플랜트 기계 설계 – 기계배치도의 작성
일반적으로 기계배치를 위해서는 크게 두가지로 나누는데, 첫째는 배경이 되는 건축물,구조물에 대한 배치이며, 둘째는 그 안에 기자재 도면을 배치하는 것이다.
1) 일반도(건축물 및 토목구조물)
‘건축물은 건축분야에서 하는것 아닌가?’라는 의문을 가질 수 있는데, 시설계획 초반에 ‘일반도’라고 불리는 개략적인 건축물,토목구조물의 크기와 형태는 기계분야에서 계획하여야 한다. 토목분야에서는 수조의 크기가 얼마나 필요한지, 건축에서는 어떤 기자재가 필요하고, 설비별로 어느 정도 유지관리 공간이 필요한지 알 수가 없으며, 기계를 위해 필요한 공간을 계획하는 구조물이기 때문이다. 기계배치가 포함된 일반도를 토목 및 건축분야에 전달하게 되면, 그 때부터 실제 구조물로 설계할 때 발생할 수 있는 문제나 편의성을 고려하여 본격적으로 해당 분야에서 설계를 진행하게 된다. 이 때 기둥 위치 등이 기계에 간섭이 예상되면, 상호 협의하여 조정하게 된다. 일반도 작성시 꼭 필요한 문위치나 셔터는 기계분야에서 우선 작성하고, 유지관리를 위한 계단, 문위치 등은 건축분야에서 여러가지를 고려하여 더 나은 시설로 수정하게 된다.
일반도 작성시에 어설프게 건축분야 도면을 보고 시간 들여 비슷하게 그리려 할 필요는 전혀 없다. 어차피 건축에서는 새로 그리기 때문에, 기계분야의 설계 도면은 참조용이므로 최대한 실의 구획, 문,셔터 등의 위치만 표기되도록 단순 명료하게 그리도록 한다. 벽체를 몇mm로 할지 토목 구조물 벽체를 500 또는 600으로 할지 등은 고민하지 말고, 폴리선으로 1LINE으로 그려도 되고, 통일성 있게 일정간격으로 2LINE으로 표기해도 된다.
P&ID의 공정은 기술이 발달하며, 지속적으로 보완되어, 동일 시설의 P&ID라면 크게 다르지 않지만, 배치도는 설계자가 얼마나 고민하느냐에 따라 변화의 폭이 큰 부분이다. 단순히 초급자가 오랜시간 고민한다고 좋은 시설이 설계되기는 어렵고, 실제 현장에서의 문제점이나 기존 유사 시설들의 배치에 대한 경험이 바탕이 되어야 효율적이고 유지관리에 유리한 시설을 계획 할 수 있다. 그렇다면 초급자가 효율적으로 배치도 작성을 위해서는 유사시설의 배치도를 많이 검토해보고, 장단점에 대해 고민해보는 것이 필요하다. 기존 시설들은 많은 현장의 문제점과 고민들이 조금씩 업데이트되어 온 배치 시설이므로, 경험이 전무한 상태에서 단순히 창조적으로 설계하는 것은 향후 많은 문제가 발생할 수 있으므로, 우선 기존에 설계 및 가동중인 시설들을 검토하고, 그 중 가장 나은 시설을 기준으로 본인의 고민을 담아 개선하여 더 나은 시설을 계획하는 방향으로 설계하는 것이 효율적인 설계방법이라고 할 수 있다.
수조 등의 구조물은 물질수지 및 용량계산서에 필요로 하는 저장 용량을 고려하여 계획하며, 설계를 하다보면 드레인 등 유입량이 약간씩 변동하는 경우는 흔하므로, 너무 타이트하게 계획하여, 향후 계산서 변경시마다 토목분야에 사정하는 일이 없도록, 약간의 여유는 있는 것이 좋다. 그렇다고 여유량을 크게 두면 구조물이 과대해져 공사비가 증가하게 되므로, 적정 여유를 두도록 계획한다.
건축물은 유지관리자의 동선, 기자재 주변의 유지관리 공간 등을 고려하여 계획하며, 배관 이동이 많은 공간은 배관용 오픈구 등을 계획하도록 한다.
일반도 계획시에 대표 단면을 1개정도 그리는 것이 좋으며, 당장 타분야에서 기초자료라도 가지고 설계를 시작해야 한다면, 실별 층고를 표기하여 전달하여야 토목 및 건축분야에서 설계 검토 및 진행이 가능하다. 층고의 계획시에 일반적으로 상부에 거더가 차지하는 공간이 있으므로, 기자재 및 배관에 간섭되는 부분이므로 기계에서 필요로 하는 공간은 일반적으로 거더 아래까지의 높이를 필요로 한다. 기계에서 5.5m가 필요하다면 건축에서는 실제 거더 아래단이 5.5m지점이므로 층고는 약6m정도가 될 수 있다. 기계에서 층고 요청시 ‘거더 제외하고 5.5m’ 이런식으로 표기하는 것이 좋으며, 거더 고려하여 6m정도면 충분하다면, 그냥 ‘6m’로 표기할 수도 있다.
송풍기 등이 지하에 배치되는 경우 지상의 공기가 공급되기 위한 D.A공간도 필요하므로, D.A주변 간섭되는 부분은 없는지 고려하여 송풍기실의 위치를 계획한다.
2) 기자재 도면의 배치
플랜트 시설을 설계할 때 설계자는 기자재의 제작사가 아니기 때문에 기자재 도면을 그리는 것이 아니라, 공정의 순서와 유지관리, 연결 배관 등을 고려하여 공간과 기계의 배치를 계획하는 것이다. 그러므로 기자재 도면은 향후 공사시에 여러 업체 중에 어느 곳이 선정될지 모르는 상태로 설계하는 경우가 많으므로, 대표적인 기자재 업체의 도면을 요청하여 해당 기자재도면을 참고하여 배치하게 된다. 이 때 소형 펌프의 경우에는 업체별로 차이가 적으므로 문제될 여지가 적으나, 워크웨이를 포함한 대형 기자재는 업체별로 차이가 있을 수 있으므로, 대표적인 업체 2~3곳의 자료를 수신하여 지나치게 비효율적인 수준이 아니라면, 크기가 큰 업체 기준으로 배치하여야, 공사시에 실에 기자재가 안들어가서 현장에서 연락이 오는 불상사를 예방할 수 있다. 또한 기자재 주변 관리공간도 이러한 업체별 기자재 크기 차이를 고려하여 계획하도록 한다.
기자재간에는 보통 배관으로 연결되는 경우가 많으므로, 공정의 순서를 고려하여 배치하여야 배관 동선을 효율적으로 절약할 수 있다. 그러나 공정별 기자재의 크기나 요구하는 층고가 각각 다르기 때문에 배관동선이 최우선 순위는 아니며, 부지의 모양, 건축물의 모양, 유지관리 동선 등이 종합적으로 고려하며 계획하여야 한다.
워크웨이 등이 있는 대형 기자재의 경우에 층고를 계획할 때 설계자가 임의로 상부 여유공간을 정하는 것보다, 해당 기자재 업체에 문의하여 필요한 여유공간을 정확하게 파악하고 계획하는 것이 중요하다. 게다가 상부에 호이스트가 지나야 하는 경우는 훨씬 높은 층고가 필요함을 고려하여야 한다. 가끔 대형기자재가 한쪽 실에만 들어가서 한쪽실만 층고가 비대칭적으로 건축물에서 쑥 올라온 경우를 불가피하게 계획하게 되는데, 호이스트 계획시에 고중량이 아니라면 모노레일 호이스트 중에 몸체가 상하로 더 적은 공간을 차지하는 Low Head Type 호이스트도 있으므로, 필요시 고려하여 계획하도록 한다.
또한 드레인이 있는 기자재는 드레인되는 수조 상부 근처에 배치하는 것이 가장 좋으나, 불가피하게 거리가 있거나 지하층에 계획시에는 별도의 버퍼탱크 및 이송펌프를 추가해야 한다. 공사비를 줄이고, 유지관리할 요소를 줄이기 위해서 드레인이 있는 시설은 해당 수조 근처 상부에 배치하는 것이 가장 경제적이다.
펌프를 배치시에는 수조 앞에 배치하고, 이송은 배관으로 하기 때문에 펌프 배치를 위해 크게 고민하는 경우는 적으나, 컨베이어류의 배치시에는 용량에 따라 이송물이 합쳐지고, 상부로 이송을 위해서는 컨베이어 타입이 변경되는 경우도 있으므로, 이 경우는 반드시 단면도를 작성하여 향후 설계시 재설계하는 일이 없도록 사전에 검토가 필요하다. 컨베이어류의 배치는 기계의 배열, 어느 층에 배치하는 지에 따라서 컨베이어 수, 종류 등이 달라질 수 있으므로, 설계시 시간이 많이 소요될 수 있는 부분이다. 일반적으로 많이 사용되는 스크류 컨베이어로 필요 높이나 거리의 이송이 어려운 경우에는 공기압컨베이어나 피스톤펌프 등도 있으므로 고려하여 계획하도록 한다. 공기압컨베이어는 시간당 이송량이 적은 편이므로, 이송량을 고려하여 가능여부를 판단하여야 한다.
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