1. 공정은 설계대로 움직이고 있는가? 맥주를 무알코올 제품으로 전환하는 공정의 설계가 거의 마무리되었습니다. PFD를 통해 공정의 흐름을 정의했고, P&ID에는 배관과 밸브를 배치했습니다. 장비 데이터시트, Pipe Sizing, Hydraulic Calculation, Control Valve Sizing, PSV Design까지 검토하면서 플랜트를 실제로 건설하기 위한 상세설계가 구체화되었습니다. 하지만 한 가지 질문이 남아 있습니다. 설계한 공정이 실제로 어떻게 운전되고 있는지 우리는 어떻게 알 수 있을까요? 예를 들어 맥주에서 알코올을 제거하기 위해 가열과 증발을 이용한다고 가정하겠습니다. 가열기가 정상적으로 작동하는지, 증류탑 내부의 압력이 적절한지, 냉각수가 충분히 공급되는지, 제품이 목표 ..

1. 정상적으로 운전하던 공장에서 압력이 계속 상승한다면?맥주에서 알코올을 제거하는 공정의 상세설계가 진행되고 있습니다. 앞선 공정설계 단계에서는 맥주의 유량과 물질수지를 계산하고, 열교환기와 펌프를 선정했습니다. 상세설계에서는 P&ID를 확정하고, 배관 구경과 압력손실을 계산하며, 각종 밸브의 사양을 결정하고 있습니다. 그런데 설계 검토회의에서 한 가지 질문이 나옵니다. "만약 냉각수가 공급되지 않아 증기가 계속 발생한다면 어떻게 할 것인가?" 공정 내부에서 증기가 발생하거나 외부에서 열이 유입되면 설비 내부 압력이 상승할 수 있습니다. 배출배관이 막히거나 밸브가 잘못 조작되는 경우에도 압력이 비정상적으로 높아질 수 있습니다. 압력이 설비가 견딜 수 있는 수준을 초과하면 어떻게 될까요? 탱크나 배관의 ..

1. 밸브를 선정했다고 끝난 것이 아니다 맥주에서 알코올을 분리하는 공정의 설계가 진행되고 있습니다. 증류탑과 열교환기, 펌프, 배관의 기본 설계가 완료되었고, 이제 각 설비의 운전 조건을 자동으로 제어할 수 있도록 계장 설계를 진행할 차례입니다. 공정 엔지니어는 증류탑으로 공급되는 액체 유량을 일정하게 유지하기 위해 Control Valve를 설치하기로 했습니다. 배관 크기는 2인치이고, 유체는 물과 유사한 물성을 가진 액체입니다. 밸브 공급업체에 문의하자 다음과 같은 질문이 돌아왔습니다. "필요한 유량과 밸브 전후단 압력 조건을 알려주시겠습니까? Cv를 계산해야 합니다." 밸브의 크기를 결정하는데 왜 유량뿐 아니라 압력까지 필요한 것일까요? 같은 2인치 배관에 설치하는 밸브라면 2인치 Control ..

1. 배관을 설계했다면, 이제 어떤 밸브를 설치할 것인가? 배관 구경을 결정하고, 유체가 흐를 때 발생하는 압력 손실까지 계산했습니다. 이제 설계 도면을 실제 플랜트로 구현하기 위해 다음 질문에 답해야 합니다. "이 배관에는 어떤 밸브를 설치해야 할까요?" 질문 자체는 간단하지만, 실제 엔지니어링에서는 생각보다 많은 검토가 필요합니다. 유체의 흐름을 단순히 차단하는 밸브가 필요한지, 유량을 정밀하게 조절해야 하는지, 역류를 방지해야 하는지에 따라 밸브의 종류가 달라지기 때문입니다. 예를 들어 맥주를 저장 탱크로 이송하는 배관이라면 필요할 때 유체를 차단할 수 있는 밸브가 중요합니다. 반면, 증류 공정에서 알코올 증기의 유량을 조절하는 배관이라면 운전 조건에 따라 유량을 연속적으로 제어할 수 있어야 합니다..

배관의 크기를 결정했다고 해서 배관 설계가 끝나는 것은 아닙니다. 배관 내부를 흐르는 유체가 목적지까지 도달하는 동안 압력이 얼마나 감소하는지 확인해야 합니다. 배관이 충분히 굵더라도 길이가 길거나 밸브와 엘보가 많으면 예상보다 큰 압력 손실이 발생할 수 있기 때문입니다. 이번 글에서는 무알코올 맥주 생산 플랜트의 액체 이송 배관을 예로 들어, Hydraulic Calculation의 기본 원리부터 마찰 손실 계산, 밸브와 피팅의 압력 손실, 펌프 양정 검토까지 순서대로 살펴보겠습니다. 1. 배관 크기를 정했다면, 다음 질문은 압력이다. 지난 Part 46에서는 Pipe Sizing을 다뤘습니다. 생산 공정에서 필요한 유량을 확인하고, 적절한 유속을 설정한 다음, 이를 만족하는 배관 구경을 선정하는 과..

1. 배관의 크기는 어떻게 결정되는가? 무알코올 맥주 생산 플랜트의 주요 장비가 선정되고 Equipment Datasheet 작성까지 완료되었습니다. 이제 맥주 원액을 이송하는 펌프와 저장 탱크, 열교환기를 연결해야 합니다. 이때 설계팀에서 반드시 결정해야 하는 항목이 있습니다. 바로 배관의 구경(Pipe Size)입니다. 예를 들어 생산 공정에서 시간당 10 m³의 액체를 이송해야 한다고 가정하겠습니다. 배관을 1인치로 설치해야 할까요? 아니면 2인치가 적절할까요? 직관적으로는 배관이 굵을수록 유체가 원활하게 흐를 것 같습니다. 실제로 배관 직경이 커지면 일반적으로 유속과 마찰에 의한 압력손실이 감소합니다. 그러나 배관이 커질수록 자재비와 설치비가 증가하고, 배관 내부에 남는 유체의 양이나 세정에 필요..