20. Pre-comm. & Commissioning
시운전
이 글은 브런치북 "화공플랜트 EPC 엔지니어링"을 아마존에 출간하기 위하여 AI 도움을 받아 영문으로 번역한 내용입니다. 보완한 원문을 한글 서적으로도 출간하기 위해 영어 번역본 아래에 함께 올립니다.
Commissioning: Preparing the Plant for Operation
Completing construction does not mean commissioning can begin immediately.
If construction is about installation, commissioning is about testing the operation of units and systems. Between these two phases lies a critical step: verifying the condition and functionality of every component. Before commissioning starts, it’s essential to confirm that piping is leak-free, motors rotate properly, and instruments are correctly configured for accurate measurement.
This intermediate phase is called Pre-Commissioning, and it is carried out by the commissioning team. In practice, commissioning work is divided into two distinct scopes: Pre-Commissioning and Commissioning.
PRE-COMMISSIONING
Pre-commissioning activities fall into two broad categories:
Verifying the integrity of installed piping
Testing the functionality of installed equipment and instruments
These tasks are typically divided between piping-focused work and mechanical/instrumentation work. Below are some representative activities performed during pre-commissioning.
Final Alignment
Pumps are rotating machines that must be precisely aligned with their motors. The motor’s shaft and the pump’s shaft must be perfectly straight to ensure efficient power transmission. This requires fine horizontal and vertical adjustments during installation, following engineering drawings. Even the connected piping can affect alignment, making this a delicate and highly skilled task.
This process is called Alignment, and it must be performed by specialists. It’s similar to aligning a car’s wheels after replacement to ensure the axle and tires are properly positioned.
**The rest of this chapter is omitted for the final publication.**
시공이 완료되었다고 해서 바로 시운전을 할 수 있는 것은 아닙니다.
시공이 설치이고 시운전이 Unit 또는 시스템의 시험 운전이라면 그 사이에서 각각의 상태와 동작 여부를 확인하는 일이 있습니다. 즉, 배관은 유체가 흐르는데 문제없도록 설치되어 새는 곳은 없는지, Motor는 제대로 회전하는지 그리고 각종 기기는 측정에 문제없도록 Setting은 제대로 되었는지 등을 시운전을 하기 전에 반드시 확인하는 업무입니다.
이 단계를 Pre-Commissioning이라고 하며 시운전 조직에서 수행합니다. 그래서 시운전 조직은 실제로는 Pre-Commissioning과 Commissioning 등 두 개의 업무로 구분되는 것입니다.
아래는 시운전 업무를 구분한 것입니다.
PRE-COMMISSIONING
Pre-commissioning의 역무는 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.
먼저 시공이 완료된 각종 배관에 이상이 없는지 확인하고 정리하는 것과 설치된 각종 장비나 기기의 동작 여부를 시운전 전에 하나하나 미리 점검하는 것으로, 배관 위주의 업무와 기계와 계장 업무로 구분할 수 있습니다.
Pre-commissioning 단계에서 하는 대표적인 일 몇 가지를 살펴보겠습니다.
Final Alignment
Pump는 회전기기로서 Motor와 Pump의 연결 축(Shaft)이 정확히 일직선을 유지해야만 Motor의 동력이 제대로 전달됩니다. 이를 위해서 Pump와 Motor는 초기 설치할 때부터 도면에 따라 정확하게 설치해야 하기 때문에, Shaft를 수평과 수직으로 미세하게 조정하는 아주 정밀한 작업인 데다가 Pump에 연결되는 배관에도 영향을 주기 때문에 매우 까다로운 작업입니다.
이렇게 양측의 Shaft가 평행이 되도록 조정하는 작업을 Alignment라고 하며 반드시 전문가가 작업을 합니다. 정비소에서 자동차 바퀴를 교체하고 나면 축과 바퀴가 틀어지지 않도록 맞추는 ‘얼라인먼트’와 같은 원리입니다.
Motor Solo Run Teat
회전기기라고 불리는 장비는 모두 Motor가 있습니다. 반대로 말하면 회전하는 Motor가 있기 때문에 회전기기라고도 하는 것입니다.
장비를 시운전하기 전에 이 Motor가 제대로 운전되는지 확인하기 위해 Motor 단독으로 테스트하는 것을 Motor Solo Run Test라고 합니다. Motor와 연결된 부위는 모두 제거하고 전원을 넣어 Motor만 회전시킨 후 회전하는 동안 진동, 상승 온도 그리고 소음 등을 측정합니다.
이 테스트를 마쳐야만 시운전에서 Pump를 포함한 각종 장비의 운전시험(Mechanical Running Test)을 할 수 있습니다.
Flushing & Blowing
현장에 설치된 배관은 설치하는 도중에 많은 이물질이 들어갈 수 있습니다. 그래서 Cleaning이라 하여 배관에 물을 흘려보내서 이물질을 제거하는 과정을 Flushing이라고 합니다.
그런데 물을 사용하면 배관 안에 습기가 남아있기 때문에 이를 제거하기 위해 다시 배관 내부에 고압으로 공기 또는 스팀(Steam)을 불어넣어 배관 내부의 습기를 제거하는데 이것을 Blowing이라고 합니다. (빨대를 입으로 훅하고 부는 것을 생각하면 틀리지 않습니다.)
Blowing을 위해 공기를 사용하는 경우 Air Blowing, Steam을 사용하면 Steam Blowing이라고 합니다. 단, 나중에 Steam이 흐르는 배관은 Steam Blowing을 합니다.
종종 Flushing을 하지 않고 Blowing만 하는 경우도 있는데, Blowing 과정에 배관 내부의 이물질이 나오기 때문에 굳이 Flushing을 하지 않아도 되는 경우입니다. 물론 사전에 발주처와 협의를 해야만 합니다. 이때는 Blowing이 두 가지 목적으로 사용되는 것입니다.
Chemical Cleaning
일부 배관의 경우 아주 미세한 먼지나 오염물질이라도 남아있으면 운전에 영향을 줄 수 있는 경우가 있습니다. 주로 Compressor와 연결되는 배관 라인이 여기에 해당하는데, 아주 작은 입자라도 고속으로 회전하는 Compressor에 들어갈 경우 Compressor와 부딪혀 Compressor를 손상시키는 치명적인 문제를 가져올 수 있습니다. 이러한 배관 라인은 특별히 화학약품을 사용하여 Cleaning을 하는데 이것을 Chemical Cleaning이라고 합니다.
Leak Test
설치가 완료된 배관의 이음새(Flange to Flange)에 누수(Leakage)가 생기는지를 확인하기 위한 테스트로 기밀 테스트라고도 합니다. 가정에서도 가스가 새는지 확인하기 위해 가스 배관의 밸브 이음새에 비누 거품을 바른 후 거품(Bubble)이 생기는지 확인하는 것과 같은 방법이라고 보시면 됩니다.
Leak Test는 주로 공기(Air)나 질소(Nitrogen)를 사용하지만, Hydro-Carbon, H2S 등 위험 물질이 흐르는 배관은 미세한 누수에도 아주 위험하므로 정밀한 확인을 위해 Helium을 사용하기도 합니다.
Leak Test는 보통 운전 압력(Operation Pressure)과 동일한 압력으로 합니다. Air, Nitrogen, Water 등 Utility Line은 운전 압력이 낮기 때문에 큰 문제는 없지만 Gas나 Oil이 흐르는 운전 압력이 높은 Line은 누수가 생길 경우 매우 위험하기 때문에 테스트하는 동안에는 주변에서 다른 작업을 할 수 없습니다. 따라서 작업에 방해되지 않도록 주로 야간에 실시합니다.
Leak Test는 위험한 작업인 데다가 테스트를 위한 전문 장비가 필요하기 때문에 아무나 할 수 없습니다. 그래서 Leak Test를 전문으로 하는 업체에 용역을 주는 것이 일반적인데, 이 비용이 만만치 않기 때문에 테스트일정을 잘 계획해야 합니다.
Instrument Calibration
모든 계측 기기는 반드시 일정 기간(주로 1년)마다 측정기준이 제대로 맞는지 확인하여야 합니다. 이것을 Calibration이라고 합니다.
가정용 몸무게를 보면 사람이 올라가지 않았는데도 눈금이 '0'이 아닌 경우가 있는데, 이때 '0'으로 맞추고 몸무게를 재는 것과 같은 이치입니다. 쉽게 말하면 ‘영점 조정’이라고 할 수 있습니다.
모든 계기는 반드시 Calibration을 한 후에 설치해야 하는데, 플랜트에 설치되는 계기 수량이 많다 보니(프로젝트당 최소 수천에서 일만 개가 넘는 경우도 있습니다) Calibration에 소요되는 시간도 상당한 시간이 소요됩니다.
PSV(Pressure Safety Valve) Popping Test
운전 중 이상이 생겨 배관 라인에 압력이 급격히 올라가는 경우가 있는데, 이때를 대비해서 주요 라인에는 압력을 조절하는 밸브를 설치하여, 과다한 압력이 걸리면 이 밸브가 열려 압력을 밖으로 빠져나가도록 함으로써 배관 라인과 라인에 설치된 각종 기기를 보호하기 위함입니다.
이러한 용도의 밸브를 안전밸브(PSV, Pressure Safety Valve 또는 PRV, Pressure Regulating Valve 등 여러 종류가 있음)라고 하는데, 이 밸브 역시 설치 전에 지정된 압력에서 제대로 작동하는지 확인해야 합니다. 이 시험을 통상 PSV 분출 압력 시험이라고 하며 안전밸브가 설계대로 작동하는지 미리 확인하고 문제가 있으면 재 조정하는 작업입니다.
이 작업도 일종의 Calibration으로서 전문업체가 현장에 상주하며 수행합니다. Instrument Calibration에 비하면 수량이 많지 않지만 테스트 후 현장 설치 일정 등을 고려하면 이 역시 중요한 업무입니다.
COMMISSIONING
말 그대로 시운전입니다.
전기 장비를 포함해서 주요 장비들이 제대로 운전이 되는지 시험 운전하는 것을 말합니다. 앞의 Pre-commissioning 단계에서는 단위 기기의 작동여부를 확인하였다면 Commissioning은 단위 기기가 아닌 Package나 시스템의 운전을 확인하는 과정이라 할 수 있습니다.
시스템이나 Package 등의 성능 시험도 시운전에 해당합니다. 시공에서 생긴 문제를 모르고 지나쳤더라도 시운전 중에 모두 걸러져서 운전에 문제가 없도록 해야 하기 때문입니다. 실제로 시공 기간이 오래 걸리다 보니 오래전에 설치된 장비들이 제대로 동작을 안 하거나 오작동하는 등 문제를 일으키는 경우가 많습니다. 이렇게 발견된 문제를 하나씩 해결해 나가는 것을 Trouble Shooting이라고 합니다. 시공의 Punch와는 개념이 다르다고 할 수 있습니다.
LOTO(Lock-Out, Tag-Out)
시운전 동안에는 현장에 시운전 요원을 제외한 일반인의 접근이 강력히 통제되며, 전 현장에 LOTO 시스템이 가동됩니다. LOTO는 Lock-Out, Tag-Out의 머리글로써, 시운전 동안 장비를 함부로 열거나 마음대로 동작할 수 없도록 모든 전기 장비 및 주요 장비에 잠금장치를 하고 특정 담당자가 열쇠를 관리하는 것을 말합니다. 장비에 전기가 공급되면 매우 위험하기 때문입니다.
시운전에 들어가면서부터 발주처의 운전팀(Operation Team)에서 관여하기 시작하는데, 프로젝트에 따라서는 아예 플랜트를 접수하기도 합니다.
한 가지 짚고 넘어갈 것은, 시운전은 대부분 발주처에서 직접 수행하고 EPC Contractor는 지원만 하는 경우가 많다는 것입니다. 우리나라 EPC 업체가 시운전 경험이 부족하기 때문이기도 하지만, 발주처 입장에서는 결국 자신들이 운전할 것이기 때문에 자신들의 경험을 가지고 직접 시운전하는 것을 선호하는 경향이 있습니다. 물론 시운전 기간을 통해 새로 짓는 플랜트에 익숙해지기 위한 것도 중요한 이유 중의 하나일 것입니다. 다만, 발주처에서 직접 시운전을 하더라도 시운전 중에 생기는 문제의 해결을 위해 Contractor의 시운전팀에서 지원하는 것이 일반적입니다.
시운전을 마치면 이제 정식으로 유체(Oil 또는 Gas)를 맞이할 준비가 완료됩니다. 이렇게 플랜트를 가동할 준비가 완료된 상태를 RFSU(Ready for Start-up)라고 하며, 이 시점에서 플랜트를 발주처에 인계하면 드디어 프로젝트는 대장정의 막을 내리게 됩니다. (참고로 발주처는 이후 수개월 동안 충분한 시험운전을 거치며 시스템을 안정화한 후 정식으로 운전에 들어갑니다.)
시운전도 시공에 못지않게 매우 중요한 분야입니다. 그런데도 단 하나의 칼럼으로 정리할 수밖에 없는 것이 아쉽습니다.
시운전이 범위가 방대하고 모두 전문적인 내용 때문이기도 하지만, 더 중요한 것은, 필자도 시운전하는 모습을 곁에서 보았을 뿐 실제 시운전을 해 본 경험이 없어 더 자세한 내용을 기술하기에는 무리가 있기 때문입니다.
아직 배워야 할 것이 많다는 것을 새삼 깨닫는 시간입니다.
대한민국 플랜트 산업의 부흥을 꿈꾸는 자, oksk