열화상 카메라로 한국 석탄발전소의 화재를 예방합니다

대한민국 당진 석탄화력발전소 (DCFPC)의 석탄 컨베이어 장치 자연 발화 위험을 막기 위해 발전소 소유주인 한국동서발전 (EWP)은 열화상 카메라를 기반으로 한 화재 경고 시스템 설치하였습니다. 열화상 카메라로 석탄이 연소온도에 도달하기 전에 온도 상승 상태를 탐지하여 발전소의 안전 및 전력생산의 연속성을 확보하는 데 이바지하고 있습니다.

벙커, 사일로, 호퍼, 야적지에는 석탄이 어마어마하게 쌓여 있지만, 이 석탄은 가연성이 있는 물질로 갖가지 인화 시나리오에서 취약점으로 작용하는 물질입니다. 가장 빈번하면서 가장 위험한 석탄 화재 원인 중 하나가 자연 발화입니다. 자연발화는 석탄을 보관하거나 수송하는 곳이라면 어느 곳에서건 발생할 수 있습니다. 공기 중 산소와 만나면 석탄이 산화되기 시작합니다. 이 때 온도가 상승합니다. 처음에는 주변 온도보다 약간 높은 정도로만 온도가 상승하지만, 그 상태로 두면 섭씨 400도 이상으로 온도가 올라가 석탄에서 불꽃이 생길 수 있습니다.

예연 산화 공정 중 석탄에서 다량의 메탄과 일산화탄소 기체가 만들어질 수도 있습니다. 기체에 독성과 폭발성이 있어 소방수가 석탄 화재를 진압할 때 복잡한 상황을 만들 수도 있습니다. 따라서 이런 화재는 조기에 탐지하여 실제 화재로 번지지 못하게 예방하는 것이 무엇보다 중요합니다. 이런 이유로 많은 석탄 저장소가 열화상 카메라로 모니터링 수준을 높이고 있는 것입니다. 연기가 있어야 기능을 하는 연기 디텍터와는 달리 열화상 기술에 입각한 조기 경고 시스템으로 석탄에 불이 붙기 훨씬 전에 온도 상승을 탐지해 낼 수 있습니다. 이런 조기 경고를 토대로 온도가 상승을 막아 실제 연소와 그 이후에 이어질 수도 있는 파괴적인 석탄 화재를 예방하는 조치를 취할 수 있습니다.

석탄저장소 화재 예방에 열화상 기술을 구현한 기업 중 하나가 한국동서발전 (EWP)입니다. 이 기업은 당진 석탄화력발전소 (DCFPC)를 포함해 다섯 군데에서 발전소를 운영하고 있습니다. 여덟 개 석탄화력 발전 단위에서 생산하는 당진 석탄화력발전소 (DCFPC)의 발전량은 총 4,000 메가와트입니다.

위험이 큰 석탄 수송

석탄을 보일러로 수송하기 위해 수 킬로미터 길이의 컨베이어를 이용합니다. 수송 중에는 석탄이 저장 시설에 있을 때보다 자연 발화 위험이 커집니다. 역청탄에 불이 붙으면 공장 인부만 화재로 위험해지는 것이 아니라 컨베이어 시스템까지 파괴할 가능성이 있어 발전소 가동을 전면 중단 해야 할 수도 있습니다. 당진 석탄화력발전소 (DCFPC) 관리자 김영민씨는 "이런 시나리오는 허용되지 않습니다" 라고 말한 바 있습니다. "그렇기 때문에 FLIR 열화상 카메라를 수없이 설치한 것입니다."

당진 석탄화력발전소 (DCFPC)의 환경설비팀은 FLIR A310 열화상 카메라를 중심으로 그 주위에 조기 화재 경고 시스템을 구축하기로 하였습니다. "FLIR A310 열화상 카메라를 설치하기 전에 이 장치를 광범위하게 테스트하면서 이 시스템의 효과를 확인하였고 그 결과에도 꽤 만족했습니다". 이어 김영민 씨는 이렇게 설명하였습니다. "FLIR A310 열화상 카메라는 아주 미세한 온도 상승까지 잡아낼 수 있으며 자동으로 경고를 해줄 뿐 아니라 자동 스프링클러 시스템까지 작동시킵니다. 이렇게 화재예방 시스템이 석탄 화재를 자동으로 예방하거나 진화해 줄 수 있어 공장이 더욱 안전해졌고 전기도 중단 없이 생산할 수 있게 되었습니다."

자동 온도 경보

저장소 입구에 FLIR A310 열화상 카메라를 한 대 설치하여 컨베이어 시스템으로 들어오는 석탄을 점검하였습니다. 석탄은 초당 4미터 속도로 보일러로 투입되므로FLIR A310 열화상 카메라를 몇 대 더 추가하면 그 경로를 따라 온도를 점검할 수 있습니다. 어떤 지점에서 석탄의 온도가 지정한 매개변수 이상으로 높아졌다면 경보가 울립니다.

FLIR A310 열화상 카메라 일곱 대에 모두 조기 경보 장치가 설치되어 있습니다. 이 카메라는 전부 다 표준 이더넷 케이블로 TCP/IP 네트워크에 연결되어 있습니다. FLIR A310 열화상 카메라에서 나온 열 데이터는 네트워크를 통해 프로그램 가능 논리 제어장치 (PLC)와 공유하여, FLIR A310 열화상 카메라 온도 경보가 발동되면 PLC는 즉시 컨베이어 벨트를 멈추고 스프링클러 시스템을 작동시킵니다.

FLIR A310 열화상 카메라

FLIR A310 열화상 카메라에는 320x240 픽셀 해상도의 열화상을 생산하며 열 감도 50 mK (0.05 °C)인 비냉각식 마이크로볼로미터 디텍터가 들어 있습니다. 국소 온도와 영역 온도를 측정하고 자동으로 경보를 보내는 내장된 분석 기능이 있습니다.

"단순히 카메라 품질 때문이 아니라 우리가 갖고 있던 프로그램 가능 논리 제어장치 (PLC)와 통합 설치하기 쉬운 이유로 FLIR A310 열화상 카메라를 선택했습니다"라고 김영민씨는 설명을 이어갔습니다. "TCP/IP 네트워크를 통해 원격 제어하고, 프로그램 가능 논리 제어장치 (PLC)와 아무 문제 없이 통합 설치 되며, 거기에다 아날로그 복합 영상을 이용하여 제어실에서 실시간으로 열화상을 모니터할 수 있는 시스템을 원했습니다. FLIR A310 열화상 카메라는 이런 요건에 모두 들어맞았고 가격까지 경쟁력이 있었습니다."

매끄러운 통합 설치 과정

FLIR A310 열화상 카메라는 TCP/IP 연결성이 뛰어나 시스템에 매끄럽게 통합 설치 됩니다. 온도 경보가 울리면 프로그램 가능 논리 제어장치 (PLC)가 그 정보를 네트워크의 다른 곳으로 전달하고, 직원들은 소리와 깜빡이는 경보등으로 경고를 받으며, 책임자는 전자우편이나 FTP를 통해 개별 사용자 통지를 받을 수 있습니다. 열화상은 추후 분석이나 증거 차원에서 녹화됩니다.

FLIR IR 모니터 소프트웨어와 FLIR 소프트웨어 개발 키트 (SDK)가 중심이 되는 소프트웨어 솔루션으로 온도 그래프나 온도 추이도 분석할 수 있습니다. 국소 온도와 지정 영역의 최저/평균/최고 온도, 상대 온도를 포함한 여러 매개변수를 기준으로 자동 온도 경보를 구성할 수 있습니다.

재산 보호

당진 석탄화력발전소 (DCFPC)의 환경설비팀은 온도 경보를 광범위하게 테스트하면서 FLIR A310 열화상 카메라가 기반이 되는 화재 경고 시스템이 성능, 신뢰도, 적용성이 높다는 사실을 확인하였습니다. 김영민씨는 "열화상 카메라 기반 화재 예방 및 진화 시스템이 우리 자산을 보호하고 나아가 운영 효율까지 높여주리라 확신"한다며 말을 맺었습니다.