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

부피와 온도가 고정되면 압력은 질량에 비례하므로 탱크 내 공기압력은 855 kPa가 된다.
탱크 내부의 온도가 일정하게 유지되는 등온 과정이므로 이상기체 상태방정식 $PV = mRT$에서 부피와 온도가 고정된다.
공기 1kg을 빼내면 질량이 20kg에서 19kg으로 줄어들므로, 압력도
$900\,\mathrm{kPa} \times \dfrac{19}{20} = 855\,\mathrm{kPa}$로 감소한다.

정압과정이므로 정압비열로 구하면 필요한 열량은 250 kJ이다.
압력이 일정한 정압과정에서 가열에 필요한 열량은 $Q = m\,C_p\,\Delta T$로 구한다.
질량 0.5kg, 정압비열 5kJ/kg·K, 온도차 $150-50=100\,\mathrm{K}$를 대입하면
$Q = 0.5\times 5\times 100 = 250\,\mathrm{kJ}$이다.

전기집진기는 압력손실이 작은 것이 대표적인 장점이므로, 압력손실이 크다는 설명은 옳지 않다.
전기식 집진장치(전기집진기)는 집진효율이 90~99.5%로 매우 높고 미세입자까지 포집할 수 있지만, 이를 위해 고전압장치와 정전(하전)설비가 필요하다.
가스가 넓은 통로를 지나며 정전기력으로 입자만 끌어당기는 방식이라 여과식이나 세정식에 비해 통풍 저항이 훨씬 적고 송풍동력도 절감된다.

일정한 온도·압력에서 일어나는 상변화이므로 엔트로피 변화는 약 109 kJ/K이다.
물의 분자량은 18이므로 1kmol의 질량은 18kg이고, 이를 모두 기화시키는 데 필요한 열량은 $Q = 18 \times 2257 = 40626\ \mathrm{kJ}$이다.
100℃는 절대온도로 $373\ \mathrm{K}$이므로
$\Delta S = \dfrac{Q}{T} = \dfrac{40626}{373} \approx 109\ \mathrm{kJ/K}$이다.

근본 원인은 마찰과 유한 온도차 전열에 따른 엔트로피 생성이다.
실제 사이클에는 유체 마찰, 유한한 온도차를 두고 일어나는 열전달, 급격한 팽창·압축, 교축 같은 비가역 과정이 들어 있고, 이들은 모두 엔트로피를 새로 만들어 낸다.
생성된 엔트로피만큼 저열원으로 버려야 하는 열이 늘어나므로 같은 온도 범위의 가역 사이클(카르노 효율)에 비해 효율이 낮아진다.
두 열원의 온도차 — 열기관이 일을 얻기 위한 전제 조건이다.
비열의 온도 의존성 — 효율 저하의 원인이 아니다.
질량 보존 — 효율 저하의 원인이 아니다.

누설되면 낮은 곳에 체류하여 인화·폭발 위험을 높이는 가스는 프로판이다.
프로판은 분자량이 약 44로 공기(평균 분자량 약 29)에 비해 무거워 비중이 1을 넘으며, 이 때문에 누설되면 위로 확산되지 않는다.
수소 — 공기에 비해 가벼워 위로 확산된다.
메탄 — 공기에 비해 가벼워 위로 확산된다.
일산화탄소 — 공기와 비중이 거의 비슷해 낮은 곳에 고이는 현상과는 거리가 멀다.

증발잠열은 같은 압력에서 건포화증기와 포화액의 비엔탈피 차와 같다.
증발잠열은 일정한 압력에서 포화액 1 kg이 온도 변화 없이 건포화증기로 상변화하는 데 필요한 열량이므로, 그 압력에서의 건포화증기 비엔탈피 $h''$와 포화액 비엔탈피 $h'$의 차 $h''-h'$이다.
포화압력(포화온도)이 높아지면 포화액과 건포화증기의 상태가 서로 가까워져 증발잠열은 감소하고, 임계점(약 22.1 MPa, 374℃)에서는 두 상의 구별이 없어져 증발잠열이 0이 된다. 또 상변화 중 온도가 변하지 않으므로 현열이 아니라 잠열이다.

고위발열량이 가장 큰 기체연료는 천연가스이다.
천연가스는 주성분이 메탄(CH₄)으로 단위 체적당 발열량이 매우 높아, 고로가스나 수성가스, 석탄가스 등 다른 기체연료에 비해 고위발열량이 가장 크다.
고로가스 — 불연성분인 질소 비중이 커서 발열량이 매우 낮다.
수성가스 — 천연가스에 비해 상대적으로 발열량이 낮은 편이다.
석탄가스 — 천연가스에 비해 상대적으로 발열량이 낮은 편이다.

카르노 열기관의 효율은 고온부 온도(θ1)와 저온부 온도(θ2)만의 함수로 $\eta = 1 - \dfrac{\theta_2}{\theta_1}$로 표시된다.
이는 저온부로 버려지는 열의 비율을 1에서 뺀 형태이며, 온도차를 저온부 온도로 나눈 형태나 두 온도의 비만으로 표시한 형태는 부호가 맞지 않거나 1을 넘게 되어 효율식이 될 수 없다.

랭킨사이클은 펌프(급수 승압) → 보일러(정압가열, 증기 발생) → 터빈(단열팽창, 일 생산) → 응축기(정압방열, 응축)의 순서로 순환하는 증기동력사이클이다.
펌프에서 압축된 물이 보일러에서 고온고압 증기로 바뀌고, 이 증기가 터빈을 돌려 일을 한 뒤 응축기에서 다시 물로 응축되어 펌프로 되돌아가는 흐름이 기본 구성이다.

과열증기는 건포화증기를 일정한 압력(등압) 상태로 유지한 채 추가로 가열하여 온도만 상승시킨 증기를 말한다.
압력이 일정하므로 포화온도를 넘어서더라도 응축되지 않고 과열도만큼 온도가 올라간다.
압력을 함께 상승시키거나 압축을 가하는 방식은 과열증기의 정의와는 다르며, 핵심은 어디까지나 정압 조건에서의 온도 상승에 있다.

연소가스 중 산소 부피비는 약 10.1%이며, 습연소가스 총량을 기준으로 구한다.
옥테인(C8H18)의 완전연소 반응은 $\mathrm{C_8H_{18}} + 12.5\,\mathrm{O_2} \rightarrow 8\mathrm{CO_2} + 9\mathrm{H_2O}$ 이므로 이론산소량은 연료 1mol당 12.5mol이다.
이론공기의 2배를 공급하는 조건(공기비 m=2)이므로 실제 산소공급량은 $2 \times 12.5 = 25\,\mathrm{mol}$이고, 이 중 연소에 쓰이는 12.5mol을 빼면 배기가스에 남는 산소는 12.5mol이다.
이론공기량은 $A_o = 12.5/0.21 \approx 59.52\,\mathrm{mol}$이므로 실제공기량은 약 119.05mol이고, 질소는 $0.79\times119.05\approx94.05\,\mathrm{mol}$이다. 습연소가스 총량은 $8+9+94.05+12.5\approx123.5\,\mathrm{mol}$이므로
$12.5/123.5\approx10.1\%$가 된다.

가역 단열변화의 단열방정식은 $PV^k = C$ 이다.
이 식을 이상기체 상태식과 결합하면 다음 관계도 함께 성립한다.
$TV^{k-1} = C$
$TP^{\frac{1-k}{k}} = C$
따라서 $TV^k$, $PV^{k-1}$ 형태는 지수가 틀렸고, $PV = C$ 는 등온변화의 식이다.

유류 버너 중 유량 조절범위가 가장 큰 것은 고압기류식 버너로, 약 1:10이다.
고압의 공기나 증기로 기름을 무화하므로 유량을 크게 줄여도 무화가 잘 유지된다.
저압공기식 — 조절범위가 약 1:5~1:6 정도다.
회전식 — 조절범위가 약 1:5 정도다.
유압식 — 조절범위가 약 1:2 수준으로 가장 좁다.

“일과 열은 서로 변환될 수 있다”는 진술과 가장 관계가 깊은 것은 열역학 제1법칙이다.
열역학 제1법칙은 에너지 보존 법칙으로, 계에 가해진 열과 계가 하는 일, 내부에너지 변화 사이의 관계를 나타내며 열과 일이 서로 변환될 수 있음을 정량적으로 설명한다.
나머지 법칙은 이 진술과는 관련이 없다.
열역학 제2법칙 — 에너지 변환의 방향성(비가역성)을 다룬다.
줄의 법칙 — 전류에 의한 발열량을 다룬다.
푸리에의 법칙 — 열전도를 다룬다.

가역 단열과정의 온도–압력 관계식은 $T P^{(1-k)/k} = C$이며, 이는 흔히 $T^{k} P^{1-k} = C$로도 표현되는 동일한 관계식이다.
이상기체의 가역 단열과정에서는 $PV^{k} = C$와 $TV^{k-1} = C$가 동시에 성립하며, V를 압력에 대한 식으로 치환하여 부피 V를 소거하면 온도와 압력만의 관계식을 얻을 수 있다.
지수의 부호와 형태가 다른 나머지 선택지들은 이 유도 과정과 맞지 않는 잘못된 관계식이다.

보일러용 중유의 인화점은 약 60~150℃(A중유 60℃ 이상, C중유 70℃ 이상)이다.
중유는 원유 정제 후 남는 점도가 높은 잔류유로, 나머지 범위는 다른 석유제품에 해당한다.
영하 40℃ 전후 — 가솔린에 해당한다.
30~45℃대 — 등유·경유 하한에 해당한다.
250℃를 넘는 범위 — 윤활유급으로 중유의 인화점이 아니다.

진공도 90%에 해당하는 절대압력은 0.10332 ata이다.
표준대기압은 약 1.0332 ata(760mmHg)이며, 진공도는 대기압 대비 압력이 낮아진 비율을 의미한다.
진공도 90%란 절대압력이 대기압의 10%만 남은 상태이므로, 절대압력은
$1.0332 \times (1-0.9) = 0.10332\,\mathrm{ata}$가 된다.

등온 팽창 시 단위 질량당 엔트로피 변화는 약 0.6 kJ/(kg·K)이다.
등온과정에서 이상기체의 단위 질량당 엔트로피 변화는 $\Delta s = R\ln\dfrac{V_2}{V_1}$로 구할 수 있다.
부피가 10 L에서 100 L로 10배 늘었으므로
$\Delta s = 0.26\times\ln 10 \approx 0.26\times2.303\approx0.6\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$이 된다.

유동층 연소는 연료 입자와 모래·석회석 등의 층재(層材)를 아래에서 올려보내는 공기로 부상시켜 유동 상태로 연소시키는 방식이다.
수 mm 크기의 조분으로도 연소되므로 미분쇄가 필요 없고, 층 내 전열이 좋아 800~900℃의 저온 연소가 가능하여 질소산화물이 적으며, 층에 석회석을 넣으면 노 내 탈황도 된다.
다만 층 온도를 유지해야 하므로 부하변동에 대한 응답은 느리다.
미분탄 연소 — 200 mesh 정도로 미분쇄한 석탄을 공기와 함께 분사하여 1400℃ 이상에서 연소시키는 방식이다.
화격자 연소 — 화격자 위에 연료층을 두고 태우는 방식이다.
사이클론 연소 — 선회 기류 속에서 고온 용융 연소시키는 방식이다.

시정수에 비해 낭비시간이 짧을수록, 즉 L/T가 작을수록 조작의 효과가 빨리 나타나 외란에 즉시 대응할 수 있으므로 제어가 쉽다.
낭비시간은 조작량을 바꾼 뒤 제어량이 전혀 반응하지 않는 시간이고, 시정수는 반응이 시작된 뒤 최종값의 약 63.2%에 이르는 데 걸리는 시간이다.
반대로 L/T가 크면 조작 결과를 늦게 알게 되어 헌팅이 생기기 쉽고 제어가 어려워지므로, 비례동작만으로 충분하다는 설명도 옳지 않다.

유속식은 보일러 수위 검출방식이 아니라 유량 측정 방식에 해당한다.
보일러 수위제어 검출방식은 차압식, 전극식, 열팽창식 등이 표준적으로 사용된다.
차압식 — 보일러 내·외부의 압력 차이로 수위를 감지한다.
전극식 — 전도도 변화를 이용한다.
열팽창식 — 온도 변화에 따른 팽창을 감지한다.

제어계의 출력이 시간이 지나 일정한 값(정상상태)에 도달한 이후의 특성을 정상특성이라 한다.
나머지는 출력이 안정된 이후만을 가리키는 정상특성과는 구분되는 개념이다.
과도특성 — 입력이 가해진 직후부터 정상상태에 이르기까지의 변화 과정을 나타내는 특성이다.
스텝특성 — 계단상 입력을 가했을 때의 응답을 다룬다.
주파수응답 — 정현파 입력에 대한 출력 특성을 다룬다.

1N은 질량 1kg의 물체에 가속도 1m/s²이 생기게 하는 힘이다.
뉴턴(N)은 국제단위계(SI)의 힘의 단위로, $1\ \mathrm{N} = 1\ \mathrm{kg}\cdot\mathrm{m/s^2}$로 정의된다.
가속도를 1cm/s²으로 둔 설명은 크기가 1N의 100분의 1에 불과해 정의에 맞지 않고, 단위 면적에 작용하는 무게로 표현한 설명들은 힘이 아니라 응력(압력)의 개념이므로 1N의 정의가 될 수 없다.

세라믹식(지르코니아) O2계는 배기가스 중 산소 분압 차에 의한 기전력을 이용해 O2 농도를 연속적으로 측정하는 방식으로, 넓은 측정범위와 온도 유지를 위한 전기로가 필요하다는 점, 측정가스 유량·주위온도 변화의 영향이 적다는 점은 실제 특징에 해당한다.
반면 저농도 가연성가스 분석에 적합해 대기오염 관리 등에 쓰이는 것은 접촉연소식 가스분석계이며, 세라믹식은 산소 농도 측정용이므로 이 서술은 틀린 설명이다.

보일러 효율은 약 73.6%이며, 증기 생성에 소비된 열량 ÷ 연료의 총 발열량 × 100(%)으로 계산한다.
증기 생성에 필요한 열량은 시간당 발생 증기량에 엔탈피 차(발생증기 - 급수)를 곱한 값이고, 연료의 총 발열량은 시간당 연료량에 발열량을 곱한 값이다.
$Q_{\text{증기}} = 16000 \times (3023 - 92) = 16000 \times 2931 = 46,896,000 \text{ kJ/h}$
$Q_{\text{연료}} = 1600 \times 39800 = 63,680,000 \text{ kJ/h}$
따라서 보일러 효율은 $\eta = \frac{46,896,000}{63,680,000} \times 100 = 73.6\%$이다.

미분·비례·적분의 세 성분이 모두 나타났으므로 비례·적분·미분을 합친 P.I.D 동작이다.
그래프의 세로축은 조작량, 가로축은 시간이다. 편차가 생기면 조작량이 가파르게 치솟아 봉우리 모양의 첨두를 만들고, 곧바로 어떤 값까지 떨어진 뒤, 그 값에서 시간에 따라 완만한 직선으로 계속 증가하는 파형이다.
이 세 부분 중 처음에 솟았다가 사라지는 첨두는 편차의 변화속도에 반응하는 미분동작, 첨두가 가라앉은 뒤 남는 일정한 단차는 편차 크기에 비례하는 비례동작, 그 뒤로 시간에 비례해 계속 늘어나는 직선은 편차를 시간적분해 잔류편차를 없애는 적분동작에 대응한다.
미분 성분이 없으면 초기의 첨두가 생기지 않고, 적분 성분이 없으면 첨두 뒤에 직선 상승 없이 일정한 값에 머문다. 두 값 사이를 오가는 계단형 파형은 불연속 제어의 응답이다.

절대압력은 약 10480 kg/m²이며, 게이지압에 대기압을 더해 구한다.
개방형 마노미터로 측정한 150mmH₂O는 대기압을 기준으로 한 게이지압이다.
표준대기압을 기준(약 10332 kg/m²)으로 하면, 절대압력은 $10332 + 150 \approx 10480\,\mathrm{kg/m^2}$이 된다.

열전대 온도계는 두 금속 접점에서 발생하는 열기전력을 이용하는 접촉식 온도계로, 재질(백금-백금로듐 등)에 따라 높은 온도까지 견디며 응답이 비교적 빠르고 내구성이 좋아 보일러·가열로 등 공업 설비의 고온 계측에 널리 사용된다.
반면 유리 온도계와 압력 온도계(팽창식)는 사용 재료·봉입 유체의 특성상 측정 상한이 낮아 고온 영역에는 적합하지 않다. 방사 온도계는 비접촉으로 초고온이나 이동 물체를 측정할 때 쓰이지만, 접촉식 공업 계측기기로서 고온 측정에 가장 널리 적합한 것은 열전대이다.

습증기의 엔탈피는 hₓ = h + xr로 정의된다.
습증기(습한 증기)의 엔탈피는 포화액의 엔탈피와 기화된 부분의 엔탈피의 합이고, 건조도 x는 습증기 중 증기 상태의 질량 분율이므로 포화액의 엔탈피 h에 건조도 x와 증발잠열 r의 곱을 더한 형태가 된다.
hx = h + x — 단순히 건조도를 더한 식으로 차원이 맞지 않는다.
hx = h + r — 건조도를 반영하지 않는다.
hx = v + h + xr — 비체적 v가 엔탈피 식에 포함될 근거가 없다.

보일러 전열면적 1m²당 1시간에 발생되는 실제 증발량을 전열면의 증발율이라 한다.
단위면적당 실제로 증발되는 증기량(kg/m²·h)으로, 보일러의 가열 성능을 나타내는 기본 지표이다.
전열면의 출력 — 에너지량 개념으로 증발량 자체가 아니다.
전열면의 효율 — 비율 개념으로 증발량 자체가 아니다.
상당증발 효율 — 100℃ 포화수를 100℃ 포화증기로 만드는 기준으로 환산한 값이라 실제 증발량이 아니다.

면적식 유량계는 순간유량을 지시하는 순시 유량계이며, 유량을 누적하여 적산하는 적산용 유량계로는 적합하지 않으므로 이 설명이 틀린 내용이다.
면적식 유량계(로터미터)는 테이퍼관 속에서 부자(플로트)가 유량에 비례하여 상하로 움직이는 구조로, 점도가 높은 액체나 부식성 액체에도 비교적 잘 대응하며 눈금 간격이 균등하게 나타나는 특징이 있다.

보일러 열정산에서 입열 항목은 연료의 연소열, 연료의 현열, 연소용 공기의 현열(열량), 노내 분입증기의 보유열 등으로 구성된다.
발생증기의 흡수열량, 배기가스의 열량, 연소 잔재물이 갖는 열량은 모두 보일러에서 빠져나가는 출열 항목에 해당하므로 입열 항목과는 구분된다.

질량유량은 약 141.4 kg/s이며, 부피유량에 기름의 밀도를 곱해 구한다.
관의 단면적은 $A=\dfrac{\pi}{4}D^2=\dfrac{\pi}{4}\times(0.2)^2\approx0.0314\,\mathrm{m^2}$이고, 부피유량은
$Q=Av=0.0314\times5\approx0.157\,\mathrm{m^3/s}$이다.
기름의 밀도는 비중 0.9를 물의 밀도에 곱한 $900\,\mathrm{kg/m^3}$이므로, 질량유량은
$0.157\times900\approx141.4\,\mathrm{kg/s}$가 된다.

제어 기구요소에서 미세한 변위를 압력(배압) 신호로 바꾸는 역할은 노즐-플래퍼 기구가 담당하며, 스프링은 가해진 힘에 비례해 늘어나거나 줄어들면서 힘을 변위로 바꾸는 탄성요소이다. 따라서 스프링이 "노즐의 변위를 압력으로 변화시킨다"는 설명은 스프링 본연의 기능과 맞지 않는다.
파일럿 밸브는 작은 변위·유량 신호를 증폭해 큰 동력으로 전달하는 역할을 하고, 벨로즈는 주름통 구조로 압력을 변위로 바꾸며 스프링과 조합해 압력제한기·압력조절기 등에 쓰이고, 다이어프램은 얇은 박판이 외압에 따라 팽창·수축하며 압력변화를 위치변화로 바꾸는 요소로, 이 설명들은 모두 타당하다.

열정산에서 입열은 연료가 가지고 들어오는 열과 연소용 공기·연료 자체가 지닌 현열 등을 말하며, 공기의 현열, 연료의 현열, 연료의 발열량은 모두 입열 항목에 해당한다.
반면 연소 후 굴뚝으로 빠져나가는 배기가스의 현열은 유효하게 이용되지 못하고 계 밖으로 나가는 손실에 해당하므로 출열 항목으로 분류된다.

액주식 압력계에 쓰는 액체는 점성이 작아야 하므로 점성이 클 것은 틀린 조건이다.
액주식 압력계는 압력 변화에 따라 액주가 빠르게 움직여 지시값을 신속히 나타내야 한다.
열팽창계수가 작고 성분이 일정하며 모세관현상이 작아야 한다는 나머지 조건은 액주식 압력계용 액체가 갖춰야 할 올바른 요건이다.

보일러의 주요 손실열을 비교하면 배기가스에 의한 손실열이 가장 크다.
배기가스 손실은 연소 후 고온의 배기가스가 굴뚝으로 배출되면서 발생하는 현열 손실로, 일반적으로 전체 입열의 10~15% 이상을 차지하여 가장 큰 비중을 차지한다.
연료의 불완전연소에 의한 손실열 — 미연소 성분의 화학에너지 손실(수%)이다.
노내 분입증기에 의한 손실열 — 노내에 불어넣은 증기가 배기와 함께 빠져나가는 손실로 비중이 작다.
과잉 공기에 의한 손실열 — 불필요한 공기량 자체가 많지 않다면 상대적으로 작은 손실이다.

발전소의 열효율은 약 35.7%로, 공급 열량에 대한 전기출력(일)의 비이다.
1시간 동안의 전기출력 에너지는 $50{,}000\ \mathrm{kW} \times 3{,}600\ \mathrm{s} = 1.8\times10^{8}\ \mathrm{kJ}$이고, 공급 열량은 $12{,}000\ \mathrm{kg} \times 42{,}000\ \mathrm{kJ/kg} = 5.04\times10^{8}\ \mathrm{kJ}$이므로
$\eta = \dfrac{1.8\times10^{8}}{5.04\times10^{8}} \times 100 \approx 35.7\,\%$이다.
연료 소비량의 단위(t→kg)와 전력(kW)·열량(kJ)의 시간 기준을 통일하는 것이 핵심이다.

자동연소제어(A.C.C)는 증기압력·노내압 등의 제어량을 목표값에 맞추기 위해 연료량, 공기량, 연소가스량(배기가스량)을 조절하는데, 이들은 밸브·댐퍼 등을 통해 실제로 조절되는 조작량이다.
반면 전열량은 연소로 발생한 열이 전열면을 통해 피가열체에 전달된 결과값이므로, 직접 조작하는 대상이 아니라 제어의 결과에 해당한다.

공기예열기(Air Preheater)는 연소 후 배출되는 고온의 연소가스로 차가운 공기를 예열하는 장치로서, 연소가스의 온도가 급격히 내려가는 구간에 위치하므로 노점 이하로 냉각될 위험이 가장 높고 저온부식에 가장 취약하다.
저온부식(Low Temperature Corrosion)은 연소가스가 냉각되는 과정에서 노점(Dew Point) 이하로 내려갈 때 발생하는 부식이다. 연소가스 중 황산화물(SOx)이 응축수와 반응하여 황산을 형성하고, 이것이 보일러 금속 표면을 부식시킨다.
과열기·재열기: 고온의 증기를 처리하는 장치이다.
재생기: 기계적 가열 장치로 저온부식과의 직접 관련성이 낮다.

원주방향 인장응력은 약 1.66 kgf/mm²이며, 원주방향(후프) 인장응력 식 $\sigma=\dfrac{P \times D}{2t}$로 구한다(P: 내부압력, D: 내경, t: 두께).
여기서 $D/2t$는 무차원 비이므로 응력의 단위는 압력의 단위를 그대로 따른다.
대입하면 $\sigma=4\times\dfrac{250}{2\times 3}\approx 166.7\ \mathrm{kgf/cm^2}$이고, $1\ \mathrm{kgf/mm^2}=100\ \mathrm{kgf/cm^2}$이므로
$166.7\div 100\approx 1.66\ \mathrm{kgf/mm^2}$이다.

검사대상기기인 보일러의 계속사용검사 중 안전검사의 유효기간은 안전성향상계획이나 공정안전보고서를 작성하는 경우 등의 예외를 제외하면 원칙적으로 1년이다.
이는 보일러가 사용 중 부식·마모 등으로 안전상태가 변할 수 있어 비교적 짧은 주기로 반복 확인하기 위함이다.

원통보일러, 수관보일러, 특수보일러는 본체(동체)의 구조에 따른 분류이다.
큰 원통형 동체 안에 노통·연관을 둔 원통보일러, 드럼과 다수의 수관으로 전열면을 구성한 수관보일러, 그리고 열매체·간접가열·특수연료·폐열 보일러처럼 앞의 두 분류에 들지 않는 특수보일러로 나눈다.
사용 연료 — 석탄·중유·가스로 나누는 다른 분류 기준이다.
보일러수 순환 방식 — 자연순환·강제순환·관류로 나누며, 특히 수관보일러를 다시 세분하는 기준이다.
설치 장소 — 육용·선박용으로 나누는 다른 분류 기준이다.

대수평균온도차는 30℃이며, 전열효율이 1인 조건의 NTU 관계식으로 구한다.
전열효율이 1인 조건에서는 전열유니트수(NTU)와 대수평균온도차(LMTD) 사이에 $\mathrm{NTU} = \dfrac{\Delta T}{\mathrm{LMTD}}$의 관계가 성립하며, 여기서 $\Delta T$는 방열 유체의 온도차이다.
온도차 105℃, NTU 3.5를 대입하면
$\mathrm{LMTD} = \dfrac{105}{3.5} = 30\,^\circ\mathrm{C}$가 된다.

기수드럼 2~3개와 수드럼 1~2개를 두고, 다수의 수관 양 끝을 구부려 각 드럼에 수직으로 결합한 구조는 스터링(Stirling) 보일러의 특징이다.
드럼이 여러 개이고 관이 굽어 있어 열팽창에 유리하며, 자연순환식 수관 보일러 중 대표적인 형식으로 꼽힌다.

동관 끝을 넓혀 다른 관을 끼워 접합할 수 있도록 지름을 확대하는 작업을 확관이라 하며, 이때 사용하는 공구가 익스팬더(expander)이다.
사이징 툴은 관의 진원도를 바로잡는 공구, 튜브 벤더는 관을 굽히는 공구, 티뽑기는 직관에서 분기관을 성형하는 공구로 확관 작업과는 용도가 다르다.

공기예열기는 배기가스의 열을 회수해 연소용 공기를 예열함으로써 열효율을 높이고 불완전연소와 배기가스 열손실을 줄이는 장치다.
다만 배기가스와 공기가 통과하는 전열면이 추가되므로 통풍저항은 오히려 커진다는 점에서, 통풍저항이 작아진다는 설명은 옳지 않다.

내화도 SK10 이상인 단열재를 내화단열재로 구분한다는 설명이 옳다.
요로·열설비 재료는 대략 보온재(유기질 100~150℃ 전후, 무기질 500~800℃) → 단열재(약 800~1200℃) → 내화단열재(약 1300℃ 이상, 내화도 SK10 이상) → 내화물(내화도 SK26, 약 1580℃ 이상) 순으로 사용온도가 높아진다.
내화물 SK20 이상 — 내화물의 기준은 SK20이 아니라 SK26 이상이다.
단열재 500℃ 이하 — 단열재는 500℃ 이하가 아니라 800~1200℃ 범위에 쓴다.
유기질 보온재 1000℃ 이상 — 유기질 보온재(펠트·코르크·폼류)는 열에 약해 1000℃ 이상에서는 사용할 수 없다.

보염장치(보염기, 버너타일 등)는 화염의 뿌리 부분에 국부적인 저압·저산소 영역을 형성하여 화염을 안정시키고 착화를 촉진하며, 저공기비 연소를 가능하게 하는 장치이다.
이 과정에서 연소가스가 노 내에 머무는 시간을 오히려 늘려 완전연소를 돕는 역할을 하므로, 연소가스의 체류 시간을 짧게 한다는 설명은 보염장치의 목적과 반대된다.

관류식 보일러는 드럼 없이 급수펌프로 밀어 넣은 물이 하나의 긴 관을 통과하면서 예열-증발-과열을 거쳐 증기로 나오는 형식으로, 슐처(Sulzer) 보일러가 대표적인 관류식 보일러에 해당한다. 벤슨 보일러도 같은 계열이다.
레플러 보일러와 슈미트-하트만 보일러는 고압증기나 별도의 열매를 이용해 물을 간접적으로 가열하는 간접가열식 특수 보일러이고, 열매체 보일러는 물 대신 특수 유체를 가열하는 형식이므로 모두 관류식으로 분류되지 않는다.

압궤는 노통이나 화실과 같은 원통형 부분이 외측으로부터 가해지는 압력을 견디지 못하고 눌려 찌그러지는 손상 현상을 말한다.
나머지 현상은 각각 다음과 같이 구분된다.
팽출 — 내부 압력에 의해 부풀어 오르는 현상이다.
블리스터 — 재료 표면이 부풀어 오르는 결함이다.
라미네이션 — 강재 내부에 생기는 층상 결함이다.

스위블 이음은 2개 이상의 엘보를 조합하여 나사맞춤부(회전부)의 유격을 이용해 배관의 신축을 흡수하는 방식이다.
구조가 간단해 저압증기·온수 배관의 분기관이나 방열기 주변 배관 등에 주로 사용된다.
벨로즈 이음 — 주름관이라는 별도의 신축 흡수 부재를 사용한다.
슬리브 이음 — 미끄럼관이라는 별도의 신축 흡수 부재를 사용한다.
신축곡관(루프형) — 관 자체를 구부려 신축을 흡수하는 방식이다.

석면, 탄산마그네슘, 규조토는 광물질을 원료로 하는 무기질 보온재로, 비교적 높은 온도까지 사용할 수 있다.
펠트는 양모나 동물의 털 등을 압축해 만든 유기질 보온재로, 사용 가능 온도가 낮아 무기질 보온재와는 구분된다.

허용되는 동체의 최대 안지름은 1200 mm이며, 원주(후프)응력이 허용응력을 넘지 않는 조건으로 구한다.
내압을 받는 얇은 원통의 원주응력은 $\sigma = \dfrac{PD}{2t}$이고, 허용응력은 $\sigma_a = \dfrac{\sigma_t}{S} = \dfrac{420}{4} = 105\ \mathrm{MPa}$이므로
$D = \dfrac{2t\,\sigma_a}{P} = \dfrac{2 \times 12 \times 105}{2.1} = 1200\ \mathrm{mm}$이다.
600mm는 분자의 2를 빠뜨린 값, 300mm는 2를 분모에 넣은 값, 4800mm는 안전율을 적용하지 않은 값이다.

보온재는 열의 손실을 최소화해야 하므로 열전도율이 작아야 하며, 열전도율이 클 것은 보온재 선정 시 고려해야 할 조건이 아니다.
나머지는 모두 보온재의 필수 조건이다.
부피 비중이 작을 것 — 같은 성능에서 무게가 가볍고 시공이 용이하다.
보온능력이 클 것 — 얇은 두께로도 효과적이다.
기계적 강도가 클 것 — 외부 충격이나 압력에 견딜 수 있다.

가마(요로)는 조업방식에 따라 불연속식, 반연속식, 연속식(터널가마 등)으로 나뉘며, 등요(오름가마)는 경사면을 따라 여러 소성실을 순차적으로 옮겨가며 굽는 구조로 반연속식 요로 분류된다.
하나의 실에서 한 번에 소성을 마치고 식히는 방식이 아니라 앞칸의 열을 다음 칸으로 이어 쓰므로 불연속식과 구분되고, 원료가 계속 이동하며 소성되는 연속식(터널요·회전가마)과도 다르다.

급수펌프는 여러 대를 병렬로 함께 운전할 수 있어야 하므로, 병렬운전을 할 수 없을 것이라는 조건은 실제 급수펌프에 요구되는 사항과 정반대되는 내용이다.
급수 계통의 신뢰성을 높이기 위해, 한 대가 고장나거나 급수량이 부족한 경우 예비 펌프를 병렬로 가동해 대응해야 하기 때문이다.
보일러 급수펌프는 고온·고압 조건에서 안정적으로 작동해야 하고, 부하가 낮을 때도 효율이 좋아야 하며, 작동과 취급이 간단해야 한다.

피열물의 열용량은 가열에 필요한 열량·시간에 관계되는 값일 뿐, 가마(내화물) 자체의 내용수명을 좌우하는 인자로 보기는 어렵다.
가마(요로)의 내용수명은 내화물이 받는 열적·화학적 손상 정도에 따라 좌우되며, 다음은 모두 내화물의 손상 및 수명 저하와 직결되는 요인이다.
노 내 부착물 — 휘발분·연료의 재 등에 의한 침식을 일으킨다.
열처리 온도 — 열처리(조작) 온도의 높낮이가 손상 정도를 좌우한다.
온도의 급변 — 급격한 변화로 인한 열충격을 준다.

플레어(flare) 접합은 동관 끝을 나팔 모양으로 넓혀 이음쇠에 압착 결합하는 방식으로, 용접이 어려운 비교적 가는 관(20mm 이하)에 주로 적용되는 기계적 이음법이다.
관경이 커질수록 관 끝을 균일하게 넓히기 어렵고 누설 위험이 커지므로, 소구경 동관에 한정해서 사용한다.

전면부식은 보일러 내면의 넓은 범위에 걸쳐 거의 균일한 두께로 금속이 소모되는 부식 형태로, 전체적으로 서서히 판두께가 얇아지는 것이 특징이다.
나머지는 부식이 발생하는 범위와 기구가 전면부식과 다르다.
국부부식 — 특정 부위에 집중적으로 발생한다.
틈부식 — 틈새 구조에서 발생한다.
응력부식 — 인장응력이 작용하는 부위에서 발생한다.

「에너지이용합리화법」 제1조(목적)는 에너지의 수급 안정과 효율적 이용 증진을 통해 에너지 소비로 인한 환경피해를 줄이고, 국민경제의 건전한 발전 및 국민복지 증진과 지구온난화의 최소화에 이바지함을 목적으로 한다고 규정하고 있다.
따라서 괄호 A에는 환경피해, B에는 지구온난화가 들어가는 것이 옳다.

대류작용으로만 열을 이동시키는 방열기는 컨벡터(convector)이다.
컨벡터는 케이싱 안에 핀튜브를 넣어 공기의 대류 흐름만으로 열을 전달하는 대류전용 방열기인 반면, 길드 방열기, 주형 방열기, 벽걸이형 방열기는 복사열과 대류열을 함께 방출하는 방식이다.

고효율기자재의 생산 목표는 자발적 협약에 포함해야 할 내용으로 규정되어 있지 않다.
이는 개별 사업장의 에너지 절약 이행계획이라기보다 산업 전반의 기자재 보급 정책에 가까운 사항이다.
에너지이용 합리화법상 자발적 협약에는 협약 체결 전년도의 에너지소비 현황, 단위당 에너지이용효율 향상 목표, 온실가스배출 감축목표 등 사업자 스스로의 에너지 절감·효율 목표가 포함되어야 한다.

검사대상기기의 검사유효기간은 원칙적으로 검사에 합격한 날의 다음 날부터 계산한다. 다만 검사에 합격한 날이 종전 검사유효기간 만료일 이전 30일 이내인 경우에는, 남은 기간이 중복해서 계산되지 않도록 검사유효기간 만료일의 다음 날부터 기산한다.
따라서 이 기산 특례를 '만료일 이전 60일 이내'로 서술한 설명은 법령이 정한 기준일수와 맞지 않는다.
이 밖에 검사를 연기한 경우 검사유효기간 만료일의 다음 날부터 계산한다는 것, 안전관리나 에너지효율 향상을 위하여 부득이하다고 인정될 때 검사유효기간을 조정할 수 있다는 것은 모두 법령에 규정된 내용이다.

제시문은 에너지이용 합리화법상 효율관리기자재의 생산·판매 금지 명령 규정이다. 효율관리기자재에는 에너지소비효율과 에너지사용량에 대한 기준이 각각 정해져 있고, 그 기준을 지키지 못한 제품은 시장에서 퇴출시킬 수 있게 한 조항이다.
효율은 높을수록 좋으므로 하한선인 최저소비효율기준을 정해 그에 미달하는 것을 규제하고, 사용량은 적을수록 좋으므로 상한선인 최대사용량기준을 정해 그것을 초과하는 것을 규제한다.
따라서 빈칸에는 차례로 최저소비효율기준과 최대사용량기준이 들어간다. '최대소비효율기준 미달'이나 '최저사용량기준 초과'처럼 짝을 뒤바꾼 표현은 규제 방향이 정반대가 되어 성립하지 않는다.

관류보일러에서 보일러와 압력릴리프밸브 사이에 체크밸브를 설치하는 경우에는, 압력릴리프밸브를 2개 이상 설치하도록 정하고 있다.
이는 설치기준상 수치이다.

중탄산염 Ca(HCO3)2·Mg(HCO3)2에 의한 탄산염 경도는 가열하면 탄산염으로 침전되어 제거되므로 일시경도라 한다.
경도는 물속의 칼슘·마그네슘 염류의 양을 나타내며, 황산염·염화물 등에 의한 비탄산염 경도는 끓여도 남아 영구경도라 한다.
경도 성분은 전열면에 스케일을 만들므로 보일러 급수는 경도가 낮은 연수가 바람직하다.

1종 압력용기는 2종 압력용기와 함께 압력용기 구분에 속하므로 보일러 구분에 포함되지 않는다.
시행규칙 별표 3의2의 특정열사용기자재는 보일러, 태양열 집열기, 압력용기, 요업요로, 금속요로로 구분한다.
보일러 구분에는 강철제·주철제 보일러, 온수보일러, 구멍탄용 온수보일러, 축열식 전기보일러 등이 속한다.

에너지관리산업기사는 용량 10 t/h 초과 30 t/h 이하인 보일러까지만 관리할 수 있으므로 틀린 설명이다.
시행규칙 별표 3의9에서 용량 30 t/h를 초과하는 보일러의 관리자 자격은 에너지관리기능장 또는 에너지관리기사로 한정되어 있다.
나머지 설명은 모두 옳다.
선임기준 — 1구역마다 1명 이상이다(시행규칙 제31조의27).
인정검사대상기기관리자 교육 이수자 — 압력용기와 최고사용압력 1 MPa 이하·전열면적 10 m² 이하의 증기보일러 등을 관리할 수 있다(별표 3의9).
미선임 벌칙 — 관리자를 선임하지 않은 자에게 1천만원 이하의 벌금이 부과된다(법 제75조).

지역에너지계획에는 에너지의 안정적 공급을 위한 대책에 관한 사항이 포함되어야 할 사항으로 규정되어 있다.
지역에너지계획은 시·도 단위에서 해당 지역의 에너지 수급 여건에 맞추어 5년마다 수립하는 계획이다.
국내외 에너지 수급 전망 — 국가 차원의 에너지기본계획에서 다루는 사항이다.
에너지 관련 전문인력의 양성 — 국가 차원의 에너지기본계획에서 다루는 사항이다.
에너지 안전관리를 위한 대책 — 지역에너지계획의 포함사항으로 열거되어 있지 않다.

보일러를 장기간 사용하지 않고 보존할 경우에는 내부의 물기를 완전히 제거하고 건조 상태를 유지해 부식을 막는 건조보존법이 가장 적합하다.
만수보존법이나 청관제 만수보존법은 물을 채운 상태로 보존하는 방식으로 단기간 보존에 적합하며, 장기간 방치 시에는 부식 우려가 있어 권장되지 않는다.

"개발설비"는 에너지공급설비의 법정 분류에 포함되지 않는 용어로, 에너지 탐사·채취와 관련된 개념일 뿐 공급설비의 하나로 규정되어 있지 않다.
에너지법에서 정하는 에너지공급설비는 에너지를 생산·전환·수송·저장하기 위하여 설치하는 설비로, 생산설비, 전환설비, 수송설비, 저장설비가 이에 해당한다.

검사대상기기의 사용을 중지하는 경우에도 그 사실을 정해진 기간 내에 신고하여야 하므로, 사용 중지 시 별도의 신고가 필요 없다는 설명은 옳지 않다.
나머지 설명은 모두 옳다.
개조 — 검사대상기기를 개조하여 사용하려는 경우에는 개조검사를 받아야 한다.
설치장소 변경 — 설치장소를 변경한 경우에는 설치장소변경검사를 받아야 한다.
계속사용검사 — 받으려는 자는 검사유효기간 만료 전에 검사신청서를 제출하여야 한다.

보일러 사고는 원인에 따라 운전자의 취급 부주의로 인한 취급상 사고와 설계·제작 결함으로 인한 제작상 사고로 나눌 수 있다. 압력초과, 저수위 사고, 급수처리 불량은 운전자의 감시·조작 소홀로 발생하는 대표적인 취급상 사고이다.
반면 부속장치의 미비는 애초에 안전장치 등을 제대로 갖추지 못한 설계·제작 단계의 결함에 해당하므로 취급상 사고로 분류하지 않는다.

경질 스케일 반응식은 $\mathrm{MgSO_4 + CaCO_3 + H_2O \rightarrow CaSO_4 + Mg(OH)_2 + CO_2}$로, 대표적 경질 스케일 성분인 CaSO₄를 생성한다.
경질 스케일은 CaSO₄(황산칼슘)처럼 전열면에 단단하게 눌어붙어 제거가 어려운 스케일을 말하며, 이 식은 황산마그네슘과 탄산칼슘이 반응하는 식으로 원소별로도 균형이 맞는 반응식이다.
중탄산칼슘이 분해되어 탄산칼슘(CaCO₃)이 되는 반응은 연질 스케일이 생기는 과정이고, 인산나트륨을 이용한 반응은 칼슘을 인산칼슘 슬러지로 만들어 오히려 경질 스케일 생성을 막는 연화(청관) 처리이다.
탄산마그네슘의 가수분해는 Mg(OH)₂와 같은 연질(슬러지성) 스케일을 만들어 경질 스케일과는 성질이 다르다.

에너지이용 합리화 기본계획은 에너지 정책을 맡은 중앙행정기관의 장관이 5년마다 수립하고, 관계 행정기관의 장과 협의한 뒤 에너지법에 따른 에너지위원회의 심의를 거쳐야 한다.
나머지 설명은 수립 주체·주기·절차가 맞지 않는다.
시·도지사 — 관계 행정기관의 장과 함께 기본계획에 따른 실시계획을 매년 수립하여 제출하는 주체이다.
한국에너지공단 — 위탁 업무를 수행하는 기관이며 기본계획 수립 권한은 없다.
국무회의 의결 — 기본계획의 절차가 아니다.

에너지이용 합리화법 시행규칙이 효율관리기자재로 직접 열거하고 있는 것은 전기냉장고, 전기냉방기, 전기세탁기, 조명기기, 삼상유도전동기, 자동차이므로, 이 열거에 없는 전기다리미는 효율관리기자재에 속하지 않는 것으로 본다.
다만 법령에는 위 열거 외에 기후에너지환경부장관이 따로 지정하여 고시하는 기자재·설비도 효율관리기자재가 될 수 있다는 조항이 함께 있어, 고시로 관리되는 품목은 시기에 따라 달라질 수 있다.
이 문제는 법령이 직접 열거한 기자재를 묻고 있으므로 그 열거에 없는 전기다리미가 답이 된다.

실제로는 고압 보일러일수록 수질관리가 더욱 중요하고 장애가 더 심하므로, 저압일수록 장애가 더욱 심하다는 설명은 사실과 반대이며 수질 불량의 영향으로 가장 거리가 멀다.
불량한 수질이 보일러에 미치는 주요 영향은 부식, 스케일(관석) 생성, 증기 품질 저하, 열효율 감소 등이다.
보일러의 수명과 열효율에 대한 영향, 부식현상과 증기의 불순, 관계통의 관석 발생은 모두 수질 불량의 직접적인 영향이다.

유지류가 거품의 원인이 되는 것은 맞으나, 이온 교환수지의 능력을 향상시키지 않고 오히려 수지를 오염·손상시켜 교환능력을 저하시키므로 틀린 설명이다.
나머지 설명은 모두 맞다.
현탁고형물 — 침강분리, 여과, 응집침전으로 제거하는 것이 표준 처리방법이다.
경도성분 — 경도성분(Ca²⁺, Mg²⁺)은 이온 교환수지(이온 교환 방식)로 연화시킨다.
용존산소 — 용존산소(O₂)는 철강재를 산화 부식시켜 보일러 손상의 주요 원인이 된다.