엔지니어링 설계

BASIC DESIGN FEED DETAIL DESIGN

설계단계

연구 목적에 부합하고 정확한 분석 결과를 도출할 수 있어야 하며 각종 안전 기준과 법령을 준수할 수 있는 실험실을 만들기 위해서는 설계 단계가 가장 중요합니다. 신규 실험실을 구축할 때에는 고가의 장비들이 최적으로 운영되어 정확한 분석 결과를 도출할 수 있는 것이 가장 중요한 요소로서 전문적인 설계가 반드시 필요합니다. 그렇게하기 위해서는 분석항목에 맞는 효율적인 룸을 구획하고 연구원의 동선을 고려한 가구 배치와 각종 안전기준 및 법령 준수는 물론 장비 운영에 필요한 유틸리티들이 빠짐없이 반영되어야 합니다. 그런데 실험대만 공급하는 업체는 장비 운영에 대한 개념없이 가구의 배치에만 집중할 수 밖에 없고, 장비만 공급하는 업체는 장비 운영에 필요한 각종 유틸리티(실험대, 전기, 가스, 공조, 급배수 등)에 대한 서비스를 해줄 수가 없습니다.

아이솔루션 만의 다양한 서비스

아이솔루션(주)는 20년 이상의 신규 실험실 구축 컨설팅에 경험있는 직원들이 장비에서부터 유틸리티 설비에까지 이르는 실험실 전반에 대한 높은 이해도를 가지고 CAD 도면은 물론 3D 시뮬레이션까지 다양한 서비스를 제공해드리고 있습니다.

기본 설계 지침

일반적인 컨설팅 업체들과는 달리 아이솔루션(주)은 공정이 복잡하고 까다로운 플랜트 설계 기준을 기본 설계 지침으로 삼고 있습니.플랜트 설계 기준은 프로젝트가 실현되기 전의 사업성 검토가 이루어진 이후부터 기본설계 (Basic Process Design), FEED(Front End Engineering Design), 상세설계(Detail Design) 순으로 세개의 엔지니어링 단계로 나누어 진행합니다. 나라마다 혹은 각 회사마다 설계 단계를 나누는 방식은 다양하지만 아이솔루션(주)는 상기 방식을 자주 사용하고 있습니다.

  • 기본설계

    Basic Design

    기본구상 발전시키는 단계
    • 시스템의 확정
      (건축, 전기, 공조 등)
    • 법규분석 / 허가
  • Front End Engineering Design

    Feed

    공정개념을 설계에 반영
    • 사양 재검토
    • 유틸리티 반영
  • 상세설계

    Detailed Design

    기본설계를 시공가능한 수준으로 발전
    • 설계관련 시스템의 구체화
    • 시공도면 작성
1. 기본설계

기본설계 단계는 주로 그 플랜트에 사용하는 공정설계를 의미하며 이 단계에서는 공정 전체의 Material balance, Heat balance, 주요기기 및 전기, 계장 등의 사양 등이 결정됩니다. 즉, 플랜트의 기본적 기능과 개념을 결정하는 단계입니다.

2. FEED

FEED 단계는 공정개념설계를 바탕으로 기초설계를 하고, 그 결과를 공정설계에 반영하여 기능사양의 재검토와 기본적 기초 설계를 실시합니다. 이때 실험 기기는 물론 전기, 배관, 건축등의 기본적 설계를 진행하고 중요한 부분은 각 Vendor들로 부터 견적과 자료를 받아 작성합니다.

3. 상세설계

상세설계는 플랜트 공사를 하기 위해 공사도면(기초도면, 철골도면, 전기, 계장, 배관공사 도면 등)을 작성하는 단계 입니다. FEED 단계의 정보를 기준으로 하여 실제 구입하는 기기, 계장품, 전기품 등 Vendor로부터 받은 상세 정보를 포함하여 공사도면을 작성합니다.

급/배기배관 및 블로어 설계

  • 풍량산정
  • 압력손실계산
  • 송풍기 선정
풍량산정
1Chamber Hood
  • a.

    Q(풍량) = 체적(㎥) * 환기횟수(회/h)

  • b.

    오염물질:입자상물질

  • c.

    풍량 산정 : Chamber Hood 의 경우 국소환기보다는 Room 배기에 가까우며, 개구면에 제어속도를 적용하는 KOSHA GUIDE와는 달리 환기횟수를 적용하여 급배기 풍량을 산정함. ‘건축물의 설비기준 등에 관한 규칙 [별표 1의6]ㅣ기계환기설비를 설치하여야 하는 다중이용시설 및 각시설의 필요환기량’ 중 지하동상가, 의료시설, 장례식장 등이 환기환수 36이상 적용하게끔 되어있으나, Chamber Hood 와는 내용이 맞지 않으며, 일반적으로 적용하는 아래표에서 내용이 흡사한 [주조, 압연공장 30~80] 중 환기횟수 80 적용하여 풍량을 산정.

종류 횟수
여관 및 호텔 무도장 8
대식당 8
조리실 15
복도 5
화장실 10
세면장 10
엔진 보일러실 20
세탁실 15
병원 대합실 10
진료실 6
병실 6
욕실 10
사무실 6
식당 8
조리실 15
복도 5
화장실 10
엔진 보일러실 10
세탁실 15
수술실 15
소독실 12
호흡기 병실 10
공중화장실 20
선박 객실 6
도서관 열람실 6
암실 사진현상실 10
학교 체육관 5~10
강당 6~10
종류 횟수
공장 일반공장 5~15
기계공장 10~20
용접공장 15~25
주조공장 30~80
주조,압연공장 30~80
화학공장 15~30
식품공장 10~30
도장공장 30~100
인쇄공장 5~15
목공공장 15~25
염색공장 15~30
방적공장 5~15
부대설비 변전실 20~30
압축기실 15~30
보일러실 20~30
강의실 4~15
식당 5~10
주방 10~30
극장 관람실 6
영상실 20
음식점 레스토랑 6
조리실 20
튀김점 20
연회실 10
일반 사무실 3~10
회의실 5~12
부엌 5~15
거실 2~5
2Fume Hood
  • a.

    Q(풍량CMH) = 60*60*A(단면적㎡)*Vc(제어속도m/s)

  • b.

    제어속도(Vc) : 0.4 m/s

  • c.

    [KOSHA GUIDE/W-1-2018] 산업환기설비에 관한 기술지침 중 별표2) 유해물질별 후드형식과 제어풍속 에 따라 Fume Hood 의 경우 가스상태, 포위식 포위형에 해당되므로 0.4 m/s 적용함.

물질의 상태 후드 형식 제어풍속(m/sec)
가스상태 포위식 포위형 0.4
외부식 측방흡인형 0.5
외부식 하방흡인형 0.5
외부식 상방흡인형 1.0
입자상태 위식 포위형 0.7
외부식 측방흡인형 1.0
외부식 하방흡인형 1.0
외부식 상방흡인형 1.2
3캐노피 후드
  • a.

    (풍량CMH) = 60*1.4PVD

  • b.

    오염물질 : 가스상 물질

  • c.

    제어풍속 : 1.0 m/s [KOSHA GUIDE/W-1-2018] 산업환기설비에 관한 기술지침 중 별표2)유해물질별 후드형식과 제어풍속에 따라 캐노피 후드의 경우 가스상태, 외부식 상방흡인형에 해당되므로 1.0 m/s 적용함.

물질의 상태 후드 형식 제어풍속(m/sec)
가스상태 포위식 포위형 0.4
외부식 측방흡인형 0.5
외부식 하방흡인형 0.5
외부식 상방흡인형 1.0
입자상태 위식 포위형 0.7
외부식 측방흡인형 1.0
외부식 하방흡인형 1.0
외부식 상방흡인형 1.2
  • [KOSHA GUIDE/W-1-2018] 산업환기설비에 관한 기술지침 중 별표3)후드의 형태별 배출량 계산식에 따라 캐노피 후드의 경우 레시버식 캐노피형 Q=60x1.4PVD 적용

3Arm 후드
  • a.

    (풍량CMH) = 60*1.4PVD

  • b.

    오염물질 : 가스상 물질

  • c.

    제어풍속 : 1.0 m/s [KOSHA GUIDE/W-1-2018] 산업환기설비에 관한 기술지침 중 별표2)유해물질별 후드형식과 제어풍속 에 따라 캐노피 후드의 경우 가스상태, 외부식 상방흡인형에 해당되므로 1.0 m/s 적용함.

물질의 상태 후드 형식 제어풍속(m/sec)
가스상태 포위식 포위형 0.4
외부식 측방흡인형 0.5
외부식 하방흡인형 0.5
외부식 상방흡인형 1.0
입자상태 위식 포위형 0.7
외부식 측방흡인형 1.0
외부식 하방흡인형 1.0
외부식 상방흡인형 1.2
  • [KOSHA GUIDE/W-1-2018] 산업환기설비에 관한 기술지침 중 별표3)후드의 형태별 배출량 계산식에 따라 캐노피 후드의 경우 레시버식 캐노피형 Q=60x1.4PVD 적용

압력손실 계산
1배기
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
구분(도면참조) 직경D또는 상당직경 De(m) 덕트면적 Ad(㎡) 배풍량 Q (㎥/분) 반응속도 VT(m/s) 속도압 PV (mmAq) 후드압손 계수(F) 직선덕트의 압손△P (mmAq/m) 길이 L(m) 각 부의 압손 계수 압력손실 PL (mmAq) 정압 Ps (mmAq)
ζ1 ζ2 ζ3 ζ4 ζ5
엘보 합류 확대 축소 배기
HOOD 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 0.5 - - - - - - - 3.71 3.71 -3.71
직선덕트 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 - 0.99 0.5 0.39 - - - - 0.49 4.2 -4.2
90˚ 엘보 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 - - r/D=1.5 - - - - - 2.89 7.09 -7.09
직선덕트 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 - 0.99 0.3 0.39 - - - - 0.3 7.39 -7.39
90˚ 엘보 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 - - r/D=1.5 - - - - - 2.89 10.3 -10.28
직선덕트 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 - 0.99 2.2 0.39 - - - - 2.17 12.5 -12.45
90˚ 엘보 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 - - r/D=1.5 - - - - - 2.89 15.3 -15.34
합계 -15.34
2급기
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
구분(도면참조) 직경D또는 상당직경 De(m) 덕트면적 Ad(㎡) 배풍량 Q (㎥/분) 반응속도 VT(m/s) 속도압 PV (mmAq) 후드압손 계수(F) 직선덕트의 압손△P (mmAq/m) 길이 L(m) 각 부의 압손 계수 압력손실 PL (mmAq) 정압 Ps (mmAq)
ζ1 ζ2 ζ3 ζ4 ζ5
엘보 합류 확대 축소 배기
HOOD 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 0.5 - - - - - - - 3.71 3.71 -3.71
직선덕트 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 - 0.99 0.5 0.39 - - - - 0.49 4.2 -4.2
90˚ 엘보 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 - - r/D=1.5 - - - - - 2.89 7.09 -7.09
직선덕트 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 - 0.99 0.3 0.39 - - - - 0.99 8.08 -8.08
90˚ 엘보 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 - - r/D=1.5 - - - - - 2.89 11 -10.97
직선덕트 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 - 0.99 2.2 0.39 - - - - 0.99 12 -11.98
90˚ 엘보 0.15 0.0177 11.67 11 7.41 - - r/D=1.5 - - - - - 2.89 14.9 -14.85
합계 -14.85
  • * PV = 1.2*VT^2/2/9.8

  • * △P = 4*0.005*L/De*1.2*VT^2/2/9.8

3송풍기 선정
NO Description summary 송풍기 선정
Flow(CMH) Pressure (mmAq) Flow(CMH) Pressure (mmAq)
1 조지밀폐실 배기 800 -48.31 900 55
2 조지밀폐실 급기 800 -40.41 900 55
3 석회석분석실 배기 1100 -36.87 1200 35
4 석회석분석실 급기 1100 -22.7 1200 35
5 연료분석실 배기 2040 -42.57 2200 55
6 연료분석실 급기 2040 -32.02 2200 55
7 수질분석실 배기 800 -42.06 900 55
8 윤활유실험실 급기 2230 -35.84 2400 55
9 윤활유실험실 배기 5520 -21.12 6000 35
10 윤활유실험실 급기 5520 -19.43 6000 35

가스라인 및 저장고 설계

가스를 사용하는 실험실에서는 「고압가스안전관리법」, 「액화석유가스의 안전 및 사업관리법」 등 관련법을 적용하고 그 외 사항에 대하여는 아래사항을 적용한다.

  • 1.

    고압가스는 「고압가스안전관리법」에 의거 저장능력 산정기준 및 관련 규정에 적합하도록 관리하여야 한다.

분류 가스의 종류 관련세부기준
가연성 수소, 암모니아, 일산화탄소, 프로판, 부탄 등 KSG FU1111
독성 암모니아, 일산화탄소, 염소 등
  • 2.

    가스용기 보관 장소는 직사광선을 피하고 통풍이 원활하여야 하며, 가스특성에 맞는 적절한 온도를 유지하여야 한다.

  • 3.

    가연성가스, 독성가스 및 산소의 용기는 각각 구분하여 용기보관장소에 놓는다.

  • 4.

    용기보관 장소는 주위 2m 이내에 화기 또는 인화성 및 발화성 물질을 두지 않아야 한다.

  • 5.

    가스설비 또는 저장설비는 그 외면으로부터 화기(그 설비 안의 것은 제외)를 취급하는 장소까지 2m(가연성가스 또는 산소의 가스설비 또는 저장설비는 8m 이상) 이상의 우회거리를 유지해야 하고, 가스설비와 화기를 취급하는 장소와의 사이에는 그 가스설비로부터 누출된 가스가 유동하는 것을 방지하기 위한 적절한 조치를 하여야 한다.

  • 6.

    가스설비 및 배관의 재료는 고압가스의 특성에 적합한 기계적·화학적·물리적 성질을 가져야 한다.

  • 7.

    내용적 20L 이상의 충전용기를 옥외를 이동하면서 사용할 때에는 용기운반전용 손수레에 단단하게 묶어 사용하여야 하고, 사용한 수에는 지정장소에 보관해야 한다.

  • 8.

    고압가스 저장시설 내에 밸브 등(조작스위치로 개폐하는 것은 제외한다)이 설치된 배관에는 그 밸드 등의 가까운 부분에 쉽게 알아볼 수 있는 방법으로 그 배관 내의 가스, 그밖의 유체의 종류 및 방향이 표시되도록 해야 한다.

  • 9.

    고압가스의 충전용기는 넘어짐 등으로 인한 충격을 방지하는 조치를 해야 하며 사용한 후에는 밸브를 닫아야 한다.

  • 특정고압가스 사용신고 대상
  • [고압가스 안전관리법 시행규칙] 제46조(특정고압가스 사용신고 등) ①법 제20조 제1항에 따라 특정고압가스 사용신고를 하여야 하는 자는 다음 각 호와 같다.
  • 1.

    저장능력 250kg이상인 액화가스저장설비를 갖추고 특정고압가스를 사용하려는 자

  • 2.

    저장능력 50m이상인 압축가스저장설비를 갖추고 특정고압가스를 사용하려는 자

전기 분전반 설계