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2022년 화공기사 공장 제어 과목이 계측 제어로 변경되면서 추가된 범위에 대해 

문제가 출제 되고 있는 바 이에 대해 추후 별도 강의로 업데이트 하겠지만 우선 아래와 같이 

설명을 드리오니 학습에 참고하시기 바랍니다.

(1) P&ID 

P&ID는 Process & Instrumentaiton Diagram으로 화학 공장의 상세 설계 도면으로 이해하면 됩니다.

2022년 1회에 P&ID를 작성하기 위해 약속하고 있는 심볼에 관련된 것중에 Piping Line에 대한 문제가 출제되었습니다. 아래 사이트를 참고하여 학습하시기 바랍니다.

https://instrumentationtools.com/piping-and-instrumentation-drawing-pid-tutorials-part-3/

아래의 Process Flow Line을 나타내는 심볼 참조하십시요.

공정 흐름 라인, 공기 공급 라인, 유압(Hydraulic) 라인, 계장 라인(Instrumentation), 전기 열선 보온 라인,

스팀 보온 라인 등을 잘 보시기 바랍니다.

밸브의 종류별 그림의 차이도 잘 보시되 Safety Valve나 Check Valve 그리고 

아래 Gate Valve의 세번째 Pnumatic 밸브가 Control Valve 모양이니 이 세가지에 대해 출제가 예상됩니다

아래 FIC-7510이라는 DCS상의 PID 제어기가 전기적 신호인 전류 ----- 선으로 

현장 FY-7510에 전달되면 이게 공기압 신호(IA, Instrumentation Air)로 밸브 FV-7510에 전달되는

과정이 나와있습니다.

(2) Pinch Technology

핀치 기술은 열교환기망 (Heat Exchanger Network) 설계를 위한 기술이며 Linhoff March라는 사람이 개발한 개념입니다.

냉각이 필요한 고온 흐름과 가열이 필요한 저온 흐름이 있는데 이를 단순히 스팀과 냉각수라는 유틸리티를

이용하는 방법을 사용하면 에너지 낭비가 됩니다.

냉각이 필요한 것과 가열이 필요한 것들을 잘 연결하여 열교환시키면 스팀이나 냉각수같은 유틸리티를 최소로 사용하여 연간 에너지 소비량을 최저로 하여 경제적 설계가 가능합니다.

첨부 자료를 읽어서 대강의 개념을 이해하시기 바랍니다.

2022년 1회에 이 문제가 출제되었는데 이 기술을 공부하지 않은 사람은 모두 찍었을 것입니다.

핀치 설계를 Grid 식으로 표현한 문제로 71번으로 출제되었습니다.

최소 열교환 온도차는 고온 흐름과 저온 흐름사이의 열교환이 이루어지는 최소 온도차를 의미하며 

이는 Stream 1의 250도에서 40도까지 떨어질때 Stream 3번의 해당온도가 30도임으로 온도차가 10도임을

알수 있습니다. 반대로 250도에서 핀치 온도까지 내려오면 150도가 되는데 Stream 4가 140도임으로 10도임을 앐수 있습니다.

핀치점은 고온 흐름과 저온 흐름간의 에너지차가 최소가 되는 온도 지점을 이야기 하는데 

고온 스트림인 Stream 1은 250도의 관점에서는 150도 이고 저온 스트림인 Stream 4의 관점에서는 140도가 됩니다. 따라서 보기 3번이 틀린 것입니다.

핀치의 상부는 고온 스트림이 시작하는 왼쪽 부분을 핀치의 하부는 저온 스트림이 시작하는 오른쪽 부분이 됩니다. 왼쪽에 steam, stream1, Stream2, Stream3, stream4 해서 5개 흐름이 있는 것입니다.

반면 핀치 하부는 오른쪽으로 Stream1, Stream2, Stream3, CW로 4개의 흐름이 있는 것입니다.

열교환 장치의 개수는 아래 그림에서 표시된 영역과 같이 7개가 됩니다.

또 다른 계산 방법은 핀치 상부 흐름수 + 핀치 하부 흐름수 - 2로 계산하면 됩니다.

= 5+ 4 - 2 = 7 개가 나옵니다.

(3) 공정 시뮬레이터 열역학적 물성 모델

 2022년 1회 80번 문제가 이에 해당됩니다.

 화학 공장의 설계를 위하여 시뮬레이터를 이용하여 공정의 장치, 흐름의 정보를 통해 분리, 반응, 혼합등의

 계산을 통해 온도, 압력, 유량, 조성, 열량등의 정보를 구하게 됩니다.

 이때 이러한 정보는 공정에 사용되는 물질의 열역학적 성질 및 물질간의 열역학적 관계를 잘 나타내는

 열역학적 물성 모델 (Property Package라고도 함)에 의해 얻어지게 됩니다.

 사용되는 물질이나 환경에 따라 특정 열역학적 물성 모델이 가장 잘 드러맞는 경우가 있습니다.

 탄화수소가 대부분인 석유화학 공장에 가장 일반적으로 사용되는 열역학적 물성 모델은 Peng-Robinson입 니다. 그리고 극성 물질이 들어 있는 공정은 Activity Model을 사용하며 이것이 NRTL입니다.

  문제는 이산화탄소를 아민류로 포집하는 시설에 대해 시뮬레이터를 사용할 경우 적합한 열역학적 물성

  모델을 묻고 있으면 답을 Ion-NRTL로 제시하고 있습니다. NRTL앞에 ION은 이온화의 의미를 두는데

사실상 이 문제는 잘못 출제된 것으로 보입니다.

  상용 시뮬레이터에는 아민(Amine) Package라는 열역학적 물성 모델이 들어가 있지 ION-NRTL이라는 말은 없기 때문입니다.

* 공정 시뮬레이터 (Process Simulator)

• 화학 공정을 열역학 관계식으로 통해 수학적으로 모델화한 것.

• 화학 공정의 기본 설계(Basic Design), 공정 개선(Revamping), 최적 조건(Optimization) 파악
• 운전자 교육(Operator Training Simulator)등에 사용된다.
• 공정에 투입되는 물질의 물성치, 유량, 운전 조건등을 이용하여 실제 정유 및 석유화학 공장의 운전 결과를 얻는다.
• 경험없는 엔지니어를 교육 훈련하는 데 사용할 수 있다.

• 먼저 열역학 관계식을 얻기 위하여 공정 모사에 사용될 각 성분들을 결정하고, 이에 맞는 상태방정식이나 활성도 모델을 선정하여야 한다. 주로 사용되는 상태방정식에는 PR이나 SRK가있고 활성도 모델(Activity Model)에는 NRTL, Wilson 또는 UNIQUAC등이 있다.
• 공정의 정보에는 온도, 압력, 유량 그리고 조성을 포함하는 흐름(Stream)에 대한 것과 필요한 단위 장치(Unit Operation)와 그의 운전 조건등이 필요하다.

• 공정 모사 프로그램은 순수 성분에 대한 물성치 데이터 베이스와 열역학적 모델식 그리고  단위 조작 장치를 모사할 수 있는 모듈등이 내장되어 있다.

• 공정 모사기는 영구 판매보다는 리스(Lease) 형태로 공급되고 잇다.

• 설계회사에서는 공정 모사기를 이용하여 공정 설계를 수행하여 공장 건설 비용을 줄인다.

• 조업회사에서는 공정 모사기를 이용하여 공장의 개조나 처리 능력을 확장하는 일을 할 수 있다.

• 상용화된 공정 모사기는 다음과 같은 것들이 있다.
  • UNISIM – Honeywell   (Steady State + Dynamic 결합)

  • AspenPlus – Aspen Technology (Steady State, Dyanamic 별도)

  • HYSYS – Aspen Technology (Steady State + Dynamic 결합)

  • PRO/II – Invensys (Steady State, Dyanamic 별도)

(4) Cause & Effect Diagram (특성요인도)

특성요인도란 재해라고 하는 결과(특성)에 원인요소(요인)가 어떻게 관계하고 있는 가를 한눈에 알아볼수

있도록 작성한 그림을 말한다.

• 재해의 특성과 원인의 관계를 정리한 것으로 생선뼈 형태이다.
• 어느 하나의 문제를 요인의 연쇄라는 형태로 간명하게 표헌
• 원인과 결과의 관계를 나타내 재해 원인 분석에 이용

(5) DCS vs PLC

DCS (Distributed Control System)

프로세스를 제어하기 위한 Device의 기능을 목적에 따라 분산하여 일부 Fault로부터 전체 제어시스템을

보호하고 프로세스를 안정적으로 유지할 수 있도록 고안된 분산제어시스템

• PID 및 아날로그 알고리듬 제어위주의 프로세스 적용
• 엔지니어링 작업이 용이
• 하드웨어의 분산형/이중화 구조
• 데이터 관리 및 상위 시스템과 연결 용이
• HMI (Human Machine Interface) 필수 : 오퍼레이터 스테이션

PLC (Programmable Logic Controller)

• Hard Relay Logic 대체로 개발
• Sequence Logic 처리
• 고속 처리 속도
• 개발 초기 HMI 없었으나 최근 개발됨
• 디스크리트 제어에 주로 사용

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

원격지의 무인 지역에 있는 설비의 가동 상황이나 동작상태를 원거리의 중앙에서 감시를 하고 필요한 통제를 하기 위한 시스템으로 개발되어 이름 그대로 원격감시제어시스템을 의미한다.

중앙집중 데이터 관리 및 제어