[두 번째 이야기] Oil & Gas 시스템과 공정
[24] Oil & Gas Plant Process & System
Well에서 생산된 Oil이나 Gas는 처리공정을 거쳐 발전소의 원료로 사용되거나, 정유공장으로 보내져 정제과정을 거친 후 에너지나 석유화학 제품을 만들게 되는데, 이러한 전 과정을 Oil & Gas Plant라고 합니다. 하지만 보통은 위의 과정 즉, Well에서 생산된 가스를 처리하여 운송하는 과정까지를 Oil & Gas Plant라고 하고 이후 정유공장에서의 정제과정을 정유 플랜트 그리고 석유화학 제품을 만드는 과정을 석유화학 플랜트로 부르는 것이 일반적입니다. 플랜트 단계마다 수많은 시스템(System)과 공정(Process)들이 있는데, 이 시스템은 또한 각각 매우 복잡한 공정을 가지고 있으나 Oil & Gas Plant를 이해하려면 어떤 시스템과 공정이 있는지 정도는 꼭 알아야 합니다.
Oil & Gas Plant의 Process(공정)에 대해서 알아보겠습니다.
보통 탐사에서부터 원유를 생산하는 과정을 Upstream이라 하며 생산된 원유를 처리공정을 거쳐 저장한 후 사용 목적에 따라 공급하는 공정을 Midstraem, 그리고 처리된 원유를 받아 정제하여 자동차나 항공기 등의 원료 혹은 석유화학 공정을 거쳐 사용자에게 이르는 과정을 Downstream이라고 합니다.
전 과정을 한 눈에 쉽게 이해할 수 있는 좋은 자료가 있어 소개합니다.
Oil & Gas Plant 전체 흐름 (출처 : Wikipedia)EPC Project의 범위(Work Scope)
일반적으로 탐사나 시추를 제외하고 생산된 가스를 처리하는 공정부터 EPC Project에서 담당하게 됩니다. 따라서 이러한 관점에서 Oil & Gas Plant의 Process를 정리하면 아래와 같이 나타낼 수 있습니다.
처음 Well에서 생산된 가스를 처리하여 운송하는 과정을 간단하게 도식화한 것으로, 간략하게 내용을 살펴보면 아래와 같습니다.
- Well에서 생산된 유체를 (Well Head System)
- Oil과 Gas 그리고 물로 분리한 후 (Separation System)
- 습기를 제거 공정을 거쳐 (Dehydration System)
- Compressor를 통해 압력을 높여 목적지로 보내게 됩니다. (Export System)
생산된 가스는 발전소의 원료로 사용되거나 정유공장으로 보내어 정제과정을 거친 후 에너지나 석유화학 제품을 만들게 되는데, 이러한 전 과정을 Oil & Gas Plant라고 합니다. 하지만 보통은 위의 과정 즉, Well에서 생산된 가스를 처리하여 운송하는 과정까지를 Oil & Gas Plant라고 하고, 이후 정유공장에서의 정제과정을 정유 플랜트(Refinery Plant) 그리고 석유화학 제품을 만드는 과정을 석유화학 플랜트(Petrochemical Plant)로 부르는 것이 일반적입니다. (이때, 발전소의 원료로 공급하는 경우에는 정유 공정이나 석유화학 공정이 필요 없게 됩니다.)
Process가 아닌 프로젝트 측면에서 보면, Oil & Gas Plant, Refinery 혹은 Petrochemical Plant 모두 세부 공정(Process)에 따라 설비가 다르긴 하지만 프로젝트를 수행하는 절차나 방식은 거의 비슷합니다. 그래서 우리나라에서는 이 모든 공정을 화공플랜트라고 통칭합니다. 그리고 보니 늘 사용하는 용어임에도 조금은 명확하지 않은 측면이 있습니다. 참고로 바닷물에서 염분을 제거하여 담수를 만드는 담수(Desalination) 플랜트도 있으나 여기에서는 설명을 생략합니다.
Oil & Gas Plant의 공정을 아주 간단하게 설명하였지만 단계마다 수많은 시스템(System)과 공정(Process)들이 있습니다. 이 시스템은 또한 각각 매우 복잡한 공정을 가지고 있으며, 대부분 고도의 전문성이 요구되는 과정이기에 여기에서 이 모든 시스템을 설명하거나 이해하는 것은 불가능합니다. 하지만 Oil & Gas Plant를 이해하려면 어떤 시스템과 공정이 있는지 정도는 꼭 알아야 하기에, Oil & Gas Plant에서 가장 많이 사용하는 시스템의 종류와 용도만 간략히 정리하겠습니다. 화공플랜트 분야에 종사하는 분들에게는 아주 기초적이 내용일 수 있으나 이 분야가 아니거나 새로 입문하는 분들께서는 이 정도만 알아도 EPC 프로젝트를 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 더욱 깊은 내용은 인터넷이나 전문 서적을 참조하시면 되겠습니다.
Oil & Gas System (Process & Utility)
화공플랜트에서는 보통 유체(Oil & Gas)의 처리 및 생산과정을 Process System, 그리고 생산과정에 필요한 Water나 Air 등을 공급하기 위한 Utility System으로 구분합니다. 참고로 각 시스템은 프로젝트에 따라 이름이 다른 경우도 있으나 용도는 같으므로 개념을 이해하는 데 문제는 없을 것입니다.
원유의 분리 공정(CDU, Crude Distillation Unt), 출처:두피아 백과사전(www.doopedia.co.kr)먼저 Process System입니다.
1) Separation (분리 공정)
- Well을 통해 뽑아 올린 유체를 Oil과 Gas 그리고 Water로 분리하는 공정
2) Dehydration (제습 공정)
- 분리된 Gas에 포함된 습기를 제거하는 공정
3) Gas Treat & Compression (가스 처리 및 압축공정)
- Gas를 목적지로 송출하기 위해 Compressor로 가압하는 공정
4) Condensate Storage
- 분리된 Oil을 저장용 Tank에 저장 후 목적지로 운송
5) Export (운송)
- 가압된 Gas를 Export Pump를 사용하여 Pipeline을 통해 목적지로 운송하는 과정
6) Refinery(정제 공정)
- Oil 또는 Gas를 받아 증류공정(CDU, Crude Distillation Unit)을 통해 LPG, 가솔린(Gasoline),
나프타(Naphtha), 디젤(Diesel), 벙커씨유(B-C) 등으로 분리하는 과정으로, 용도에 따라 자동차 등
의 에너지로 사용되거나 석유화학 제품의 원료로 사용할 수 있도록 분리하는 공정.
7) RFCC(Residue Fluid Catalytic Cracking Unit)
- Refinery 공정의 증류공정에서 나온 중질유를 다시 한번 가공, 분해, 탈황을 거쳐 휘발유, 등유,
경유 등 경질유를 생산하는 공정으로 고도화 공정(Conversion Process)이라고도 합니다.
8) Petrochemical (석유화학 공정)
- 앞서 정유공장에서 생산된 Naphtha를 사용하여 각종 화성제품이나 수지제품을 만드는 과정
9) 이외에도 Gas에 포함된 수은 성분을 제거하기 위한 Mercury Removal Process, H2S 또는 CO2를
제거하기 위한 Sulfur Recovery 공정 등이 후속 공정들이 많이 있으나 대체로 정유 또는 석유화학
공정에서 처리합니다.
다음으로 Utility System입니다.
1) Power Generation System
- Plant운영에 필요한 전력을 생산하는 설비 (Turbine and Generator)
2) Fire Fighting System (소방 시스템)
- 화재가 발생할 경우 대처하기 위한 소방 설비
3) Fire Water System
- 소방용수를 공급하기 위한 시스템
4) Produced Water Treatment System (수처리 공정)
- Separation 공정에서 분리된 물은 Oil이나 Sand 등이 함유되어 외부로 직접 배출할 수 없기 때문에
Filter를 통해 유분을 제거한 후 별도 저장소(Drain System)로 보내는 공정
5) Drain System
- 유분이 함유된 물을 화학처리를 통해 국제 환경 기준에 따라 유분 함량을 줄이기 위한 설비
6) Flare System (가스 처리 시설)
- Oil이나 Gas 생산 중에 발생되는 배기 가스나 폐 가스를 대기 중으로 소각하는 System
7) Fresh/Potable/Utility Water System
- Plant 내에서 필요한 물을 생산하는 시스템으로 물의 용도에 따라 다양한 종류가 있으며,
특히 사람이 먹을 수 있는 정도의 물을 생산하는 경우 Drinking Water System이라고도 함.
8) Air System
- Plant 운영에 필요한 Instrument Air 혹은 Utility Air를 생산하는 설비
9) Fuel System
- Plant 운전에 필요한 연료를 공급하는 시스템
10) Nitrogen System
- Plant 운영에 필요한 질소(Nitrogen)을 생산하는 설비
11) Chemical Injection System
- Plant에 소요되는 약품을 주입하는 시스템
12) Sewage System
- Plant 운전 중에 발생하는 오물이나 하수를 처리하기 위한 설비
13) Essential(Emergency) Diesel Generator
- 비상용 발전 설비
14) HVAC (Heating Ventilation & Air Conditioning) System
- 건물내부의 온도 조절 설비
여기서 한가지 참고할 것이 있습니다.
위의 시스템 중에서 일부는 Licensed Package라고 해서 특정 회사에서 개발하여 특허를 가진 System이 있습니다. 예를 들어 RFCC Unit는 UOP(Universal Oil Products)와 MW Kellogg에서, 그리고 Sulfur Recovery Unit는 Dow Chemical과 Parsons 등에서 개발한 시스템으로 각자 고유의 Process가 특허로 등록되어 있어 마음대로 사용할 수 없습니다(참고로 M&A를 거쳐 이름이 변경된 회사도 있습니다). 그런가 하면 Separation System이나 Dehydration처럼 공개된 Process (Open-art process)는 특별한 제약이 없이 누구에게나 열려있는 시스템도 있습니다. 다만, 어느 시스템을 사용할 것인지는 프로젝트 초기에 발주처에서 이미 결정하기 때문에 EPC 단계에서는 특별히 고려할 필요는 없습니다.
지금까지 Oil & Gas Plant의 Process와 시스템의 종류와 용도에 대해서 간략히 알아보았습니다. 이외에도 다양한 시스템이 있으나 비교적 많이 사용되는 시스템 위주로 소개하였습니다.
프로세스 업무를 이해하려면 어떤 시스템이 사용되는지 종류와 시스템의 개념 정도는 알아야 하기에 정리해 보았습니다. 이제 프로세스를 시작으로 엔지니어링에서 하는 일을 한 공종(Discipline)씩 살펴보겠습니다.
대한민국 플랜트 산업의 부흥을 꿈꾸는 자, oksk (박성규)
EPC 프로젝트의 엔지니어링은 하나하나가 대학에서 전공으로 배우고도 오랜 실무 경험을 통해 실력을 쌓아야 하는 전문 분야입니다. 따라서 한 개인이 모든 것을 안다는 것은 불가능합니다. 그래서 전문 지식은 독자에게 맡기기로 하고, 이 분야에 익숙하지 않은 분들이라도 어느 정도 개념을 잡을 수 있도록, 공종별로 하는 일과 역할에 대해 개략적으로 정리합니다. 이 분야에서 현업을 하는 분께는 아주 기초적인 내용이겠지만, 한편으로 다른 공종의 업무를 이해하는데 조금이라도 도움이 될 수 있기를 기대합니다.
이 글과 함께 읽으면 좋은 글입니다. 엔지니어링 매니지먼트가 알아야 할 중요한 것을 정리한 것입니다.
