광학 가스 누출 탐지를 사용한 HFC 감지로 안전과 효율성을 높이는 동시에 배출감소 가능
작성자: Craig O’Neill,Teledyne FLIR
및 Ryan A. Cochran, Chemours Company
석유 및 가스 산업은 광학 가스 누설 감지(OGI) 카메라를 사용하여 작업자 안전과 공장 효율성을 개선하고 배출을 줄임으로써 큰 혜택을 얻었지만, 유사한 이점을 제공함에도 불구하고 석유화학 산업에서는 아직 이와 비슷한 기반을 확보하지 못했습니다. 기존 가스 감지 방법에 편안함을 가지고 OGI 카메라의 전체 기능에 익숙하지 못한 상황이 종종 후자의 구현을 가로막는 장벽 같은 역할을 합니다. 그러나 현재 미국 환경보호국(EPA) 및 기타 글로벌 규제 당국의 감시가 강화되고 있는 상용 HFC(hydrofluorocarbon) 가스 배출로 인해 HFC 생산업체와 산업 HFC 사용자는 프로세스와 장비의 기계적 무결성을 보장하기 위해 새로운 신흥 기술을 배치해야 할 필요성이 커지고 있습니다.
잘 준비된 많은 기업들은 이미 환경, 사회 및 거버넌스(ESG) 프로그램을 통해 지속 가능성을 추진하고 있는데, 여기에는 배출 감소와 관련된 이니셔티브도 포함됩니다. 그러나, 푸리에 변환 적외선(FTIR)을 이용한 주변 공기 모니터링을 지속적으로 사용하고 휴대용 누출 감지기로 보완하는 것은 보다 포괄적인 산업 모니터링이 필요한 부분적 솔루션일 뿐이며, 규제 당국이 최첨단 계측장비를 직접 사용함에 따라 특히 그렇습니다.
이와 같은 현재의 누출 감지 시스템에는 산업 종사자가 이해해야 하는 여러 가지 제약이 있습니다. 주문형 포인트 누출 감지는 일반적으로 정기 유지보수 중에 또는 가스 누출 가능성으로 인해 FTIR 주변 모니터 알람이 트리거될 때 발생합니다. 그런 다음 적절한 개인 보호 장비(PPE)를 갖춘 생산 작업자를 휴대용 냉매 누출 감지기(독성 증기 분석기, 유기 증기 분석기 또는 “스니퍼”라고도 함)를 사용하여 누출원 가까이에 배치하여 유무를 확인해야 합니다.
그림 1: GF304 OGI 카메라를 사용하여 압력 게이지 피팅에서 식별된 누출의 경우, 누출을 육안으로 확인한 결과 원래 생각했던 바와 같이 수동 증기 밸브에서 비롯된 것이 아니었습니다.
휴대용 증기 분석기는 누출과 관련된 문제를 수리하거나 파악할 때 누출되고 있는 부품을 정확하게 식별하지 못할 수 있습니다. 또한 배출원은 접근하기 어려운 위치에 있을 수 있기 때문에, 휴대형 검출기로 누출 확인을 하기가 어려워지거나 불가능할 수 있습니다.
OGI 카메라는 안전 거리에서 누출을 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 방법으로는 발견되지 않을 위치 또는 용량의 누출을 식별할 수 있습니다. 이러한 카메라는 정확히 동일한 위치에서 샘플링할 때에도 환경 조건에 따라 판독값이 분단위로 달라질 수 있는 증기 분석기와 비교할 때 가시적인 배출 확인을 제공합니다. 보다 정밀하고 안전한 냉매 누출 감지에 대한 업계의 요구를 충족하는 Teledyne FLIR는 찾기 어려운 누출을 정확히 찾아내는 것부터 단일 장치로 다양한 가스를 식별하는 것까지 다양한 사용 시나리오를 충족하는 OGI 카메라를 제공합니다.
그림 2: FLIR GF304 냉각형 OGI 카메라(L) 및 GF77 비냉각형 OGI 카메라(R)가 HFC 누출 부품을 식별하는 데 사용됩니다.
FLIR GF304 는 업계에서 유일하게 냉각형 OGI 카메라로, 불화탄소를 감지하는 용도 전용으로 알려져 있습니다. GF304 는 원거리에서 냉매 누출을 정확하게 시각화하는 것 외에도 온도를 정확하게 측정하여 온도 차이를 기록하고 시각적 대비를 개선하여 가스 배관을 더 잘 감지할 수 있습니다(그림 2).
FLIR GF320은 천연가스 생산 및 사용에서 발생하는 탄화수소 및 휘발성 유기화합물(VOC) 배출을 탐지합니다. 이 광학 가스 누출 감지 카메라를 사용하면 검사자가 수천 개의 구성품을 확인하고 실시간으로 잠재적 가스 누출을 확인할 수 있습니다. 가벼운 무게의 GF320은 뷰파인더와 LCD 모니터를 모두 사용할 수 있으며 제어 장치에 직접 액세스할 수 있습니다. 내장된 GPS 데이터를 통해 결함 및 누출의 정확한 위치를 식별할 수 있어 빠른 수리가 가능합니다.
FLIR GF77 은 불화탄소, 메탄, 헥사플루오라이드 황(SF6) 및 기타 가스 배출을 감지할 수 있는 교체 가능한 렌즈 옵션을 갖춘 비냉각형 OGI 카메라입니다. GF77은 HFC 중심 GF304 만큼 정확하지는 않지만 다양한 유형의 가스 누출을 감지하는 사용자에게 저렴한 유틸리티를 제공합니다(그림 2).
석유화학 산업 리더, 새로운 감지 기술 채택
반도체 제조 및 청정 에너지와 같은 주요 응용 분야는 물론 자동차, 콜드 체인 및 에어컨을 위한 열 관리 솔루션을 위한 고급 재료 제조업체인 Chemours는 OGI 기술을 사용하여 주문형 현장 조사를 제공하는 유럽의 제3자에 의해 OGI 기술에 도입되었습니다. 2019년에 Chemours는 OGI를 기계적 무결성 및 신뢰성 프로그램의 구성요소로 채택하고 최초의 카메라 세트인 불화탄소 가스 감지용 GF304와 천연 가스 누출 감지용 GF320을 구매했습니다.
그림 3: FLIR GF304 OGI 카메라가 장착된 파이프 브리지에서 오버헤드 누출이 발견되었습니다. 이 누출은 기존의 누출 감지 기술을 사용해서는 식별되지 않았을 것입니다.
유럽의 OGI 기술 채택의 성공을 기반으로 Chemours는 2021년 초에 미국 현장에서 카메라 작업을 시작했습니다. 누출 감지 기능을 강화하기를 원했던 Chemours는 주요 제조 시설에서 FLIR GF304의 시연을 조직했습니다. 벤더가 현장의 프로세스 분석기 스탭 엔지니어인 Ryan Cochran에게 카메라를 배치하기 전에 한 시간 분량의 프레젠테이션을 진행하는 자리에 현장 전체에서 기술 직원이 모였습니다.
사용 첫날 동안, OGI 기술은 이전에는 불가능했던 유지보수 및 검사 기회를 정확하게 찾아 그 가치를 입증했습니다. 이와 같은 초기의 긍정적인 체험, 그리고 같은 수준의 생산성을 보인 그 이후 며칠의 모니터링을 통해, 기술과 카메라 투자 대비 효과에 대한 인정을 받을 수 있었습니다. 시연의 성공을 바탕으로 공장 관리자는 해당 현장에서 첫 번째 카메라에 대한 구매 요청을 승인했으며 GF304는 2021년 4월부터 사용되고 있습니다.
Cochran은 OGI 기술에 대한 예리한 관심을 키웠으며, 해당 업무 분야에서 Chemours의 주제 전문가가 되었습니다. 그는 현장 운영자에게 프로세스 장비를 검사 및 유지보수하고 주문형 유지보수 표시 발생에 대응할 수 있는 최상의 도구를 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다. OGI는 운영자에게 오탐지가 적고 우려되는 영역의 위치를 보다 정확하게 확인하는 것 등 차별화되고 입증된 이점을 제공합니다.
그림 4: 정상 모드(상단)와 고감도 모드 또는 HSM(하단)을 통한 동일한 누출 비교. 적절한 교육과 HSM 기능을 접목해, OGI 사용자는 더 적은 누출을 더 쉽게 검사할 수 있습니다.
그 후 Cochran은 다른 현장에서 OGI 카메라의 기능을 시연하는 업무를 맡았습니다. 그는 실제 사용 사례를 추가 제품 정보와 결합하여 Chemours의 기업 기기 안정성 네트워크 그룹(즉, 일부 회사의 혁신 부서라고도 하는 신기술을 평가하는 조직간 팀)과 공유했습니다.
몇 가지 유형의 누출이 그의 Chemours 동료들에게 OGI를 소개하는 데 사용된 교육 사례 중 하나였습니다.
- 파이프 브리지 누출, 즉 이 “불확실한” 핀홀 크기의 누출은 주기적인 셧다운 유지보수 활동 중에 완제품을 저장 탱크로 이송하는 배관(연결 지점이 아님)에서 발견되었습니다. 주변 공기 테스터 또는 휴대형 분석기( 그림 3)를 사용했다면 누출이 발견되지 않았을 것입니다. 발견과 후속 수리로 안전 위험, 규정 위반 배출, 직접적인 이익 손실을 제거했습니다. OGI의 이점 중 하나는 현장 전반의 유지보수 종료 후 기계적 무결성을 신속하게 검증할 수 있다는 것입니다. 카메라의 감도, 정밀도 및 휴대성은 매우 효율적으로 일련의 검사를 할 수 있게 해 주며 시간을 크게 절약합니다.
- 트럭 적재 누출, 즉 제품 운반을 위해 호스를 트럭에 연결할 때 생기는 누출은 일반적으로 식별되거나 측정되지 않으므로, 회사가 생산할 수 있는 제품의 양과 실제로 적재 및 선적되는 제품의 양 사이에서 막대한 손실을 초래합니다. OGI 카메라는 조직이 적재하는 동안 작업자 안전을 개선하는 동시에 제품 손실을 더 잘 파악하고 ROI( 투자 수익률)를 높일 수 있도록 지원합니다.
- 잘못 기록된 누출, 즉 휴대형 분석기로 확인된 누출은 OGI 카메라로 확인해야 했습니다. 카메라 운영자는 휴대형 분석기가 누출 위치를 잘못 진단했다고 판단했습니다. 누출에 잘못된 태그를 부착했다면 5,000달러 이상의 비용이 드는 수리가 실행되어 트레일러를 비우고 잘못된 부품을 불필요하게 교체하게 되었을 것입니다. OGI를 사용했기 때문에, 누출에 올바르게 태그를 부착하고 올바른 부품을 교체하여 트레일러를 비울 필요가 없고 더 안전한 작업 조건을 보장할 수 있었습니다.
Cochran은 GF304와 GF77을 모두 사용하여 여러 Chemours 현장을 방문했다고 말했습니다. 각 위치에서 그는 공장 관리자에게 카메라를 소개하고, 몇 가지 기초적인 교육을 제공했으며, 장치의 기능을 보여주며 스스로 생각해 보도록 했습니다. OGI 카메라의 효과를 증명하면 현지 기계 무결성 팀이 신속하게 채택할 수 있습니다.
교육의 보급과 기술 사용의 일관성을 유지하기 위해 현장 OGI 책임자를 확인합니다. 이 현지 자원은 Cochran과 긴밀히 협력하여 OGI를 현장 전반에 걸쳐 표준화된 글로벌 프로그램으로 유지합니다. 또한 4~6명의 내부 기술자로 구성된 팀이 누출 방지를 주시하면서 계획된 유지보수에 카메라를 사용하는 것으로 확인되었습니다. 이러한 접근 방식과 팀의 구조를 통해 선제적이고 시기 적절한 역량으로 기계적 무결성, 신뢰성, 누출 감지 및 수리 프로그램을 향상시켜 줍니다.
교대조당 여러 명의 작업자가 GF77 사용 교육을 받았기 때문에, FTIR 경보로 인해 일반적인 위치가 알려진 누출을 찾는 보다 효과적인 수단을 제공받을 수 있었습니다. OGI는 그 조사에 확신을 주는 반면에, 휴대형 분석기를 사용하면 더 많은 시간이 필요할 수 있으며 여전히 국소적인 누출원을 얻을 수 없습니다. 또한 GF77은 천연 가스 누출(예: 현장 용광로)을 찾을 수 있는 유틸리티를 제공합니다.
최종 결론
OGI 카메라는 석유화학 산업에서 기업 누출 감지 도구에 강력한 추가 기능을 제공하지만, 효과적인 사용을 위해서는 적절한 교육이 필요합니다. 누출 뒤의 주변 공기 온도와 측정 각도부터 적용된 색상 팔레트 및 측정 거리에 이르기까지 다양한 변수가 측정에 영향을 줄 수 있습니다. 궁극적으로, 경험은 최고의 선생님입니다. 그러나 OGI 카메라 투자로 얻을 수 있는 보상은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 예방적 유지보수, 사전 검사 및 수리 검증에 대한 확신을 제공하여 작업자 안전을 개선합니다. 또한 제조 조직은 기업 ESG 목표를 달성할 수 있음을 확신할 수 있습니다.
