펄프 및 제지 공장: 압축 공기의 누출을 감지하는 음향 카메라
펄프나 종이를 생산하는 대형 산업 시설에서는 전 공정에 걸쳐 압축 공기가 사용됩니다. 압축 공기는 특히 천연 상태의 펄프 섬유를 분리한 뒤 세척하거나 공압 기계, 밸브 등을 작동/제어하는 데 주로 사용됩니다. 이런 압축 공기가 누출되면 불필요한 에너지 낭비, 생산성 감소 및 운영 비용 증가 등 피해를 초래할 수 있습니다. 펄프 및 제지 공장에서 누출되는 압축 공기를 감지하는 가장 효과적인 방법은 음향 카메라를 사용하는 것입니다. 이번 기사에서는 음향 카메라의 작동 방식과 펄프 및 제지 공장에서 압축 공기 누출을 보다 효율적으로 감지하는 데 음향 카메라가 어떤 도움을 줄 수 있는지 살펴보도록 하겠습니다.
목차
- 변화하는 시장과 펄프 및 제지 산업의 당면 과제
- 펄프 및 종이 생산에서 압축 공기의 중요성
- 펄프 및 제지 공장에서 압축 공기 누출 감지의 중요성
- 펄프 및 제지 공장의 압축 공기 누출로 인한 비용
- 압축 공기 누출로 인해 펄프 및 제지 공장이 입는 피해 규모
- 압축 공기 누출을 감지하는 펄프 및 제지 공장의 당면 과제
- 자주 묻는 질문
변화하는 시장과 펄프 및 제지 산업의 당면 과제
지난 2021년, 전 세계 종이 및 판지 소비량은 4억 800만 톤에 달하는 것으로 집계되었습니다. 더불어, 최근에는 전통적인 종이에서 고급 포장재나 특수 용지 등 보다 정교하고 세밀한 생산 기술이 요구되는 종이 제품에 대한 니즈 또한 커지고 있는 추세입니다. 이처럼 증가하는 수요에 부응하기 위해 설비를 24시간 내내 가동하는 펄프 및 제지 공장도 늘고 있는데, 생산 속도와 효율을 유지하기 위해서는 압축 공기를 꾸준히 공급하는 것이 매우 중요합니다.
최근 문제가 되고 있는 에너지 위기 속에서도 소비자 수요에 맞게 종이를 계속해 생산하려면, 자원을 효율적으로 사용할 수 있어야 합니다. 에너지 비용, 특히 압축 공기 시스템의 에너지 비용은 펄프, 제지 및 판자 산업에서 총 생산 비용의 상당 부분을 차지하기 때문에 비용 효율을 저해하는 문제가 있다면 신속하게 해결하는 것이 가장 큰 관건입니다.
펄프 및 종이 생산에서 압축 공기의 중요성
압축 공기는 펄프나 종이를 생산할 때 필요한 다양한 장비나 도구를 구동하는 데 사용됩니다. 이 같은 공압 설비는 24시간 가동되는 경우도 많기 때문에 공장의 전체 에너지 비용에 상당한 부분을 차지할 수 있습니다. 펄프 및 제지 공정에서 사용되는 에너지 비용은 총 제조 비용의 약 20%까지 차지하는 것으로 알려져 있습니다.
펄프 및 종이 생산 공정에서 압축 공기의 역할
압축 공기는 다음과 같이 종이 생산 공정의 각 단계에서 다양하게 사용됩니다:
펄프 준비
제지 공정은 목재나 면화, 쌀겨 또는 밀짚과 같은 다양한 원료에서 얻을 수 있는 펄프를 준비하는 것부터 시작됩니다. 준비된 펄프는 물 및 화학 물질과 혼합되어 종이를 만들 슬러리 형태로 가공됩니다. 압축 공기는 품질이 균일한 혼합물을 만들어 내기 위해 펄프 슬러리를 혼합하고 교반하는 데 사용됩니다.
시트 생성
펄프 슬러리는 제지 기계에 공급되어 일련의 공정을 거쳐 종이 웹이 됩니다. 이 단계에서 압축 공기는 제지 기계 전반에 사용되는 액체나 가스의 흐름을 조절하는 데 필요한 펌프, 밸브 등 공압 장비를 구동하는 데 사용됩니다.
물기 제거
제지 공정 후에는 물이 대량으로 사용되기 때문에 잔여 물기를 제거해야 합니다. 잔여 물기를 제거하는 데에는 압착 및 건조 기계가 활용됩니다. 압축 공기는 종이 웹에 남아 있는 물기를 효율적으로 제거하고 건조하는 데 필요한 건조 공정과 압착 공정의 공압 장치를 구동하는 데 사용됩니다.
압착 공정
종이 웹이 만들어지면, 압착 공정을 거쳐 과도한 물기를 제거하고 시트를 평평하게 만드는 작업으로 이어지게 됩니다. 이 공정에서는 사용하는 압착 방식에 따라 용지에 고유한 질감을 추가할 수도 있습니다. 압축 공기는 종이 웹에서 물기를 제거하고 원하는 두께로 펴 주는 압착 장비를 구동하는 데 사용됩니다.
코팅 및 처리
마지막으로 종이의 특성이나 외양을 향상시키기 위해 필요한 코팅이나 처리가 종이에 더해집니다. 이 단계에는 광택 또는 무광택과 같은 마감 처리, 용지의 방수 또는 내구성을 높이는 코팅 또는 용지의 인쇄 품질을 개선하는 처리가 포함될 수 있습니다. 압축 공기는 종이에 이러한 코팅 및 처리를 더하는 장비를 구동하는 데 사용됩니다.
제지 공정은 고도로 기술적이며, 종이의 품질과 일관성을 보장하기 위해 전문 지식과 장비가 필요합니다. 정한 생산 속도를 유지하고 고품질 종이 제품을 생산하려면, 깨끗하고 건조한 상태의 압축 공기를 안정적으로 공급하는 것이 상당히 중요합니다. 또한, 제지 산업은 최근 몇 년 동안 많은 제지 공장에서 재활용 원료 사용, 폐기물 감소, 재생 가능 에너지원 활용과 같은 친환경 정책을 시행함으로써 더욱 환경적으로 지속 가능한 발전을 이어 나가고 있습니다.
펄프 및 제지 공장에서 압축 공기 누출 감지의 중요성
펄프 및 제지 공장의 압축 공기 누출로 인한 비용
압축 공기 누출은 펄프 및 제지 공장에서 에너지 낭비와 생산성 손실을 초래하는 주요 원인이 될 수 있습니다. 압축 공기 시스템 아무리 관리를 철저하게 해도 압축 공기의 약 25~30%는 누출로 빠져 나가게 됩니다. 시설에 따라서는 손실이 80%를 웃도는 경우도 있습니다.
압축 공기 누출로 인해 발생하는 경제적 피해 역시 상당한데, 에너지 비용 25~30% 증가, 압축 공기 툴링 요구 사항을 충족하기 위한 압축기 장비에 대한 추가 비용, 압축기 수명 30% 감소로 인한 교체 비용 증가, 추가 장비에 대한 추가 유지 관리 비용이 대표적입니다.
압축 공기 누출로 인해 펄프 및 제지공장이 입는 피해 규모
그렇다면 압축 공기 누출로 인해 실제 발생하는 비용은 정확히 얼마나 될까요? 펄프 및 제지 공장에서 압축 공기 누출로 인해 발생하는 비용은 연간 $720~$55,333 수준인 것으로 파악되고 있습니다(누출 규모 및 psig에 따라 상이).
Plant Service Magazine은 누출로 인한 비용의 총합을 추정해 밝힌 바 있습니다. Plant Service Magazine은 운영 비용이 kWh당 8센트인 공장이 24시간 가동되는 설비의 압축 공기 시스템을 올바르게 관리하지 않을 경우, 매년 수만 달러의 비용이 발생할 수 있다고 전했습니다.
그런데 압축 공기의 누출로 인한 비용이 단순히 경제적인 문제만은 아닙니다. 압력 손실로 인해 공압 도구의 효율성이 떨어지면 최종 제품의 품질에도 영향을 미칠 수 있습니다.
또한 공장에서 작업자의 안전에 위해를 가할 우려도 있습니다. 특히, 누출을 감지하고 수리하지 않으면 압축 공기가 빠른 속도로 방출되어 부상이나 장비 손상이 발생할 수 있습니다.
압축 공기 누출을 감지하는 펄프 및 제지 공장의 당면 과제
펄프 및 제지 공장은 일반적으로 제지 공정의 여러 단계가 동시에 실행되며, 24시간 연중무휴로 운영되는 복잡한 시설입니다. 누출이 발생할 수 있는 구역도 상당히 많기 때문에 누출 감지가 매우 까다로운 환경입니다. 더불어, 제지 공장에서 사용되는 장비는 큰 소음을 내기 때문에 사람의 귀로는 압축 공기가 새어 나가는 소리를 듣기 어려울 수 있습니다.
기존 공기 누출 감지 방식의 한계
스니퍼나 누출 스프레이와 같은 기존의 누출 감지 방식은 펄프 및 제지 공장에서 압축 공기 누출을 감지하는 데 있어 그 효과가 떨어질 수 있습니다.
스니퍼는 감지기 프로브 또는 완드를 사용하여 추적 가스로 가득 찬 장치에서 누출을 감지하고자 할 때 사용하는 도구입니다. 가스 누출 여부를 검사하려면 검사 대상의 윗 부분을 스니퍼로 훑으면서 가스가 감지되는지 확인해야 합니다. 당연히 누출 감지의 정확도는 프로브의 감도, 스니퍼를 움직이는 속도 및 검사 대상과의 거리 등의 영향을 받게 됩니다. 스니퍼 기술은 사용된 추적 가스에 따라 10-7mbar·l/s만큼 작은 누출을 감지할 수 있습니다. 단, 검사의 정확도는 사용자에 따라 다르며, 누출을 놓칠 수 있기 때문에 대형 시설에는 적합하지 않은 방식입니다.
누출 스프레이는 누출이 의심되는 부분에 비눗물을 바르고 거품을 찾는 방식인데, 이 방식도 규모가 작은 누출이나 접근이 어려운 구역의 누출은 놓칠 가능성이 있어 효과가 떨어집니다.
공기 압축기 누출을 식별하는 가장 보편적인 방식은 단일 변환기 초음파 음향 감지기를 활용하는 방식입니다. 이 전자 장치는 공기 누출을 나타내는 고주파 영역대의 소리를 감지할 수 있습니다. 그러나 단일 변환기 초음파 시스템을 사용하는 기존 방식은 열화상 검사를 위해 스팟 온도 센서를 사용하는 것과 같은 한계가 있습니다. 기능적이지만 시간이 많이 소요될 수 있으며 사전 조율을 통해 설비 가동을 중단한 상태에서 검사를 실시해야 합니다. 또한, 효과적인 운영을 위해 사용자는 심층적인 교육과 수개월의 연습 과정을 거쳐야 합니다.
펄프 및 제지 공장에서 압축 공기가 자주 누출되는 장소
압축 공기 시스템은 복잡하고 연결부도 많기 때문에 누출 가능성이 높습니다. 압축 공기 시스템의 누출 발생 설비:
- 커플링
- 호스
- 튜브
- 이음쇠
- 파이프 조인트
- 급속 단절 장치
- 필터/조절기/급유기(FRL) 장치
- 응축수 트랩
- 밸브
- 플랜지
- 패킹
- 스레드 밀폐제
- 현장 사용 장치
- 개방 상태의 응축수 트랩
- 개방 상태의 차단 밸브
위 그림은 압축 공기 시스템의 일반적인 구성 요소를 나타낸 것입니다. 각각의 파란색 박스는 잠재적으로 누출이 발생할 수 있는 설비나 지점을 나타냅니다.
펄프 및 제지 공장에서 압축 공기 누출 감지를 위한 음향카메라의 중요성
FLIR Si124 음향 카메라
기존 누출 감지 방식의 한계로 인해, 최근 음향 카메라는 펄프 및 제지 공장에서 압축 공기 누출을 효과적으로 찾아낼 수 있는 효과적인 솔루션으로 주목받고 있습니다.
음향 카메라를 사용할 경우, 사용자는 시끄럽고 복잡한 환경에서도 최소한의 교육으로 누출 원인을 빠르고 정확하게 식별할 수 있습니다. 이를 통해 제지 공장은 신속하게 수리 작업을 실시하고 에너지 낭비를 줄이는 동시에, 안전 위험을 최소화하고 장비 성능은 최적화할 수 있습니다.
음향 이미지란?
음향 이미징은 음파를 사용하여 특정 사물 또는 환경의 내부 구조를 이미지로 보여주는 비파괴식 검사 방법입니다. 음향 이미징 기술은 특히 항공 우주, 자동차 및 제조를 포함한 광범위한 산업에서 각종 결함을 식별하고 장비 상태를 모니터링하는 데 사용됩니다.
음향 카메라가 압축 공기의 누출을 감지하는 방법
음향 카메라는 특정 사물이나 설비에서 새어 나오는 공기에 의해 생성된 음파를 분석하여 압축 공기의 누출 여부를 감지합니다. 작은 틈새나 구멍 사이로 공기가 새어 나오는 경우, 특유의 소리를 내게 되는데 음향 카메라는 이 소리를 이용해 공기 누출을 찾아냅니다. 누출을 감지한 카메라는 음파를 시각적 표현하여 사용자가 누출 위치와 규모를 신속하게 식별할 수 있도록 도와줍니다.
음향 카메라의 정확성과 정밀성
음향 카메라는 압축 공기 누출을 정확하게 찾고 측정할 수 있는 솔루션입니다. 핀 홀 크기의 작은 누출까지 정확히 찾아낼 수 있기 때문에 에너지 낭비를 최소화하고 안전에 위해를 가할 수 있는 누출을 신속하게 찾아 수리할 수 있도록 도와주는 것이 음향 카메라의 특징입니다. 특히, 0.004L/min에 불과한 미세한 누출도 잡아낼 수 있어, 수리 작업의 우선순위를 효과적으로 정할 수 있게 도와 주기도 합니다.
펄프 및 제지 공장에서 음향 카메라를 사용할때 기대할 수 있는 효과
음향 카메라를 활용해 압축 공기 누출을 감지하는 펄프 및 제지 공장은 여러 가지 효과를 기대할 수 있습니다. 이러한 기대 효과들은 아래와 같습니다:
에너지 효율성 향상
압축 공기 누출은 펄프 및 제지 공장에서 에너지 낭비를 초래하는 주요 원인이 될 수 있습니다. 음향 카메라를 사용하여 누출을 신속하게 식별하고 수리함으로써 제지 공장은 에너지 효율성을 개선하고 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 에너지 효율을 개선하면 결과적으로 운영 비용을 절감할 수 있고 탄소 발자국까지 줄이는 효과를 누릴 수 있습니다.
생산성 향상
압축 공기 누출은 공압 장비의 효율성을 떨어뜨려 펄프 및 제지 공장의 생산성에도 악영향을 미칠 수 있습니다. 이에, 누출을 신속하게 식별하고 수리할 경우, 제지 공장은 장비 성능을 개선하고 생산성을 높일 수 있습니다.
비용 절감
음향 카메라를 사용하여 압축 공기 누출을 적시에 감지하고 수리하는 펄프 및 제지 공장의 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 에너지 소비를 줄이고 장비 성능을 개선함으로써 제지 공장은 운영 비용을 절감하는 동시에 수익성을 높일 수 있습니다.
FLIR Si124와 같은 음향 카메라가 제공하는 비용 절감 효과를 한 눈에 파악할 수 있도록 FLIR는 무료 투자 수익(ROI) 계산기를 제공하고 있습니다. 이 온라인 계산기를 사용하면 펄프 및 제지 산업에서 카메라를 도입할 때 소요되는 비용과 공기 누출을 감지하고 수리함으로써 에너지를 소비를 줄였을 때 기대할 수 있는 비용 절감 효과를 추정할 수 있습니다.
향상된 안정성
펄프 및 제지 공장에 발생한 압축 공기 누출 문제를 적시에 감지하고 수리하지 않을 경우, 심각한 안전 문제로 이어질 수 있습니다. 특히, Nex Flow가 지적한 것처럼 호스 또는 커넥터 누출로 인한 위험은 치명적인 결과를 초래할 가능성도 있습니다. 호스가 손상된 상태에서 압력이 가해지면 폭발 등 사고가 발생해 주변 작업자에게 심각한 부상을 입힐 수 있습니다. 이처럼 폭발로 인해 압력이 급격히 떨어질 경우, 기계 상태가 불안정해지면서 임직원 등에 위해를 가할 우려도 있습니다.
음향 카메라를 사용하면 공장 현장에서 누출을 신속하게 식별하고 수리함으로써 안전 위험을 줄이고 작업의 전반적인 안전을 개선할 수 있습니다.
이처럼 음향 카메라를 도입한 펄프 및 제지 공장은 에너지 효율성 증가, 생산성 향상, 비용 절감 및 안전성 향상 등의 효과를 기대할 수 있습니다. 음향 이미징 기술에 투자함으로써 공장은 환경에 미치는 영향과 운영 비용을 줄이는 동시에, 작업 역량과 안전을 최적화 할 수 있습니다.
음향 카메라를 활용하여 제지 공장에서 압축 공기가 누출되는 정확한 위치를 찾는 방법
스니퍼나 누출 스프레이 등 기존 방식과 달리, FLIR Si124 초음파 공기 누출 감지기는 유지보수 담당자가 훨씬 더 안전하고 빠르게 누출 검사를 실시할 수 있도록 도와주는 솔루션입니다. 첨단 기술 덕분에 멀리서도 압축 공기 누출을 정확하게 식별할 수 있어, 더 이상 누출이 의심되는 구역이나 중장비에 가까이 접근할 필요가 없고 직업 위험을 줄임으로써 보다 안전한 작업 환경을 확보할 수 있습니다.
124개의 마이크가 장착된 FLIR Si124는 AI 기반의 분석 기술을 사용하여 실시간으로 신속하고 정확한 누출 감지와 누출 규모 및 관련 비용을 추정해 사용자에게 제공합니다. Si124는 한 손으로도 충분히 조작할 수 있어, 건식 파이프 스프링클러 시스템이나 증기 시스템, 진공 시스템 등의 검사를 포함해 대부분의 유지보수 작업에 도입해 사용할 수 있다는 점도 큰 장점입니다. 더불어, 설비의 가동을 중단하지 않고도 넓은 구역을 검사할 수 있기 때문에 비용을 더욱 절약할 수 있습니다.
압축 공기 누출을 감지하는 FLIR Si124
FLIR Si124의 소프트웨어는 다른 음향 카메라와 차별화 된 성능을 자랑합니다. 더불어, FLIR Thermal Studio Suite 데스크톱 소프트웨어는 열화상 및 음향 이미징 정보를 하나의 보고서에 담아 냄으로써 펄프 및 제지 산업에 유용한 정보를 제공합니다. 이 2가지 소프트웨어는 유지보수 관련 의사 결정을 지원하는 동시에 사용법 또한 간단하기 때문에 복잡한 소프트웨어 교육 없이도 운용이 가능합니다
또한 무료 FLIR Acoustic Camera Viewer 클라우드 서비스를 사용하면 캡처한 이미지를 빠르게 업로드(Wi-Fi)하고 심층적으로 분석하여 예상 누출 비용 등 압축 공기 누출로 인한 결과를 손쉽게 정량화 할 수 있습니다. 이 기능 덕분에 시설의 유지보수를 담당하는 부서는 수리가 시급한 설비를 정하고 유지보수 관리자 입장에서는 팀이 회사의 수익에 미치는 영향을 쉽게 입증할 수 있습니다.
사용자의 편의성을 고려해 설계된 FLIR Si124는 최소한의 교육으로 사용이 가능한 제품입니다. 정기적으로 실시하는 유지보수 작업에 음향 카메라를 도입할 경우, 사용자는 전력 공급과 제조 작업을 중단하지 않고도 문제를 신속하게 식별할 수 있습니다.
음향 카메라 활용 관련 펄프 및 제지 공장 모범 사례
펄프 및 제지 공장에서 압축 공기 누출을 감지하는 음향 카메라의 효율성을 극대화하려면 권장 사용법을 참고하는 것이 매우 중요합니다. 권장 사용법은 다음과 같습니다.
정기적인 누출 감지 조사 실시
압축 공기 누출을 적시에 식별하고 고장 설비나 부품을 수리하려면 공장 현장에서 음향 영상 카메라를 사용하여 정기적인 누출 감지 검사를 실시해야 합니다. 이때, 검사의 빈도는 시설의 규모와 구성, 압축 공기 시스템의 노후화 정도에 따라 달라질 수 있습니다. 그러나 적시에 누출을 감지하고 수리할 수 있도록 최소 1년에 한 번 조사를 실시하는 것이 권장됩니다.
올바른 카메라 배치
압축 공기 누출을 감지하는 음향 카메라의 효과는 그 위치에 따라 영향을 받을 수 있습니다. 정확하고 신뢰할 수 있는 누출 감지를 보장하기 위해서는 음향 카메라를 파이프 연결부나 접근하기 어려운 구역 등 누출이 발생할 가능성이 가장 높은 장소에 배치해야 합니다.
펄프 및 제지 공장에서 공기 누출 감지를 위한 음향 카메라를 사용했을 때 기대 할 수 있는 효과 7가지
- 미세한 압축 공기 누출을 적시에 찾아 비용을 절약하고 운영 연속성과 균일한 수준의 품질을 보장합니다.
- 시간, 에너지 및 비용을 절감할 수 있도록 넓은 구역을 빠르게 스캔하고 중요한 문제를 정확하게 찾아냅니다.
- 최소한의 교육으로도 사용이 가능하고 기존 유지보수 사이클에 맞추어 손쉽게 사용할 수 있습니다.
- 머신 러닝 기반의 분석을 통해 유지 보수 및 수리 계획에 반영할 수 있는 실시간 결과 값 및 데이터를 제공합니다.
- 기존 검사 방식에 비해 약 10배 빠르게 검사를 완료할 수 있습니다.
- 고급 분석 기능은 누출의 소음 신호를 배경 소음과 분리하여 노이즈가 많은 환경에서도 공기 누출을 감지할 수 있습니다.
- 비접촉식 방식으로3m~130m 거리에서 작동하기 때문에 주요 설비의 작동을 중단하지 않고도 펄프 및 제지 공장을 효과적으로 유지보수 작업을 실시할 수 있습니다.
결론
압축 공기 누출은 펄프 및 제지 공장에서 에너지 낭비, 생산성 손실, 운영 비용 증가를 초래하는 원인이 될 수 있습니다. 음향 카메라를 사용해 누출을 감지하고 유지 보수를 실시할 경우, 상당한 비용 절감, 에너지 효율성 개선 및 안전성 제고 효과를 기대할 수 있습니다. 음향 카메라를 올바른 사용법에 따라 운용하는 펄프 및 제지 공장은 압축 공기 시스템의 효율을 끌어 올려, 작업 생산성과 수익성을 극대화할 수 있습니다.
음향 카메라 또는 활용 사례와 관련된 자세한 내용은 홈페이지 www.FLIRKOREA.com/si124 에서 확인하실 수 있습니다.
