개념 한 쪽
가스 제조 및 설비에서는 생산·저장·운송·검사 과정에 쓰이는 여러 장치가 계측과 안전 유지의 핵심 역할을 한다. 대표적으로 다단 압축과 중간냉각, 공기액화분리 설비, 가스홀더, 기밀시험용 가스 선택, 펌프 성능 관계 등이 실무적·시험적으로 자주 출제된다. 이들은 공정의 효율과 안전성을 직접 좌우하므로 각 장치의 목적과 작동 원리를 명확히 이해해야 한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「가스 계측 설비」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 다단 압축 이유 판별 | 1 | 다단 압축 도입의 목적과 1단 압축의 문제점을 비교하여 옳지 않은 설명 가리기 |
| 펌프 회전수-양정 계산 | 1 | 회전수 변화에 따른 펌프 양정 비례 관계로 배수 계산하기 |
| 공기액화분리 원리 선택 | 1 | 공기액화분리의 공정 목적·분리 원리·고압 조건을 근거로 옳은 설명 골라내기 |
다단 압축은 높은 전체 압축비를 한 단에서 얻지 않고 여러 단계로 나누어 수행하는 방식이다. 그 목적은 1단 압축에서 발생하는 높은 배출 온도로 인한 윤활 문제와 체적 효율 저하, 비효율적 압축비 증대를 보완하기 위함이다. 중간냉각을 통해 각 단계의 온도를 낮추면 체적 효율이 개선되고 윤활유 손상 위험을 줄일 수 있다.
공기액화분리는 공기를 극저온으로 냉각·액화한 뒤 비등점 차이를 이용해 산소·질소·아르곤 등을 분리하는 주요 공업적 방법이다. 이 공정은 대량 제조에 적합하며, 정류탑 내에서 비등점 차이로 질소는 상부에서, 산소는 하부에서 추출되는 원리가 적용된다. 고압식 공정의 경우 원료공기를 매우 높은 압력(예: 150~200atm)으로 압축하는 것이 특징이다.
가스홀더는 가스 제조 공장에서 생산량과 수요량의 불일치를 조절하기 위해 사용되는 대용량 저장 장치이다. 저장 과정에서 가스의 혼합·정제 또는 성분 균일화를 도모하여 공급되는 가스의 질을 일정하게 유지하는 역할을 수행한다. 정압기나 압송기와는 기능적으로 구별되며, 저장·버퍼링 역할이 핵심이다.
가연성 가스를 취급하는 설비의 기밀시험에는 폭발 위험을 피하기 위해 산소를 사용하지 않고 공기, 질소, 이산화탄소 등 불활성 기체를 시험 매체로 사용한다. 산소는 연소를 촉진하여 잔류 시 폭발 위험이 있으므로 기밀시험에서 배제되어야 한다.
펌프의 성능 관련 기본 법칙으로 양정은 회전수의 제곱에 비례한다. 따라서 회전수가 2배가 되면 양정은 4배가 된다. 이 관계는 펌프 설계와 운전 조건 변화에 따른 수두 계산 문제에서 직접적으로 적용된다.
가스공정에서는 특정 불순물·혼입가스의 위험성이 실무적 판단 기준이 된다. 예를 들어 아세틸렌은 액체 산소와 접촉 시 극도로 불안정하여 폭발을 일으킬 수 있으므로 공기액화분리 공정에서 엄격히 제거해야 한다. 또한 반응기나 합성탑 설계에서는 외부의 내압용기와 내부의 촉매 지지 등 내부 구조물이 함께 구성되어 고압·고온 조건을 견디도록 설계해야 한다.
다단 압축 관련 문제에서는 '1단 압축 시 발생하는 고배출온도와 비효율을 해결하기 위한 다단 압축'이라는 관점을 기준으로 선지를 검토한다. 배출 온도가 낮아진다는 표현이 나오면 문맥상 온도 변화의 원인·결과를 혼동한 오답일 가능성이 크므로 '1단=고온/다단=저온'의 대조로 선지를 소거한다.
펌프 계산 문제는 회전수 비율의 제곱 관계를 적용하여 풀이한다. 예문에서 1000rpm→2000rpm으로 회전수가 2배 증가하면 양정은 2²=4배가 된다는 계산 과정을 답으로 제시하면 된다. '양정=회전수 제곱, 동력=회전수 세제곱'이라는 기본 관계를 기억하면 유사 문제를 빠르게 해결할 수 있다.
공기액화분리 관련 문항은 공정의 목적(대량 제조), 분리 원리(비등점 차), 그리고 고압식 장치의 특징(예: 150~200atm 고압 압축)을 중심으로 판단한다. 또한 아세틸렌 혼입의 경우 폭발 위험이라는 안전 이유를 근거로 정답을 선택해야 한다.
압축비가 높을 때 1단으로 하지않고 중간냉각을 시키는 다단압축을 하는 이유가 아닌 것은?
정답 ③ · 압축비가 높을 때 다단압축을 시행하는 이유가 아닌 것을 고르는 문제이다. 다단 압축은 중간냉각을 통해 1단 압축 시 발생하는 높은 배출온도를 낮추고, 체적효율 저하를 방지하며, 고온으로 인한 윤활유의 열화와 기밀성 문제를 해결하기 위해 도입된다.
다단 압축의 목적은 배출 온도를 낮추고 체적 효율을 높이며 윤활 문제를 해결하는 것이므로, 배출 온도가 낮아진다는 ③번은 다단 압축의 이유가 아닌 잘못된 설명이다.
1000rpm으로 회전하는 펌프를 2000rpm으로 하였다. 이 경우 펌프양정은 몆배가 되는가?
정답 ④ · 펌프 회전수 변화에 따른 양정 변화를 묻는 문제이다. 펌프의 유사 법칙에 따르면 양정(H)은 회전수(N)의 제곱에 비례하고, 유량은 회전수에 비례하며, 축 동력은 세제곱에 비례한다.
펌프의 양정은 회전수의 제곱에 비례하므로, 회전수가 2배가 되면 양정은 2의 제곱인 4배가 된다.
다음 공기의 액화분리에 대한 설명으로 맞는 것은?
정답 ① · 공기의 액화분리에 대한 설명 중 옳은 것을 고르는 문제이다. 공기의 액화분리법은 비등점 차이를 이용해 대기 중의 산소, 질소, 아르곤을 대량으로 분리 제조하는 가장 적당한 공업적 제조법이며, 아르곤도 동시에 회수된다.
공기액화분리는 대기 중 산소·질소·아르곤을 분리하는 주요 공업법으로, 비등점 차이를 이용한다.
가스기능장 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.