Tank terminal의 Emergency Shutdown Valves 에 적용된 전기제품

The Botlek Tank Terminal (BTT)

The Botlek Tank Terminal (BTT)

Overview

2005년 Buncefield 연료 저장소에 발생한 재난 이후로, 이와 같은 재난이 다시 발생하는 일이 없도록 많은 연구가 이뤄졌습니다.
COMAH (Competent Authority/Industry Standards Task Group) 주도하에, 석유화학 탱크저장 시설에 추가적인 보호 장치를 제공하기 위해 안정장치를 제공합니다. Buncefield Standards Task Group 의 권고사항으로 시스템의 승인을 위해, 이러한 안전사항의 중요 특징은 긴급차단용(ESD) fail safe 기능이 적용된 원격동작 차단 밸브를 (ROSoV) 설치하는 것입니다.

The Reason

대부분의 ROSoV 관련 밸브는 연료저장 탱크의 긴급사항에 대한 개별 차단을 위해 탱크의 전단과 후단에 설치됩니다. 대부분의 탱크집하 시설은 광범위한 사이트 특성에 맞춰 전기식 제품으로 구성합니다. 이러한 환경내에서는 제어 및 인디케이션을 위한 전기 전원이 전통적으로 많이 사용된 반면 공압식 배관설치에는 많은 비용이 발생하게 됩니다. 그러므로 ESD 액츄에이터에 대하여도 전기식 제품을 사용하는 것이 경제적이며 관례상으로 적절한 방법입니다.
Buncefield 화재사고 이후의 설계 및 건설된 로테르담의 Botlek 탱크 터미널은 안전관련 동작에 전기식 밸브 작동기가 적용된 대표적인 예입니다.

The Solution

Botlek 탱크 터미널은(BTT) 34개의 저장탱크가 있으며, 총 20만 세제곱미터의 저장시설을 제공하며 그 중 13만 세제곱미터 용량은 Clean fuels을 나머지는 식용유나 바이오 디젤용으로 사용됩니다. 터미널은 420 미터의 해저 정박시설을 통해 24시간 2개의 운반선과 2개의 바지선이 동시에 정박이 가능합니다.
터미널에는 유량제어 및 필수 안전관련 제어에Rotork 의 전기식 밸브작동기가 적용되었습니다. 250대 이상의 Rotork IQ 멀티턴, 1/4 턴 작동기가 현장에 일상적인 유량제어를 위해 설치 되었다. 추가로 55대의 Rotork Skilmatic SI self-contained electro-hydraulic 액추에이터가 기름 유출 및 잠재적 위험요소로부터 ESD Fail Safe 동작을 제공하기 위해 설치되었습니다. Skilmatic 액추에이터는 잠재적 위험요소가 있는 지역 및 해상 저장시설, 집하시설에 개별적인 차단기능을 제공하기 위해 탱크 전단 및 후단에 설치됩니다. 이 제품은 Safety Instrumented System (SIS)의 주요 구성이며 Botlek 현장의 Safety Instrumented Function (SIF)을 제공하기 위해 Tank 레벨에 연계된 유량센서 및 ESD Logic을 제공합니다.

특화된 전기식 액츄에이터의 설계는 ESD에서 요구하는 Fail Safe 동작을 만족할 수 있습니다. 그리고 경험을 통해 Electro-Hydraulic 방식이 성공적으로 적용되었음을 볼 수 있습니다. Electro-hydraulic 액츄에이터는 매우 간단한 원리로 동작함으로 안정적인 기계식 스프링을 통해 밸브의 Fail safe 동작을 제공하는 한편, 정확하고 신속한 동작은 내부의 전기식 펌프를 통한 유압으로 가능합니다. 이러한 설계를 통해, 신뢰할 수 있는 Fail safe 성능과 함께 다음과 같은 기능이 사용됩니다. 최신 전기식 기술, 높은 레벨의 자산관리 시스템, 감시 및 알람, 작동 데이터 로그 및 진단기능을 제공합니다.
공장전체의 제어시스템을 전기식으로 통일함으로써 공장의 추가 비용 및 유지보수 비용을 최소할 수 있습니다.
BTT에 설치된 모든 Rotork 액츄에이터는 ATEX 방폭성적서 및 IP68 이중보호를 통해 가혹하고 노출된 환경에 사용 가능합니다. 이 제품들은 중앙 SCADA시스템을 통해 3개의 P3 마스터 스테이션을 통해 제어 및 모니터링이 가능합니다.

The Results

BTT에 설치된 모든Rotork의 IQ 액츄에이터는 설정 및 커미셔닝 정보를 공유할 수 있습니다. 본질안전 방폭인증이 완료된 휴대용 설정 툴을 통해 non-intrusive 커미셔닝이 가능하며, 간단한 메뉴창을 통해 쉽게 설정이 가능합니다.
동일한 설정 툴을 통해 설정파일과 데이터로거 파일을 현장에서 사무실에 PC로 옮겨 분석 및 저장이 가능합니다. 무료로 다운로드 가능한Rotork IQ-Insight 소프트웨어를 통해 이러한 데이터를 공장을 효율적으로 관리하며 밸브의 효율적 관리 및 계획예방정비 위해 사용합니다.
IQ 지능형 액츄에이터 기술은 데이터의 프로필화, 밸브의 동작 수를 포함한 모든 동작특성의 저장, 알람, 오류에 대한 응답, 밸브 토크 프로파일, 오동작 및 많은 다른 특징을 제공합니다.

예를들어, 밸브에는 많은 다양한 형태가 있으며 그에 따라 각기 다른 밸브의 토크 곡선이 있습니다. 새로 설치되거나 밸브에 장착된 제품의 요구 토크 곡선을 저장하여 이를 참조파일로 활용하여 미래의 데이터와 비교 가능합니다. 내부 및 외부 요인에 의해 시간이 흐를수록 밸브의 열림과 닫힘 동작이 어려워지게 됩니다. 게이트밸브의 스템나사부의 윤활부족으로 이러한 현상이 발생할 수 있습니다.
이러한 소프트웨어를 통해 문제점을 확인하고 공장운전의 중단 없이 검사 계획 및 유지보수 등 전체적인 공장자산관리를 향상 할 수 있습니다.
IQ 기술을 Skilmatic SI액츄에이터에 적용함으로써, 안전시스템에 높은 레벨의 제어 및 모니터링 기능이 적용된 하드와이어 ESD 명령이 가능합니다.
내부 유압, 포지션 리밋, 제어 옵션, 알람 그리고 지시기능과 같은 설정은 접근 가능하며 조정 가능합니다. 액츄에이터의 현재상황, 제어 및 알람 아이콘은 압력, 진단 그리고 도움화면을 실시간으로 접근할 수 있는 LCD 창을 통해 확인 가능합니다.

Skilmatic 제어 모듈은 다음과 같은 사용자의 요구조건을 만족합니다.
현장에 설치된 Pakscan 디지털 네트워크와 호환. SIL2 그리고 SIL3의 Safety 시스템에 사용하기 위한 IEC61508-2: 2010 요구조건 검증, 액츄에이터는 또한 Partial stroke 기능을 통해, 차단용 밸브의 공장 프로세스 중단 없이 동작시험이 가능합니다.
이러한 부분은 안전밸브의 시험 시 프로세스 중단을 최소화하기 위한 가장 중요한 부분입니다. 긴급차단 조건의 능력을 확립할 수 있도록 액츄에이터에 포함된 주요부품들을 시험할 수 있습니다. 테스트는 원격 또는 현장에서 세팅툴을 통해 진행할 수 있습니다. 운전시간에 대한Partial stroke 포지션을 측정 하여 커미셔닝시 기록한 포지션기록과 비교 가능합니다. PST의 성공 또는 실패는 LCD창에 표시되며, 설정을 통해 실패 알람을 활성화 시킬 수 있습니다. 알람은 고객에 요청 또는 사양에 맞게 설정 가능한 3개의 알람 중 하나로 설정하거나, 하나의 공용알람으로 사용 가능합니다. Monitor relay를 통해 또한 전원 및 다른 하드웨어 에러를 확인 할 수 있습니다.

액츄에이터의 닫힘 위치에서 열림으로 명령을 받을때, 방출 솔레노이드 밸브가 에너자이즈드 됩니다. 전동식 베인 펌프는 부하가 없는 상태에서 동작됩니다.
바이패스 솔레노이드 밸브의 에너자이즈드를 통해, 시스템 압력이 스프링에 반대방향으로 작동하게 되며 액츄에이터는 열림방향으로 동작합니다.
액츄에이터가 정지명령 또는 열림설정 위치에 다 달으면, 바이패스 솔레노이드 밸브가 디-에너자이드되며, 추가적인 명령이 없을경우, 미리 설정된 시간까지 전동베인 펌프가 동작하게 됩니다. 방출 솔레노이드 밸브가 에너자이드된 상태를 유지할 경우, 액츄에이터의 현 위치를 유지하게 됩니다.
액츄에이터가 닫힘 명령 또는 ESD 동작을 요구받을 경우, 바이패스 솔레노이드 밸브, 방출 솔레노이드 밸브 그리고 전동베인 펌프가 디-에너자이드 됩니다. 압력이 방출되고, 유체가 오일 탱크로 돌아오며, 스프링의 힘으로 샤프트가 동작하여 닫힘 또는 안전위치로 동작하게 됩니다..

Skilmatic SI 액츄에이터는 전기전원 문제시에도 동작할 수 있도록 별도에 분리된 하드와이어 ESD 알람을 통해 다른 어떤 동작신호보다 안전동작을 우선시하여 동작합니다.
ESD 신호는 하드와이어 회로을 통해 내부 프로세서를 바이패스하여 설정이 가능합니다. 이 프로세스 회로는 밸브의 현재 위치 및 내부 압력 그리고 알람을 모니터링 합니다. 그러나 ESD 회로는 독립적이기 때문에 ESD 동작에 우선순위를 부여합니다. ESD동작시에는, 액츄에이터는 즉시 미리설정된 안전위치로 동작하며, 다음 동작신호를 대기합니다
추가적인 안전장치로, 현장에서 리셋 또는 외부 스위치를 통한 리셋요청이 있을 때까지 작동을 방지하기 위해 매뉴얼 ESD 리셋설정이 가능합니다. 닫힘 속도는 사양에 맞게 조정이 가능합니다.

이 도면은 BTT에 설치된 Skilmatic 제품의 기능인 탱크의 과다 주입방지가 적용된Safety Instrumented System (SIS)을 잘 표현해 줍니다. 탱크와 펌프는 DCS (Distributed Control System)로 제어되며 설치는 물리적으로 연결되어있습니다. 게이지 시스템을 통해 전달된 신호는 DCS에 PLC로 전달되며 DCS는 이를 토대로 Pakscan을 통해 펌프와 IQ 및Skilmatic 액츄에이터를 제어합니다. 탱크게이지 시스템에 오류가 발생할 경우 탱크의 과다 주입이 발생할 수 있습니다.

이를 대비하기 위해, SIS는 최후의 구성인 Skilmatic 액츄에이터에 동일한 레벨의 ESD 신호를 분리하여 전달할 수 있습니다. ESD 신호는 다른 제어신호로부터 독립적이며, ESD요건에서 밸브의 Safety Instrumented Function (SIF) 를 제공하기위해 ESD동작을 보증합니다.