투인원 레벨 레이다 게이지와 저장탱크 과충진 방지
  • 박규찬 기자
  • 승인 2018.05.03 11:34
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탱크나 베셀(Vessel)의 과충진 가능성은 공정산업, 특히 과충진으로 막대한 손실을 입을 수 있는 액체 화물 저장 탱크 안전성의 주요 걱정거리다. 영국 번스필드, 인도 자이푸르, 푸에르토리코, 웨스트버지니아에서 일어난 사고들은 화학물질 및 원유 보관 탱크가 넘쳐 수질을 오염시키는 등 환경에 심각한 해를 끼치고 화재와 폭발로 엄청난 재산과 인명 피해를 불러온 예들 중 일부일 뿐이다.

에머슨, 하나의 탱크 오프닝에 레벨 계측과 분리된 과충진 방지 측정

[인더스트리뉴스 박규찬 기자] 이러한 베셀(vessel)에는 신뢰할 수 있는 과충진 방지 기술을 탑재해야 함에도 불구하고 여전히 불완전하게 유지 중인 오래된 저장 탱크들이 다수 가동 중이다. 이들 중에는 과충진 방지 장비가 아예 없거나 작동하지 않거나 쓸모없어진 경우가 많다. 그러나 안전 계장 시스템을 위한 IEC 61511 규정과, 40개 이상의 정유업계 내 사용자와 생산자들이 만들어낸 엄격한 글로벌 과충진 방지 기준인 API 2350을 통해서도 알 수 있듯이 업계는 탱크 터미널의 안전성을 개선하기 위해 부단히 노력하고 있다. 

독립 방호 계층 
저장 탱크에 적합한 방지 시스템을 도입할 때 과충진의 위험성을 최소화하려면 다수의 독립적인 보호 계층들을 구성해야 한다는 것은 잘 알려져 있다. 핵심 계층은 지속적이고 정확도 높은 레벨 측정을 위한 자동 탱크 게이지(ATG)다. DCS 또는 별도의 탱크 계측 시스템에 연결 후 제품의 움직임을 항시 감시하고 제어함으로써 설비가 잘 가동되는 지 확인하는 것이 목적이다. 만약 제대로 작동한다면 다른 계층들의 활성화가 필요하지 않게 된다.

저장 탱크에 적합한 방지 시스템을 도입할 때 과충진의 위험성을 최소화하려면 다수의 독립적인 보호 계층들을 구성해야 한다. [사진=에머슨]
저장 탱크에 적합한 방지 시스템을 도입할 때 과충진의 위험성을 최소화하려면 다수의 독립적인 보호 계층들을 구성해야 한다. [사진=에머슨]

두 번째 보호 계층은 안전 계층으로 레벨 센서가 수동 혹은 자동 과충진 방지 시스템(OPS)에 연결된 형태다. 이 부분은 ATG와 분리돼 독립적으로 운영해서 중복을 피해야 한다. 이 계층은 ATG에 오류나 문제가 생긴 경우 과충진을 방지해 준다. 수동적인 보호 계층은 방벽이나 콘크리트벽 같은 부수적인 방지층을 제공한다. 마지막으로 비상 대응 계층은 긴급 서비스를 호출하는 역할을 수행한다. 과충진 방지를 위해 ATG와 OPS가 설치되지만 사고가 발생하면 수동 방지 계층과 비상 대응 계층을 통해 피해를 최소화한다.

과충진 방지 기술
지금까지는 레벨 스위치들이 OPS 센서를 위한 기술로 선택돼 왔다. 이러한 타입의 센서는 연속적인 레벨 측정 기술에 비해 초기 구매 비용이 낮지만 측정값에 대한 정보를 온라인으로 보내지 못하기 때문에 제대로 작동되고 있는지를 파악할 수 없다. 이에 레벨 스위치는 탱크의 입증 테스트를 자주 받아야 한다. 하지만 그로 인해 직접 탱크에 올라가서 테스트를 해야 하는 작업자들의 안전성 관련 문제가 발생할 뿐만 아니라 이 노동집약적인 절차로 인해 결국 탱크의, 그리고 공정 자체의 다운타임으로 이어진다. 이러한 이유들 때문에 업계는 OPS 센서와 ATG를 위해 레벨 스위치에서 연속 레벨 게이지로 빠르게 전환하고 있다.

대형 액체 화물 저장 탱크의 ATG를 위한 레벨 측정 기술로는 비접촉식 레이다가 오랫동안 주로 사용됐었다. 장비 설치시 용수 레벨 계측치와 별도의 과충진 방지 측정값을 제공하기 위해 두 개의 레이다 레벨 게이지를 설치하는 경우가 많다. 이것은 검증된 기술로 신뢰성이 높다. 

가장 최신의 레이다 레벨 게이지들은 원격 입증 테스트 기능을 갖춰 서보, 플로트 앤 테이프(처럼 덜 정교한 연속 레벨 게이지나 포인트 레벨 게이지 모두의 안전성을 개선하고 유지보수 비용 절감에 도움이 된다. 또한 두 개의 레이다 레벨 게이지를 사용하면 장비 종류가 더 적어지기 때문에 여분의 부품 재고도 덜 필요하고 장비에 대한 교육도 줄일 수 있다. 이런 방식으로 복잡성을 줄여나가면 다수의 산업재해에 영향을 끼치는 작업자 실수의 위험성도 최소화할 수 있다.

투인원 기술 탑재한 레이다 레벨 게이지 
어떤 탱크들의 경우에는 두 개의 분리된 레벨 게이지에 안전성 업그레이드를 하려면 탱크 개폐가 불가능하거나 탱크 가동을 멈춰야 해서 추가 비용이 발생하는 등 비용이 너무 높아 현실적으로 어려운 경우들이 있다. 에머슨은 이 문제에 대한 솔루션으로 Rosemount 5900S 투인원(2-in-1) 비접촉식 레이다 레벨 게이지를 개발했다.

이 장비는 두 개의 분리되고 독립적인 전기 유닛들과 공동의 안테나로 구성돼 있다. 자체 전원 공급이 가능한 각각 다른 케이블 트레이의 케이블과 연결하면 하나의 레벨 게이지가 ATG와 OPS 센서 계측 모두에 사용될 수 있다. 이 구성의 가장 확실한 장점은 하나의 탱크 오프닝만으로 가능하다는 점이다. 그래서 탱크에 변동을 최소화하고 기존의 ATG, 혹은 OPS 센서 하나를 두 개의 지속적 레벨 측정기로 교체함으로써 비용 효율적으로 기존의 탱크 안전성을 개선할 수 있다. 투인원 기술이 적용된 레이다 레벨 게이지는 이전 세대 에머슨 장비와 규격이 같은 경우가 많아 탱크에 전혀 변동이 필요하지 않다. 제3의 평가자인 Exida는 Rosemount 5900S 투인원 제품이 BPCS와 SIL 2 AOPS로 동시에 사용돼도 상호독립성과 기술적 다양성을 저해하지 않으므로 IEC 61511 규정을 준수한다는 것을 확인했다. 

독립성 판별 
독립성 개념이 공정 업계에서 사용되기는 하지만 독립성을 100% 문자 그대로 구현하는 것은 실질적으로 불가능하다. 대부분의 사용자들은 ATG와 ‘독립적’ 포인트 레벨 센서로 구성된 과충진 방지 솔루션이 과충진 방지 장치의 핵심 계층과 안전 계층의 기준을 충족한다고 믿는다. 그러나 독립성을 위한 요구 사항을 자세히 들여다보면 두 개의 계층이 독립성을 그대로 충족시키지는 못 한다. 지진, 쓰나미, 홍수, 비행기 추락, 화재, 폭발, 전력 공급 중단, 탱크 오작동 등이 발생하면 두 계층에 모두에 영향을 줄 수 있고 이는 공통적인 원인의 고장(CCF)의 예시가 될 수 있다.

IEC 61508과 IEC 61511과 같은 최근의 안전성 기준들은 이러한 CCF의 발생 가능성을 인지하고 있으므로 독립성의 해석에 있어서 CCF를 최소화하고 전체 위험성을 최대한 감소시키는 데 초점을 맞추고 있다. 독립성의 해석에 대한 이 같은 변화는 공정 업계의 꾸준한 발전을 보여준다. 본래의 의도도 충족시키는 동시에 보다 실질적이고 현실에도 적용 가능하다. 여전히 CCF를 감안해야 하지만 훨씬 더 중요한 성능 지표나 위험 감소 요소(RRF)와 대비해 볼 수 있다. 
이 같은 변화는 공정 업계에서의 안전성 개선에 중요하다. 장비 제조사들이 불가능한 이론적 기준에 맞추는 대신 실질적인 위험성 감소에 포커스를 둔 참신한 솔루션을 내놓는 원동력이 됐기 때문이다.

투인원 기술과 관련된 CFF 평가에서 두 개의 분리된 레이다 레벨 게이지를 ATG와 OPS 센서로 사용하는 대안과 비교해 볼 필요가 있다. 투인원 기술은 이론적으로 CFF의 토대인 하나의 안테나를 기본으로 하고 있다. 결과적으로 가능하다면 두 개의 분리된 레벨 게이지를 사용하는 것이 낫다는 논쟁의 소지가 있다. 하지만 안테나가 오작동할 확률이 매우 낮고 모든 고장은 전자식 기능을 통해 감지하기 때문에 전반적인 과충진의 위험성에 대한 영향은 무시해도 될 정도다.

따라서 투인원 기술을 채택한 레이다 레벨 게이지는 독립성에 대한 현실적이고 실용적인 요구 사항을 충족한다고 할 수 있으며 공동의 안테나와 관련한 위험성은 대부분의 저장 탱크 자체의 위험성보다 작다. 결국 하나의 투인원 게이지를 사용하기보다 두 개의 분리된 레벨 게이지를 사용함으로써 얻는 미미한 위험성 감소가 유의미한 지는 추가 비용 등을 고려해 오너나 운영자가 결정할 일이다.