감지 기술에서 매핑(Mapping)의 중요성
안전성 표준, 가스 및 화염 감지기 부문에서 빛을 발해
에머슨 프로세스 매니지먼트 Raymond MacLeod
가스 누출 모니터링 및 화염 감지 기술은 새로운 사항은 아니지만, 이들 기술은 발전하고 있으며 더불어 증진된 안전성 표준 및 요구 사항에 대한 필요성이 유발되고 있다.
재산과 인명의 손실을 방지하기 위해서, 안전성 엔지니어, 애플리케이션 엔지니어, 설계자들은 현재 장비의 사용 방안 및 규모를 결정하는데 더욱 큰 역할을 책임지게 되었다.
안전 장비의 사용은 설치자의 경험만으로는 더 이상 충분하지 않으며, 데이터를 비롯하여 규정과 표준에 근거해야 하는 상황이다. 이 접근법은 ‘매핑(mapping)’을 통한 업계 경험, 기존 표준, 위험성 평가의 통합과 관련되어 있다.
그렇다면, 매핑은 대체 무엇일까?
매핑은, 탐지기의 적용 범위(화염 감지기의 경우 시야), 연료원의 특성, 운영 조건에서 산출된 데이터를 기반으로, 가스 탐지기의 최적 배치 장소와 필요 수량을 그래픽으로 표현한 것으로 규정될 수 있다.
하지만 특정 적용 분야에서, 감지 장지 사용자는 우선 다음의 항목을 먼저 주지해야 한다.
· 기술 및 장비의 선택
· 가스 및 잠재 연료원
· 주변 조건 및 작동 조건
· 모니터링 대상 영역의 규모
· 사각 지대 위치, 혹은 감지기와 연료원 사이의 장애물
· 수용 가능한 업계 관행
포인트 지점 가스 감지기는 일반적으로 기술에 따라 다음과 같은 두 가지로 분류된다.
· 고온 폭발성 가스 감지(이중 빔 적외선 및 촉매 입자)
· 독성 가스 감지(금속 산화물 반도체 및 전기 화학)
올바른 감지기의 선택은, 적용 분야, 가스 종류, 해당 환경에서 특정 감지기의 기능에 따라 구분되어야 한다. 모든 경우 전반으로 최종 사용자는 감지기의 반응 시간을 비롯한 다른 주요 사항을 반드시 주지하고 있어야 한다.
예를 들어 일부 포인트 감지기는 대기로부터 검출 소자를 분리하는 화염 억제기(flame arrestor)를 통합하고 있는데, 이 경우 가스 구름은 우선적으로 해당 소재를 관통해야만 검출 소자에 닿아 반응을 발생시킬 수 있다.
적외선 개방 경로(경계 가스) 감지기 기술에는 송신기와 수신기 사이의 지속적인 IR 광선이 결부되는데, 이 광선은 해당 경로를 단절하는 고체 물질에 의해 차단될 수 있다.
일반적으로 본 감지기는, 포인트 감지기를 보완하도록 주변을 모니터링 하는 또 다른 방어선으로 사용된다. 이는 많은 경우, 가스 구름이 불규칙한 바람에 의해 영향을 받을 수 있는 야외에서 필수적으로 적용되며, 적용 해당 범위 및 영역의 경계 주변으로 설치된다. 이의 작동은 또한, 가스 구름이 적외선을 교차할 때 경보 조건이 생성되는 방식이다.
초음파 가압 가스 누출 감지기는 통상 감지 시스템을 보완하기 위해 사용된다. 본 감지기는 누출되는 가스를 구별하거나 누출 지점을 정확히 찾아내지는 않지만, 최종 사용자의 신속한 대처를 가능하게 한다. 더불어, 초음파 가압 가스 누출 감지기는 가스가 검출 소자와 반응하기 위해 소결 소재를 관통해야 하는 시간을 필요로 하지 않는다.
최종 사용자들은 대상 가스의 특성을 이해해야 한다. 정상적인 조건에서 공기보다 밀도가 높다고(공기보다 무거운) 간주되고 일반적으로 지상 수준에서 존재하는 가스는, 온도가 증가하면 밀도가 점차 낮아져 결국 상부/지붕 수준(천정 혹은 천정 인접 수준)까지 상승하게 된다. 역으로, 가벼운 경질 가스는 온도가 낮아지면 무거워지기 때문에, 대기 중에 부유하거나 지상 수준까지 강하된다.
바람의 통풍(공기의 이동)은 가스가 최종적으로 이동하여 축적되는 장소에 가장 큰 영향을 미치는 요인으로, 이 또한 야외에서 빈번히 나타나는 사안이다. 이 경우 공기의 이동은 불안정하여 예측하기가 힘들기 때문에, 가스가 축적되는 장소를 사전에 결정하는데 어려움이 따른다.
결국, 가스 감지기의 위치와 수량을 결정하는데 있어 서면으로 작성된 규칙은 존재하지 않는다고 할 수 있다. 하지만, 오프쇼어 적용 분야의 가스 감지기 위치에 대한 산업 공동 연구는 적용 구간의 최소 간격을 5미터 반경으로 제시해 왔다. 또한 가스는 차가운 기온에서 낮은 수준으로 급강하할 수 있기 때문에, 상기 연구에서는 상대적으로 가벼운 가스를 감지할 수 있도록 낮은 위치, 중간 위치, 높은 위치로 감지기를 배치시키는 3D 패턴(3차원 입체 배열)으로 장착할 것을 제안했다.
폭발성 가스 감지에 대한 설치, 작동, 유지 보수에 대한 권고 사항은, ISA 문서인 ISA-RP12.13, Part II-1987에서 찾아볼 수 있다. 이 경우, 매핑 소프트웨어가 생성한 데이터는 과거의 이력 데이터 및 바람 패턴 분석으로 보충된다.
화염 감지기의 위치 결정은, 해당 데이터(특정 화염원과 관련된 시야, 위치, 반응 시간 등)가 이미 알려져 있기 때문에, 상대적으로 용이하다.
만일 잠재적인 화염원이 복잡하거나, 탄화수소 화합물을 포함하는 경우라면 대표적인 물질(조성과 특성이 비슷한 화합물)과 연관된 데이터가 사용될 수 있다.
화염 감지기의 위치와 수량의 결정 시, 문제는 전체 포괄 범위를 결정하는 데서 발생한다.
대부분의 화염 감지기는 유사하며, 차이점은 일반적으로 아래와 같다.
· 감지기가 특정 화염원에 반응하는 속도
· 각 화염원에 대한 시야(시야각)
· 적용 분야에 대한 선호 감지 기술
결과적으로, 시야 및 반응 시간에 대한 데이터를 확보하는 것이 이상적이며, 평가에 도움이 되도록 시각적으로 ‘해당 범위 각도’를 살펴보는 것도 실용적인 방법이다.
한편, 정렬 도구는 화염 감지기에서 가장 유용하게 사용될 수 있다. 이는 통상 화염 감지기의 표면에 부착되고 조정되어, 이의 레이저가 중심 의 좌측, 우측, 상부, 하부로의 일정한 각도를 가리켜, 명확한 시각을 제공하고, 감지기의 시야를 가리는 장애물을 강조하도록 한다.
Solid Works와 같은 설계 소프트웨어 및 CAD(컴퓨터 이용 설계) 소프트웨어는 모니터링 대상 영역에 대한 합리적인 매핑을 제공할 수 있는데, 이는 잠재적인 누출원의 위치와 점화원(가스 감지기의 경우)을 간주하여 각 감지기의 위치를 표시할 수 있다.
또한 이는 화염원을 근거로 한 화염 감지기 위치와, 필요한 시야 중첩, 정렬 도구가 나타내는 시각 범위를 결정하는 것에 있어서도 도움이 된다.
저자 소개
Raymond MacLeod는 에머슨 프로세스 매니지먼트 Net Safety Monitoring의 기술 제품 전문가로, 공정 및 계기 산업에서 16년 이상 재직 중에 있다.
'초음파 가압 가스` 누출 감지기는 통상 감지 시스템을 보완하기 위해 사용된다. 본 감지기는 누출되는 가스를 구별하거나 누출 지점을 정확히 찾아내지는 않지만, 최종 사용자의 신속한 대처를 가능하게 한다. 더불어, 초음파 가압 가스 누출 감지기는 가스가 검출 소자와 반응하기 위해 소결 소재를 관통해야 하는 시간을 필요로 하지 않는다.
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