[가스기능사 필기] 2024년 3회 기출복원 모의고사 기출문제 정답·해설 페이지

일반도시가스사업자 정압기의 가스방출관 방출구는 지면으로부터 5m 이상의 높이에 설치하는 것이 원칙이다.
다만 전기시설물과의 접촉 등으로 사고의 우려가 있는 장소에서는 3m 이상으로 낮출 수 있다. 이 문항은 그러한 우려가 없는 장소를 묻고 있으므로 원칙인 5m 이상이 기준이 된다.

산화에틸렌은 물에 잘 녹는 성질이 있어 누출 시 다량의 물로 제독할 수 있는 대표적인 가스다.
염소·황화수소 등은 주로 가성소다 수용액 같은 약제를 이용해 제독하며, 단순히 물만으로는 충분히 제독되지 않는다.

최소점화에너지는 가연성 혼합가스를 점화시키는 데 필요한 최소한의 에너지로, 가스의 조성·온도·압력 등 물리·화학적 조건에 따라 달라진다.
온도와 압력이 높을수록, 혼합가스의 조성(농도)이 화학양론비에 가까울수록 최소점화에너지는 작아진다.
반면 가스의 색상은 연소 특성과 무관한 외관상의 성질이므로 최소점화에너지에 영향을 주는 인자가 아니다.

충전용기와 위험물안전관리법상 위험물은 원칙적으로 동일 차량에 함께 적재하여 운반하지 않는 것이 기준이며, 일정 거리만 이격하면 함께 실을 수 있다는 설명은 잘못된 기준이다.
밸브돌출 용기에 프로텍터·캡을 부착하고, 넘어짐 방지를 위해 결속하며, 가연성과 조연성 독성가스를 같은 적재함에 싣지 않는 것은 실제 운반기준과 일치한다.

액화석유가스 사용시설에서 저장능력 1톤 이상 3톤 미만인 저장설비는 화기 취급장소와 5m 이상의 우회거리를 유지해야 한다.
저장능력 2톤은 이 구간에 해당하므로 우회거리 기준은 5m 이상이 된다.

용기의 내압력 부족은 용기내벽의 부식·강재의 피로·용접 불량처럼 재질이나 구조가 손상되는 경우에 발생한다. 반면 적정 충전은 기준에 맞게 가스를 채우는 정상적인 취급이므로 내압력 부족의 원인이 될 수 없다.

LP가스(프로판·부탄)는 공기보다 무거워 누출 시 낮은 곳(바닥)에 고이는 성질이 있다.
실제로는 액의 체적팽창률이 크고 증발잠열도 크며, 상온·상압 부근에서 비교적 쉽게 기화·액화되는 특징을 가진다.

부식여유 두께는 충전용기의 용도, 내용적 크기에 따라 고압가스 안전관리법 기준에 따라 달라진다. 암모니아 충전용기로서 내용적이 1000L 이하인 경우 부식여유 두께는 1mm이며, 염소 충전용기로서 내용적이 1000L을 초과하는 경우 부식여유 두께는 5mm이다. 염소는 암모니아보다 부식성이 강하고, 대용량 용기일수록 더 두꺼운 여유를 요구하는 원칙을 따른다.

저장탱크실 상부 윗면에서 저장탱크 상부까지의 깊이는 0.6m 이상으로 해야 한다.
지하에 매설되는 저장탱크를 충분한 흙으로 덮어 외부 충격이나 열로부터 보호하기 위한 기준이다.

지상배관에는 사용가스명·최고사용압력·가스의 흐름방향을 표시해야 하지만, 공급회사명은 필수 표시항목에 해당하지 않는다.
이 세 가지 표시는 배관을 관리·점검하는 사람이 배관 내 유체의 종류와 압력, 흐름 방향을 한눈에 파악할 수 있도록 하기 위한 것이다.

폭발 하한값(LEL, Lower Explosive Limit)은 가연성 물질이 공기 중에서 폭발하기 위한 최소 농도이며, 수치가 낮을수록 폭발 위험성이 높다. 각 가스의 공기 중 폭발 하한값은 황화수소 약 4.3%, 암모니아 약 15%, 산화에틸렌 약 3%, 프로판 약 2.1%이다. 이 중 프로판의 폭발 하한값 약 2.1%가 가장 낮으므로 상대적으로 낮은 농도에서도 폭발 위험이 있어 가장 폭발 위험성이 높다.

일반도시가스사업 공급시설의 입상관 밸브는 분리·조작이 쉽도록 바닥에서 1.6m 이상 2.0m 이내 범위에 설치한다.

충전용 주관의 압력계는 표준압력계로 1개월에 1회 이상 그 기능을 검사해야 한다.
참고로 그 밖에 사용하는 압력계는 3개월에 1회 이상 검사하도록 정해져 있어, 주관용 압력계가 상대적으로 더 자주 점검받는다.

정전기방지조치는 유체의 유동으로 정전기가 축적되기 쉬운 벤트스택, 플레어스택, 저장탱크 등에 대해 단독으로 취해야 한다. 열교환기는 유체가 관 내부를 흐르는 밀폐형 설비로 단독 정전기방지조치 대상 설비에 해당하지 않는다.

아황산가스는 독성이 강해 가스설비 배관을 2중관으로 시공해야 하는 특정 독성가스 중 하나이다.
이황화탄소·수소·불소는 이 2중관 시공 대상 독성가스 목록에 해당하지 않는다.

용기 각인에서 질량을 나타내는 기호는 W이며 M은 사용되지 않으므로, 이 연결이 틀렸다.
내용적은 V, 최고충전압력은 FP, 내압시험압력은 TP로 각인하는 것이 맞는 표기다.

LPG 용기보관소 경계표지에서 “연”자의 표시 색상은 적색이다.
“연”은 가연성·인화성을 경고하는 문자로, 눈에 잘 띄도록 적색으로 표기하도록 정해져 있다.

방호벽은 높이 2미터 이상, 두께 12센티미터 이상의 철근콘크리트 또는 이와 같은 수준 이상의 강도를 가지는 구조의 벽이다.
높이와 두께 가운데 하나라도 기준에 못 미치면 방호벽으로 인정되지 않는다. 철근콘크리트가 아닌 콘크리트블록·강판 등으로 만드는 경우에도 이와 같은 수준 이상의 강도를 갖추어야 한다.
근거: 고압가스 안전관리법 시행규칙 제2조제15호

사고 원인의 조사 결과는 통보 뒤에 조사로 밝히는 사항이며, 사고의 통보 내용에 포함해야 하는 항목이 아니다.
사고의 통보 내용에는 통보자의 소속·지위·성명 및 연락처, 사고발생 일시, 사고발생 장소, 사고내용(가스 종류·양·확산거리 등), 시설현황(시설의 종류·위치 등), 인명 및 재산의 피해현황의 6가지가 포함되어야 한다.
근거: 고압가스 안전관리법 시행규칙 별표 34 제2호(사고의 통보 내용에 포함되어야 하는 사항)

의료용 가스용기의 산소는 백색으로 도색한다.
의료용 가스용기는 공업용과 도색이 다르며, 용기 상단부에 폭 2cm의 백색(산소는 녹색) 띠를 두 줄로 표시하고 “의료용”을 표시한다.
의료용 질소는 회색이 아니라 흑색이다.
의료용 액화탄산가스는 청색이 아니라 회색이며, 청색은 공업용 액화탄산가스의 도색이다.
의료용 헬륨은 주황색이 아니라 갈색이고, 주황색은 싸이크로프로판이다.
근거: 고압가스 안전관리법 시행규칙 별표 24 용기의 도색 및 표시(의료용 가스용기)

연소가 성립하려면 가연물, 산소공급원, 점화원 세 가지가 동시에 갖추어져야 하며, 이를 연소의 3요소라고 한다.
점화원(에너지원)이 없으면 가연물과 산소가 있어도 연소 반응이 시작되지 않는다.

부르동관 압력계의 오차는 부르동관 눈금과 피스톤에 걸리는 실제 압력의 차이를 실제 압력으로 나눈 비율로 구한다.
실린더 단면적은 $A=\dfrac{\pi}{4}d^2=\dfrac{\pi}{4}\times5^2 = 19.63\ \mathrm{cm^2}$이므로, 실제 압력은 $P=\dfrac{130}{19.63}=6.62\ \mathrm{kgf/cm^2}$이다.
따라서 오차율은 $\dfrac{7-6.62}{6.62}\times100 \approx 5.7\%$로 계산된다.

액산이 방출되려면 액산이 증발하여 기화되어야 하는데, 이때 필요한 열량은 증발잠열 × 질량으로 구한다. 12시간 동안 방출된 액산이 4.8㎏이므로, 필요한 총 열량은 60kcal/kg × 4.8㎏ = 288kcal이다. 이 열량이 12시간 동안 탱크 외부에서 침입한 열이므로, 1시간당 침입하는 열량은 288kcal ÷ 12시간 = 24kcal/h이다.

액화석유가스(LPG) 저장 탱크 퍼지 작업의 안전 절차에서 정답 4번이 옳지 않은 이유는 LPG의 증기가 공기보다 무겁다는 점에 있다. LPG는 프로판·부탄 등으로 구성되며 분자량이 공기(29)보다 크므로 탱크 내부에 가라앉는 특성을 가진다. 따라서 상부 맨홀만 열어서는 가스가 자연적으로 배출되지 않으며, 반드시 압축공기나 질소가스를 강제 주입하여 하부에 고인 가스를 배출해야 한다. 보기 2번의 질소가스 퍼지, 보기 1번의 산소 농도 18% 이상 확인, 보기 3번의 완만한 가열 등은 모두 올바른 안전 절차이다.

가스미터는 사용가스량을 정확히 지시하고 감도가 예민하며 기계오차 조정이 쉬워야 하지만, 설치 공간과 경제성을 고려해 소형이면서 계량용량이 커야 하므로 "대형이며 계량용량이 클 것"은 구비조건으로 옳지 않다.

독성가스용 가스누출 검지경보장치는 해당 가스의 허용농도(TLV-TWA) 이하에서 경보가 울리도록 설정한다.
가연성가스용 검지경보장치의 경보농도가 폭발하한계의 1/4 이하인 것과 구분해서 기억해야 한다.
폭발한계의 1/2 이하, 1/4 이하는 가연성가스 기준과 혼동한 오답이다.
허용농도의 2배 이하는 허용농도 자체를 넘어서는 값이라 경보 목적에 맞지 않는다.

도시가스배관 용어 정의에서 정답 근거는 사용자 공급관의 범위이다. 1번은 배관의 포괄적 정의로 정확하고, 2번은 본관이 도시가스제조사업소 부지경계에서 정압기까지라는 정의가 맞다. 4번은 내관이 토지경계에서 연소기까지라는 정의도 정확하다. 3번은 사용자 공급관의 범위를 잘못 설명했는데, 사용자 공급관은 정압기에서 가스사용자 소유 건축물의 외벽 계량기까지가 아니라 정압기에서 각 가스사용자의 내관 입구(계량기 전단)까지로 정의되므로, "계량기까지"라는 표현이 부정확하다. 사용자 공급관은 계량기를 포함하지 않으며 여러 사용자를 공급하는 관이므로 개별 건축물 외벽까지만 해당된다.

펌프의 소요동력(축동력)은 $P = \frac{H \times Q \times \rho \times g}{\eta \times 1000}$ 공식으로 구한다. 주어진 값을 정리하면 양정 H = 90m, 유량 Q = 90m³/h = 90/3600 = 0.025m³/s, 물의 밀도 ρ = 1000kg/m³, 중력가속도 g = 9.8 m/s², 효율 η = 60% = 0.6이다. 대입하면 $P = \frac{90 \times 0.025 \times 1000 \times 9.8}{0.6 \times 1000} = \frac{22050}{600} = 36.75 \text{ kW}$로, 약 36.8 kW이다.

펌프의 회전수를 바꾸면 유량은 회전수 비에 비례하고, 양정은 회전수 비의 제곱에 비례한다.
회전수비 $\dfrac{N_2}{N_1}=\dfrac{3500}{2000}=1.75$
유량비는 $1.75$배가 되고, 양정비는 $1.75^2\approx 3.06$배가 된다.

탄소강은 저온에서 결정 구조 특성상 충격 흡수 능력이 급격히 떨어지는 저온취성이 나타나므로 저온용 재료로 적합하지 않다.
반면 니켈강, 스테인리스강, 황동(구리-아연 합금)은 저온에서도 취성 파괴에 강해 저온용 재료로 널리 사용된다.

노출된 도시가스 배관의 길이가 15m를 넘으면 점검자가 통행할 수 있는 점검통로와 조명시설을 설치해야 한다.
점검통로는 폭 80cm 이상으로 하고, 조명은 조도 70lux 이상을 확보해 야간에도 점검이 가능하도록 한다.
참고로 노출배관 길이가 20m를 넘는 경우에는 20m마다 가스누출경보기를 설치하도록 하고 있어, 15m(점검통로)와 20m(누출경보기) 기준을 구분해 기억해야 한다.

백금-백금로듐 열전대는 고온 측정에 적합한 열전대로, 측정 가능 범위가 0~1,600℃에 이른다.
함께 제시된 다른 범위는 구리-콘스탄탄(약 -180~350℃)이나 철-콘스탄탄(약 -20~800℃) 같은 저온·중온용 열전대의 측정 범위에 해당한다.

내용적 1리터 이하의 일회용 용기로 라이터 충전용·연료가스용 등에 쓰이는 것은 접합 또는 납붙임용기다.
이는 용접용기, 이음매 없는 용기, 융착용기와 달리 몸체를 접합이나 납붙임 방식으로 제작한 재충전금지 용기의 한 형태다.

정압기(Governor)는 감압기능, 정압기능, 폐쇄기능을 모두 수행하는 장치다. 감압기능은 압력이 설정값을 초과할 때 압력을 낮추고, 정압기능은 압력 변동을 일정 범위 내로 유지하며, 폐쇄기능은 공급 압력이 설정값 이하로 저하될 때 가스 공급을 차단하여 사용자 안전을 보장한다. 이 세 기능이 모두 정압기의 필수 기능이므로 정답은 4번이다.

안전등형 가스검지기는 주로 탄광 내에서 메탄(CH₄) 발생을 검출하는 데 쓰이며, 불꽃 속 청염(푸른 불꽃)의 길이로 가스 농도를 판단한다.

2단 감압방식은 공급압력이 안정적이고 배관 지름을 가늘게 설계할 수 있으며 각 연소기구에 맞는 압력을 공급할 수 있다는 장점이 있지만, 조정기가 1단보다 하나 더 필요해 설비비가 늘고 조작이 까다롭다는 단점이 있다. 따라서 장치와 조작이 간단하다는 것은 2단 감압방식의 장점이 아니라 오히려 1단 감압방식에 해당하는 특징이다.

린데식·클라우드식·필립스식은 모두 저온장치에서 쓰이는 가스 액화 사이클이지만, 카자레식은 암모니아 합성 공정과 관련된 방식으로 가스 액화 사이클이 아니다.

용기 내압시험의 항구증가율은 $\dfrac{\text{항구증가량}}{\text{전증가량}}\times 100$으로 구한다.
주어진 값을 대입하면 $\dfrac{15}{200}\times 100 = 7.5\%$가 된다.

온도가 낮아지면 침투액의 점도가 커져 결함 속으로 스며드는 데 시간이 오래 걸리므로 침투탐상검사의 소요시간이 가장 크게 늘어난다.
침투탐상은 침투→세척→현상 순으로 진행하며 침투액의 유동성이 결함 검출을 좌우한다. 시험면 온도가 표준 온도 범위를 벗어나 낮아지면 침투시간을 연장하거나 시험체를 가온하여야 한다.
방사선투과검사는 투과선량과 노출시간이 검사시간을 지배하므로 온도의 영향이 작다.
자분탐상·와전류탐상은 자기·전자기 특성을 이용하므로 온도가 낮아져도 검사시간이 크게 변하지 않는다.
근거: 침투탐상검사(PT) 절차와 온도 조건 교과 지식

와전류는 도체에만 유도되고 표피효과로 표면 근처에 집중되므로, 비도체의 내부 깊은 결함 검출에 적합하다는 설명이 옳지 않다.
와전류탐상은 고주파 교류를 흘린 코일을 시험체에 가까이 대어 유도된 와전류가 결함 때문에 변하면 코일의 임피던스 변화로 이를 검출한다. 비접촉·고속 검사가 가능해 관·봉재의 자동 검사에 널리 쓰이지만, 도체에 한정되고 표면 및 표면 직하의 결함만 검출하며 재질·형상 변화에 따른 잡음 신호의 영향을 받기 쉽다.
근거: 와전류탐상검사(ECT) 원리·특성 교과 지식

불완전연소는 산소(공기) 공급이 부족할 때, 가스 조성이 맞지 않을 때, 가스기구·연소기구가 맞지 않을 때 주로 일어난다.
산소 공급이 과잉인 경우는 오히려 완전연소를 돕는 방향이므로 불완전연소의 원인으로 보기 어렵다.

암모니아 가스 저장용기의 충전구 나사형식에 관한 문제다. 충전구의 나사형식은 왼나사가 아니라 오른나사로 규정되어 있다. 이는 서로 다른 가스를 저장하는 용기의 충전구를 구별하기 위한 안전 규칙으로, 암모니아는 오른나사를 사용하도록 정해져 있다. 1번 용접용기의 탄소강 재질은 맞고, 2번 검지경보장치는 방폭성능을 요구하지 않으며, 4번 용기 바탕색은 백색이 맞으므로 모두 올바르다.

메탄은 파라핀계 탄화수소 중 가장 안정적인 가스이므로, 불안정하여 격렬히 반응한다는 설명은 틀렸다.
메탄은 무색·무취의 기체로 공기나 산소와 적정 비율로 혼합된 상태에서 점화하면 파란색 불꽃을 내며 연소하지만, 그 자체의 화학적 안정성은 높은 편이다.

펌프의 비교회전도(비속도)는 $n_s=n\,Q^{1/2}H^{-3/4}$로 정의되며, 유량의 제곱근에 비례하고 양정의 3/4제곱에 반비례하는 관계를 가진다.

공기 중 10vol%에서 폭발 위험이 없는 가스는 브롬화메틸(CH₃Br)이다.
브롬화메틸은 폭발범위 하한이 10%보다 높아 10vol% 농도에서는 아직 폭발범위에 들어가지 않는다.
에탄, 산화에틸렌, 황화수소는 모두 폭발범위 하한이 10%보다 낮아 10vol%에서 이미 폭발 위험 구간에 해당한다.

0℃, 1atm의 표준상태에서 기체 1몰의 부피는 $22.4\ \mathrm{L}$이고, 메탄($\mathrm{CH_4}$)의 분자량은 16이다.
따라서 메탄의 비용적은 $\dfrac{22.4}{16} = 1.4\ \mathrm{m^3/kg}$으로 계산된다.

고압가스용 이음매 없는 용기의 내력비는 내력(yield strength)과 인장강도(tensile strength)의 비를 의미한다. 이는 재료의 소성변형 시작점과 파괴점 사이의 관계를 나타내는 지표로, 용기의 안전성과 신뢰성을 평가하는 중요한 기준이 된다. 내력비가 클수록 재료가 항복 후에도 추가 하중을 견딜 수 있는 여유(strain hardening)가 작다는 의미이며, 고압용기 설계 시 재료 선정과 안전계수 결정에 직접 영향을 미친다.

비체적은 단위질량당 부피이므로 분자량이 작을수록 비체적이 커진다.
각 가스의 분자량은 수소 2, 메탄 16, 질소 28, 프로판 44이므로 분자량이 작은 것부터 나열하면 비체적이 큰 순서는 수소 - 메탄 - 질소 - 프로판이 된다.

기화기의 온수가열방식은 온수의 온도가 80℃ 이하여야 하므로, 90℃ 이하라는 설명은 틀린 내용이다.
증기가열방식의 증기온도 120℃ 이하, 압력계 최고눈금이 상용압력의 1.5~2배, 기화통의 가스액이 토출배관으로 흐르지 않도록 자동제어장치를 설치한다는 나머지 설명은 모두 옳다.

액화가스를 용기에 충전할 때 법정 충전량은 $G = \dfrac{V}{C}$로 구한다. 여기서 $V$는 용기 내용적(L), $C$는 가스별로 정해진 가스정수이다.
내용적 $V = 105\,\mathrm{L}$, 암모니아의 가스정수 $C = 1.86$을 대입하면
$G = \dfrac{105}{1.86} \approx 56.5\,\mathrm{kg}$
따라서 법정 충전량은 56.5kg이다.

요소·소다회 원료로는 일산화탄소가 아니라 이산화탄소(CO₂)가 사용되므로 일산화탄소의 용도가 아니다.
일산화탄소는 메탄올 합성 원료, 포스겐(COCl₂) 제조 원료, 옥소법을 통한 개미산·화학공업 원료로 널리 쓰인다.

비중(상대밀도)은 기체의 분자량을 공기의 평균 분자량(29)으로 나눈 값이다. 부탄의 분자량은 C 4개(12×4=48) + H 10개(1×10=10) = 58이므로, 비중 = 58 ÷ 29 = 2.0이다.

단위를 통일해 비교하면 $1.01\ \mathrm{MPa}$이 압력이 가장 크다.
$5\ \mathrm{atm} \approx 0.507\ \mathrm{MPa}$, $100\ \mathrm{inHg} \approx 0.339\ \mathrm{MPa}$, $88\ \mathrm{psi} \approx 0.607\ \mathrm{MPa}$로 모두 $1.01\ \mathrm{MPa}$보다 작다.

온도가 일정할 때 기체의 부피가 절대압력에 반비례한다는 법칙은 보일의 법칙이다.
압력과 부피의 곱이 일정하게 유지되므로 $P_1V_1=P_2V_2$ 로 표현되며, 온도 변화까지 함께 다루는 것은 샤를의 법칙과 결합한 보일-샤를의 법칙이다.

현열은 물질이 상태변화 없이 온도가 변할 때 필요한 열을 의미한다. 고체·액체·기체의 상태는 유지하면서 온도만 올리거나 내릴 때 흡수하거나 방출하는 열량으로, 비열(또는 열용량)에 의해 결정된다. 보기 2번의 '상태가 변할 때'는 용융열, 기화열 등 잠열에 해당하며, 이때는 온도가 일정하게 유지되는 특징이 있다. 보기 3, 4번도 현열의 정의에 맞지 않는다.

접촉분해공정은 촉매를 사용하여 탄화수소를 분해하는 공정이며, 도시가스 제조에서 사용되는 주요 방법은 저온수증기 개질법입니다. 이 공정은 촉매(니켈 등) 존재 하에서 원유 분해 가스나 LPG를 수증기와 함께 가열하여 수소와 일산화탄소를 생성하는 방식으로, 촉매를 이용한 화학반응을 기반으로 합니다. 2번 열분해는 촉매 없이 고온에서 물리적으로 분자를 끊는 비촉매 공정, 3번 부분연소는 연소반응을 이용한 공정, 4번 수소화분해는 수소 첨가 분해 공정으로 모두 접촉분해와 다릅니다.

메탄은 -162℃·1기압에서 액화하며, 이때 부피는 기체 상태의 약 1/600로 줄어든다.
액화천연가스의 주성분인 메탄은 대기압에서 비점이 약 -162℃이므로 그 온도까지 냉각해야 액체가 된다.
부피비는 주어진 값으로 바로 확인된다.
$\dfrac{0.0024\,\mathrm{m^3}}{1.4\,\mathrm{m^3}}=\dfrac{1}{583}\fallingdotseq\dfrac{1}{600}$
-42.1℃는 프로판의 비점이고 -62℃는 메탄의 비점이 아니며, 1/250로 보면 액화 후 부피가 0.0056㎥이 되어야 해 주어진 0.0024㎥과 맞지 않는다.

규소(Si)는 강의 강도·경도를 높이는 대신 충격치(인성)를 저하시키므로, 규소량이 증가하면 충격치가 증가한다는 설명은 틀렸다.
탄소량 증가에 따른 인장강도 상승, 황에 의한 적열취성, 인에 의한 상온취성은 모두 맞는 설명이다.

액체 산소는 담청색을 띠는 것이 특징이며, 이는 산소 기체가 무색인 것과 대비되는 액화 상태의 성질이다.

LPG는 발열량이 크고 조성이 일정하며 용기·조정기 등 공급설비만 갖추면 사용할 수 있는 것이 장점이다.
반면 가압장치가 별도로 필요하다는 것은 설비 부담을 늘리는 요인으로 LPG 사용의 장점이 아니라 단점에 해당한다.