플로팅 루프(Floating Roof)의 실제 위치

[월간 무인화기술 1월호]

<Column>

 

플로팅 루프(Floating Roof)의 실제 위치

 

 

 

 

                                                                                                     

Patrick Deruytter
Vice President & General Manager of Emerson Process Management Korea

 

 

 

 

 

최근 Anaheim에서 열린 『Emerson Exchange 컨퍼런스』 기간 동안 `당신의 플로팅 루프(floating roof)는 잘 작동하고 있습니까?`라는 주제에 대해 이야기를 나누게 되었었는데, 참으로 흥미로웠습니다. 저장 탱크의 플로팅 루프는 실제로 전 세계적으로 이용되고 있었으며, 활용 범위가 넓은 신뢰성 있는 솔루션이라고 고려되고 있었습니다. 그러나 다양한 장소에서 최근 발견된 사실들(벌크 수송기(Bulk Transporter) 편의 글 참조)은 몇 가지 심각한 우려를 낳았습니다. 사실, 플로팅 루프 실패의 영향(루프 붕괴)은 매우 심각할 수 있습니다. 다음 달 글에서는 탱크 터미널(tank terminals)에서의 플로팅 루프를 향상시키기 위한 구성, 관련 문제 및 가능한 솔루션에 대해 살펴볼 예정입니다.

 

 

 

플로팅 루프는 일반적으로 액체의 상부에 떠 있는 상태로, 대기로 액체가 증발하는 것을 억제합니다. 일반적으로 루프는 탱크 작동 시의 움직임에 따른 액체의 상하 방향의 이동에 따릅니다. 고정형 루프 탱크와는 반대로, 액체의 높이가 매우 낮은 경우를 제외한 플로팅 루프 탱크에는 증기 공간(누손량)이 존재하지 않습니다. 원칙적으로 이는 호흡 손실(breathing loss)을 제거하며, 보관된 액체의 증발에 의한 손실을 상당량 줄여줍니다. 루프와 탱크 쉘(shell) 간의 연결은 주변부에서의 증발을 감소시키기 위해, 주변부 실링 시스템(rim real system)을 통해 이루어집니다(증기 방출을 최소화하기 위하여 이중 및 삼중 실링이 보다 점점 일반적인 추세). 루프의 부력에 영향을 미칠 수 있는 조건은 다양하기 때문에 플로팅 루프가 항상 액체를 균등한 상태(evenly)가 되도록 허용하지는 않으며, 이것이 실제적인 문제가 됩니다.  

 

루프가 가라앉기 시작하거나 고착되면, 탱크는 엄청난 결과를 발생시킬 수 있는 안전에 관련된 중요한 위험에 노출됩니다. 탄화수소 증기의 배출로 인해 화재와 폭발이 발생될 위험이 있습니다. 환경 손상 이외에도, 작업자는 사망에 이를 수도 있는 안전사고에 노출되며, 기계적, 경제적 손상 등도 발생될 가능성이 큽니다.

 

폰툰 유형(pontoon type)의 루프와 더블데크 유형(double-deck type)의 루프가 플로팅 루프의 설계와 관련되며, 각각의 설계에 따라 루프는 떠 있는 상태로 유지됩니다. 과도한 물/비/눈의 증가는 범람 배수 파이프를 통해 제거됩니다. 언급했던 것처럼, ‘주변부 씰(Rim Seals)’에 의해 루프는 실링되고 대기 중으로 탄화수소의 증발은 방지됩니다. 접근을 위한 해치(hatch)는 폰툰의 무결성을 검사하는 데 이용됩니다. 루프로의 접근은 회전 사다리를 통해 가능합니다. 

 

 

 

지난 몇 년간, 우리는 몇 가지 우려의 원인들이 무엇인지를 살펴보았습니다. 누출하는 폰툰이나 구멍이 생긴 데크, 주변부 실링의 마찰 증가, 루프가 자유롭게 떠다니는 것을 방해하는 탱크 벽의 비정상성, 회전 사다리의 접근 방해, 막힌 배수 파이프/밸브로 인한 루프 상의 눈/비 축적 등은 다음의 원인이 됩니다.
- 떠 있는 루프의 높이가 너무 낮다.
- 균형이 맞지 않는 루프 상의 무게 때문에, 강력한 바람이 루프 하방에 압력을 가했을 때 루프가 기울어진다.
- 루프에 물이 존재하는 경우 더 큰 심각한 문제가 발생된다.

 

 

 

발생 가능한 문제들의 심각성을 고려해해서, 작업자들은 루프에 올라가 시각을 이용해 루프를 검사합니다. 그러나 이러한 방식은 자주 탱크로 직접 이동해 확인해야 하는, 노동력이 많이 필요한 방식으로 여러 검사 해치를 통해 폰툰을 열고 검사하기 위해 작업자가 루프로 들어가야 합니다. 당연히 이러한 검사방법은 작업자에게 위험할 수 있습니다. 이에 대한 대안인 원격 시각 검사는 카메라를 사용하며 다수의 지점에서 추가적인 레벨 기기와 함께 활용됩니다. 이러한 측정은 다수의 지점에서 루프까지의 거리를 측정합니다. 기본 레벨의 측정과 이러한 추가적인 루프 측정 간의 비교를 통해 작업자는 루프의 실제 위치를 알 수 있습니다.

 

유선 기기를 가동부(플로팅 루프와 같은)에 적용할 때마다 복잡성과 비용이 추가됩니다. 이러한 문제에 대한 흥미로운 솔루션은 WirelessHART Guided Wave Radars (GWR’s)탱크 레벨 측정을 이용하는 것입니다. 실제로, 플로팅 루프에 3 대의 Wireless Hart GWR’s를 직접 설치하여 무선 석유탱크 집합지역 네트워크와 커뮤니케이션 하면, 전체적인 상황에 대해 실시간으로 파악할 수 있게 될 것입니다. 이러한 솔루션을 위하여 WirelessHART Level 트랜스미터가 플로팅 루프의 세 개의 노즐에 배치됩니다. 레벨 기기는 검사/샘플 해치 등을 위하여 루프에 직접 설치됩니다. 각각의 기기는 루프가 얼마나 높이 떠 있는지 측정합니다. 이 세 가지 측정치의 비교를 통해 루프의 부양성에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 조치를 취해야 할 경우, 환경설정이 가능한 경보가 표시됩니다.

 

 

 

배선이 필요 없기 때문에 앞서 언급한 솔루션은 단순하고 견고하며 설치가 용이합니다. 또한 탱크가 완전히 작동되고 있는 상태에서도 설치할 수 있습니다. 루프로 접근하기까지 필요한 시간은 3 시간 이하로 제한되며, GWR’s의 모든 환경설정은 원격으로 진행될 수 있습니다. 이러한 솔루션을 적용한 일부 에머슨의 고객들이 획득한 정확성은  /-20mm 이내입니다(싱글 리지드 프로브(single rigid probes) 사용).

 

 

 

이러한 솔루션의 적용을 통해 고객들이 얻는 이점은 매우 큽니다. 검사를 위해 탱크를 오르내리는 일도 현저하게 줄어들었으며, (배수 파이프가 막히거나 폰툰이나 플로팅 루프 등의 누출 등과 같은) 비정상적인 상황이 발생된 경우 초기 단계에서 경보가 발생됩니다. 다시 말해서, 플로팅 루프에 WirelessHart GWR’s를 적용하는 것은 비용 효율적이며 신뢰성 있는 솔루션으로, 탱크 운영자들이 플로팅 루프의 실제적인 위치를 이해하는 데 도움을 주어 시설의 HSE 요건을 상당한 수준으로 향상시킬 수 있습니다. 

 

 

 

 

Rosemount Tank Radar