본질적으로 안전한 GFx320을 이용해 폭발성 대기에서 모래 분리기 레벨을 측정

수압 파쇄 (“프래킹”)를 하는 동안, 일부 공정에서 모래를 주입해 오일가스정을 계속 유지합니다. 프래킹 이후 이 오일가스정을 되돌릴 때 모래 일부가 지면과 분리기로 다시 내뿜습니다. 분리기는 지면에 자리하여 내부 연관의 열을 이용해 오일, 가스 물을 분리합니다. 가스는 사이펀으로 옮겨져 판매 계량기에 모인 후 결국 가정과 기업에 공급됩니다. 오일과 물은 현장 탱크에 모였다가 결국 탱커를 통해 운반됩니다. 불필요한 부산물, 파라핀, 모래는 분리기 탱크나 용기에 쌓이는데, 이것을 제거해야 분리기의 연관에 돌이킬 수 없는 손상을 막을 수 있습니다. 모래가 플랜지 없는 분리의 연관을 부수면, 전체 용기를 바꾸는 것이 유일한 방법입니다. Noble Energy 에서는 플랜지 없는 분리기가 대부분입니다. 연관을 수리하거나 교체하는 것은 새로 나온 더 값비싼 플랜지 있는 분리기에서만 가능합니다.

비용이 많이 드는 위험한 고장

“이 분리기들 각각이 평균 약$100,000이다.”라고 Noble Energy의 Doug Hess는 말합니다. “모래가 쌓여 그 가열 구성요소에 자리잡게 되면 결국 그 가열 구성요소를 함몰 시켜 분리기 자체에 재난적 고장을 일으킬 수 있다. 이것은 두 가지 결과를 낼 수 있는데, 둘 다 매우 안 좋다. 하나는 가스, 오일, 물이 분리기 밖으로 누출되는 것이다. 두 번째는 그것이 화재를 일으킬 수 있다는 것이다.” 모래 트랩과 다른 여과 장치는 모래를 분리기에서 빼내는데 별 효과가 없었습니다. 모래를 빼낼 수 없으면 제거해야 합니다. 모래와 파라핀은 오일, 가스, 물보다 차갑습니다. 그래서 Noble Energy 엔지니어들은 처음에 온도 차이가 느껴지도록 각 용기의 배 부분을 각각 문질렀습니다. 신뢰성이 떨어지는 이 방식은 모래에 손상된 탱크를 찾아내지 못하게 만들어 긍정 오류(false positive)을 내놓도록 만들었고 모래 제거 유지관리 인력이 불필요하게 호출되었습니다.

노동력을 요하는 모래 제거

파라핀을 제거하는 것은 분리기를 가열하여 억제 화학물질로 처리하기만 하면 되지만, 모래 제거는 전혀 다른 문제입니다. 분리기를 완전히 정지시켜야 하고 두 명의 인력 중 한 명은 호스를 가동하고 다른 한 명은 진공 트럭을 가동해야 합니다. 이것은 노동력이 필요한 공정으로, 불필요하게 실시할 경우 생산성과 인시(man-hours) 손실을 낳습니다. 모래 축적 때문에 돈을 들여 분리기를 교체하는 문제를 해결하고 분리기의 예방 정비 계획의 효율을 개선하기 위해, Noble Energy는 본질적으로 안전한 광학 가스 화상 (OGI) 카메라, 즉 FLIR GFx320을 이용한 모래 측량 방식을 고안해냈습니다.

해결책

Noble Energy는 이미 FLIR 광학 가스 화상 (OGI) 카메라를 누출탐지수리 (LDAR, leak detection and repair) 프로그램에 사용하고 있었습니다. 이들은 콜라라도 법 7 (Colorado Regulation 7) – 오존 전구체를 통한 오존 관리와 오일 및 배출을 통한 탄화수소 관리 –을 준수하기 위해 이 카메라에 투자했습니다. 30,000 건 이상의 누출을 탐지해본 엔지니어들은 이미 그 카메라 사용법에 익숙했습니다. 결국 해당 팀은 눈에 보이지 않는 가스 누출을 탐지하는데 썼던 같은 기술을 분리기의 예방 정비 프로그램에도 이용할 수 있음을 깨달았습니다. “이 카메라는 열화상 기술을 이용하고 있는데, 이것은 분리기의 두꺼운 금속 벽 너머에 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지 알아낼 수 있을 만큼 충분히 강력하다. 오일은 뜨겁고 모래는 차갑다는 온도 차이를 이용해 우리는 분리기 내에 쌓인 것이 있는지를 알아낼 수 있다.”라고 Hess는 말합니다.

Noble Engergy 모래 계측 방식

단 몇 분이면 각 탱크의 온도 설정 값을 수집할 수 있습니다. 열화상 이미지의 레인보우 팔레트는 온도에 따라 구체적인 색상 변화를 보여줍니다(그림 A 와 B 참고). “높은 대비의 레인보우는 최상의 온도 차이를 알려주는 것으로, 엔지니어들은 이 범위를 좋아한다.”라고 Noble Energy에서 모래 계측 방식 개발을 담당하고 있는 엔지니어, Landon Hawkins는 말합니다. 각 분리기마다 Hawkins는 먼저 GFx320 중 하나를 모노포드 위에 안정시킵니다. 그는 분리기 탱크 면들을 볼 수 있도록 설정을 하고 수동 모드로 설정을 바꿔 설정 값을 정합니다. 분리기의 유조는 화씨 90° ~ 100° (섭씨 32° ~ 37.7°)를 맴돕니다. 모래 더미는 주변 온도와 거의 동일하게 일치합니다. 주변온도가 60°F (15.5°C)라면, 오일 바스와 모래 더미 사이에 30°F ~ 40°F (-1°C ~ 4.4°C)의 델타 값이 존재하는 것입니다. 모래는 보통 용기 바닥에 쌓이고 파라핀은 들쭉날쭉 용기 중간에 쌓입니다. 파라핀은 용기 측면에 들러붙지만 모래는 그렇지 않습니다. 분리기를 각각 추적하기 위해 Hawkins는 각 분리기의 일련번호를 바탕으로 모니터링 프로그램을 만들었습니다. 모래 더미가 탐지되면, 그 분리기를 모니터링 프로그램에 넣습니다. 새로 파쇄한 오일가스정의 분리기는 면밀히 관찰됩니다. 처음 프랙킹 한 후 모래가 가장 많이 내뿜어지기 때문입니다.

본질적 안전은 절대적으로 중요

모니터링 프로그램의 분리기들에 대해, Noble Energy는 매월 이미지들을 비교하며 모래가 얼마나 빨리 쌓이고 있는지, 그것을 언제 치워야 하는지를 판독합니다. 이 프로그램이 제대로 가동되기 위해서는 두 가지 핵심 요소가 있습니다. 먼저, 분리기 근처의 화재 위험 때문에 카메라는 본질적으로 안전해야 합니다. 본질적으로 안전한 카메라는 발화하지 않을 온도로 에너지 (전기 및 열)를 제어하여 단락이나 고장이 스파크를 일으키지 않게끔 설계돼 있습니다. 이것은 폭발성 대기에서 매우 중요한 요소입니다. 본질적으로 안전한 GFx320 은 Hawkins와 그의 팀이 분리기 각각에 가까이 다가가 여러 각도를 포착하며 분리기 표면을 가열할 수 있는 태양광으로 인한 눈부심 현상을 피할 수 있도록 해줍니다. Hawkins에 따르면, “본질적으로 안전한 카메라를 사용하기 전에는 탱크 앞에서만 사진을 찍을 수 있었다. 분리기들이 서로 바짝 붙어 있어 다섯 걸음 내에 들어갈 수가 없었기 때문이다.”

항공 사진에서도 분명하게 나타나듯이, 바짝 붙어 있는 분리기들이 각 용기로의 접근을 제한하고 있습니다. “본질적으로 안전한 카메라 덕분에 이 프로그램 가동이 천지 차이가 되었다.”라고 Hess는 말합니다. “전에는 가지 못했던 장소와 갈라진 틈 같은 곳까지 들어갈 수 있게 되었다.” 둘째, 그 이미지들이 비슷해 보여야 합니다. 즉, 같은 카메라 조작자가 이미지를 찍고 조정하고, 처리해야 한다는 뜻입니다. “추세를 알아보기 위해 비슷하게 사진을 찍으려 노력하고 있다. 그러면 다른 이미지들과 그것을 비교했을 때 차이를 알아보기 쉽다. 여러 사람에게 판독값을 모으게 하면, 서로의 시각 차이 때문에 다른 사진이 나오게 된다.”라고 Hawkins는 말합니다. Hawkins나 그의 방식을 훈련 받은 누군가가 2017년에 7,000 개 이상의 분리기를 평가했습니다. Hess에 따르면: “Landon은 자기가 개발한 방식을 다른 이들에게 훈련시켰다. Landon은 전체 프로그램의 선봉장이다.” 분석된 7,000 개 이상 분리기 중에서 300 개는 모래 제거를 위해 사용이 중단되었습니다.

100%의 정확성

Hawkins와 그의 팀은 두 대의 본질적으로 안전한 FLIR GFx320 적외선 카메라를 이용해 분리기에 대한 Noble Energy의 예방 정비 프로그램을 최적화했습니다. 카메라 경험이 이 프로그램의 성공에 중요하지만, Hawkins는 다른 엔지니어들도 배우기 쉽게 하기 위해 그의 방식을 계속 개선하고 있습니다. 이 모니터링 프로그램은 약한 연관을 위험하게 하기에 충분한 모래 더미와 300 개 탱크를 1 년도 안돼 찾아냄으로써 이미 그 값을 다했습니다. 이를 제거하지 않았으면 300개 모두 고장 났을지 누구도 알 수 없습니다. GFx320 를 이용한 모니터링이 단 한 건의 고장만 예방했더라도, 분리기 교체 비용 $100,000을 번 것이며, 정비 팀의 인시 낭비를 막은 것입니다. 그 증거가 모래입니다. “정비 팀과 협력해 모래 제거 작업을 했는데, 그들이 말하길 지금까지 100% 정확했다고 한다. 그의 방식으로 모래를 제거할 대상으로 확인된 분리기들 모두 실제로 상당한 모래 축적이 있었다.”라고 Hess는 말합니다.