초음파 가스 누출 탐지 - 최선의(First Line) 방어책

에머슨 프로세스 매니지먼트

서론

가스 누출 탐지를 위한 ‘새로운’ 감지(sensing) 기술이 현장에서 입증된(field-proven) 솔루션으로서 주목 받고 있다. 여러 해 동안 가연성 가스 누출 탐지를 위해 촉매 입자(catalytic bead) 및 적외선 포인트 탐지기(infrared point detector) 그리고 개방형 경로 적외선 경계 탐지기(open path infrared perimeter detector)를 사용해 왔다. 그러나 이제는 초음파 가스 탐지 기술을 통해 기존의 솔루션들이 가지고 있던 감지 범위를 확대하고, 중대한 한계들을 극복할 수 있게 되었다.
초음파 기술은 1930년대 초부터 사용되어 왔다. 일본의 WWII 학자들이 초음파의 의료 진단 기능을 연구한 이래로 그 사용이 증가되었다. 당연히, 현대기술의 새 시대가 열렸다. 지난 20년 동안, 초음파 탐지 기술은 상거래용 가스 측정 및 가스 누출 탐지와 같은 다양한 업계에서 선도적인 표준으로 사용되었다.
왜 누출 탐지가 중요할까? 누출 탐지는 밀폐나 개스킷 불량, 밸브 정렬 불량, 또는 플랜지나 기타 장비의 고장으로 인한 독성/가연성 가스 누출에 대한 최선(first line)의 방어책이라고 할 수 있다.

초음파 누출 탐지기 사용의 장점
- 유해 농축물이 생기기 전에 가스 누출 탐지
- 악천후 조건에 영향을 받지 않음
- 탐지를 위해 센서가 가스 구름(gas cloud)과 접촉할 필요 없음
- 모든 유형의 가스 누출(독성/가연성 가스)에 대해 즉각적인 탐지가 가능
- 풍향에 영향을 받지 않음
- 소음 환경에 영향을 받지 않음 (가청 소음이 문제가 되지 않음)
- 한 대로 넒은 범위를 탐지 가능 (최대 40미터 반경)

도전 과제
- 극저압(very low pressure) 누출 탐지에는 적합하지 않음 (30psi 이하)
- 무엇이 누출되는지 파악할 수 없음 (예를 들어, 공기, 질소, 메탄)
- 압력 방출 등을 위해 시간 지연(time delay)을 적절하게 설정해야 함

지금, 시장에는 두 가지 유형의 초음파 누출 탐지기가 있다.
첫 번째 유형은, 움직이는 금속 다이어프램(또는 마이크로폰)을 통해 기존의 초음파 감지 기술을 활용하는 것인데, 이는 빈번한 교정과 정기적인 교체가 필요하다. 그 설계 방식 때문에 장착 방향이 한정되어 있고, 온도 변화에도 영향을 준다. 게다가, 중간 정도의 배경 소음이 있고 한 대로 최대 12 미터 반경까지 탐지할 수 있다.
최신 초음파 감지 기술은 공진 센서(resonant sensor)를 사용한다. 능동 소자(active element)는 세라믹 매체(ceramic medium)에 내장된 압전소자(piezo-electric material)(기계적 변형을 전압으로 전환하는)이다.
이러한 센서들은 매우 높은 화학적 저항성과 넓은 주파수 범위의 응답 대역을 가지고 있다. 이 탐지기는 공정에 따라 모든 방향으로 장착이 가능하다. 센서 설계에는 가동부(moving part)가 없기 때문에 마모 문제가 없다. Net Safety Monitoring Banshee343 초음파 가스 탐지기는 4개의 센서가 있으며, 최대 40 미터의 반경까지 탐지가 가능하다. 뿐만 아니라, 빈번한 교정이 전혀 필요하지 않다. 제로잉(zeroing)이나 교정도 필요하지 않으며, 교체되어야 하는 소모적(consumptive) 센서 요소도 없다.
산업이 진화하면서, 천연가스 산업을 지속적으로 그 한계까지 밀어붙일 비 전통식 연료원(fuel source)에 대한 요구가 증가하고 있다. 환경 관련 법률과 높은 품질의 청정 연료를 원하는 수요가 계속 증가하는 생산을 가속화할 것이다.
비 전통식 연료 생산에 대해 증가하는 압력은 안전에 대한 포괄적 접근에도 영향을 미칠 것이다.
새로운 설비들은 잠재적인 유해성으로부터 보호받기 위해 최신 안전조치를 이용해 설계되어야 하고, 오래된 설비들은 안전사고와 가동 중단 시간을 최소화하기 위해 점검 받아야 한다.
다양한 탐지 기술을 사용하는 안전 시스템의 사용으로, 가스 누출 및 화재/폭발로 인한 심각한 영향을 줄일 수 있다.
모든 플랜트들은 지속적인 운영을 위해 장비/재산 파손, 생산 중단 시간, 작업자 부상 또는 인명 손실을 예방해야 한다.
Net Safety Monitoring 초음파 누출 탐지기, 가스 모니터 및 화염 탐지기의 결합은 세 가지 분야의 탐지를 서로 보완하기 때문에 더욱 효과적이다.
첫 번째 단계는 즉각적인 누출 단계이며, 두 번째 단계는 가스 구름의 형성(또는 축적)이고, 세 번째는 점화 단계이다.
이런 포괄적 접근법을 적용한다면, 한 가지 솔루션이 가지고 있는 약점을 다른 솔루션의 강점으로 보완할 수 있기 때문에 유해성의 발전 가능성을 차단할 수 있다.
이렇게 다양한 안전 시스템은 가스 누출을 줄이고 잠재적인 점화 원인을 제거하는 설계로, 어떤 유해한 산업 환경에서도 신뢰할만한 수준의 탐지 능력을 제공한다.
Net Safety Monitoring은 고객들이 최첨단이면서도 가장 포괄적인 화염/가스/초음파/유증기(oil mist) 기술을 적용하여 인명, 재산 및 생산성을 보호할 수 있도록 지원하고 있다.

<가압 가스 누출 사고의 진행 - 사고·영향·방어>