플랜트(Plant) 배관설계 및 일반, 실무 배관배치의 이해

1. 플랜트 배관설계에 대해서 기술한다.

 단계별 배관설계의 개요로 개념설계, 기본설계, 상세설계로 이렇게 3단계로 구분할 수 있다. 우선 개념설계는 기본적인 설계자료 조사, 연구, 검토 및 구체적 계획을 수립하는 단계로 설계계약서 숙지, 기본설계 자료 및 설계 범위 파악, 설계실적 또는 자료 및 문헌의 조사, 적용될 규격, 법규 등의 범위 및 요건 검토, 설계기준 및 설계절차 확립, 설계 공정표 및 인력투입계획을 확정한다. 두 번째 기본설계는 기계, 전기, 토목, 건축 및 원자력 등 충분한 기술협의로 설계를 최적화하는 단계로 운전성, 보수성, 경제성 종합 검토하고 부지계획도, 부지배치도, 기기배치도를 작성한다. 마지막으로 상세설계는 관련부서 간섭 및 요구사항 검토 후 최종 건설용 도면을 발행하는 단계로 배관배치, 배관지지물 위치도 및 설계도면 작성, 배관응력해석 및 배관자재 구매구격서 작성, 설계계산서 및 설계보고서 작성, 설치 및 시험절차서를 작성한다. 

 배관설계 업무별 개요는 건물 및 기기배치 설계, 배관배치 설계, 배관자재 설계, 배관응력 해석, 배관지지대 설계로 5가지로 설명할 수 있다. 건물 및 기기배치 설계는 플랜트 안전에 중요한 계통이나 필수 기기들이 플랜트 내에서 발생할 수 있는 사고나 재해들로부터 심각한 손상을 입지 않도록 배치한다. 배관배치 설계는 계통의 기능, 설계요건, 기기 및 계통의 특성, 미관, 방사선 피폭 최소화(원자력 발전소)등을 고려한다. 배관자재 설계는 배관자재(Fitting, Valve, Flange, Strainer, Trap)들이 계통배관에서 기능과 목적을 만족하도록 재질, 크기, 두께, 형식과 연결방법 등과 구매 사양서를 작성한다. 배관응력해석은 배관배치를 완료한 배관계가 허용응력과 기기노즐하중응력, 밸브허용가속도 등을 만족하도록 검증하는 것이다. 압력, 자중, 열팽창, 지진, 진동, 열 천이 등이 있다. 배관지지대 설계는 열팽창이나 지진 등에 대한 배관계의 구조적 건전성 유지, 배관 지지물 위치와 형식은 배관응력해석 과정에서 결정한다. 

2. 플랜트 일반 배관배치에 대해서 기술한다. 

 배관배치의 기본개념은 경험과 Sense 필요, 각 설계분야의 상호조정을 통해 안전성, 운전성 및 보수성, 경제성과 미적인 측면에서 균형을 이루는 것을 말한다. 배관배치의 설계 시 필요한 자료로는 Regulation, Codes and Standards, Projet Design Criteria Manual, Classification Criteria, System functional Description, General Arrangement Drawing, Design vase Drawing, Equipment Information을 참고한다. 배관배치의 기본지침은 계통의 기능, 설계요건, 기기 및 계통의 특성을 숙지하고 최단거리 배치, 굴곡을 적게 하여 불필요한 Air-pocket이나 Drain-pocket을 만들지 않는다. 고온배관은 열팽창 흡수를 고려하고 고압 또는 고유속 배관은 굴곡부와 T-Branch를 최소화하고 충격파에 의한 진동 및 굴곡부 마모를 고려한다. 고준위 방사선 배관은  Flange 사용을 피하고 Branch connection Fitting 설계기준을 고려해서 선정하고 대구경 배관을 우선적으로 Routing, 복잡한 Line이나 고온, 고압의 Line은 선별하여 Routing, Pipe Rack이나 플랜트 내 Cross 되는 Line은 Elevation Group화 높낮이를 일률적으로 조정한다. 고온 Line 열팽창 방향과 Cross Line과 간격을 고려하고 안정성을 측면에서 방사선 오염과 확산을 최소화하고 안전성 관련 다중계통은 상호 물리적 격리하여 배치한다. 운전성, 보수성이 용이하도록 계통 운전 용이, 검사, Maintenance, 경제성 및 미관을 고려하여 배관의 그룹화, 플랜트 배치와의 조화를 이루어야 한다. 배관도면 작성 시 필요한 자료로는 P&ID, Pipe Design Table, Piping Line Index, HVAC Duct, Instrument Drawing, Instrument Installation Details, Civil, Structure & Architecture Drawing, Vendor Drawing이 있다. 일반 배관배치를 위한 고려사항으로는 계통설계 및 기기에서 계통요구조건, Vendor 요구사항기기 및 기기의 특수 설계요건이 있으며 인터페이스 빛 간섭 및 안전성, 접근성, 유지보수성을 고려해야 한다.

3. 플랜트 배관배치의 실무에 대해서 기술한다. 

 플랜트 배관배치의 실무의 기본사항에 대해서 알아보자면 격리요건을 충분히 고려하여 배관을 배치해야 하며 안전성과 관련하여 다중계통 배관은 상호 물리적으로 격리해서 배치한다. High Energy Line은 계통의 기기, 배관, Cable로 부터 안전성 관련 계통배관 최소 6"이상 주위 간격을 유지한다. 배관을 그룹화하여 미관 및 경제성을 고려하고 최단거리로 배치, 굴곡을 최소화한다. 고온배관 열팽창 흡수를 위한 Flange 사용을 하지 않고 방산선물질이 함유된 배관은 Pipe-Chase내에 배치한다. Fitting류 선정 시 설계기준을 고려해야 한다. 펌프배관 배치는 Pump Suction 및 Discharge Line의 Elevation은 인접 Pump Pipe Line과 통일하게 Routing 한다. Pump Suction은 Bending를 적게 함으로 Air-Pocket을 방지하고 배관 신축 시 Pump 보호를 위해서 Support와 진동, Thermal Stress에 의한 Flexibility를 고려한다. Pump Suction, Discharge working Space, Pump Suction에 Air Pocket이 생기지 않도록 해야한다. Pump Suction 및 Discharge Nozzle의 Size는 Line Size보다 한치수 작게 Routing, Pump Suction 과 Discharge Valve는 가능한 Nozzle에 가깝게 Routing한다. 열교환기 배관배치는 열교환기 주위 Pipe Line은 전부 Overhead로 올려서 Line을 Group으로 Routing 하여 Working Space를 확보한다. Overhead Piping을 할 때 열교환기 Body 중심 선으로 하지 않는다. 열교환기 Body 주위 Valve는 열교환기 Outside에서 100mm 이상 Clearance를 유지한다. 고온 Line에 대한 Thermal Stress를 고려하여 Routing 한다. 마지막으로 수평 Tank배치는 Tank 자체 Nozzle 위치를 우선 Routing 하고 Pump Suction은 Routing 시 N.P.S.H를 충분히 만족해야 하며 Outlet Nozzle 쪽으로 Level Gauge나 Controller 위치한다. Drain Nozzle은 Outlet Nozzle과 떨어져 가장 Low Point에 둔다. Manhole은 Tank Top에 둘 경우에 출입이 곤란함으로 가능한 낮은 곳이 유리하며 Saddle의 Anchor Point는 Pipe Way 가까운 쪽에 한다.

끝.