[가스기능사 필기] 2019년 3회 기출복원 모의고사 기출문제 정답·해설 페이지

공정의 위험요소뿐만 아니라 운전상의 문제로 인한 효율 저하까지 포괄적으로 파악하는 기법은 HAZOP(Hazard and Operability Analysis)다. HAZOP은 위험성(Hazard)과 운전성(Operability)을 동시에 분석하는 체계적 방법으로, 단순히 안전 위험만 아니라 공정 변수의 편차(온도, 압력, 유량 등)가 야기할 수 있는 운전상 문제까지 검토한다. 안전성 검토는 기존 설계 검증용, 예비위험성 평가는 개념 단계의 광범위한 위험 식별용, What-If 분석은 가정적 시나리오 기반의 정성적 기법으로, 모두 운전 효율성까지 체계적으로 평가하지 않는다.

공기 중 폭발하한치는 부탄이 약 1.8%로 가장 낮다.
시안화수소(약 5.6%)·암모니아(약 15%)·에틸렌(약 2.7%)은 모두 부탄보다 폭발하한이 높다.

LP가스 용기 표면에 성에가 생겼을 때는 열 습포를 사용해 서서히 온도를 높이는 것이 가장 적절한 조치다.
연탄불로 직접 쪼이거나 90℃ 정도의 물을 붓는 것은 급격한 온도상승으로 용기 파손·화재 위험이 있다.
용기를 힘차게 흔드는 것은 성에 문제를 해결하지 못하고 오히려 위험할 수 있다.

수소취성은 고온·고압 조건에서 수소가 탄소강 중의 탄소와 반응해 발생하는 현상으로, "고온 저압"이라는 조건 설명은 틀렸다.
염소는 황녹색의 자극성 냄새를 가진 맹독성 기체이고, 염화수소는 암모니아와 접촉하면 흰 연기(염화암모늄)를 내며, 시안화수소는 복숭아(아몬드) 냄새가 나는 맹독성 기체로 쉽게 액화된다는 나머지 설명은 옳다.

아세틸렌은 흡열화합물이지 발열화합물이 아니므로, '발열화합물이므로 분해폭발 우려가 있다'는 설명은 틀렸다.
아세틸렌은 생성될 때 열을 흡수하는 불안정한 화합물이며, 이 때문에 외부 충격이나 압력에서 분해될 때 오히려 열을 방출하며 폭발할 위험이 있다.
색이 없고 불순물이 있으면 악취가 나는 점, 융점과 비점이 비슷해 고체 상태에서 승화하는 점, 액체보다 고체 상태가 더 안정한 점은 모두 옳은 설명이다.

저장탱크 안전밸브에 설치하는 가스방출관은 방출구가 지면에서 5m 이상의 높이에 있어야 한다.
방출된 가스가 지면 부근에 체류하지 않고 충분히 확산되도록 높은 위치에서 방출시키기 위한 기준이다.

배관재료는 토양·지하수 등에 대해 강한 내식성을 가져야 하는데, 반대로 강한 부식성을 갖는 것으로 한다고 서술했으므로 이 설명이 틀렸다.
배관은 이 밖에도 가스 흐름이 원활하고, 내부 가스압력과 외부 하중·충격에 견디는 강도를 가지며, 절단·가공이 쉬운 재료로 선정해야 한다.

차량에 고정된 탱크 중 산소 탱크의 내용적은 18,000ℓ를 초과할 수 없다.
이는 가연성가스(액화암모니아는 제외) 탱크에도 동일하게 적용되는 기준이며, 독성가스(액화암모니아 제외) 탱크는 이보다 낮은 12,000ℓ를 초과할 수 없도록 별도로 정해져 있다.

액화석유가스(LPG) 집단공급 시설의 내압시험 압력은 상용압력의 1.5배로 규정되어 있다. 상용압력이 1MPa일 때 내압시험 압력은 1MPa × 1.5 = 1.5MPa이다.

영구증가율은 내압시험에서 전증가량에 대한 영구증가량의 비율로 구한다.
$\dfrac{20}{400}\times100=5\%$
따라서 이 용기의 영구증가율은 5%이며, 통상 신규검사 시 영구증가율이 10% 이하일 때 합격으로 판정한다.

가스의 화염전파속도가 음속을 초과하면 충격파를 동반하는 폭굉(detonation) 상태가 되며, 이때의 연소속도는 대략 1000~3500m/s 범위로 알려져 있다.
이는 정상연소(폭연)의 연소속도보다 훨씬 빠른 값이다.

고압가스 품질검사에서 산소는 동·암모니아 시약을 사용한 오르사트법으로 분석했을 때 순도가 99.5% 이상이어야 품질 기준을 충족한다.

부탄가스용 연소기의 명판에는 연소기명, 제조자의 형식호칭, 제조(로트)번호 등 제품과 제조 이력을 식별할 수 있는 정보를 표시해야 한다.
연소기를 이루는 재질명은 명판에 기재해야 할 필수 항목으로 정해져 있지 않다.

고압가스 용기보관 기준상 충전용기와 잔가스용기는 서로 묶어 두는 것이 아니라 각각 구분하여 보관장소에 놓아야 한다.
용기보관장소 주위 2m 이내에 화기를 두지 않는 것, 가연성·독성·산소 용기를 구분해 두는 것, 가연성가스 저장 장소에서 방폭형 휴대용 손전등 외의 등화를 휴대하지 않는 것은 모두 실제 보관 기준에 해당한다.

가스용 염화비닐호스의 안지름은 1종 6.3mm, 2종 9.5mm, 3종 12.7mm로 규격화되어 있다.
4.8mm는 이 세 가지 규격 안지름에 해당하지 않는다.

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.

도시가스 사용시설의 월사용예정량 산출식은 $Q = \dfrac{(A \times 240) + (B \times 90)}{11000}$이다.
여기서 A는 산업용 연소기 가스소비량 합계(kcal/h), B는 산업용이 아닌 연소기 가스소비량 합계(kcal/h)를 의미하며, 각각 표준 가동일수 개념을 반영한 계수(240일·90일)가 곱해진다.

고압가스 설비에 설치하는 압력계는 지시 오차 등을 고려하여 최고눈금이 상용압력의 1.5배 이상 2.0배 이하가 되도록 선정해야 한다.
눈금이 너무 낮으면 상용압력 부근에서 지침이 한계에 몰리고, 너무 높으면 압력 변화를 정밀하게 읽기 어렵기 때문이다.

고압가스는 성질에 따라 가연성·조연성·불연성·독성 가스로 분류되며, 액화가스는 상온·상압에서의 상태에 따른 분류(압축가스·액화가스·용해가스)에 속하는 개념이다.
따라서 성질에 따른 분류 항목에는 해당하지 않는다.

가스도매사업 배관 지하매설 기준은 도로 위치와 용도에 따라 차등 적용되며, 철도부지는 특별한 규정이 있다. 1번은 시가지 외 도로에서 1.2m 이상 이격이 맞고, 2번은 산과 들에서 1m 이상 깊이가 맞으며, 3번은 시가지 도로에서 1.5m 이상 이격이 맞다. 4번의 철도부지 기준은 궤도 중심까지 5m 이상이 아니라 궤도 외면까지 5m 이상 이격하는 것이 정규 기준이므로 표현이 오류이며, 따라서 틀린 것이다.

가스도매사업시설의 배관 지하매설 깊이는 지역 특성에 따라 차등 적용되는데, 산과 들에서는 1m 이상, 산과 들 이외의 지역(도시지역 등)에서는 1.2m 이상의 깊이를 유지해야 한다. 보기 1번은 산과 들 이외 지역을 1.5m로 잘못 제시했고, 보기 3번과 4번의 수평거리 기준은 1.5m 이상이 정답이므로 1.2m 기준은 부정확하다.

탄소강은 저온 환경에서 충격인성이 급격히 저하되어 연성-취성 전이(brittle transition)를 일으키므로 저온 재료로 적당하지 않다. 반면 2번 황동(Cu-Zn 합금)은 저온에서도 연성을 유지하고, 3번 9% 니켈강은 저온 강도와 인성을 동시에 확보한 저온용 합금강이며, 4번 18-8 스테인리스강(오스테나이트계)은 저온에서 오히려 강도가 증가하면서 연성을 잃지 않아 극저온 재료로 널리 사용된다.

특정고압가스는 수소·산소·액화암모니아·아세틸렌·액화염소·천연가스 등 법령에서 별도로 지정한 품목만 해당한다.
이산화탄소는 이 지정 목록에 포함되지 않으므로 특정고압가스에 해당하지 않는다.

가스공급시설의 임시사용기준은 공급 가능 여부, 해당 지역의 수급상 필요 여부, 안전 저해 우려 여부를 확인하는 항목으로 구성된다.
사업자의 공급 이익 여부는 임시사용 승인 여부를 판단하는 기준 항목에 해당하지 않는다.

고압가스 장치용 금속재료에 일반적으로 요구되는 성질로 적당하지 않은 것은 내알칼리성이다.
고압장치용 금속재료는 취급 가스와 반응하지 않도록 내식성·내열성·내마모성을 갖추어야 하지만, 내알칼리성은 특정 알칼리 가스를 다루는 경우에 한정된 요구사항이지 일반적인 필수 성질로 분류되지 않는다.

저온 액체 저장설비의 열침입은 주로 외면의 열복사, 연결 파이프·밸브 등을 통한 열전도로 일어난다.
단열재는 내부의 공기 이동을 막아 대류를 억제하는 것이 목적이므로, “단열재를 직접 통한 열대류”라는 침입 경로는 성립하지 않는다.

도시가스시설의 설치·변경공사에서 시공감리 대상은 일반도시가스사업자가 아닌 제3자(도시가스사업자 외의 자)가 수행하는 공사다. 「도시가스안전관리법」에서 시공감리는 일반도시가스사업자가 아닌 다른 사업자가 가스공급시설(배관, 정압기 등)을 설치할 때 의무적으로 적용되며, 일반도시가스사업자 자신이 수행하는 제조소·공급시설 공사는 자체 기술관리 대상이므로 외부 시공감리 대상이 아니다. 따라서 도시가스사업자 외의 가스공급시설설치자의 배관 설치공사가 시공감리 대상에 해당한다.

설명할 특성들을 벨로우즈 압력계에 맞춰본다. 벨로우즈 압력계는 주름진 금속튜브(bellows)가 압력에 의해 확장·수축하는 원리로 작동하며, 측정범위 0.01~10㎏/cm²의 저·중압 영역에 적합하고 오차율 ±1~2%의 정확도를 제공한다. 또한 먼지·입자가 직접 작용부에 영향을 주기 어려워 유체 오염에 강하다. 반면 단점으로 압력 변동에 따른 히스테리시스(응답 지연)가 발생하고, 온도 변화에 민감하여 열팽창으로 인한 오차를 보정해야 한다. 부르동관 압력계는 더 높은 압력 범위에 적합하고, 피스톤 압력계는 정적 압력 표준기로 오차가 ±0.5% 이하로 더 작으며, 전기저항 압력계는 온도 보상이 용이한 특성이 있어 설명과 맞지 않는다.

폭굉(Detonation) 발생 시의 화염전파속도는 약 1000~3000m/s 정도이다.
정상연소(폭연)의 연소속도가 수 m/s 수준에 그치는 것과 비교하면 압도적으로 빠르며, 충격파를 동반한다는 점이 폭굉의 특징이다.

역화(back fire)는 가스의 분출 속도가 연소 속도보다 느려질 때 불꽃이 염공 속으로 빨려 들어가는 현상이다.
염공이 커지거나, 가스 압력이 낮거나, 콕이 충분히 열리지 않거나, 버너가 과열되면 분출 속도가 떨어져 역화가 일어난다.
반대로 염공이 작아지면 오히려 가스 분출 속도가 빨라져 불꽃이 염공에서 떨어지는 선화(lifting)의 원인이 되므로, 역화의 원인으로 볼 수 없다.

플런저펌프는 피스톤(플런저)의 왕복운동으로 액체를 이송하는 왕복식 펌프다.
기어펌프·베인펌프는 회전식(로터리) 펌프, 터빈펌프는 원심(터보)식 펌프로 왕복식과는 작동 원리가 다르다.

침종식 압력계는 액체 속에 종(bell) 모양 용기를 매달아 압력 변화에 따른 부력의 변화로 압력을 측정하는 계기로, 아르키메데스의 원리를 그대로 적용한다.
부르동관·벨로우즈식은 탄성체의 변형을, 링밸런스식은 압력차에 의한 회전모멘트를 이용하므로 부력 원리와는 무관하다.

알루미늄(Al)의 방식법(양극산화처리)에는 수산법·황산법·크롬산법이 있으며, 이는 알루미늄 표면에 산화피막을 형성해 부식을 방지하는 대표적 처리법이다.
메타인산법은 알루미늄 방식법에 해당하지 않는다.

저온장치의 진공단열법은 고진공단열법·분말진공단열법·다층진공단열법 세 가지로 분류되며, "단층진공단열법"이라는 방식은 존재하지 않는다.
참고로 저온단열법 전체로는 상압단열법과 위의 진공단열법으로 나뉜다.

암모니아가스처럼 독성가스를 취급하는 고압가스 충전시설에는 누출 시 확산 방향을 파악할 수 있도록 풍향계를 설치하도록 정하고 있다.
압축산소, 액화질소는 독성가스가 아니고, 액화석유가스는 가연성가스로 분류되어 풍향계 설치 대상에 해당하지 않는다.

고압배관용 탄소강 강관의 KS 규격 기호는 SPPH다.
SPPS는 압력배관용, SPHT는 고온배관용 탄소강관의 기호이며, STS는 스테인리스강관을 나타내는 기호다.

열기전력(제벡 효과)을 이용하는 온도계는 열전대 온도계이며, 대표적인 조합은 백금-백금로듐, 동-콘스탄탄, 철-콘스탄탄, 크로멜-알루멜이다.
백금-콘스탄탄 조합은 표준 열전대 종류에 해당하지 않는다.

표시된 입구압력 범위에서 최대표시유량을 흘렸을 때 출구압력이 설정압력의 ±20% 이내여야 한다.
유량시험은 조절스프링을 고정해 조정기의 압력조절 작용을 묶어 둔 상태에서, 그 조정기가 감당한다고 명판에 표시한 최대 유량을 실제로 통과시켜 출구압력이 얼마나 흔들리는지 보는 시험이다. 따라서 기준이 되는 유량은 출구에서 측정한 값이 아니라 최대표시유량이다.
이때 허용되는 출구압력의 변동 폭은 제조자가 제시한 설정압력의 ±20% 이내이며, 그보다 좁은 ±10%로 규정되어 있지 않다.

LPG 기화장치의 작동원리 중 조정기를 통해 감압한 후 열교환기에서 강제 기화시키는 방식은 감압가열 방식이다. 이 방식은 저온의 액화가스를 먼저 감압하고, 그 후 외부 열원(온수, 증기 등)을 이용한 열교환기에서 인위적으로 기화시키는 순서를 따른다. 해수가열은 바다를 열원으로 사용하고, 중간 매체는 별도의 매개물질을 사용하는 방식이며, 가온감압은 가온 후 감압하는 역순의 방식이므로 조건과 맞지 않는다.

가스사고 조사는 피해 최소화, 사고 예방, 유사사고 재발 방지를 목적으로 한다.
사고 유발자에 대한 조치는 조사의 본래 목적이라기보다 별도의 처분·제재 영역에 해당하므로 관계가 적다.

표준대기압 1atm은 1.033kgf/cm²에 해당하며, 이를 g 단위로 바꾸면 1atm ≒ 1,033g/cm²가 되어 옳은 환산이다.
76cmHg(1atm)를 dyne/cm²로 바꾸면 약 1,013,000dyne/cm²이 되므로 1,013dyne/cm²이라는 값은 자릿수가 어긋난 환산이다.
1kgf/cm²는 약 14.2lb/in²에 해당하므로 13.7lb/in²이라는 값도 실제와 차이가 있다.
1lb/ft²는 약 0.00049kgf/cm² 수준이라 0.142kgf/cm²과는 크게 어긋난다.

안전밸브의 작동 압력은 설정 압력(설계 압력)의 1.05~1.1배 범위에서 작동하도록 설정되어야 하며, 내압시험 압력의 1.5배는 과도하게 높다. 1번은 탱크 온도 상승 방지를 위한 살수장치가 올바른 방법이고, 2번은 가연성 가스 충전 시 정전기 방전을 방지하기 위해 어스선을 부착하는 것이 맞으며, 3번도 배출 가스를 플레어스택이나 밴트스택을 통해 처리하는 것이 고압가스 설비의 표준 방법이다.

액체산소는 무색이 아니라 엷은 청색(담청색)을 띠므로 무색·무취라는 설명은 옳지 않다.
산소 자체는 폭발성이 없는 조연성 가스이고, 화학적으로 활성이 강해 여러 원소와 반응해 산화물을 만들며 상자성을 가진다는 나머지 설명은 모두 맞는 내용이다.

아세틸렌 압축기의 실린더에는 주철을 사용할 수 있으며, 이는 실제로 쓰이는 재료 조합이다.
LNG 저장탱크는 극저온에 견디는 저온용 재료가 필요하여 고장력강만으로는 부적합하다.
암모니아는 동(구리)과 반응해 부식을 일으키므로 암모니아 압력계 도관에는 동관을 사용할 수 없다.
액화산소 저장탱크는 저온취성 문제로 탄소강이 아닌 저온용 재료를 사용해야 한다.

기체밀도가 가장 작은 것은 메탄이다.
기체 밀도는 분자량에 비례하며, 분자량은 메탄 16, 아세틸렌 26, 프로판 44, 부탄 58 순으로 메탄의 분자량이 가장 작아 밀도도 가장 작다.

헨리의 법칙은 일정한 온도에서 액체에 녹은 기체의 양이 그 기체의 부분압력에 정비례한다는 법칙으로, 주로 극성이 약하고 액체와의 상호작용이 적은 기체에 잘 적용된다. 암모니아(NH₃)는 극성이 강한 분자로서 물 분자와 수소결합을 형성하며, 액체 상태의 용매와 강한 화학적 상호작용을 일으키기 때문에 헨리의 법칙에서 벗어난다. 반면 수소, 산소, 이산화탄소는 극성이 약하거나 비극성이어서 물리적 용해만 일어나므로 헨리의 법칙을 잘 따른다.

절대온도는 열역학적 영점(분자의 운동이 완전히 멈추는 상태)을 기준점 0으로 하는 온도 척도이다. 켈빈(K)은 국제단위계(SI)의 공식 절대온도 단위이며, 랭킨(°R)도 절대온도 단위이나 주로 영미권에서만 사용된다. 화씨(℉)와 섭씨(℃)는 상대온도로, 물의 어는점과 끓는점 같은 임의의 참조점을 기준으로 하므로 절대온도 단위가 아니다.

100°F는 섭씨로 약 37.8℃이다.
환산식 $C=\dfrac{5}{9}(F-32)$에 대입하면 $C=\dfrac{5}{9}\times(100-32)=\dfrac{5}{9}\times68\approx37.8$가 된다.

층류 연소속도는 미연소 혼합기의 열전도율(열확산율)이 클수록 화염면에서 미연소부로 열이 빨리 전달되어 화염전파가 빨라지므로 커진다.
반대로 비열·비중·분자량이 클수록 단위 부피당 가열해야 할 열용량이 커져 층류 연소속도는 오히려 작아지는 경향을 보인다.

산소는 상자성(常磁性)을 띠는 기체로, 자석에 약하게 끌리는 성질을 가지고 있다.
산소는 스스로 타지 않는 조연성(지연성) 가스이지 가연성가스가 아니다.
산소는 수소와 반응하여 연소·폭발(수소폭명기)을 일으키므로 반응하지 않는다는 설명은 틀렸다.
산소 자체는 폭발범위 개념이 적용되는 가연성가스가 아니라 연소를 돕는 지지가스이다.

임펠러는 원심압축기(터보형 압축기)의 회전 날개 부품으로, 왕복동 압축기의 구성 부품이 아니다.
왕복동 압축기는 피스톤이 실린더 내를 왕복 운동하며 가스를 압축하는 구조로, 피스톤·커넥팅로드·크랭크축이 핵심 구동 부품을 이룬다.

임계온도는 아무리 압력을 높여도 그 온도를 넘으면 기체를 액화할 수 없는, 즉 기체를 액화할 수 있는 최고의 온도를 말한다.
임계온도 이하에서는 충분한 압력(임계압력 이상)을 가하면 액화가 가능하지만, 임계온도를 초과하면 어떤 압력을 가해도 액화되지 않는다.

시안화수소는 무색투명한 액체이면서 복숭아 향(아몬드 향)의 특유한 냄새를 가진 맹독성 가스다. 일산화탄소는 무색무취, 포스겐은 건초 냄새, 메탄은 냄새가 거의 없어 제시된 특징과 맞지 않는다.

부탄(C₄H₁₀)의 완전연소 반응식은 C₄H₁₀ + 6.5O₂ → 4CO₂ + 5H₂O이다. 1 Nm³의 부탄을 완전연소시키려면 6.5 Nm³의 산소가 필요하다. 공기 중 산소 농도가 21v%이므로, 필요한 이론 공기량은 $\frac{6.5}{0.21} = \frac{6.5}{21/100} = \frac{650}{21} \approx 30.95 \approx 31 \text{ Nm}^3$이다.

암모니아(NH3)는 아연·구리·은·코발트 등의 금속 이온과 결합해 착이온(암민착물)을 형성하는 성질이 있다.
이 때문에 암모니아 배관·부품에는 구리나 구리합금을 피하는 등 재질 선정에 주의해야 한다.

760mmHg는 약 10.33mH₂O에 해당한다. 이는 표준대기압을 서로 다른 단위로 나타낸 값이다.
수은의 비중은 물의 약 13.6배이므로 $760\,\mathrm{mmHg}\times13.6=10336\,\mathrm{mmH_2O}\approx10.33\,\mathrm{mH_2O}$가 된다.

농도 측정은 필수 측정 항목이 아니다. 도시가스 품질을 판정할 때 반드시 확인해야 하는 것은 열량, 압력, 연소성(웨버지수 등)이다.
가스 성분의 농도 자체는 별도의 성분분석 목적으로 확인할 수는 있으나, 도시가스 품질검사에서 반드시 측정해야 하는 항목에는 포함되지 않는다.

공기 100kg 중에는 산소가 약 23.2kg 포함되어 있다.
공기는 질량 기준으로 산소 약 23.2%, 질소 약 76.8%로 구성되므로, 100kg×0.232≈23.2kg이 산소의 양이다.

이산화탄소로 가연물 표면을 덮으면 연소에 필요한 산소와의 접촉이 차단되어 연소반응이 정지되는데, 이는 소화의 3대 효과 중 질식효과에 해당한다. 열을 흡수하는 냉각효과나 연료를 차단하는 제거효과와 달리, 산소 농도 저하를 통한 소화 방식이라는 점이 특징이다.

그레이엄의 확산 법칙에 따라 확산속도는 분자량의 제곱근에 반비례하므로 수소는 산소보다 4배 빠르게 확산한다.
$\dfrac{u_{H_2}}{u_{O_2}}=\sqrt{\dfrac{M_{O_2}}{M_{H_2}}}$
$=\sqrt{\dfrac{32}{2}}=\sqrt{16}=4$
분자량 비 32/2 = 16을 그대로 속도 비로 보면 16배가 되어 틀리며, 제곱근을 취해야 한다.
근거: 표준 교과(가스의 기초 법칙 – 그레이엄의 확산 법칙)