[에너지관리산업기사 필기] 2021년 기출복원 모의고사 2회 기출문제 정답·해설 페이지

고체연료(석탄류)는 산소와 결합한 성분(회분·산소분)이 많고 수소 함량이 낮은 편인 반면, 액체연료(석유계)는 대부분 탄화수소(C, H) 위주로 구성되어 있다.
따라서 고체연료와 비교했을 때 액체연료는 수소(H₂) 함량이 크고, 정제 과정을 거치면서 산소(O₂) 함량은 적은 편이다.

이론공기량이 가장 큰 것은 액화석유가스(LPG)이다.
이론공기량은 연료 단위 부피당 포함된 탄화수소의 탄소수가 많을수록, 즉 무거운 성분일수록 커지는 경향이 있다.
액화석유가스는 프로판·부탄과 같이 탄소수가 많은 성분으로 이루어져 있어, 메탄 위주의 천연가스나 오일가스·석탄가스에 비해 Nm3당 필요한 이론공기량이 월등히 크다.

실제 건배기가스량은 약 15.19 Nm³/kg이다.
탄소·수소·황의 중량비로부터 이론산소량 $O_0 = 1.867C + 5.6H + 0.7S = 1.867(0.87)+5.6(0.1)+0.7(0.03) \approx 2.205\ \mathrm{Nm^3/kg}$를 구하고, 이론공기량 $A_0 = O_0/0.21 \approx 10.5\ \mathrm{Nm^3/kg}$를 얻는다.
과잉공기 50%이므로 공기비 $m=1.5$이며, 이론 건연소가스량은 $G_{od} = 0.79A_0 + 1.867C + 0.7S \approx 8.30+1.624+0.021 \approx 9.94\ \mathrm{Nm^3/kg}$이다.
실제 건연소가스량은 과잉공기분이 그대로 더해지므로 $G_d = G_{od} + (m-1)A_0 \approx 9.94 + 0.5\times10.5 \approx 15.19\ \mathrm{Nm^3/kg}$로 계산된다.

압력 단위 환산에서 1bar는 $10^5\,\mathrm{Pa}$이며 $10^3\,\mathrm{Pa}$이 아니므로, 제시된 관계식이 잘못되었다.
즉 1bar=100,000Pa=100kPa이다.
나머지 관계식은 모두 표준 정의와 일치한다. $1\,\mathrm{Pa}=1\,\mathrm{N/m^2}$는 압력의 SI 정의 그대로이고, $1\,\mathrm{atm}=1.01325\,\mathrm{bar}$ 역시 표준대기압의 정의이며, 절대압력은 대기압력에 게이지압력을 더한 값이라는 것도 압력 측정의 기본 원리이다.

전달된 열량은 약 243 kJ이다.
등온과정에서 이상기체에 전달된 열량은 등온 팽창일과 같으며, 부피비를 이용해 구한다.
$Q = W = mRT\ln\dfrac{V_2}{V_1} = 1 \times 0.287 \times (200+273) \times \ln 6$
$\approx 135.75 \times 1.792 \approx 243\ \mathrm{kJ}$

열효율은 30.2%, 일량은 151kJ이다.
카르노사이클의 열효율은 $\eta = 1-\dfrac{T_2}{T_1} = 1-\dfrac{300}{430} \approx 0.302 \; (30.2\%)$로 계산된다.
이 효율을 공급열에 곱하면 일량은 $W = \eta \times Q_1 = 0.302\times500\,\mathrm{kJ} \approx 151\,\mathrm{kJ}$가 된다.

전 과정에서 이 기체에 전달된 전열량은 약 2503 kJ이다.
첫 번째 과정은 정압 하에서 부피가 2배가 되는 팽창이므로, 압력이 일정하면 온도도 부피에 비례해 2배가 된다. 초기온도 $T_1=323\ \mathrm{K}$이므로 $T_2=646\ \mathrm{K}$이고, 정압비열을 사용하면 $Q_1=mc_p(T_2-T_1)=5\times0.75\times323\approx1211\ \mathrm{kJ}$이다.
두 번째 과정은 정적 하에서 압력이 2배가 되는 과정이므로 온도도 다시 2배가 되어 $T_3=1292\ \mathrm{K}$이며, 정적비열 $c_v=c_p-R=0.75-0.35=0.40\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$을 사용하면 $Q_2=mc_v(T_3-T_2)=5\times0.40\times646\approx1292\ \mathrm{kJ}$이다.
따라서 $Q_1+Q_2\approx1211+1292\approx2503\ \mathrm{kJ}$이 된다.

터빈의 증기 소비율은 약 4.32 kg/kW·h이다.
증기 소비율은 시간당 소비되는 증기량을 터빈 출력으로 나눈 값이며, 초당 36 kg인 증기 공급량을 시간당으로 환산하면
$36\ \mathrm{kg/s} \times 3600\ \mathrm{s/h} = 129600\ \mathrm{kg/h}$이다.
이를 터빈 출력 $3\times10^{4}\ \mathrm{kW}$로 나누면
$\dfrac{129600\ \mathrm{kg/h}}{3\times10^{4}\ \mathrm{kW}} \approx 4.32\ \mathrm{kg/(kW\cdot h)}$이다.

저품위 탄을 쓸 수 있고 구조가 간단하며 소요동력이 적은 연소장치는 클레이머식이다.
클레이머식은 미분탄 연소장치의 하나로, 수분·회분이 많은 저품위 탄도 연소시킬 수 있는 것이 특징이다.
사이클론식과 슬래그탭식은 회분을 용융시켜 배출하는 방식으로, 고온 운전과 송풍 동력이 크게 필요하다.

소요 열량은 약 1330 kJ이다.
부피가 고정된 용기(정적과정)이므로 소요열량은 정적비열을 이용한 $Q = mC_v \Delta T$로 구하며, 먼저 질량을 이상기체 상태방정식으로 계산하면 $m = \dfrac{PV}{RT} = \dfrac{200 \times 20}{0.287 \times (25+273)} \approx 46.8\ \mathrm{kg}$이다.
이를 이용하면 소요열량은 $Q = 46.8 \times 0.71 \times (65-25) \approx 1330\ \mathrm{kJ}$로 계산된다.

엔트로피 증가량은 약 6.05kJ/K 수준의 값이 된다.
일정 압력(대기압)에서 상변화가 일어날 때 엔트로피 변화량은 $\Delta S = \dfrac{Q}{T}$로 구한다. 여기서 $Q$는 증발잠열, $T$는 상변화가 일어나는 절대온도(대기압에서 물의 끓는점, 약 373K)이다.
대입하면 $\Delta S = \dfrac{2260\,\mathrm{kJ/kg}}{373\,\mathrm{K}} \approx 6.06\,\mathrm{kJ/K}$로 계산된다.

터빈을 흐르는 증기의 일부를 중간에서 추기(抽氣)하여 보일러로 들어가는 급수를 예열하는 증기 사이클을 재생 사이클이라 한다.
급수 온도를 높여 보일러에서 필요한 가열량을 줄임으로써 열효율을 향상시키는 것이 목적이다.
재열 사이클은 팽창 도중의 증기를 다시 보일러(재열기)로 보내 재가열한 뒤 저압 터빈으로 보내는 방식으로 재생 사이클과는 구분되며, 사바테 사이클과 오토 사이클은 내연기관의 이론 사이클로 증기 사이클과는 무관하다.

축소 노즐에서 유체가 가역 단열(등엔트로피)로 팽창하면 유동방향으로 압력이 감소하면서 그 압력 강하가 유체를 가속시키는 일로 전환된다.
단열 가역과정이므로 엔트로피는 일정하게 유지되어 변하지 않으며, 압력 감소에 따라 온도와 엔탈피도 함께 감소한다.

제시된 특징은 흡입통풍에 해당한다.
연도 끝이나 연돌 하부에 배풍기를 설치해 연소가스를 빨아내므로 노 내와 연도의 압력이 대기압보다 낮은 부압으로 유지되고, 그래서 연소가스가 밖으로 새어 나오지 않는다.
다만 고온의 매연과 부식성 배기가스가 송풍기를 그대로 통과하기 때문에 날개 마모와 고장이 잦고 내열·내식 구조가 필요하다.
자연통풍은 송풍기 없이 연돌 안팎의 밀도 차만으로 통풍한다.
압입통풍은 연소실 앞쪽에 송풍기를 두어 노 내를 정압으로 만든다.
평형통풍은 압입과 흡입 송풍기를 함께 써서 노 내 압력을 조절한다.

외부에 대한 절대일은 약 655 kJ이다.
가역 단열과정에서는 $P_1V_1^{k} = P_2V_2^{k}$가 성립하므로 팽창 후 체적은
$V_2 = V_1\left(\dfrac{P_1}{P_2}\right)^{1/k} = 2\times 4^{1/1.4} \approx 5.38\,\mathrm{m^3}$이다.
단열과정에서 외부에 대한 절대일은 $W = \dfrac{P_1V_1 - P_2V_2}{k-1}$로 구할 수 있으며, 값을 대입하면
$W = \dfrac{(400\times 2) - (100\times 5.38)}{1.4-1} \approx 655\,\mathrm{kJ}$가 된다.

탄소 20 kg의 이론공기량은 약 178 Nm³이다.
탄소는 $\mathrm{C+O_2 \to CO_2}$ 반응으로 완전연소하므로, 탄소 1 kmol(12 kg)당 산소 1 kmol(22.4 Nm³)이 필요하다.
탄소 20 kg에 대한 이론산소량은 $\dfrac{20}{12}\times22.4 \approx 37.3\ \mathrm{Nm^3}$이며, 공기 중 산소 비율 0.21로 나누면 이론공기량은 $A_o=\dfrac{37.3}{0.21}\approx178\ \mathrm{Nm^3}$이 된다.

127℃까지 상승했을 때 체적은 약 16 L이다.
일정압력 과정이므로 샤를의 법칙 $\dfrac{V_1}{T_1} = \dfrac{V_2}{T_2}$이 성립한다.
절대온도로 환산하면 $T_1 = 300\ \mathrm{K}$, $T_2 = 400\ \mathrm{K}$이므로 $V_2 = 12 \times \dfrac{400}{300} \approx 16\ \mathrm{L}$가 된다.

미연가스 폭발 시 폭발 압력을 외부로 배출시켜 동체 파손을 막는 안전장치는 방폭문이다.
보일러 연소실 내에 미연소 가스가 축적된 상태에서 재점화되면 급격한 폭발이 일어날 수 있는데, 이때 노 내 압력이 급상승하면 문이 열려 폭발 압력을 배출한다.
안전밸브 — 증기압력 과다 상승에 대응하는 장치이다.
가용전 — 저수위로 인한 과열에 대응하는 장치이다.
화염검출기 — 실화(불꺼짐) 여부를 감지하는 장치이다.

물의 온도 상승은 약 2.85℃이다.
단열 용기 안에서 철이 잃은 열은 모두 물이 얻으므로, 열평형식 $m_{Fe}c_{Fe}(800-20) = m_{w}c_{w}\Delta t$가 성립한다.
물의 질량은 $0.09\,\mathrm{m^3}\times 1000\,\mathrm{kg/m^3}=90\,\mathrm{kg}$이고, 철이 방출한 열량은 $3\times 0.46\times 780 = 1076.4\,\mathrm{kJ}$이므로
$\Delta t = \dfrac{1076.4}{90\times 4.2} \approx 2.85^\circ\mathrm{C}$가 된다.

카르노 기관의 일은 약 129 kJ이다.
카르노사이클의 일량은 $W = Q_1\left(1-\dfrac{T_2}{T_1}\right)$로 구하며, 온도는 절대온도(K)로 환산해 고온 250℃는 523K, 저온 25℃는 298K로 사용한다.
대입하면 $W = 300\,\mathrm{kJ}\times\left(1-\dfrac{298}{523}\right) \approx 129\,\mathrm{kJ}$로, 공급받은 열의 약 43%가 일로 변환된다.

제어량의 성질에 따른 분류에서 기계적 변위를 제어량으로 하는 것은 서보기구이다.
서보기구는 물체의 위치·방위·자세·각도 같은 기계적 변위를 목표값에 추종시키는 제어이다.
프로세스제어 — 온도·압력·유량·액위 등 공정 상태량을 제어량으로 한다.
자동조정 — 전압·회전수·주파수 등 전기·기계적 양을 제어량으로 한다.
시퀀스제어 — 정해진 순서로 단계를 진행하는 제어 방식의 분류이지 제어량에 따른 분류가 아니다.

맥도널(McDonnell)은 보일러의 저수위 경보·차단에 쓰이는 수위검출기로 수위제어에 속하는 장치이지 연소제어 장치가 아니므로, 이 짝짓기가 틀렸다.
연소제어는 공기·연료의 유량과 비율을 함께 다루는 제어계로 공기·연료 비율조절기나 연료조절밸브 등이 연동되는 방식이며, 나머지 짝은 보일러 자동제어에서 흔히 쓰이는 정상적인 조합이다.
증기압력 제어 — 압력조절기를 사용한다.
공기·연료제어 — 모듀트롤모터를 사용한다.
노내압 조절 — 배기댐퍼조절장치를 사용한다.

열전대 온도계는 감온부를 측정 대상에 직접 접촉시켜 열기전력을 이용하는 접촉식 온도계이다.
나머지는 모두 비접촉식이다.
광전관식 온도계 — 물체가 방사하는 빛을 광전소자로 검출한다.
방사 온도계 — 물체의 방사에너지를 이용해 온도를 측정한다.
광고온도계 — 필라멘트의 밝기와 대상 물체의 밝기를 비교한다.

전열면은 보일러의 구조적 구성 요소로서 미리 설계·제작되는 부분이며 운전 중에 능동적으로 제어할 대상이 아니다.
보일러 제어의 주요 목표는 안정적인 증기 생성과 품질 유지이며, 이를 위해 급수량, 연소, 증기온도를 정밀하게 조절한다.
급수 제어 — 보일러 수위 유지로 물 부족을 방지한다.
연소 제어 — 적절한 연료 공급과 공기비로 효율을 높인다.
증기온도 제어 — 과열기에서 증기온도를 일정하게 유지하여 터빈 보호와 성능 보장을 한다.

수소 1kg의 증기를 완전 복수시키면 5400 kcal의 증발열을 얻는다.
수소 1kg이 완전연소하면 물(H₂O) $9\ \mathrm{kg}$이 생성되며, 이는 수소와 물의 분자량 비 $2:18=1:9$에서 나온 값이다.
수증기가 액체로 완전히 응축될 때 방출하는 증발잠열은 $1\ \mathrm{kg}$당 약 $600\ \mathrm{kcal}$이므로, 총 증발열은 $9\ \mathrm{kg}\times 600\ \mathrm{kcal/kg}=5400\ \mathrm{kcal}$가 된다.
이 $600(9H)$ 형태의 항은 고위발열량을 저위발열량으로 환산할 때 수소 연소로 생긴 수분의 증발열을 빼주는 계산과 같은 근거에서 나온 값이다.

SI 단위계의 기본단위는 길이(m), 질량(kg), 시간(s), 전류(A), 열역학적 온도(K), 물질량(mol), 광도(cd)의 7개이다.
압력은 힘을 면적으로 나눈 값($\mathrm{N/m^2}$)으로 정의되는 유도단위이므로, 기본단위에는 포함되지 않는다.

보일러 열정산에서 입열과 출열은 반드시 같아야 한다는 것이 기본 원리다.
보일러 열정산은 에너지 보존 법칙을 적용한 것으로, 입열은 연료의 발열량이고 출열은 증기 생성에 사용된 열 + 모든 손실열이다.
방열손실로 입열이 항상 크다 — 오류로, 방열손실은 출열의 구성요소이므로 입열을 크게 하는 것이 아니라 입열의 일부를 차지한다.
열효율 증대장치로 출열이 항상 크다 — 오류로, 열교환기 등 열효율 증대장치는 효율을 높여 손실을 줄일 뿐 출열 자체를 크게 하지 않는다.
연소효율에 따라 입열과 출열이 다르다 — 연소효율이 낮으면 미연소 손실이 커져 유효 입열이 감소하지만, 열정산식 자체는 여전히 입열=출열의 관계를 유지하므로 오류다.

광전관식 온도계는 대략 700~3000℃ 범위의 고온 측정에 주로 사용된다.
광전관(광전소자)을 이용해 물체가 방사하는 빛(방사에너지)의 세기를 검출하여 온도를 측정한다.
이는 접촉식으로는 측정이 어려운 초고온 영역을 비접촉으로 측정할 수 있다는 방사온도계 계열의 공통적인 장점에서 비롯된다.

계통오차는 측정기기의 눈금 오차, 온도·압력 등 환경조건, 측정방법 등 일정한 원인이 반복적으로 작용해 발생하는 오차로, 같은 조건에서 반복 측정하면 항상 비슷한 방향과 크기로 나타나는 특징이 있다.
우연오차는 원인을 특정하기 어려운 우연적 요인에 의해 무작위로 발생하는 오차이고, 과실오차는 측정자의 부주의로 인한 오독·오기 등에서 비롯되는 오차로, 이들은 "일정한 원인에 의해 규칙적으로 생기는 오차"라는 설명과는 성격이 다르다.

비교부는 측정값을 목표값(기준입력)과 비교하므로, 조작량과 비교한다는 설명이 틀렸다.
비교부는 검출부가 보낸 제어량의 측정값을 목표값과 비교하여 그 차이인 편차(동작신호)를 만드는 부분이다. 조작량은 조절부가 만든 신호를 받아 조작부가 제어대상에 가하는 양이므로 비교의 대상이 아니다.
제어량·외란·블록선도의 설명은 모두 표준 정의에 맞다.

유속은 약 3.13 m/s이다.
피토관으로 측정한 유속은 동압에 해당하는 마노미터 수주 높이를 이용해 $V = \sqrt{2gh}$ 식으로 구할 수 있다.
수주 높이 $h = 0.5\ \mathrm{m}$를 대입하면 $V = \sqrt{2 \times 9.8 \times 0.5} = \sqrt{9.8} \approx 3.13\ \mathrm{m/s}$가 된다.

절대압은 약 0.08 kg/cm²·a이다.
표준대기압을 760mmHg(≈1.033kg/cm²·a)로 두면, 진공도 700mmHg는 $\dfrac{700}{760}\times1.033\approx0.951\,\mathrm{kg/cm^2}$에 해당한다.
절대압은 대기압에서 진공도를 뺀 값이므로 $1.033-0.951\approx0.08\,\mathrm{kg/cm^2\cdot a}$로 계산된다.

제어편차는 목표값(설정값)과 제어량(현재값)의 차이이므로, 목표치에 제어량을 더한 값이라는 서술은 편차의 정의를 벗어난다.
두 값을 더하는 것이 아니라 빼서 그 차이를 구하는 개념이다. 측정량과 양의 설명은 계측 용어의 일반적인 정의와 일치한다.
측정량 — 측정하고자 하는 물리량을 뜻한다.
양 — 수치와 기준으로 크기를 나타낼 수 있는 성질을 가리킨다.

측정할 때마다 값이 흩어져 나타나고 원인을 특정하기 어려운 오차는 우연오차이다.
우연오차는 통계적으로 분산되어 나타나며 평균·표준편차 등으로 다룬다.
계통적 오차 — 일정한 방향과 크기로 반복되는 오차이다.
과오에 의한 오차 — 측정자의 실수에서 비롯된다.
계기 오차 — 계측기 자체의 고유한 오차로 우연오차와는 성격이 다르다.

힘(F)·길이(L)·시간(T)을 기본량으로 하여 질량을 유도량으로 나타내는 단위계는 중력단위계(공학단위계)이다.
단위계는 기본량으로 무엇을 잡는지에 따라 나뉜다. 질량(M)·길이(L)·시간(T)을 기본량으로 하면 절대단위계이고, 중력단위계에서는 질량을 $\mathrm{kgf\cdot s^2/m}$처럼 유도량으로 나타낸다.
CGS 단위계는 cm·g·s를, 국제단위계(SI)는 m·kg·s를 기본으로 하는 절대단위계의 종류이므로 질량이 기본량이다.

열효율은 설비에 공급한 전체 열량(입열) 중 목적에 유효하게 이용된 열량(유효 출열)이 차지하는 비율이다.
열정산에서 입열은 유효 출열과 손실열의 합이므로, 열효율은 1에서 손실열 비율을 뺀 값과 같다.
공급 열량에 대한 손실 열량의 비 — 열손실률이다.
유효 열량에 대한 공급 열량의 비 — 분모·분자가 뒤바뀌어 1보다 커진다.
연료 발열량에 대한 연소실 발생 열량의 비 — 연소효율이다.

점도가 클 것이라는 조건은 U자관 압력계 액주의 구비조건과 반대된다.
U자관 압력계에 쓰이는 액주는 압력 변화에 신속하게 반응해야 하므로 점도가 작아야 응답성이 좋고, 점도가 크면 액주의 움직임이 둔해져 정확한 측정이 어려워진다.
나머지는 모두 실제 액주가 갖추어야 할 조건이다.
열팽창계수가 작을 것 — 온도에 따른 오차가 적다.
모세관현상이 적을 것 — 표시값 왜곡이 없다.
화학적으로 안정될 것 — 변질되지 않는다.

액면(액위) 측정에는 압력차를 이용하는 액압측정식, 전극 사이의 정전용량 변화를 이용하는 정전용량식, 부력을 이용하는 부자식(플로트식) 등이 사용된다.
박막식(다이어프램식)은 격막의 변위나 압력을 검출하는 압력계에 주로 쓰이는 방식으로, 액면 측정방법으로 분류되지 않는다.

상당증발량은 실제 발생증기의 상태와 관계없이, 보일러가 낸 열량을 기준으로 환산하여 "표준상태에서 얼마만큼의 증기를 발생시킬 수 있는가"를 나타내는 지표이다. 표준상태는 표준대기압하에서 100℃의 포화수를 100℃의 포화증기로 증발시키는 조건으로 정의된다.
이는 물의 증발잠열(약 539kcal/kg)을 기준으로 실제 발생열량을 나눈 값에 해당하며, 급수온도가 100℃가 아니거나 발생증기가 포화증기가 아닌 경우에도 서로 다른 보일러의 증발능력을 동일한 기준으로 비교할 수 있게 해준다.

오르자트식, 헴펠식, 자동화학식 CO2계는 모두 시료 가스를 특정 흡수액과 화학반응(흡수)시켜 흡수 전후의 부피 변화로 성분을 정량하는 화학적 가스분석계이다.
밀도식 CO2계는 가스 성분에 따른 밀도(비중) 차이라는 물리적 성질을 이용해 CO2 농도를 구하는 방식으로, 화학반응을 이용하지 않는 물리적 가스분석계에 해당한다.

스케일은 전열을 방해하는 물질이므로 부착되면 전열면 온도가 상승하고 전열량이 저하되며, 관 내부를 좁혀 보일러수의 순환을 방해한다.
수격현상(워터해머)은 응축수가 증기와 부딪치며 발생하는 별개의 현상으로, 스케일 부착과는 직접적인 관계가 없다.

밸브를 미는 용수철의 힘이 균일한 것은 안전밸브가 정상적으로 작동하는 상태를 뜻하므로, 누설의 원인이 될 수 없다.
밸브시트에 이물질이 부착되거나 연마면이 불량한 경우, 용수철의 장력이 부족한 경우는 모두 시트와 디스크가 완전히 밀착되지 못해 누설을 일으키는 실제 원인이다.

에너지이용 합리화법령상 개조검사는 증기보일러를 온수보일러로 변경하거나, 연료 또는 연소방법을 변경하는 등 검사대상기기의 구조·사용 방식을 바꾸는 경우에 받아야 하는 검사이다.
구조검사와 설치검사는 제작·설치 단계에서 받는 검사이고, 계속사용성능검사는 정기적인 사용 중 검사에 해당하므로 연료·연소방법 변경 시 받아야 하는 검사와는 대상이 다르다.

플랜지 이음은 볼트로 체결하므로 분해·조립이 필요한 밸브, 펌프, 열교환기 등의 접속부에 사용된다.
나머지 이음쇠는 쓰임이 달라 분해·조립 용도와는 다르다.
벤드 — 배관의 방향 전환에 쓰인다.
리듀셔 — 관경 축소에 쓰인다.
슬리브 — 관의 신축 흡수에 쓰인다.

가성취화의 발생 위치는 수면하부(수위 이하)이므로, 수면상부의 리벳과 리벳 사이에 발생하기 쉽다는 설명이 오류다.
가성취화(caustic embrittlement)는 고압보일러에서 알칼리 농도가 높을 때 발생하며, 주로 수면하부의 리벳과 리벳 사이, 관구멍 등 응력이 집중되고 틈이 많은 곳에서 생긴다.
나머지 설명은 맞다.
알칼리 농도가 높은 경우 — 발생 조건을 맞게 설명했다.
관구멍 등 응력 집중부 — 응력 집중부와 틈이 많은 곳이 발생 부위라는 정확한 설명이다.
미세한 방사상 형태 — 가성취화의 외관 특징을 올바르게 묘사했다.

터널요(tunnel kiln)는 원료를 실은 대차가 긴 터널 형태의 가마를 이동하면서 소성되는 연속식 요로, 구간이 예열대 → 소성대 → 냉각대의 순서로 구성된다.
건조는 소성 이전에 별도의 건조실(건조기)에서 이루어지는 공정이며, 터널요 자체의 구성 구간(대)에는 포함되지 않는다.

재생식(축열식) 공기예열기는 전열요소(엘리먼트)가 회전하면서 한쪽에서는 배기가스의 열을 축적하고, 반대쪽으로 돌아가 그 열을 연소용 공기에 넘겨주는 구조이다. 이 회전 재생식의 대표 형식이 융그스트룸식(Ljungström)으로, 일반 대형 보일러에 주로 채택된다.
판형식과 관형식은 전열면이 고정되어 가스와 공기가 격벽을 사이에 두고 열을 주고받는 전열식(도열식) 예열기여서 원리가 다르고, 엘레멘트 조립식은 전열요소를 조립한 구조를 가리킬 뿐 대형 보일러용 재생식 예열기의 형식 명칭으로 쓰이지 않는다.

전열면적은 약 14.06 m²이며, 대향류의 대수평균온도차(LMTD)로 구한다.
온도차는 $\Delta T_1=260-110=150\,{}^{\circ}\mathrm{C}$(가열유체 입구-수열유체 출구), $\Delta T_2=120-70=50\,{}^{\circ}\mathrm{C}$(가열유체 출구-수열유체 입구)이므로
$\mathrm{LMTD}=\dfrac{150-50}{\ln(150/50)}\approx 91.0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$이다.
열전달식 $Q=K\,A\,\mathrm{LMTD}$를 전열면적에 대해 풀면
$A=\dfrac{Q}{K\times \mathrm{LMTD}}=\dfrac{160000\,\mathrm{W}}{125\,\mathrm{W/(m^2\cdot {}^{\circ}\mathrm{C})}\times 91.0\,{}^{\circ}\mathrm{C}}\approx 14.06\,\mathrm{m^2}$가 된다.

평면벽 전도 식으로 구하면 필요한 노벽 두께는 25 cm이다.
평면벽의 전열식 $Q=\dfrac{kA\Delta t}{L}$을 두께에 대해 정리하면 $L=\dfrac{kA\Delta t}{Q}$이다.
열손실을 $Q=1440\ \mathrm{kJ/h}=400\ \mathrm{W}$로 환산하고 $k=0.1\ \mathrm{W/m\cdot^\circ\!C}$, $A=1\ \mathrm{m^2}$, $\Delta t=1200-200=1000^\circ\!C$를 대입하면
$L=\dfrac{0.1\times1\times1000}{400}=0.25\ \mathrm{m}=25\ \mathrm{cm}$가 된다.

레스트레인트는 배관의 열팽창·수축에 의한 이동을 구속하여 신축이음이나 접속 기기에 무리한 힘이 전달되지 않도록 하는 지지장치로, 이동과 회전을 모두 구속하는 앵커, 일정 방향의 이동만 제한하는 스토퍼, 축방향 이동은 허용하면서 회전이나 축과 직각 방향의 이동을 구속하는 가이드가 이에 속한다.
브레이스(brace)는 펌프·압축기의 진동이나 수격작용·지진 등에 의한 배관계의 흔들림을 방지·완충하기 위한 장치(방진기·완충기)로, 열팽창에 의한 이동 자체를 구속하는 레스트레인트에는 해당하지 않는다.

용접두께는 12 mm로 하여야 하며, 용접 이음효율 식으로 구한다.
이음효율은 용접부가 낼 수 있는 강도와 모재(강판) 강도의 비로 정의되며, $\eta = \dfrac{\sigma_w \times t_w}{\sigma_a \times t}$로 나타낼 수 있다.
허용인장응력 $\sigma_a = 10\ \mathrm{kgf/mm^2}$, 강판 두께 $t = 12\ \mathrm{mm}$, 이음효율 $\eta=0.8$, 용접부 허용응력 $\sigma_w = 8\ \mathrm{kgf/mm^2}$이므로
$t_w = \dfrac{\eta \times \sigma_a \times t}{\sigma_w} = \dfrac{0.8 \times 10 \times 12}{8} = 12\ \mathrm{mm}$가 된다.

금속 특유의 복사열 반사 특성을 이용한 대표적인 금속질 보온재는 알루미늄 박이다.
알루미늄 박은 표면이 매끄럽고 반사율이 높아 복사에 의한 열전달을 차단하는 데 효과적인 금속질 보온재로 쓰인다.
세라믹 화이버, 실리카 화이버, 규산칼슘은 모두 섬유질·무기질계 단열재로 반사가 아닌 전도·대류 차단 위주의 보온재이다.

세 층 벽의 열손실은 약 916 W/m²이며, 각 층 열저항(두께/열전도율)의 합으로 계산한다.
세 층으로 이루어진 벽을 통한 정상상태 전도에서 열유동 저항은
$R = \dfrac{0.24}{1.4} + \dfrac{0.10}{0.17} + \dfrac{0.15}{1.2} \approx 0.171 + 0.588 + 0.125 = 0.885\ \mathrm{m^2\cdot K/W}$
안팎 표면온도차는 $900-90=810\ ^\circ\mathrm{C}$이므로
$q = \dfrac{\Delta T}{R} = \dfrac{810}{0.885} \approx 916\ \mathrm{W/m^2}$로 계산된다.

큐폴라(용선로)는 코크스를 열원으로 주철을 연속·대량 용해하는 데 알맞은 주물용 용해로이다.
원통형 노 안에 코크스와 지금(선철·고철)을 층층이 넣고 송풍하여 주철을 녹이며, 열효율이 좋고 용해 속도가 빠르고 규격은 시간당 용해량(t/h)으로 나타낸다.
제강로 — 큐폴라는 강을 만드는 제강로가 아니다.
황·인 혼입 — 코크스와 지금이 직접 접촉하므로 탄소·황·인이 용탕에 섞여 질이 떨어지는 단점이 있다.
비철합금 소량 용해 — 도가니로가 쓰인다.

술저(Sulzer) 보일러는 급수펌프로 압송된 급수가 관을 통과하며 예열→증발→과열의 전 과정을 거쳐 증기가 되는 대표적인 관류보일러이다.
라몬트·벨럭스 보일러는 강제순환식, 타쿠마 보일러는 자연순환식 수관보일러로 관류보일러와는 형식이 다르다.

소결로는 분광(粉鑛)에 코크스 분말과 석회석을 섞어 가열하여 표면을 녹여 붙임으로써 고로 장입에 적합한 괴상(소결광)으로 만드는 노이다.
나머지 노는 용도가 다르다.
배소로 — 광석을 용융점 이하로 가열해 결합수·탄산염을 분해하고 유해성분을 제거하거나 산화도를 바꾸는 노이다.
균열로 — 강괴를 압연 전에 균일한 온도로 가열하는 노이다.
큐폴라 — 주철을 녹이는 용해로이다.

절탄기(이코노마이저)는 굴뚝으로 빠져나가는 배기가스의 폐열을 이용해 보일러로 들어가는 급수를 예열하는 장치로, 연료 공급을 분배해 완전연소를 돕는 장치가 아니다.
공기예열기는 배기가스로 연소용 공기를 예열하는 장치, 과열기는 포화증기를 가열해 과열증기로 만드는 장치, 재열기는 원동기에서 팽창해 습해진 증기를 재가열하는 장치로 모두 옳은 설명이다.

검사대상기기설치자가 시·도지사에게 신고해야 하는 경우는 검사대상기기를 폐기한 경우, 사용을 중지한 경우, 설치자가 변경된 경우 등이며, 단순히 정비한 경우는 신고 대상이 아니다.
정비·수리는 검사대상기기의 존속·사용 상태 자체가 바뀌는 것이 아니므로, 설치·폐기·중지·변경처럼 시·도지사가 파악해야 할 상태 변화로 취급하지 않는다.

열전도율이 큰 순서는 구리, 알루미늄, 철, 물, 고무 순이다.
대표적인 재료의 열전도율은 구리 > 알루미늄 > 철(강) 순으로 크고, 액체인 물과 비금속인 고무는 금속에 비해 훨씬 작으며 그중에서도 물이 고무에 비해 열전도율이 크다.
알루미늄을 구리 앞에 세우거나 고무를 물 앞에 세우는 나머지 나열은 실제 물성값과 맞지 않는다.

압축접합(플레어 접합)은 주로 동관이나 소구경 튜브류의 접합에 사용되는 방식으로, 배관용 탄소강관의 일반적인 접합방식으로는 보기 어렵다.
배관용 탄소강관(SPP 등)의 대표적인 접합방식은 나사접합, 용접접합, 플랜지접합이며, 관경이나 용도에 따라 선택해 사용한다.

화학세관에서 사용하는 초산(아세트산), 구연산(시트르산), 옥살산은 모두 유기산에 해당한다.
반면 인산은 무기산으로 분류되므로, 화학세관용 유기산에는 해당하지 않는다.

2년 이하의 징역 또는 2천만원 이하의 벌금은 에너지이용 합리화법의 벌칙 중 가장 무거운 축에 속하며, 정부가 수급 안정을 위해 부과한 에너지 저장의무와 같은 핵심 의무를 이행하지 않은 경우에 적용된다.
검사대상기기 관련 위반은 이보다 가벼워, 사용정지 명령 위반이나 무검사 사용은 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금, 검사대상기기관리자 미선임은 1천만원 이하의 벌금으로 규율된다.

보일러 급수 중 철염 제거에는 폭기법이 가장 적합하다.
급수 중에 녹아 있는 철분(철염)은 공기와 접촉시켜 산화철(수산화철) 형태로 산화·석출시킨 뒤 여과·침전으로 제거하는 폭기법이 대표적인 처리 방법이다.
탈기법 — 용존산소·탄산가스 등 가스 성분을 제거하는 방법이다.
가열법 — 중탄산염에 의한 일시경도를 침전시켜 제거하는 방법이다.
이온교환법 — 주로 칼슘·마그네슘 등 경도 성분을 제거하는 방법이다.

과잉공기를 많게 하여 완전연소가 되도록 한다는 설명은 증기 사용 중 유의해야 할 사항으로 적절하지 않다.
연소 시 과잉공기를 지나치게 많게 하면 배기가스에 의한 열손실이 커져 오히려 열효율이 떨어진다.
수면계 수위를 상용수위로 유지하고, 배기가스 온도의 급상승 여부를 확인하며, 일정 압력을 유지하도록 연소량을 가감하는 것은 증기 사용 중 지켜야 할 올바른 유의사항이다.

에너지다소비사업자는 연료·열 및 전력의 연간 사용량 합계가 2천 티오이(TOE) 이상인 자이다.
근거는 에너지이용 합리화법 시행령 제35조로, 연간 에너지사용량이 이 기준량 이상이면 에너지사용량 신고 등 의무를 진다.

연료유의 예열온도가 낮으면 점도가 높은 상태로 분무되어 무화가 불량해지고, 이로 인해 화염이 한쪽으로 치우치는 화염의 편류와 불완전연소에 따른 그을음·분진이 발생하기 쉽다.
반면 기름의 열분해(탄화)는 예열온도가 지나치게 높을 때 발생하는 현상으로, 예열온도가 낮을 때 나타나는 현상과는 반대되므로 해당하지 않는다.

증기난방 시스템의 환수관(응축수 배관)에서 관경이 가늘어질 때 편심 리듀서를 사용하는 이유는 응축수의 체류를 방지하기 위함이다.
환수관은 중력에 의해 응축수가 흘러내려야 하는데, 동심 리듀서를 사용하면 관경 변화 지점에서 응축수가 고이는 주머니 형태가 생겨 물이 정체된다. 반면 편심 리듀서는 한쪽을 높게 기울여 배치하므로 응축수가 연속적으로 흘러내릴 수 있는 흐름을 확보하여, 응축수 배출이 원활해지고 부식, 수격음 등의 문제를 예방할 수 있다.

개발제한구역(그린벨트) 개발사업은 열거 목록에 들어 있지 않으므로 에너지사용계획 제출 대상사업이 아니다.
에너지사용계획을 수립하여 제출해야 하는 대상사업에는 도시개발사업, 산업단지개발사업, 에너지개발사업, 항만건설사업, 철도건설사업, 공항건설사업, 관광단지개발사업 등 일정 규모 이상의 개발·건설사업이 열거되어 있다.

증기를 송기할 때는 증기헤더의 드레인 밸브를 열어 배관 내 응축수를 먼저 빼고, 주증기 밸브를 조금씩 단계적으로 열어 배관을 서서히 데운 뒤, 완전히 연 다음 살짝 되돌려 놓는 순서로 진행한다.
배관을 데우기 위해 다량의 증기를 한꺼번에 급격히 보내는 것은 급격한 온도 상승에 따른 배관 팽창과 수격작용을 일으킬 위험이 있어 잘못된 조작 방법이다.

보일러 급수 중의 스케일은 물에 잘 녹아 세척이 비교적 쉬운 연질 스케일(탄산칼슘, 탄산마그네슘, 수산화칼슘 등)과 단단하게 굳어 제거가 어려운 경질 스케일로 나뉜다.
이 중 황산칼슘(CaSO₄)은 온도가 높아질수록 용해도가 오히려 낮아져 전열면에 단단하게 부착되는 대표적인 경질스케일 성분이다.

보일러 내부 청소에는 알칼리 세정제인 수산화나트륨(가성소다) 수용액이 널리 사용된다.
보일러 내부(관수 계통)의 스케일이나 유지분 등 오염물을 화학적으로 제거할 때, 알칼리 세관은 유지류를 비누화하고 스케일 성분을 연화시켜 제거를 돕는다.
나머지 물질은 보일러 내부 청소용으로 적합하지 않다.
염화나트륨 — 단순한 염류로 세정 효과가 거의 없다.
질소 — 불활성 기체로 보존용 봉입에 쓰인다.
유황 — 오히려 부식을 유발할 수 있는 물질이다.

보일러수 분출(blow down)의 목적은 관수 중 불순물 농도를 낮추는 데 있다. 지속적인 급수로 농축되는 관수의 농축을 방지하고, 슬러지·스케일 성분을 계 밖으로 배출하여 전열면의 스케일 생성을 방지하며, 약품 주입과 함께 관수의 pH를 적정 범위로 조절하는 것이 모두 분출의 목적에 해당한다.
그러나 분출은 보일러수를 계 밖으로 빼내는 조작이어서 오히려 수위를 낮추는 방향으로 작용하므로, 저수위 운전을 방지하는 것과는 관계가 없다. 저수위 방지는 급수 관리의 영역이지 분출의 목적이 아니다.

에너지이용 합리화법에 따라 검사대상기기 설치자는 관리자가 해임되거나 퇴직하기 이전에 다른 검사대상기기관리자를 미리 선임해야 한다.
이는 검사대상기기 관리에 공백이 생기지 않도록 하기 위한 규정으로, 해임·퇴직 후 일정 기간 내에 선임하도록 하는 사후 선임 방식과는 다르다.

아황산나트륨(Na2SO3)은 산소와 반응하여 황산나트륨이 되는 탈산소제로, 히드라진·탄닌과 함께 화학적 방법에 속한다.
용존산소 제거법은 기체의 용해도를 낮추거나 분압차로 빼내는 물리적 방법과, 약품을 넣어 산소를 화학적으로 결합시키는 화학적 방법으로 나뉜다.
진공식 탈기법 — 감압으로 용해도를 떨어뜨리는 물리적 방법이다.
가열식 탈기법 — 온도를 높여 용해도를 떨어뜨리는 물리적 방법이다.
막분리식 탈기법 — 기체투과막 양쪽의 분압차로 산소를 빼내는 물리적 방법이다.

배관 내를 흐르는 유체의 속도를 밸브의 급격한 개폐 등으로 순간적으로 변화시킬 때 생기는 현상은 수격작용(water hammer)이다.
유체의 운동에너지가 압력파로 바뀌어 배관에 충격을 주는 것으로, 나머지 현상과는 발생 메커니즘이 다르다.
캐비테이션 — 유체 압력이 포화증기압 이하로 떨어져 기포가 생겼다 소멸하는 현상이다.
맥동현상 — 압력·유량이 주기적으로 진동하는 현상이다.
포밍 — 보일러수 표면에 거품이 이는 현상이다.

보일러 운전 종료 후 노내와 연도에 남아있는 미연소 가연성 가스를 안전하게 배출하는 작업은 포스트 퍼지(post-purge)이다.
포스트 퍼지는 연소 후 단계에서 연소실과 배기경로의 잔존 가연성 가스를 공기로 치환·배출하여 다시 점화될 위험을 제거하는 보일러 안전장치다.
프리 퍼지(pre-purge) — 점화 전 공기를 공급하는 과정이다.
페일 세이프 — 고장·오류 발생 시 안전 상태로의 자동복귀 개념으로 구체적 작업명이 아니다.
풀 프루프 — 조작오류 방지 개념으로 구체적 작업명이 아니다.

수분이 많은 연료를 사용하면 연소가 불안정해지고 불완전연소가 촉진되어 가마울림을 오히려 유발하므로, 방지 대책이 아니라 원인에 가깝다.
가마울림(연소실 공명·맥동연소) 현상을 막으려면 2차 공기의 가열과 통풍 조절을 개선하고, 연소실·연도 구조를 적절히 개조하며, 연소실 내에서 완전연소가 이루어지도록 해야 한다.

에너지다소비사업자는 매년 1월 31일까지 전년도의 에너지사용량·제품생산량 등 에너지이용 합리화 실적, 해당 연도의 에너지사용 예정량, 에너지사용기자재의 현황 등을 신고해야 한다.
수지계산서는 재무적 성격의 자료로 에너지이용 합리화법상 신고 대상 항목에 포함되지 않는다.

에너지이용 합리화법은 검사에 합격하지 아니한 검사대상기기를 사용한 자에 대해 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금에 처하도록 규정하고 있다.
그 밖의 더 무겁거나 가벼운 벌칙 기준(2년/2천만원, 3천만원 이하 벌금, 5백만원 이하 벌금)은 다른 위반행위에 대해 적용되는 기준으로, 이 문항이 묻는 위반행위의 벌칙과는 다르다.

공작 시공 및 사용재료의 불량은 보일러를 만드는 제작 단계의 문제이므로, 취급상의 원인이 아니라 제작상의 원인으로 분류된다.
취급상의 원인은 운전자의 조작·관리 소홀에서 비롯되는 것으로, 저수위 운전에 따른 파열, 급수처리 불량에 따른 내부 부식, 관수 농축이나 스케일 부착으로 인한 과열 등이 해당한다.