가스기능사 필기시험 6회 핵심요약노트 및 실전테스트

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📝 가스기능사 필기시험 6회 핵심 요약노트







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1. 가스의 성질 및 연소 이론


가. 연소 및 폭발 관련 주요 정의

  • 인화점 (Flash Point): 가연성 액체로부터 발생한 증기가 공기 중에서 연소범위 내에 있을 때, 그 표면에 불꽃을 접근시켰을 때 불이 붙는 최저 온도입니다.

  • 폭발 하한계 계산 (르샤틀리에의 법칙): 혼합 가스의 폭발 하한계 (L)는 각 성분 가스의 부피 비율(V_n)과 하한계(L_n)를 이용하여 다음과 같이 계산합니다.

    공식: L = 100 / (V1/L1 + V2/L2 + V3/L3 + ...)

  • 공기비가 클 경우 (과잉 공기):

    • 통풍력이 강해져 배기가스에 의한 열손실이 증대됩니다.

    • 완전 연소가 촉진되므로 불완전연소에 의한 매연 발생이 적습니다.

    • 연소가스 중 SO3 및 NO2의 양이 증대되어 저온 부식 및 대기오염을 유발합니다.

  • 불완전 연소 원인: 가스압력 대비 공급 공기량 부족, 환기 불충분, 공기와의 접촉 혼합 불충분, 불꽃의 온도가 낮아졌을 때 발생합니다.

  • 아세틸렌 (C2H2) 완전 연소 반응식:

    반응식: C2H2 + 2.5O2 -> 2CO2 + H2O

    (아세틸렌 1 mol 완전 연소에 필요한 산소는 2.5 mol 입니다.)


나. 주요 가스의 특성 및 분류

  • LPG (액화석유가스) 특성: 액체의 온도에 의한 부피 변화가 크다는 점에 유의해야 합니다. (기체는 공기보다 무겁고, LNG보다 발열량이 큽니다.)

  • 수소 (H2): 무색, 무취의 가연성 기체이며, 폭발범위는 공기 중 **4 ~ 75 vol%**로 매우 넓습니다.

  • 메탄 (CH4): 도시가스의 주원료이며, 비점은 약 -162°C입니다. 기체 밀도가 가장 작은 가스 중 하나입니다 (공기보다 가벼움).

  • 사이안화수소 (HCN): 무색의 복숭아 냄새가 나는 독성 가스입니다.

  • 산소 (O2): 강력한 조연성 가스로 자신은 연소하지 않습니다. (약 -183°C에서 액화하며, 액체 산소는 청색입니다.)

  • 독성 + 조연성 가스: 염소 (Cl2)가 대표적입니다.

  • 가스 순도 기준 (충전 시): 산소 99.5%, 수소 98.5%, 아세틸렌 98.0%, 사이안화수소 98.0% 이상이어야 합니다.



2. 가스 시설 및 안전 기준


가. 저장 시설 기준

  • 차량 고정 독성가스탱크: 내용적은 12,000 L를 초과하지 않아야 합니다.

  • LPG 저장탱크 지하 설치: 저장탱크 주위의 빈 공간에는 마른 모래를 채워 탱크의 찌그러짐을 방지합니다.

  • LP가스 용기 보관실 환기구: 바닥 면적 1 m² 당 300 cm² 이상의 통풍구 면적을 확보해야 합니다. (예: 3 m² 일 경우 900 cm² 이상).

  • 정압기실 방호벽: 지상 설치 시 높이 2 m, 두께 12 cm 이상의 철근 콘크리트 벽으로 설치해야 합니다.

  • 가스 방출 장치 설치: 고압가스 저장탱크 및 가스 홀더의 가스 저장량이 5 m³ 이상인 경우 설치해야 합니다.

  • LPG 충전 최대 용량: 내용적의 90%를 초과할 수 없습니다.


나. 배관 및 용기 기준

  • 독성가스 2중관 의무 설치 (예외: 에틸렌): 포스겐, 황화수소, 사이안화수소, 염소, 산화에틸렌, 염화메탄, 암모니아, 이산화황 등이 2중 배관 대상입니다.

  • 동관 특징: 열전도율이 우수합니다. (가공성, 시공 용이성, 내식성 우수).

  • 용기 각인 기호: TP는 내압시험압력을 나타냅니다. (기밀시험압력이 아님)

  • 독성가스 용기 운반: 충전용기는 차량 적재함에 넘어지지 않게 세워서 운반해야 합니다.

  • 운반 제한: 염소는 아세틸렌, 암모니아, 수소와 같은 차량에 적재하여 운반할 수 없습니다. 질소는 가능합니다.


다. 안전 장치 및 설비

  • 인터로크 기구: 가연성/독성가스 제조시설에서 자동으로 원재료의 공급을 차단시키는 등 제조 설비 안의 제조를 제어하는 장치입니다.

  • 파열판 (Rupture Disk): 안전 밸브에 비해 응답 속도가 빠르기 때문에 급격한 압력 상승이 있는 경우에 적합합니다.

  • 압축 금지 혼합 가스: 산소 중에서 아세틸렌, 에틸렌, 수소의 용량 합계가 전체 용량의 2% 이상인 경우에는 압축을 금지해야 합니다.

  • 플레어스택 vs 벤트스택: 방출된 가스가 지상에서 폭발 한계에 도달하지 않도록 하는 것은 벤트스택의 기준입니다.



3. 측정, 계측 및 기기 분석


가. 압력 및 유량 측정

  • 표준 대기압 환산: 1 atm = 760 mmHg = 14.7 lb/in² = 1.0332 kg/cm².

  • 유속 계산 (피토관): 피토관으로 측정한 수주의 높이(h)를 이용하여 유속(v)을 계산합니다.

    공식: v = sqrt(2gh)

    (단, g는 중력 가속도 9.8 m/s²입니다.)

  • 용적식 유량계: 오벌기어식 유량계, 가스미터, 로터리 팬, 루트 유량계 등이 있습니다. (오리피스, 플로노즐, 벤투리관 등은 차압식 유량계입니다.)

  • 정확한 가스미터: 습식 가스미터는 계량이 정확하고 사용 중 기차(고유 오차)의 변동이 거의 없습니다.

  • 탄성식 압력계: 부르동관 압력계, 다이어프램 압력계, 벨로스 압력계 등이 있습니다. (U자관형은 액주식 압력계입니다.)


나. 품질 분석 및 기타

  • 도시가스 성분 분석: 주로 **기체 크로마토그래피 (GC)**를 사용하여 유해 성분 및 조성을 측정합니다.

  • 화학 분석법 (예외: 기기 분석): 중량법, 분광광도법, 아이오딘 적정법 등은 화학 분석법이며, 기체 크로마토그래피법은 기기 분석법에 속합니다.

  • 웨버지수 (Wobbe Index): 도시가스의 열량 지수입니다.

    공식: W = 총발열량 / sqrt(공기에 대한 비중)



4. 설비 운용 및 유지보수


가. 배관 및 부식 관리

  • 관대지전위 측정: 전위 측정은 가능한 한 배관에서 가까운 위치에서 측정합니다. 전위측정기의 **(+)**는 T/B (TEST Box), **(-)**는 기준 전극에 연결합니다.

  • 관내 유체 압력 강하: 압력 강하는 가스 비중, 관 길이에 비례하고, 관 내경의 5승에 반비례합니다. (압력 자체와는 관계없음)

  • 해저 배관 설치: 2개 이상의 배관을 동시에 설치할 경우, 다른 배관과 원칙적으로 30 m 이상의 수평 거리를 유지해야 합니다.


나. 기기 및 운전

  • 저온 원리: 저온을 얻는 기본적인 원리는 단열 팽창 (줄-톰슨 효과) 입니다.

  • 유체의 역류 방지 밸브: 체크 밸브는 유체의 흐름 방향을 한 방향으로만 흐르게 합니다.

  • 2단 감압 방식 장점: 공급 압력이 안정하여 각 연소 기구에 알맞은 압력으로 공급이 가능합니다. (장치와 조작이 간단한 것은 단단 감압 방식의 장점입니다.)

  • 용적형 압축기: 왕복 압축기, 회전 압축기, 나사 압축기가 있으며, 원심 압축기는 비용적형 압축기입니다.







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