[FA저널 SMART FACTORY 이건오 기자] 퍼베이시브 센싱 기술은 곳곳에 산재된 수많은 데이터를 모니터링 할 수 있는 센싱을 의미한다. 무선 센서는 유선 계기로 모니터링 하기에는 물리적 거리와 비용상 어려운 곳의 측정을 가능케 한다. 플랜트에서는 모든 장비를 모니터링 하게 되며 어디에서나 관찰할 수 있는 막대한 양의 실시간 데이터를 신속하게 처리해야만 한다.

[사진=에머슨]

플랜트는 PC기반 전문 소프트웨어와 퍼베이시브 센싱을 조합하는 것으로 주제어 시스템 없이도 데이터를 수집하고 장비 문제를 찾기 위해 그 데이터를 분석하고, 문제를 진단하며, 정비 직원에게 정보를 제공할 수 있다. 이것은 ‘엣지(Edge) 컴퓨팅’으로 불리기도 한다. 이는 독일의 화학 플랜트인 Saltigo에서 증기 트랩에 적용한 방법이기도 하다.

독일 레버쿠젠 및 도르마겐에 위치한 Saltigo GmbH는 독점 합성 분야의 선두적인 화학 제조 회사다. 제약, 정밀 화학, 농약 및 작물 보호 제품들을 생산하고 있다. Saltigo는 결함이 있는 증기 트랩으로 인한 증기 손실과 비효율적인 열전달로 인해 에너지를 낭비한다는 사실을 확인하고, 최대한 빠르게 고장 난 증기 트랩을 확인할 수 있다면 상당한 양의 에너지를 절약할 수 있을 것이라 진단하게 됐다.

[사진=에머슨]

이 플랜트에서는 몇 년간 WirelessHART 트랜스미터를 사용해 플랜트 내 세 구역의 펌프, 열교환기 및 기타 프로세스 장비들을 모니터링 해왔다. 이미 무선 기반 시설이 갖춰져 있어 주요 증기 트랩에 에머슨 ‘Rosemount 708’ 무선 증기 트랩 모니터를 설치하는 것은 어렵지 않았다. 첫 설치 이후 만족스러운 결과를 확인한 플랜트에서는 최근 나머지 증기 트랩을 모니터링 하기 위한 추가적인 트랜스미터를 주문했다. Saltigo에서는 기술자를 투입해 증기 트랩을 테스트하고 조사했으나 수동 점검으로 고장시 열리거나, 닫히거나, 누출하는 트랩을 항상 찾을 수 있던 것은 아니었다. 가끔은 누출이나 고장의 유일한 시각적 단서는 배기구를 통해 빠져나가는 증기였지만 배기구가 다수의 증기 트랩에 연결돼 있을 수 있어 실제 누출하는 트랩을 확인하기는 매우 어려웠다.

Saltigo에서는 육안 검사 외에도 음향 진단 도구와 온도 센서를 사용해 고장 난 트랩과 그 위치를 확인했다. 한 가지 문제점은 수동 테스트시 증기 트랩이 가동 중이어야 한다는 것이었다. 일반적인 테스트는 몇 분도 걸리지 않지만 그사이에 고장 난 트랩이 가동 중단이나 기타 이유로 인해 누출이나 실패를 하지 않는 경우 기술자는 어쩔 수 없이 다음 증기 트랩을 시험하게 된다. 증기 트랩은 보통 접근하기 어려운 곳에 위치해 있기 때문에 수동 증기 트랩 시험은 어렵고 또한 고온으로 인해 기술자가 위험에 처할 수도 있다.

[사진=에머슨]

레버쿠젠 플랜트 내 세 구역에 존재하는 수백 개의 트랩을 고려했을 때 모든 트랩을 정기적으로 시험하는 것은 매우 어렵다고 할 수 있다. 각 트랩을 1년에 한 번 정도 시험할지도 모른다. 그런 이유로 Saltigo에서는 지속적으로 증기를 내뿜거나, 가동을 중지하거나, 한계 온도까지 프로세스를 끌어올릴 수 있는 증기를 방출하는 등 심각한 고장을 보이는 트랩만을 확인할 수 있었다.

다양한 수동 점검 기술로도 고장 난 증기 트랩을 탐지하는 것이 어려웠기 때문에 플랜트에서는 더 나은 방법이 필요했다. Saltigo는 먼저 높은 위험성과 중요 증기 트랩들을 확인하기 위한 연구를 수행했다. 주기적으로 고장 나는 것으로 파악된 증기 트랩들과 성공적인 공정 운영을 위한 필수적 트랩들을 대상으로 했다. 이미 일부 에머슨 WirelessHART 압력, 유량, 온도 및 진동 트랜스미터가 설치돼 있었기 때문에 Saltigo에서는 무선 증기 트랩 모니터에 필요한 안테나와 게이트웨어의 위치를 파악하기 위한 현장 조사를 에머슨 프로세스에 요청했다.

연구 결과를 토대로 Saltigo에서는 Rosemount 708 무선 증기 트랩 모니터링 트랜스미터와 세 개의 게이트웨이를 플랜트 세 구역 내 각각 하나씩 설치했다. 게이트웨이는 그물형 네트워크를 통해 트랜스미터에 연결되며 배선을 통해 제어 시스템으로 연결된다. 공급업체 및 Saltigo 기술자들은 각 트랜스미터를 파이프, 매니폴드 또는 배기 밸브에 설치했다. 어쿠스틱 트랜스미터는 비접촉 계기이며 증기 트랩 앞쪽에 위치한 증기 파이프 외부에 쉽게 부착돼 파이프 절단이나 진입이 필요 없었다. 기존의 유선 트랜스미터에서 요구되는 배선, 케이블, 도관, 또는 기타 기반시설도 필요가 없다. 또한, 배터리로 가동돼 전력이 필요 없기 때문에 추가적인 절약을 기대할 수 있다.

트랜스미터는 제한 구역에서 사용할 수 있도록 인증 받았기 때문에 보호 인클로저나 기타 보호 방법 없이도 유해한 구역에서의 안전한 사용이 가능하다(사진 4). 설치 시간은 트랜스미터당 약 10분밖에 소요되지 않았다. 팀은 각 트랜스미터를 설치한 후 배터리를 장착하고 트랜스미터에 전원을 넣어 네트워크 ID 및 접속키를 입력했다. 설치 5분 후 트랜스미터는 WirelessHART 그물형 네트워크에 연결되고 게이트웨이에서 인식됐으며 데이터를 전송하기 시작했다. 최초 연구에서 예상했던 것처럼 장애물이나 거리 문제는 없었으며 이 사실은 연결 및 성능 시험 후 밝혀졌다.

[이미지=에머슨]

또한, 에머슨 StreamLogic 소프트웨어를 pc에 설치했는데 게이트웨이는 이더넷 케이블을 통해서 PC로 연결된다. StreamLogic 소프트웨어(그림 1)는 증기 트랩 모니터의 실시간 데이터를 분석한다. Rosemount 708은 초음파를 통한 음향 변화와 증기 트랩의 온도를 측정하며 소프트웨어는 이 데이터를 사용해 기존의 문제와 잠재적인 문제를 확인한다. 그림 1의 왼쪽은 증기 트랩이 개방돼 응축물이 배출되는 피크와 낮은 음향 레벨을 나타내고 있다. 오른쪽과 같이 음향 레벨이 높은 경우 증기 트랩이 닫히지 않고 증기를 잃게 된다. 트랜스미터와 소프트웨어는 처음 3개월의 시험 기간 동안 설치됐다. 시스템은 즉시 다수의 고장 난 증기 트랩을 발견했으며 이는 모두 수리되거나 교체됐다. 3개월의 시험 기간 동안 시스템은 작은 증기 트랩도 발견했으며 이는 유지보수 부서에서 해결됐다.

고장 난 증기 트랩을 수리하거나 교체하는 것으로 세 개의 플랜트 구역에서 상당한 에너지 비용의 절감을 즉각적으로 확인할 수 있었다. 고장 난 증기 트랩은 더 이상 귀중한 증기를 누출시키지 않으며 증기 생성에 필요한 에너지 소비를 줄일 수 있게 했다. Saltigo는 증기 트랩 고장으로 인한 공정 중단을 줄이고 유지보수 기술자의 정기적인 점검을 제거해 추가적인 절감을 이룰 수 있었다. 이제 Saltigo에서 플랜트의 주요 증기 트랩을 체크하기 위해 기술자를 보냈을 때 기술자는 어떤 트랩이 서비스가 필요한지 그리고 소프트웨어가 탐지한 것이 무언인지를 정확하게 알 수 있다. 이를 통해서 기술자는 어떤 트랩이 확인이 필요한지 뿐만 아니라 더욱 빠른 정비와 수리로 이어질 수 있는 정보를 제공받게 된다.

Saltigo는 증기 트랩 모니터링 시스템과 관련된 경험에 매우 만족을 표했으며 플랜트 내 나머지 증기 트랩을 위한 추가적인 트랜스미터를 주문했다. Saltigo는 노이즈 통계를 활용해 증기 트랩 고장이 완전한 누출 고장으로 이어지기 전에 이를 빠르게 예측할 수 있게 됐고 이를 통해 예방적 유지보수를 개선하고 증기 트랩이 생산성에 부정적인 영향을 미치기 전에 변경할 수 있게 됐다.

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