플랜트 완성의 과정(제1부)

플랜트에 대해서 잘 모르는 사람은 이 글을 필수적으로 읽어 볼 것을 추천함니다. 플랜트 완성 과정에 대한 체계적인 지식이 없는 사람은 본 웹사이트의 다른 토픽들을 읽었을 때, 혼란스러울 수도 있기 때문에. 각 단계별 행해지는 주요 업무와 각 과정이 어떻게 연결되는지 이해하는 것이 중요함니다.

 

플랜트는 어떻게 시작되는가?

플랜트가 완성되는 과정은 크게 다음과 같이 6가지로 나눌 수 있다.

• 사업
• 설계
• 제작과 구매
• 시공
• 운전
• 유지

각 단계에서 수행되는 것은 어떠한 것들이 있고 각 과정은 어떻게 연결되는지 살펴보기로 하자.

 

사업

사업은 어떻게 시작될까? 어떠한 사업을 시작하든 목적이 있을 것이다. 발전소 사업은 전기를 생산해서 전기를 공급하는 목적이 있는 것이고, 정유 플랜트는 원유를 보다 가치있는 원료로 전환해서 공급하는 것이다. 우리나라는 기름이 나오질 않아서 수입에 의존한다. 이때문에 우리나라는 원유국가보다 기름값이 비싸다. 중동 쪽의 원유국가들은 기름은 풍부하지만 물이 귀한 것이 일반적이다. 실제로 기름 1리터 보다 물 1리터가 더 비싼 나라도 있다. 이런 곳에서는 기름을 생산해서 파는 것보다 물을 생산해서 파는 것이 더욱 효과적일 것이다. 다시 말해서 사업성이 좋은 것이다.

한 여름 해변가에서 군고구마를 판다고 생각해 보자. 더운 햇볓 아래, 군고구마를 먹고싶은 사람은 별로 없을 것이다. 군고구마 대신 시원한 얼음물을 판다면 사업성이 더 좋다고 할 수 있다. 플랜트 사업도 이와 마찬가지로 사업성에 대한 고려를 해야 할 필요가 있다.

 

사업 타당성 조사

대한민국을 예를 들어서 사업성을 살펴보자. 우리나라는 바다로 삼면이 둘러 쌓여져 있다. 즉, 바닷물이 풍부하다는 이야기다. 반면에 기름은 한 방울도 나오질 않는다. 만약, 바닷물을 기름으로 바꿀 수 있는 신기술을 개발한다면 말할 필요도 없이 사업성이 좋을 것이다. 하지만 안타깝게도 그러한 신기술은 아직 개발되지 않았다. 사업은 현실적인 것이다. '불가능한 것을 가능하게 하라!' 라는 말도 있지만 이것은 그만한 열정으로 열심히 하란 이야기지 바닷물을 기름으로 바꾸란 얘기는 아니다. 현 시점에서 불가능한 것은 불가능한 것이다.

 

기술개발? 연구소?
많은 기업들이 기술개발에 투자를 하는 이유는 여기에 있다. 좋은 기술력을 바탕으로 보다 좋은 사업성을 확보하려는 것이다. 뛰어난 기술력은 경쟁 기업들에 비해서 아주 유리한 고지를 점령하는 것이다. 기술에 대한 보안유지에 관심이 높은 것도 이 때문이다.

 

기술의 현실화
바닷물을 기름으로 바꾸는 기술을 개발했다고 가정해보자. 뛰어난 기술력을 보유하고 있다고 해서 바닷물이 저절로 기름으로 바뀌겠는가? 절대 그럴리 없다. 세계 최고의 요리사가 머리속에 훌륭한 스테이크를 만드는 방법을 알고 있다고 해서 머리속에 떠올리는 것만으로 요리가 저절로 '짠' 하고 나타나지 않는 것과 마찬가지다. 기술을 현실화 하는 과정이 필요하다. 이러한 과정은 다음 단계인 설계과정에서 진행된다.

 

설계

 

바닷물에 A라는 원료와 B라는 원료를 80℃에서 1분간 잘 저어주면 기름이 되는 기술을 개발했다고 하자. 목적은 바닷물이 기름이 되는 것이고 3가지의 원료와 2가지의 조건이 필요하다.

• 바닷물
• 원료 A
• 원료 B
• 80℃
• 1분간 젓기

기술 개발을 했으니 실제 실험을 한번 해보자. 실험에 앞서 무엇이 필요한지 한 가지씩 살펴보자. 일단 3가지의 원료를 각각 담을 수 있는 저장용기가 필요하다. 80℃의 온도 유지는 전기 코일을 감아서 열을 공급하고 1분간 젓는 것은 막대 하나면 된다. 또 한 가지가 필요하다. 바로 3가지 원료가 섞여서 기름으로 변할 반응용기가 필요한 것이다

• 저장용기 3개
• 80℃를 유지해 줄 전기코일
• 막대
• 반응용기 1개

위의 준비물이 준비 되었다면 실제 실험을 통해 기름으로 변하는 것을 확인할 수 있을 것이다. 만약 1리터 짜리 반응용기에서 실험을 했다면 1분에 1리터씩 바닷물이 기름으로 변할 것이다. 1분에 1리터씩 기름을 얻기위해 막대로 계속 젓고 있는 것은 팔도 아프고 용량도 너무 작은듯 하다. 좋은 수가 없을까?

 

플랜트 시스템
실제 위 실험이 성공했다면 크게 만들어서 플랜트 시스템을 구축하자.

다음과 같은 과정이 필요할 것이다.

1. 바닷물, 원료 A, 원료 B 를 각각 담을 저장용 탱크를 설치한다.
2. 반응용 용기를 설치한다.
3. 반응용 용기에 80℃를 유지해 줄 전기 코일을 설치한다.
4. 반응용 용기에 모터를 설치해서 자동으로 내부를 저어줄 수 있는 교반장치를 마련한다.
5. 1분마다 생성되는 기름을 담을 수 있는 기름 저장탱크를 설치한다
6. 각 저장용 탱크에서 반응용 용기로 연결되는 배관을 설치한다.
7. 반응용 용기에서 기름 저장탱크로의 배관을 연결한다

 

 

위 그림에서 장치는 파란색으로 표현되었고 모터작동 교반장치는 빨간색, 배관은 녹색으로 표현되었다. 실제 플랜트처럼 운영하기는 아직 미비한 점이 많은 시스템이지만 기본적인 구조는 완성되었다. 이처럼 어떠한 시스템을 도식화한 그림을 SFD라고 부른다. 설계문서에 대한 자세한 사항은 다른 토픽에서 다룰 것이기 때문에 깊게 이해하지 않아도 괜찮다

 

유체의 이동
위 그림의 시스템에서는 짚고 넘어 가야할 중요한 문제가 있다. 그것은 바로 유체가 이동방향과 이동방법이다. 액체의 경우를 생각해 보자. 액체는 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다. 이것은 중력에 의해서 유체가 이동하게 되는 것이다. 현재 시스템에서 유체는 각 저장탱크에서 반응용기로 이동해야 하기 때문에 세 가지 원료를 담고 있는 저장용기는 반응용기보다 높은 곳에 설치 되어야 한다. 같은 원리로 반응용기는 기름 저장탱크보다 높은 곳에 설치되야 한다.

중력을 이용한 유체의 흐름 효과를 기대할 수 없을 때는 어떻게 할 것인가? 만약 세 가지 원료 저장용기가 반응용기보다 높은 곳에 설치될 수 없는 상황이라면 중력에 의한 유체 흐름은 발생하지 않는다. 이러한 경우는 다양한 방법으로 해결할 수 있는데 일반적으로 기계적인 힘으로 압력차를 발생시켜서 유체의 흐름을 만들어낸다.

 

도면의 제작
설계의 많은 과정을 하나의 글로 설명하기엔 무리가 있다. 하지만 한 가지 분명한 것은 설계의 결과는 눈으로 볼 수 있는 무엇인가로 표현되어야 한다는 것이다. 그 이유는 설계자의 생각을 제작자와 시공자가 함께 읽을 수 있어야 하기 때문이다. 따라서 설계의 결과는 도면으로 나타나게 된다. 설계는 제작용 도면을 만들어 내는 과정으로 볼 수도 있다.

 

제작
제작에 대한 글은 플랜트 완성의 과정(2부)에서 계속 됩니다.

 

 

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이 글의 출처는 배관정복의 프리웨이(ds23)님이 작성한 글입니다.