탱크 수위 측정 및 누출 감지를 위한 새로운 스마트 열화상 솔루션
FLIR와 CleanConnect.ai의 합작으로 콜로라도에서 원격으로 탱크수위를 모니터링하고 가스누출을 감지
미국은 세계에서 석유와 가스 생산량이 가장 많은 국가이며, 그 중에서도 콜로라도 주는 미국 시장에서 가장 유명한 생산지입니다. 콜로라도의 새로운 규정은 배출 모니터링과 환경 보호에 대한 수준이 훨씬 높아졌고, 이로 인해 콜로라도의 석유 및 가스 생산업체는 연중 24시간 원격으로 탱크 수위를 모니터링하고 가스를 감지하기 위해 열화상과 인공지능을 이용하는 FLIR와 CleanConnect.ai의 스마트 솔루션으로 전환하고 있습니다.
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미국에서 현재 운영 중인 석유 및 가스 유정은 900,000개가 넘습니다. CleanConnect.ai에서는 미국과 캐나다의 석유/가스 관련 현장 중 약 10,000개가 3년 안에 자율 환경 규정 준수, 현장 운영, 예측 최적화를 위해 인공지능 (AI)을 이용해 원격으로 모니터링 및 관리하게 될 것으로 보고 있습니다. 새로운 환경 규정이 통과하면서, 콜로라도와 같은 주의 석유 및 가스 생산 업체는 배출량을 저감하기 위해 원격 탱크 수위 모니터링 및 광학 가스 이미징 (OGI)이 가능한 솔루션을 찾고 있습니다. FLIR Systems와 CleanConnect.ai 같은 기업은 이러한 기술을 추진해 온 선구자로서, 운영 효율을 높이고 규정을 충족하며 에너지 독립성을 지원하는 탱크 수위 측정 및 OGI 솔루션을 제공합니다.
새로운 규정 적용
탱크 수위 모니터링은 석유 및 가스 유정 패드에서 매우 중요한 작업으로, 유지보수팀은 탱크의 수위를 알아야 탱크가 넘치지 않는지 확인하거나 언제 탱크를 비워야 하는지 알 수 있습니다. 사용 분야에 따라서는 눈금 측정으로 탱크 유량을 계산하고 누적 (슬러지)이나 유화 현상을 만드는 물질 간 간섭을 파악할 수 있습니다.
운영자들은 기존에 “시프 해치 (thief hatch)” 개방과 관련한 탱크 유지관리에 유도파 레이더를 사용했습니다. 시프 해치를 개방하면 환경을 파괴하고 작업자의 안전에도 악영향을 미치는 휘발성 유기 화합물 (VOC)이 대량 배출됩니다. 콜로라도 주정부에서는 이러한 이유로, 콜로라도 규정 7에서 윤곽을 드러낸 석유 및 가스 배출을 통한 탄화수소 특정 관리와 함께 상원 법안 제 19-181호 (SB 19-181)를 통해 시프 해치 개방을 엄격히 금지하였습니다. 이러한 상황으로 인해, 탱크 수위 모니터링을 위한 비침습식 원격 조정 솔루션이 필요할 수밖에 없었습니다.
한편, 콜로라도 SB 19-181 규정은 실시간 가스 배출 모니터링 요건이기도 합니다. 현재, 많은 현장에서는 누출 검사와 기록을 하기 위해 30일마다 누출 감지 및 수리 (LDAR)팀을 고용하고 있습니다. 그러나 이러한 솔루션들은 대체로 노동 집약적인 것이 많고 시설에 따라서는 수백, 수천 개의 부품을 여러 지점을 이동하며 검사해야 하기 때문에 효율성이 떨어지는 편입니다.
운영자가 LDAR 팀을 10팀 이상 고용해 콜로라도 주에서만 운영한다고 해도, 43,000개 패드에서 연속적으로 가스 배출을 모니터링하는 것은 거의 불가능합니다. 그리하여 산업 규정을 준수하고 운영비를 낮추며 패드의 효율을 높이는 자율 솔루션을 찾게 되었습니다
혁신 솔루션을 위해 힘을 합치다
석유 및 가스 시장에서 환경법이 태동하던 시기, CleanConnect.ai는 석유 및 가스 운영자가 규정을 준수할 수 있도록 AI와 열화상을 이용하는 솔루션 개발을 시작하였습니다. 열화상 기술 제공자를 찾던 중 시장 선두주자인 FLIR Systems을 만나게 되어 2020년 1월에는 혁신 솔루션을 위한 협력 단계에 이르게 되었습니다.
CleanConnect.ai COO이자 공동설립자인 David Conley씨는 “FLIR는 처음부터 대단했습니다”라고 전하며, “FLIR는 석유 및 가스 시장에서 다년간의 OGI 경험을 보유하고 있으며 우리의 비전도 잘 이해하고 있었습니다. FLIR는 최신 규정에 준비 태세를 갖추었고 프로젝트를 성공시키려는 열망도 컸습니다”라고 덧붙였습니다.
OGI 카메라는 눈에 보이는 연기 구름으로 가스 누출을 보여주기 때문에 안전거리에서 원격으로 가스 누출을 감지할 수 있습니다. 위와 같이 컬러나 흑백으로 확인할 수 있습니다.
FLIR는 지난 10여 년 간, 다양한 종류의 가스 누출을 시각적으로 보여주는 적외선 가스 감지 카메라 개발을 선도해 왔습니다. 유지보수팀은 입증된 고정식 및 팬/틸트/줌 (PTZ) 열화상 솔루션을 통해 탱크 수위를 측정하고 가스 누출 가능성을 식별하며 자산도 모니터링할 수 있습니다. FLIR 열화상 카메라는 분석에 최적화된 동시에 누출 감지라는 필수 요건도 충족할 수 있는 탁월한 열화상 품질을 제공합니다.
석유 가스 산업 FLIR 솔루션 글로벌 디렉터 Craig O’Neill씨는 “FLIR가 FLIR GasFindIR 카메라를 통해 2005년 광학 가스 이미징을 도입한 이래, 전세계 업계 선두주자와 협력하여 운영자의 요구에 꼭 맞는 가스 감지 솔루션을 제공하고 있습니다. 이번 CleanConnect.ai와의 협력으로 인해 FLIR는 석유 및 가스 업계 주자가 시스템에 가스를 보관하여 비용은 절약하고 환경은 개선할 수 있도록 지원할 수 있게 되었습니다”라고 전했습니다.
콜로라도 베르투에 위치한 CleanConnect.ai는 석유 및 가스 산업을 보호하는 한편, 환경 보호에 기여하겠다는 취지로 설립되었습니다. 고성능 인공지능 소프트웨어를 제공하는 CleanConnect.ai의 기술은 석유 및 가스 생산 업체가 추가 인력을 고용하지 않고도 수익을 높이고 패드 현장의 규정을 준수하는 데 일조합니다.
스마트 솔루션 얼리 어뎁터
석유 및 가스 생산업체가 콜로라도의 SB 19-181 표준을 충족하지 못할 경우, 막대한 벌금, 사업장 폐쇄, 환경 위험, 작업자 부상 같은 사태에 직면할 수 있습니다. CleanConnect.ai가 FLIR와 CleanConnect.ai의 통합 솔루션을 가지고 고객에게 접근하자, 고객들은 솔루션 구현을 열망했습니다. 2020 년 여름, CleanConnect.ai는 3개 현장에 이러한 첨단 기술을 설치하였으며, 설치는 각 패드마다 단 이틀밖에 소요되지 않았습니다. 현장 크기는 각 1~5 에이커이며, FLIR와 CleanConnect.ai의 솔루션을 사용하여 생산 장비 탱크, 압축기, 가스 리프트 시설, 등가 순환 밀도, 플레어를 포함한 자산을 모니터링합니다.
이에 대해 Conley씨는 “아무 IIoT 장치에서나 데이터를 생성, 관리, 배포할 수 있는 플랫폼에 전체 CleanConnect.ai 시스템을 구축하여 운영에 대한 실시간 실행 가능 데이터를 제공했습니다”라고 설명했습니다.
CleanConnect.ai의 고객은 스마트 솔루션의 얼리 어답터 중 일부로, 이를 통해 자율 운영에 한 걸음 더 가까워졌습니다. 이러한 석유 및 가스 생산업체는 콜로라도 전역뿐 아니라, 미국 전역에서 다른 석유 및 가스 고객의 귀감이 되는 모델 역할도 합니다.
솔루션 작동 방식
이러한 패드에서의 광학 가스 이미징을 위해, CleanConnect.ai의 인공지능 소프트웨어와 함께 FLIR G300a 카메라가 설치되었습니다. 대부분의 가스는 전문 기술을 통해 육안으로 확인할 수 있습니다. FLIR는 시스템 가동을 중단할 필요 없이, 메탄, 육풀루오르화황, 수백 가지 다른 산업용 가스를 신속 정확하고 안전하게 감지하는데 도움을 주는 다양한 OGI 카메라를 생산합니다. FLIR의 OGI 카메라를 사용하면 작업자가 접촉식 측정 도구만으로는 접근하기 어려운 광범위한 장비 및 조사 영역을 빠르게 스캔할 수 있으며, OGI 카메라는 눈에 보이는 연기 구름으로 가스 누출을 보여주기 때문에 안전거리에서 원격으로 가스 누출을 감지할 수 있습니다.
FLIR G300a 카메라가 팬-틸트 장치에 설치되어 있기 때문에, 유지보수 담당자는 광학 가스 이미징 기술로 전체 자산을 감시할 수 있습니다. 감지 시스템은 몇 분 간격으로 전체 패드를 스캔하여 이상이 없는지 모니터링하고, CleanConnect.ai의 소프트웨어는 카메라에서 미가공 데이터를 수집하고 기계 학습 알고리즘을 통해 데이터를 처리하여 VOC 누출 상태를 식별합니다. 사용자의 감독통제 및 데이터 수집 (SCADA) 시스템에 솔루션이 직접 연결되어 있기 때문에, 누출 확인 후 10분 안에 운영자에게 누출 위치와 심각도에 대한 정보가 제공됩니다.
FLIR G300a 카메라가 팬-틸트 장치에 설치되어 있기 때문에, 유지보수 담당자는 광학 가스 이미징 기술로 전체 자산을 감시할 수 있습니다.
탱크 수위 모니터링의 경우, 패드에 설치한 FLIR Elara™ FB-시리즈 0가 미가공 열화상 데이터를 제공하면 CleanConnect.ai 소프트웨어에서 이러한 데이터를 분석합니다. FLIR와 CleanConnect.ai 의 기술이 결합된 솔루션은 탱크 외벽 사이의 열 변화를 관측하여 탱크 수위를 측정할 수 있으며 각 탱크마다 “수위 %” 판독값을 제공하며, 이러한 탱크 수위 원격 측정 데이터를 SCADA 시스템으로 직접 전송해 운영자에게 시의적절하게 데이터 기반 경보를 보낼 수 있습니다.
결과
Conley씨는 “FLIR와 CleanConnect.ai 솔루션은 운영자에게 부과될 가능성이 있는 수백만 달러의 잠재적인 벌금을 절약하고 경쟁 솔루션과 관련된 잘못된 감지를 근절합니다. 지속적인 VOC 배출 모니터링 기능을 통해 운영자는 수많은 지표로 이득을 볼 수 있으며 환경 피해를 방지하고 업계에 대한 대중 인식도 변화시킵니다"라고 말했습니다.
이런 자율 솔루션은 필요 인력이 훨씬 적어 운영자가 차지하는 공간을 줄이고 결과적으로 운영 비용을 낮춰줍니다. 아울러, 이 시스템은 LDAR 팀에서 사용하는 현행 산업 표준 EPA Method 21 AWP와 Quad Oa (EPA 40 CFR Part 60, Subpart OOOOa) 사양을 완벽히 충족하도록 설계되었습니다.
시프 해치를 개방하면 환경을 파괴하고 작업자의 안전에도 악영향을 미치는 휘발성 유기 화합물 (VOC)이 대량 배출됩니다.
FLIR 와 CleanConnect.ai 솔루션은 운영자가 시프 해치를 개방하지 않고도 유도파 레이더 수준의 정확성을 보여주며, 이로써 수천 미터 톤에 달하는 VOC 가스 배출을 방지할 수 있습니다. FLIR와 CleanConnect.ai 시스템의 자율성은 작업장 안전과 복지 기능을 향상시킵니다. 또한, 원격 모니터링을 통해 고위험 관행을 근절하여 유지보수팀이 더 이상 유해 가스에 물리적으로 노출되지 않도록 합니다. 그 결과, 효율성, 공공 안전, 환경 보건을 개선하는 동시에 안심하고 작업할 수 있도록 도와줍니다.
광학 가스 이미징 카메라나 샘플 활용에 대한 자세한 정보는 이곳에서 확인할 수 있습니다.
