T/C, RTD 온도측정 신뢰성 향상및 센서 노후화에 따른 불량 조기 탐지로 플랜트 운전효율, 생산성 향상 및 고품질화 달성

온도가 중요한 프로세스라면

온도가 프로세스 운전효율, 생산성 및 품질에 지대한 영향을 미치는 플랜트라면 온도 측정, 제어 및 센서관리는 해당플랜트의 경쟁력측면에서 중요한 요소가 됩니다.
요즘은 품질, 가격경쟁등이 첨예화 되고 있고, 생산가동율및 안전운전등의 요구가 증가하고 있는 현실로, 디지털방식 (HART, FF, PA등) 을 이용한 측정및 제어 계장 고도화가 보편화 되었습니다. 고도화를 위해서는 현장의 센서의 품질과 관리를 간과 하면 안되겠습니다.
플랜트 현장에는 온도측정을 위한 많은 센서류가 설치되어 있으며 그중에서도 T/C (Thermocouple -열전대), 및 RTD (측온저항체) 센서류가 대부분을 차지 합니다.
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유지 관리측면에서 보자면, 온도 측정이 중요한 요소중 하나지만 센서 자체를 상시 점검할 수가 없어, 정기 보수시 주기적으로 교체하던가 아니면 불량, 고장이 발생했을때 대처하는게 통상적인 방법 입니다.
과학적이고 예측 가능한 방법으로 센서류의 특성을 이용하여 사전에 노후화를 인지하여 대처할수 있는 제품을 선택하고 이와 더불어 추가적인 기능들을 잘 활용하면 수율향상, 고품질, 고정도 제어등에 많은 도움이 되겠습니다.

온도 센서 노화, 불량

1. T/C (열전대) :

T/C sensor 자체의 노후화 (사용연한, 고온노출, 화학물질의 유입으로 인한 T/C metal 특성변화등) 및 관련 부분 (부식, 연결도선 , 연결부분 불량등) 을 조기에 발견하여 Fail 되기전에 대처할 수 있다면, 보다 효율적인 유지보수 계획을 잡거나, 프로세스의 연속운전 및 품질향상에 도움이 됩니다.

T/C 경우는 Junction이 Fail 되기 직전에 저항치가 급격히 증가하는 특성이 있으므로, T/C의 초기설치시 THZ3 (TDZ3) Transmitter가 “base-line” 저항치를 reference로 capture하여 warning / alarm 레벨에 도달하면 알려주게 됩니다 (적용에 따라 Warn / Alarm 셋팅치를 다르게 지정하거나, 동시에 지정할 수 있습니다.)

2. RTD (측온체) :

RTD 센서의 경우, 대부분 플랜트현장은 3wire RTD sensor를 적용하며, Error를 유발하는 원인은
부식 (corrosion) 으로 인하거나, 접속부분이 헐거워져서(loose connections) 생기는 도선 저항불균형에서 유발되는 경우 입니다.
이경우 불균형저항치 (red line 표시)가 어느 범주를 넘어서면 Warning / Alarm을 알려주어 fail 되기전에 해당 루프를 점검할 수 있게 됩니다.

온도센서 관리 포인트

1) Broken Wire Detection : 현장의 sensor 가 open 되거나 fail 일 경우에 “Broken Wire” detection Alarm 을 발해서 upscale인경우 23.6mA, down scale일경우 3.6mA 신호를 내보냅니다.

▶ BROKEN WIRE를 감지하는 즉시 Alarm 신호를 출력할 경우 중요 프로세스의 Shut Down을 야기할 수도 있으므로 이를 검증해야 합니다.
주변의 노이즈나 순간적인 출렁임인지, 확실한 BROKEN WIRE 인지 검증 기능을 위한 “Holdoff”기능을 적용하면 0-60sec동안 delay를 설정할 수가 있어 외란 인지? 센서 단선인지? 를 결정하는데 이용할 수 있어 운전 안정성을 확보할 수가 있습니다.

2) 2개의 입력치를 비교하여 Sensor Drift Alert 를 할 수 있습니다.

Sensor Drift는 2 x 입력센서 (Duplext RTD, T/C) 의 절대값 차 의 범위를 정하여 이를 벗어나면 센서에 문제가 있다고 알람을 발생시킬수 있는 기능입니다. HART digital message로 보낼수도 있고 Fale Safe AO 신호로 출력 시킬수도 있습니다.

3) Back up, Fail over 기능으로 프로세스 연속 운전 확보,
Average기능으로 평균치로 운전 (gas flow stream 등)
High / Low selector 기능으로 프로세스 over heating, cooling 등을 방지,
differential 기능을 이용하여 Heat Exchager 등에 적용 가능합니다. ​
또한 이런 상황들을 HART 7 의 Exception 을 이용하여, “프로세스 문제 또는 진단 문제” 가 있음을 상위 시스템에 보고 할 수가 있습니다.