NTP vs STP, 기체의 표준조건 완벽 정리

기체 유량 계산이나 물성 검토를 하다 보면 반드시 등장하는 개념이 바로 STP(Standard Temperature and Pressure)와 NTP(Normal Temperature and Pressure)입니다.

 

같은 “표준조건”처럼 보이지만, 실제 설계·계산에서는 명확히 구분하지 않으면 오차가 발생할 수 있습니다.

 

이번 글에서는 NTP와 STP의 정의, 차이점, 실제 산업 현장에서의 적용 사례까지 근거 기반으로 정리해 보겠습니다.

 

 

1. 기체의 표준조건(Standard Condition)이란 무엇인가?

기체는 온도와 압력에 따라 부피가 크게 변하는 유체입니다.

 

따라서 기체의 밀도, 부피유량(Nm³/h, Sm³/h 등)을 비교하려면 기준 조건이 필요합니다.

 

이때 사용하는 것이 바로 표준조건(Standard Condition)입니다.

 

이론적 배경은 다음 식에 근거합니다.

이상기체 상태방정식
PV = nRT

여기서 온도(T)와 압력(P)을 일정하게 정의해야만 기체의 부피(V)를 비교할 수 있습니다.

 

 

2. STP (Standard Temperature and Pressure)란?

① 기본 정의

STP는 국제적으로 가장 널리 사용되는 표준조건입니다.

 

일반적으로 다음 조건을 의미합니다.

• 온도: 0°C (273.15 K)
• 압력: 1 atm (101.325 kPa)

국제순수·응용화학연합(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)에서는
현재 STP를 다음과 같이 정의합니다.

• 온도: 0°C
• 압력: 100 kPa (1 bar)

즉, 1 atm과 1 bar는 엄밀히 다르기 때문에 문서에서 STP를 사용할 때는 반드시 기준 압력을 확인해야 합니다.

② STP에서의 기체 부피 예시

이상기체 1몰은 STP 조건에서 약:

22.414 L (1 atm 기준)

이 값은 화학 및 기초 열역학 계산의 기준이 됩니다.

 

 

3. NTP (Normal Temperature and Pressure)란?

① 기본 정의

NTP는 “Normal”이라는 표현을 사용하지만, 사실 산업계에서 자주 사용하는 실무 표준조건에 가깝습니다.

 

일반적으로 다음과 같이 정의됩니다.

• 온도: 20°C (293.15 K) 또는 25°C
• 압력: 1 atm 또는 1 bar

즉, NTP는 상온 기준 표준조건이라고 이해하시면 됩니다.

② 왜 NTP를 사용하는가?

현장 설비는 대부분 상온 근처에서 운전되기 때문입니다.

 

예를 들어:

• 질소 공급 설비
• 압축공기 시스템
• 가스 실린더 용량 표기
• 플랜트 가스 유량계 교정 기준

이러한 경우 STP(0°C)는 현실과 차이가 크기 때문에 NTP 조건을 사용하는 것이 실용적입니다.

 

 

4. NTP vs STP 핵심 차이 정리

구분	STP	NTP
온도	0°C	20°C 또는 25°C
압력	1 atm 또는 1 bar	1 atm 또는 1 bar
사용 분야	화학, 이론 계산	산업 실무, 유량 표기
1몰 기체 부피	약 22.4 L	약 24.0 L (20°C 기준)

⚠️ 실무에서 중요한 포인트

20°C와 0°C의 차이만으로도 기체 부피는 약 7~8% 차이가 발생합니다.

 

따라서:

• Nm³/h와 Sm³/h를 혼용하면 안 됩니다.
• 사양서에 반드시 기준 온도·압력을 명시해야 합니다.
• Vendor Data Sheet의 조건을 확인해야 합니다.

 

5. Sm³, Nm³ 표기의 의미

플랜트 설계 문서에서 자주 등장하는 표기입니다.

• Nm³ (Normal cubic meter) → NTP 기준 부피
• Sm³ (Standard cubic meter) → STP 기준 부피

하지만 문제는,

회사·국가·프로젝트마다 Standard의 정의가 다를 수 있다는 점입니다.

예를 들어:

• 어떤 프로젝트는 15°C를 Standard로 정의
• 어떤 가스 회사는 0°C를 Standard로 정의
• 어떤 Vendor는 20°C를 Normal로 정의

따라서 “Standard”라는 단어만 믿으면 안 되고 항상 온도와 압력을 숫자로 확인해야 합니다.

 

 

6. 플랜트 설계에서 발생하는 실제 문제

① Compressor Sizing 오류

유량 단위를 Nm³/h로 받았는데 실제 계산은 0°C 기준으로 수행하면:

→ 토출 유량이 과소 또는 과대 설계될 수 있습니다.

② PSV 및 배관 Sizing 오류

기체 밀도 계산 시 기준 조건이 다르면 Mass flow 계산 결과가 달라집니다.

 

특히 압축가스, 수소, 질소 시스템에서는 작은 오차도 설계 Margin에 영향을 줄 수 있습니다.

 

 

7. 언제 STP를 쓰고, 언제 NTP를 써야 할까?

✔ 화학반응 계산 → STP
✔ 물성 비교 및 교과서 계산 → STP
✔ 산업 설비 유량 표기 → NTP
✔ 가스 공급 계약 조건 → 대부분 NTP

다만, 가장 중요한 원칙은 이것입니다.

“약어가 아니라 숫자를 확인하라.”

 

 

 

8. 결론 – 표준조건은 하나가 아니다

NTP와 STP는 모두 “표준조건”이지만 온도 기준이 다르기 때문에 실제 부피와 밀도는 달라집니다.

 

특히 플랜트 공정 엔지니어 관점에서는 다음이 핵심입니다.

1. Nm³, Sm³를 절대 혼용하지 말 것
2. 항상 기준 온도·압력을 문서에 명시할 것
3. Vendor 데이터의 기준 조건을 확인할 것

기체는 온도와 압력에 매우 민감한 유체입니다. 표준조건을 정확히 이해하는 것이 설계 오차를 줄이는 첫걸음입니다.