에 조립된 것(Unit형), ③2원(元) 이상의 냉동방식에 의한 설비, ④압축기의 동력설비를 공통으로 하는 설비, ⑤브라인을 공통으로 사용하는 2개 이상의 설비를 든다. 다만 브라인 중 물과 공기는 제외되므로 물을 브라인으로 공통 사용하는 경우(③)는 합산 대상이 아니다. [재작성 근거 변경점] 원형 문항은 「4원(元) 이상의 냉동방식」을 오답 보기로 쓴 구성(실제 규정은 2원 이상)이었으나, 브라인 단서(물·공기 제외)를 정답 축으로 재구성했다. 또한 현행 별표 3 제2호에는 바목(동일 건축물에서 동일 냉매를 사용하는 동일 용도의 냉동설비)이 신설되었고, 바목에만 해당하는 경우에는 합산하지 않을 수 있다는 단서가 붙어 구법과 달라졌다.

현행 시행규칙 별표 19의 특별교육 대상은 운반자동차 운전자·배달원, 충전시설의 충전원, 자동차정비업·폐차업 사업소에서 LPG 연료계통 부품의 정비·폐차작업에 직접 종사하는 자, 사용시설점검원이며 교육시기는 신규종사 시 1회이다. 액화석유가스 사용자동차 운전자는 2020. 3. 18. 개정으로 특별교육 대상에서 삭제되어 ④가 틀렸다. 전문교육(안전관리책임자·안전관리원·안전점검원, 특정사용시설의 안전관리책임자·안전관리원, 시공관리자 등)은 신규종사 후 6개월 이내 및 그 후 3년이 되는 해마다 1회 받는다. [재작성 근거 변경점] 원형 문항은 「충전원이 6개월 이내 전문교육 1회」를 오답으로 한 구성이었고 LPG 사용자동차 운전자가 특별교육 대상이던 시기의 것이다. 현행법에서는 그 대상 자체가 삭제되었으므로 삭제된 대상을 정답 축으로 재구성했다. 충전원이 특별교육(신규종사 시 1회) 대상이라는 점은 구법과 현행이 같다.

산화에틸렌 저장탱크는 내부의 분위기가스를 질소가스 또는 탄산가스로 치환하고 5℃ 이하로 유지하여야 한다. ④의 40℃ 이하는 일반 충전용기의 온도 기준을 끌어온 것으로 틀렸다. 산화에틸렌은 분해폭발과 중합폭발의 위험이 있어 산·알칼리가 없는 상태로 충전하고(중합 촉진 방지), 45℃에서 내부가스 압력이 0.4MPa 이상이 되도록 질소·탄산가스를 충전하여 안정화한다.

시안화수소의 안정제는 아황산가스 또는 황산 등이며, 소량의 수분 존재 시 일어나는 중합폭발을 억제하기 위한 것이다. ①의 질소·이산화탄소는 안정제가 아니므로 틀렸다. 용기에 충전하는 시안화수소는 순도 98% 이상이어야 하고, 충전 후 24시간 정치한 뒤 1일 1회 이상 질산구리벤젠지 등으로 누출검사를 하며, 충전 후 60일이 경과되기 전에 다른 용기에 옮겨 충전한다. 다만 순도 98% 이상으로서 착색되지 않은 것은 옮겨 충전하지 않을 수 있다.

1차 지연형 계측기의 스텝응답이 전체 변화의 95%에 도달하는 시간은 $t=\tau\ln\dfrac{1}{1-0.95}=10\times\ln20\approx30\,\mathrm{초}$이다.

초음파 유량계는 압력손실이 거의 없고 대구경 관로도 측정할 수 있는 장점이 있지만, 액체 중에 고형물이나 기포가 많으면 초음파가 산란·흡수되어 오히려 측정 정도가 나빠지므로 그 반대로 설명한 것은 틀렸다.

블록선도 등가변환에는 전달요소의 치환, 인출점(인출점) 위치의 치환, 요소의 병렬결합, 피드백 결합이 대표적인 변환 규칙으로 포함된다.

벤투리식 등 차압식 유량계에서 유량은 유량계수와 관지름의 제곱, 차압의 제곱근에 비례하지만, 단순히 조리개비의 제곱에 비례한다는 설명은 실제 유량 관계식과 맞지 않아 틀렸다.

혼합기체의 평균분자량은 $M=0.21\times32+0.79\times28\approx28.84$이며, 밀도는 $\rho=\dfrac{PM}{RT}=\dfrac{1\times28.84}{0.0821\times298}\approx1.18\,\mathrm{kg/m^3}$이다.

슈리렌법은 밀도가 다른 유체 사이의 굴절률 차이를 이용해 기체 흐름의 밀도(농도) 변화를 가시화하는 광학적 측정법이다.

비례제어에서 비례대의 폭을 좁히면 그만큼 제어 게인이 커져 정상상태 편차인 오프셋이 매우 작아진다.

전기저항 온도계에서 공칭저항치는 0℃일 때 측온 저항체가 갖는 저항값을 기준으로 정한다.

표준상태(0℃, 1atm)에서 공기의 평균분자량은 약 29에 가까우며, 이를 이용하면 밀도는 $\dfrac{29}{22.4}\approx1.29\,\mathrm{g/\ell}$로 계산되어 잘 알려진 표준 공기 밀도값과 일치한다.

미리 정해 둔 순서에 따라 제어의 각 단계가 차례로 진행되는 자동제어 방식을 시퀀셜(순차)제어라 한다.

유량은 시간당 질량·부피(㎏/h, ㎏/s, $\mathrm{Nm^3/s}$)로 표시하며, ㎏/$\mathrm{m^3}$은 질량을 부피로 나눈 밀도의 단위이므로 유량 단위가 아니다.

전기저항식 온도계의 측온저항체 재료로는 백금(Pt)·니켈(Ni)·구리(Cu)가 표준적으로 사용되며, 철(Fe)은 저항선 재료로 쓰이지 않는다.

목표치는 제어계가 도달해야 할 값으로 임의로 정해지는 유한한 값이므로, 목표치를 정하지 않는 무한대 값이라고 한 설명은 틀렸다.

막식 가스미터의 계량막 파손, 밸브 탈락, 밸브시트 누설 등은 가스가 계량기를 통과하더라도 정확히 계량되지 않는 부동(不動) 고장을 일으킨다.

헴펠법에서 수소·일산화탄소처럼 흡수제로 잘 흡수되지 않는 성분은 별도로 연소(파라듐관·구리산화물 연소법)시켜 정량하며, 특히 수소는 대표적으로 연소법으로 측정해야 하는 가스이다.

플로우 노즐식 차압유량계는 유선형 구조로 유체 흐름 저항이 작아 압력손실이 오리피스식보다 작으므로, 압력손실이 오리피스식보다 크다는 설명은 틀렸다.

헴펠법 가스분석에서 이산화탄소($\text{CO}_2$)는 수산화칼륨(KOH) 수용액에 흡수시켜 정량한다.

측정기의 감도는 측정량의 작은 변화를 얼마나 예민하게 지시하는지를 나타내는 지표로, 감도가 좋을수록 아주 작은 량의 변화도 검출할 수 있다.

FID(수소염이온화검출기)는 탄화수소가 수소불꽃 속에서 이온화될 때 생기는 이온전류를 측정하므로 탄화수소에는 감도가 가장 좋지만 H₂·O₂·N₂·CO₂ 등 이온화되지 않는 무기가스에는 감응하지 않는다. ③이 틀렸고, 무기가스 분석에는 열전도도 차이를 이용하는 TCD(열전도도검출기)가 적합하다. ECD(전자포획검출기)는 방사선원에서 나온 전자를 시료가 포획하는 것을 이용하여 할로겐·유기금속 화합물에 특히 감도가 높다.

로터미터는 부자 전후의 차압을 일정하게 유지하면서 유량에 따라 유로의 면적(부자와 테이퍼관 사이의 환상 틈)이 변하는 면적식 유량계이다. ②는 차압이 변하고 면적이 일정한 오리피스 등 교축식(차압식) 유량계의 원리를 서술한 것으로 틀렸다. 로터미터는 위로 갈수록 넓어지는 테이퍼관을 수직으로 세워 유체를 아래에서 위로 흘리며, 부자가 뜨는 높이로 유량을 읽는다. 압력손실이 작고 거의 일정하며 소유량·고점도 유체 측정에 적합하다.