열화상 기술을 이용한 상시 모니터링으로 제철소 사고를 예방
제철소에서 용강 누출 사고가 발생하면, 온도가 1400°C의 용선 수백 톤이 바닥에 쏟아져 장비와 인명에 해를 가하는 등 악몽과도 같은 사태가 발생할 수 있습니다. 매우 위험하고 인명/재산 피해도 상당하기 때문에 제철소에서는 항상 용강 누출 사고가 발생하지 않도록 상당한 주의를 기울이고 있습니다. 이러한 사고를 예방하는데 가장 효과적인 방법은 제강 공정에서 용선을 운송하는데 사용되는 레이들과 토피도(torpedo) 운반차를 꾸준히 유지보수하는 것입니다.
열화상 카메라로 레이들과 토피도 운반차를 모니터링하면, 용강 누출을 보다 효과적으로 예방할 수 있지만, 통상적으로 사용되는 휴대형 열화상 카메라는 검사를 수행하는 담당자가 있어야 하기 때문에 검사를 수행하는 빈도에 한계가 있다는 단점이 있기 때문에, 인력이 부족해 검사 빈도가 적으면 작업 환경이 위험해질 가능성도 있습니다. 용강 누출로 인한 피해를 연구하는 ANT Automation(미국 소재)의 CIRA 시스템은 세계 각지의 공장이 열화상 기술을 이용한 상시 모니터링을 실시해 사고 위험을 낮출 수 있게 도와주고 있습니다.
휴대형 자동식 열화상 카메라는 용선 운송에 사용되는 용기의 구조적 안정성을 모니터링합니다.
펜실베이니아 주 피츠버그 소재 산업 솔루션 제공 업체인 ANT Automation의 Javier Barreiro씨는 “대부분의 공장에는 휴대형 열화상 카메라가 마련되어 있습니다. 담당자들은 일주일에 한 번 또는 며칠에 한 번씩 열화상 카메라로 레이들을 검사한 다음, 결과 보고서를 작성합니다”라고 전했습니다. 물론, 이러한 검사도 유용한 정보를 제공할 수 있지만, Barreiro씨는 “이 같은 방식을 활용하면 시설 전체의 극히 일부만을 확인하기 때문에, 검사한 부분에서 핫 스팟을 잡아낼 가능성은 매우 낮다고 볼 수 있습니다”라고 말하면서 수동적인 검사 빈도가 문제라고 지적하였습니다.
며칠 간격으로 안전 검사를 실시하더라도 별다른 문제가 없는 다른 업종과는 달리, 제철 산업은 용선이 누출되었을 때 자재 변형이 빠르게 발생할 수 있기 때문에 부가적인 예방 조치를 취하는 것이 매우 중요합니다. Barreiro씨는 “모든 설비가 정상적으로 작동 중이더라도 내화 벽돌이 깨지는 사고는 언제든지 발생할 수 있습니다. 핫 스팟의 경우, 1분 이내에 발생하는 경우도 있습니다”라고 전했습니다. 레이들 또는 토피도 운반차의 핫 스팟을 빠르게 식별하려면 사고 발생 위험이 높은 구역에 여러 명의 안전 담당자가 설비를 꾸준히 모니터링해야 합니다. 그러나 이렇게 수동으로 하는 경우, 비용 부담과 작업 위험도가 상당히 높기 때문에 신중을 기하는 것이 좋습니다.
24/7 머신비전시스템을 사용한 24시간 열화상 모니터링
최근, 머신 비전 시스템이 발달하면서 제철소 등 용선을 다루는 시설도 정기적인 인터벌을 두고 레이들과 토피도 운반차의 온도를 검사하던 시스템을 상시 모니터링이 가능한 시스템으로 대체할 수 있게 되었습니다. Barreiro씨는 ANT Automation의 무인 자동식 “CIRA”(연속형 적외선 분석) 플랫폼을 “특정 장비를 자동으로 추적하고 모니터링할 수 있는 시스템”이라고 설명하였습니다. 그는 이어, “저희는 레이들의 온도 데이터를 수시로 분석하고 추적함으로써 핫 스팟을 초기 단계에서 잡아내고 있습니다”라고 밝혔습니다. 모든 레이들에는 고유 ID가 부여되어 있고 머신 비전 시스템은 이 ID를 기반으로 사용 중인 각각의 레이들을 여러 각도에서 측정하여 이미지를 생성합니다.
CIRA 시스템은 신뢰할 수 있는 열화상 결과물 확보에 따라 그 정확성이 좌우되기 때문에, 지난 15년 동안 FLIR 카메라를 꾸준히 사용해온 ANT Automation은 FLIR A315를 플랫폼에 도입하였습니다. 320 x 240 해상도의 A315는 76,800 개의 고유한 열 데이터 포인트를 제공하고 50mK의 미세한 온도 차이까지 감지해낼 수 있는 성능을 갖춘 카메라입니다. 아울러, 고주파 스트리밍 기능을 활용하면 최대 60Hz의 풀프레임 16-비트의 이미지 전송과 PC를 통한 완벽한 기능 제어도 가능하고, A315는 튼튼한 하우징도 갖추고 있어 고내구성을 요하는 제철소 환경에 적합한 솔루션이라고 볼 수 있습니다.
Barreiro씨는 “열화상 솔루션을 찾고 계시다면, FLIR 카메라를 권장합니다”라고 전하며, “우선, 성능이 강력하고 다양한 조건에서 활용이 가능할 뿐만 아니라, 데이터를 스트리밍하는 방식도 정말 편리합니다.”라고 덧붙였습니다. CIRA나 여타 상시 모니터링 시스템을 보험료 할인 등 다른 목적으로 설치하는 고객도 상당히 많습니다. 제철소 중에는 용철 누출 사고를 겪은 뒤에야 유지보수 공정 개선, 주변 장비 보호 강화 등을 위해 머신 비전 모니터링 플랫폼을 도입하는 제철소도 있습니다. 이를 두고 Barreiro씨는 "처음부터 그런 사고가 발생하지 않도록 하는 것이 중요”하다고 말하며 선제적인 조치가 필요하다고 설명하였습니다.
자동화 시스템은 특정 장비를 추적 및 모니터링할 수 있기 때문에 담당자는 시간이 지남에 따라 발생하는 내화층의 변화를 관찰하고 정확한 데이터에 근거한 유지보수 결정을 내릴 수 있습니다.
CIRA는 각종 공장의 기존 네트워크와 호환이 가능하며, 여러 개의 FLIR 열화상 카메라를 사용하여 레이들 또는 토피도 운반차의 모든 표면을 모니터링합니다. 사용자는 컴퓨터 또는 모바일 기기에서 실시간 영상을 확인하거나, 과거 이미지 조회, 경보 설정까지 할 수 있습니다.
또한, 이력 데이터는 문제 구역에 대한 정보를 제공하는 한편, 시스템은 핫 스팟과 일반적인 스플래시, 누출, 유출로 상태를 구분합니다. “누출 사고나 스파크는 언제든지 발생할 수 있습니다. 하지만, 스플래시나 유출은 흔히 발생하기 때문에 큰 문제는 아닙니다. 아울러, 우리 시스템은 정상적인 제철 공정을 방해하지 않고 핫 스팟 등을 감지할 수 있습니다”라고 Barreiro씨는 설명하였습니다.
Barreiro씨는 “담당자는 핫 스팟이 감지될 때마다 해당 레이들 번호, 온도 정보, 열화상 이미지 등을 이메일로 받게 됩니다. 즉, 시스템 앞에서 항상 대기하고 있을 필요가 없다는 뜻입니다. 알림이 스마트 폰으로 전달되기 때문에 이상이 있을 때 확인만 하면 됩니다.”라고 말하며, CIRA의 조기 감지 기능을 활용하면, 유지보수 방안을 결정할 수 있는 시간을 더 많이 확보할 수 있음을 강조했습니다. 핫 스팟을 조기에 잡아 내면 과열된 부분을 천천히 식히는 등의 조치를 취할 수도 있지만, 파손 직전인 레이들이 발견되는 경우에는 내용물을 정상 상태인 레이들이나 용기에 즉시 옮겨야 합니다.
상시 온도 모니터링은 장비 고장의 초기 징후를 감지하여 제철소에서 용철 누출 사고의 발생 가능성을 크게 줄여주는 역할을 합니다.
Barreiro씨는 “머신 비전 모니터링 시스템을 도입하면, 내화물을 최적화하고 레이들 프로파일에 대한 이해도 또한 높일 수 있습니다. 아울러, 제철 공정을 개선할 수 있는 데이터도 더 많이 확보할 수 있습니다.”라고 말하며, 이러한 장점은 용철 누출 방지 이상의 가치를 창출한다고 전했습니다. ANT Automation이 제공하는 솔루션을 활용하고 있는 고객도 이러한 장점의 혜택을 보고 있습니다. 최근에는 여러 대의 카메라와 CIRA 시스템을 함께 설치한 고객이 설치한 다음 달에 카메라를 추가로 설치하는 사례가 늘어나고 있는 추세입니다. 마지막으로, Barreiro씨는 “저희 고객 중에는 처음에 2대로 시작했다가 5대, 10대로 카메라를 늘린 분들도 계십니다. 그만큼 모니터링의 중요하다는 사실을 보여주는 것이라고 저희는 판단하고 있습니다”라고 말했습니다.
