Column

무선 압력 측정(Wireless Pressure Measurement)

By Patrick Deruytter

Vice Presidemt & General Management Emerson Process Management Korea

최근 동료 중 한 명이 제게 무선 측정이 압력과 연관된 사례에서 광범위하게 사용되고 있다는 사실에 대해 이야기 했습니다. 처음에 저는 상당히 회의적이었습니다. 하지만 이 사실로 인해 저는, 무선 압력 트랜스미터를 이용하는 기존의 다양한 적용 사례에 관심을 갖게 되었습니다. 사실, 압력 트랜스미터는 그 다재다능함으로 인해 다양한 상황에서 활용되고 있으며, 실제로 무선 기술 덕분에 여러 신뢰성 있고 비용 효율적인 솔루션을 이용할 수 있습니다. 이 글에서 저는 이러한 적용 사례 중 일부에 대해 언급하고자 합니다.

무선 기술이 존재해 온 시간은 상당히 깁니다. 지난 5 년간 우리는 프로세스 산업에서 무선 기술을 향한 구조적인 접근법을 목격해 왔습니다. Smart Wireless(WirelessHart)는 의미 있는 발전을 이룩했으며, 도입 이래로 우리는 다양한 상황에서 무선 시스템을 신속하게 적용해 왔습니다. 8월 초, Hart Communication Foundation은 전 세계 주요 제조 현장에 8,000 개 이상의 무선 네트워크가 설치되었다고 발표했습니다.

우리 모두가 알고 있듯이, 압력 측정은 여러 상황에서 ‘충실한 일꾼(work horse)’이 되었습니다. 이러한 압력 트랜스미터와 인디케이터(indicator)는 압력과 레벨, 그리고 플로우(flow)의 계측에 이용됩니다. 프로세스 시설 곳곳에서 자동화가 활용되고 있는 반면, 오늘날 우리는 많은 국소적 인디케이터(local indicators)를 여전히 목격할 수 있습니다. 현장의 작업자들은 ‘클립보드 라운딩(clipboard rounds)’ 시 핵심적인 인디케이터의 수치를 기록합니다. 이전에는 비용이나 접근성 때문에 이러한 인디케이터의 자동화를 이룩할 수 없었으나, 무선 시스템의 도입으로 인해 패러다임이 변화되었습니다. 여러 가지 상황에서 우리는 무선 트랜스미터가 이러한 초기의 인디케이터들을 대체한 것을 발견하게 됩니다. 한 가지 훌륭한 예는 북해(North Sea)에 위치한 연안 석유 및 가스 정(wells)에서의 무선 애뉼러 압력 측정(Wireless Annular Pressure Measurement)입니다.

이 고객은 까다롭고 도달하기 어려운 영역에서 원격으로 감시되는 웰 헤드(well head)와 열 교환기를 필요로 했습니다. 웰헤드 영역은 금속 파이프 작업과, 상하의 금속 통로, 그리고 기타 다른 금속 장애물로 혼잡한 곳입니다. 이러한 플랫폼에서 에머슨은 전통적인 계기를 대체할 수 있는 22개의 Rosemount 압력 트랜스미터를 포함하는 Smart Wireless 네트워크를 실행했습니다. 10개의 압력 트랜스미터는 웰헤드에 설치되고, 애뉼러의 압력을 측정하는데 이용됩니다. 나머지 12개의 압력 트랜스미터는 인렛(inlet)의 압력 및 열 교환기의 압력 강하를 감시하는데 이용됩니다. 각 트랜스미터는 데이터를 제어실의 작업자 콘솔(consoles)로 다시 릴레이(relay)합니다.

엄격한 현지의 환경에 대한 방출 규제로 인하여, 기존의 여타 설치들은 향후 업그레이드 되고 개조되어야 합니다. 생산의 방해 없이 기존의 시설에 새로운 기기를 실행한다는 것은 항상 어려운 일입니다. 이러한 어려움이나 비슷한 유형의 상황에 대한 훌륭한 예로 파이프라인(pipeline) 기업의 프로젝트를 들 수 있겠습니다.
이 파이프라인 회사는 두 개의 터미널(terminals)을 소유하고 있었는데, 주요 하천계(river system)에 각 터미널이 위치했습니다. 이 터미널들은 천연 가스정(gas wells)로부터 액체를 전달아 강 밑으로 연장된 파이프라인을 통해 액체를 수송하도록 설정되어 있었습니다. 강의 수질을 유지하는 것은 매우 중요합니다. 이 파이프라인 회사는 대참사를 초래할 수 있는 파이프라인의 누출이 감지되지 않는 것에 대한 위험성을 제거할 수 있는 비용 효율적인 솔루션을 필요로 했습니다. 대참사를 초래할 수 있는 누출을 감지하기 위해서는 강의 양측에 대한 라인 압력(line pressure)을 측정해 비교해야 했습니다. 측정된 압력이 예상 치에서 벗어난다는 것은 파이프라인이 누출되고 있다는 증거이므로 작업자는 즉시 파이프라인의 가동을 중지해야 합니다. 해당 지점에서의 강폭은 1 ½ 마일로 유선 솔루션의 사용에는 굉장히 많은 비용이 소요됩니다. 누출 감지 시스템은 강으로 액체가 누출될 위험이 있었기 때문에 터미널 운용에 매우 중요했습니다. 누출 현상은 벌금, 정화 비용, 제품 소실과 같은 여러 부정적인 영향을 이끌 수 있습니다. 또한 유선으로 압력을 측정하면 프로젝트의 비용이 증가되고 실행이 지체될 수 있습니다. 무선 압력 트랜스미터는 각 파이프라인에 대해 강의 양 측의 압력을 측정하기 위해 설치되었습니다. 이러한 계측은 이후 강의 양측에 위치한 두 개의 무선 게이트웨이(gateway)에 무선으로 전송되고, 이로 인해 양쪽 터미널에서 압력 값을 확인할 수 있게 되었습니다. 사용자가 정의한 압력의 편차가 감지되면 펌프를 중지시키기 위해 가동중지 시스템(shutdown system)이 설정 되었습니다.

플랜트에서, 이전에는 확인할 수 없었던(hidden) 프로세스 조건의 가시성을 증대시키는 기능은 무선 기기를 기존 설치에 추가함으로써 얻을 수 있는 가장 큰 이점 중 하나입니다. 이 이점에 대한 예로 냉각수 누출로부터 용광로를 보호하기 위해 스마트 무선 압력 트랜스미터를 설치한 프로젝트를 들 수 있습니다.
이 사례에서 용광로는 냉각 시스템의 누출을 감시하기 위해, 4곳의 DP 측정 지점을 필요로 하는 냉각 부분이 있었습니다. 프로세스 내 누출이 존재하면, 물이 히터 내부로 들어가 스틸(steel)을 용융시키는데 이용되는 바닥부의 온도가 엄청나게 증가하여 기기의 가동이 중지됩니다.
환경적인 조건 역시 용광로 주변의 극심한 고온과 H2S의 존재때문에 까다롭습니다. 이러한 유독한 환경 조건 및 높은 습기로 인해 유선 솔루션은 거의 불가능하다고 볼 수 있습니다. 다섯 대의 Rosemount 3051S 무선 트랜스미터와 한 대의 1420 Smart Wireless Gateway가 단일 냉각 시스템의 물의 플로우(flow)를 모니터 하기 위해 설치되었습니다. 누출을 초기에 감지하면 가동 중지를 방지할 수 있는 사전적(proactive) 측정이 가능합니다.

앞선 예에서 언급한 바와 같이 무선 압력 트랜스미터는 여러 상황에서 이용될 수 있습니다. 사실, 무선 압력 트랜스미터는 일부 실제적인 측정 문제를 해결할 수 있으며, 보다 낮은 비용으로 좀 더 신뢰성 있고 나은 프로세스 제어를 가능하게 해줍니다.