펌프 성능 향상 방안 – 무선 기술을 적용한 펌프 모니터링

무선 기술은 펌프 설비에 대해 예측적 유지 보수 기술의 적용 비용을 감소시킴으로써, 시설 신뢰성 증가를 돕고, 생산 목표와 장비, 인력을 보호할 수 있습니다.

그림 1. 다수의 공정 산업에서 중요한 구성 요소인 펌프

펌프는 다수의 공정 산업에서 중요한 구성 요소입니다. 예를 들어, 일반적인 정유소는 원유 설비 공급부터 다운스트림 애플리케이션까지 다양한 기능을 제공하는 약 200대의 펌프를 항시 사용하고 있습니다. 하지만, 펌프의 중요성에도 불구하고, 많은 정유사에서는 잠재적 고장 징후에 대한 지속적인 모니터링은 소수의 펌프만을 대상으로 수행하는 것이 현실입니다. 펌프는 여러 가지 이유로 고장을 일으킬 수 있는데, 통상적인 기계 마모는 밀봉 및 베어링을 비롯한 여타 내부 부품의 오류를 야기할 수 있습니다. 또한, 공정 변수 변경은 펌프 성능에 영향을 미치거나 공동 현상에 손상을 초래하며, 펌프의 부정 혹은 불균형 설치 역시 다양한 문제를 유발하기도 합니다.

산업 추정치에 따르면, 펌프 고장은 최대 0.2 %의 생산 손실로 이어질 수 있고, 펌프 수리는 전체 유지 보수 예산의 최고 7 %에 달한다고 합니다. 최악의 경우, 중요한 펌프의 고장은 수익 손실을 비롯하여, 부정적인 여론, 기관 감사, 개선 비용 소요, 거액의 벌금 등을 초래하는 안전 및 환경 사고까지 수반할 수도 있습니다.

가동 수명을 연장하기 위해, 공정 산업에서는 일부 중요 펌프에 유조(oil reservoir)를 활용하여, 펌프 베어링 하우징(housing)을 통해 오일을 순환시킴으로써 베어링을 냉각 및 윤활하도록 합니다. 오일은 유조로 다시 돌아오게 되어 있는데, 정확한 레벨의 오일을 유지하는 것이 펌프의 성능에 대단히 중요합니다. 오일 레벨이 안전 한계 이하로 떨어질 경우, 베어링에 윤활유가 부족하게 되어 마모나 과열을 일으키고, 이는 통상 펌프 고장으로 이어지기 때문입니다.
윤활유 조 내부의 오일 레벨을 모니터링 하는 전통적인 방법은, 투시경이나 계량봉을 사용하여 수동으로 점검하는 것인데 운영자는 현장으로 나가 시간 소모적인 점검과 수동 업데이트 기록을 수행해야 합니다. 이러한 점검은 매일 이루어져야 하지만, 실제로는 주간, 심지어 월간으로 밖에는 수행되지 않습니다. 즉, 윤활유가 상당량 손실되었어도 알아차리지 못하다가, 펌프가 과열되거나 고장을 일으켰을 때 발견하고 만다는 의미입니다.

에머슨의 무선형 진동 포크 레벨 스위치

진동 포크 레벨 스위치, 지속적 보호 제공

현대의 레벨 계기는, 유조 레벨의 정확하고 안정적이며 지속적인 측정을 손쉽게 만듭니다. 운영자 수동 점검의 제거를 통해 시간과 비용은 절감되고, 작업자가 공정 조건에 노출 되지 않기 때문에 부상이나 사고 위험은 감소됩니다. 또한, 윤활유 레벨의 점검 및 기록 시 발생할 수 있는 인적 오류 역시 사라집니다.

진동 포크 레벨 스위치는 고/저 레벨 경보 애플리케이션에 대단히 이상적인 제품입니다. 이 스위치는 포크의 건습 여부에 따라 주파수가 변하는 조정 포크 원리로 작동하며, 다른 여러 레벨 스위치 기술과는 달리 마모나 고착될 수 있는 가동부가 없어 고장 발생률이 낮습니다. 그렇지만, 거리가 먼 원격 위치에 설치된 많은 펌프의 경우, 저 레벨 경보를 위해 기존의 유선 장치를 설치하려면, 까다롭고 값비싼 계기 배선 작업을 비롯하여, 관련 트렌칭(trenching: 배관 부설 용도 굴삭 작업), 도관 배치, 트레이(tray) 연결 등 다수의 작업 역시 필요했습니다.

무선 장치를 통한 모니터링

설치가 간편한 장치와 구성 설정이 손쉬운 하드웨어/소프트웨어를 갖춘 무선 기술은, 고도의 정확성 및 신뢰성을 기반으로 지속적인 저 레벨 모니터링을 제공하는데, 이는 펌프 베어링이 손상되기 이전에 낮은 오일 레벨 조건을 감지하는 것을 통해 심각한 사고 방지에 일조합니다. 최신형 무선 진동 포크 레벨 스위치의 경우, 내장형 진단 성능과 신속한 업데이트 속도를 갖추었기 때문에 다양한 중요 분야에서 이상적으로 사용될 수 있습니다.

예를 들어, 에머슨 Rosemount 2160 무선 레벨 스위치는 1초의 업데이트 속도를 제공하기 때문에, 액체 레벨이 빠르게 변경되는 이동 속도가 급속한 현장을 포함하여 광범위한 레벨 제어 애플리케이션까지 두루 적합합니다. 더불어, 본 제품은 포크 손상, 센서 파손, 포크 상 물질 축적, 포크의 과도한 부식과 같은 상태를 감지하는 강화된 진단 성능을 갖추고 있습니다. 무선 기술은 또한, 유선 관련 설치 활동에 대한 필요성 역시 제거합니다. 이에 부가해, 무선 기술이 제시하는 공장 시운전, 원격 구성 설정 및 진단, 단순한 준비 절차에 힘입어, 경험이 부족한 인력들도 무선 장치를 신속하고 손쉽게 시운전할 수 있습니다. 관련 연구에 따르면, 유선 솔루션의 설치 비용과 비교했을 때, 무선 기술은 30% 이상을 절감하는 비용 효과적인 솔루션을 제공한다고 합니다.

또한, 현장에 일단 설치된 무선 네트워크는 확장성을 갖습니다. 만일 시설이 확대되어 추가적인 레벨 측정 지점이 필요하다면, 지속적인 모니터링이나 특정 문제의 식별을 위한 임시 사용 목적으로 추가적인 무선 계기를 신속하게 설치할 수 있다는 뜻입니다.

무선 압력 트랜스미터, 공동 현상 방지 도모

사용자들이 무선 기술이 제공하는 새로운 기회를 모색함에 따라, 에머슨을 필두로 한 제조 업체들은 통합 무선 연결성을 갖춘 광범위한 장치를 제공하여 이에 대처하고 있습니다. 예를 들어, 펌프 모니터링 설비에 있어서, Rosemount 3051S와 같은 무선 압력 트랜스미터는 배출 압력의 변동을 검출하여, 공동 현상 및 임펠러(impeller) 손상을 방지하는데 사용이 가능합니다.

무선 온도 트랜스미터의 경우, 펌프 내부 부품 손상이나 밀봉 장애로 인한 펌프 온도 변화를 감지하도록 배치될 수 있습니다. 또한, 전자 센서 및 무선 진동 트랜스미터는, 펌프 고장을 야기하는 베어링 마모의 징후인 과도한 진동에 대한 조기 경고를 제공합니다.

이와 같이 향상된 유연성을 통해, 무선 네트워크의 적용 범위는 특별히 상대적으로 좁게 국지적으로 형성된 설비까지 확장되게 되었습니다. 대부분의 무선 게이트웨이는 일반적으로 최대 100 대의 장치까지 지원하고, 이는 다수의 시설에 있어서는 이상적인 성능이지만, 원격지에 위치한 소수의 장치까지 지원할 수 있는 비교적 소규모의 게이트웨이에 대한 필요성 역시 존재합니다. 이러한 요구에 대해, 에머슨은 새로운 Smart Wireless Gateway 1410(스마트 무선 게이트웨이)를 선보였습니다. 이는 설치가 용이한 소형 게이트웨이로, 소규모 네트워크(최대 25대의 장치)를 갖는 원격 현장에 사용되도록 설계되었지만, 안전하고 신뢰도 높은 운영 보장을 위해 요구되는 보안성과 진단 성능 역시 갖추고 있습니다.

Rosemount 진동 포크 스위치와 같이 소형 게이트웨이와 무선 계기를 결합한다면, 대규모 무선 네트워크가 필요하지 않은 원격 현장에서도 펌프 상태 모니터링이 가능해집니다.

펌프 상태 모니터링에 대한 에머슨의 통합 접근법

더욱 먼 현장 위치까지 모니터링 확장

현대적 계기는 펌프 설비에 대한 정확하고 안정적이며 지속적인 측정을 용이하게 만듭니다. 무선 기술은 까다롭거나 멀리 떨어진 현장까지 모니터링을 확장할 수 있도록 도모하며, 압력, 온도, 진동 트랜스미터를 포함한 추가적인 무선 장치를 네트워크에 손쉽게 추가될 수 있게 합니다. 소형 게이트웨이의 가용성은 상대적으로 규모가 작은 로컬 네트워크를 확립할 수 있는 편리한 방법을 제공하기 때문에, 무선 설비의 혜택을 보다 넓은 범위까지 확대한다고 하겠습니다.© [제공: 에머슨프로세스매니지먼트 www.emersonprocess.co.kr]

아이씨엔 2014년 10월호. news@icnweb.co.kr