개념 한 쪽
가스의 연소 특성은 성분과 물리적 성질에 따라 달라지며 화재 원인 규명과 안전대책 수립에 직결된다. LNG와 LPG는 주성분과 비중, 체적팽창률, 연소속도 등에서 차이가 있으므로 구분하여 이해해야 한다. 또한 가스 용기와 배관의 특성에 맞춘 안전밸브 선택과 계량기 종류 구분, 역화 발생 조건 파악이 필요하다.
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출제기준 단원 「연소 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 안전밸브 종류 연결 | 1 | 가스 종류와 용기 특성에 맞는 안전밸브를 매칭하기 |
| LNG·LPG 특성 비교 | 1 | LNG와 LPG의 성분·비중·연소속도 차이를 가려내기 |
| 산업용 가스계량기 판별 | 1 | 산업용 추측식 계량기로 적합한 계량기 유형을 고르기 |
LNG는 주로 메탄으로 구성되며 공기보다 가볍고 액화에서 기체로 변할 때 체적팽창률이 크다는 특성을 가진다. 이로 인해 누출 시 위쪽으로 확산될 가능성이 크며 연소속도가 상대적으로 빠르다는 설명이 제시된다. LNG의 이러한 성질을 바탕으로 화재 상황을 판단해야 한다.
LPG는 프로판·부탄이 주성분이며 공기보다 무겁고 액화 시 부피가 크게 줄어드는 특징을 가진다. 액체에서 기체로 변할 때 부피가 감소하는 것이 아니라 저장 시 액화로 부피가 약 1/250로 줄어드는 성질을 강조한다. 연소 시에는 다량의 공기가 필요하므로 밀폐 공간에서 불완전연소 및 일산화탄소 발생 위험이 크다는 점을 유의해야 한다.
프로판의 물성 중에서 연소범위는 공기 중 약 2.1~9.5vol%로 제시된다. 발화점, 기체비중, 임계온도 등의 값은 자료에 따라 제시된 범위를 참고하고 핵심으로는 연소범위와 공기보다 무겁다는 점을 기억해야 한다.
역화(Flash Back)는 가스 분출의 유속이 연소속도보다 느릴 때 발생한다는 원리를 중심으로 이해해야 한다. 유속을 낮추는 원인으로는 공급압력 저하, 코크 미개방, 염공 확대 등이 있으며 반대로 노즐 구경 증가는 유속을 높여 역화 원인과 거리가 멀다고 본다.
가스 용기와 설비에는 가스의 성질에 따라 적합한 안전밸브를 선택해야 한다. 초저온용기는 스프링식과 파열식을 결합한 2중 안전밸브가 필요하고, 분해·폭발 위험이 큰 가스는 파열식이 적합하며 일반 고압가스는 가용전식 또는 스프링식을 혼용할 수 있다는 점을 기억해야 한다.
가스계량기는 측정원리에 따라 추측식과 용적식으로 나뉘며 산업용 추측식 계량기로는 터빈형이 대표적이다. 터빈형은 회전수에 비례한 펄스 출력을 통해 디지털 제어가 용이하므로 대용량 산업현장에 적합하다는 점을 핵심으로 삼아야 한다.
문제 유형 예시는 다음과 같다. LNG와 LPG를 비교하여 옳은 설명을 고르는 문제에서 LNG는 메탄으로 가볍고 빠르게 연소하며 체적팽창률이 크고, LPG는 프로판·부탄으로 무겁고 연소속도가 상대적으로 느리며 액화 시 부피가 줄어든다는 점을 기준으로 선지를 검토하면 정답을 찾을 수 있다.
LPG의 성질을 묻는 문제에서는 '액화 시 부피 감소', '공기보다 무겁다', '연소 시 많은 공기가 필요하여 밀폐 공간에서 불완전연소 위험이 크다'라는 세 가지 핵심을 대입하여 정답을 가릴 수 있다.
가스계량기 분류 문제에서는 '산업용·추측식'이라는 조건이 주어지면 터빈형을 선택하는 방식으로 접근하면 된다.
역화 원인을 묻는 문제에서는 '역화 = 유속 느림 = 연소속도 빠름' 공식을 먼저 떠올리고 압력 저하·코크 미개방·염공 확대 같은 유속 저하 요인을 찾으면 정답을 찾기 쉽다.
안전밸브 관련 문제에서는 가스와 용기 특성(초저온, 분해위험, 고압 등)에 따라 '2중(스프링+파열)', '파열식', '가용전/스프링식'을 매칭하여 정답을 도출하면 된다.
일반적으로 사용되고 있는 안전밸브의 종류가 옳게 연결된 것은?
정답 ④ · 안전밸브는 가스의 종류와 용기의 특성에 맞게 설치됩니다. LPG 용기는 스프링식, 산화에틸렌이나 아세틸렌 등 분해 폭발 위험이 있는 가스는 파열식 안전밸브를 사용합니다.
초저온 용기는 온도 변화와 기밀 유지의 어려움으로 스프링식과 파열식을 결합한 2중 안전밸브를 설치해야 합니다.
액화천연가스(LNG)와 액화석유가스(LPG)를 비교한 것으로 틀린 것은?
정답 ② · 액화천연가스(LNG)의 주성분은 메탄이고 액화석유가스(LPG)는 프로판과 부탄이 주성분이라는 점, LNG가 공기보다 가볍고 LPG는 공기보다 무겁다는 점, 기화 시 LNG의 체적 팽창률이 LPG보다 크다는 점은 모두 맞는 설명입니다. 연소속도 측면에서 LNG(메탄)의 연소속도는 상대적으로 빠르고, LPG(프로판, 부탄)의 연소속도는 느린 편입니다.
LNG(메탄)는 연소속도가 빠르고 공기보다 가볍지만, LPG(프로판·부탄)는 연소속도가 느리고 공기보다 무겁다.
측정원리에 의한 분류 중 산업용으로 사용되는 추측식 가스계량기에 해당하는 것은?
정답 ① · 문항은 산업용으로 분류되는 추측식 가스계량기를 묻고 있다. 터빈형 계량기는 유체의 흐름에 따라 회전자가 회전하고 그 회전수를 펄스 신호로 출력하는 방식으로 디지털 제어에 적합하여 추측식(속도·회전 기반) 산업용 계량기의 대표적 형태이다.
터빈형은 회전체 속도에 비례하는 펄스를 출력하여 디지털 제어가 용이하므로 산업용 추측식 계량기의 대표 주자이다.
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