석유/가스와 화학, 석유화학 분야 기업과 제약 업체의 경우, 재고 관리에 중요한 비중을 차지하는 것 중 하나가 탱크의 액위 측정이다. 필자는 에머슨의 Kevin Cullen의 글에서 액위 측정은 재고 관리뿐 아니라 과충진 방지(유해하거나 환경적 피해를 초래할 수 있는 액체와 관련)에 있어서도 간과할 수 없는 중요한 부분이라는 내용을 확인할 수 있었다.

Kevin은 유해한 누출과 과충진을 최소화하면서 탱크 용적을 최대화할 수 있는 방법 중, 액위 측정 장치와 액위 스위치를 함께 사용하는 방식을 강조했다. 그리고 액체 속성과 무관하게 정밀한 액위 측정을 제공하는 수직 하강 방식의 레이더 트랜스미터에 대한 설명도 빼놓지 않았다.

비접촉 레이더와 도파관 레이더
비접촉 레이더와 도파관 레이더(GWR)는 저장 탱크 액위 측정에 효과적인 두 가지 기술이다. 필자는 이전에 레이더 액위 측정의 시작, 유형 및 응용 분야에서 이 두 가지 레이더 기술을 소개한 바 있다. 이 두 기술은 가동부품이 없고 측정 대상 액체의 밀도에 의존하지 않는 작동 방식을 채택하고 높은 난류와 진동에 영향을 받지 않기 때문에, 이상적인 계측 솔루션으로 부족함이 없다. 이러한 레이더 액위 측정 장치에서 수신한 신호는 고액위, 저액위, 편차 조건에 따라 경보를 발생하도록 제어 시스템에서 설정할 수 있다.

공정 안전 관리 측면에서, 측정 대상 액체 액위가 위험 조절 수준일 경우에는 이중화 수준을 추가할 수 있다. 안전 무결성 수준(SIL, 요구되는 안전 수준)은 전체적인 안전 평가와 해당 공정 분석을 통해 결정된다. 그런 다음 보호 시스템을 설계해 안전 분석에 의해 결정된 SIL 수준을 달성한다.

액위 스위치를 설치하면 보호 기능을 더욱 강화하게 된다. 독립형 고액위 스위치 장치를 탱크에 부착하는 경우도 있다. 이 방식을 적용하면 2차적인 과충진 방지 성능을 구현할 수 있다. 탱크 내에 고정 부착된 스위치나 프로브는 액위가 상승해 액체와 접촉하게 되면 경보를 발생시킨다. 이 방식은 측정 기반 고액위 경보 이외의 추가적인 보호 기능으로 사용된다.

여과기와 플로트
탱크 액위 스위치와 결합해 여과기와 플로트를 사용하는 경우도 많다. 이는 탱크 내용물이 특정 액위에 도달했는지 나타내는 가장 기본적인 방식이며, 고액위 또는 초고액위 경보를 발생시킨다. 이 방식의 단점은 여과기 구성요소에 이물질이 축적돼 정확도를 떨어뜨릴 수 있으며 기계적 특성상 마모와 오작동을 초래하는 환경에 노출될 수 있다는 것이다. 또한, 하드와이어드(Hardwired) 여과기 액위 스위치에서 전송하는 단순한 온/오프 신호로는 스위치가 고착됐는지, 실제 고액위 조건인지, 아니면 스위치가 손상됐거나 고장인지 구별하기가 어렵다. 정기적으로 기술자가 현장을 순회하며 이상이 없는지 확인해야 하는 것도 이 방식의 빼놓을 수 없는 단점이다.

진동 음차 장치
이러한 여과기와 플로트의 대안은 바로 진동 음차 장치다. 이 액위 스위치는 내부의 압전 결정이 고유 주파수로 외부 음차(Fork)를 진동시키는 음차(Tuning Fork)의 원리로 작동한다. 주파수는 장치가 함몰된 매체에 따라 달라지는데, 액체의 밀도가 높을수록 주파수는 낮아진다. 즉, 주파수는 음차가 함몰형(수중)이냐 부유형(공중)이냐에 달려있다고 할 수 있다. 이러한 장치는 또, 진동 음차 외에는 가동부품이 없기 때문에 유지보수가 거의 필요 없을 뿐 아니라 높은 신뢰성을 보장한다.

진단 데이터를 통해 음차에 이물질이 쌓였는지, 외부 손상은 없는지, 압전 장치에 내부 손상은 없는지, 심각한 부식이 진행되지는 않았는지 등의 정보가 운전자에게 전달된다. 진동 음차상의 이물질 축적은 초기에 탐지되고 경보를 발생시킨다. 이러한 경보를 통해 이물질이 음차에 쌓여 오작동을 일으키기 전에 미리 음차 세척을 계획할 수 있다.

Kevin은 안전 계측 시스템(SIS)을 통한 위험성 관리에 있어, Rosemount 5300 레이더나 2130 진동 음차와 같은 액위 트랜스미터가 SIL 2 등급의 공정에 적합하다는 점을 강조한다.

또한, Kevin은 저장 탱크 설치 지역의 다수가 경제성의 이유로 제어 시스템에 연결되는 유선 기반시설이 결여된 점도 강조했다. Rosemount 2160과 같은 무선 진동 음차 장치를 사용하면 과충진 자동 보호 기능을 구현할 수 있다. 레이더 장치에 무선 어댑터를 결합하면 기존의 유선 장치에 무선 연결성을 제공해 제어 시스템에 액위 측정값을 전송할 수 있다.

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