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공정설계란 무엇인가?

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작성자 : no_profile 관리자 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 () 댓글 0건 조회 1,771회 작성일 2023-06-17 17:08

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1. 개요


화학공학의 학문 분야, 생산관리의 학문 분야이자 제조업의 생산관리 직무 중 하나. 공정을 해석하고 장치를 설계하며 사업성 분석을 해서 공학적, 경제적으로 최적화한다.


1888년, 미국에서 처음 화학공학과가 만들어진 이유이기도 하며, 위에서 제시된 화학공학과에서 배우는 전공과목을 모두 사용하는 분야. (반도체 관련 신설 과목 이외에, 전통적인 화공과목을 생각하면 된다). 플랜트 설계 분야에서 메인이다. 화학공학과 출신에 플랜트 건설 분야의 인력이라면, 기본적으로 공정설계팀를 하는 것이 장래에 있어서 유리하다. 아래에 기술하는 이유 때문에, 입사할 때도 학벌 혹은 성적을 많이 보는 편이다.


공정설계는 화공플랜트의 모든 실무의 출발점이고 현장에서 발생하는 문제점들에 대하여 쉽게 할 수 있는 해결사 역할을 하는 부서이기 때문에 실무자가 되면 업무중에 느끼는 부담감이 크다 (유관 부서에서 문제가 터지면 공정설계부터 찾는다). 대신에, 프로젝트 전반에 대한 이해도를 깊게 가져갈 수 있으며, 플랜트 건설 업무에 있어서 큰 목소리를 낼 수 있다 (근본적인 "왜?"라는 질문에 답해줄 수 있는 부서이다). 플랜트 설계분야에 있어서 임원을 가장 많이 배출하는 부서이기도 하다.


기계공학에서 배우고 설계하는 장치, 회전기계 및 배관 등은 눈으로 보이는 결과물이 있으나, 화학공학에서 다루는 대상은 그 안에서 흐르는 고체(분체이송), 액체, 기체, 2 phase, 3 phase 이기 때문에 설계의 결과를 직접 확인할 수 없다. 오직 연결된 계장품 (트랜스미터, 게이지 류)을 통해서 만 간접적으로 확인 가능하다. 설계관련 실무를 경험해보면, 문제해결을 할 때 모든 과목이 연결되어 있기 때문에, 전공과목에서 부족한 부분이 있는 경우 입사 후에 빠르게 다시 공부를 할 필요가 있다.해야한다.(만약, 2~3학년 때 전통화공과목에 대하여 매력을 못느끼겠다 싶으면 빨리 반도체로 가야한다.) 따라서, 유체를 움직이는 Driving Force 및 Properties를 바꾸게 하는 압력 및 온도, 기계 장치내에서의 유동을 예측하고, 공정에서 발생하는 많은 현상을 설명하는 이론들을 이해하는 것에 부담을 느끼면 안 된다. 이것으로 인하여 스트레스를 받고, 10년 차 전후로 다른 부서로 전배가는 경우라던지 끝까지 못하고 그만두는 경우가 많다. (이 때문에 근속연수가 짧은 것으로 보이게 된다.) 방대한 지식이 요구되기 때문에 실무를 배우는게 5년이고, 제대로 된 밥 값을 할 수 있는게 10년이다. 대부분의 직업이 마찬가지 일테지만, 성실하지 못하면 일을 할 수가 없다. (10년 이상 남아있는 사람들을 보면 예전부터 공부를 잘했거나, 욕 먹어가면서 실력을 쌓으며 버틴 사람이 대부분이다.)


전 세계적으로 봤을 때, 공정설계 엔지니어 (Process Engineer)의 수는 많지 않다. 따라서, 15년 이상된 Process Lead Engineer의 몸값은 일반적으로 다른 Lead engineer들 보다 비싸다. 공정 엔지니어의 숫자가 적은 것은 한국에서도 마찬가지인데 (5대 건설사, 중견기업 Process engineer, 대학원생을 다 합쳐도 1500명에 못 미친다), 따라서 Package Vendor 등에서 제대로 된 공정엔지니어를 구하기가 매우 어렵다. (제대로 가르치는 학교도 몇 없을 뿐더러, 잘 배우려면 5대 화공플랜트 건설사 혹은 중견 엔지니어링 회사를 가야한다.)



여담으로.. 한국 중소기업, 중견기업에서 제작하는 Vendor package가 해외에서 먹히지 않는 이유는, 공정설계에서만 제대로 할 수 있는 document work이 제대로 이뤄지지 않는 것이 크다. ("왜?"라는 질문에 답변을 못하니 Approved Vendor List에 들어갈 수가 있나...) 대부분의 한국의 중소 업체에서 가져가는 전략은 직원들 월급 깎아서 인건비를 줄여서 최저가로 Bidding을 하고 계산에 기반한 설계가 아닌, Trial and Error 방법으로 설계를 하여 설계기간을 오래 가져가며, 그래도 안되는 것은 Deviation으로 누워버리는 경우가 많다. 어쩌다가 제대로 하는 Vendor들이 있긴 한데, 기초 기술을 모두 해외 업체에서 가져다 쓰는 경우이다.




한국의 일반 제조업에서 제작하는 기기류들은 세계적으로 비벼볼 수 있는데 (계산, CAD, 주물, 선반, 용접, 산세, 열처리를 잘하는 편이다), 상대적으로 고부가가치를 가지는 package에서는 맥을 못추는 이유는 공정엔지니어의 중요성을 간과한 이유가 크다.


보통 일반적인 ITB에서의 화공플랜트의 Life time은 20년이다. 2000년대 중반~후반에 많은 Plant가 건설되었기 때문에 인력이 많이 필요하였고, 10년이지난 지금은 사이클의 바닥인 휴지기(?)이다. 따라서, 추가되어야 하는 인력이 그렇게 많지 않은 편. (장치 및 회전기계, 배관의 설계 Code는 수명이 20년 기준으로 설계됨, 원자력 발전에 사용되는 Code의 경우 40년을 기준으로 설계.) 플랜트 분야에서 신입 인력이 증가하는 시점은 2025년 전후로 예상된다.


한국화학공학회에서 주관하는 전국 화학공학 공정설계 경진대회에서 순위권 안에 들면 매우 유리하다. 공정엔지니어를 목표로 하고 있다면 도전해보는 것이 매우 좋다. 최우수상의 경우 입사 특전이 주어지기도 한다.


2. 화학공학


화학공학과 커리큘럼상 맨 끝에 위치하는 과목으로, 그 동안 배웠던 여러 과목들의 지식을 모아서 한 개의 공정을 만들어보는 과목. 물리화학, 화공 열역학 등의 과목을 통해서 배운 지식을 바탕으로 화학반응의 열역학적 모델을 선정하고, 반응공학에서 배운 반응기 설계이론, 단위조작 등을 통해 구했던 q-line 과 operating line 등을 이용하여 이론적인 단수를 구하고 공정모사 프로그램을 통해 실제로 공정을 구성해본다. 공정설계에 쓰이는 공정모사 프로그램으로는 Aspen Plus (Aspen+), Aspen Hysys, Pro-II, gPROMS, Unisim Design, ProMax 등이 있다. 이들은 학계, 플랜트, 정유사 모두에서 쓰이므로 잘 알아두어야 한다.


직무의 종류


화학공학에서의 process engineer는 대개 화학공학 학사 이상이다. 이 때 첨단설비는 해외에서 들여오는 경우가 많으므로 영문계약을 검토할 수 있을 정도의 영어실력이 있어야 한다.


중소기업이라 하더라도 공정설계직을 맡으려면 공부를 잘 해야 한다. 대기업과 달리 인적성, 구조화 면접 등 체계적인 평가도구를 갖추지 못 했기 때문에 화공기사 등 자격증 위주로 평가한다. 그리고 공정설계직은 중소기업이라 해도 세전 3600 이상 준다.


화공 공정설계는 주로 정유사, 석유화학, 건설업 등에서 이루어진다. 서로간에 인력 교환도 이루어진다.


2.1. 화공 플랜트 건설


최근 국내 엔지니어링사도 FEED (Front End Engineering Design)에 까지 설계영역을 확장하고자 노력하고 있다. 플랜트 건설에 있어서 기본설계의 완성단계로 FEED 설계를 수행하고 이 결과로 견적요청서를 작성하게 된다.


견적을 설계한다는 것은 검토질의서, 견적용 PFD, P&ID, Datasheet를 작성하고 출장을 가서 현장조사를 하거나 사양을 확인하는 것을 말한다. 입찰에서 승리하면 다른 프로젝트의 공정설계 성과물과 사업장 상황 등을 고려해 상세하게 DBM, PFD, P&ID, UFD, Datasheet를 짜야 한다. 인허가 단계에서는 HAZOP 등을 고려해야 하며 영업, 시공, 시운전 단계에서도 기술지원을 해야 한다.




이런 업무를 위해 열 및 물질수지 해석을 할 수 있어야 하고, 주요 Equipment Sizing, Piping Sizing, Instrument Sizing, Heat Exchanger design and rating[1], Hydraulic[2] 등 공정설계를 계산할 수 있어야 한다.


PSV, Blowdown, Emergency Shutdown 등 압력용기의 안전운전 및 위험요소 해소를 위한 HAZOP Study를 진행하고 주요 개선방안을 도출할 수 있어야한다.


2.2. 정유사


공정 설계 및 P&ID 검토: 공정모사 프로그램을 사용하여 열&물질수지 (Heat and Mass Balance)를 세우고 다양한 설계경험 및 운전경험으로 부터 P&ID revision 및 검토가 가능한 공정설계 유경험자가 필요하다.


Pilot Plant 운영 관리: Control Logic을 확인할 수 있어야 한다. 운영 설명서를 작성하고 Operator를 교육할 수 있어야 한다. 이 때문에 해당 공정과 관련된 분야 (공정설계, 화공열역학 등)의 실험과 데이터 분석 경험이 우대된다.


안전관리: PSM, 변경관리 등


설비 구매 서류 작성: 견적요청서, 견적평가서 등을 작성할 수 있어야 한다.


MOC (Management of Change): 현장의 요구나 설비유지, 관리 및 개선을 위한 다양한 공정개선, 운전조건 변경 등 다양한 공정업무를 수행한다.


출처: 나무위키 



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