3장 공장설계 일반 3.1 공장용지의 선정 3.2 플랜트의 배치 3.3 화학공장과 산업재해 3.4 화학공장과 환경보전

Presentation on theme: "3장 공장설계 일반 3.1 공장용지의 선정 3.2 플랜트의 배치 3.3 화학공장과 산업재해 3.4 화학공장과 환경보전"— Presentation transcript:

1 3장 공장설계 일반 3.1 공장용지의 선정 3.2 플랜트의 배치 3.3 화학공장과 산업재해 3.4 화학공장과 환경보전
3.5 계장과 공정제어 3.6 저조 3.7 토목 및 건축 3.8 화학플랜트 기초의 설계

2 3장 공장설계 일반 3.1 공장용지의 선정 1. 입지조건 2. 지질적 요건 토질 및 지반구조에 대한 조사-보링시험
(1) 원료 (2) 시장성 (3) 에너지공급 (4) 기후 (5) 수송 (6) 공업용수 (7) 노동력공급 (8) 폐기물처리 (9) 세금과 법적제한 (10) 확장가능성 (11) 생활환경 2. 지질적 요건 토질 및 지반구조에 대한 조사-보링시험

3 3장 공장설계 일반 3.2 플랜트의 배치 * 플랜트의 배치(plant layout) – 공장건설 용지내에 그 공정이 필요로하는 기기장치 및 이들의 부대설비를 그 기능에 따라 효과적으로 결합시키고 종합화시켜 각 공정이 소기의 기능을 발휘할 수 있게 배치하는 것 * 플랜트 배치에 있어서 고려하여야 할 사항 (1) 신건설공장의 배치 또는 기존공장에 부가배치 (2) 생산제품의 물리적 형태와 양 (3) 공정과 제품에 대한 제어의 형식 (4) 조업의 융통성 (5) 유틸리티와 서비스시설 설치의 경제적인 배분 (6) 건물의 형태 (7) 보건과 안전관계 (8) 폐기물관계 (9) 부속장치 (10) 활용공간과 소요공간 (11) 도로와 철도 (12) 미래의 확장성 * 플랜트 배치의 두 종류 – 공장전체의 배치계획(overall layout) & 기기장치 및 부대설비의 배치계획(unit layout)

4 3장 공장설계 일반 3.2 플랜트의 배치 1. 공장전체 배치 * 블록 배치 계획(block plot plant)
(1) 공정 블럭 (2) 유틸리티 블럭 1) 보일러 블럭(동력플랜트) 2) 용수처리 블럭 3) 냉각수 블럭 (3) 탱크 및 저장 블럭 1) 제품 블럭 2) 원료 블럭 3) 하적 블록 (4) 정비 블럭 1) 기계공작실 블록 2) 재료 및 부품저장 블록 (5) 기타 블럭 1) 관리실 2) 실험실 3) 의무실 4) 소방설비실 5) 휴게실 및 식당

5 3장 공장설계 일반 3.2 플랜트의 배치 1. 공장전체 배치[그림 3-1] 가. 직선형 배치 나. L자형 배치
다. U자형 배치 라. 상자형 배치 마. 샌드위치형 배치

6 유선형 배치 (flow line layout) 테이블 톱 배치 (table-top layout)
3장 공장설계 일반 3.2 플랜트의 배치 2. 기기 및 장치류의 배치 유선형 배치 (flow line layout) 그룹배치 (group layout) 그룹배치 (group layout) 테이블 톱 배치 (table-top layout)

7 3장 공장설계 일반 3.2 플랜트의 배치 3. 스케일 모형을 이용한 배치
- 보통 공장전체 배치 계획에서는 목재나 플라스틱 등의 재료를 사용하여 장치나 설비의 축척된 3D-모형(three dimensional scale model)을 제작하고 부지 도면상에 이들을 배치한다. [그림 3-3]

8 3장 공장설계 일반 3.3 화학공장과 산업재해 1. 재해율 - 산업재해의 발생빈도와 발생재해의 크기를 통계적으로 고찰할 때 이것을 수치적으로 나타낸 것 가. 도수율(frequency rate of injury) (F.R.) - 재해의 발생빈도를 나타낸 수치로서 노동연시간 106시간당의 발생건수 도수율 = [발생사상건수/(취로자수×취로시간)]×106 = (발생사상건수/노동연시간수)× (3-1) 나. 강도율(severity rate of injury) (S.R) - 발생재해의 크기를 나타내는 수치로서, 재해로 인하여 없어진 노동 손실일수를 노동연시간 103시간당으로 나타낸 값 강도율 = (노동손실일수/노동연시간수)× (3-2) 다. 도수율과 강도율의 의미 - 105시간(8시간×25일×12개월＋100시간)당 재해건수와 노동손실 일수를 각각 P 및 Q라고 하면 P = (F.R.)×(1/10), Q = (S.R.)×100

9 3장 공장설계 일반 3.3 화학공장과 산업재해 2. 화학공장의 재해요소
- 화학공업에서는 화재, 폭발, 중독 및 환경오염 등이 주된 재해를 이루고 있으나, 재해원인의 조사결과에 의하면 재료의 구조결함이 사고원인이 상당한 비중을 차지하고 있다.

10 3장 공장설계 일반 3.3 화학공장과 산업재해 3. 재해방지대책 가. 안전설계
* full proof – 기기 및 장치의 조작착오가 있는 경우라도 사고가 발생치 않도록 한 구조 * full safe – 예비장치를 준비하여 놓고 한쪽의 기능이 정지하면 예비장치가 작동토록 한 시스템, 용접구조물에 균열이 생기더라도 어느 지점에서 균열전파가 그 이상 진행치 않도록 완충대를 설치하는 것, 그리고 재료에 결함이 있어도 큰 재해가 일어나지 않도록 한 구조로 하는 것 등을 총칭 * 안전설계 – 착오를 일으키기 쉬운 조작은 가능한 한 줄이기 위하여 자동화하고, 위험물에 대하여는 원격조작하거나 또는 로보트로 조작시키는 등을 포함하여 앞서 말한 사항을 고려한 설계

11 3장 공장설계 일반 3.3 화학공장과 산업재해 3. 재해방지대책 나. 계획단계에 있어서 안전검토
예) 압력용기에 대하여 계획에서 설계, 제작 및 조업에 이르기까지의 과정 [그림 3-5] 다. 점검보전제도(點檢保全制度)의 확립

12 3장 공장설계 일반 3.4 화학공장과 환경보전 1. 화학공장과 공해 * 화학공장의 조업에서 발생하는 공해 요인
(1) 연소배기가스 및 유해물질 또는 잉여배기가스 (2) 공장폐수 및 폐액 (3) 소음 (4) 진동 (5) 악취 (6) 지반침화 (7) 방사능 (8) 산업폐기물

13 3장 공장설계 일반 3.4 화학공장과 환경보전 2. 대기오염 가. 대기오염물질[표 3-2]
* 대기오염 방지법 – 대기오염 공해의 원인이 되는 대기오염물질, 오염물질을 배출하는 시설 및 오염물질 배출 기준 등 가. 대기오염물질[표 3-2] - 연소과정 - 화학적과정 - 물리적과정

14 3장 공장설계 일반 3.4 화학공장과 환경보전 2. 대기오염 나. 대기오염물질 제거방법
대기오염물질의 제거장치를 개발하기 위해서는 ① 오염원에 대한 연구 ② 오염물질의 물리 및 화학적 성질 조사 ③ 이들의 포집 및 수송장치의 설계 ④ 제어장치의 선정 등에 대한 공학적인 연구검토 대기오염물질 제어장치 및 그 성능 [표 3-3] 입경이 큰 입자 – 침강조, 사이크론, 분무탑 등 저에너지장치로 제거 미입자 – 고에너지장치인 전기집진기로 제거 기상오염물질 – 흡수법, 흡착법, 응축법, 회화법

15 3장 공장설계 일반 3.4 화학공장과 환경보전 3. 수질오염과 오염물질의 제거
* 폐수 중에 함유되어 있는 오염물질로서는 현탁상의 것과 용해상의 것이 있으며, 이들은 다시 유기성과 무기성으로 대별할 수 있다. [표 3-4]

16 3장 공장설계 일반 3.4 화학공장과 환경보전 3. 수질오염과 오염물질의 제거
* 폐수의 처리 목적 – 이들의 오염물질을 물로부터 분리제거 (1) 고액의 분리(현탁물질의 제거) (2) 유기물 및 환원성물질의 산화(BOD, COD의 제거) (3) 중화(pH의 조정) (4) 유독성물질의 제거(페놀, 시안화물, 중금속이온 등) (5) 염류의 제거(주로 인 및 질소화합물) (6) 슬러지의 처리 및 처분 * 1차 처리 – 주로 물리적인 처리 - 폐수의 질과 양의 평균화, 현탁질의 침강분리, 부상(浮上)분리, 유수(油水)분리 및 pH의 조정이 포함 * 2차 처리 – 주로 생물학적 처리 - 활성슬러지법, 상수여상법 등 - 생물학적으로 분해 가능한 유기물(BOD)의 90% 이상이 제거되지만 COD는 반듯이 제거되는 것은 아니다. * 3차 처리 – 응집침전, 암모니아 스트리핑, 청징여과, 활성탄흡착, 전기투석, 이온교환 및 역삼투압법 등을 기술적으로 조합하여 1차 및 2차 처리에서 제거되지 않는 미량의 오염물질을 제거

17 3장 공장설계 일반 3.4 화학공장과 환경보전 4. 소음 * 정상소음 – 음압(音壓)레벨의 시간적 변동이 비교적 적으나 연속적으로 발생하는 소음 - 펌프, 압축기, 송풍기 등의 회전기기, 변압기, 가열로 버너 등의 발생음 * 비정상소음 – 일정시간 내에 불규칙적으로 암압레벨이 오르내리는 소음 - 자동차 등에서 발생하는 소음 * 충격음 – 단시간에 음압레벨이 높은 레벨에 도달하는 소음 - 항타기(抗打機)나 안전밸브의 분출음 * 소음측정계로 측정 * dB(decibel) – 1 kHz 평면진행음파로 음압 dyn/cm2( N/m2) 또는 W/cm2를 표준(0 dB)으로 함 소음발생 장치와 소음강도 [표 3-5]

18 3장 공장설계 일반 3.5 계장과 공정제어 1. 계기와 조절기
* 계장(計裝, instrumentation) – 계기가 많아짐에 따라 하나의 파넬(panel)에 플랜트 내부의 정보를 나타내는 계기를 종합적으로 배치하고 자동제어의 설정치나 제어동작의 조정을 할 수 있도록 하는 것 - 이것을 도시한 것을 계장도(instrumentation diagram) 1. 계기와 조절기 * 공정변량 – 공정공업의 장치를 제어하기 위한 공정 내부의 여러 가지 변화량 - 온도, 압력, 유량, 조성 등 * 조절계 및 조절기의 보조동력에 따른 분류 – (1) 공기압식 (2) 유압식 (3) 전기식 * 계기와 조절기의 분류 - (1) 지시계 (1) ~(3) : 공정변량을 표시하는 계기 (2) (지시)기록계 계기 (3) (지시)(기록)적산계 (4) 지시조절계 (4) & (5) : 자동제어하려는 공정변량을 표시함과 동시에 그것을 - (5) (지시)기록조절계 제어하는 기능을 갖는 계기이고 보조동력을 요함 - (6) 무지시조절기 (6) : 표시없이 제어만을 하는 조절기로서 보조동력을 요함 - (7) 직접식조절기 (7) : 보조동력을 필요로 하지 않는 간단한 조절기 공정제어장치 조절기

19 3장 공장설계 일반 3.5 계장과 공정제어 2. 공정제어 * 공정제어 – 공정변수의 제어
예) 수증기를 사용하여 어떤 용액을 일정온도로 가열하는 공정 [그림 3-6, 3-7, 3-8]

20 3장 공장설계 일반 3.6 저조(貯槽) 1. 저조의 종류 2. 저조의 선정 가. 저장물질의 특성조건 나. 객관적 조건
(1) 각형저조 (2) 원통횡치형저조 (3) 워통종형저조 – 저압가스홀더, 고정지붕식, 부동지붕식, 승각지붕식 (4) 구형저조 (5) 특수형저조 2. 저조의 선정 가. 저장물질의 특성조건 (1) 상(기상, 기액평형, 액상 및 고상) (2) 압력(상압, 중압, 고압, 초고압 및 감압) (3) 화학성(산성, 알칼리성, 독성 및 폭발성) (4) 온도(고온, 상온, 저온 및 초저온) 나. 객관적 조건 (1) 법적조건 (2) 경제성 (3) 입지 조건 (4) 안전성

21 3장 공장설계 일반 3.7 토목 및 건축 1. 토건에서 취급하는 대상 2. 방재(防災) 가. 지진
(1) 부지관계 : 준설, 매립, 조성(造成), 포장(鋪裝) (2) 수송시설 : 입출하물부두, 장거리배관, 도로, 철도 (3) 보호시설 : 건축물, 공장건물, shelter, cable-duct (4) 지지시설 : 기기기초, 가대(架臺), pipe-rack, support (5) 부대설비 : 냉각수로, 급수, 배수, 소화설비, 폐기물 처리설비 2. 방재(防災) 가. 지진 - 내진설계는 다음식으로 나타내는 정적진력(靜的震力)이 걸리는 것으로 하여 계산한다. P = KW (3-3) P는 지진력, W는 구조물의 중량(고정하중과 적재하중의 합), K는 수평진도 - 각 구조물의 K값 [표 3-6]

22 3장 공장설계 일반 3.7 토목 및 건축 3. 토건설계 기본조항 나. 태풍 - 구조물의 강도설계에 있어서 바람에 의한 하중은
P = cq (3-4) P는 풍압력(t/m2), c는 풍력계수, q는 속도압(t/m2) - 건축물, 공작물 : q = 60(h)1/2 철탑, 강철재 연돌 : q = 120(h)1/4 (h는 지표면에서의 높이(m)) 다. 화재 3. 토건설계 기본조항 전반(全般) : 적용범위, 적용법규, 기준, 규격, 도면사양서 형식 기 상 : 풍향, 풍속, 풍압력, 기온, 강우량, 적설량, 지진계수 기 준 면 : bench mark, 지표면의 높이, base line, 포장(鋪裝) 끝내기면, 바닥높이, 기초 끝내기면 지 질 : 지반구성, 지내력, 갱(坑)지지력 구 조 재 료 : 강재(鋼材), 철근, 콘크리트 하 중 : 적재하중, 기기하중, 특수하중 기 초 : 지지방법, 형상, 깊이, 기초볼트, 철근규격, 갱 간격 철 골 가 구 : 소재(素材), 부재(部材)형상, 접합방법, 바닥재료, 내화피복규격 건 축 물 : 주체구조, 기밀성, 지붕, 벽, 천정, 기초, 건구(建具), 냉난방, 급배수, 조명 등의 규격 지 하 매 설 : 수로방식, 관재료, manhole, cable duct, trench 등의 규격

23 3장 공장설계 일반 3.7 토목 및 건축 4. 설계자료 가. Plot plan(site plan : 건물의 위치와 치수를 나타내는 현장 계획 도면) 나. Loading date * 탑의 loading data와 펌프의 loading data [그림 3-19, 3-10]

24 3장 공장설계 일반 3.7 토목 및 건축 다. 가구(架構)관계 자료 라. 계장관계 자료 마. 전기관계 자료
(1) 계기반 layout : 계기실의 설계에 사용 (2) 계장 rack, duct layout : 계장 rack(지상파이프랙크), 계장 duct(지하시설)의 설계에 사용 마. 전기관계 자료 (1) 전기기기 layout : 전기실의 설계에 사용 (2) cable duct layout : cable duct의 설계에 사용 바. 급,배수관계 자료 사. 진동구조물용 자료 (1) 기계각부의 중량, 중심의 위치, 관성모멘트 (2) 가진력(加振力) 및 그 작용점의 위치 (3) 가진우력(加振偶力) (4) 가진력 및 가진우력의 진동수 (5) 기기의 허용진폭 또는 허용가속도

25 3장 공장설계 일반 3.7 토목 및 건축 5. 철골구조물 가. Rahmen구조 [그림 3-11(a)]
* 가대(架臺) – 기기를 지지 * pipe rack – 배관 지지 * platform – 기기, 계기 및 밸브 등의 조작 * 지지철탑 – flare stack 등의 횡진(橫振)방지 * shelter – 펌프 및 압축기 가. Rahmen구조 [그림 3-11(a)] - 부재(部材)의 휨 저항에 의하여 외력을 하부에 전달하는 구조 - 공간을 넓게 사용할 수 있으나 소요 강재량이 많이 든다. 나. Truss구조 [그림 3-1(b)] - 부재의 압축 또는 인장저항에 의하여 외력을 하부에 전달하는 구조 - 소요 강재량은 적지만, 대각선 결합구조가 기기의 배치 및 배관에 장해가 되고 운전조작의 방해도 되기 때문에 지지철탑 같은 것에 사용

26 3장 공장설계 일반 3.8 화학플랜트 기초의 설계 1. 기초의 분류와 형식 * 분류
(1) 장치 기초 : 탑조 기초, 열교환기 기초, 가열로 기초 등 (2) 기계 기초 : 압축기 기초, 펌프 기초, 송풍기 기초 등 (3) 저장 탱크 기초 : 원료 탱크 기초, 제품 탱크 기초 등 (4) 구조물 기초 : 건축물 기초, 가대(架臺) 기초, pipe rack 기초, 연돌 기초 등 * 형식 (1) 기초판(基礎板)의 형식에 의한 분류 1) footing foundation : 독립, 복합 및 연속 footing foundation 2) mat 또는 raft foundation (2) 토대형식에 따른 분류 1) 얕은 기초 - 지반이 양질인 경우 - 기초판에서의 하중을 직접 지반에 전달시키는 형식 - 직접 기초 2) 깊은 기초 - 상층지반이 연약한 경우 - 깊은 곳에 있는 적당한 지지기반에 하중을 전달하기 위해 특수공법을 시행하는 것 - 파일 기초, 피아 기초 또는 케이손 기초

27 3장 공장설계 일반 3.8 화학플랜트 기초의 설계 2. 지반조사 3. 일반적인 고려사항
- 기초설계 및 시공에 필요한 기초지반에 관한 자료를 얻는다. - 예비조사 : 기초의 형식을 결정하기 위한 것으로, 공장부지 내의 대략적인 지반구성, 지반의 층별 토질의 경연(硬軟)과 지하수위를 구한다. - 본조사 : 기초의 설계 및 시공에 필요한 모든 자료를 얻기 위한 것으로, 보링 및 기타의 방법에 의하여 부지내의 지반조상과 기초의 지지력 및 침하와 아울러 그 시공에 영향을 미치는 범위 내에서 지반의 성질을 조사한다. 3. 일반적인 고려사항 (1) 기초의 시공이 가능하고, 기초 그 자체의 건설공사가 기술적으로나 경제적으로 만족스러워야 하며 현장에 인접하고 있는 기존의 설치물에 영향을 주지 않도록 하여야 한다. (2) 기초는 최소의 근입(根入) 깊이를 갖는 것과 온도와 습도 등에 의하여 체적변화가 일어나지 않는 깊이까지로 하여야 한다. (3) 지하수위의 변동에 주의 하여야 한다. (4) 장래의 증설이나 하중 증가의 가능성을 고려 하여야 한다. (5) 동일장치나 구조물의 기초로서 이종(異種)의 기초를 병용하지 않도록 하여야 한다.

28 4장 프로젝트 엔지니어링 4.1 프로젝트 엔지니어링과 프로젝트 경영관리 4.2 프로젝트의 조직 4.3 프로젝트 엔지니어링
4.4 프로젝트 경영관리

29 4장 프로젝트 엔지니어링 4.1 프로젝트 엔지니어링과 프로젝트 경영관리
* 프로젝트 엔지니어링(project engineering) – 화학플랜트의 설계 및 건설 업무를 프로젝트, 각종 전문 공학기술을 유기적으로 조합하고 통합하는 기술 * 프로젝트 경영관리(project management) – 프로젝트를 수행하기 위한 관리기술 * 프로젝트 매니저(project manager) – 이들 두 기술을 실행하는 조직의 최고 관리 책임자

30 4장 프로젝트 엔지니어링 4.2 프로젝트의 조직 [그림 4-1] 플랜트의 설계 및 건설을 추진하는 프로젝트 조직의 예

31 4장 프로젝트 엔지니어링 4.2 프로젝트의 조직 [그림 4-2] Matrix형 프로젝트 조직

32 4장 프로젝트 엔지니어링 4.2 프로젝트의 조직 1. 매트릭스형 조직의 장점과 단점 장점
① 각 전문부 별로 전문가를 집결시켜 프로젝트의 형편에 따라 인원을 기동적으로 배치가능 → 프로젝트의 필요 맨-아우어(man-hour)를 절감하고 인적자원의 전 회사적인 활용이 가능 ② 각종 전문부에 있어서 기술의 축적이 쉽고 질적으로 높은 기술이 프로젝트에 적용 ③ 각종 전문부에서 축적된 기술을 기반으로 하여 고도의 전문가가 육성 ④ 프로젝트 매니저는 중점적으로 관리 업무에 전념 단점 ① 프로젝트의 각 담당자는 한편으로 프로젝트 매니저의 지시를 받고 또한 소속 부장의 지시를 받기 때문에 두 지시 사이에서 생길 수도 있는 모순이 혼란을 일으킬 염려 → 프로젝트 관리 책임자와 각 부장간의 연결이 잘되도록 할 필요 ② 종할식 프로젝트 조직에 비교하여 프로젝트 매니저의 책임과 권한의 범위가 좁아짐과 동시에 프로젝트 수행의 책임 소재가 애매하게 될 위험성 ③ 각종 전문부의 전문화가 실현되면, 전문부의 대화가 줄어들게 되고 부사이에 경계의 복합적 또는 간격적 영역의 문제를 등한시 하는 일이 없도록 주의 ④ 각종 전문부의 담당자가 전문화되지만, 주변 지식에 소홀해질 염려

33 4장 프로젝트 엔지니어링 4.2 프로젝트의 조직 2. 종할식 프로젝트 조직의 장점과 단점 장점
① 프로젝트 실시에 관한 책임과 권한이 프로젝트 매니저에 집중되어있어, 프로젝트 조직내의 지휘계통이 명확 ② 프로젝트의 각 담당자가 건물 내 같은 층이나 방에 모여 있기 때문에 대화가 용이하고 신속한 대응이 가능 ③ 각 담당자는 폭 넓은 업무 경험을 쌓을 수 있는 기회 ④ 프로젝트의 비밀유지 단점 ① 각종 전문분야의 기술자가 프로젝트 조직에 고정화 → 다수의 기술자가   회사에 필요 ② 각 프로젝트에 각종 전문분야의 기술자가 분산되어 있기 때문에 기술의 축적과 개선이 불충분하게 되고 신기술의 채용도 어려워짐 ③ 동종의 전문분야 기술자의 접촉이 작고, 전문가의 육성이 어려우며, 사람 에 따라 일에 대한 수준이 변할 가능성 ④ 프로젝트 매니저에 전 책임이 있어, 프로젝트의 성공 여부가 프로젝트 매니저에 의하여 결정되는 요소가 커짐

34 4장 프로젝트 엔지니어링 4.3 프로젝트 엔지니어링 전문공학기술 기기설계 토목건축설계 전기계장설계

35 4장 프로젝트 엔지니어링 Kick-off meeting Launching meeting 4.3 프로젝트 엔지니어링
☆ 총매니저에 의해 각 전문부장을 대상으로 개최 프로젝트의 개요 작업범위와 납입범위 보증사항과 계약의 중요사항 견적금액과 공기 공수계획과 각 전문부 담당자의 결정사항 Launching meeting

36 4장 프로젝트 엔지니어링 4.4 프로젝트 경영관리 경계면관리
고객이나 매주등과의 회사간 조정 그리고 프로젝트 수행상 각 조직을 움직이기 위한 운영관리 업무 시간스케줄 조정 원가관리 계획 및 설계단계로부터 건설 및 운전단계까지의 전 공정에 있어서 예산관리와 공수관리 계획 단계에서 시운전 단계까지의 전 공정의 스케줄 조정 품질관리 정보관리 프로젝트의 문서나 설계자료 및 설계도면의 관리와 프로젝트 수행중에 변경된 정보의 관리 설계품질로부터 제작품의 품질 및 현장 시공의 품질관리

37 4장 프로젝트 엔지니어링 4.4 프로젝트 경영관리 경계면 관리에서의 Matrix 조직 최고경영진 라인매니저, 기타프로젝트
프로젝트 매니저 고객 라인매니저, 기타프로젝트 프로젝트 엔지니어 최고경영진 진도 보고서 지시서 프로젝트 지시서 회사시책 보고서