고신뢰성 PLC 해외 도입 사례- 영국 석유 저장고 안전 도입 솔루션

사고 원인이 된 스위치 결함

2005년에 폭발한 탱크 912에는 2004년도에 New Independent High-Level 스위치가 장착되었다. 그런데 이 때 스위치 설계에서 설치 및 유지보수 방법에 이르기까지 전반적으로 안정성 측면상의 문제가 발생했다. 스위치 설치자가 작업 특성과 패드락의 중요성에 대해 충분히 인식하지 못하고 테스트 이후 스위치를 작동 불가 상태로 방치해두었기 때문이다.

게다가 ATG 디스플레이의 노후로 인해 탱크 연료 주입이 계속해서 이뤄졌음에도 연료 상승 레벨이 기록되지 않았고, 3개의 ATG 알람(User Level, High Level, High-High Level)마저 탱크의 수위가 경보 수준 이하에 있음을 나타냈다.

이 같은 결함이 결국 2005년 12월 탱크 912의 폭발로 이어졌는데, 당시 주입 작업을 모니터링하는 게이지에 장애가 발생해 Independent High-Level 스위치가 작동하지 않았고, 이로 인해 담당 직원에게 경고가 전송되지 않았다.

이후 다량의 휘발유가 탱크 상부에서 넘치기 시작해 폭발의 원인인 증기 구름을 형성하기 시작했고, 이것이 결국 폭발로 이어졌다. 영국에서 5번째로 큰 연료 저장 터미널이 폭발하면서 1.4조 달러의 경제적 손실이 발생하게 되었다.

필츠의 솔루션

사고 발생 후 영국 HSE는 지시사항으로 시스템의 안전 무결성 수준 확보와 높은 안전 무결성을 지닌 시스템 기반의 오작동, 결함 등을 사전 탐지하고 오작동, 결함 등이 단계적으로 확대되는 시나리오에 대응 가능한 높은 신뢰도를 갖춘 조직 운영을 요구했다.

이 같은 HSE의 요구는 필츠 UK가 안전 관련 시스템의 기능 안전을 다루는 규격인 IEC 61508에 기반을 둔 기능 안전 표준 프로세스와 안전 계기 시스템의 안전 무결성 수준을 달성하는 데 필요한 솔루션을 제공하는 것으로 이어졌다. 필츠가 제공한 솔루션이 보유한 주요 특성은 다음과 같다.

탱크 Hi-Hing Level 탐지

- Liquiphant(레벨 스위치)

Liquiphant는 음차 검사형 유형의 프로브로, High-High 레벨을 검출하는데, 이는 프로브의 길이로 설정된다.

제품의 엔드레스 하우저 시스템은 High-High 레벨 신호 및 장치 이상 신호를 제공하는데, 제품이 SIL 달성이 가능한 로직 솔버 및 ROSoV 통합 안전 루프의 일부이기 때문에 안전 무결성 등급 SIL 2를 달성할 수 있다.

- 레이더

레이더 센서는 제품 또는 부동 루프에 의해 반사되는 전파의 펄스를 전송하는데, 제품의 엔드레스 하우저 시스템이 4-20mA 레벨 신호를 제공한다.

레이더 역시 SIL 달성이 가능한 로직 솔버 및 ROSoV 통합 안전 루프의 일부이기 때문에 안전 무결성 등급 SIL 2를 달성할 수 있다. ROSoV(Remotely Operated Shutoff Valave, 탱크 입, 출구 원격 밸브 셧 오프 장치) ROSoV는 개폐 피드백을 확인함으로써 지정된 시간 범위 초과 상태를 확인하고 이를 통해 밸브 결함을 점검한다.

또한 ROSoV는 로드 랙 폐쇄 시 압력 상승이 천천히 진행되도록 밸브의 열리고 닫히는 시간을 제어하며, 테스트 펄스를 통해 배선 오류 및 교차 단락을 점검한다.

오디오 알람

오디오 알람은 탱크 저장 영역 내부와 원격 레일 사이딩, 부두 주위에 배치되며, High-High 검출 상태에서만 활성화되는 고유 알람 소리를 발생시킨다.

로딩 랙 오버 플로우 차단 장치

로드 랙은 증기 탱크를 통해 모니터링을 수행하는데, 탱크에는 Liquiphant 프로브가 포함되어 있다. 유조선의 수량이 초과되는 경우 증기 및 연료가 통 기관을 통해 증기 탱크를 채우는데, 일반적으로 증기 탱크를 통해 흐르는 증기가 응축 및 VRU에 의해 회수된다. 한편, 유조선에 짐을 싣는 동안 이 과정이 스컬리 연결을 통해 모니터링되는데, 스컬리는 접지 연속성 및 과충전 표시를 수행한다.

시스템 모니터링

로딩 랙의 상태와 알람 로그의 경우 Pilz PMI가 실시간으로 감시하고 기록해 사용자에게 그 결과를 알려준다.

프로세스 컨트롤(안전 시스템)

작은 고장이 큰 피해로 이어지지 않도록 듀얼 프로세서 구조의 독립적인 이중화 시스템이 중앙에서 제어를 수행하며, 로드 랙 및 각 밸브의 입구와 출구 개소에는 특정 개소 시스템이 실패하더라도 분리된 분산 I/O 모듈에 의해 로드 랙 밸브 등의 유량 유출이 차단되는 기능이 적용되었다.

이 같은 시스템은 High-High 레벨 또는 장치 오류를 무효화시킬 수 있는 기능을 제공하는데, 무효화 조작은 듀얼 채널 키 스위치와 키에 접근하기 위한 작업 안전 시스템을 활용해 터미널 관리자 외에 허가되지 않은 임의 접근을 차단한다.

IEC 61508과 필츠의 솔루션

각 산업마다 포괄적인 기능 안전 규격인 IEC 61508에 기반을 두고 있는 파생 규격을 보유하고 있는데, IEC 61511은 프로세스 부문에 적용되며 석유, 화학 및 가스 등이 이에 해당된다. 산업들 중에서도 고온, 고압, 가연성, 유독성, 폭발성 물질을 취급하는 프로세스 산업에서 안전 시스템이 고장 및 실패를 겪게 될 시 대형 사고가 발생할 수 있기 때문에 규격에서 요구되는 적합성 만족이 매우 중요하게 작용한다.

IEC 61511-1 조항의 11.2.4에는 BPCS(기본 공정 제어 시스템)가 SIS(안전 계기 시스템)의 기능 무결성이 손상되지 않는 범위 내에서 분리 및 독립 설계되어야 한다고 명시되어 있을 뿐만 아니라 공통 원인에 의한 고장과 종속 고장 등의 실패를 방지하는 데 기반을 두고 있는 요구사항에 대한 언급도 담겨 있다. 필츠는 위와 같은 요구사항을 충족시키기 위해 독립적인 프로세스를 진행하고 있으며, SIL 등급을 만족시킬 수 있는 솔루션 또한 제공하고 있다.

또한 필츠는 IEC 61508 기반의 엔지니어링 프로세스에서 필수적인 안전 사양에 따른 하드웨어 설계, 모듈 설계, 소프트웨어 개발 등의 단계별 검증 절차인 V-model과 같은 표준 프로세스를 구축해 전 세계에 동일한 수준의 서비스를 제공하고 있다. 이 같은 필츠의 솔루션은 필츠가 신뢰성에 기반을 두고 있는 안전 필수 산업군에 적합한 솔루션을 제공하고 있음을 보여준다.

자료제공 | 필츠 코리아(www.pilz.com/ko-KR)