공직파(13) : Sparing Philosophy란 무엇인가?

플랜트 공정설계(Process Design) 직무에서 Sparing Philosophy는 설비의 신뢰성과 가동률을 좌우하는 핵심 개념입니다. 단순히 장비를 “여분으로 하나 더 두는 것”이 아니라, 공정 안정성·운영 비용·정비 전략을 종합적으로 고려한 설계 철학이라고 볼 수 있습니다.

 

이번 글에서는 Sparing Philosophy의 개념부터 필요성, 유형, 그리고 실제 공정설계에서 자주 사용되는 예시까지 함께 정리해 드리겠습니다.

 

공장에서 펌프와 같은 Rotating Equipment의 경우, 2개씩 병렬로 배치하는데, 이 또한 Sparing Philosophy에 해당합니다.

 

1. Sparing Philosophy의 기본 개념

Sparing Philosophy란 공정 내 주요 설비가 고장 또는 정비로 인해 정지하더라도 전체 공정의 연속 운전을 유지하기 위해 예비(Spare) 설비를 어떻게 구성할 것인지에 대한 기준을 의미합니다.

 

공정설계 단계에서 Sparing Philosophy를 명확히 설정하지 않으면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

• 단일 설비 고장으로 인한 전체 플랜트 셧다운
• 불필요한 과잉 설계로 인한 CAPEX 증가
• 유지보수 전략 부재로 인한 운영 리스크 확대

따라서 Sparing Philosophy는 초기 FEED 및 Basic Design 단계에서 반드시 검토되어야 하는 설계 항목입니다.

 

 

2. Sparing Philosophy가 중요한 이유

공정설계 직무에서 Sparing Philosophy가 중요한 이유는 크게 세 가지입니다.

1. 플랜트 가동률(Reliability) 확보

정유·석유화학·발전 플랜트는 24시간 연속 운전이 기본입니다. 핵심 장비의 고장은 곧 생산 손실로 직결되기 때문에 예비 설비 전략이 필수적입니다.

2. 유지보수 및 운영 효율성 향상

운전 중 정비(On-line Maintenance)가 가능한 구조를 설계함으로써 계획 정비와 비계획 정지를 최소화할 수 있습니다.

3. 경제성(CAPEX vs OPEX) 균형

예비 설비를 무작정 많이 두는 것은 투자비 상승으로 이어집니다. Sparing Philosophy는 투자비와 운영 리스크의 균형점을 찾는 과정입니다.

 

 

3. Sparing Philosophy의 대표적인 구성 방식

공정설계에서 가장 많이 사용되는 Sparing Philosophy 유형은 다음과 같습니다.

1. 100% + 100% (1 Operating + 1 Spare)

• 동일 용량의 설비 2대를 구성
• 한 대 운전, 한 대 예비

특징

• 신뢰성이 매우 높음
• 투자비(CAPEX) 증가

주요 적용 대상

• Main Pump
• Critical Compressor
• Cooling Water Pump

 

2. 2 × 50% + 1 × 50% Spare (2 Operating + 1 Spare)

• 50% 용량 설비 3대 구성
• 2대 운전, 1대 예비

특징

• 유연한 운전 가능
• 부분 부하 운전에 유리

주요 적용 대상

• 공정 유량 변동이 큰 시스템
• 병렬 운전이 가능한 펌프류

 

3. N + 1 Philosophy

• 필요한 최소 설비 수(N)에 1대 예비 추가

특징

• 설비 수가 많은 시스템에 적합
• 합리적인 비용 대비 안정성 확보

주요 적용 대상

• Air Blower
• Utility Fan
• 다수 장비가 병렬로 운전되는 시스템

 

4. 실무에서 자주 쓰이는 Sparing Philosophy 예시

예시 1) 공정 이송 펌프(Process Transfer Pump)

• 요구 유량: 100%
• 설계 구성: 1 Operating + 1 Spare (100% + 100%)

설계 의도

• 펌프 고장 시 즉시 예비 펌프로 전환
• 공정 셧다운 없이 연속 운전 유지
• Startup, Shutdown 시 유연한 운전 가능

 

예시 2) Cooling Water Pump System

• 총 요구 유량: 200%
• 설계 구성: 2 × 50% Operating + 1 × 50% Spare

설계 의도

• 부하 변화에 따른 단계적 운전 가능
• 1대 고장 시에도 100% 유량 유지
• 에너지 효율 및 유지보수 측면에서 유리

 

예시 3) 공정 Air Blower (N+1 적용)

• 정상 운전 시 3대 필요
• 설계 구성: 3 Operating + 1 Spare (N+1)

설계 의도

• 일부 블로워 정비 중에도 공정 유지
• 과도한 설비 중복을 피하면서 안정성 확보

 

5. Sparing Philosophy 수립 시 고려해야 할 요소

공정설계 엔지니어는 다음 요소를 종합적으로 검토하여 Sparing Philosophy를 결정합니다.

• 설비 고장 시 공정 영향도 (Criticality)
• 운전 및 정비 접근성
• 설비 신뢰도(MTBF, MTTR)
• 투자비(CAPEX) 및 운영비(OPEX)
• Client Requirement 및 Design Basis

특히 EPC 프로젝트에서는 Client Specification에서 Sparing Philosophy를 명확히 요구하는 경우가 많아, 초기 설계 단계에서 반드시 확인이 필요합니다.

 

 

6. 공정설계 직무 관점에서의 정리

Sparing Philosophy는 단순한 설비 배치 문제가 아니라, 공정 안정성 · 경제성 · 운영 전략을 동시에 반영하는 설계 판단 영역입니다. 공정설계 직무를 준비하시거나 실무를 수행 중이시라면, PFD·P&ID를 검토할 때 “왜 이 설비는 예비가 있고, 왜 이 설비는 없는가?”라는 관점으로 접근해 보시는 것이 도움이 됩니다.