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2022년 9월, Gayla Broostin 작성

Zeeco 개조 작업 전 후 Zenith Energy의 전력 사용량

배경

탱크 저장 시설의 증기 회수 시스템은 40년 이상 사용되어 왔으며 주로 석유 제품 이송 중 발생하는 휘발성 유기 화합물 (VOC) 배출 제어와 관련하여 환경 규정을 해결하기 위해 개발되었습니다. 또한 냄새나 독성 물질의 노출 우려로 인해 증기 처리가 필요할 수 있습니다. 

여러 해에 걸쳐, 증기 제어 장비에는 다양한 진화와 개선이 이루어졌으며 장치의 설계, 프로세스 및 효율성뿐만 아니라 더 낮은 배출량 달성 능력에서도 개선이 이루어졌습니다. 이 기사는 Zeeco가 탱크 저장 시설이 기존 증기 회수 장치 (VRU)를 전략적으로 업그레이드하는 데 도움을 주었던 사례를 설명하고 있습니다. 이러한 업그레이드로 시스템의 신뢰성이 향상되었으며 운영 비용과 탄소 발자국을 줄였습니다.

 

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상황

활성탄 VRU 시스템은 탱크 저장 시설에서 널리 사용됩니다. 활성탄 장치는 사실상 대형 여과 시스템입니다. 탱크 증기는 흡착이라는 과정을 통해 활성탄 베드로 이동되는데 이 과정에서 증기로부터 탄화수소를 제거합니다. 베드가 탄화수소로 포화되면 해당 베드는 격리되고 추가 증기는 두 번째, 깨끗한 탄소 베드로 이동됩니다.

첫 번째 탄소 베드는 베드 내부에 진공을 만들어 재생이라는 과정을 통해 청소됩니다. 이 과정은 흡착된 탄화수소가 활성탄에서 방출되고 베드에서 제거되도록 합니다. 베드를 재생하고 현재 탄화수소가 풍부한 증기 스트림을 흡수기 컬럼으로 이동시키기 위해 하나 이상의 진공 펌프가 필요합니다. 흡수기 컬럼에서는 탄화수소 액체 (일반적으로 가솔린)가 풍부한 증기 스트림과 접촉하여 증기 상태의 탄화수소를 액체로 응축시킵니다. 회수된 탄화수소를 포함한 흡수성 액체는 흡수액 저장 탱크로 반환됩니다. 평균적으로 일반적인 탄소 침대 VRU는 1,000갤런의 가솔린에 대해 약 1-2 갤런의 가솔린을 회수할 수 있습니다.

활성탄 VRU 회로도

그림 1 – 활성탄 VRU 회로도

 

과제

많은 적재 시설이 노후화됨에 따라 오래된 증기 제어 장비를 최신 표준으로 끌어 올릴 수 있는 기회가 생겼습니다. 또한 휘발유 유통 시장이 크게 성장하여 많은 터미널 운영자가 시설 확장을 위한 솔루션을 모색하게되었습니다. 어떻게 운영과 용량의 개선뿐만 아니라 배출량과 탄소 발자국 감소에도 도움이 되는지에 대해서도 더 많은 생각이 제기되고 있습니다.

2020년, 미국 동북부에 있는 Zenith Energy의 탱크 저장 터미널이 기존 활성탄 증기 회수 장치에 문제가 있다고 Zeeco에 문의했습니다. 해당 터미널은 바이오 디젤, 부탄, 정유 부산물, 에탄올 및 가솔린을 위한 거의 400,000배럴의 저장 용량을 가지고 있습니다. Zenith Energy는 전반적인 적재 능력을 향상시키고 환경/에너지 발자국 및 운영 비용을 절감할 수 있는 솔루션을 찾고 있었습니다.

이 오래된 VRU의 주요 문제점은 시스템의 액체 링 진공 펌프 (LRVP)와 보조 장비였습니다. 이름에서 알 수 있듯이 LRVP는 펌프 하우징 내부에 유지되는 액체 링에 의존합니다. 이 액체는 종종 실링 액체라고 불리며, 동결 및 부식 방지를 위한 물과 화학 첨가제의 혼합물입니다. 실링 액체를 적절한 수준과 혼합물로 유지하기 위해서는 정기적인 유지보수가 필요합니다.

진공 펌프에서 나오는 증기는 일부 실링 액체를 포함하므로 분리기 장치로 이동시켜야 합니다. 분리기에서 나온 실링 액체는 다시 진공 펌프로 이동되어야 합니다. 일반적으로 회수된 실링 액체를 진공 펌프로 반환하기 전 냉각을 위해 열교환기가 필요합니다. 실링 액체 처리 시스템의 수성요소는 그림 2를 참조하십시오.

LRVP 씰 유체 루프

그림 2 – LRVP 실링 액체 루프

 

LRVP 시스템과 관련된 일반적인 유지보수 문제는 다음과 같습니다.

  • 고가의 첨가제를 사용한 실링 액체의 정기적인 처리
  • 사용된 실링 액체 모니터링 및 교체
  • 실링 액체가 에탄올 증기에 노출된 경우 실링 액체 첨가제의 열화
  • 사용된 실링 액체 폐기
  • 부식으로 인한 열교환기 내부의 수리/교체
  • 정기적으로 필요한 LRVP LRVP의 재건
  • 실링 액체 펌프의 유지보수

LRVP 운영의 또 다른 과제는 이러한 펌프들이 항상 최대 설계 속도로 작동해야 하며 속도를 낮추거나 감소시키지 않고 운전해야 한다는 것입니다. 이로 인해 필요 이상으로 높은 전력 소비와 더 자주 필요한 진공 펌프 유지보수로 이어집니다.

이곳에 있는 VRU 시스템에서 사용된 LRVP는 위에서 언급한 많은 유지보수 요구사항을 겪었습니다. 게다가 속도를 낮출 수 없는 오래된 LRVP 기술을 사용한 VRU 시스템으로 인해, 터미널의 부하가 줄어든 기간에도 지속적으로 높은 전력을 사용하게 되었습니다.

이 터미널에는 VRU가 하나만 있었기 때문에 시스템을 유지 관리하거나 예기치 않은 중단은 터미널이 대부분의 이전 작업을 중지해야 하는 상황을 야기했습니다. 이로 인해 상당한 수익 손실과 다운스트림 공급망의 어려움이 발생했습니다.

 

해결책

터미널 운영자들은 Zeeco의 전문가들에게 적재 작업량과 속도를 높이고 운영 및 유지보수 비용을 감소시키며, 미래의 배출 규제 요구사항을 충족시킬 수있는 해결책을 제안해 달라고 요청했습니다. 또한 이 해결책은 경제적이고 터미널 작업을 중단하지 않고 실행할 수 있어야 했습니다.

Zeeco의 업그레이드 계획에는 터미널 운영자들이 목표를 달성하는 데 도움이 되는 여러 가지 권장 사항이 포함되어 있었습니다. 주요 변경 사항은 기존 LRVP와 보조 장비를 최첨단 드라이 스크류 진공 펌프로 업그레이드하는 것이었습니다. 드라이 스크류 진공 펌프는보다 더 효율적이며 실링 액체 및 관련 보조 분리기 용기, 펌프 및 열교환기가 필요하지 않습니다.

LRVP 대 건식 진공 펌프 부품

그림 3 – LRVP vs 드라이 진공 펌프 부품

 

게다가 드라이 스크류 진공 펌프는 전체 진공 용량이 필요하지 않은 경우 가변 주파수 변환기를 사용하여 속도를 낮출 수 있습니다. 이러한 변화로 이전 액체 진공 펌프의 비효율성을 개선했을뿐만 아니라 펌프 작동에 필요한 추가 장비 및 서비스를 제거하여 유지보수, 공공 요금 및 가동 중지 시간을 줄일 수 있었습니다.

Zeeco의 글로벌 현장 서비스 팀은 여러 개의 누수 밸브 교체, 압력 및 온도 스위치를 변속기로 업그레이드, VRU의 운영과 모니터링을 보다 쉽게 할 수 있는 새로운 프로그램 가능 로직 컨트롤러(PLC)와 인간-기계 인터페이스(HMI) 스크린의 설치를 권장했습니다. 밸브 교체는 회수 효율성을 향상시켰으며 새로운 변속기와 PLC를 설치하여 공정을보다 정확하게 제어할 수있었습니다. 또한 새로운 PLC에 프로그래밍을 추가하여VRU가 사용률이 낮은 기간 동안 "절전 모드"에 진입할 수 있는 기능을 추가하여 전력 소비를 크게 줄이고 유지보수 간격을 크게 연장했습니다.

새로운 PLC와 HMI가 추가됨에 따라 시스템은 경보 기록, 펌프 작동 시간, 출구 배출 농도 수준 및 압력, 진공 및 온도 추이와 같은 과거 데이터도 기록할 수 있었습니다. 이를 통해 운영 시간 및 주기에 따라 시스템의 개별 구성 요소에 대한 보다 더 정확한 유지관리 일정을 생성할 수 있었습니다. 경보 정보 및 데이터 추이는 운영 문제를 식별하고 문제 해결에 모두 유용했습니다.

2020년 겨울, Zeeco는 개조 작업을 시작했고 터미널 운영자들에게 Zeeco의 다양한 렌탈 플릿에 속하는 트레일러 장착형 증기 연소 장치(VCU)인 ZEECO® Zephyr™를 제공했습니다. Zephyr는 99% 이상의 VOC 파괴 효율을 자랑하며 광범위한 유량 범위에서 무연 연소를 달성하도록 설계되었습니다. Zephyr를 활용하여 Zeeco는 VRU 증기의 100%를 VCU로 재경로 설정하여 안전하게 연소시킬 수 있었습니다. 이를 통해 터미널은 작업이 진행되는 동안 직원 및 고객의 안전을 유지하고 환경 규정을 준수하며 터미널을 일반적인 작동 용량으로 계속 작동할 수있었습니다.

ZEECO® Zepyhr™ 연소 장치 서비스 중

그림 1 – VRU의 업그레이드가 완료되는 동안 운전중인 Zephyr™ 연소 장치

 

결과

시스템의 업그레이드로 인해 VRU 운영이 크게 개선되었습니다. 처리량이 증가하고 안정성이 향상되었습니다. 절전 모드는 VRU의 전력 사용량을 40% 이상 줄였습니다(그림 3 참조). 배출 수준도 크게 감소하여 향후 시행 될 것으로 예상되는 더 엄격한 규정을 이미 준수할 수 있었습니다. 이러한 개선은 현재의 환경, 사회 및 지배구조(ESG) 기준과 일치합니다. 재정적 측면에서도 업그레이드는 성공적이었습니다. 전체 개조에 대한 투자 수익률 (ROI)은 2년 내로 달성되었습니다. 

Zenith는 시설에 어떠한 가동 중지 없이 다양한 영역에서 이점을 얻기 위해 VRU 시스템을 개선하는 주도적인 노력을 기울였습니다.

그림 3: 개조 전후의 Zenith Energy의 전력 사용량

 

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