화력 발전소에서의 화재 예방을 위한 열화상 카메라

아주 작은 온도 변화도 감지하는 FLIR A310
발전소의 안전과 생산 연속성 보장

한국 당진 석탄 화력 발전소(DCFPC)에서 석탄 컨베이어 시스템의 자연 발화 위험을 방지하기 위해 발전소 소유자인 한국동서발전(EWP)은 열화상 카메라를 기반으로 한 화재 경보 시스템을 설치했다. 석탄이 연소되는 온도에 도달하기 훨씬 이전에 온도 상승을 감지하는 열화상 카메라를 통해 발전소의 안전과 생산 연속성을 보장할 수 있다고 플리어시스템코리아는 전했다.

광대한 양의 석탄이 벙커, 사일로, 호퍼 그리고 개방된 저탄장에 저장되어 있지만 석탄은 가연성 물질이란 점을 감안할 때 여러 발화 가능성에 노출되어 있다. 가장 빈번하면서도 가장 위험한 석탄 화재 원인 중 하나는 자연 발화이다. 이 현상은 석탄이 저장되거나 이송되는 모든 곳에서 발생할 수 있다. 석탄은 공기 중의 산소로 산화될 수 있다.

 이로 인해 온도가 상승한다. 처음에 석탄의 온도는 주변 온도 수준까지 상승하지만 그대로 방치할 경우 섭씨 400℃까지 상승하여 불꽃을 내며 연소하게 된다. 연소 전 산화 단계에서 석탄은 상당한 양의 메탄과 일산화탄소 기체를 생성한다. 이러한 가스의 독성뿐만 아니라 특정 농도에서 폭발 가능성이 높아지기 때문에 소방관조차 석탄 화재를 쉽게 진화할 수 없다. 따라서 이러한 화재를 초기 단계에서 감지하여 실제 화재를 예방하는 것이 가장 중요하다.

이러한 이유로 여러 석탄 저장 발전소들은 열화상 카메라를 설치하고 있다. 연기가 발생해야 기능하게 되는 연기 탐지기와는 달리 열화상 카메라 기술을 기반으로 하는 조기 경보 시스템은 석탄이 발화하기 훨씬 전에 온도 상승을 감지할 수 있다. 이러한 조기 경보 수단을 기반으로 온도 상승을 중단시켜 실제 연소를 방지하고 끔찍한 석탄 화재를 예방할 수 있다. 석탄 저장 발전소의 화재 예방을 위한 이러한 열화상 기술의 잠재력을 깨달은 기업 중 하나가 바로 한국동서발전(EWP)이다. 이 기업은 최근에 열화상 카메라 화재 예방 시스템을 설치한 당진석탄화력발전소(DCFPC)를 포함하여 5개의 발전소를 운영하고 있다. DCFPC는 8개의 화력 발전 기기에서 총 4,000 메가 와트의 전기를 생산하고 있다.

위험한 석탄 운반
석탄을 보일러로 운반하기 위해 수 km 길이의 컨베이어 벨트 시스템을 이용한다. 석탄이 움직이지 않는 상태로 있는 저장 설비에서보다 운반 동안 자연 발화 발생 가능성이 훨씬 더 크다. 역청탄이 발화할 때 화재는 발전소의 직원에게 해로우며 컨베이어 시스템을 파괴시킬 수도 있으며 전력 생산을 완전히 중단시킬 수도 있다. 
이와 관련 DCFPC 김영민 감독관은 “이러한 일이 일어나서는 안되기 때문에 여러 대의 FLIR 열화상 카메라를 설치했다”고 밝혔다.

DCFPC의 환경시설팀은 FLIR 열화상 카메라 주변에 조기 화재 경보 시스템을 구축하기로 결정했다. “총 7대의FLIR A310 열화상 카메라를 설치했다. 이 카메라를 설치하기 전에 우리는 이 시스템이 작동하는지 확인하기 위해 광범위한 테스트를 했다”고 덧붙인 DCFPC 김영민 감독관은 그 결과에 매우 만족할 수 있었다.
FLIR A310 열화상 카메라는 아주 작은 온도 변화도 감지하며 자동으로 경보 할 뿐만 아니라 자동 스프링쿨러 시스템을 작동시키기도 한다. 이러한 방식의 화재 예방 시스템은 석탄 화재를 자동으로 예방하거나 진화할 수 있어 발전소 안전을 향상시키고 지속적인 전력 생산을 가능하게 한다.

자동 온도 경보
저장고에 설치된 한 대의 FLIR A310 열화상 카메라가 석탄이 컨베이어 시스템으로 들어갈 때 이 석탄을 확인한다. 석탄이 초 당 4m의 속도로 보일러로 운반될 때 여러 대의 FLIR A310 열화상 카메라가 그 경로를 따라 온도를 점검한다. 어느 지점에서 석탄 온도가 이전에 결정된 값보다 상승한 경우 경보가 발령되고 스프링쿨러가 자동으로 작동한다.

총 7대의 FLIR A310 열화상 카메라가 조기 경보 시스템에 포함되어 있다. 이 카메라들은 모두 표준 이더넷 케이블을 통해 TCP/IP 네트워크로 연결되어 있다. 네트워크를 통해 FLIR A310 열화상 카메라의 열 데이터가 프로그램 가능한 로직 컨트롤러(PLC)와 공유되어 FLIR A310 열화상 카메라의 온도 경보가 발령될 때 즉각적으로 컨베이어 벨트를 중단시키고 스프링쿨러 시스템을 가동시키는 것이다.

FLIR A310 열화상 카메라
FLIR A310 열화상 카메라에는 50mK(0.05℃)의 열감도에서 320x240 픽셀의 해상도를 가진 열 이미지를 제공하는 냉각이 필요 없는 마이크로볼로미터 감지기가 포함되어 있다. 지점 온도 측정과 면적 온도를 제공하는 분석 기능과 자동 경보 기능을 탑재하고 있다.

유연한 통합
FLIR A310 열화상 카메라의 TCP/IP 연결 기능 덕분에 시스템에 유연하게 통합할 수 있다. 온도 경보가 발령되면 PLC는 이 정보를 다른 네트워크에 전달하고 직원들은 경고음과 불빛 경고를 통해 상황을 파악하며 책임자는 전자우편이나 FTP를 통해 개별 사용자들의 보고를 수신한다. 열 영상은 나중에 분석하거나 증거 자료로 사용하기 위해 저장된다. FLIR IR 모니터 소프트웨어와 FLIR 소프트웨어 개발 키트(SDK)를 기반으로 한 소프트웨어 솔루션을 통해 온도 그래프 분석과 온도 트랜드 분석을 할 수 있다. 자동 온도 경보는 지점 온도와 최대, 최소, 평균, 지정된 면적에서의 상대 온도를 포함한 여러 매개변수를 기반으로 한다.

시설 보호
DCFPC의 환경시설팀은 PLC와의 통합을 통해 온도 감지, 경보, 스프링쿨러 시스템 작동을 시험하여 화재 경보 시스템을 기반으로 한 FLIR A310 열화상 카메라의 고성능, 안정성 및 적용 가능성을 확인했다. 이에 김영민 감독관은 “화재 예방 및 진화 시스템에서 중요한 역할을 하는 열화상 카메라가 우리의 시설을 보호하고 운영 효율성을 향상시켜 줄 것이라고 확신한다”고 전했다.

자료제공 | 플리어시스템코리아(www.flir.com)