이 글의 목적은 공정흐름도(PFD)와 배관계장도(P&ID)의 개념·역할·표기 차이를 체계적으로 비교하고, 두 도면을 현장에서 상호보완적으로 활용하는 실무 전략과 체크리스트를 제공하는 데 있다.
1. PFD와 P&ID의 정의와 핵심 목적
PFD(Process Flow Diagram)는 공정의 물질·에너지 흐름을 대략적 장비 단위로 표현하여 전체 프로세스의 균형과 용량 산정을 지원하는 도면이다.
P&ID(Piping and Instrumentation Diagram)는 특정 라인, 밸브, 계기, 제어루프, 인터록, 배관사양 등 설비의 상세 구현을 나타내는 도면이다.
PFD는 공정개념과 용량설계의 의사결정을 빠르게 지원하는 데 초점을 두며, P&ID는 시공·시운전·운전·유지보수 단계에서 직접 사용 가능한 수준의 상세정보를 제공한다.
2. 범위와 상세 수준 비교
| 구분 | PFD | P&ID |
|---|---|---|
| 표현 단위 | 주요 장비 블록, 주요 유틸리티, 주요 열교환, 물질·에너지 밸런스 | 장비 상세 심볼, 배관 사이즈·등급, 밸브 유형, 계기 태그, 제어루프, 인터록 |
| 목적 | 공정개념 확정, 용량 산정, 대략적 열·물질수지 | 시공 용도, 운전 절차, 계장 제어, 유지보수·안전관리 |
| 데이터 정밀도 | 라인 번호 생략 가능, 사이즈·재질 개략 표시 | 라인 번호, 사이즈, 재질, 압력·온도 등 상세 명시 |
| 변경 영향 | 공정 경로·용량 변경의 방향성 제시 | 밸브·계기·배관 명세 변경으로 직접 시공·운전에 영향 |
| 검토 주체 | 공정부서 중심, 프로젝트 관리부 동시 참여 | 공정·배관·계장·전기·시운전·안전부서 전원 참여 |
3. 표준과 심볼 사용 원칙
두 도면 모두 국제표준의 심볼 체계를 따르되, PFD는 단순화된 장비·흐름 심볼을 사용하고 P&ID는 계기·밸브·제어함수 등 상세 심볼과 태깅 규칙을 엄격히 적용한다.
프로젝트는 내부 표준서에서 심볼 라이브러리, 라인 태그 포맷, 계기 태그 포맷, 배관사양 코드, 경계조건 표기를 명확히 정의해야 한다.
현장에서는 같은 심볼을 두 도면에서 의미 다르게 쓰지 않도록 표준서와 교육자료를 일치시켜야 한다.
4. 생애주기 단계별 역할
기획 단계에서는 PFD를 이용하여 주요 장비 용량, 공정경로, 유틸리티 수요를 결정한다.
기본설계 단계에서는 PFD 기반의 물질·에너지 수지를 확정하고, 이를 바탕으로 P&ID의 초기 버전을 생성한다.
상세설계 단계에서는 P&ID가 주도 문서가 되어 배관등급, 아이소메트릭, 스풀, 배관응력해석, 계장 루프도, 배선도 등 하위 문서로 확장된다.
시운전·운전 단계에서는 P&ID가 운전절차서, 시험기록서, 인터록 시나리오, LOTO 목록, 유지보수 계획의 기준 문서가 된다.
변경관리 단계에서는 MOC 절차에 따라 P&ID를 마스터로 업데이트하고, 필요 시 PFD의 물질·에너지 수지까지 재검토한다.
5. 데이터 연계와 일관성 관리
태그 일관성은 전체 품질의 핵심이다.
- 장비 태그: PFD에는 장비 태그를 최소 수준으로 표기하되 P&ID와 동일한 태그 체계를 유지한다.
- 라인 리스트: P&ID의 라인 번호, 사이즈, 등급, 설계압·온도는 라인 리스트와 동기화한다.
- 계기 인덱스: P&ID의 계기 태그와 기능부호는 계기 인덱스, 루프도, DCS 태그와 일치해야 한다.
- BOM/자재: P&ID의 밸브·스트레이너·오리피스 등은 자재 명세와 연동하여 자동 산출하도록 관리한다.
6. PFD→P&ID 전개 절차
- PFD 확정본에서 각 장비 간 주요 라우트를 라인 클래스로 매핑한다.
- 운전·세정·퍼지·드레인 등 보조 라우트를 정의한다.
- 제어철학을 반영하여 제어밸브, 인터록 포인트, 트립장치를 할당한다.
- 설계기준 압력·온도·부식여유·유체등급을 배관 등급표와 연결한다.
- 블록 밸브, 체크밸브, 릴리프, 벤트·드레인, 계측탭, 샘플링 포인트를 체계적으로 배치한다.
- 라인 번호와 장비·계기 태그를 일괄 부여하고 교차검토를 수행한다.
- HAZOP·SIL 검토 결과를 반영하여 인터록·밸브 위치를 수정한다.
7. 운전·안전 관점의 상호보완성
PFD는 이상 상황에서 공정 경로를 빠르게 이해하는 지도 역할을 하며, P&ID는 실제 격리·우회·감압·배출 절차를 확정하는 근거가 된다.
예방정비 시 PFD로 시스템 경계를 정의하고, P&ID로 격리 밸브 목록과 유체 잔류 구간을 식별한다.
비정상 상황 대응 절차서에서는 PFD의 경로를 앞부분에 요약하고, P&ID의 밸브 조작 순서와 계기 알람·트립 로직을 상세 기술한다.
8. 예시 시나리오: 증류 시스템의 단계적 상세화
단순화된 PFD에서는 원료 예열기, 증류탑, 응축기, 리플럭스 드럼, 리보일러, 제품 라인을 블록으로 표시한다.
P&ID로 전개하면 원료 라인에 스트레이너와 흐름제어밸브, 탑 압력제어를 위한 배출 라인 및 서지 탱크 연결, 응축기 냉각수 차단 밸브와 바이패스, 리플럭스 펌프의 NPSH 확보를 위한 배치, 리보일러 증기제어 루프, 오버헤드 탱크의 고액위 트립과 플레어 연결 등을 구체화한다.
이 과정에서 배관 등급, 플랜지 등급, 배출·벤트의 방출 경로, 샘플링 포인트, 드레인 포트가 P&ID에 명시된다.
9. 변경관리(MOC)와 문서 통제
변경은 P&ID를 기준으로 수립하고, 공정경로 변경이 수지에 영향을 주는 경우 PFD를 재산정한다.
변경 승인 시 개정번호, 사유, 영향 범위를 두 도면과 연계 문서에 동시 기록한다.
시운전 중 현장마킹을 통해 도면과 실제 배관의 차이를 식별하고, 준공 전에 P&ID를 최신화한다.
10. 검토·검증 체크리스트
| 항목 | PFD 점검 포인트 | P&ID 점검 포인트 | 빈도 |
|---|---|---|---|
| 경계 정의 | 공정 블록, 유틸리티 경계가 명확한가 | 시스템 경계 밸브, 배출·벤트 경계가 명확한가 | 기본·상세설계 전환 시 |
| 수지 일치 | 물질·에너지 수지가 폐합되는가 | 계측 범위·조절밸브 용량이 수지와 합치하는가 | 주요 변경 시 |
| 안전 기능 | 과압·과열 경로가 개념적으로 식별되는가 | PSV, 인터록, 트립, 바이패스 배치가 적정한가 | HAZOP 전·후 |
| 격리 가능성 | 정비 단위 분리가 가능한가 | 라인 블록·더블블록·블리드가 가능한가 | 정비 계획 전 |
| 세정·퍼지 | 세정 경로 존재 여부 | 퍼지·드레인 포트, 연결 매체 적합성 | 시운전 전 |
| 표준 부합 | 심볼·태그 간략 표기가 내부 표준과 일치하는가 | 심볼·라인·계기 태깅이 표준과 완전 일치하는가 | 모든 단계 |
11. 태그·라인 규칙의 차이와 관리 요령
PFD는 라인 번호를 생략하거나 주 흐름만 표기해도 되나, P&ID는 모든 공정·유틸리티 라인에 고유 번호를 부여해야 한다.
라인 번호에는 사이즈, 배관등급, 유체 코드, 순번을 체계적으로 포함한다.
계기 태그는 기능부호와 루프 번호를 일관되게 적용하고, DCS·SIS 데이터베이스와 상호검증한다.
12. 운영 절차와의 연결
시동·정지 절차서는 PFD를 전반부 안내도로, P&ID를 상세 조작 순서의 기준으로 사용한다.
격리·LOTO는 P&ID의 밸브·차단기·에너지 격리 포인트를 기준으로 작성한다.
비상대응계획은 P&ID의 트립·인터록·방출 경로와 연결하여 알람·조치 우선순위를 정한다.
13. 설계 위험성 평가와 도면의 역할
HAZID 단계에서는 PFD를 사용하여 주요 위험 시나리오를 빠르게 도출한다.
HAZOP·LOPA 단계에서는 P&ID를 기반으로 원인·결과·보호계층을 구체적으로 분석한다.
필요 시 SIL 요구수준을 반영하여 계장 인터록의 신뢰성 목표를 설정한다.
14. 디지털 툴과 모델 연계
도면 관리 시스템은 P&ID를 단일 진실원으로 두고, 3D 모델·아이소메트릭·자재명세와 양방향 연계를 유지한다.
변경 이력, 태그 속성, 문서 상태를 메타데이터로 관리하여 검색성과 감사추적성을 확보한다.
검토 워크플로는 전자주석, 이슈 트래킹, 승인 규칙을 통해 병렬 협업을 가능하게 해야 한다.
15. 실무 팁
- 플러싱·수압·기밀 시험의 임시 배관은 P&ID의 특별 표기층으로 구분한다.
- 샘플링 포트는 접근성·배출 경로·안전 차폐를 고려하여 배치한다.
- 드레인·벤트는 고·저지점에 체계적으로 배치하여 고립액체와 가스 포집을 최소화한다.
- 스마트 계기 신호 유형, 전원, 케이블 경로는 계기 인덱스·배선도와 동치 여건을 유지한다.
- 유체 위험등급이 높은 라인은 더블블록·블리드, 체크밸브 방향, 역류 방지 로직을 명확히 한다.
16. 두 도면의 상호보완적 운영 전략 요약
| 운영 과제 | PFD의 역할 | P&ID의 역할 | 실행 팁 |
|---|---|---|---|
| 용량 증설 검토 | 병목 구간 가시화, 수지 재계산 | 밸브 용량·라인 등급 검증 | 제어밸브 Cv, 펌프 커브 재검토 |
| 에너지 절감 | 열교환 네트워크 최적화 아이디어 | 바이패스·리사이클 라인 조정 | 온도·압력 제어범위 재설계 |
| 안전 강화 | 위험 경로 상위 수준 도식화 | 인터록·PSV·격리 수단 확정 | 시나리오별 밸브 조작표 작성 |
FAQ
PFD에 계기 태그를 모두 넣어야 하나
필수가 아니다. PFD에서는 핵심 측정·제어 포인트만 요약 표시하고 상세 태그는 P&ID에 유지한다.
P&ID 없이도 시운전이 가능한가
불가능하다. 시운전·격리·비상절차는 P&ID의 상세 정보에 의존하므로 최신 P&ID가 필수이다.
라인 리스트와 P&ID 중 무엇을 우선으로 보나
P&ID가 마스터이다. 라인 리스트는 속성 테이블이며 P&ID와 상호검증하여 불일치를 제거한다.
변경이 잦은 구간은 어떻게 관리하나
모듈화 경계를 PFD에서 명확히 하고, P&ID에서 격리 밸브·플랜지·퀵커넥트 배치를 통해 변경 영향 범위를 최소화한다.
다중 유틸리티 연결은 어디에 표현하나
PFD에는 수요량과 연결 개념을, P&ID에는 구체 라우트·차단밸브·역지밸브·계측을 표현한다.