에머슨만의 특별한 상거래 유량 계측 솔루션

·Technical Challenge 
세계 전역에서, 지역경제는 파이프라인을 통해 운송되는 대량의 석유에 의존하고 있다. 지역의 파이프라인은 석유를 안전하고 경제적으로 운송하는 수단으로 존재해왔으며, 정유 시설에서 처리될 수 있도록 원유를 운송하여 지역 주민들이 일상적으로 석유 제품을 사용할 수 있도록 전달해왔다. 정제된 원유는 엄청난 규모의 파이프라인 인프라를 통해 액화 석유를 제공하고, 해당 제품은 차량, 트럭, 비행기, 선박 용도의 연료로 사용된다.
유체가 두 계약 당사자 간에 거래될 시, 파이프라인을 통과하는 해당 유체에 대한 정확한 측정은 공정한 거래를 위해 필수적인데, 이 때 시행되는 측정은 상거래(custody transfer) 혹은 재정적 유량 측정(fiscal flow measurement)이라는 용어로 불린다. 상거래에 있어 100% 정확한 측정이란 불가능하기 때문에, 모든 파이프라인 업체들은 거래 용량 부정확성을 최소한으로 줄이기 위해 부단한 노력을 기울인다. 일간 측정 제품의 가치가 1백만 달러인 계측 설비에서 부정확성 오차 범위가 +/- 0.1%인 경우, 하루 1천 달러 혹은 연간 36만 5천 달러의 손실로 치환되므로, 이와 같이 많은 금액이 좌우되는 상황에서 파이프라인 업체들은 가능한 최대의 측정 정확성을 보장하기위해 할 수 있는 모든 방안을 동원하는 것이다.

·Emerson Process Management Solution
2006년 초, 에머슨은 세계를 선도하는 오일 및 가스 전문 기업을 고객으로 맞아 긴밀한 협력 관계를 맺게 되었다. 이 고객사는 텍사스 주 전역으로 디젤과 가솔린을 운송하는 파이프라인에 대해 상거래 측정을 수행했다. 당사의 계측 설비는 12 인치에서 8 인치로 좁아지는 파이프라인으로 구성되었고, 8 인치 부분에는 터빈 유량계가 설치되어 있었다.
당시 에머슨은 8 인치 라인의 터빈 유량계에 직렬로 연결되는 백업 측정 장치를 설치하는 과제를 맡게 되었다. 상거래 솔루션에 있어 세계 최고 수준을 자랑하는 에머슨은 기존의 측정 기술을 면밀히 평가한 후, Daniel Model 3804 Liquid Ultrasonic Meter(액체 초음파 유량계)를 고객에게 추천했다.
본 프로젝트에서 가장 핵심적인 난제는, 기존 터빈 유량계의 양쪽 모두에 있어 영향을 받지 않는 범위의 직선 파이프가 짧은 길이라는 점이었다. API(미국 석유 협회)에서는 유체 조절 구성 요소를 사용하는 업스트림 파이프의 경우 최소 10 배율(diameters) 을, 터빈/초음파 유량계를 갖는 다운스트림 파이프의 경우 최소 5 배율을 권장하고 있다. 하지만, 고객사의 파이프라인 시스템 내 기존 드레인(drain)에는 가용한 파이프 분량이 제한되어 있기 때문에 API의 권고를 따르기 어려웠고, 짧은 부분 내에 터빈 유량계와 초음파 유량계를 동시에 설치하는 것이 불가피했다. 열악한 파이프 배열 환경 상황에서, 에머슨은 2인치 길이 드레인 라인 측면에 초음파 유량계의약 6 배율 앞쪽으로 튜브 번들을 설치할 것을 권고하고 작업을 시작했다. 또한 에머슨에서는 이상적인계기 배열은 아니었지만, 초음파 유량계의 5 배율 다운스트림에 터빈 유량계를 설치하도록 권고하게 되었다.

·Results
위 고객사에서는 1년 여 동안 터빈 유량계와 초음파 유량계의 유량 데이터를 추적했다. 해당 기간 동안 통과하는 유체 총량인 1천 5백만 배럴에 대해 두 유량계는 단 50 배럴 정도의 차이만을 나타내었는데, 이 차이 범위는 단 0.0003%에 불과한 수치이다. 터빈 유량계가매 배치(batch)마다 검교정이 이루어진 반면, 액체 초음파 유량계는 고객사의 현장 내 설치된 20인치 볼 프루버(ball prover)를 통해 주기적으로만 검교정이시행된 것을 감안한다면, 이는 특별히 주목할 만한 결과라 할 수 있다. 또한, 이는 가솔린과 디젤 유체 사이의 유량 변경에도 불구하고초음파 유량계의 계측 계수가 대단히 안정적으로 유지되었다는 것을 증명했다(표 - 1 참조).
고객은 초음파 유량계의 장기적인안정성에 매우 감명하여, 다음과 같이 평했다. “에머슨이 제공한 초음파 유량계는 간헐적으로만 검교정이 수행되었음에도 불구하고, 가동 시간 전반으로 매우 일관된 상태를 유지하였는데, 이는 대단히 인상 깊은 사안입니다. 이러한 높은 품질은 주기적인 빈도로 검교정의 횟수를 감소시켜, 프루버의 마모나 손상을 막고, 유지보수 비용을 절감할 수 있도록 허용한다고 하겠습니다."
에머슨의 초음파 유량계는 마모나 과열 정지의 대상인 가동부가 없어, 최소한의 유지 보수만을 요구한다. 또한 이 제품은 유체 흐름을 방해하지 않기 때문에, 시스템 전체에 가해지는 압력 손실 역시 매우 적다. 고객사는 초음파 유량계의 사용 용이성에 대해 극찬하였고, Daniel CUI(Customer Ultrasonic Interface: 고객 초음파 인터페이스)를 통해 사용할 수 있는 정보량에 감명했다. 그 결과로, 이 고객사는 기존의 터빈 유량계를 제거하여 다른 곳에 사용한다는 결정을 내렸을 뿐만 아니라, 다른 위치에도 Daniel Model 3804 Liquid Ultrasonic Meter를 설치할 수 있는 지 모색하게 되었다.

[표1] 8인치 Daniel Model 3804 Liquid Ultrasonic Meter의 계측 계수: 8인치 초음파 유량계 2006/2007 정제유 제품