SIOT, 유럽 심장부 원유 상거래에 무선 레이더 도입

에머슨 프로세스 매니지먼트

무선 측정 시스템으로의 전환을 통해, SIOT 사는 오일 이송 사업 부문에 있어 상거래 효율성을 향상하고, 통신 인프라에서 비용 절감을 실현했고 향후 시스템 변경이 용이한 유연성을 증진시켰다.

SIOT 사의 설비는, 탱크 팜과 네 대의 대형 선박을 동시에 수용할 수 있는 항만 시설로 구성되어 있다. 오일 저장에는 총용량이 2백 3만 평방미터에 달하는 32대의 탱크(탱크 당 2만 ~ 10만m3)가 포함된다. 저장된 오일 제품은 파이프라인과의 연결을 통해 호주, 독일, 체코에 위치한 8 곳의 정유 시설과 저장고로 전달되고 있다.

2012년, Societa Italiana per l’Oleodotto Transalpino S.p.A.(SIOT) 사는 노화되고 있는 탱크 게이징 시스템의 문제에 직면하게 되었다.
SIOT 사는, 중앙 유럽에 위치한 여러 국가들의 에너지 수요 충족을 위해 Trieste 항만을 연결하는 Transalpine Pipeline의 운영 업체 TAL Group 기업이다. 전략적으로 배치되어 있는 TAL 파이프라인 시스템은, Bavaria 지역의 100%, Baden-Wrttemberg 지역의 50%, 오스트리아의 90%, 독일과 체코의 30% 이상의 오일 공급을 책임지기 때문에 경제적으로 대단히 중요한 영향력을 가지고 있다.
이탈리아 Trieste 지역 Adriatic 항만과 몇몇 중앙 유럽 국가에 인접해 있는 SIOT 사는, 용적 계산에 레벨 및 온도 측정을 사용하여 파이프라인을 통과하는 원유 상거래를 처리해 왔다. 여기서 측정된 수치는 재무 상거래에서의 공식 값을 산정하는데 사용되고, 온라인 혼합 작업은 동일한 시스템의 레벨 속도 측정을 통해 이루어진다.
즉, SIOT의 사업에 있어 탱크 게이징 시스템은 절대적으로 중요한 사안이라 할 수 있다. 하지만 당사의 기존 시스템은 노화되기 시작했고, 교체 부품 역시 쉽게 찾을 수 없다는 문제가 점차 가중되었다. SIOT을 통과하여 중앙 유럽의 여러 국가로 제공되는 원유의 용적을 감안했을 때, 당사에게 잠재적인 성능 저하나 지연은 치명적일 수밖에 없었다.

Transalpine Pipeline은 Alps 산맥을 따라 펼쳐진 이탈리아 Adriatic Sea 해변에 위치한 Trieste 지역으로부터, 독일 남부의 Ingolstadt 지역으로 연결되며, 이곳에서 다시 Karlsruhe 지역과 Neustadt 지역으로 나눠진다. 최대 고도 1,572m의 전체 파이프라인 경로는 753km에 달한다.

중앙 유럽 지역에 대한 에너지 공급
SIOT 해양 터미널에서는 매년 400대 이상의 선박이 130 ~ 140억 유로에 달하는 평균 3천 5백만 톤의 원유를 실어 나르고 있으며, 이는 아프리카, 중동, 러시아, 베네수엘라에서 산출된 원유이다.
Muggia 해변에 위치한 본 해양 터미널은 최대 28만 톤 용량의 대형 선박(tanker)을 수용할 수 있다. 또한, 터미널의 4군데 계선장 각각은 36” 및 42” 파이프에 의해 5km 떨어진 저장 탱크로 연결되었다.
100가지 상이한 등급으로 분류된 원유는 32 대의 플로팅 루프 탱크(floating roof tank)에 저장되고, 이는 순수 상태나 혼합 상태로 펌프에 의해 퍼올려져 마지막으로 753km의 파이프라인을 따라 독일, 오스트리아, 체코에 소재한 8 곳의 정유 시설 중 하나로 운송된다.

업그레이드 프로젝트 상의 직면 과제
SIOT은 1993년에 설치된 기존의 Saab(현재 에머슨) 레이더 기반 탱크 게이징 시스템에 대해 우수하게 평가해 왔다. 그렇지만 본 시스템의 구성 요소는 수명을 다하기 시작했고, 업그레이드는 불가피한 사안이었다.
탱크에 연결된 기존 배선의 경우, 케이블 트레이 내 설치물과 관련한 규제가 없었던 1960년 대 설치된 것이었다. 따라서 해당 배선은 통신 혼선의 위험이 높은 장소에 배치되어 있었고, 외피는 상당히 마모되고 말았다.
새로운 신호 배선 작업에는 1백만 유로가 소요될 것으로 추산되었고, 고객은 당연히 신뢰도가 높고 비용 효과적인 대안을 찾아 눈을 돌리게 되었다.

에머슨의 TankRadar Rex 게이지는, 스마트 무선 THUM 어답터 안테나 설비(탱크 상단 수직 파이프에 장착)에 연결되어 있다.

무선 시스템, 상거래 효율성 향상
SIOT 사는 20년이 넘는 기간 동안 기존의 레이더 시스템이 전달하는 안정성에 만족해왔기 때문에, 에머슨은 해당 기술을 유지하면서 현대적인 무선 업그레이드로 전환할 것을 제안했다.
새로운 신호 배선 작업에 대한 고투자 비용을 감안했을 때, 견고하고 단순한 1 계층 네트워크 아키텍처를 기반으로 한 에머슨의 스마트 무선 기술은 대단히 경제적으로 평가되었고, SIOT 사는 결국 이 기술을 선택하게 되었다.
각 탱크의 경우, 기존의 레벨 게이지는 동일한 노즐을 사용하도록 배치된 12’’ 스틸 파이프 배열 안테나를 장착한 무선 Rosemount TankRadar Rex 게이지로 교체되었다.
이후, 교체된 신규 레벨 게이지는 Data Acquisition Unit(데이터 수집 장치)를 통해 기존의 온도 센서로 연결되었는데 9개 측정 지점을 가진 이 온도센서는 플로팅 루프와 함께 이동이 가능하도록 파이프에 대각선으로 설치되었다.
새로운 게이지는 스마트 무선 THUM 어댑터(Smart Wireless THUM Adapter)를 이용하여, 무선 네트워크를 거쳐 탱크 레벨 및 온도 데이터를 제어실 내부에 위치한 한 쌍의 이중 스마트 무선 게이트웨이에 전송하도록 구성되었다.
제어실 지붕에는 15m 케이블로 게이트웨이 안테나가 설치되었으며, 각 게이트웨이와 DCS 시스템 사이의 통신은 Modbus 프로토콜을 이용해 처리되도록 했다.
각각의 개별 무선 장치의 경우, 스마트 무선 게이트웨이를 통해 호스트 시스템과 통신한다. 참고로, 에머슨의 탱크 게이징 시스템은 유선과 무선 네트워크, 어느 쪽이든 구성이 가능하다.

자체 편성형 현장 네트워크는 고정 혹은 일시 장애물을 우회할 수 있는 최적의 방법을 자동으로 찾아낸다.

어려운 제반 조건을 극복하는 안정적인 운영
2011년 10월, 우선적으로 4대의 탱크가 파일럿 시험 네트워크에 포함되었다. 시스템 전체를 완전 가동 상태로 운영하기 이전, 고객사인 SIOT은 새로운 무선 시스템의 정확성, 신뢰성, 신속도를 기존의 유선 시스템과 비교해 평가해 보길 원했기 때문이다. SIOT에서는 또한, 다음의 고려 사항을 간주하여 네트워크를 분석하길 희망했다:
* 해당 지역은 호우와 강력한 Bora 북동풍을 포함하여 차갑고 위험한 상황을 생성할 수 있는 혹심한 기상 조건이 빈번하게 나타나는 곳이다. 2012년 2월의 경우, Bora 북동풍의 강도는 150km/h까지 심해졌고, 온도는 -14°C로 극감했다.
* SIOT의 탱크 크기는 직경 20 ~ 80m 사이이며, 탱크 사이의 거리가 최대 300m에 도달하는 경우도 존재한다.
* SIOT은 자사 해양 터미널의 이전 무선 시스템에 대해 안 좋은 기억을 가지고 있다.
이번 프로젝트 이후, SIOT 사의 기술 자산 책임자 Massimo Diminich는, “설치는 신속하고 간편하게 진행되었습니다. 역대 최악의 Bora 강풍이 시스템 시운전 기간 동안 몰아쳤음에도 불구하고, 시험은 예상한 바와 동일하게 나타났습니다”라고 평했다.
Diminich는 공급 업체의 담당자와 일상적으로 의사소통이 가능하고, 어려운 상황이 발생했을 때 즉각적으로 소통이 가능한 공급 업체 신뢰에 대한 중요성을 특별히 강조했다.
SIOT 사는 현재 에머슨의 무선 기술 역량에 대한 깊은 신뢰를 갖게 되었으며, 점진적으로 28대의 탱크에 네트워크를 확장할 예정이다.

여타 운송 수단(수로, 철도, 도로)과 비교하여, 파이프라인은 잡음을 발생하지 않고 배기가스로 인한 환경오염도 없기 때문에 특별히 친환경적이라 할 수 있다. 파이프는 일반적으로 지하에 부설되기 때문에 주변 경관 역시 손상되지 않고 유지가 가능하다. 본 파이프라인의 용량은 7,200㎥/h로, Alpine 도로를 8천 대의 탱크차가 운전하여 지나가는 것과 동일한 규모이다.

스마트 무선, 향후 수정을 위한 유연성 증폭
Diminich는, SIOT 사가 IEC 62591 (WirelessHART) 표준을 기반으로 한 개방형 시스템의 유연성을 높게 평가하고 있다고 설명했다. 이 네트워크는 새로운 장비 추가를 통해 다른 탱크로의 확장이 손쉽게 가능하다. 추가적으로, 에머슨의 무선 시스템은 각 탱크를 무선 네트워크를 활용하는 화재 경보 시스템에 연결할 수 있게 했다.
스마트 무선을 통해, 전원은 공급되지만 신호 라인은 부재한 가스 감지기 및 스위치 같은 주변 장비에서 수집된 데이터는 네트워크로 통합될 수 있고, 이에 따라 향후 필요 시 수정 작업이 대단히 용이하다.

에머슨의 스마트 무선 솔루션
에머슨의 스마트 무선 기술은 무선 현장 네트워크에 대한 산업 표준인 IEC 62591(WirelessHART)를 기반으로 하고 있다. WirelessHART 장치는 자체적인 데이터 전송은 물론, 네트워크 상 여타 장치에서 수집된 정보도 중계가 가능하다. 이는 자체 편성형 메쉬 네트워크로, 고정 혹은 일시적인 장애물을 우회하는 최적 방안을 자동으로 찾아낸다. 노드(node)는 네트워크를 식별하고, 연결하여, 자체 편성을 통해 통신 경로로 진입한다. 실질적으로, 네트워크가 확장될 시 안정성 역시 증가하여 보다 많은 장치와 보다 많은 통신 경로 노드가 접근성을 확보할 수 있도록 한다.

“당사의 핵심 사업은 오일의 이동이기 때문에, 정유 시설까지 계획된 시간에 부합되게 오일을 전달할 수 있는 가장 안전하고 신뢰성 높은 시스템이 필수적입니다.”

- Massimo Diminich,
SIOT 사 기술 자산 책임자