PFD(Process Flow Diagram) 공정흐름도

`,.' 2024. 3. 23.

PFD(Process Flow Diagram, 공정흐름도)
용어의 정의공정흐름도(PFD, Process Flow Diagram)는 공정계통과 장치설계기준을 나타내는 도면이며, 주요장치,장치간의 공정연관성, 운전조건, 운전변수, 물질수지, 에너지수지, 제어 설비 및 연동장치 등의 기술적 정보를 파악할 수 있는 도면을 말한다.

물질수지(Material balance)는 공정 중에 사용되는 주원료 및 부원료의 양과, 제품이나 부산물의 양또는 폐가스, 폐액 등으로 배출되는 손실량 간의 수지 계산을 말한다.열 수지(Heat balance)는 원하는 공정조건을 충족시키기 위하여 가열, 냉각시키거나 화학반응의 결과로 반응열이 발생 또는 흡수되는 등, 공정 중의 물질계 상태변화에 따른 일 및 에너지 변화량에 대한 수지 계산을 말한다.

PFD 에 표시되어야 할 사항.
PFD 에는 공정 설계 개념을 파악하는데 필요한 기본적인 제조공정 개요와 공정 흐름, 공정 제어의 원리, 제조설비의 종류 및 기본사양 등이 표현되어야 하며 다음의 사항을 포함한다.

1) 공정처리 순서 및 흐름의 방향(Flow scheme & direction)
2) 주요 동력기계, 장치 및 설비류의 배열
3) 기본 제어논리(Basic control logic)
4) 기본설계를 바탕으로 한 온도, 압력, 물질수지 및 열수지 등
5) 압력용기, 저장 탱크 등 주요 용기류의 간단한 사양
6) 열교환기, 가열로 등의 간단한 사양
7) 펌프, 압축기 등 주요 동력 기계의 간단한 사양
8) 회분식 공정인 경우에는 작업순서 및 작업시간

PFD 의 특성
제조공정을 한눈에 알아볼 수 있도록 정확하고 알기 쉽게 만들어져야 하며 가능한 전체 시스템을 한 장에 나타내는 것이 좋다. 다만, 공정설비가 복잡한 경우 여러 장으로 분할하여 작성할 수 있다.공정 흐름 순서에 따라 좌측에서 우측으로 장치 및 동력 기계를 배열하고 물질수지와 열수지는 도면의 하단부에 표시한다.

장치 및 동력 기계
주요장치 및 동력기계에 대하여 장치의 고유번호, 명칭, 용량, 유체의 종류 등의 기본사양을 표시하며, 기계와 장치 별로 다음 사항을 고려하여 표시한다.

가) 장치의 Symbol 은 단순하게 표시하며, 예비기기는 별도로 표시하지 않는다.

나) 버킷 스트레이너, 맥동 감쇠기 등과 같은 사소한 기기류는 생략하되, 카트리지 형태의 필터 등과 같이 기능상 공정에 영향을 미치는 기기류는 표시한다.

다) 용기류의 Symbol 은 외곽선만 간결하게 표시하되, 증류탑의 경우에는 하부 트레이, 공급단 트레이, 상부 트레이 등 트레이 번호를 부여하거나 충전층(Packing layer)을 표시한다.

라) 모든 종류의 열교환기는 단일 Symbol 로 표시하며, 동체(Shell)의 갯 수나 상세한 유체 흐름의경로 등은 표시하지 않고 동체 측과 튜브 측만 구분하여 표시한다.다만, 공냉식 냉각기는 별도의 Symbol 을 사용한다.

마) 동력 기계는 동일 유형의 Symbol 을 사용하되, 복합적인 구조의 동력 기계는 공급유체의 흐름경로가 나타나도록 표시한다.

일반적인 기계, 장치의 표기내용은 다음과 같다.

반응기 등 용기류
장치번호 및 명칭, 유체 명칭, 규격(지름 및 높이 또는 길이), Tray 수 또는 충전물 및 촉매층 높이 등

탱크류
장치번호 및 명칭, 유체 명칭, 규격(지름 및 높이 또는 길이), 용량

열교환기류
장치번호, 유체 명칭, 용량

펌프 및 압축기류
장치 번호 및 명칭, 유체 명칭, 용량, 압력

기타 설비
장치번호 및 명칭, 유체 명칭, 해당설비의 용량 및 필요한 운전 변수

계기 및 제어 장치
계기 및 제어 장치들은 다음 사항에 대한 기본적인 제어논리를 나타내기 위하여 필요한 경우에만 표시하며, 현장 계기 등 사소한 계기 및 제어 장치는 생략한다.주요 공정설비, 주요 단위조작, 물질수지 및 열수지를 유지하기 위한 정보, 기타 시스템의 주요 운전 조건 변화에 대한 정보 등, 자동밸브의 전, 후단 차단밸브와 바이패스는 표시하지 않는다.

배관
주 공정흐름 배관을 중심으로 표시하되, 기본적인 공정설계 개념을 전달하기 위하여 필요한 경우에 한하여 바이패스 배관(By-pass line)과 시운전 배관(Start-up line) 등도 표시하며, 유틸리티 배관은 입구와 출구 측만 표시한다.

물질수지와 열수지
PFD 에는 유체의 조성, 유량, 상(Phase), 온도, 압력 등 중요한 물리적 특성과 주요장치에 있어서의 열 교환량이나 에너지 소비량 등 기본적인 공정흐름의 설계 개념을 표시한다.물질수지 및 열수지, 기타 관련 정보들은 공정흐름 순서와 위치를 식별할 수 있도록 흐름번호를부여하고, 대응되는 물질수지 및 열수지는 도면 하단부 또는 기타 여백에 표기하며, 필요에 따라별지에 작성할 수도 있다.물질수지는 다음과 같은 내용을 표시한다.

흐름번호
흐름 별 유체의 종류(기체, 액체, 분체) 및 조성, 유체의 조성 비율

유량
유체 특성 : 비중, 점도, 밀도, 분자량 등운전 압력(Operating Pressure), 운전 온도(Operating Temperature)열수지는 주요 흐름별 운전온도, 엔탈피, 열용량 등을 표시한다.흐름번호는 주공정 흐름을 우선하며 원료의 공급에서부터 제품 생산에 이르기까지 순차적으로부여하고, 정제 및 회수공정 등 부속공정 흐름에 대해서도 계통별로 부여한다.연속적인 공정의 vent 나 drain도 빠짐없이 포함시켜 원료 및 부원료의 총 투입량과 중간손실을포함한 제품의 총생산량 등이 일치하도록 하여야 한다.다품종의 제품을 생산하는 공정인 경우에는 원료, 제품 등 구성성분 및 운전조건의 변경에 따라공정 흐름도와 물질수지를 별도로 작성하여야 한다.

P&ID(Piping & Instrument Diagram, 배관 계장도)
공정을 구성하는 기기(Equipment), 배관(Piping) 혹은 계기(Instrument) 등의 설치 위치와 기능 그리고계기 상호간의 연계 상태 등을 나타내는 도면이다.공정배관 계장도(P&ID, Piping & Instrument Diagram)는 공정의 시운전 (Start-up operation), 정상운전(Normal operation), 운전정지(Shut down), 및 비상 운전 (Emergency operation)시에 필요한 모든 공정장치, 동력기계, 배관, 공정 제어 및 계기 등을 표시하고 이들 상호간의 연관 관계를 나타내주며 상세설계, 변경, 유지보수 및 운전 등을 하는 데 필요한 기술적 정보를 파악할 수 있는 도면을 말한다.

P&ID 에 표시되어야 할 사항
P&ID에 사용되는 부호(Symbol) 및 범례도(Legend), 장치 및 기계, 배관, 계장 등 고유번호 부여 체계, 약어, 약자 등의 정의기타 특수 요구사항

장치 및 동력 기계
설치되는 예비기기를 포함한 모든 공정장치 및 동력 기계가 표시되어야 하며, 표시에는 다음의 내용이포함되어야 한다.모든 장치와 장치의 고유번호, 명칭, 용량, 전열량 및 재질 등의 주요 명세모든 동력 기계와 동력 기계의 고유번호, 명칭, 용량 및 동력원(전동기, 터빈 또는 엔진 등) 등의 주요 명세탑류, 반응기 및 vessel 등의 경우에는 맨홀, 트레이(Tray)의 단수, 분배기(Distributor) 등 내부의 간단한 구조 및 부속품모든 vent 및 drain 의 크기와 위치장치 및 동력 기계의 연결부, 장치 및 동력 기계의 보온, 보냉 및 트레이싱(Heat tracing)

배관
모든 배관 및 duct 또한 이들 내부를 흐르는 유체의 흐름 방향이 표시되어야 하고 표시에는 다음 사항이 포함되어야 한다.

1) 배관 및 duct 의 호칭지름, 배관번호, 재질, flange 호칭압력, 보온 또는 보냉 등
2) 정상운전, 시운전시에 필요한 모든 배관의 벤트(vent) 및 드레인(drain)
3) 모든 차단밸브 및 밸브의 종류
4) 특별한 부속품류, 시료채취 배관, 시운전용 및 운전중지에 필요한 배관
5) steam tracing / electric heat tracing
6) 보온 및 보냉의 종류
7) 배관재질 변경시 변경되는 위치 및 배관의 크기
8) 공급범위 등 기타 조건의 표기

계측기기
모든 계기 및 자동조절밸브 등이 표시되어야 하며, 표시에는 다음 사항이 포함되어야 한다.

1) 센서, 조절기, 지시계, 기록계, 경보계 등을 포함한 제어계통
2) 분산제어시스템(DCS) 또는 아날로그 등 제어 장치의 구분
3) 현장설치계기, 현장 panel 표시 계기, 분산제어시스템 표시 계기 등의 구분
4) 고유번호, 종류, 형식, 기능
5) 자동 조절밸브(control Valve)와 긴급 차단밸브의 크기, 형태, 측관의 규격 및 정전과 같은 이상 시 밸브의 개폐 위치
6) 공기 또는 전기 등 신호라인(Signal line)
7) 안전밸브(safety Valve)의 크기, 설정 압력 및 토출 측 연결 부위의 조건
8) 계장용 배관 및 계기의 보온 종류
9) 비정상 운전 및 안전운전을 위한 연동시스템

P&ID(Piping & Instrument Diagram, 배관계장도)의 종류
P&ID는 계통(System), 분배(Distribution) 및 보조계통(Auxiliary System)으로 구분할 수 있다.계통(System) P&ID(Piping & Instrument Diagram) P&ID(Piping & Instrument Diagram) for Process(공정)실제의 제조 공정도로서 PFD에 표시된 반응, 정제, 원료취급, 분리 및 기타의 단위조작을 상세하게 나타낸 P&ID.

P&ID(Piping & Instrument Diagram) for Utility(공정)
Boiler, 냉각탑, 열매체 Heater, 냉동기 및 공기 압축기 등과 같은 Utility 계통에 관련된 P&ID.
※ Utility 화학공장 등에서 원료의 가공이나 제조를 하는 경우에 적절한 온도, 압력, 분위기, 동력 등을 확보 해야 한다. 즉, 냉각(冷却)원, 가열(加熱)원, 동력(動力)원이 아주 중요하며, 이와 같은 것들을 유틸리티(utility) 라고 한다.

P&ID(Piping & Instrument Diagram) for Environment(환경)
세정, 소각 및 폐수처리 등의 공해방지시설의 공정에 관한 P&ID.

분배(Distribution) P&ID(Piping & Instrument Diagram)
Utility, 화공약품류 또는 비공정흐름(Non Process Stream)들이 전 공장에 어떻게 분배되는 지를 표시.모든 Header 및 Sub Header들이 포함되며 실제의 배치와 유사하게 표시.Utility 분배 P&ID, 안전계통 P&ID, 화공약품 분배 P&ID 등이 있다.

보조계통(Auxiliary System) P&ID(Piping & Instrument Diagram)
압축기(Compreeeor)의 주유 및 냉각계통, 유압계통, Pump Seal 등과 같이 주요장치와 연계되는 보조장치들의 계통을 표시.

P&ID 의 작성
P&ID 는 PFD 를 기초로 하여 작성하여야 한다. 다만 공정안전보고서의 제출대상에 해당하지 않는 사업장에 해당하며 PFD 와 P&ID 를 분리하여 작성하기 곤란한 경우, PFD 와 P&ID 를 하나의 도면으로작성할 수 있다.유틸리티 계통도(UFD) 에 관한 배관계장도는 P&ID 작성기준에 의거 별도로 작성하여야 한다.