[가스기능사 필기] 2021년 1회 기출복원 모의고사 기출문제 정답·해설 페이지

LPG는 액체 상태에서 온도 상승에 따른 부피 팽창률이 물보다 훨씬 커서, 용기·탱크에 충전할 때 이 열팽창분을 고려한 여유공간을 두고 충전율을 제한한다. 따라서 액체의 온도에 의한 부피변화가 작다는 설명이 옳지 않다.

가연성가스 제조시설의 고압가스설비는 그 외면으로부터 산소제조시설의 고압가스설비와 10m 이상의 거리를 유지해야 한다.
이는 가연성가스와 조연성가스인 산소가 가까이 있을 때 발생할 수 있는 화재·폭발 위험을 줄이기 위한 안전거리 기준이다.

아세틸렌이 은·수은·구리 등의 금속과 반응해 아세틸라이드(금속 아세틸리드)를 생성하는 것은 두 물질이 결합하여 새로운 화합물을 만드는 반응이므로 화합폭발로 분류된다.
이렇게 생성된 금속 아세틸라이드는 매우 불안정하여 작은 충격이나 마찰에도 폭발할 수 있다.

도시가스 배관의 압력 경보장치는 배관 압력이 상용압력의 1.05배(상용압력이 4MPa 이상인 경우에는 상용압력에 0.2MPa를 더한 압력)를 초과할 때 경보가 울리도록 설정한다.
상용압력이 4MPa이므로 경보 개시압력은 $4\,\mathrm{MPa}+0.2\,\mathrm{MPa}=4.2\,\mathrm{MPa}$가 되어, 배관압력이 4.2MPa를 초과할 때 경보가 작동한다.

가연성가스와 동일 차량에 적재할 때 밸브가 서로 마주보지 않도록 해야 하는 이유는 충돌이나 사고로 용기가 손상될 경우 가스가 누출되어 화재·폭발 위험을 방지하기 위함이다. 이 조건을 적용하면 산소(2번)가 정답인데, 산소는 가연성가스와 함께 적재될 때 누출 시 즉시 연소를 촉진하므로 가장 위험하기 때문이다. 수소는 가연성가스이므로 산소와의 혼합 위험이 있고, 질소와 아르곤은 비활성가스로서 가연성이 없어 상대적으로 위험도가 낮으므로 이 조건을 충족할 필요가 없다.

초저온용기 및 저온용기의 부속품에는 LT 기호를 표시한다.
이 밖에 아세틸렌가스용기 부속품은 AG, 압축가스용기 부속품은 PG, 액화석유가스 이외의 액화가스용기 부속품은 LG로 구분해 표시한다.

원심식압축기를 사용하는 냉동설비는 압축기 원동기의 정격출력 1.2kW를 1일의 냉동능력 1톤으로 산정한다.
이는 압축기 형식별로 정해진 표준 환산기준 중 하나로, 원심식은 이 값을 기준으로 냉동능력을 산정한다.

수소와 산소가 2:1의 부피비로 섞였을 때를 수소폭명기라 하며, 이는 물(H₂O) 생성반응인 $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$의 화학양론비와 같다.
이 비율에서 점화하면 격렬하게 폭발적으로 반응하므로 수소 취급 시 산소와의 혼합에 특히 주의해야 한다.

연소기 용량이 19400kcal/h를 초과하면 퓨즈콕 대신 배관용 밸브로 대용할 수 있다.
일반적인 소형 연소기에는 과류차단 기능이 있는 퓨즈콕을 개별 설치하지만, 대용량 연소기는 이 기준치를 넘으면 배관용 밸브 사용이 허용된다.

차량이 통행하는 폭 8m 이상 도로에 도시가스 배관을 매설할 때는 깊이 1.2m 이상을 확보해야 한다.
도로 폭이 좁아질수록 매설 깊이 기준도 완화되는데, 이는 도로 하중과 굴착·타공사로 인한 배관 손상 위험을 고려한 것이다.

도시가스 매설배관 보호포에는 가스명, 사용압력, 공급자명을 표시하도록 정해져 있다.
배관매설년도는 보호포의 표시 항목에 해당하지 않는다.

아세틸렌 용기에 충전할 다공질물은 다공도 75% 이상 92% 미만이 되도록 고루 채운 뒤 침윤·충전 작업을 한다.
다공도가 너무 낮으면 용기 내 빈 공간이 작아져 용해량이 줄고 경제성이 떨어지며, 반대로 너무 높으면 다공질물 자체의 강도가 약해져 용기 내에서 부서지고 아세틸렌이 자기분해 폭발을 일으키기 쉬워지므로 이 범위로 규정한다.

저장능력 9,000m³인 산소 저장설비는 저장능력 1만m³ 이하 구간에 해당하며, 이 구간의 안전거리 기준은 1종 보호시설 12m, 2종 보호시설 8m 이상이다.
고압가스 안전관리법령상 산소 저장설비의 보호시설과의 안전거리는 저장능력 구간별로 정해져 있고, 저장능력이 커질수록 유지해야 할 거리도 늘어난다.

고압가스 배관의 내압시험은 수압으로 실시하며, 이때 시험압력은 상용압력의 1.5배 이상으로 한다.
기체를 사용하는 기밀시험 등 다른 시험은 배수 기준이 다르므로 혼동하지 않아야 한다.

가스의 폭발범위에 영향을 주는 인자와 가장 거리가 먼 것은 비열이다.
폭발범위는 혼합가스의 조성, 주변 온도와 압력에 따라 넓어지거나 좁아지지만, 물질의 비열 자체는 폭발범위를 결정짓는 직접적인 인자로 다루지 않는다.

독성가스용 가스누출검지경보장치의 경보농도 설정치는 ±30% 이하로 정해져 있다. 이는 산업안전보건기준에 관한 규칙에서 가스누출검지경보장치의 정확성과 신뢰성을 확보하기 위해 규정한 허용오차 범위이다.

포스겐(COCl2)은 분자량이 공기보다 무거워 누출 시 바닥 부근에 체류하므로 환기시설은 보관장소의 아래쪽에 설치해야 하며, '공기보다 가벼우므로 윗쪽에 설치'한다는 설명은 틀렸다. 방독마스크 착용, 폐가스를 중화한 후 옥외로 방출, 환기가 잘 되는 곳에서 취급하는 것은 모두 옳은 주의사항이다.

가연성가스인 수소를 보관하는 장소는 계절과 관계없이 항상 통풍구를 확보해야 하며, 겨울철이라고 해서 상부 통풍구를 막는 것은 누출 가스가 체류해 폭발 위험을 높이는 잘못된 조치이다.
용기보관소 경계표지를 외부에서 잘 보이는 곳에 게시하는 것, 보관장소에 계량기 등 작업에 필요한 물건 외에는 두지 않는 것, 가연성가스와 산소 용기를 구분해 두는 것은 모두 올바른 기준이다.

저장능력은 용기 내용적을 충전정수로 나누어 구한다.
내용적 300L를 충전정수 1.86으로 나누면 약 161kg이 된다.
$W = \dfrac{V}{C} = \dfrac{300\ \mathrm{L}}{1.86} \approx 161\ \mathrm{kg}$

저장탱크 배관에서 유체 또는 주위 온도가 비정상적으로 상승하거나 호스커플링 등의 접속이 빠져 유체가 누출될 때 이를 감지해 신속히 유로를 차단하는 안전장치는 긴급차단밸브이다. 온도조절밸브·감압밸브·전자밸브는 각각 온도 제어, 압력 강하, 전기 신호에 의한 개폐를 담당할 뿐 이러한 이상 상황에서의 자동 신속 차단을 목적으로 하지 않는다.

암모니아는 부식성이 강한 물질로, 많은 금속을 침식한다. 황동(1번)과 청동(3번)은 구리 합금으로 암모니아에 의해 응력부식균열이 발생하는 취성파괴 위험이 있고, Al강(2번)은 알루미늄 합금으로 암모니아 환경에서 부식이 진행된다. 반면 연강(연질강)은 암모니아에 대한 부식 저항성이 상대적으로 우수하고 기계적 강도도 적절하여 암모니아용 부르돈관 재질의 국제 표준으로 지정되어 있다.

제시된 특징은 진탕형(振盪型) 오토클레이브의 특징이다. 진탕형은 반응기 전체를 상하로 흔들어 내용물을 교반하므로 교반축이나 베어링 부위가 없어 그 틈으로 가스가 새거나 윤활유가 오손될 우려가 적고, 뚜껑판에 뚫린 구멍(교반축 관통부)이 없어 그 틈에 촉매가 끼어 들어가 열분해를 일으킬 염려도 없다. 교반형은 회전 교반축의 패킹부에서 누설·오손 위험이 있고, 회전형은 오토클레이브 자체를 회전시키는 방식으로 구조가 다르므로 해당하지 않는다.

허용농도 1ppb는 10억분의 1을 의미하며 $\dfrac{1}{10^{9}}$에 해당한다.
참고로 %는 $10^{-2}$, ppm은 $10^{-6}$, ppb는 $10^{-9}$ 단위이다.

가스설비의 내압시험을 공기 등 기체로 실시할 때는 우선 상용압력의 50%까지 승압한 후, 이후 상용압력의 10%씩 단계적으로 승압하여 시험압력에 도달하도록 한다.
기체는 액체와 달리 압축성이 커서 파열 시 위험이 크므로, 단계적으로 승압하며 이상 유무를 확인하는 절차를 두는 것이다.

알코올 온도계는 어는점이 매우 낮아 저온측정에 적합하다.
열전도율이 낮고 열팽창계수가 크며, 점성으로 인해 액주의 복원(추종)시간이 길다는 특성이 있어 나머지 선지는 옳지 않다.

액주식 압력계의 특성을 정확히 이해하는 문제다. 1번 경사관식은 눈금을 길게 펼쳐 정도가 우수하고, 2번 단관식은 한쪽을 대기압에 개방하거나 다른 압력원에 연결하여 차압계로 사용 가능하며, 3번 링 밸런스식은 저압가스 측정에 적합하다. 4번 U자관식은 액체 표면의 곡률인 메니스커스의 영향을 받아 판독 오차가 발생할 수 있으므로 정확한 읽기 위치(메니스커스 최하점)를 기준으로 해야 한다.

의료용 가스용기는 KS(한국산업표준) 또는 의료기관 안전관리 기준에 따라 도색으로 구분된다. 산소는 백색, 액화탄산가스는 회색, 질소는 흑색으로 표준화되어 있다. 에틸렌은 의료용 가스 중 가장 위험한 가연성 가스이므로 적색(빨강색)으로 도색하며, 갈색은 올바른 도색이 아니다. 따라서 정답은 4번이다.

일반도시가스 배관을 철도부지 밑에 매설할 때 배관의 외면과 지표면 사이의 최소 거리는 1.2m 이상으로 규정된다. 이는 도시가스사업 관련 매설 기준에서 철도와 같은 중요 기반시설 아래 통과하는 배관에 대해 지표면으로부터의 충분한 깊이를 확보하여 지반 침하, 진동, 외부 충격 등으로부터 배관을 보호하기 위한 안전 기준이다.

헴펠법은 흡수제에 대한 반응성 순서에 따라 성분가스를 차례로 흡수시켜 정량하는 분석법으로, 수산화칼륨(KOH) 용액으로 CO₂를 먼저 흡수하고 이어서 발연황산으로 불포화탄화수소(CmHn)를, 알칼리성 피로갈롤 용액으로 O₂를, 마지막으로 암모니아성 염화제일구리 용액으로 CO를 흡수하는 순서로 진행한다.

긴급용 벤트스택 방출구는 작업원이 정상작업을 하는 데 필요한 장소 및 항시 통행하는 장소로부터 10 m 이상 떨어진 곳에 설치하여야 한다. 이는 긴급 방출 시 작업원의 안전을 확보하기 위한 최소 거리 기준으로, 방출되는 물질이나 기체로부터 작업원을 보호하기 위해 규정되어 있다.

고압가스 저장탱크 및 가스홀더는 저장능력이 5m³ 이상인 경우 가스방출장치를 설치해야 한다.

고압식 액체산소 분리장치는 공기압축기, 저온열교환기, 팽창기, 액화산소탱크 등으로 구성된다.
기화기는 액화된 가스를 다시 기체로 되돌리는 장치로, 공기를 냉각·액화·분리하는 이 장치의 주요 구성요소에는 해당하지 않는다.

탄성식 압력계는 탄성체의 변형량으로 압력을 측정하는 방식으로 부르동관식·벨로우즈식·박막(다이어프램)식이 이에 속하며, U자관형 압력계는 액주의 높이차로 압력을 읽는 액주식 압력계이므로 탄성식에 속하지 않는다.

액화천연가스 저장·처리설비의 유지거리는 L = C·∛(143000W) 로 구한다.
여기서 L은 유지하여야 하는 거리[m], W는 저장능력[톤]의 제곱근 값이고, C는 상수로 저압 지하식 저장탱크는 0.240, 그 밖의 설비는 0.576을 쓴다. 근호는 세제곱근이며 그 안에 143000과 W가 함께 들어가고, 상수 C는 근호 밖에서 곱해진다.
따라서 W가 근호 밖으로 나온 식, 세제곱근 대신 제곱근으로 쓴 식은 규정식과 다르고, 좌변이 W인 형태는 거리 산정식 자체가 아니므로 성립하지 않는다.

계측과 제어의 목적은 조업조건의 안정화, 고효율화, 안전위생관리처럼 공정을 자동으로 감시·조정해 품질과 안전을 높이는 데 있다.
작업인원의 증가는 오히려 계측·제어 자동화가 진행될수록 줄어드는 방향에 가까워, 계측과 제어의 목적으로 보기 어렵다.

가공으로 생긴 내부응력을 제거하고 가공경화된 조직을 연화시켜 상온가공을 쉽게 하기 위해 실시하는 열처리는 풀림(소둔)이다.

안전성 확인은 시공 과정에서 배관이나 저장탱크의 상태를 직접 눈으로 확인할 수 있어야 하므로, 지하탱크를 매설한 후의 공정은 이미 덮여 확인이 불가능해 적용대상이 아니다.
반면 배관의 지하매설 및 비파괴시험 공정, 방호벽·지상형 저장탱크의 기초시설 공정, 부득이하게 실시하는 내압·기밀시험 공정은 매설 전이나 시공 중 확인이 가능하므로 안전성 확인 대상 공정에 해당한다.

LPG와 같이 저비점이면서 내압이 0.4~0.5MPa 이상인 액체를 다루는 펌프에는 밸런스 시일형(밸런스드 메카니컬 시일)이 주로 사용된다.
밸런스 시일형은 씰 면에 작용하는 유체압력을 일부 상쇄하도록 설계되어, 고압·저비점 유체에서도 씰 면의 과도한 마찰과 발열, 이로 인한 가스 기화를 억제할 수 있다.

인장·압축 하중이 오랜 시간 반복적으로 작용할 때, 그 응력이 인장강도보다 작아도 파괴되는 현상을 피로파괴라 한다.
취성파괴는 소성변형 없이 급격히 파괴되는 현상이고, 크리프파괴는 고온에서 일정한 하중이 장시간 지속적으로 작용할 때 발생하는 파괴로 반복하중과는 개념이 다르다.

LP가스 용기의 최대 충전량은 내용적을 가스정수로 나눈 G = V/C 식으로 산정한다.
여기서 $C$는 가스 종류에 따라 정해지는 가스정수, $V$는 용기의 내용적이며, 이 식으로 구한 충전질량은 용기가 액상 가스로 과충전되지 않도록 안전율을 반영한 값이다.

저온 정밀 증류법(저온증류법)은 혼합가스를 매우 낮은 온도로 냉각·액화시킨 뒤 성분별 끓는점 차이를 이용해 분리하는 방법으로, 주로 탄화수소 혼합가스의 성분 분석에 사용된다.
SO2, CO2, O2와 같은 단일 성분 가스의 정량에는 흡수법이나 연소법 등 다른 분석법이 더 일반적으로 쓰인다.

산화에틸렌 저장탱크의 과충전 방지(내용적 90% 초과 금지), 제독설비 설치, 45℃에서 내부압력 0.4MPa 이상 되도록 질소·탄산가스 충전은 모두 실제 취급 기준에 해당한다.
반면 충전 후 24시간 정치는 아세틸렌 충전용기에 적용하는 기준이고, 산화에틸렌 충전용기에는 이런 정치 규정을 두고 있지 않으므로 이 설명이 틀린 내용이다.

프로판(C₃H₈)의 완전연소 반응식은 C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O이다. 완전연소란 산소가 충분할 때 탄화수소가 산화되어 이산화탄소와 물만을 생성하는 반응을 의미한다. 1번은 수소 기체가 생성되지 않고, 3번과 4번은 불완전연소 또는 비산화 산물들이므로 정답이 될 수 없다.

10J을 cal 단위로 환산하면 약 2.39cal이다.
$1\ \mathrm{cal} = 4.186\ \mathrm{J}$
$\dfrac{10}{4.186} \approx 2.39\ \mathrm{cal}$

냉매는 화학적으로 안정해 분해성이 작아야 하며, 비체적이 작고 부식성이 적으며 증발잠열이 커야 냉동효율이 높다.
따라서 분해성이 클 것이라는 서술은 냉매 구비조건과 정반대의 내용이다.

제시된 세 가지 설명이 모두 염소의 성질에 해당한다.
염소의 비점은 약 -34℃이므로 상온·상압에서는 황록색 기체로 존재하고, 상압에서 -40~-50℃까지 냉각하면 쉽게 액화한다. 이처럼 액화가 쉬워 실제로 액화염소 형태로 저장·유통된다.
또한 염소는 눈·호흡기 점막과 폐를 강하게 침해하는 맹독성 가스여서 소량 누출로도 치명적인 피해를 주며, 독성가스로 분류되어 취급·저장에 엄격한 규제를 받는다.

KOH(수산화칼륨)는 강염기로서 이산화탄소와 반응하여 탄산염을 형성하므로 가스분석에서 CO₂ 흡수제로 사용된다. H₂SO₄는 수분 건조제, CaCl₂도 건조제이며, NH₄Cl은 암모니아 흡수에 사용되므로 CO₂ 흡수 용도가 아니다. KOH는 CO₂ + 2KOH → K₂CO₃ + H₂O로 반응하여 이산화탄소를 완전히 제거할 수 있다.

부취제는 일상생활의 냄새와 명확히 구분되는 독특한 냄새를 가져야 하므로, "구분되지 않을 것"이라는 조건은 실제 구비조건과 반대된다.
부취제는 독성이 없고, 낮은 농도에서도 냄새를 감지할 수 있으며, 연소 후 유해물질을 남기지 않아야 한다는 점에서 나머지 조건은 실제 요구사항과 일치한다.

항구증가율은 내압시험 후 압력을 제거했을 때 남은 영구적인 부피 증가분을 전체 부피 증가분으로 나눈 값으로, 계산하면 5%가 된다.
전증가량은 가압 시 부피에서 최초 부피를 뺀 값이다.
$50.5 - 50 = 0.5\ \mathrm{L}$
항구증가량은 압력 제거 후 남은 부피에서 최초 부피를 뺀 값이다.
$50.025 - 50 = 0.025\ \mathrm{L}$
따라서 항구증가율은 다음과 같이 계산된다.
$\dfrac{0.025}{0.5}\times100 = 5\%$

시안화수소(hydrogen cyanide, HCN)는 극독성 물질로 분류되며, 고압가스안전관리법에서 규정하는 충전 용기의 정치 시간은 충전 후 24시간이다. 이는 충전 중 발생한 압력 변동과 온도 변화가 안정화되도록 충분한 시간을 확보하기 위한 안전 규정으로, 그 이후에야 용기를 운반하거나 사용할 수 있다.

고압가스를 운반할 때는 사고에 대비해 가스 이동계획서, 운전자의 자격증, 가스 물성표 등을 휴대하여야 하지만, 기술검토서는 이러한 운반 시 휴대서류에 해당하지 않는다.
기술검토서는 제조·저장 등 시설의 설치·변경 허가 단계에서 요구되는 서류로, 차량 이동 중 즉시 필요한 안전·응급 정보를 담은 문서와는 목적이 다르다.

웨버지수(WI)는 총발열량을 가스 비중의 제곱근으로 나눈 값으로, 연소기에서의 열량 공급 특성을 나타내는 지표이다.
$WI = \dfrac{H_h}{\sqrt{d}}$
주어진 값을 대입하면 $WI = \dfrac{10400}{\sqrt{0.55}} = \dfrac{10400}{0.742} \approx 14023$이다.

유량특성은 정압기 메인밸브의 열림(스트로크)과 유량과의 관계를 나타내는 것이지 점도와의 관계가 아니다.
정특성이 정상상태에서 유량과 2차압력의 관계를 나타낸다는 것, 동특성이 부하변동에 대한 응답성·안정성을 요구한다는 것, 사용최대차압이 실용범위에서 최대가 되는 차압을 뜻한다는 것은 모두 옳은 설명이다.

1cal ≈ 4.184J의 환산 관계를 이용하면, $10\ \mathrm{J} \div 4.184 \approx 2.39\ \mathrm{cal}$가 된다.

암모니아는 동(구리) 및 동합금을 부식시키므로 관련 배관·부속에 동 사용이 금지되며, 고온·고압 조건에서는 질화·수소취화 등으로 강재도 침식시킬 수 있다.
질소는 불활성 기체이지만 고온에서는 일부 금속과 반응하여 질화물을 만들 수 있다.
산소는 반응성이 강한 조연성 가스일 뿐, 산소 자신은 연소하지 않는다.
염소는 수분이 있을 때 강재를 심하게 부식시키지만, 건조한 상태에서는 상온에서 강재를 거의 부식시키지 않는다.

아세틸렌(HC≡CH)의 말단 수소는 약산성을 가지고 있어 구리, 은, 수은 같은 전이금속의 염과 반응하여 금속 아세틸화물을 형성한다. Cu와 Ag는 아세틸렌과 반응하여 Cu-C≡C-Cu, Ag-C≡C-Ag 같은 붉은색 또는 흰색 침전물을 생성하고, Hg도 아세틸렌과 반응하여 치환반응을 일으킨다. 반면 Ar은 비활성 기체로서 화학적 반응성이 거의 없어 아세틸렌과 치환반응을 하지 않는다.

샤를의 법칙은 압력이 일정할 때 기체의 부피는 절대온도에 정비례한다는 원리로, $V = kT$ (단, $k$는 상수, $T$는 절대온도)로 표현된다. 0℃(273K)에서의 부피를 $V_0$라 하면, 1℃(274K)에서의 부피는 $V_1 = V_0 \times \frac{274}{273}$이다. 따라서 부피의 증가량은 $V_1 - V_0 = V_0 \times \frac{274}{273} - V_0 = V_0 \times \frac{1}{273}$이므로, 0℃때의 부피의 1/273씩 증가한다.

표준대기압 1atm은 76cmHg, 10.332mH₂O, 14.7psi에 해당하지만, 14.7inchHg는 표준대기압과 다른 값이다.
1atm을 수은주 높이로 나타낸 표준값은 76cmHg(약 29.92inHg)이며, 14.7이라는 숫자는 압력 단위 psi(lb/in²)에서의 대기압 값이지 inchHg 단위의 값이 아니므로 단위가 잘못 짝지어져 있다.

절대압력은 대기압에 계기압력을 더한 값이다.
$P_{abs} = P_{atm}+P_{gauge} = 1.0332+10 = 11.0332\,\mathrm{kgf/cm^2}$
따라서 절대압력은 약 11.0332kgf/cm²가 된다.

점화원을 가까이 했을 때 액면 위 증기가 불붙는 최저 온도는 인화점이다.
인화점은 액체가 연소 하한계 농도의 증기를 내는 온도로, 낮을수록 화재 위험이 크다.
발화점(착화온도)은 점화원 없이 스스로 불붙는 최저 온도로, 같은 물질에서는 인화점보다 높다.
연소점은 점화 후 불꽃이 꺼지지 않고 계속 타는 최저 온도로 인화점보다 조금 높다.
끓는점은 증기압이 대기압과 같아지는 온도로 연소와 직접 관계가 없다.
근거: 표준 교과(연소 이론 – 인화점·발화점·연소점의 정의)