계장기술(PROCON)

특별기고 스마트 밸브 포지셔너로 자주 보안 능력 강화

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 1,625회 작성일 19-10-29 11:48

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1. 머리말
최근 산업 플랜트의 노후화가 진행되는 동시에, 오랜 시간 경험이 쌓인 숙련자 들의 은퇴와 유지보수 인력 감소가 진행되고 있다. 이에 설비 트러블이나 유지보 수 공수 증가, 현장 보안 능력 저하가 염려되고 있다. 이러한 문제를 미연에 방지하 기 위해 보안의 질을 높이고, 유지보수 효율화나 앞으로 현장을 담당할 유지보수 인원의 보전 능력 향상에 대한 관심이 증가하고 있다.
 
일본 내에서는 경제산업성이 플랜트 이후의 과제를 대비해, IoT·빅데이터 등 신기술을 활용한 고도의 자주 보안을 실시하는 사업자에 대해 「슈퍼인정사업자」 로 인정하는 신인정 사업소 제도를 실시했다(특정인정사업자 및 자주 보안 고도 화 사업자 인정에 대해 내규 2017년 3월 22일 제정). 국가로서도 자주적으로 보 안 능력을 높이기 위해 힘쓰고 있다.
이러한 상황에서 폐사의 포지셔너와 시스템이 신기술을 활용한 스마트 보안 선 행 사례로 다루어지고 있으니, 자주 보안 강화에 대해 참고가 되길 바란다(경제산 업성 보안과 2017년 4월 ‘스마트 보안 선행사례집~안전성과 수익성을 모두 실현 하기 위하여~’).
본고에서는 ①현장 기기 스마트화, ②IoT 기술을 이용한 예지보전으로 자주보안 강화에 공헌하는 ‘스마트 밸브 포지셔너’를 소개하고 자 한다.

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2. 스마트 밸브 포지셔너의 개요
스마트 밸브 포지셔너 300 시리즈(이하, 300 시리즈) (사 진 1)로 1998년 판매를 개시, 약 70만대 이상의 실적을 가지고 있다. 기존 기계식 포지셔너는 동작 원리가 역평 행식으로, 가동 부품이 많아 진동이나 동작 빈도에 따라 열화하기 쉬운 구조였다.
스마트 밸브 포지셔너는 전기 신호에 따라 제어하는 동 작 원리로, 가동부·접동부가 적어져 내구성이 높다. 또 한 CPU를 탑재하여 스마트화하였으므로 자동 조정, 자 가 진단, 통신 기능 등의 부가가치를 제공한다.
2000년에는 포지셔너 본체와 개도검출부를 분리시켜, 진동·고온 등 좋지 않은 환경에서도 사용이 가능한 스마 트 밸브 포지셔너 200 시리즈(이하 200 시리즈)를 판매하기 시작했다. 2014년에는 컨트롤 밸브 진단 기능을 확대 시킨 고성능 버전 스마트 밸브 포지셔너 700 시리즈(이하 700 시리즈) 판매를 시작했다.

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3.  현장 기기의 스마트화로 메인터넌스 효율화와 보안 능력 강화

(1) 조정 시간 단축으로 공수 절감

스마트 밸브 포지셔너는 오토셋업 기능을 가지고 있다. 기존 기계식 포지셔너에서는 제로 조절 나사나 스팬 조 절 나사를 수동으로 회전시키며 조정했으므로 작업시간 이 10분 정도 걸리고, 작업자에 의해 조정에 차이가 생기 기 쉬웠다. 스마트 밸브 포지셔너는 외부 스위치를 On으로 설정하 면 자동 조정이 된다. 포지셔너가 스스로 동작 스피드를 측정하므로 액추에이터의 크기를 결정하고, 미소 스텝으 로 마찰력을 측정하여 최적의 설정을 할 수 있다. 누구 든지 간단하게 조정할 수 있기 때문에 작업자의 숙련도 에 따라 조정에 질적인 차이가 없고, 조정 시간도 2분 정도로 끝난다.

(2)  확실한 차단 기능으로  컨트롤 밸브 트러블 방지

기계식 포지셔너에서는 가동 부품이 많고 외부 환경의 영향을 받기 쉬워, 제로점이 흔들리는 일이 발생했다. 사 용자가 제로점 시프트에 대해 인지하지 못하거나 알아차 려도 당연하다고 생각하는 케이스도 많았다. 제로점 시 프트가 발생하면 유체 누설이 지속되며, 컨트롤 밸브의 캐비테이션에 의한 이상으로 연결된다. 스마트 밸브 포지셔너에서는 입력 신호가 4.08mA 이하 (역작동 액추에이터의 경우)가 되면, 공급 공기압을 제로 로 하는 강제 차단 기능이 있다. 확실한 마감 작업으로 보안 능력이 향상된다.

(3)  까다로운 설치 환경에서도  메인터넌스 안전성 확보

진동이 많은 곳, 고온인 장소 등 설치 환경이 좋지 않으 면 포지셔너의 수명이 짧아진다. 컨트롤 밸브 설치 장소 가 높은 곳이나 협소한 곳이면 메인터넌스가 어려워 작 업자의 안전을 보장받지 못한다. 

 
200 시리즈는 가동부인 포지셔너 본체를 컨트롤 밸브 에서 분리시켜 개도검출부만 컨트롤 밸브에 부착함으로 써 내(耐)진동에 강하다. 또한 포지셔너 본체는 안전한 작업 환경에 설치하므로, 컨트롤 밸브의 트러블을 방지할 수 있으며, 보안 능력 향상으로 연결된다. (사진 2)


4.  IoT를 활용한 컨트롤 밸브 진단으로  자주 보안 능력
스마트 밸브 포지셔너는 컨트롤 밸브 메인터넌스 서포트 시스템 Plug-In Valstaff와의 연동으로 컨트롤 밸브 가동 상황을 볼 수 있다. 포지셔너 내부에 있는 데이터를 HART 통신으로 수집하여, 가시화하는 작업으로 컨트롤 밸브를 진단할 수 있다. 컨트롤 밸브 진단의 2가지 종류를 소개한다. (표 1)

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(1)  온라인 진단으로  중요 컨트롤 밸브 감시 강화(예지보전)

 온라인 진단은 플랜트 운전 중에 컨트롤 밸브 상태의 경향 감시로 예지보전에 기여한다. (표 1)은 진단 항목 일 람이다. 특히 700 시리즈는 300 시리즈부터 계승된 온라 인 진단 기능에 새로운 4가지 진단 기술을 더했다. 내부 에 압력센서를 탑재하여 액추에이터 압력과 컨트롤 밸 브 개도의 관계로 컨트롤 밸브의 상태를 볼 수 있다. 예 를 들어, 출력 공기압 타당성 모니터링이 있다.
초기 설정 시 계측된 액추에이터 압력과 컨트롤 밸브 개 도의 관계를 기준으로, 운전 중 계측된 액추에이터 압력 과 컨트롤 밸브 개도가 기준에서 멀어진 경우를 이상이 라고 판단한다. 액추에이터 스프링이나 다이어프램의 열 화, 고장이나 밸브 본체부의 마찰력 상승, 유체 반력의 상승 등에 의한 이상을 검출할 수 있다. 이러한 각각의 진단 항목에 대해 미리 기준값이 설정되어 기준값을 벗 어나면 알람으로 이상을 알릴 수 있다. 지금까지 보이지 않았던 컨트롤 밸브의 상태를 지표화하여 이상의 조기 발견을 목표로 하고 있다.

(2) 오프라인 진단으로 개방 점검 필요 여부 판정

오프라인 진단은 플랜트 정지 시 하는 작동 검사이다. 예를 들어, 밸브 시그니처 테스트가 있다. 이것은 플랜트 정지 시 컨트롤 밸브에 대해 저속 램프 왕복 동작을 실 행하여, 컨트롤 밸브의 액추에이터 출력압과 개도 데이 터에서 각종 진단 지표(그랜드부 마찰 이상, 절체 이상, 액추에이터 이상, 제어 추종성)을 연산해, 밸브 각 부를 진 단한다. 그 결과를 그래프에 표시하여(그림 3) 과거의 테 스트 결과와 비교함으로써 컨트롤 밸브의 열화와 부적 합 발견에 도움이 된다.

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이와 같은 Plug-In valstaff와의 연동으로 기존 사람 이 현장 점검할 때 발견하기 어려운 이상을 검지하기 쉬 워져, 개방 점검 필요 여부를 판단할 때 효과적인 지표 를 얻을 수가 있다. 또한 기존 개방점검 시기를 결정하고 컨트롤 밸브 정비를 진행하는 방법에서 컨트롤 밸브의 상 태를 보고 정비할 대상을 결정하는 방법으로 이행되며, 보다 효율적으로 최적의 메인터넌스를 할 수 있다. 현장 기기를 스마트화시켜, IoT를 추진함으로써 세대교체나 메 인터넌스 인원이 축소되는 중에도 플랜트의 안전을 유지 해 나갈 수 있을 것이다.

5. 이후의 전망
지금까지 산업 플랜트의 유지보수 효율화와 보안 능력 강화에 기여하는 스마트 밸브 포지셔너에 대해 소개했다. 현상뿐만 아니라 미래에 대비하고, 기기의 스마트화나 IoT 도입 등에 착수하여 플랜트 안전 조업에 도움이 되길 바 란다.

 • HART는 FieldComm Group의 상표이다.

 • Valstaff 는 아즈빌주식회사의 상표이다.

 •본고는 일본 월간지 [계장] 2018년 7월호에 게재된  기사의 번역본이다.
 


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