세계 최대 규모의 석유 가공 플랜트의 성공적인 제어 시스템 전환

Majed Al-Khali

사우디 아람코, 아브카이크 플랜트 시설 제어 시스템 엔지니어

20개가 넘는 장소에서 수행된 업그레이드

325개 제어기 / 105개 워크스테이션 / 42개 네트워크 장치

하루에 700만 배럴 이상의 생산 능력을 갖춘 사우디 국영기업 사우디 아람코(Saudi Aramco Company)의 아브카이크(Abqaiq) 플랜트는 세계 최대 규모의 석유 가공 및 원유 안정화 시설로 구성되어 있다.

아브카이크는 Arabian Extra Light(AXL) 및 Arabian Light(AL) 원유를 위한 주 석유 가공 센터로 사우디 아람코의 일일 가공 활동을 위한 천연가스액체(NGL)을 부산물로 생산한다. 석유 및 가스 플랜트 모두를 지원하기 위해서, 아브카이크 플랜트는 자체적인 전력, 증기, 계기용 공기 및 물을 생산하고 있다.

이런 규모의 복잡성을 고려할 때, 우발적인가동중단은 큰 생산 손실로 이어질 수 있으며 회사에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 2008년, 아브카이크 플랜트 팀은 잠재적인 문제가 곧 생겨날 것이라는 사실을 인지했다. 플랜트의 기존 자동화 시스템에는 분산 제어 시스템(DCS) 제어기와 비상 정지(ESD) 프로세서 및 카드가 노후화되고 있었다. 더욱이 이런 시스템에는 더 이상 기술적인 지원이 가능하지 않았다.

일정한 조사 후, 플랜트의 자동화 시스템에는 업그레이드 및 마이그레이션 전환이 필요하다는 결정이 내려졌다. Abquiq 플랜트 팀은 기존 에머슨 Provox DCS, Triplex Regent ESD 시스템, 버너 관리 시스템을 에머슨의 DeltaV DCS, SIS & BMS로 업그레이드하는 프로세스를 계획하기 시작했다.

팀은 2015년 11월을 완공 목표 시점으로 정하고 2011년 10월 프로젝트를 시작했다. 보통 이런 규모의 가공플랜트에서는 목표한 예산과 일정을 맞추기 힘들다. 하지만 프로젝트 팀은 예상 일정보다 2개월 빠른 2015년 9월에 프로젝트를 완료했다.

가동 유지(hot cutover)를 위한 대규모 복합 계획

아브카이크 플랜트 단지는 석유, NGL 및 유틸리티의 세 가지부서로 이루어져 있다. 그렇기 때문에 에아브카이크 플랜트는 북부(북부 석유플랜트), 남부(남부 석유 및 NGL 플랜트) 및 UCR(유틸리티 플랜트)의 세 제어실에서 운영된다. 이 세 제어실은 플랜트 프로세스의 모니터링과 제어를 위해 플랜트 전체에 걸쳐 여러 프로세스 인터페이스 건물(PIB)과 상호연결 되어 있다. 제어실과 PIB는 모든 아브카이크 운영의 핵심이라고 할 수 있으며 다수의 네트워크와 위험 지역을 다루고 있다.

프로젝트는 20개가 넘는 장소에 분산된 325개의 제어기, 105개의 워크스테이션 및 42개의 네트워크 장치를 업그레이드했다. 팀은 북부석유 플랜트, 남부 석유 플랜트, NGL 플랜트 및 유틸리티 플랜트 이렇게 4단계로 업그레이드 과정을 분류했다.

이 계획의 성공을 위해서는 플랜트 운영에서 단순히 가동 중지를 막는 것뿐 아니라 일부 위험 구역의 가동중단 시간을 엄격하게 최소화해야만 했다. 그 결과 팀은 핫 컷오버(hot cutover : 가동 유지) 방법을 선택하였다. ‘Hot cutover’ 는 새로운 시스템으로 교체 전환 (cutover)되는 과정에서 시스템 가동을 중지하지 않고 진행하는 것을 말한다.

팀은 프로젝트의 도전 과제를 해결하고 플랜트 운영에 있어 그 어떤 영향도 미치지 않고 성공적으로 프로젝트를 완료하기 위해 세 가지요소를 활용했다. 그것은 바로 인력 개발, 효율적인테스트 절차 그리고 간소화된 기술이다.

인력 개발

프로젝트를 시작하기 전에 아브카이크 플랜트 관리 담당자들은 선행적인 단계를 통해 자동화, 프로세스, 전기, 통신 등 프로젝트 분야에 걸쳐 숙련된 인력과 신규 인력을 혼합한 자격을 갖춘 팀을 결성했다.

일부 엔지니어, 기술자 및 오퍼레이터는 새로운 시스템의 지식을 갖추기 위해 공급업체들로 보내졌다. 또한, 프로젝트 팀은 아브카이크 어드밴스드 기술 센터에서 새로운 시스템 프로세스와 운영 시나리오를 시뮬레이션 했다. 시뮬레이션을 통해서 새로운 시스템이 준비되었는지를 확인하고 플랜트 엔지니어와 기술자가 시스템에 익숙해질 수 있었다.

팀은 일부 프로젝트 활동과 공장 승인 검사(FAT)를 포함한 테스트에 참여하여 모든 팀원은 경쟁력을 높일 수 있었다.

테스트 절차

새로운 시스템의 준비 상태와 정확성을 보장하며 원활하게 전환하기 위해 아브카이크 플랜트의 경험이 많은 설계 및 운영 팀은 테스트 절차를 개발했다.

중요한 컷오버를 관리하고 컷오버 및 복구절차 중 모든 가능한 시나리오를 예측하기 위해 상세한 컷오버 순서와 사전 대책 문서를 준비했다. 팀은 또한 기존의 DCS를 임시 캐비닛으로 이전하여 플랜트 제어를 위해 계속 실행할 수 있도록 했다. 이 방법을 통해서 AXL 화주(shipper) 및 증기 생산 플랜트와 같은 중요 위험구역의 가동중지 기간을 1주일에서 2주까지 최적화할 수 있었다, 또한, 새 시스템이 실패할 경우에 대비한 기존 시스템의 빠른 대비책도 세울 수 있었다.

간소화된 기술

프로젝트 팀은 업그레이드 프로젝트를 통해 시스템 네트워크, 모니터링 및 보안 부분에 최신기술을 적용하였다. 이들 기술은 컷오버, 프로젝트 수행 및 문제해결 절차를 간소화했다.

그 예로, 제어실 네트워크를 분리하기 위해 조닝(zoning)과 부분망을 사용하여 네트워크와 시스템을 독립된 구역으로 분리하면서 시스템 보안을 강화할 수 있었다. 또한, 트래픽과 오류를 분리하여 문제 추적이 쉬워지고 네트워크 문제해결이 가능해졌다. 중앙 집중식 관리 시스템으로는 시스템 이벤트와 주요 성과 지표를 수집했다.

아브카이크 플랜트 팀은 기존의 시스템과 새로운 시스템 네트워크를 평행 연결 형태로 설치하고 혁신적인 설계 방식으로 일부 플랜트 네트워크의 컷오버 기간을 개선했다. 팀은 혁신적인 아이디어로 기존의 시스템 연결을 유지하면서 새로운 시스템을 테스트할 수 있었다. 이 방법을 통해서 플랜트 가동 중지 기간을 예상했던 72시간에서 0시간으로 줄였으며, 시스템 테스트와 복구는 더 향상되었다. 또한, 플랜트가 더욱 빠르게 새로운 시스템에 안정화될 수 있도록 에머슨 컨설턴트가 투입되어 중요 부분의 루프를 조율했다.

프로젝트 팀은 중앙 집권식 패치 관리 시스템을 적용하여 보안 패치와 백신 업데이트를 설치했다. 중앙집권식 패치 관리 시스템은 Guardian Support 를 활용하여 에머슨의 기술들과 연계할 수 있게 되었고 만약 시스템에 문제가 일어났을 때 프로젝트 팀이 바로 확인할 수 있게 되었다. 이는 아브카이크 시스템 보안 및 패치 문제를 완화했을 뿐만 아니라 에머슨이 다른 플랜트 현장의 프로젝트에서 얻은 경험과 통찰력을 제공할 수 있게 하였다.

비즈니스 결과

프로젝트의 계획 단계에서 방법 및 기술을 함께 고려하여 예정보다 더 빠르게 예산 내에서 프로젝트를 완료할 수 있었다. 결과적으로 노동 시간의 감소로 인해 비용을 절감할 수 있었고 팀은 상대적으로 늘어난 시간에 새로운 시스템을 관찰하여 예외 상황을 차단할 수 있었다.

Saudi Aramco의 직원과 에머슨의 엔지니어 및 계약자들은 하나의 팀으로 함께 협력하며, 아브카이크 플랜트 관리를 지원하여 생산에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 프로젝트의 목표를 안전하게 달성했다.

또한, 젊은 플랜트 직원들은 중요 활동에 대한 책임 권한을 갖게 되었다. 교육과 그로 인한 자신감은 혁신을 가져왔고 눈에 띄는 비용 절감으로 이어졌다. 가장 중요한 점은 아브카이크 플랜트의 관리자들은 이제 프로젝트의 성공을 보장하기 위해 인력 개발에 집중하고 향후의 시스템 지원을 준비할 수 있게 되었다는 점이다.

아브카이크 플랜트는 향후 DeltaV 시스템의 PROVOX IO 카드로 업그레이드 할 계획을 갖고 있다. 또한, 플랜트 팀은 어드밴스드 프로세스 제어(AP)와 같은 향상된 DeltaV 시스템을 적용하려 노력하고 있다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 세계 최대 규모의 석유 가공 플랜트의 성공적인 제어 시스템 전환