이주영/ 한국에머슨 차장 – 스마트 트랜스미터 이용한 탄화수소 폐기물 감소와 규제 준수 개선

이장에서는 한화토탈이 어떻게 에머슨의 Rosemount™ 1066 SMART 트랜스미터를 활용하여 노동집약적 형태의 수동 배수 제어 방식에서 벗어나 공급 원료 손실을 예방하여 주목할 만한 절감을 이뤄낼 수 있었는지에 대해 이야기 나누었다. <편집자주>
최근 에머슨에서 한화토탈의 중요한 공정 문제를 해결했다는 얘기를 들었다.
– 한화토탈은 대한민국 충남 대산에 위치한 13개의 개별적인 플랜트를 갖춘 대형 석유화학 단지를 운영하고 있다. 한화토탈은 다수의 에머슨 솔루션과 기술을 사용하고 있다.
다양한 소비자 제품에 필요한 기타 다수의 화학 물질을 만드는데 필요한 건축용 블록 화학 물질을 생산하고 있다. 다양한 폴리머 제품 생산에 필요한 원료인 프로필렌과 에틸렌을 산출하는 나프타 크래커(naphtha cracker)로 시작했다. 다른 많은 석유화학 제조 기업들도 가지고 있는 문제이기 때문에 한화토탈의 해당 어플리케이션은 흥미롭다고 할 수 있다.
한화 토탈은 대산 플랜트 내에 다수의 나프타 및 열분해 가솔린 저장탱크를 갖추고 있다. 탱크에 나프타를 저장하는 공정 중, 비중으로 인해 탱크 바닥에 물이 수집되고 축적된다. 탱크 바닥의 물이 프로세스로 흘러 들어가는 것을 방지하기 위해서는 흘려 내보내야 한다. 석유 손실이나 탱크 구역 내 위치한 배출관으로의 나프타 누출을 예방하고 배수된 물에서 탄화수소를 제거하기 위한 추가적인 처리 작업을 배제하기 위해서는 물 배수 시 탄화수소 누출을 모니터링 할 필요가 있다.
그렇다면 문제는 무엇이었는가?
– 전통적으로, 회사에서는 오퍼레이터를 배정하여 분기별로 탱크 배수를 수행하였다. 배수 공정 중, 물은 배수관을 통해 이동한다. 오퍼레이터가 배관의 사이트 글라스에서 석유가 흐르기 시작하는 것을 발견할 경우, 재빨리 제어실에 알려 배수 밸브가 잠길 수 있도록 한다.
탱크 배수가 약 2시간에서 3시간 정도 걸리는 긴 공정이었기 때문에 오퍼레이터는 작업 내내 자리를 지켜야 했다. 매우 지루한 작업이라고 할 수 있다.
또한, 물이 아니라 석유가 배출되기 시작하는 시점은 육안으로 쉽게 확인하기 어렵다. 그러므로, 육안 확인 후 배수 밸브가 닫히는 시점은 너무 늦어 펌프 내로 탄화수소가 흘러 들어갈 위험도 있다. 이렇게 되면 하류 수처리 시설의 부하를 증가시키고 폐수가 배출되기 전에 환경적 규제를 준수하는지 확인하기 위한 처리 비용이 증가할 수 있다.
또한, 나프타나 열분해 가솔린의 누출은 프로세스의 원료 손실과 마찬가지이므로 곧 생산의 손실로 이어질 수 있다.

한화토탈은 어떻게 에머슨과 해결 방법을 고려하게 되었는가?
– 한화토탈은 에머슨의 중요 고객이다. 먼저 에머슨 기술 담당자에게 문제를 설명했다. 우리는 고객의 고충을 듣고 해결책을 찾기 위해 함께 협력하였다. 문제 해결에는 공동의 노력의 필요하다. 많은 시간과 비용을 절약할 수 있는 해결책에 대해 논의하였고, 그 결과로 에머슨의 Rosemount™ 1066 싱글 채널 트랜스미터(Single Channel Transmitter) 와 402 리트랙터블 접촉식 전도도 센서(Retractable Contacting Conductivity Sensor)가 고려되었다.
전도도는 배수를 모니터링 하는데 적합한 요소이다. 전도도는 전기가 얼마나 잘 전도되고 전류를 전달하는지, 또한 하전 입자나 이온을 함유하고 있는지를 나타낸다. 대부분의 전도도 측정은 수용액에서 이루어지며, 전도도에 영향을 미치는 이온은 물에서 용해된 전해질로부터 나온다. 소금(염화나트륨 및 황산 마그네슘 등), 산(염산 및 아세트산 등) 및 염기(수산화나트륨 및 암모니아 등)는 모두 전해질이라고 할 수 있다. 물 자체가 전해질이 아니라고 하더라도 극소량의 전도도를 갖고 있으며, 이는 적어도 일부 이온이 존재한다는 사실을 암시한다. 이온은 수소 및 수산화물이며, 분자량 수용성의 분리로부터 비롯된다.

에머슨의 Rosemount™1066 싱글 채널 트랜스미터 및 402 리트랙터블 접촉식 전도도 센서가 선택된 근거는?
– 탄화수소와 같은 비전도 액체 및 전도 수용액 사이의 접점을 탐지하기에 전도도 감지는 매우 좋은 방법이다. 이 어플리케이션에서, 물은 650에서 1000 ?μ/cm의 전도도를 갖고 있으며, 나프타의 경우 근본적으로 전도성이 없다고 할 수 있다.
물이 배수될 때 전도도는 높아지게 된다. 물/나프타 접점이 나타나는 경우, 접점 내 비전도성 나프타는 전도도를 낮추게 된다. 나프타만이 나타나는 경우, 전도도는 사실상 0이라고 보면 된다. 나프타의 누출이 있다면 전도도 수준은 1,000?μ/cm이상에서 500?μ/cm이하로 떨어진다.
측정 설정 값으로 활용하여 한화 토탈의 데이터 제어 시스템은 자동으로 전도도 측정점의 밸브 하류를 닫는다. 즉, 전도도가 하락되는 첫 징후를 발견했을 때 배수를 멈추게 하여 오퍼레이터들은 나프타의 손실을 최소화하면서 물만 배수되었다는 사실을 확인할 수 있다.

Rosemount™ 1066 싱글 채널 트랜스미터와 402 리트랙터블 접촉식 전도도 센서의 장점은 무엇인가?
– 에머슨의 Rosemount™ 1066 스마트 트랜스미터는 하나의 액체 분석 입력에 대해 지속적으로 측정하며 내부 접근과 배선 연결이 쉬운 디자인이다. 대형 디스플레이에 실시간 측정값과 파라미터가 표시되고 여기에서 실시간 공정 값을 간편하게 확인할 수 있다.
에머슨의 402 리트랙터블 접촉식 전도도 센서는 고 순도수부터 깨끗한 냉각수까지 광범위한 어플리케이션 내 전기 전도도를 정확하게 측정할 수 있다. 본 센서는 20,000 μS/cm 이하의 깨끗한 비부식성 액체에 적합하다. 사용자는 리트랙터블 설치 방식으로 공정을 방해하지 않으면서 402 전도도 센서에 대한 정비 작업을 할 수 있었다.
분석기와 센서를 조합한 디자인은 한화 토탈의 탱크 배수 시 탄화수소 누출 모니터링과 같은 까다로운 어플리케이션을 위한 실용적인 설계 방식이라고 할 수 있다.
트랜스미터와 센서가 어떻게 비용을 절감하고, 생산성을 높이며 시간을 절약할 수 있는가?
– 전도도 분석기를 사용하기 전에는 수동으로 탱크에서 물을 배수했기 때문에 사람의 개입이 필수적이었다. 에머슨의 솔루션으로 탱크 배수 공정이 적절한 설정 값을 갖춘 자동 제어 방식으로 변환될 수 있었고, 이를 통해 운영 시간을 절약하고 공급 원료의 손실을 줄일 수 있었다.
즉, 전도도 분석기와 센서를 활용하여 작업 시간을 절감하고 무엇보다 값비싼 탱크 내 나프타의 누출을 크게 줄일 수 있었다. 나아가, 폐수 내 나프타는 폐수 처리의 부하를 높이고 환경 규제 준수를 더욱 어렵게 만들기 때문에 벌금으로도 이어질 수 있는데 이를 예방할 수 있었다.
트랜스미터와 센서를 사용하여 한화토탈이 얻은 또 다른 이점은 무엇인가?
– 이 변화를 통해 한화토탈은 다양한 추가 성과를 얻을 수 있었다. 온라인 인터로크 시스템으로 수동 탱크 배수 제거, 휴대폰을 사용한 더 뛰어난 실시간 제어 대 노동집약적인 제어, 추가적인 폐수 처리의 제거, 환경 규제 준수 향상, 바이패스 내 트랩 4% 이하로 감소 등이다.
한화토탈은 에머슨의 솔루션을 통해서 기술자들이 노동집약적인 수동 배수 제어로부터 벗어날 수 있었고 공급 원료 손실을 예방함으로써 상당한 비용 절감을 경험할 수 있어 만족하였고, 매우 기쁜 마음을 전해왔다.