[기계설비 이해하기] ⑫플랜트설비
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[기계설비 이해하기] ⑫플랜트설비
  • 김민지 기자
  • 승인 2020.07.27 06:00
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전력·석유·가스 등 공급설비의 설계·조달·시공까지
발전·신재생에너지·환경·석유화학·철강플랜트 등으로 분류
고도 기술 필요한 대규모 건설사업 ‘안전점검·유지관리’ 필수
플랜트설비
플랜트설비

[기계설비신문 김민지 기자] 플랜트(Plant)란 발전소, 정유공장 등과 같이 전력, 석유, 가스, 담수 등을 생산할 수 있는 설비를 공급하는 공장을 짓는 산업을 말한다.

플랜트는 설계(Engineering), 조달(Procurement), 시공(Construction) 등이 복합된 산업이다. 크게 발전플랜트, 신재생에너지플랜트, 환경·담수플랜트, 산업플랜트, 화공플랜트, 오일·가스플랜트 등으로 나뉜다.

플랜트는 목적과 규모에 따라 다양한 특성을 가진다. 하나의 프로젝트로 건설하거나 여러 개의 패키지로 나누어 수행하며 기존 플랜트에 추가로 설치하거나 새로 플랜트를 건설한다.
플랜트 공정에 따라 설치되는 설비의 종류도 다양하다. 설계, 시공, 시운전까지 전 과정에서 발주처의 승인을 받는 등 까다로운 절차를 통과해야 한다. 플랜트는 고도의 기술이 필요한 대규모 사업이기 때문에 체계적으로 성능을 유지하기 위한 설비 기술의 확보와 부식, 균열 등의 손상에 대한 유지관리가 필수적이다.

 

발전플랜트

발전플랜트는 흔히 알고 있는 ‘발전소’를 말한다. 가스, 석탄, 우라늄 등을 원료로 해 전기에너지를 생산하는 방식으로, 보일러, 터빈, 발전기 등이 핵심 설비로 꼽힌다.

발전플랜트는 가스, 석탄 등과 같은 원료들을 태워 보일러의 물을 끓이고 이때 발생한 고온·고압의 증기를 이용해 터빈 또는 발전기를 돌려서 전기를 생산하는 방식이다.

보일러는 화석연료를 연소시켜 발생하는 열에너지로 고온·고압의 증기를 생산한다. 또 증기를 발생시키는 본체, 순환계통과 연료를 연소하는 연소장치, 연소공기의 공급 및 연소가스를 방출시키는 통풍장치, 기타 공기 예열기와 보조기기로 구성된다.

발전용 터빈은 가스터빈과 증기터빈으로 두 종류로 나뉜다.

가스터빈은 압축된 공기와 연료를 연소해 나온 고온으로 터빈을 회전시키는 기기로서 복합화력발전과 열병합발전의 핵심 기자재다. 증기터빈은 발전용 보일러, 배열회수 보일러, 원자력 증기발생기 등 다양한 열원에서 발생하는 고온·고압의 증기로 날개를 회전시켜 운동에너지인 회전력으로 변화시키는 장치다. 고압터빈, 중압터빈, 저압터빈으로 나누어 효율을 극대화 시킨다.

발전기는 터빈이 만들어낸 운동에너지를 이용해 전기를 생산하는 발전소의 핵심 설비다. 크게 공기 냉각식 발전기, 수소 냉각식 발전기 등으로 나뉜다.

현재 9만Kw급 소형 발전기부터 150만Kw급 초대형 발전기까지 다양한 규모의 발전기가 설치되고 있다.

발전플랜트 종류

발전플랜트는 전기를 생산하는 방식에 따라 크게 화력발전, 원자력발전, 열병합발전 등으로 구분된다.

‘화력발전’은 화석연료에서 나오는 열에너지로 얻을 수 있는 동력을 이용하는 발전장치를 말하며, 열에너지를 통해 물을 끓이고 그 증기를 이용해 터빈을 돌려 발전한다.

공정 과정은 연료로 사용하는 석탄이나 천연가스 등을 보일러에 넣은 후 공기와 혼합시켜 보일러 내부에서 연소시킨다.

보일러 내부에서 관을 통해 들어온 물은 가열되고, 이때 생산되는 고압증기가 터빈을 회전시키고 전력을 생산한다. 보일러 안에서 연소된 폐가스는 굴뚝으로 방출된다.

국내 전기 생산량 중 화력발전이 차지하는 비율은 60%가 넘는다. 하지만 연료로 사용되는 화석연료의 고갈이 빠르게 진행되고 있고 굴뚝으로 배출되는 폐가스에 이산화탄소가 포함돼 있어 대기오염의 원인으로 꼽힌다.

‘원자력발전’은 화력발전과 마찬가지로 증기의 힘으로 터빈을 돌려 전기를 생산하지만, 우라늄을 원료로 사용해 핵분열할 때 나오는 열로 증기를 만든다는 차이점이 있다.

원자로가 화력발전의 보일러와 같은 역할을 하는 셈이다.

원자력발전소는 △원자력 연료에서 핵분열을 통해 발생된 열로 냉각수를 약 320℃의 고온으로 데우는 역할을 하는 ‘원자로’ △원자로의 냉각수가 끓지 않도록 약 150기압의 고압 상태를 유지시켜주는 ‘가압기’ △고온·고압의 물을 열교환 방식을 통해 증기를 생산하는 ‘증기발생기’ △증기에너지를 전기에너지로 변환시키는 ‘터빈·발전기’ △전기를 만들고 난 증기를 바닷물이나 강물로 열교환 방식에 의해 냉각시켜 증기발생기로 다시 보내는 ‘복수기’ 등으로 구성된다. 또 방사선을 완벽하게 차단할 수 있는 5겹의 방사능 밀폐 장벽(방호벽)도 마련돼 있다.

특히 원자력발전소는 내부 설비의 부식(노후화) 등으로 방사선, 오염물질 유출과 같은 인체와 환경에 치명적인 사고가 발생할 수 있기에 원자력발전 설비의 점검이 매우 중요하다.

‘열병합발전’는 전기와 열 공급(난방)을 동시에 한 곳에서 대량 생산해 주변 지역에 공급하는 방식을 말한다.

화력발전소에서 버려져 왔던 막대한 양의 열을 회수해 활용하고, 송전손실을 줄임으로써 전체 에너지 이용률을 높인다. 전기와 온수를 지역에 공급하기 때문에 ‘집단에너지’라고도 불린다.

‘열병합발전’은 버려지는 열을 최소화하면서 전기 생산과 난방을 동시에 진행하기 때문에 기후 위기 시대의 대안으로 떠오르고 있다.

발전플랜트 설비는 고온 환경에 쉽게 노출돼 있어 부식이나 균열, 열화 등의 손상이 발생할 수 있다. 이때 손상을 정확하게 파악하지 못하면 운전 중 파손 등 대형사고의 원인이 될 수 있기 때문에 육안검사, 비파괴검사, 레플리카 테스트 등 안전 진단이 필수적이다.

환경플랜트

환경플랜트는 수처리, 소각로, 위험물·폐기물 처리, 공해방지시설, 온실가스 제거, 탈황·탈질 시설, 담수화 장비 등 다양한 환경설비가 구축된다.

환경설비는 화력발전소나 산업설비에서 배출되는 미세먼지, 아황산가스, 질소산화물, 분진 등 대기오염물질을 제거하는 설비를 말한다.
배연가스를 촉매와 접촉시켜 질소산화물을 제거하는 탈질설비(SCR), 전기정전기력 원리를 이용해 분진을 제거하는 전기집진기(ESP), 석회석 슬러리(Slurry)나 바닷물 같은 알칼리 수용액을 배연가스에 분사시켜 아황산가스를 제거하는 탈황설비(FGD) 등이 있다.

이처럼 환경플랜트는 산업현장에서 발생하는 미세먼지 등이 환경 오염의 주범으로 떠오르면서 친환경 설비도 주목을 받고 있다.

이 외에도 태양열, 물, 지열, 바람 등 재생 가능한 에너지를 활용하는 신재생에너지플랜트, 가스와 석유를 분리해 가솔린, 등유, 경유, 중유 등으로 분류하는 정유·석유화학플랜트, 제철, 비철을 함유한 광물로부터 다양한 철강 제품을 생산하고 가공하는 철강플랜트 등이 있다.

 


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