가스기능사 필답형 2021년 4회 기출문제

가스기능사 필답형 2021년 4회 

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문제 1

• 문제번호 1 | 계산형 | 난이도 ⭐⭐ | 우선순위 필수
• 빈출도: ⭐⭐⭐⭐ (5회, 기체의 기본 계산)
• 관련 키워드: 아보가드로 법칙, 표준상태, 기체 부피, 부피 계산

문제 내용

프로판 1L가 완전 연소하는데 필요한 이론 산소량은 몇 L인가?

정답

5 L

해설

기체의 화학량론 (부피 비율):

1. 프로판의 완전연소식:
2. C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O
3. 부피 비율:
   • 기체끼리의 부피 비 = 몰 비
   • 프로판 : 산소 = 1 : 5
   • 따라서 1L 프로판 → 5L 산소 필요
4. 아보가드로 법칙 적용:
   • 같은 온도, 압력에서 같은 부피의 기체는 같은 수의 분자를 가짐
   • 부피비 = 계수비

이론산소량:

• 메탄: 1 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (비율 1:2)
• 에탄: 1 C₂H₆ + 7/2O₂ → 2CO₂ + 3H₂O (비율 1:3.5)
• 프로판: 1 C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O (비율 1:5)
• 부탄: 1 C₄H₁₀ + 13/2O₂ → 4CO₂ + 5H₂O (비율 1:6.5)

암기팁

"연소식의 계수비 = 부피비"

주요 탄화수소 산소 필요량:

• CH₄ → 2배
• C₂H₆ → 3.5배
• C₃H₈ → 5배 ⭐ (최빈출)
• C₄H₁₀ → 6.5배

주의할 함정

❌ 산소 계수(5)를 부피로 잘못 이해 ❌ 반응식을 아예 모르는 경우 → 반드시 외우기 ❌ "이론 산소량"과 "이론 공기량" 혼동 → 공기량은 산소량 ÷ 0.21

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문제 2

• 문제번호 2 | 개념형 | 난이도 ⭐⭐ | 우선순위 중점
• 빈출도: ⭐⭐⭐ (4회, 비접촉 온도계 빈출)
• 관련 키워드: 비접촉 온도계, 적외선, 광고온도계, 방사온도계

문제 내용

비접촉 온도계를 1가지만 쓰시오.

정답

방사온도계, 적외선온도계, 광고온도계

해설

온도계의 분류:

1. 접촉식 온도계:
   • 유리온도계
   • 열전온도계 (열전대, Thermocouple)
   • 저항온도계 (RTD, Resistance Temperature Detector)
   • 온도 센서가 직접 피측정체와 접촉
2. 비접촉식 온도계:
   • 방사온도계 (Radiation Pyrometer, 적외선온도계):
     • 물체의 적외선 방사 에너지 측정
     • 렌즈로 복사에너지 집중
     • 빠른 응답 속도
     • 움직이는 대상 측정 가능
   • 광고온도계 (Optical Pyrometer):
     • 고온 물체의 가시광선 휘도 이용
     • 기준 온도의 백열 필라멘트와 비교
     • 고온(800℃ 이상) 측정용
     • 주로 산업용
   • 색온도계 (Color Pyrometer):
     • 복사 에너지의 파장 비율 이용

암기팁

"비접촉 = 적외선 또는 광"

온도계 선택 기준:

• 일반 온도: 접촉식 (유리온도계)
• 빠른 응답: 비접촉식 (적외선)
• 고온: 광고온도계

주의할 함정

❌ 접촉식 온도계를 답하기 ❌ "열전온도계"라고 답하기 → 비접촉이 아님 ❌ 비접촉식 온도계 3가지 중 원하는 1가지만 답하면 됨

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문제 3

• 문제번호 3 | 개념형 | 난이도 ⭐⭐ | 우선순위 필수
• 빈출도: ⭐⭐⭐⭐ (5회, 연소의 3요소 최빈출)
• 관련 키워드: 연소의 3요소, 가연물, 산소공급원, 점화원

문제 내용

다음 물음에 답하시오. (1) 연소의 3요소를 쓰시오. (2) 탄소의 연소식을 쓰시오.

정답

(1) 가연물, 산소공급원, 점화원
(2) C + O₂ → CO₂

해설

연소의 기본 원리:

1. 연소의 3요소 (Fire Triangle):
   • 가연물 (Fuel): 타는 물질 (고체, 액체, 기체)
   • 산소공급원 (Oxidizer): 산소(O₂) 또는 산소 함유 물질
   • 점화원 (Ignition Source): 열, 불꽃, 전기 등
2. 탄소의 완전 연소반응식:
3. C + O₂ → CO₂ 특징: - 탄소 1 : 산소 1 몰비 - 완전연소 (검은 연기 없음) - 발열반응
4. 불완전 연소 (산소 부족):
5. 2C + O₂ → 2CO (검은 연기 발생)
6. 연소 조건:
7. 연소가 잘 되려면: - 활성화에너지 ↓ (낮을수록) - 열전도율 ↓ (낮을수록) - 발열량 ↑ (높을수록)

암기팁

"가산점" - 가연물, 산소, 점화원 연소의 3요소 중 하나라도 없으면 연소 불가

주요 연소식:

• C + O₂ → CO₂
• H₂ + 1/2O₂ → H₂O
• CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
• CO + 1/2O₂ → CO₂

주의할 함정

❌ 연소의 3요소를 2개만 답하기 ❌ "산소"라고만 답하기 → "산소공급원"이 정확 ❌ 탄소 연소식에서 "2C + 2O₂ → 2CO₂" 작성 → 간단히 C + O₂ → CO₂

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문제 4

• 문제번호 4 | 개념형 | 난이도 ⭐ | 우선순위 참고
• 빈출도: ⭐⭐ (2회)
• 관련 키워드: 공기의 성분, 질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소

문제 내용

공기 중 가장 많이 차지하는 가스를 쓰시오.

정답

질소 (N₂)

해설

공기의 조성:

공기의 성분 (부피%):
1. 질소(N₂): 78% ← 가장 많음
2. 산소(O₂): 21%
3. 아르곤(Ar): 1%
4. 이산화탄소(CO₂): 0.04% (미미)
5. 기타 미량 가스: 0.96% 이하

공기의 분자량:

• 공기 평균 분자량: 29

질소의 특성:

• 불활성 가스
• 불연성 가스
• 무색무취
• 산업용 불활성 분위기 제공

암기팁

"공기 = 78% 질소 + 21% 산소 + 1% 아르곤" "7821" 순서로 외우기

비중 비교 (공기 = 29 기준):

• 가벼운 가스: 수소(2), 메탄(16), 암모니아(17)
• 무거운 가스: 산소(32), 황화수소(34), 염소(71)

주의할 함정

❌ "산소"라고 답하기 → 산소는 2번째 ❌ "아르곤"이라고 답하기 → 아르곤은 3번째 ❌ 정확한 비율을 모르고 "공기"라고만 답하기

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문제 5

• 문제번호 5 | 개념형 | 난이도 ⭐⭐ | 우선순위 중점
• 빈출도: ⭐⭐⭐ (3회)
• 관련 키워드: 웨버지수, 가스 발열량, 비중, 가스 호환성

문제 내용

가스의 총발열량(kcal/㎥)을 가스 비중의 제곱근으로 나눈 값으로 가스의 연소성, 호환성을 판정하는 지수를 무엇이라고 하는가?

정답

웨버지수 (Weber Index, WI)

해설

웨버지수의 정의:

웨버지수(WI) = 가스 발열량(kcal/㎥) / √(가스 비중)
             = Hg / √d

WI가 높을수록:
- 연소성 좋음
- 가스 호환성 좋음

활용:

• 도시가스 안전성 평가
• 다양한 가스 혼합 시 호환성 판단
• 가스 품질 평가

예시:

• 천연가스(메탄): WI 약 100 (기준)
• 도시가스(혼합): WI 약 85~105
• 프로판: WI 약 85 (낮음)

암기팁

"총발열량 ÷ √비중" 공식 정확히! "웨버지수 = 호환성 지수" 개념 이해

주의할 함정

❌ 공식을 역으로 √비중 ÷ 발열량으로 계산 ❌ 비중의 제곱근을 빠뜨리고 단순 나누기 ❌ 다른 가스 특성 지수(위험도 등)와 혼동

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문제 6

• 문제번호 6 | 개념형 | 난이도 ⭐⭐⭐ | 우선순위 필수
• 빈출도: ⭐⭐⭐⭐ (5회, 가스 분류 최빈출)
• 관련 키워드: 가스 특성, 밀도, 조연성, 공기액화, 냄새, 가연성, 위험도

문제 내용

다음의 보기의 가스 중에서 설명에 해당하는 것을 모두 골라 그 번호를 쓰시오. (5점)

보기: 산소, 수소, 염소, 아세틸렌, 아르곤, 메탄, 암모니아

(1) 밀도가 가장 낮은 것?  (1) 수소: H₂ = 2 (가장 가벼움)
(2) 밀도가 가장 큰 것?   (2) 염소: Cl₂ = 71 (가장 무거움)
(3) 조연성 가스?  (3) 조연성: 산소, 염소 (산소와 불소, 오존, 염소)
(4) 공기액화분리기로 얻을 수 있는 가스?  (4) 공기액화분리: 산소, 아르곤 (또는 질소)
(5) 냄새로 구별 가능한 가스 ?   (5) 냄새 있는 가스: 염소(수돗물 냄새), 암모니아(화장실 냄새)
(6) 가연성이면서 독성인 가스는?    (6) 가연성+독성: 암모니아 (또는 황화수소, 일산화탄소)

정답

  

해설

가스의 분자량과 특성:

분자량 비교:

수소(H₂) = 2 ← 가장 가벼움
메탄(CH₄) = 16
암모니아(NH₃) = 17
아세틸렌(C₂H₂) = 26
산소(O₂) = 32
아르곤(Ar) = 40
염소(Cl₂) = 71 ← 가장 무거움
공기 = 29

조연성 가스 (연소 촉진):

• 산소(O₂)
• 불소(F₂)
• 오존(O₃)
• 염소(Cl₂)

가연성 + 독성 가스:

• 암모니아(NH₃) ✓ (화장실 냄새)
• 황화수소(H₂S) (계란 썩는 냄새)
• 일산화탄소(CO) (냄새 없음)
• 시안화수소(HCN) (복숭아 냄새)

냄새 구분:

산소: 없음
수소: 없음
염소: 수돗물 냄새
아세틸렌: 마늘 냄새 (순수는 없음)
아르곤: 없음
메탄: 없음
암모니아: 화장실 냄새 ⭐

공기액화분리:

• 액화질소, 액화산소, 액화아르곤 (3가지)

암기팁

"가스 분류 = 분자량 기억" 주요 분자량: 수소(2), 메탄(16), 산소(32), 염소(71)

"조연 4가지": 산산불염 (산소, 산소, 불소, 염소) → 정정: 산불염+오존 "냄새 가스": 가스 이름에서 냄새 특징이 나옴

• 암모니아 → 암 냄새
• 황화수소 → 황(유황, 계란)

주의할 함정

❌ 분자량을 정확히 못 외우기 → 표 만들어서 숙지 ❌ 조연성 가스를 불연성으로 혼동 ❌ 가연성+독성의 모든 가스를 모르기 → 최소 3가지는 암기 ❌ 냄새로 구분 불가한 가스(수소, 메탄, 산소)를 답하기

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문제 7

• 문제번호 7 | 개념형 | 난이도 ⭐⭐ | 우선순위 중점
• 빈출도: ⭐⭐⭐ (3회)
• 관련 키워드: 액화천연가스, LNG, LPG, 주성분

문제 내용

액화천연가스(LNG)의 주성분을 이루는 물질을 쓰시오.

정답

메탄(CH₄), 에탄(C₂H₆) (주성분은 메탄)

해설

천연가스와 LNG:

1. 천연가스(Natural Gas):
   • 지층 깊은 곳의 화석 연료
   • 주성분: 메탄 70~90%
   • 기타: 에탄, 프로판, 질소 등 포함
2. LNG(Liquified Natural Gas, 액화천연가스):
   • 천연가스를 -161℃ 이하로 냉각 액화
   • 부피 1/600 수준으로 감소
   • 운송 및 저장 용이
   • 주성분: 메탄 (보조: 에탄)
3. LPG(Liquified Petroleum Gas, 액화석유가스):
   • 석유 정제 과정에서 생성
   • 주성분: 프로판(C₃H₈), 부탄(C₄H₁₀)
   • -42℃ 정도에서 액화
   • 도시가스보다 발열량 높음

비교 정리:

구분          LNG              LPG
원료          천연가스          석유
주성분        메탄(70~90%)     프로판+부탄
액화온도      -161℃ 이하      -42℃
부피비        1/600            1/250
용도          대규모 공급      가정용, 산업용

암기팁

"LNG = N = Natural(천연) = 메탄" "LPG = P = Petroleum(석유) = 프로-부탄"

계산 팁:

• LNG 1 Sm³ = 약 0.7 kg (액체)
• LPG 1 Sm³ = 약 2.0 kg (액체)

주의할 함정

❌ LNG와 LPG의 주성분 혼동 ❌ 메탄을 "프로판"이라고 답하기 ❌ 액화 온도 혼동 → LNG는 -161℃, LPG는 -42℃

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문제 8

• 문제번호 8 | 개념형 | 난이도 ⭐⭐ | 우선순위 중점
• 빈출도: ⭐⭐ (2회)
• 관련 키워드: 

문제 내용

일반 액화석유가스 시설 중 입구가 1.56 MPa(고압)이고 출구가 2.3~3.3 kPa(낮은 저압)의 압력으로 조정하여 내보내는 장치는?

정답

1단 감압식 저압 조정기

해설

이 문제는 LPG 조정기(Regulator)의 종류와 성능을 묻는 아주 전형적인 문제입니다.

• 입구 압력 (1.56 MPa): LPG 용기 내부에 액체 상태로 저장된 가스가 기화되어 나올 때의 높은 압력을 의미합니다. (고압)
• 출구 압력 (2.3~3.3 kPa): 우리가 일반 연소기(가스레인지 등)에서 안전하게 사용할 수 있는 아주 낮은 압력을 의미합니다. (저압)
• 핵심 원리: 높은 압력을 **단 한 번(1단)**에 우리가 쓰는 낮은 압력(저압)으로 **줄여준다(감압)**는 뜻에서 1단 감압식 저압 조정기라고 부릅니다.

용어 뜯어보기 (이해하기)

• 1단: 압력 조정을 한 번에 끝냄.
• 감압: 압력을 줄임.
• 저압: 최종 나오는 압력이 낮음 (kPa 단위).
• 조정기: 압력을 일정하게 유지해 주는 장치.

암기 팁 (연상법)

이 문제는 수치와 명칭을 매칭하는 것이 포인트입니다!

1. 압력 수치 암기: "일오륙(1.56)에 이삼삼삼(2.3~3.3)"
   • 입구: 1.56 (일오륙)
   • 출구: 2.3 ~ 3.3 (이삼~삼삼)
   • 리듬을 타서 "일오륙이 이삼삼삼 됐다"라고 외워보세요.
2. 명칭 암기: "일저조(1단 저압 조정기)"
   • 기능사 시험에서 MPa 단위가 kPa 단위(한 자릿수)로 확 떨어지면 일단 **'저압 조정기'**입니다.
   • 중간 단계 없이 바로 가니까 **'1단'**입니다.

확장 개념 (비교해서 외우기)

시험에는 다른 조정기도 나올 수 있으니 세트로 기억하세요!

• 1단 감압식 준저압 조정기: 출구가 5~30 kPa 정도입니다. (조금 더 힘이 센 연소기용)
• 2단 감압식: 압력을 두 번에 걸쳐 나눠서 줄입니다. (입구가 보통 0.07~1.56 MPa → 1차 거쳐서 2차로)

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문제 9

• 문제번호 9 | 개념형 | 난이도 ⭐⭐ | 우선순위 필수
• 빈출도: ⭐⭐⭐⭐ (5회)
• 관련 키워드: 저비점 액체, 액화질소, 펌프, 저장설비

문제 내용

다음 ( ) 안에 들어갈 말을 쓰시오.

(가) 초저온 용기란 섭씨 ( -50 ) 도 이하의 액화가스를 충전하기 위한 용기로서 단열재로 피복하거나 냉동설비로 냉각하는 등의 방법으로 용기 안의 가스온도가 상용의 온도를 초과하지 않도록 한 것. 

(나) (단열성능시험)은 액화질소, 액화산소, 또는 액화아르곤을 사용하여 실시한다. 

정답

-50 (또는 영하 50도, 영하 50)

해설

초저온 용기의 정의 및 특징:

1. 초저온 용기:
   • 온도: -50℃ 이하의 액화가스 전용
   • 용도: 액화질소(LN₂), 액화산소(LO₂), 액화아르곤(LAr) 등
   • 특징: 단열 성능 우수
2. 구조:
   • 내부: 액화가스 저장
   • 중간층: 진공 또는 우레탄 단열재
   • 외부: 보호 쉘
3. 온도 기준:
4. 구분 온도 기준 일반 저장탱크 상온 (~40℃) 저온 저장탱크 -50℃ 이하 초저온 저장탱크 -196℃ 이하 (액화질소)
5. 상용 온도(常用 온度):
   • 일상적으로 사용되는 온도
   • 보통 15~25℃
   • 초저온 용기는 이보다 훨씬 낮게 유지

암기팁

"-50℃" 이 수치는 절대 필수 암기! "초저온 = -50도 이하" 직결해서 외우기

온도 기준선:

• 보관: 40℃ 이하 (2021년 1회, 2회)
• 초저온: -50℃ 이하 (2021년 4회)

주의할 함정

❌ "-40℃", "-60℃"로 착각 ❌ "영하 50도"를 "-50℃"로 정확히 표현 못 하기 ❌ "상용의 온도"의 의미 모르기 → 일상적인 실온

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문제 10

• 문제번호 10 | 개념형 | 난이도 ⭐⭐ | 우선순위 중점
• 빈출도: ⭐⭐ (2회)
• 관련 키워드: 차압식 유량계, 오리피스, 벤튜리, 플로우노즐

문제 내용

차압식 유량계를 1가지 쓰시오.

정답

오리피스 유량계 (Orifice Plate), 벤튜리, 플로우노즐

해설

유량계의 분류:

1. 차압식 유량계 (Differential Pressure Flowmeter):
   • 배관에 제한을 두어 압력 차 발생
   • 압력 차로 유량 계산
2. 주요 차압식 유량계:
   • 얇은 판에 구멍 뚫림
   • 구조 가장 간단
   • 가격 가장 저렴 ✓
   • 압력 손실 가장 큼 (단점) ✗
   • 정확도 낮음 (단점) ✗
   • 가장 많이 사용
   벤튜리(Venturi):
   • 관이 좁아졌다가 넓어지는 구조
   • 압력 손실 적음 (장점)
   • 정확도 높음 (장점)
   • 가격 비쌈
   • 제조 복잡
   플로우노즐(Flow Nozzle):
   • 오리피스와 벤튜리의 중간
   • 중간 정도의 정확도
3. 오리피스(Orifice):
4. 비차압식 유량계:
   • 막식(Diaphragm)
   • 회전자식(Rotameter)
   • 터빈식(Turbine)

암기팁

"오벤플" 3가지 순서로 외우기

특징 정리:

• 오리피스: 싸고 간단하지만 부정확
• 벤튜리: 정확하지만 비쌈
• 플로우노즐: 중간 수준

주의할 함정

❌ 비차압식 유량계(막식, 터빈식) 답하기 ❌ "유량계" 일반명으로만 답하기 → 구체적 명칭 필요

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문제 11

• 문제번호 11 | 개념형 | 난이도 ⭐⭐⭐ | 우선순위 필수
• 빈출도: ⭐⭐⭐⭐ (5회, 아세틸렌 관련 최빈출)
• 관련 키워드: 아세틸렌, 침윤제, 다공물질, 아세톤, DMF

문제 내용

아세틸렌을 용기에 충전하는 때에는 미리 용기에 다공물질을 고루 채운 후, 사용되는 침윤제를 2가지 쓰시오.

정답

① 아세톤
② 디메틸포름아미드(DMF)

해설

아세틸렌 용기의 특수한 구조:

1. 아세틸렌의 위험성:
   • 폭발범위: 2.5~81% (매우 넓음)
   • 분해폭발 위험 (흡열반응)
   • 2.5 MPa 이상에서 위험
2. 다공물질(Porous Material):
   • 규조토(규조석, Diatomaceous Earth)
   • 다공도: 75% 이상 92% 미만
   • 아세틸렌 분자를 많은 구멍에 분산 저장
   • 폭발 에너지 분산
3. 침윤제(Solvent):
   • 가장 일반적
   • 아세틸렌을 잘 용해
   • 상온에서 액체
   • 구하기 쉬움
   • 용기 당 약 250mL 사용
   디메틸포름아미드 (Dimethylformamide, DMF):
   • 아세톤의 대체품
   • 아세틸렌을 더 잘 용해
   • 휘발성 낮음 (손실 적음)
   • 비용 더 높음
4. 아세톤 (Acetone, CH₃COCH₃):
5. 아세틸렌 충전 절차:
6. 1) 용기에 규조토(다공물질) 고루 채우기 2) 침윤제(아세톤 또는 DMF) 고루 적시기 3) 아세틸렌 충전 (2.5 MPa 이하) 4) 충전 후 15℃에서 1.5 MPa 이하 될 때까지 정치 5) 충전 후 24시간 정치 6) 이후 매일 검사

암기팁

"아세톤 + DMF" 2가지 침윤제 필수 암기! 아세틸렌 용기는 다른 용기와 완전히 다른 구조

아세틸렌 충전 관련 수치:

• 다공도: 75~92%
• 충전 압력: 2.5 MPa 이하
• 최종 압력: 1.5 MPa 이하 (15℃)
• 침윤제: 아세톤 또는 DMF

주의할 함정

❌ 침윤제 중 1개만 답하기 → 2가지 모두 필수 ❌ "가솔린" "벤젠" 같은 다른 용매 답하기 ❌ 다공물질의 종류를 묻는 것이 아님 → 침윤제명 필요 ❌ 규조토와 침윤제를 혼동

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문제 12

• 문제번호 12 | 개념형 | 난이도 ⭐⭐ | 우선순위 중점
• 빈출도: ⭐⭐⭐ (3회)
• 관련 키워드: 안전관리자 업무

문제 내용

고압가스안전관리법에서 정하는 안전관리자의 업무에 대한 내용
(가) 사업소 또는 (사용신고시설)의 시설, 용기 등 또는 작업과정의 안전유지
(나) (공급자)의 의무이행 확인
(다) (안전관리규정)의 시행 및 그 기록의 작성 및 보존 

정답

(가) 사용신고시설 (나) 공급자 (다) 안전관리규정

해설

안전관리자가 현장에서 실제로 어떤 권한과 책무를 가지는지 정의합니다.

1. 사용신고시설: 고압가스는 일정 규모 이상 사용 시 관할 행정관청에 신고해야 합니다. 안전관리자는 사업장뿐만 아니라 이런 '신고된 사용 시설'까지 관리해야 합니다.
2. 공급자: 가스를 배달해 주는 업체가 법적 의무(안전 점검 등)를 잘 지키는지 확인하는 것도 안전관리자의 몫입니다.
3. 안전관리규정: 사업소의 안전을 위해 스스로 정한 '법적 약속'입니다. 이를 잘 지키고(시행), 증거를 남기는(기록/보존) 것이 가장 중요한 서류 업무입니다.

암기 팁 (연상법)

키워드 '사·공·규' 또는 **'시설·사람·약속'**으로 외우면 쉽습니다.

• 팁 1: [사·공·규] 전략
  • 사: 사용신고시설 (장소)
  • 공: 공급자 (대상)
  • 규: 안전관리규정 (문서)
  • "안전관리자는 사공이 많으면 배가 산으로 가니까 규칙을 세워야 한다" 라고 연상해 보세요.
• 팁 2: 업무의 흐름으로 외우기
  1. 먼저 가스가 들어오는 **통로(공급자)**를 확인한다.
  2. 우리 공장과 **사용 시설(사용신고시설)**의 하드웨어를 점검한다.
  3. 이 모든 내용을 **장부(안전관리규정)**에 적고 보관한다.

추가 포인트 (기록 보존 기간)

안전관리규정의 실시기록은 보통 5년간 보존해야 한다는 숫자도 함께 기억해 두시면 완벽합니다.