이 글의 목적은 석유화학 플랜트와 발전소에서 실제로 사용하는 P&ID를 사례 중심으로 읽는 절차와 해석 포인트를 체계적으로 제시하여 현장에서 즉시 활용할 수 있도록 돕는 것이다.
1. P&ID 빠르게 이해하는 10단계 절차
P&ID는 공정설계, 운전, 유지보수, 안전관리의 공통 언어이므로 일관된 절차로 접근해야 한다.
- 도면 기본정보 확인: 도면번호, 시트 번호, 개정 이력(Rev), 배포 상태(IFR, IFC, As-built) 순으로 확인한다.
- 테두리와 전설(Legend) 확인: 기호 표준, 라인 스펙 표기, 계장 태그 규칙을 먼저 점검한다.
- 경계 설정: 배터리 리미트(BL), 유닛 경계, UOP·Fired Heater 등 패키지 경계를 파악한다.
- 주요 장치 흐름 파악: 반응기, 증류탑, 열교환기, 펌프, 보일러, 터빈 등 주요 장치의 입출구를 따라 1차 흐름을 잡는다.
- 라인 스펙 해석: NPS, Schedule, 재질, 단열·추방(트레이싱) 표기를 확인한다.
- 계장 루프 읽기: 트랜스미터(TT, PT, FT, LT), 조절기(PIC, FIC), 최종제어요소(컨트롤밸브, 댐퍼)를 루프 단위로 묶어 본다.
- 차단 및 격리: 블록 밸브, 더블블록&블리드(DBB), 스펙 브레이크, 배수·벤트 위치를 식별한다.
- 보호계층 확인: PSV/PRV, 루프 알람, 인터록(ESD), SIS(작동분리) 및 셧다운 철학을 읽는다.
- 유틸리티 인터페이스: 스팀, 냉수, 질소, 공기, 전기 트레이스 등의 연결을 확인한다.
- 운전 시나리오 적용: 기동, 정상, 트립, 세정, 보수 격리 등 상태별로 라인업 변화를 상상하며 체크한다.
2. 사례 A: 석유화학 에틸렌 유닛의 가열로 배출라인 압력제어 루프 해석
가정된 사례를 통해 표준 해석 절차를 적용한다.
공정 배경
- 가열로(Fired Heater)에서 고온 크래킹 가스를 반응기로 공급하는 배출 매니폴드가 존재한다.
- 배출 헤더 압력은 하류 압축기 흡입 안정성을 위해 일정 범위로 유지해야 한다.
도면 요소
- PT-101: 배출 헤더 압력 트랜스미터이다.
- PIC-101: 압력 조절기이다.
- PV-101: 하류 바이패스 라인의 컨트롤 밸브로 공압식이다.
- PSV-101A/B: 배출 헤더 보호용 이중 릴리프 밸브이다.
- XV-101: ESD 인터록 시 폐쇄되는 차단 밸브이다.
읽기 포인트
- 루프 동선: PT-101 신호가 PIC-101에 입력되고, PIC-101 출력이 PV-101 포지셔너로 전달되는 폐루프 구조임을 확인한다.
- 밸브 동작 특성: 도면의 이면 표기에서 PV-101의 폴세이프가 FO(Fail Open)인지 FC(Fail Close)인지 확인한다. 압력 제어 바이패스는 트립 시 압축기 보호를 위해 FO가 일반적이다.
- 보호장치 계층: PIC-101의 상한 알람(PAH-101)과 PSV-101A/B의 설정압력 차이를 검토하여 알람-제어-릴리프의 계층 간 간섭이 없도록 한다.
- 인터록 연계: 고압 트립 시 ESD가 XV-101을 폐쇄하더라도 PSV 방출 경로가 차단되지 않도록 배관 경로를 확인한다.
운전 시나리오 점검
- 기동 시: 하류 압축기 흡입이 안정화될 때까지 PV-101을 수동 개방하여 과압을 회피한다.
- 정상 시: PIC-101이 SP를 기준으로 PV-101을 미세 조정한다.
- 트립 시: 연소 정지 또는 압축기 트립 시 FO 특성으로 바이패스가 열려 과압 완화에 기여한다.
3. 사례 B: 석유화학 증류탑 리보일러 차압·유량 이중 제어
증류탑 하부 순환유를 리보일러로 보내 가열 후 탑으로 환류하는 일반 구성을 가정한다.
- FT-302와 FIC-302가 리보일러 입구 유량을 제어한다.
- DP-302는 리보일러 열교환기 차압을 감시한다.
- HV-302A/B는 바이패스·격리 밸브이며, CV-302는 제어 밸브이다.
운전자는 유량 제어만 보면 열부하를 잘 맞추기 어렵다. 튜브 파울링이 진행되면 동일 유량에서도 전달 열량이 떨어질 수 있다. 따라서 차압 추세와 열수지 데이터를 함께 보는 절차가 필요하다. P&ID에서는 DP 트랜스미터 탭 위치, 스트레이너 유무, 차단 밸브의 락 기능 표기를 확인하여 오퍼레이션과 보수가 일관되게 수행되도록 한다.
4. 사례 C: 복합화력발전 HRSG 급수가열 및 드럼 수위 루프
발전소 HRSG의 저압 드럼 수위를 제어하는 전형적 루프를 가정한다.
- LT-501: 드럼 차압식 레벨 트랜스미터이다.
- LIC-501: 수위 조절기이다.
- LV-501: 급수 제어 밸브이며 공기실패 FC 특성이다.
- LSHH-501: 고고 수위 스위치로 보일러 트립 인터록 조건이다.
- BDV-501: 보텀 블로다운 밸브이며 정기 배출 및 고고 수위 시 보조 방안으로 사용한다.
해석 핵심은 레벨 센싱 탭의 고저 압력 연결, 증기 포켓 보정, 동상 방지 트레이싱, 드럼 압력 편차에 따른 보정 로직 유무이다. HRSG는 부하 변동이 커서 피드포워드(증기유량 신호)와 피드백(레벨) 병용을 P&ID 주석 또는 제어설명서에서 함께 확인해야 한다. 인터록 상 LV-501이 전기정전 시 닫히도록 설계되어 건조보호를 보장하는지 확인한다.
5. 사례 D: 보일러 연료가스 스키드의 차단 및 퍼지 라인업
가스 스키드는 안전성 중심으로 읽어야 한다.
- FG 필터와 레귤레이터 후단에 SDV-601A/B 이중 차단 밸브가 직렬 배치된다.
- BD-601 블리드 라인이 두 SDV 사이에 있어 DBB 구성을 이룬다.
- 퍼지 질소 라인에 NRV-601 체크밸브가 있어 역류를 방지한다.
- F&G 검지기(GASD-601, FLMD-601) 신호가 BMS에 입력되어 트립을 유도한다.
P&ID에서 확인할 사항은 SDV의 작동 매체, 포지션 스위치, 수동 옆밸브, 퍼지 라인 유량 제한 장치(오리피스)이다. 시운전 체크리스트에는 ‘연료 라인 기밀시험 완료, 퍼지량 산정, BMS 시퀀스 검증’이 포함되어야 한다.
6. 장치별 해석 체크리스트
| 장치 | 핵심 확인 항목 | 도면 표기 포인트 | 현장 적용 |
|---|---|---|---|
| 반응기 | 온도 다점 측정, 촉매 취급, 비상배출 | TT 분포, PSV 위치, 쿨링 미디어 경로 | 기동 시 질소 치환 및 온도 램프 제어를 검증한다. |
| 증류탑 | 리보일러·콘덴서 열수지, 탑압 제어 | PIC, VAC 시스템, 오버헤드 드레인 | 트레이 드레인·오버플로우 라인 막힘 대비를 점검한다. |
| 열교환기 | 튜브·쉘 압력 차, 바이패스 | DP 트랜스미터 탭, 스펙 브레이크 | 패럴렐 운전 시 밸런싱 밸브 세팅을 기록한다. |
| 펌프 | 흡입 조건, NPSH 마진, 실 플러시 | 최소순환 라인, PSV/PRV 유무 | 기동 전 배관 에어 퍼지 완료를 확인한다. |
| 보일러/HRSG | 연료 차단, 퍼지, 드럼 수위 | BMS 인터록, LSHH, FC/FO | 트립 시퀀스와 밸브 폴세이프 일치 여부를 검토한다. |
7. 계장 태그 해석 실전 예시
다음은 P&ID에서 자주 만나는 태그 문자열의 해석 예시이다.
| 태그 | 의미 | 현장 포인트 |
|---|---|---|
| PT-101A/B | 압력 트랜스미터 이중화 구성이다. | 투표 로직(1oo2, 2oo3 등)과 알람 우선순위를 확인한다. |
| FIC-302 | 유량 조절기 루프이다. | PID 파라미터와 밸브 특성 곡선 일치 여부를 본다. |
| PSV-401-SET10.5BARG | 설정 압력 10.5 barg 릴리프 밸브이다. | 디셔지 라인의 공동 배출 헤더 용량을 점검한다. |
| XV-601-ESD | 비상차단 인터록 대상 차단밸브이다. | 전원 상실 시 포지션과 수동 개폐 장치를 확인한다. |
8. 라인 스펙과 스펙 브레이크 판독
라인 표기는 공정 안전과 유지보수 비용에 직결되므로 정확히 읽어야 한다. 예를 들어 “6"-P-150-SS-SCH40-HT”는 6인치, 공정서비스(P), ANSI 150, 스테인리스, 스케줄 40, 열처리 사양을 뜻한다. 스펙 브레이크는 재질·압력 등급이 바뀌는 지점으로 밸브나 플랜지 심볼 옆에 표기되는 경우가 많다. 설계 변경 시 브레이크 위치가 이동하면 격리·시험 범위가 바뀌므로 변경관리 시각에서 민감하게 본다.
9. 보호계층과 인터록 읽기
P&ID에는 제어계층과 별도로 독립 보호계층이 나타난다. 알람, 셧다운, PSV, 루프 제약, 운영 절차가 상호 중복·보완 관계를 가지는지 확인한다. 예를 들어 고온 알람 TAH-701, 반응기 과온 트립(TSHH-701→ESD), 열분해 가스 릴리프(PSV-701)가 서로 논리적 간격을 두고 배치되어야 한다. P&ID 주석에 설정값이 없으면 별도 문서(알람·SIS 철학서) 참조 표기가 있어야 한다.
10. 운전 상태별 라인업 시뮬레이션 방법
P&ID를 따라 기동, 정상, 트립, 정지, 세정, 보수 격리를 종이에 색 펜으로 구분하여 그려보면 효과적이다. 밸브 태그 옆에 Open/Close 예상 상태를 시나리오별로 표기하고, 일치하지 않는 부분은 원인 분석을 진행한다. 시동 중 임시 바이패스 개방, 트립 후 퍼지 개시, 보수 격리 시 DBB 구성과 로킹 장치 사용 등을 체크한다.
11. 유지보수 및 LOTO 관점의 P&ID 해석
LOTO는 격리점의 명확성에서 시작한다. P&ID에서 에너지 차단 포인트(전기, 공압, 유압, 열)를 모두 표시하고, 배수·벤트 라인의 유무, 역류 방지 장치, 고립 구간의 압력 해소 경로를 확인한다. 회전기계는 최소순환 라인과 체크밸브 위치, 역회전 위험을 고려한다. 유지보수팀은 도면의 라벨이 현장과 일치하는지 주기적으로 검증한다.
12. 도면 품질과 버전 관리의 중요 포인트
현장 운전은 최신 도면을 기반으로 해야 한다. 개정표에는 변경 사유, 영향 범위, 승인 체계가 명확해야 한다. IFC 발행 이후 현장 변경이 발생하면 MOC를 통해 레드라인을 반영하고 As-built로 폐쇄한다. 태그 중복, 라인 스펙 누락, 인터록 누락은 현장에서 직접 사고로 이어질 수 있으므로 정기 품질감사를 통해 선제적으로 제거한다.
13. 실습: 미니 케이스 두 가지
케이스 1: 탑압 제어 실패로 인한 오버헤드 플러딩 의심
- 증상: 오버헤드 콘덴서 차압 상승과 리시버 레벨 급증이 동시에 관측된다.
- P&ID 해석: 콘덴서 바이패스 라인의 CV가 FO 특성으로 트립 시 과개방 가능성을 확인한다.
- 조치: 탑압 PIC 세팅과 바이패스 라인 스펙 브레이크 전후 PSV 위치를 검토한다.
케이스 2: HRSG 드럼 레벨 스파이크
- 증상: 부하 급변 시 레벨 PV가 상한 근접과 하한 근접을 반복한다.
- P&ID 해석: LT 탭 높이 차, 스티임 포켓 위치, LV-501의 특성곡선 미스매치를 의심한다.
- 조치: 피드포워드 신호 배합비 조정과 LV 특성 변경(등비→선형)을 고려한다.
14. 현장 적용 체크리스트
| 항목 | 체크 방법 | 빈도 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 도면 상태 | 개정표, 배포상태, 레드라인 반영 여부 확인 | 매 분기 | As-built 기준 운전 준수한다. |
| 계장 루프 | LT/PT/FT와 컨트롤 밸브 폴세이프 검증 | 정기 보전 | SIS 인터록과 독립성 점검한다. |
| 차단·격리 | DBB 구성, 블리드·벤트, 락 장치 확인 | 작업 전 | LOTO 절차와 일치 확인한다. |
| 릴리프 | PSV 설정값 표기, 공통 헤더 용량 검토 | 연 1회 | 테스트 레코드와 일치 확인한다. |
| 유틸리티 | 스팀·냉수·질소 공급·차단 경로 확인 | 정기 점검 | 세정·퍼지 시나리오 검토한다. |
15. 흔한 오해와 오류
- 실제 배관 경로와 P&ID를 동일시하는 오류가 많다. P&ID는 기능 중심이며 3D 모델이나 아이소매트릭으로 경로를 확인해야 한다.
- 밸브 폴세이프를 전원 상실 동작으로만 해석하는 실수가 있다. 공압 상실, 신호 상실, 솔레노이드 트립 등 조건별 동작을 구분해야 한다.
- PSV 배출 라인의 공통 헤더 압력 상승을 고려하지 않는 경우가 있다. P&ID에서 헤더 환기 경로와 소음기, 포집 시스템을 함께 본다.
16. 심화: P&ID와 다른 문서의 연동
PFD, 라인 리스트, 밸브 리스트, 계장 루프 도면, C&E 매트릭스, 콘트롤 내러티브와 상호 참조하여 해석의 확실성을 높인다. 예를 들어 C&E 매트릭스의 “PT-101 High → ESD-101 Trip” 로직이 P&ID의 인터록 주석과 일치하는지 검증한다. 일치하지 않으면 변경관리로 수정한다.
17. 교육·훈련 팁
- 신규 엔지니어에게 동일 유닛의 세 가지 상태(기동·정상·트립)별 라인업 시트를 만들게 한다.
- P&ID 기호 퀴즈와 케이스 리뷰를 통해 현장 감각을 키운다.
- 실제 트립 사례를 기반으로 인터록 동작 순서를 화이트보드에 그리게 한다.
18. 안전문화와 문서 엄격성
P&ID는 단순 도면이 아니라 안전 시스템의 지도이다. 작은 주석 하나가 사고를 막을 수 있다. 모든 변경은 기록하고, 모든 기록은 현장에 반영해야 한다. 현장 표지판과 태그, DCS 태그, P&ID 태그가 일치해야 한다. 일치하지 않으면 설비보다 문서부터 정합성을 맞춘다.
FAQ
실제 현장과 P&ID가 다를 때 우선순위는 무엇인가?
항상 현장 안전을 우선하며 설비를 안전 상태로 격리한 후, 도면을 최신 상태로 갱신하고 변경관리 절차에 따라 승인한다.
릴리프 밸브 설정값이 도면에 없으면 어떻게 하나?
PSV 리스트와 계산서가 기준이며, P&ID에는 참조만 표기하는 경우가 많다. 관련 문서를 조회하고 P&ID 주석을 업데이트한다.
폴세이프 표기가 없으면 어떻게 판단하나?
계장 루프 도면과 밸브 사양서를 확인한다. 연료, 독성, 고온·고압 서비스는 보수적으로 FC 또는 FO를 선택하는 경향이 있으나 문서 근거로 확정한다.
3D 모델 없이도 보수 격리 검토가 가능한가?
P&ID와 아이소매트릭, 라인 리스트가 있으면 대부분 가능하다. 단, 접근성·공간 제약은 현장 확인이 필수이다.
인터록 로직은 P&ID만으로 충분한가?
기본 흐름은 파악 가능하나 상세 로직은 C&E 매트릭스와 내러티브 문서를 함께 봐야 한다.