공직파(17): Insulation Selection Guideline

단열 목적·배관 Size·재질 특성을 고려한 공정 설계 기준

플랜트 및 산업 공정 설계에서 Insulation Selection Guideline(단열재 선정 가이드라인)은 설비의 안전성, 에너지 효율, 유지보수 비용을 결정하는 핵심 설계 기준입니다.

단열은 단순히 “두껍게 감싸는 작업”이 아니라, 단열 목적(Hot / Cold / Personnel / Condensation)과 배관 Size, 운전 조건, 단열재 물성을 종합적으로 고려하여 설계되어야 합니다.

 

본 글에서는 실제 엔지니어링 현업에서 활용되는 단열 목적별·배관 Size별 두께 선정 기준과 단열재 재질별 Thermal Conductivity(열전도율)를 중심으로 설명드리겠습니다.

 

 

Insulation의 주요 목적 분류

단열 설계는 일반적으로 아래 4가지 목적 중 하나 이상을 만족하도록 설계됩니다.

구분	주요 목적
Hot Insulation	열손실 방지, 에너지 절감
Cold Insulation	열유입 차단, 공정 온도 유지
Personnel Protection	작업자 화상 방지
Condensation Control	결로 및 CUI 방지

👉 단열 두께는 “단열 목적”에 따라 달라지며, 동일한 배관이라도 목적이 다르면 두께가 달라질 수 있습니다.

 

 

단열 목적별 Insulation 두께 선정 기준

1. Hot Insulation (고온 배관 단열)

• 적용 대상: Steam, Hot Oil, 고온 Gas Line
• 주요 기준: 허용 열손실(Heat Loss), 에너지 효율
• 특징: 배관 Size가 클수록 열손실 면적이 증가 → 단열 두께 증가

예시 기준 (Mineral Wool 기준)

배관 Nominal Size운전 온도 200~300℃

≤ 2"	30 ~ 40 mm
3" ~ 6"	40 ~ 50 mm
8" ~ 12"	50 ~ 65 mm
≥ 14"	65 ~ 75 mm

 

2. Cold Insulation (저온 배관 단열)

• 적용 대상: 냉각수, Refrigerant, Cryogenic Line
• 주요 기준: 열유입 방지 + Vapor Barrier 적용
• 특징: 단열 두께는 결로 및 열유입량 기준으로 산정

예시 기준 (PUF 기준)

배관 Nominal Size운전 온도 0 ~ -40℃

≤ 2"	25 ~ 30 mm
3" ~ 6"	30 ~ 40 mm
8" ~ 12"	40 ~ 50 mm
≥ 14"	50 ~ 65 mm

 

 

3. Personnel Protection (작업자 보호 목적 단열)

• 적용 기준: 표면 온도 ≤ 60℃
• 특징:
  • 열손실 계산보다 표면 온도 제한이 우선
  • 소구경 배관에도 단열이 적용될 수 있음

일반 적용 기준

배관 Size권장 단열 두께

≤ 1.5"	25 mm
2" ~ 6"	25 ~ 40 mm
≥ 8"	40 ~ 50 mm

👉 실제로는 “배관 Size”보다 접근 빈도(Access Area)가 더 중요한 판단 기준이 됩니다.

 

 

4. Condensation Control (결로 방지 단열)

• 적용 대상: 저온 유체 배관, 고습 환경
• 핵심 기준: 단열 외표면 온도 ≥ 이슬점 온도
• 설계 포인트:
  • 충분한 단열 두께
  • Vapor Barrier 필수
  • 저흡수율 단열재 사용

결로 방지 목적의 일반적 두께 범위

운전 온도	단열 두께 범위
+5 ~ +15℃	20 ~ 30 mm
0 ~ -10℃	30 ~ 40 mm
-10℃ 이하	40 mm 이상

 

 

배관 Size가 단열 두께에 미치는 영향

배관 Size가 커질수록:

• 열전달 면적 증가
• 외표면 온도 유지가 어려움
• 구조적 안정성을 위해 단열 두께 증가

👉 따라서 대부분의 Engineering Standard에서는
“배관 Size별 표준 단열 두께 Table”을 보유하고 이를 기본값으로 적용합니다.

 

 

단열재 재질별 Thermal Conductivity (열전도율) 예시

Thermal Conductivity(λ)는 단열 성능을 판단하는 핵심 물성치이며, 값이 낮을수록 단열 성능이 우수합니다.

단열재 종류	Thermal Conductivity(W/m.K, @25℃)	특징
Mineral Wool	0.035 ~ 0.045	고온 안정성 우수, 불연성
Calcium Silicate	0.050 ~ 0.060	고온·고강도, 중량 큼
Polyurethane Foam (PUF)	0.020 ~ 0.028	저온·결로 방지에 우수
Aerogel Blanket	0.013 ~ 0.018	최고 수준 단열 성능, 고가
Cellular Glass	0.038 ~ 0.045	수분 흡수 없음, 내구성 우수

👉 동일한 단열 성능을 만족할 경우, Thermal Conductivity가 낮을수록 필요한 단열 두께는 얇아집니다.

 

 

단열 두께 산정의 실제 설계 철학

실제 공정 설계에서는 다음 순서로 단열 두께가 결정됩니다.

1. 단열 목적 정의 (Hot / Cold / Personnel / Condensation)
2. 운전 온도 및 배관 Size 확인
3. 단열재 물성(Thermal Conductivity) 검토
4. 표준 Thickness Table 적용
5. 필요시 Heat Transfer Calculation으로 보정

이러한 접근은 안전·성능·경제성(LCC)을 동시에 만족시키기 위한 필수 절차입니다.

 

 

Insulation Selection Guideline 핵심 정리

• 단열 두께는 “관행”이 아닌 공학적 기준으로 결정됩니다.
• 단열 목적, 배관 Size, 단열재 물성이 핵심 변수입니다.
• Thermal Conductivity는 단열 성능을 좌우하는 가장 중요한 지표입니다.
• 올바른 단열 설계는 에너지 절감 + 안전 확보 + 유지보수 비용 절감으로 직결됩니다.

Insulation Selection Guideline은 단순 설계 기준을 넘어, 플랜트 신뢰성과 운영 효율을 지탱하는 핵심 Engineering Philosophy라고 할 수 있습니다.