플랜트 엔지니어링은 우리 삶과 어떤 관련이 있을까 플랜트는 우리가 쓰는 작은 생필품부터 전기나 석유, 가스 같은 에너지까지 생산하는 공장을 말한다. 이 플랜트를 만드는 플랜트 엔지니어링은 많은 사람이 잘 모르는 분야이다. 하지만 플랜트에서 생산된 물건을 하루 종일 쓰고 있는 만큼 플랜트 엔지니어링은 우리 일상과 아주 밀접한 관련이 있다. 더욱이 우리나라 주요 수출 품목이라는 사실도 의미가 있다. 하나의 플랜트는 수십 개의 장치로 구성되고, 이 장치들로 시스템을 구성하여 운영된다. 플랜트 자체도 낯선데, 플랜트 엔지니어링에 쓰이는 장치와 시스템의 원리를 일반인이 이해하기란 아주 어려워 보인다. 수학과 공학을 종합적으로 활용하는 분야이기 때문에 더욱 그렇다. 그런데 플랜트 엔지니어링에 쓰이는 장치나 시스템의 원리가 일상에서 쓰는 다양한 제품의 작동 원리와 비슷하다는 것을 안다면 좀 더 친숙하게 느껴질 것이다. 이러한 예는 생활에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 필수 가전제품인 냉장고와 에어컨의 작동 원리는 플랜트 시설에서 어떻게 활용될까? 냉장고와 에어컨은 냉매를 압축해 각각 냉장고 내부 온도와 실내 온도를 낮춰준다. 플랜트에서도 냉매를 이용한 냉각 장치인 열교환기로 필요한 물질들을 냉각한다. 다양한 물질을 분리하거나 서로 반응시키는 과정에서 열을 가하거나 열이 발생하는 경우가 많기 때문이다. 그럼 세탁기의 탈수 기능은 플랜트에 어떻게 활용될까? 세탁기는 세탁물을 탈수할 때 원통을 회전시켜 강력한 원심력을 만들어 빨래의 물을 제거한다. 원심력은 원운동을 하는 물체에 작용하는, 원의 바깥으로 나아가려는 힘이다. 플랜트에서는 이 원심력을 이용하는 원심분리기 장치로 액체 혹은 기체가 섞여 있는 여러 혼합물을 분리한다. 가정용 정수기의 정수 원리도 플랜트 시설에서 활용될 수 있을까? 물론이다. 가정용 정수기는 역삼투압 원리를 이용해 수돗물을 정수한다. 정수기 내부에 역삼투막을 세워두고 압력을 가해 물 분자만 한쪽으로 분리해 깨끗한 물을 만들 수 있다. 오염된 하수를 처리하는 수처리 플랜트나 바닷물을 담수로 바꾸어 공급하는 담수 플랜트에서도 정수기의 이러한 역삼투압 원리를 적용해 깨끗한 물을 생산한다. 이렇게 가정에서 일상적으로 사용하는 냉장고와 에어컨, 세탁기, 정수기 같은 물건의 작동 원리가 사실 플랜트에서 쓰는 핵심 장치의 원리와 비슷하다. 박정호 저자는 전작 《처음 읽는 플랜트 엔지니어링 이야기》에서 플랜트의 대중화를 위해 플랜트 전반에 대해 폭넓게 집필했다. 이번 《우리는 이미 플랜트 엔지니어링을 알고 있다》에서는 실제 생활과 관련 있는 여러 예시를 들며 플랜트의 설계, 장치와 시스템 하나하나를 상세하게 다룬다. 플랜트 엔지니어링에 별 관심이 없던 일반 독자도 흥미를 가지고 자세히 알아갈 수 있는 심화 편이라고 할 수 있다. 플랜트 엔지니어링의 시작이자 출발점, 개념 설계 《우리는 이미 플랜트 엔지니어링을 알고 있다》에서는 생활 속 익숙한 사례를 들어 플랜트 엔지니어링의 ‘개념 설계’ 과정을 훑어본다. 저자가 플랜트와 일상제품의 연관성을 공들여 설명한 것은 결국 플랜트 엔지니어링에서 개념 설계가 가장 중요하다는 것을 강조하기 위해서다. 개념 설계란 플랜트의 기본적인 개념을 설계하는 단계로, 간단히 말하자면 플랜트에 들어가는 것과 나오는 것을 정한 다음 나오는 것이 제대로 나올 수 있도록 필요한 장치를 조합해 시스템을 구성하는 큰 그림이다. 다시 말해 개념 설계는 플랜트 엔지니어링의 시작이자 출발점이다. 개념 설계가 되어야만 이 프로젝트를 진행할 수 있는지, 시장 가능성 등은 어떠한지 등을 검토하고 그다음 설계 과정을 진행할 수 있다. 개념 설계에는 플랜트의 핵심 장치 그리고 장치가 통합적으로 작동할 수 있도록 하는 전체 시스템의 원리가 녹아 있다. 개념 설계를 이루는 이 원리들은 앞서 소개한 우리 일상 속에서 늘 접하는 과학현상의 원리들이다. 따라서 개념 설계의 과정을 살펴보면, 플랜트가 우리 삶과 어떻게 연관되어 있는지 그리고 거대하고 복잡한 플랜트를 어떻게 구현할 수 있는지 좀 더 쉽게 알 수 있다. 플랜트 엔지니어링을 처음 접하는 사람도 개념 설계를 알면 자연스럽게 플랜트 엔지니어링을 이해할 수 있다. 개념 설계는 플랜트와 친숙해지는 첫걸음인 셈이다. 생각보다 친절한 플랜트 엔지니어링 이야기 《우리는 이미 플랜트 엔지니어링을 알고 있다》는 크게 3부로 구성되어 있다. 1부 ‘플랜트 엔지니어링의 시작과 끝, 개념 설계’에서는 플랜트 엔지니어링을 개념적으로 이해할 수 있는 내용을 다룬다. 거대한 플랜트를 건설할 때 가장 첫 단계인 개념 설계를 잘해야 플랜트의 목적에 맞게 제대로 된 장치와 시스템을 구성하고 선정할 수 있다. 이러한 개념 설계에 대해 전체적으로 살펴본다. 2부 ‘개념으로 이해하는 플랜트 엔지니어링-장치’에서는, 생활에서 접하는 물건과 현상을 살펴보면서 플랜트를 구성하는 각종 장치의 작동 원리와 사례, 플랜트에 적용할 때 고려할 점과 주의점을 다룬다. 플랜트 장치와 시스템이 어떤 원리로 작동하고, 플랜트 엔지니어링에서 어떻게 적용되는지 쉽게 이해할 수 있도록 구성했다. 3부 ‘개념으로 이해하는 플랜트 엔지니어링-시스템과 운영 관리’에서도 역시 생활 속 사례를 들며 플랜트의 다양한 장치를 어떻게 해야 거대한 플랜트로 구현할 수 있는지 전체 시스템 측면에서 살펴보았으며, 플랜트 설계부터 건설까지 어떻게 운영하고 관리를 해야 하는지도 함께 다룬다. 이러한 플랜트 엔지니어링의 전반에 대해 글로 설명하는 데 그치지 않고, 독자가 직관적으로 이해할 수 있도록 플랜트 장치와 시스템의 구조, 작동 원리를 그림과 함께 설명하고 있다. 《우리는 이미 플랜트 엔지니어링을 알고 있다》는 전공자와 업계 종사자뿐만 아니라, 플랜트 엔지니어링이 낯설고 나와 상관없다고 느꼈던 사람들에게 흥미롭고 친절한 플랜트 엔지니어링 개론서가 되어줄 것이다. 더 나아가 플랜트 엔지니어링 분야는 물론이고, 과학이나 공학 분야 전반에도 좀 더 관심을 가지고 쉽게 다가가는 계기가 될 것이다.

들어가며 1부 플랜트 엔지니어링의 시작과 끝, 개념 설계 1 플랜트 엔지니어링은 우리 삶과 어떤 관련이 있을까 2 우리는 이미 플랜트 엔지니어링을 알고 있다 3 플랜트의 시작, 개념 설계 이해하기 4 플랜트의 개념 설계 따라 하기 2부 개념으로 이해하는 플랜트 엔지니어링-장치 1 기체에 에너지를 불어넣는 압축기 2 서로 다른 물질을 분리하는 원심분리기 3 어떠한 물질을 새로운 물질로 만드는 반응기 4 끓는점 차이로 물질을 분리하는 증류 장치 5 액체를 멀리 보내는 펌프 6 기체의 부피는 줄이고 액체는 분리하는 압력용기 7 달라붙는 성질을 이용해 물질을 분리하는 흡착 장치 8 물질이 스며들거나 녹는 성질을 이용한 흡수 장치 9 물질의 온도차를 이용하는 냉각 장치 10 미세한 고체 입자를 걸러주는 필터 11 열전달로 물질을 가열해주는 가열 장치 12 기체를 이동시키는 팬과 블로어 13 특정 성분만 분리해주는 추출 장치 14 난방 그 이상의 기능을 하는 보일러 15 물질을 골고루 섞어주는 교반기와 믹서 16 고체 물질을 나르는 컨베이어 17 고체를 부수고 갈아주는 분쇄기와 밀 18 플랜트의 모든 것을 측정하는 계기 19 물질의 흐름을 제어하는 필수 구성품, 일반밸브 20 플랜트 최후의 안전장치, 안전밸브 3부 개념으로 이해하는 플랜트 엔지니어링-시스템과 운영 관리 1 원료가 제품이 되기까지 전체를 총괄하는 공정 시스템 2 물질이 흐르는 길목이 되어주는 배관 시스템 3 냉난방 비용을 아껴주는 에너지 관리 시스템 4 플랜트를 자동으로 제어하는 제어 시스템 5 안전하고 효율적인 플랜트 운영을 책임지는 전기 시스템 6 넓은 플랜트에서 소통을 돕는 전자 통신 시스템 7 각종 오폐수를 처리해주는 드레인 시스템 8 위험한 가스를 신속하게 배출해주는 가스 배출 설비 9 화재와 폭발을 방지하는 소방 시스템 10 플랜트의 쾌적함과 환기를 담당하는 HVAC 시스템 11 플랜트 운영의 핵심 유틸리티 1, 전기 12 어쩌면 전기보다 중요한 유틸리티 2, 공기 13 팔방미인 비활성기체 유틸리티 3, 질소 14 물질을 가열하는 최고의 유틸리티 4, 증기 15 결코 없어서는 안 될 유틸리티 5, 물 16 석탄과 석유를 대체하는 유틸리티 6, 가스 17 플랜트 건설의 열쇠, 프로젝트 관리 18 이윤 창출보다 중요한 플랜트 안전 19 원활한 제품 생산을 위한 플랜트 운영 20 플랜트의 상태를 점검하고 관리하는 플랜트 유지보수 나오며

플랜트Plant는 본래 식물, 심다 등의 뜻을 가진 말이다. 이 책에서 이야기하려는 플랜트는 공장이다. 공장은 우리가 생활에서 쓰는 작은 생필품부터 전기나 석유, 가스 같은 에너지까지 생산하는 설비다. 그런데 왜 플랜트가 거대한 공장 설비를 지칭하게 되었을까? 아무것도 없는 대지 위에 기초를 다지고 다양한 장치를 설치, 조립함으로써 거대한 설비가 완성되는 과정이식물이 자라는 모습과 유사하다고 생각했기 때문이다. 다시 말해 플랜트란 어떠한 원료나 에너지를 활용하여 유용한 제품이나 에너지를 만들어내는 설비이다. -14~15쪽 플랜트 엔지니어링에서 가장 중요한 단계는 개념 설계이다. 개념 설계란 플랜트의 기본적인 개념을 설계하는 단계로, 간단히 말하자면 플랜트에 들어가는 것과 나오는 것을 정한 다음, 나오는 것이 원하는 대로 나올 수 있도록 필요한 장치를 조합해 시스템을 도출해내는 것이다. 개념 설계를 바탕으로 앞으로 이 프로젝트를 진행할 수 있는지, 시장 가능성 등은 어떠한지 등을 검토하고 다음 설계 과정을 진행할 수 있기 때문에 매우 중요한 과정이다. 그렇다면 플랜트는 어떤 장치로 이루어져 있을까? 플랜트의 장치는 우리 생활에서 쉽게 접할 수 있는 제품과 비슷한 점이 많다. 특히 전기나 열로 작동하는 냉장고, 에어컨, 가스레인지, 보일러, 세탁기, 정수기 등과 작동 원리가 흡사하다. 우리는 이미 이러한 제품이 어떠한 기능을 하는지 알고 있다. 여기에 제품의 작동 원리까지 알면 플랜트 엔지니어링의 개념 설계가 더 잘 이해될 것이다. -19쪽 원심력을 잘 보여주는 또 하나의 예가 세탁기이다. 세탁기는 빨랫감을 탈수할 때 원통을 강제로 빠르게 회전운동을 시킨다. 이때 빨랫감은 원통 안에서 원운동을 계속하지만, 물은 원통 밖으로 빠져나가므로 탈수가 되는 것이다. 빨래를 햇볕에 말린다고 해도 세탁기의 탈수 기능으로 물을 최대한 제거하면 훨씬 빨리 건조된다. 플랜트에서 원심력을 활용하는 장치는 크게 두 가지이다. 먼저 사이클론Cyclone이 있다. 사이클론은 들어오는 유체의 속도가 높을 때 여기에 에너지를 가해 발생하는 원심력으로 물질을 분리한다. 주로 폐수를 처리하기 전에 폐수에 들어 있는 기름을 분리하거나 액체에 든 고체 불순물을 제거할 때 사용한다. 그렇다면 움직이지 않고 가만히 있는 상태의 혼합물을 분리하고 싶을 때는 어떤 장치를 사용할까? 원심력을 이용해 물질을 분리하는 원심분리기Centrifuge를 사용한다. 장치로 들어오는 혼합물이 그 자체로 힘을 가지고 있어 원심력을 발생시킬 수 있다면 사이클론을 사용하면 되지만, 정적인 상태라면 외부에서 강제로 원심력을 가해야 한다. -47쪽 냉장고와 에어컨은 한마디로 냉매를 압축해 온도를 떨어뜨리는 장치이다. 냉매는 장치 내부에서 계속 순환하면서 실내 또는 장치 내부의 열을 빼앗아 밖으로 배출한다. 냉장고의 경우 내부의 열을 빼앗아 밖으로, 에어컨의 경우 실내의 열을 빼앗아 실외기로 배출함으로써 열에너지를 이동시킨다. 이러한 역할을 하는 장치가 바로 냉각용 열교환기다. 냉각용 열교환기는 서로 다른 온도를 가진 물질에 간접적으로 열에너지만 전달해준다. 냉장고와 에어컨에 들어 있는 냉각용 열교환기는 냉매를 활용해 냉장고의 내부 공기와 실내 공기 온도를 원하는 온도까지 낮춘다. 열교환기의 핵심 원리는 전도와 대류다. 전도란 어떤 매체를 통해 열이 전달되는 현상이고, 대류란 기체나 액체에서 열이 흐르듯이 전달되는 현상이다. -82~83쪽 선풍기는 팬을 회전시켜 바람을 만들어준다. 펌프가 액체에 에너지를 가해 이동시킨다면 선풍기는 기체인 공기에 에너지를 가한다. 펌프는 액체의 압력을 높여주지만, 선풍기는 압력에너지 대신 공기의 속도에너지를 높여준다. 가만히 있던 공기에 속도를 가해 앞으로 나아가게 만든 바람을 쐬면 우리 몸에 있던 열에너지가 발산되어 시원함을 느끼는 것이다. 선풍기보다 좀 더 강하게 공기를 순환시키는 서큘레이터, 화장실 환풍기도 선풍기와 비슷한 원리로 작동한다. 플랜트에도 선풍기의 작동 원리를 활용하는 장치가 있다. 식품을 만드는 플랜트에서는 온도를 낮추기 위해 선풍기 같은 대형 팬으로 열을 식힌다. 플랜트 내부의 더럽거나 오염된 공기를 외부로 배출할 때도 팬을 활용한다. -98~99쪽 컨베이어는 물건을 한 곳에서 다른 곳으로 운반하기 위한 장치이다. 컨베이어가 사용된 생활 제품으로 러닝 머신이 있다. 많은 사람이 헬스장이나 집에서 러닝 머신의 컨베이어 벨트 위를 달리면서 운동한다. 컨베이어 벨트는 모터, 회전봉, 보드, 벨트 등으로 구성되어 있다. 모터가 회전하면서 회전봉을 돌리고, 이 회전봉과 맞닿아 있는 벨트가 움직이는 것이다. 벨트 자체는 유연한 고무 재질로 되어 있어 이를 받치는 보드가 있다. 이런 원리를 이용한 컨베이어는 여러 종류가 있다. 러닝 머신과 비슷한 벨트 컨베이어가 가장널리 사용되는 컨베이어로, 제조와 운송 분야에서 많이 쓰인다. 벨트 컨베이어는 직선 경로를 따라 물체를 이동시키며 고무, PVC 같은 재료로 만든 벨트를 사용한다. 크고 무거운 짐이나 상자를 한 장소에서 다른 장소로 옮기기에 편리해서 물류회사에서 짐을 나르거나 플랜트에서 최종 생산된 포장 제품을 나를 때 많이 사용한다. -116~117쪽 플랜트에서 안전밸브의 중요성은 무엇보다 잠재적인 위험 상황으로부터 플랜트와 운전원을 보호하는 능력에 있다. 다시 말해 안전밸브는 장비 손상, 플랜트 효율 감소, 사고나 환경 재해로이어질 수 있는 과도한 압력으로부터 플랜트를 보호한다. 플랜트에서는 제품이나 에너지를 만들기 위해 다양한 물질의 온도를 높여서 반응시키거나 압력을 높이는 작업을 한다. 압력밥솥은 2기압 내외지만, 플랜트에서는 300기압 이상의 초고압까지 올리기도 한다. 그래서 아무리 사람이 잘 제어하더라도 사고로 화재가 발생해 장치를 가열하는 등 압력이 높아질 수 있는 상황이 생기곤 한다. 플랜트에서 일어날 수 있는 이 같은 위험을 방지하는 최종 장치가 안전밸브다. 플랜트에서 안전밸브는 공정 시스템의 압력이 미리 정해진 수준을 초과하면 자동으로 열리도록 설계되어 과도한 압력을 방출해준다. 플랜트 안전밸브도 압력밥솥에 달린 추와 비슷한 원리로 작동하는 것이다. 안전밸브 내부의 스프링을 들어올릴 만큼 압력이 올라가면 자동으로 밸브가 열려서 밖으로 배출된다. -138쪽 플랜트의 배관 시스템은 공정 시스템이 작동하는 데 반드시 필요하다. 플랜트에서는 수많은 유체와 가스가 장치에 들어갔다 나왔다 한다. 그래서 이들을 제대로 연결하는 것이 중요한데, 여러 물질이 이송되는 연결 시스템이 배관 시스템이다. 아무리 각 장치가 잘 기능하더라도 서로 연결되어 있지 않아 물질이 이송되지 않는다면 플랜트에선 아무것도 생산할 수 없다. 플랜트 배관 시스템은 한 장치에 연결된 배관, 피팅Fitting, 밸브로 구성되어 있다. 배관은 유체가 흐르는 도로 역할을 하며 금속이나 강한 플라스틱 복합재로 만든다. 산업 공정에서 필요한 높은 압력과 온도에도 견딜 수 있게 설계한다. 피팅은 배관의 흐름 방향을 바꾸거나 연결해주는 부자재이다. 배관은 기본적으로 직선이고 크기가 같아서 피팅이 있어야만 상하좌우로 연결하고, 크기도 자유자재로 바꾸어가며 활용할 수 있다. 밸브는 배관에 흐르는 유체의 흐름을 통제하거나 제어하는 역할을 한다. -158~159쪽 플랜트에 적용된 전기 시스템은 가정용 전기 시스템과는 성격이 조금 다르다. 가정에서는 220볼트 기준의 소용량 전자제품을 활용한다면, 플랜트에서는 다양한 전압과 용량을 가진 장치를 활용하기 때문이다. 이러한 상황에서 플랜트의 전기 시스템은 다양한 공정과 장치의 안전하고 효율적인 작동을 보장한다. 전기 시스템이 플랜트에 어떻게 적용되는지 몇 가지 예를 살펴보면 다음과 같다. 첫째, 전기 시스템은 공정 제어와 모니터링에 필요하다. 전기 시스템은 제어 시스템 자체가 전기로 작동되므로 아주 밀접한 관련이 있다. 플랜트의 공정 시스템은 전기 시스템과 제어 시스템으로 제어되고 모니터링된다. 다양한 센서 및 제어 시스템은 온도, 압력, 유량 등 주요 공정 변수를 측정하고 최적의 조건을 유지해주며, 필요에 따라 밸브를 여닫거나 냉각수 또는 열매체의 양을 조절하는 등 공정을 조정한다. -173쪽 모든 생활의 토대가 되는 집은 소중한 공간이다. 처음 집을 구매하면 이사하기 전에 많은 사람이 다시 인테리어를 한다. 그런데 인테리어 전문업체에 의뢰했는데도 업체에 맡겼던 사람들 가운데 언짢아하는 사람이 꽤 많다. 결과가 전혀 마음에 들지 않거나 비용을 지급했는데도 업체에서 의뢰인이 요구한 대로 하지 않는 경우 때문이다. 관점을 바꾸어 생각하면 인테리어 업자도 수많은 일 가운데 하나를 하는 것일 뿐이다. 물론 성심성의껏 알아서 잘 해주는 업자도 있지만, 대부분은 옆에서 하나하나 관리하고 간섭하지 않으면 자신이 편한 대로 하곤 한다. 따라서 내가 원하는 대로 인테리어를 하고 싶다면 진행 상황을 옆에서 계속 지켜보아야 한다. 이러한 노력이 바로 프로젝트 매니지먼트의 일종이다. -221쪽