초산공장의 기본설계(Basic Design)는 연산 15만 톤 규모의 초산공장 자체에 대한 기본설계, 초산 제조의 원료인 CO를 제조하기 위한 CO공장의 기본설계, 그리고 Off-Site 및 유틸리티 설비에 대한 기본설계로 구분하여 진행되었다.

특히 초산공장은 당시까지 국내에서 건설 경험이 전혀 없는 국내 최초의 공장이라 고도의 설계기술이 요구되었다. 문자 그대로 맨땅에 공장을 건설하는 것이었기에 Off-Site에서부터 주공정(Core Precess)에 이르기까지 모든 것을 장기적인 안목에서 종합적으로 검토해 기본설계를 진행했다.

이 작업은 공장의 기본 토대를 설계하는 매우 중요하고도 힘든 작업이었기에 참여자 전원은 삼성비피화학의 초석을 놓는다는 사명감으로 심혈을 기울였으며, 이는 이후의 증설 프로젝트를 성공적으로 수행하는 밑거름이 되었다고 할 수 있다.

초산공장의 기본설계는 1989년 8월에 착수했다. 초산공정의 기술선은 합작사인 BP케미칼즈였으므로 기본설계는 BP케미칼즈의 지휘 아래 영국 런던에서 BP케미칼즈의 기술진과 이 곳에 파견된 삼성비피화학의 기술진이 수행했으며, 영국의 Fluor Daniel사가 같이 참여했다.

초산공장의 공정설계(PDP : Process Design Package)는 1989년 10월 27일 완성되었는데 기본설계가 진행 중인 9월경부터 주요자재(Zirconium 등) 및 초산 반응기(Reactor)등 납기에 장기간이 소요되는 설비의 발주를 위한 견적입수 업무를 병행·수행했다.

CO공장의 기본설계는 여러 경쟁업체와의 공개기술검토(Technical Bidding)를 거쳐 최종적으로 덴마크의 Halder Topsoe사의 Reformer 공정을 채택했다. CO공장의 기술선은 다소 복잡해 Reformer Package는 덴마크의 Halder Topsoe사, CO₂제거 설비인 MEA Unit는 미국의 UOP사, CO 정제 설비인 Cold Box는 영국의 APL(Air Products)사가 기본설계에 참여했고, 전체 총괄을 Halder Topsoe사가 수행했다.

CO공장의 기본설계는 1989년 9월 19일 착수해 이듬해인 1990년 2월 19일 완성되었으며 이 기간 동안 삼성비피화학에서 고경수 과장과 소관섭 사원이 Halder Topsoe사에 파견되어 업무를 같이 수행했다.  그런데 1990년 1월부터 2월까지 프로젝트 전반에 걸쳐 비용을 절감하기 위한 '원가절감운동'을 시행한 결과 불필요한 설비의 감축 및 합리화를 통해 훨씬 더 경제적인 초산공장을 설계할 수 있었다. 그러나 이 과정에서 CO공장의 H₂Compressor를 2대에서 1대로 삭감해 이후 시운전 과정에서의 Stand-by가 없어 애를 먹은 아쉬움을 다소 남기기도 했다.

Off-Site 및 유틸리티의 기본설계는 1990년 1월 17일 삼성엔지니어링(당시 코리아엔지니어링)을 계약자로 선정하고 본격 착수했다. 유틸리티 설비의 특징은 용수에서부터 스팀 및 전력에 이르기까지 자급자족 할 수 있도록 기본설계를 했다는 점이다. 이는 기존의 석유화학 단지 내 입주 업체들이 모든 유틸리티를 단지 내의 울산 석유화학지원 주식회사에서 공급을 받는 것에 비하면 파격적이었다. 특히 전력은 외부로부터 공급을 받을 것인지 자체 발전설비를 갖춰 자급자족체제를 갖출 것인지에 대해 많은 연구·검토를 했고, 최종적으로 열병합 발전(Co-Generation)설비를 갖추기로 결정하고 기본설계에 착수했다.

모든 유틸리티 설비를 자체적으로 갖추어 독립할 수 있게 되어 삼성비피화학은 그만큼 초기투자비가 늘어나는 부담을 안게 되었으나 정전에 따른 공장 가동정지를 줄일 수 있었다. 또 저렴한 당사 자체 스팀 생산 및 공금으로 이후 원가경쟁력을 높일 수 있었으며, 유틸리티의 자급에 의한 독자적인 정기보수 수행 등 경쟁력 있는 초산공장의 건설에 크게 이바지했다.
이렇게 해서 대체적인 공장의 기본설계를 마치고 1990년 봄부터 본격적인 상세설계에 착수할 수 있었다.

초산공장의 상세설계(Detail Design)는 1990년 3월 디자인 컨소시엄 업체인 일본 MES(Mitsui Engineering & Shipbuilding)사의 도쿄 사무실 내에 삼성비피화학 사무소를 설치하면서 본격적으로 착수했다.

이에 앞서 기본설계가 진행 중이던 1989년 12월부터 상세설계의 수행업체 선정작업에 들어가 최종적으로 일본의 MES사와 삼성엔지니어링으로 구성된 컨소시엄이 상세설계와 기자재 구입 및 시공에 이르기까지 일괄계약(Lump Sum)으로 업무를 수행하게 되었다.

상세설계에 있어서 대부분의 CO공장 및 유틸리티 시스템은 삼성엔지니어링이 수행했으며, 초산공장 및 일부 핵심 유틸리티는 MES사가 담당했다. 초산공장은 대부분 재질이 내부식성이 강한 지르코늄(Zirconium) 및 하스텔로이(Hastelloy) 재질로 구상되어 있다. 이들 재질은 워낙 고가여서 최적의 레이아웃 및 파이핑 배열 등 최적의 경제적인 설계가 관건이었는데 MES사가 과거 러시아 초산공장 프로젝트를 수행한 경험을 인정받아 초산공장의 상세 설계를 맡게 되었던 것이다.

한편 CO공장의 Reformer 및 Cold Box Package의 상세설계는 기술적인 노하우 및 전문성으로 인해 기본설계를 수행한 Halder Topsoe사 및 APL(Air Products)사에서 수행했다.

이렇게 다양한 계약자에 의해 상세설계가 진행됨으로 인해 각각의 설계 진행과정이 서로 유기적으로 잘 조화를 이루어야 했다. 특히 Interface되는 부분이 차질없도록 컨트롤하는 프로젝트 엔지니어의 역할이 아주 중요했는데 BP케미칼즈의 Riddel 등 관련 엔지니어들의 탁월한 공로로 아주 성공적인 상세설계를 완수할 수 있었다.

상세설계 단계에서의 핵심은 바로 HAZOP Study라고 할 수 있다. HAZOP Study는 BP케미칼즈의 'OHSE StageⅥ' 중 StageⅢ Review의 핵심단계로 화학공장의 안전한 설계를 위한 체계적인 Study이었다. 그러나 그 때까지 국내에서는 이의 중요성이 제대로 인식되지 못했었고, 삼성비피화학 사원들도 이때 비로소 체계적인 HAZOP Study에 대한 경험과 훈련을 쌓게 되었다. 이는 공장 가동 이후 소규모 프로젝트 등 자체업무 수행 때 HAZOP Study가 체계적인 상세설계의 주요 시스템으로 정착되도록 하는 밑거름이 되었다.

HAZOP Study는 1990년 6월 11일 초산공장을 시작으로 1990년 8월 10일까지 CO 및 초산공장에 대한 HAZOP을 일본의 MES사에서 수행했으며, 유틸리티 시스템에 대한 HAZOP은 7월 23일부터 8월 14일까지 서울의 삼성엔지니어링에서 수행했다.

아울러 각종 장치, 계장 및 배관에 대한 상세설계도 차질없이 진행되었으며 특히 공정제어(DCS : Distributed Control System) 시스템은 삼성비피화학에서 직접 시스템을 구성했다.

한편, 1990년 9월 초산공장의 파이핑 배열도 및 CO공장의 파이핑 배치가 차례대로 완성되었으며 또한 기기배치 및 HOZOP Study 결과를 반영한 초산 및 CO의 공정도가 완성되었다. 이후 상세설계 작업은 1990년 5월의 기초파일(항타)작업을 시작으로 진행 중인 현장공사와 병행해 예정된 일정대로 차질없이 수행되었다.