펌프의 종류 총정리

플랜트 공정설계(Process Design)에서 펌프는 단순히 “유체를 보내는 장치”가 아니라, 설비의 신뢰성·안전·운전비용(OPEX)을 결정하는 핵심 장비입니다.

특히 펌프는 선정 단계에서 잘못 판단하면 시운전 이후에도 Cavitation, Vibration, Seal Failure, Capacity 부족 등 반복적인 Trouble로 이어지기 때문에 설계 초기부터 체계적인 이해가 필요합니다.

 

이번 글에서는 공정엔지니어 관점에서 펌프를 종류별로 정리하고, 각 펌프의 적용처와 선정 기준, Trouble 원인까지 실무적으로 설명드리겠습니다.

 

 

1. 펌프(Pump)의 기본 정의와 역할

펌프는 기계적 에너지를 이용하여 유체에 에너지를 전달하고, 그 결과로 유체의 압력(Head) 또는 속도(Velocity)를 증가시키는 장치입니다.

플랜트에서 펌프는 다음 목적을 위해 사용됩니다.

• 탱크 → 탱크 이송
• Heat Exchanger 순환
• Column Reflux / Bottoms 이송
• Boiler Feed Water 공급
• Chemical Injection
• Slurry 이송
• Fire Water 공급

이처럼 펌프는 공정 전반에서 사용되며, 단순한 장치가 아니라 설비 운영의 “혈관” 역할을 합니다.

 

 

2. Dynamic Pump vs Positive Displacement Pump

펌프는 실무에서 크게 두 계열로 분류됩니다.

2.1 Dynamic Pump(동력식 펌프, 원심 계열)

• 회전하는 Impeller가 유체에 운동에너지를 부여
• 유속 증가 후 Volute나 Diffuser에서 압력으로 변환
• 대유량 운전에 유리
• 대표: Centrifugal Pump

2.2 Positive Displacement Pump(용적식 펌프)

• 일정 부피의 유체를 강제로 밀어내는 구조
• 압력과 무관하게 일정 유량 확보 가능
• 고점도, 고압, 정량 주입에 유리
• 대표: Gear, Screw, Diaphragm, Plunger Pump

이 구분은 API 610(원심펌프)과 API 674/675(용적식 펌프) 등 산업 표준에서도 명확히 나뉘는 기본 개념입니다.

 

 

3. 원심펌프(Centrifugal Pump)

원심펌프는 플랜트에서 가장 널리 사용되는 펌프입니다.
특히 공정배관에서 “펌프”라고 하면 대부분 Centrifugal Pump를 의미합니다.

3.1 원심펌프 특징

원심펌프의 대표적인 특성은 다음과 같습니다.

• 대유량 운전에 유리
• 구조가 비교적 단순하여 유지보수 용이
• 유량 조절이 비교적 쉬움(Throttle Control 가능)
• 점도가 높아질수록 성능 급격히 저하
• NPSH 부족 시 Cavitation 발생 가능

즉, 물·탄화수소·용매 등 저점도 액체 이송에 최적화된 펌프입니다.

3.2 원심펌프의 주요 타입

(1) End Suction Pump (ANSI Pump 포함)

• 가장 일반적인 단일 흡입 구조
• 중소형 설비에서 범용적으로 사용
• 비용이 저렴하고 유지보수 편리

적용 예시

• Cooling Water Pump
• Chemical Transfer Pump
• Utility Pump

(2) Between Bearing Pump (BB Type)

API 610에서 분류하는 대표적 구조입니다.

• 회전축이 베어링 사이에 위치
• 고온/고압 운전에 적합
• Shaft 안정성이 높음

적용 예시

• Crude Pump
• Hot Oil Circulation Pump
• Refinery Process Pump

(3) Overhung Pump (OH Type)

• Impeller가 베어링 한쪽에 매달린 형태
• 구조가 간단하지만 고부하에는 제한이 있음
• API 610 OH2 타입이 대표적

(4) Vertical Pump (수직펌프)

Vertical Pump는 크게 두 계열이 있습니다.

• Vertical In-Line Pump
• Vertical Sump Pump / Can Pump

적용 예시

• Pit Drain Pump
• Tank Sump Pump
• Vertical Turbine Pump(특히 BFW)

수직펌프는 흡입 조건이 불리한 곳에서 매우 유용합니다.

3.3 원심펌프 Troubleshooting 핵심 포인트

공정엔지니어가 현장에서 원심펌프 Trouble을 분석할 때 가장 흔히 보는 문제는 아래입니다.

(1) Cavitation

• 원인: NPSHa 부족, 흡입라인 압력손실 과다, Vapor Pressure 상승
• 증상: 자갈 소리, 진동 증가, 임펠러 손상

근거 개념
원심펌프는 NPSHr보다 NPSHa가 충분히 커야 안정 운전이 가능합니다. 이는 Hydraulic Institute 및 API 610에서 기본 전제로 다루는 사항입니다.

(2) Runout(과유량 운전)

• 펌프가 설계점(BEP)을 벗어나 과유량으로 운전
• 진동, 베어링 손상, Seal 파손 가능

(3) Deadhead(토출 막힘 운전)

• 토출 밸브 닫힌 상태에서 운전
• 내부 온도 상승 → Seal Burn → Pump Failure

(4) Air Binding / Vapor Lock

• 펌프 케이싱 내부에 기체가 축적되어 펌핑 불가
• Priming 문제 또는 흡입 조건 불량

 

4. 용적식 펌프(Positive Displacement Pump)

용적식 펌프는 원심펌프와 달리 압력과 관계없이 일정량을 밀어내는 방식이므로, 다음 조건에서 매우 강력합니다.

• 고점도 유체
• 정량 주입
• 고압 운전
• 유량이 매우 작아도 정확한 공급이 필요할 때

다만 용적식 펌프는 구조적으로 “밀어내는” 방식이기 때문에, 토출이 막히면 압력이 계속 상승하여 장비 파손 위험이 커집니다.
따라서 일반적으로 PSV(Pressure Safety Valve) 또는 Relief Valve 설치가 필수입니다.

이는 API 674(Reciprocating Pump), API 675(Metering Pump)에서도 반복적으로 강조되는 안전요건입니다.

 

 

5. 왕복동 펌프(Reciprocating Pump)

왕복동 펌프는 피스톤 또는 플런저가 왕복하면서 유체를 흡입·토출하는 방식입니다.

5.1 Plunger Pump / Piston Pump

특징

• 매우 높은 압력 가능
• 유량은 상대적으로 작음
• Pulsation(맥동)이 존재

적용 예시

• Boiler Feed Water(특수 케이스)
• 고압 세정(High Pressure Water Jet)
• 화학공정 고압 주입

5.2 Diaphragm Pump

특징

• 다이어프램 막이 왕복하며 유체를 이동
• Seal leakage 위험이 낮음
• 부식성·독성 유체에 적합

적용 예시

• NaOH, HCl, H2SO4 이송
• Toxic Chemical Injection
• 폐수처리 약품 주입

 

6. 회전 용적식 펌프(Rotary Positive Displacement Pump)

회전 용적식 펌프는 기어 또는 스크류가 회전하며 유체를 이송하는 방식입니다.

6.1 Gear Pump

특징

• 구조 단순
• 고점도 유체에 적합
• 이물질에 약함

적용 예시

• 윤활유(Lube Oil)
• 중유, 연료유(Fuel Oil)

6.2 Screw Pump

특징

• 연속 유량 공급(맥동이 적음)
• 점도 영향이 비교적 적음
• 저소음 운전 가능

적용 예시

• Crude Oil 이송
• Heavy Hydrocarbon 이송
• Marine Fuel Pump

6.3 Lobe Pump

특징

• 점도가 높아도 안정적
• 고형물 포함 유체에도 비교적 강함
• 위생 설비(Food, Pharma)에서 활용

 

7. 슬러리 펌프(Slurry Pump): 고형물이 포함된 공정의 핵심

슬러리 펌프는 광산, 시멘트, 석탄, 폐수처리 공정에서 많이 사용됩니다.

 

특징

• 마모(erosion)에 강한 재질 적용
• 임펠러와 케이싱이 두꺼움
• 효율은 일반 원심펌프보다 낮은 편

Trouble 관점

• 마모에 의해 성능이 급격히 저하
• Seal Flush 설계가 매우 중요
• 배관 내 침전 발생 시 흡입 문제 유발

 

8. 다단펌프(Multistage Pump)

다단펌프는 여러 개의 임펠러(Stage)를 직렬로 구성하여 높은 Head를 확보하는 펌프입니다.

적용 예시

• Boiler Feed Water Pump
• RO(Reverse Osmosis) 고압 공급
• 고층 건물 급수펌프

다단펌프는 운전 조건 변화에 민감하므로, 공정엔지니어는 다음을 반드시 확인해야 합니다.

• Minimum Flow 요구조건
• Thermal Shock 가능성
• Seal Plan(API 682) 적합성

 

9. 공정엔지니어 관점에서 펌프 선정 시 반드시 고려해야 할 기준

펌프 선정은 단순히 “유량과 압력”만 맞추는 작업이 아닙니다.

9.1 유체 특성 확인

• Density / Specific Gravity
• Viscosity(점도)
• Vapor Pressure(증기압)
• Corrosive 여부
• Solid 포함 여부

특히 Vapor Pressure는 NPSH 계산과 Cavitation 위험에 직접적인 영향을 줍니다.

9.2 운전조건 및 설계 마진

• Normal / Minimum / Maximum Flow
• Start-up / Shutdown 시나리오
• Turndown Ratio 필요 여부
• Pump Curve 상 BEP 운전 가능 여부

실무에서는 펌프를 BEP 근처에서 운전하도록 설계하는 것이 진동과 베어링 문제를 줄이는 정석입니다.

9.3 NPSH 검토는 필수

NPSHa가 부족하면 펌프는 설계 유량이 나오더라도 장기적으로 손상됩니다.

공정설계에서는 다음을 반드시 검토합니다.

• Suction Line 압력손실 최소화
• Suction Vessel Level 변동 고려
• Hot Fluid일 경우 Vapor Pressure 고려
• Strainer 설치 시 압력손실 증가 고려

9.4 Seal / Material 선정

Seal과 재질은 단순 기계적 부품이 아니라 설비의 누출 사고와 직결됩니다.

• Mechanical Seal Type
• API 682 Seal Plan 적용 여부
• Duplex / Hastelloy 등 재질 선택

 

10. 펌프 Trouble을 “펌프 문제”로 착각하는 대표 사례

현장에서 공정엔지니어가 가장 많이 겪는 착각은 다음과 같습니다.

10.1 펌프 유량이 부족하다 → 실제 원인은 배관 손실 증가

• Strainer 막힘
• 배관 내부 Fouling
• 밸브 개도 부족
• 오리피스 설치

즉, 펌프를 교체하기 전에 System Curve 변화를 먼저 의심해야 합니다.

10.2 펌프 진동이 심하다 → Alignment가 아니라 Cavitation일 수 있음

진동은 베어링 문제만이 아니라 흡입 조건 불량에서도 발생합니다.
따라서 진동 Trouble은 항상 NPSH 조건부터 점검하는 것이 실무적으로 빠릅니다.

10.3 Seal이 자주 나간다 → Pump 자체보다 운전 조건이 문제

• Deadhead 운전
• Minimum Flow 미확보
• 온도 상승
• Flush Plan 미적용

Seal Failure는 보통 펌프 제조 문제보다 운전조건 또는 설계 조건 미스에서 발생하는 경우가 많습니다.

 

 

11. 펌프의 종류를 이해하면 설계 품질과 Trouble 대응 속도가 달라집니다

펌프는 플랜트에서 가장 흔하게 쓰이지만, 동시에 가장 Trouble이 많은 장비이기도 합니다.

 

특히 공정엔지니어 입장에서는 펌프를 단순한 “이송장치”로 보는 것이 아니라, 시스템 곡선(System Curve), NPSH, 운전 범위(BEP), 점도 영향, Seal Plan까지 포함한 종합적인 관점으로 접근해야 합니다.

 

정리하자면,

• 대유량·저점도라면 원심펌프(Centrifugal Pump)
• 고점도·정량·고압이라면 용적식 펌프(Positive Displacement Pump)
• 고양정이 필요하면 다단펌프(Multistage Pump)
• 고형물 포함 시 슬러리 펌프(Slurry Pump)

이 원칙만 명확히 이해해도 설계 단계에서 펌프 선정 실수가 크게 줄어들고, 시운전 이후 Trouble 발생 시에도 원인 파악이 훨씬 빨라집니다.