1.1 개요
컴퓨터로 인해 계장기술이 획기적으로 진보되어 공장운전의 안전성과 효율성에 많은 기여를 하게 되었다. 토지조성비를 제외한 공장 전체건설비중 계장비가 차지하는 비율은 대규모 플랜트에서 6∼8%, 비교적 소규모적인 플랜트에서 7∼10%, 특수한 경우일지라도 대체로 15% 이하이다. 계장비의 내역은 일반적으로 계기 본체의 비용이 60∼70%를 차지하고 공사 자재비 20∼30%, 노임 10∼15%, 기타 2∼5% 정도를 점유한다. 그러나 최근에는 노임이 점하는 비율이 점차상승하는 실정에 있다. 이와 같이 계장공사비는 계장 전체의 30∼40%를 점하는 것으로 금액적으로도 간과할 수 없는 커다란 비중을 점하는 셈이다. 계장설비는 항상 타 부분 설계와 관계가있어서 독립적인 설계는 불가능하므로 플랜트 건설의 계획단계에서부터 시운전 까지 계장설계에 대한 업무가 지속되어야 한다. 계장설계기간은 12∼18개월이 보통이며 이중에서 설계에 4∼5개월, 현장공사에 3∼6개월 정도 걸린다.
1.2 계장 설계 분류
1.2.1 계장시스템 설계
프로세스운전방식, 제어방식, 안전성 등에 관한 설계 및 P & I 다이어그램의 작성 등 계장시스템의 설계업무
1.2.2 계장설계
계장시스템 설계에 바탕을 두고 Instrument Schedule과 Instrument Data Sheet를 작성하고계기, 계기반 프로세스기기의 검출노즐위치 및 계기용 전원장치나 공기장치에 이르는 계장기기 전체의 시방확정 및 상세설계를 하는 업무
1.2.3 계장공사 설계
계기나 계장기기를 플랜트의 설비로 건설하기 위해 현장 공사방법과 공사재료의 시방을 정하거나 다른 공사와의 한계구분 등 상세한 시공도면을 작성하는 설계업무. 계장설계는 계장시스템 설계의 연장선상에서 수행되어야 하므로 동일한 계장기술자가 관할하는 것이 좋다. 이에 비하여 계장공사설계는 어느 정도의 시스템만 이해하면 되며, 주안점은 건설이기 때문에독립된 조직을 갖고 진행하는 것이 플랜트건설 전체의 운영상 바람직하다.
계장공사 설계에는 다음과 같은 업무내용을 포함한다.
1) 공사의 시공 및 도면작성에 관한 시방서 및 자료를 갖춘다. 공사설계의 관리 및 표준화 업무
2) 계장설계 업무를 보조하는 제도(Drawing)화 업무
3) 계장공사 설계에서 가장 사람과 시간(Man Power)을 요하는 현장공사를 위한 시공도 작성및 공사자재 집계업무
1.3 계장공사 설계
1.3.1 계장공사 공정표의 작성
계장공사도면 작성에 앞서 어떠한 도면을 언제쯤부터 착수하여 언제 완성시키느냐, 도면사이즈 및 매수, 또 소요시간의 예상과 실적도 기재할 수 있는 공정표이다. 이에 의해서 소요설계기간과 설계요원의 콘트롤이 가능하며 진척률도 파악 할 수가 있다.
1.3.2 계장공사 시방서의 확정
계장공사를 시공하는데 필요한 공사항목, 시공방법, 계장설비의 기본적인 시방, 타부문과 관련범위, 공사자재의 시방, 도면의 작성요령 및 공사기간 등을 규정한 서류이다. 이 시방서는설계 및 시공의 품질면의 관리자료로서 계장설비의 공사기준이 되는 것이다. 그리고 계장공사를 공사회사에 발주할 때의 중요 서류이기도 하다.
3.4.3 표준도면․표준시공 요령서 등의 작성
장치를 설치하는 경우 건설된 장치가 건설 때마다 시공방법이 틀리게 되면 장치의 관리․보수면에서 대단히 불편하며 또 설계에도 많은 인력을 소모하게 된다. 이러한 폐단을 없애기 위하여 표준적인 방법으로 설계․시공이 가능하도록 다음과 같은 도면은 표준도면화 하여 비치해두면 편리하다.
1) Semi-graphic Symbol
2) 계기반 정면도
3) 계기반 명판
4) Orifice의 최소필요 직관부
5) 측온체의 설치방법
6) Level Gauge설치 방법
7) 계기용 공급공기 배관방법
8) 동관 케이블 접속방법
9) 현장 배선방법
10) 현장 계기 설치방법
11) Seal Pot 또는 Condensing Pot
12) Vent Plug
13) Punching Plate
14) Gauge Union
15) Cable Duct
16) 계기 도압배관의 표준도면
1.4 계장공사 도면
1) Instrument Symbol
도면작성에 있어서 물품이나 재료의 기호화를 정리해 두는 것은 작업성을 높임과 동시에 명료하고 조화가 잡힌 도면을 작성하는데 기여하게 된다.
2) Instrument Loop Diagram
Instrument Schedule과 함께 발신기로부터 수신계기, 조절계로부터 조절밸브에 신호의 연결이 어떻게 되어 있는가 등 계장 System을 단선도로 표시함으로써 이해를 도우려는 것이다.
3) Instrument Power Supply & Grounding Diagram
계장용 전원은 보통 교류, 직류, 상용전원, 비상용전원 등이 있으며 용도에 따라 구분 사용된다. 이들 전원이 어떻게 구분되어 있는가, 또 플랜트나 그 안에 Unit, 계기류는 어떻게구분되어 있느냐를 전원의 종류와 스위치마다 단선도로 나타낸 것이 전원계통도 이다. 한편 접지에도 계기반이나 분전반 본체의 보안용 접지와 계기신호회로의 접지 및 Shield선의 접지 등이 있다. 이들 접지를 구분하느냐 또는 종합하느냐를 표현하는 것이 접지계통도 이다.
보통 전원계통도와 동일도면상에 나타내는 것이 편리하다.
4) Process Piping Hook-up
프로세스 유체와 Process변량 측정계기간의 시공방법, Steam Trace배관은 어떻게 하느냐등, 개개의 계기에 대한 시공사항을 나타낸 것으로 계기설치, 시공, 접속, 자재집계, 프로세스배관과의 정보, 내압 및 기밀검사용으로 이용된다.
5) Analyzer Piping Hook-up
프로세스 유체와 분석계기간의 연결방법을 나타낸 것으로서 보통 샘플링 배관이라고도 부르며, 수질계나 Stream Analyser, 연도 Gas 분석계 등 적절한 배관을 세심한 주의를 기울여시공하도록 개개의 분석계에 관하여 기입한 도면이다. 분석계기의 설치, 시공, 접속, 분석계 Maker나 Process배관부문과의 정보용, 자재집계, 내압이나 기밀검사용으로 이용된다.
6) Instrument Wiring & Tubing Connection List
계기와 계기, 계기와 계기반을 연결하는 배선이나 신호공기 배관의 하나 하나에 대하여 각각 쌍방의 접속 터미날 및 배선이나 배관의 시방이 표시된 도면이다. 또한 계기반이나 기타 계장기기로서 반에 짜 넣어져 현지로 반입되는 것의 내부배선이나 배관은 그 반 Maker로부터 제작되어 온다. 계기실내의 계장설비를 전부 일체화한다는 것은 불가능하다. 주계기반,조작 Desk, 계산기 등으로 각각 분리하며 또 Maker가 다른 경우가 많은데, 이와같은 경우에도 Connection List & Drawing이 필요하게 된다. 이것은 계장공사 설계에 포함하지 않고 반Maker에서 작성되며 결선시공용, 보수, 증설이나 개조용, 색상 및 공기신호배관의 기밀
Test용으로 이용된다.
7) Layout of Instrument Panel in Control Room
계기실내에 계기반, 조작 Desk, 전원설비 등 계장기기를 어떻게 배치하느냐, 그것들의 설치는 어디를 기준점으로 하느냐, 계기실 구조와 관련치수를 확실히 표시한 도면이다.
8) Layout of Instrument Wiring & Piping in Control Room
현장으로부터의 Cable을 어느 1 차단자에 인입하느냐 등 실재 배선․배관을 나타낸 것이다.
9) Layout of Instrument Main Cable Way (Duct/Tray)
J.B에서 제어실까지의 Main Cable 지지방법으로서, 사용되는 Cable Duct/Tray 의 경로도를나타낸 도면이다. 시공, 건축이나 Process배관부분, 기타부문과의 관련성, 자재집계용으로이용된다.
10) Layout of Instrument Wiring (Single, Contact, Power)
계기로부터 J.B 까지의 Cable (Conduit)경로를 나타낸 도면으로써, 계기위치는 Process배관도를 기반으로 하여 작성한다.
11) Layout of Instrument Air Piping (Supply Air)
공급공기를 필요로 하는 계기와 신호공기의 배관을 필요로 하는 계기를 Process배관도,Process기기의 조립도 등을 참조하여 Plot하고 공급공기 Main Line에서 어떠한 Size로 어떠한 경로로 통하느냐, 또 신호공기 배관은 어떠한 시방으로 어떠한 경로로 Tubing 하느냐를 나타낸 것이다.
12) Layout of Instrument Main Cable
Main Cable이 어떠한 시방으로 몇 본이 어디로 통과하고 있는지, 다심 Cable을 어디까지포설하느냐, Junction Box는 어디에 두느냐 등을 표시한 것이다. 계장 Cable에는 통일신호(4∼20mA)나 경보회로(100V), 온도계(mV), 본질안전회로 그리고 신호공기 Cable이 있으며유도방지 대책이나 Maintenance용으로 Cable포설을 분리한다.
13) Plot Plan of Field Instrument
Process배관도나 Process기기의 도면을 참조하여 모든 현장계기를 Plot한다. 단 PG, LG,TG, TW등의 현장 지시계는 Plot 하지 않는다. 계기위치가 지나치게 밀집되는 경우에는 별도로 표시하는 것이 좋다.
14) As-Buit Drawing
현장공사 완료단계에서 계장 시공도면의 완성도가 필요하게 된다. 그것은 계장설비를 운전유지함으로서 정기수리, 증설, 개조용으로 다시 설계를 할 때 현장설비가 어떻게 되어 있나를 재확인할 필요가 있기 때문이다.
1.5 기타 도면
1) 계기반 정면도의 작성
계기반의 외관치수 및 계기반 표면에 어떻게 계기나 경보 Lamp를 배치하느냐를 나타낸 도면이다. 이 도면은 보통 계기반 Maker에 의하여 도면화 한다. 계기배치의 원안은 계장설계자,Process설계자, 사업주 등에 의해서 결정된다.
2) Graphic 도면의 작성
Process의 흐름을 계기반에 Full Graphic 또는 Semi-Graphic 으로 표현하는 경우 그Graphic부분을 도면화 한다. 심벌이나 도색의 원안 작성은 상기 1)항과 같고 이 도면도 역시 정보용으로 이용한다.
3) Interlock Diagram
Process변량의 입력조건이 어떠한 형식으로, 어느 장소로부터 들어 왔을 때 어떠한 신호가되어 어느 계기나 밸브에 보내지는가, 또 입력, 출력신호에 대하여 By-pass S/W가 필요한가등을 Diagram으로 나타낸 것이다. 간단한 회로의 경우는 직접 회로도를 작성하며 Diagram의 작성은 불필요하다. 원안 작성에서부터 상세도면 작성까지 상기 1)항과 같으며, 제도한 도면은 정보용으로 이용한다. 이 도면은 플랜트의 안전성을 직접 지배하므로 주의를 기울여야한다.
4) 계기신호 접속도의 작성
계기의 전송기 또는 검출단에서 수신계기까지, 수신계기에서 조절밸브까지 어떠한 배선, 배관을 하느냐 하는 것을 Loop로 구성한 것으로 전 계기의 배선, 배관의 접속을 접속단자 번호까지 기입한 도면이다. 본 도면은 Loop구성의 종류별로 종합되며 통상 계기반 Maker에 의해 작성된다.
5) 기 타
직접 도면작성과는 관계가 없지만 Process 배관도나 Process 기기도를 계장의 입장에서 체크하는 것은 중요하며 절대로 잊어서는 안된다. 체크포인트로서 다음과 같은 항목이 있다.
가) P&I 다이어그램에 기재된 모든 기기의 검출단 및 배관속에 설치된 계기, 조절밸브가 누락되어 있지는 않나, 노즐치수가 틀리지 않나?
나) 모든 계기류의 설치위치는 보수상 불편한 위치는 아닌가?
다) 현장형 지시계는 보기 쉬운 장소에 설치되어 있나?
라) Orifice전후의 직관부는 충분한가?
마) 조절밸브의 설치장소는 정확한가, 보수에 충부하리만큼 공간이 확보되어 있는
가?
바) P&ID 다이어그램상 주의단서가 붙은 계기류는 제대로 설치되어 있나?
Plant의 계장 System은 자동운전의 중심으로 계측과 제어, MMI(Man-machine interface의 중요한 역할을 담당하고 있다.
계장 System은, 고 신뢰성과 조작성이 요구 될뿐아니라, 보다 높은 운전효율을 목적으로 한다. 적은 자원, 적은 에너지와 제품품질의 안정화.향상, 더욱더 다양화에 대응한 다품종생산 등 이런저런 요청이 있다
근년에는 한층 더 효율화, 생산시간 감소를 목적으로 CIM(Computer Integrated Manufacturing)화가 중요시되고 있다.
분산형 Digital계장 System은 기반기술에 있어 Micro Electronic, Software, 통신기술의 발전에 의해 오늘날은 계장 System의 중심에 위치하고 있다.
분산형 계장 System에 의한 계장 설계는 기초지식, 고려해야 할 점, 계장 업무의 내용, Digital 계장 System의 설계 순서에 의해서 설계된다
