공정안전보고서(PSM) 제출 심사나 정기 이행상태평가에서 감독관이 가장 먼저 검토하는 서류는 공정흐름도(PFD)입니다. 현장의 배관망과 장비는 수시로 개조되는데 도면 하단의 물질수지와 인입 라인은 수년 전 최초 인가본 그대로 멈춰 있어 지적을 받는 사업장이 많습니다.
공정배관계장도(P&ID)와의 경계선이 명확하지 않아 도면에 담아야 할 정보와 생략해야 할 부속 설비를 구분하지 못하는 일도 흔합니다. 개정된 KOSHA GUIDE C-C-14 기준과 실제 노동청 감사 지적 사례를 바탕으로 도면 작성 규격과 수지식 검증 실무를 짚어보겠습니다.
- 적용 대상: 산업안전보건법 제44조에 따른 공정안전보고서(PSM) 제출 대상 화학 공정 및 유해·위험물질 취급 사업장
- 핵심 행위: PFD 법정 필수 8대 항목 표기 준수, 정상상태 물질·열수지 일치화, P&ID 간 운전 압력·온도 및 단위 통일
- 위반 리스크: 공정안전자료 부실 및 허위 기재 시 건당 최대 500만 원 이하 과태료 및 이행평가 등급 강등(M± 이하)
- 증빙 서류: KOSHA GUIDE C-C-14 기준 최신 PFD 원본 도면, 스트림별 물질수지 계산서, 도면 갱신 MOC 완료 확인서
- 교차 검토: 장치설비명세서 일일취급량과 PFD 물질수지, 안전밸브 설정압력과 P&ID 운전압력 정합성 확인
Ⅰ. 공정흐름도(PFD)의 법적 성격과 P&ID 분리 작성 판단선
(1) 산안법 제44조 및 노동부 고시 제22조가 규정하는 PFD의 법적 요건
공정흐름도(PFD)는 공정계통과 장치설계기준을 나타내주는 핵심 도면으로, 주요 장치 간의 공정 연관성, 운전 조건, 운전 변수, 물질·열수지 및 기본 제어 방식을 집약한 공정안전자료입니다. 산업안전보건법 시행규칙 제50조 제1항 제1호 라목과 고용노동부고시 제2025-30호 제22조 제2항에 따라 법적 구속력을 가집니다.
보고서 작성 시 PFD가 부실하면 후속 단계인 공정위험성평가(HAZOP, K-PSR)와 안전운전절차서의 설계 정합성이 깨집니다. 도면 누락이나 물질수지 불일치가 확인될 경우 법 제175조에 따른 과태료 처분과 함께 심사 조건부 합격이나 보완 명령을 받게 됩니다.
(2) 7대 화학업종 분리 의무와 규정량 초과 사업장의 통합 작성 허용 기준
실무에서 가장 잦은 혼선은 PFD와 P&ID를 분리 작성해야 하는 대상의 범위입니다. 원유 정제, 석유화학계 기초화합물 제조 등 산안법 시행령 제43조 제1항 제1호부터 제7호에 해당하는 7대 화학업종은 PFD와 P&ID를 무조건 별개 도면으로 분리하여 작성·비치해야 합니다.
7대 업종 외의 규정량 초과 취급 사업장 중 공정 연계가 단순하여 도면을 나누기 곤란한 경우에 한하여 1장의 도면으로 통합 작성이 허용됩니다. 다만 통합 도면이라 하더라도 PFD 고유의 물질·열수지 데이터 테이블과 주요 기기 설계기준은 누락 없이 기재되어야 합니다.
| 비교 항목 | 공정흐름도 (PFD) | 공정배관계장도 (P&ID) |
|---|---|---|
| 도면 목적 | 공정 처리 순서 및 물질·에너지 수지 파악 | 상세 배관 연결, 계측 제어 루프, 시공 및 정비 |
| 예비 설비 표기 | 원칙적 생략 (본체 운전 설비 1기만 표기) | 예비 펌프(A/B Stand-by) 포함 전수 표기 |
| 배관 부속품 | 단순 차단밸브, 감쇠기, 스트레이너 생략 | 모든 밸브(형식 포함), 플랜지, 감시창 표기 |
| 수치 데이터 | 하단 스트림 테이블(온도, 압력, 유량, 조성) | 배관 번호(관경, 재질, 압력), 계기 태그 번호 |
(3) PFD와 P&ID의 근본적 차이: 심볼 간소화와 예비기기 생략 원칙
PFD는 전체 제조 공정을 한눈에 파악하는 조감도 역할을 하므로 세부 부속 배관 요소를 정리해야 합니다. KOSHA GUIDE C-C-14 지침에서는 예비 기기를 별도로 표시하지 않도록 규정하고 있으며, 단순 버킷 스트레이너나 맥동 감쇠기도 과감히 생략합니다.
단, 차압 발생 시 공정 중단을 유발하는 카트리지 필터 등은 기능상 중요 기기로 분류되어 반드시 심볼을 넣어야 합니다. P&ID 캐드 파일에서 배관 번호만 지운 채 PFD로 제출하는 행위는 도면 가독성 불량과 원칙 위반으로 시정 요구 대상이 됩니다.
Ⅱ. 공정흐름도(PFD) 필수 8대 기재 항목과 KOSHA GUIDE C-C-14 규격
(1) 전체 도면 배치(좌→우)와 주요 설비 간소화 표기법
기술지원규정은 공정 흐름 순서에 따라 좌측에서 우측으로, 상단에서 하단으로 장치 및 배관을 배열하도록 정하고 있습니다. 전체 시스템을 도면 1장에 담는 것이 원칙이며, 복잡한 공정이라 분할할 때도 상호 도면 번호와 연결 배관을 명확히 링크해야 합니다.
설비 심볼 표기도 단순화가 원칙입니다. 열교환기는 동체(Shell) 개수나 상세 유로를 표기하지 않고 셸 측과 튜브 측만 구분해 단일 심볼로 나타내며, 증류탑은 단순 외곽선에 상·하부 및 원료 주입단(Feed Tray)의 트레이 번호나 충전층(Packing) 높이 범위를 표기합니다.
공정흐름도에는 공정설계 개념을 파악하는 데 필요한 기본적인 제조공정 개요, 흐름 방향, 기본 제어논리, 기본설계를 바탕으로 한 온도·압력·물질수지 및 열수지, 주요 동력기계와 장치의 기본사양이 포함되어야 한다. (KOSHA GUIDE C-C-14-2026 제5항)
(2) 회분식(Batch) 공정의 특수 표기: 작업 순서 및 공정 사이클 타임
정밀화학이나 바이오 사업장에서 주로 운용하는 회분식(Batch) 공정은 연속공정과 작성 관점이 다릅니다. 동일한 반응기 안에서 원료 주입, 승온, 교반 반응, 숙성, 냉각, 배출이 시간 단위로 순차 진행되기 때문입니다.
회분식 PFD에는 반드시 단계별 작업 순서(Operation Step)와 1 배치당 소요 시간(Cycle Time)을 명시해야 합니다. 작업 시간 데이터가 누락되면 수지 계산의 기준 시간이 사라져 심사 시 공정 계산서 전체를 재검증받게 됩니다.
(3) 기본 제어 논리(Basic Control Logic)와 주요 연동 체계의 표현 한계선
PFD의 제어 표시는 현장에 설치된 모든 압력 전송기나 로컬 게이지를 의미하지 않습니다. 공정의 핵심 운전 조건을 유지하는 주요 자동조절밸브(Control Valve) 루프와 비상 정지 인터록(Interlock) 계통만 나타냅니다.
예컨대 반응기 내부 압력 상승 시 원료 공급 펌프를 차단하고 벤트 밸브를 개방하는 안전 연동 논리가 명시되어야 합니다. 로컬 인디케이터나 단순 수동 밸브까지 PFD에 그려 넣으면 정작 중요한 제어 체계가 눈에 들어오지 않게 됩니다.
Ⅲ. 화학공정 물질수지(Material Balance) 산출식과 데이터 테이블 구성
(1) 물질수지 기본 보존식과 정상상태 검증 원리
물질수지는 질량 보존 법칙을 화학 공정에 적용한 계산 체계입니다. 공정 내로 투입되는 모든 주원료와 부원료의 질량 합은 최종 생산물, 부산물, 배출 폐가스 및 폐수의 질량 합과 물리적으로 완벽히 맞아떨어져야 합니다.
Input = Output + Loss/Waste + Accumulation
* 정상상태(Steady-state) 운전 시 설비 내 물질 축적량(Accumulation)은 0으로 계산합니다.
실무 작성 시 흔히 저지르는 실수는 벤트(Vent) 배관을 통한 미량 유기용제 증발 손실이나 하부 드레인 폐수량을 수지표에서 0으로 누락하는 것입니다. 유입량과 유출량 간에 단 1%의 불일치만 발생해도 공단 기술 심사에서 수지식 재검토 지적이 떨어집니다.
(2) 화학반응 공정의 반응 수율·전화율 반영 및 상(Phase) 분율 계산법
단순 혼합 공정이 아닌 화학반응 공정에서는 화학양론비(Stoichiometry)에 따른 물질 전환을 수식에 반영해야 합니다. 투입된 반응물 A의 전환율(Conversion)과 목표 제품 B의 선택도(Selectivity)를 통해 반응기 배출 스트림의 미반응 원료 잔여량을 명확히 분리 계산합니다.
또한 기액 분리기나 응축기 후단 스트림에서는 기체상(Vapor)과 액체상(Liquid)의 상 분율을 분리 표기해야 합니다. 기체 유량은 표준상태 부피단위(m^3/h)와 질량유량(kg/h)을 함께 작성하여 배관 구경 산출 데이터와 연계되도록 관리하는 편이 안전합니다.
(3) 도면 하단 스트림 테이블(Stream Table) 필수 구성 항목
PFD 배관 라인에는 고유의 흐름 번호(Stream No. 1, 2, 3...)를 다이아몬드 기호로 부여합니다. 도면 하단부에는 해당 번호에 대응하는 데이터 테이블을 표기하여 운전원이 주요 공정 변수를 직관적으로 읽어내도록 합니다.
| 스트림 번호 | 공정 흐름 명칭 | 상태 (Phase) | 운전온도 (℃) | 운전압력 (MPa) | 총 유량 (kg/h) | 조성 분율 (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| # 1 | 주원료 공급 | Liquid | 25.0 | 0.20 | 1,500.0 | 원료1 99.5% |
| # 2 | 반응 생성물 | Mixed | 68.5 | 0.15 | 1,485.0 | 원료2 85%, 원료1 15% |
| # 3 | 상부 벤트 배출 | Vapor | 45.0 | 0.02 | 15.0 | 유증기 및 질소 잔여분 |
![[PSM 공정도면] KOSHA GUIDE C-C-14 PFD 작성방법](https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhkavputEFVcmBT7s4RUrsfvMmmcfSyfuuMSa5EOqqKnDb9ATW2oyP2YQOYScmFOgPPnCTJQ25MeNu3xhV2lgFYz5yHVQ_J4CoX2q0uRh1U_jRLx7ajrJ-1u_BLmBiAImDQ417ekg8dqTx3Xos0z8Yc7ezexgQXrjhDqcDaVr4EiVjZ6PzlhuVH9juh_iE/s1231/C-C-14-2026%20%EA%B3%B5%EC%A0%95%ED%9D%90%EB%A6%84%EB%8F%84(PFD)%20%EC%9E%91%EC%84%B1%EC%97%90%20%EA%B4%80%ED%95%9C%20%EA%B8%B0%EC%88%A0%EC%A7%80%EC%9B%90%EA%B7%9C%EC%A0%95%20PFD%20%EC%9E%91%EC%84%B1%EB%B2%95.jpg)
산업안전보건법령 및 고용노동부 행정규칙 원문은 아래 국가법령정보센터에서 확인하실 수 있습니다.
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