일본, 석유화학 20사 공동개발 추진 … MCC는 설비안전 적극 활용
일본 석유화학기업들이 IoT(Internet of Things) 기술을 연계한 플랜트 안정가동 기술을 공동개발하고 있다.
Mitsui Chemicals(MCC) 등 20여개의 석유화학기업 및 엔지니어링 관련기업들이 석유화학설비에 설치한 온도·압력 측정센서를 통해 수집한 데이터를 기반으로 가동상황을 실시간 모니터링하는 소프트센서(가상센서) 기술을 공동개발하고 있다.
석유화학 플랜트는 설비 곳곳에 온도, 압력, 유량 등을 축적할 수 있는 하드센서가 설치돼 이론적으로는 측정치를 매분 확인할 수 있으나 농도 분석 등의 장비는 고가이기 때문에 하나로 여러 설비를 관리하는 경우가 많아 실시간 분석이 어렵다는 점이 지적돼왔다.
또 하드센서를 설치하기 어려운 공정도 있어 기존 기술만으로 공장 전체를 실시간 감시하는 것은 불가능한 것으로 판단되고 있다.
하지만, 소프트센서를 활용하면 하드센서로 해결할 수 없던 실시간 모니터링이 가능해져 품질 향상, 관리코스트 감축, 이상 조기발견 등을 통해 플랜트를 안정가동할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
참여기업들은 Tokyo대학 연구팀이 개발한 통계분석공법을 바탕으로 하드센서를 통해 농도, 밀도 등의 데이터를 수집하며 과거 가동 데이터와 접목·분석해 온라인으로 다음 가동상황, 생산제품의 물성을 예측하는 시스템을 개발하고 있다.
또 새로운 가동데이터를 확보하면 설비의 실제 노후상태에 맞추어 모든 정보를 갱신할 수 있도록 공법을 수립하고 있다.
2년 후 상용화를 목표로 개발하고 있으며 반응기, 증류기, 에틸렌(Ethylene) 및 초산(Acetic Acid) 리사이클 공정 등에 적합한 시뮬레이션 소프트를 개발하는데 성공한 것으로 알려졌다.
MCC 외에 주요 석유화학기업, 엔지니어링, 계산과학 관련기업, 반도체기업, Tokyo대학, Kyoto대학 등이 참여하고 있으며 2년 동안 공동개발을 추진할 방침이다.
연구 성과는 참여자 모두가 공유할 예정으로 석유화학기업들은 자사의 석유화학 플랜트에 해당 소프트센서 기술을 직접 적용할 예정인 것으로 알려졌다.
일본 경제산업성은 산업현장에서 설비 운영 및 가동 중에 얻은 빅데이터를 소프트센서에 입력함으로써 보안능력을 향상시키는 산업보안 스마트화의 중요성을 강조하고 있다.
일부기업이 선제적으로 이용을 시작했으나 다수의 관련기업 및 학계가 기술 확립을 위해 공동개발 체제를 갖춘 것은 처음이어서 주목된다.
특히, MCC는 화학사업의 구조개혁으로 수익성이 대폭 개선될 것으로 예상되고 있는 가운데 생산설비의 안전운전으로 지속가능한 경영을 실현하기 위해 IoT 활용을 본격화하고 있다.
MCC는 8월 석유화학제품 판매가 꾸준함에 따라 2016년 영업이익 예상치를 100억엔에서 800억엔으로 상향 조정했다. 저유가가 호재로 작용하고 구조개혁을 단행한 성과가 나타나고 있는 것으로 파악된다.
풀가동하고 있는 설비에서 트러블이 발생하면 영업손실이 막대하기 때문에 생산설비에 IoT 기술을 접목함으로써 안전·안정 운전을 실시하고 있다.
Ichihara 공장은 에틸렌 생산능력 55만톤의 NCC(Naphtha Cracking Center)를 중심으로 폴리올레핀(Polyolefin), 엘라스토머 등의 석유화학 컴플렉스를 구축하고 있다.
크래커는 가동률이 95% 이상이며 공장 전체의 평균 가동률은 90%을 넘는 것으로 파악되고 있다.
MCC는 크래커 가동 및 유도제품 생산의 최적화를 석유화학 컴플렉스의 운영방침으로 정의하고 있다.
내수 침체로 가동률이 저하됨에 따라 공급과잉 품목인 페놀(Phenol)은 2014년 9월 Idemitsu Kosan과의 합작설비를 가동중단하고 BPA(Bisphenol-A)는 2016년 3월 생산을 중단했으며 폴리올레핀은 2013-2014년 생산능력을 약 30만톤 축소했다.
Ichihara 공장은 구조조정을 거친 이후 크래커가 생산하는 올레핀을 유도제품 생산설비에 투입함으로써 높은 가동률을 지속하고 있다.
폴리올레핀은 엔저에 따라 수입제품의 유입이 줄어들었으며 고기능제품 수요가 증가하고 일부 남아있는 범용제품 설비의 가동률이 상승하고 있다.
MCC는 폴리올레핀 외에 EPT(Ethylene- Propylene Terpolymer) 등 엘라스토머도 범용제품 비중을 줄이고 고기능제품 생산에 주력하고 있다.
Ichihara 공장은 중소규모의 양산 플랜트를 구축하고 상품 개발, 수요처 평가를 통해 신규 브랜드의 생산량을 단계적으로 늘리며 고기능제품 비중을 높이고 있다.
세계적으로 크래커의 설비 트러블이 잇따르고 있는 가운데 Ichihara 공장은 플랜트의 안전운전에 세심한 주의를 기울이고 있다.
2017년 조업 50년을 맞이하는 가운데 생산설비 대부분이 건설된 지 30년 이상이 지났기 때문에 설비를 관리하고 지속적으로 활용하기 위한 작업이 요구되고 있다.
이에 따라 MCC는 IoT 기술을 생산설비의 안전운전에 활용하기 위해 축적된 운전 데이터를 바탕으로 설비의 이상을 사전에 감지하는 기술 개발에 주력하고 있다. <강윤화·이하나 기자>
<화학저널 2017년 5월 15일>
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