ELL 초음파 외측 액위 스위치의 볼탱크 구역 SIS 시스템 적용

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요약 액체 탄화수소의 물리적 특성과 ELL 초음파 외부 유량 스위치의 작동 원리 및 출력 형태를 바탕으로, 실제 사용 시 ELL 초음파 외부 유량 스위치의 특징들을 분석하였다.위험한 화학물질인 액화 탄화수소 저장탱크의 경우, SIL 등급과 현장의 구체적인 작동 조건을 고려하여 액화 탄화수소 저장탱크의 SIS 시스템에 필요한 제어 파라미터들을 분석하여 결정했습니다. 또한 ELL 초음파식 외부 유량 센서를 활용한 안전 계측 시스템을 설계했으며, 3중 중복 제어 방식을 채택했습니다.ELL 초음파 외부 유위 스위치는 생산 운영 과정에서 신뢰성이 요구사항을 충족하며, 유지보수가 간단하고 편리하여 액화 탄화수소 탱크 구역의 안전한 생산을 보장해 줍니다. 키워드: ELL 초음파 외부 유위 스위치, 액화탄화수소, 스위치 고장 원격 전송, 안전 계측 시스템. 액화탄화수소는 Class A 및 Class A1 등급의 화재 위험성이 있는 물질로, 심각한 화재 및 폭발 위험이 있습니다.《중국 석유천연가스주식회사 경질유 저장탱크 기술 지침》의 요구에 따라, 저장탱크에는 액위 감지, 온도 감지, 과고액위, 고액위, 저액위 및 저저액위 알람 장치가 설치되어야 합니다.《위험화학물질 중대위험원 관리감독 잠정규정》(**안전감독총국령 제40호) 제13조에 따르면, 독성 가스, 액화 가스, 극독성 액체와 관련된 1급 또는 2급 중대위험원의 경우, 독립적인 안전계측시스템(SIS)을 갖추어야 한다.중국석화천진회사의 정유부에서 이번에 추진하는 액화탄화수소 탱크 구역의 위험 요소 제거 프로젝트에서는 안전 계측 시스템이 새롭게 도입되었습니다. 해당 시스템에서는 각 저장탱크에 초음파를 이용한 액위 센서가 추가로 설치되며, 기존의 음파식 액위 센서 및 레이더형 액위계와 함께 ‘3중 2중 연동식’으로 비상 차단 밸브가 작동하도록 설정됩니다.회사의 각 생산 설비가 정상적으로 가동될 수 있도록 하기 위해, 탱크 구역의 요구 사항과 SIS 시스템에서의 활용을 고려할 때, 새로 추가되는 레벨 스위치는 반드시 다음과 같은 요건을 충족해야 합니다: a. 방폭이 필요한 탱크 구역에서, 불을 사용하지 않고 설치해야 함；b. 용기에 내용물이 있으므로, 개봉하지 않은 상태에서 설치합니다；C. 탱크 청소가 필요 없어 시간과 비용을 절약하며, 설치가 간편하고, 방폭 1구역용 계측기입니다；d. 계측기는 지능형 자가점검 및 고장 원격 전송 기능을 갖추고 있습니다；e. 측정은 정확하고 안정적이어야 한다. 현재 산업 현장에서 많이 사용되는 유위 스위치로는 부유식 밸브 유위 스위치, 케이블 부유식 유위 스위치, 정전용량식 유위 스위치, 그리고 ELL 초음파 외부 측정 유위 스위치 등이 있습니다.각종 스위치의 원리와 특징을 비교 분석한 결과, 이번 프로젝트의 현장 상황을 고려하여 최종적으로 ELL 초음파 외부 유량 스위치를 선택하기로 결정했습니다. 1 ELL 초음파 외부식 유위 스위치의 작동 원리와 응용 1.1 작동 원리 ELL 초음파 외부식 유위 스위치의 프로브는 주파수가 변하는 초음파 펄스를 생성할 수 있습니다. 이 펄스들은 탱크 내부를 일정 거리(0.8~1.5m)만큼 이동한 후 벽면에서 굴절되면서, 동시에 탱크 내의 액체나 가스 속으로도 전파됩니다.초음파는 액체와 기체 내에서의 투과율이 다르기 때문에, 즉 초음파가 전파된 후 에너지 손실이 다르기 때문에, 액체가 있는 상태와 없는 상태에서 측정 지점의 남은 에너지도 달라집니다. ELL 초음파 외부 유량 스위치는 이러한 남은 에너지를 수신하고 분석함으로써, 측정 지점의 탱크에 액체가 있는지 여부를 판단합니다. 그리고 자체 릴레이를 통해 스위칭 신호를 출력하여, 해당 신호가 SIS 시스템으로 전송되어 시스템이 유량을 연동 제어할 수 있도록 합니다.초음파는 저장탱크 벽 내에서 회전하며 굴절되는 과정에서 매질 내 기포나 압력과 같은 요인의 영향을 받지 않습니다. ELL 초음파 외부 유위 스위치는 특허받은 주파수 변환 기술을 갖추고 있어, 온도 변화나 눈비와 같은 악천후, 그리고 매체가 벽면에 달라붙는 현상의 영향을 받지 않습니다.스위치에는 지능형 자가점검 기능이 있어, 고장이 발생하면 고장 신호가 제어실로 전송됩니다. 이를 통해 스위치의 고장 코드를 확인하여 고장 유형을 판단하고, 적절한 유지보수를 진행할 수 있습니다. 1.2 설치 안내 ELL 초음파 외부 유위 스위치는 그림 1과 같이 원통형 탱크의 상부에 설치됩니다.용기 벽은 Q345R 재질이며, 프로브는 자기 부착 방식으로 용기 벽의 바깥쪽에 고정됩니다. 설치 위치는 다음 조건을 충족해야 합니다: a. 하나의 측정 지점에서 사용되는 두 개의 유위 측정 프로브(송신 프로브와 수신 프로브)는 반드시 동일한 수평면에 설치되어야 합니다；b. 송신 프로브와 수신 프로브 사이의 거리는 0.8~1.5m입니다； 그림 1 설치 개요도 현장의 실린더 근처에 2″(50mm) 직경의 탄소강 수직 파이프를 1개, 높이는 1.0~1.5m로 확장 볼트를 이용해 고정합니다.트랜스미터는 벤드 플레이트 브라켓을 통해 U자형 클립으로 수직 파이프에 고정됩니다.파이프라인 연결은 그림 2와 같습니다. 그림 2 파이프라인 연결 2 저장탱크 구역의 SIS 시스템 SIS 시스템은 공장의 생산 제어 시스템에 경보 및 연동 기능을 제공하며, 점차 공장 자동 제어 시스템에서 중요한 구성 요소가 되고 있습니다.탱크 구역 SIS 시스템은 저장 탱크의 압력, 온도, 유위 및 유량 등의 파라미터에 대해 음향·광학 경보와 자동 연동 제어를 설정합니다.탱크 내의 물질을 식별하고 계산한 결과, 액화 탄화수소 저장탱크는 2급 중대 위험 요소에 해당하는 것으로 판단되었습니다.동시에 **관련 부서에서 요구하는 위험 및 운용성(HAZOP) 분석을 실시하여, 액화 탄화수소 저장탱크의 안전 위험 등급을 SIL2등급으로 결정했습니다.탱크 구역의 본질적 안전성을 더욱 향상시키고, 안전한 생산을 보장하며 사고를 방지하기 위해 SIS 시스템이 설치됩니다. 저장 탱크에 안전 사고가 발생하면, SIS 시스템은 즉시 정확하게 작동하여 긴급 차단을 위한 연동 제어를 수행함으로써 생산 공정을 안전하게 중단시키거나, 사전에 설정된 안전 상태로 자동 전환시킵니다.2.1 주요 제어 파라미터 저장탱크 제어에서 탱크 내 물질의 액위는 주요 제어 파라미터 중 하나입니다.액화탄화수소 저장탱크의 액위는 물질의 유입과 유출로 인해 지속적으로 변동하므로, 액화탄화수소가 완전히 빠져나가거나 탱크 밖으로 새어나갈 위험이 있습니다. 따라서 SIS 시스템의 핵심 제어 파라미터는 바로 저장탱크의 액위입니다. 센서들은 별도로 설치되며, 외부식 초음파 액위 스위치, 포크형 스위치, 레이더 액위계와 같은 세 가지 종류의 액위 센서를 사용하여 3중 2선 연동 방식을 적용합니다. 이러한 신호들은 SIS 시스템으로 전송되어 비교됩니다. 두 센서 모두 설정된 값에 도달하면, 시스템은 긴급 상황에 대비한 연동 작동을 수행합니다.2.2 SIS 시스템의 설계 SIS 시스템은 현장 계측기와 액추에이터를 포함하며, 고장 안전형으로 설계됩니다；DCS와 통신할 수 있지만, DCS 시스템은 SIS 시스템과는 상대적으로 독립적입니다.SIS 시스템은 ELL 초음파 비접촉식 유위 스위치와 같은 비접촉식 유위 경보 계기를 사용함으로써, 저장탱크의 개구부 및 화염 작업을 줄였으며, 이로 인해 위험물질의 누출 및 화재·폭발 가능성도 감소했습니다.계측기는 스마트 자가점검 및 고장 알림 기능을 갖추고 있어, 유지보수 및 점검의 횟수가 줄어들며, 안정성이 높고 작동이 신뢰할 수 있으며, 안전성도 향상됩니다.3. 결론
이 프로젝트가 설계되어 완공되고 운영에 들어간 이후, 중국석유화학청 톈진지사의 정제부에 위치한 액화탄화수소 저장탱크 구역의 SIS 시스템은 안정적이고 신뢰성 있게 작동해 왔습니다. 또한, 정기적인 점검과 유지보수도 용이합니다. 아울러 기업은 자체적인 상황에 맞춰 다양한 안전 및 신뢰성 확보 조치를 취함으로써, 시스템의 안전한 기능을 보장하고, 기업의 액화탄화수소 저장탱크가 안전하게 운영될 수 있도록 했습니다