[특별기고] 프로세스 플랜트 최적화를 위한 산업용사물인터넷(IIoT) 어플리케이션

아시아의 산업용 사물인터넷(IIoT) 어플리케이션 트렌드

글. Bob Gill, ARC 동남아시아 책임자

세계에서 가장 큰 시설 중 하나이자 투명 폴리머의 주요 공급자인 일본의 Denka 화학 회사의 자회사인 Denka Singapore Pte Ltd는 백년의 역사를 지닌 기업으로, 싱가포르 주롱섬 석유화학 단지에 스티렌 레진 플랜트(Styrenic Resins Plant)를 운영하고 있습니다.

최근 에머슨 프로세스 매니지먼트가 싱가포르에서 개최한 “Performance Without Compromise” 세미나에서 Denka Singapore의 H C Ng는 플랜트에서의 성공적인 산업용 사물인터넷(IIoT) 프로젝트에 관한 메시지로 세미나의 문을 열었습니다.

다양한 기술에서부터 기준, (또는 부족한) 생태계 파트너 관계, 새로운 비즈니스 모델의 잠재력까지 몇 가지 측면에서 살펴보듯이, 산업용 사물인터넷(IIoT)에 관한 이야깃거리는 끊이지 않고 있습니다. 다양한 문제들에 대한 분석과 치열한 견해들 또한 다양하기 때문입니다.

그런데 여기서 성공적인 어플리케이션에 관한 주제를 다루는 곳은 찾기 힘듭니다. 제가 아시아 사물인터넷 컨퍼런스의 자문 위원회 의원으로써 살펴보아도 아시아에서 실제로 산업용 사물인터넷(IIoT) 프로젝트를 수행했으며 이에 대해 논의할 수 있는 제조 회사들을 찾는 것은 굉장히 어렵습니다.

그런데 에머슨의 세미나에서 IIoT에 대한 제조 회사로서의 사용자 경험을 공유할 수 있어서 정말 반가웠습니다.

소개한 프로젝트에는 원격 자산 모니터링 어플리케이션을 구현하는 센서, 3G 셀룰러 네트워크, 분석 및 클라우드 호스팅과 같은 전체적인 기술과 함께, 서비스 공급자로서의 에머슨이 제시하는 새로운 비즈니스 모델, 그리고 실질적이고 정량화 가능한 혜택 을 얻은 최종 사용자인 Denka등 성공적 성과라고 할 수 있는 모든 요소를 다 갖추었습니다.

증기 트랩: 듣고 배우기

WAGES (물, 공기, 가스, 전기, 증기)에서 ‘S’ 를 뜻하는 증기는 플랜트에서 가장 많이 찾을 수 있는 , 그리고 비용이 투자되는 주요 에너지원 다섯 가지 중 하나로, 프로세스 열에너지원으로 주로 사용됩니다. 증기 트랩은 비응결 가스와 함께 응축 증기를 빠르게 제거하기 위한 밸브와 유사한 필수 장비라고 할 수 있습니다. 제대로 운영되지 않는 증기 트랩은 열 효율성의 저하와 증기의 손실로 이어질 수 있습니다. 산업 연구에 따르면 증기 트랩 고장률은 연간 20%에 이르며 일반적인 시설 내 수백 또는 수천 개에 이르는 증기 트랩을 고려하면 고장에 따른 비용적인 결과는 매우 큽니다.

대부분의 프로세스 시설과 같이, Denka의 스티렌 레진 플랜트의 증기 트랩을 모니터링하는 방식은 계약자에 의한 연례 검사와 같은 수동적인 방법이었습니다. 이 전통적인 방법으로는 고장 증기 트랩을 발견하지 못하고 수리하지 못한 상태로 수개월간 지속되어, 결국 증기와 비용을 낭비할 수 밖에 없게 됩니다. 실제로, Denka의 지난 2015년 초반 수동 검사에서 210개의 증기 트랩 중 35개(17%)가 고장 난 것으로 밝혀졌습니다.

Denka 플랜트 내 증기 트랩 모니터링 프로세스를 자동화하고 증기 트랩의 상태를 주기적으로 업데이트하기 위해서 에머슨 프로세스 매니지먼트는 싱가포르 내 위치한 아시아 태평양 본부를 통해 현지 IIoT 솔루션을 설계하고 적용했습니다.

장비의 경우, 증기 누출을 감지하기 위해서 에머슨은 WirelessHART 그물형 네트워크에서 에머슨의 Rosemount 708 무선 어쿠스틱 트랜스미터를 시설 내 가장 중요한 고압 및 고용량 증기 트랩 148개에 부착했습니다. 증기 트랩으로부터 WirelessHART 게이트웨이에 수집된 데이터는 현지의Singtel 3G 셀룰러 네트워크를 통해 분석 소프트웨어인Microsoft Azure 클라우드 플랫폼에 호스팅되어 증기 트랩 성능 보고서를 작성합니다.

산업용 사물인터넷(IIoT) 솔루션의 주요 측면

이 솔루션에는 흥미로운 측면이 많이 있습니다.

첫째로, 플랜트 제어 시스템(DCS)에 연결될 필요가 없다는 것입니다. 이는 공정 산업의 라이브 DCS의 간섭 문제와 DCS 데이터가 플랜트를 벗어날 수 있는 잠재적인 보안 문제를 해결할 수 있습니다. 또한, 기존의 DCS I/O나 소프트웨어에 간섭하지 않아 구현 과정을 간소화 합니다. ARC는 프로세스 산업의 일부 IIoT에 이런 독립적이고 DCS 외부 아키텍처와 같은 유형을 권장해왔습니다.

둘째로, Denka는 솔루션을 포함한 그 어느 제품도 구매할 필요가 없었습니다. 에머슨은 트랜스미터, 네트워크 인프라, 분석 소프트웨어 등을 모두 무료로 제공하는 대신에 클라이언트로부터 월 서비스 금액으로 책정했습니다. 따라서 Denka 플랜트 내 시스템이 설치되고 운영되는 동안에는, 미리 지불해야 하는 자본 지출이 운영 지출로 대체되었습니다.

셋째로, 증기 트랩 데이터는 Denka 플랜트 자체 내에서 분석되지 않고 몇 마일 떨어진 에머슨 프로세스 매니지먼트의 퍼베이시브 센싱 지역 센터(Pervasive Sensing Regional Center of Excellence)에서 진행됩니다. 2014년에 개설된 전 세계 최초의 시설로, 천만 달러의 투자를 통해 에머슨 아시아 태평양 고객들을 위한 데이터 수집, 분석 및 컨설팅 서비스를 제공하며 회사가 내부 자원에 필요한 비용 지출 없이 운영 및 유지 관리 목표를 이룰 수 있도록 돕고 있습니다.

더 빠른 정보, 더 적은 증기

퍼베이시브 센싱 센터에서는 에머슨 프로세스 매니지먼트의 직원들이 Denka를 위해 고장 나고 교체가 필요한 증기 트랩을 확인하고 주간 예외 보고서(Exception Report)를 작성합니다. 또한, 월간 절약 보고서(Savings Report)를 통해 증기 트랩 고장률, 증기 누출 및 그에 상당하는 재정 손실에 대한 누적정보를 제공합니다.

증기 트랩 성능에 대해 예전에는 52주마다 관리하던 것을 매 주 관리할 수 있게 되어 Denka는 이전에는 가능하지 못했던 빠른 속도로 고장 난 증기 트랩을 교체할 수 있고, 더 많은 증기 트랩의 정상적인 기능을 보장할 수 있게 되었습니다.

수치로 보면, 2015년 9월 시스템이 가동된 후 모니터링 된 148개의 트랩 중 33개의 고장난 트랩을 검출하였고 이전에는 업계 평균과 가까운 22% 의 고장률을 보였으나, 3개월 간의 모니터링 및 교체 작업 이후에는 10% 이하로 떨어졌습니다.

이로써 Denka는 스티렌 레진 플랜트 내 총 증기 소비를 7%나 감소시켰으며 직접적인 비용 절감 효과를 경험하게 되었습니다.

에머슨 프로세스 매니지먼트 아시아 태평양의 응용 기술 디렉터이자 산업용 사물인터넷(IIoT) 지지자인 Jonas Berge는 Denka와 다른 제조 회사들을 위한 후속 프로젝트에 대해 논의 중이라고 밝혔습니다.

에머슨은 싱가포르에서 Denka 화학 회사와 성공적으로 프로젝트를 수행하며 IIoT 를 바탕으로 한 새로운 서버 기반 비즈니스 모텔을 광범위한 수준으로 발전 시키게 되었고, 아시아 내 더 많은 지역에 제공할 것을 기대하고 있습니다.