플랜트와 배관의 이해

 

플랜트에 관련된 이야기를 하다보면 몇몇 사람들은 "플랜트가 뭐지?"하고 되묻곤 한다. 위의 그림과 같은 풍경을 본 적이 있을 것이다. 이것이 바로 플랜트다. 국내에서는 울산석유화학 단지, 여수석유화학 단지에 가면 위 그림과 같은 풍경을 아주 쉽게 찾아볼 수 있다.

 

플랜트 배관이란 무엇인가?
위의 질문에 답을 하기 위해서는 먼저 플랜트에 대한 이해가 필요하다. 빠른 이해를 돕기 위해서 한 가지 예를 들어서 살펴보자. 학창식절 과학시간에 했던 실험을 떠올려 보자. 잘 섞여있는 메탄올과 물의 혼합물을 따로 분리해 내는 실험을 했던적이 있는가?

 

분별증류(Fractional distillation)

 

 

분별증류를 이해하기 위한 실험으로 잘 섞여있는 물과 메탄올 액체 혼합물을 따로 분리하는 실험을 하곤한다. 어떤 방법으로 두 액체를 분리해 낼 수 있을까? 그것은 바로 끓는 점의 차이를 이용하는 것이다. 잘 알고 있듯이 순수한 물은 100℃에서 끓고, 메탄올은 64℃에서 끓기 시작한다. 두 액체 혼합물을 끓이게 되면 온도가 64℃에 이르게 되면 메탄올이 끓어서 기체로 변하기 시작한다. 이때 발생되는 기체를 따로 모아서 다시 냉각 시키면 순수한 메탄올을 얻을 수 있는 것이다. 이러한 끓는 점의 차이를 이용해서 액체를 분리하는 방법을 분별증류라고 한다.

이러한 분별증류는 원유(Crude oil)를 증류하여 다양한 원료를 얻어내는 데도 사용된다. 다양한 물질이 잘 혼합되어 있는 원유를 분별증류를 이용해서 각각의 물질을 분리해낼 수 있다. 단지 과학시간에 사용했던 실험장치보다 더 큰 장치가 필요한 것 뿐이다.

 

세로로 길게 생긴 모양의 장치를 제작하고 그 속에 원유를 공급하고 열을 가해주자. 끓는 점의 차이에 의해서 원유속에 포함된 다양한 원료들은 분리된다. 이렇게 분리된 각 원료들을 따로 모으게 되면 원유로부터 쓸모있는 원료를 완벽하게 분리해낼 수 있는 것이다. 자동차 연료로 쓰이는 휘발유, 경유 등은 이러한 과정을 통해서 얻게된다. 석유화학단지에 가면 볼 수 있는 길게 생긴 모양의 장치들은 대부분이 이러한 용도로 쓰인다.

 

이것이 바로 정유 플랜트(Refinery plant)의 기본구조이다. 정유회사는 위와 같이 원유로부터 휘발유, 경유등을 얻을 수 있는 시스템을 구축해 놓은 것이다. 싼 가격에 원유를 사들여서 생산한 휘발유, 경유 등에 이윤을 붙여서 파는 것이 정유회사의 기본적인 이익구조라고 할 수 있다.

 

이처럼 플랜트는 어떠한 원료로부터 다양한 생산물을 얻어내기 위한 시스템인 것이다.

전기를 생산하는 발전플랜트는 다양한 원료를 사용한다. 물의 운동에너지를 이용한 수력발전, 가스 등을 이용한 화력발전, 핵분열을 이용한 원자력발전 등, 원료에 따라 다양하게 나뉘기도 한다. 기타 화학물을 생산하는 화학플랜트도 마찬가지다. 주 원료와 기타 원료를 혼합해서 새로운 형태의 물질을 만들어 내는 것이다.

 

그렇다면 배관이 하는 역할은 무엇인가?
다시한번 정유 플랜트의 분별증류 시스템을 살펴보자. 분별증류가 실제 일어나게되는 길게 생긴 모양의 장치를 증류탑(Distillation column)이라고 한다. 끓는 점의 차이에 의해서 각 원료가 분리되는 것은 알고 있다. 그렇다면 그 후에는 어떻게 할 것인가? 분리된 각 원료를 따로 모아야 할 것이다. 그러면 저장용기를 각각의 원료마다 준비해 놓고 따로 모으면 되겠다. 분리된 원료는 이동이 필요한 것이다.

 

증류탑 → 저장용기

각 원료가 증류탑에서 저장용기로 이동하기 위해서는 각 장치를 연결하는 무엇인가가 필요하다. 이때, 사용하는 것이 바로 배관이다. 특히 플랜트에서는 배관이 많이 사용 된다. 눈 앞이 어지러울 정도로 많은 배관들은 각각의 내용물을 담고있다.

 

 

모든 배관은 목적과 환경을 갖고 있다?

모든 배관은 목적을 갖는다. 위의 정유 플랜트의 배관은 '증류탑'에서 '저장용기'로 '원료'를 이동 시키는 목적을 갖고 있다. 어떤 배관이든지 그 속을 흐르는 유체(Fluid), 그리고 출발점과 도착점으로 그 배관의 목적을 설명할 수 있다. 또한, 배관은 놓여진 환경이 있다. 뜨겁다던지, 지상 또는 지하에 있다던지, 빨리 흘러야 한다던지, 유체를 제어할 수 있어야 한다던지 등의 조건이 있는 것이다.

배관을 설계할 때는 위의 두 가지, 배관의 목적과 환경을 우선 잘 파악하고 거기에 맞는 방법으로 설계하는 것이 아주 중요하다. 어떠한 것이든지 목적을 달성하지 못한 것은 아무런 효과가 없기 때문이다.

 

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이 글의 출처는 배관정복의 프리웨이(ds23)님이 작성하신 글입니다.