공항 운영에 있어 연료의 공급과 효율적 관리는 매우 중요한 부분을 차지한다. 연료 공급펌프 결함이나 연료누출은 심각한 재난을 초래할 수도 있어 철저한 모니터링과 관리가 필요하다. 

항공사 운영비에서 30%를 차지하는 것이 연료 비용이다. 그러므로 대규모 공항에서 우선적으로 중요한 일이 연료 공급을 효율적으로 관리하고 보급하는 것이다. 하지만 공항의 연료 탱크 단지를 관리하는 것은 만만치 않게 까다로운 일이다. 연료를 공항으로 운송하고, 탱크에 저장하고, 탱크에서 항공기로 깨끗하고 규정에 맞는 연료를 공급해야 한다.

항공기들을 안전하고도 효율적으로 지원하기 위해서는 연료 탱크 설비를 모든 시간에 온라인으로 유지관리해야 한다. 사소한 문제라 하더라도 연쇄적인 여파를 미침으로써 정시 이착륙이나 항공사 운영에 필수적인 그 밖의 측면들에 영향을 미칠 수 있다. 펌프 결함이나 연료 누출 같은 심각한 문제는 재난적인 결과를 초래할 수 있다. 사람들의 안전까지도 위협할 수 있으며, 공항 설비를 폐쇄해야 할 수도 있으며, 환경적으로 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

최근에 미국에서 두 곳의 큰 국내선 공항에서 발생된 사건들은 연료 탱크 팜 설비를 면밀하게 모니터링하고 유지관리 하는 일이 얼마나 중요한지를 잘 보여준다.

첫 번째 사고의 경우에는 화재로 인해 10여 개의 연료펌프가 손상됨으로써 이륙 항공기의 15%가 지연 또는 취소됐다. 또한 이 화재 이후에 이륙한 항공기의 75%는 중간에 연료 보급을 위해서 다른 공항에 착륙하는 일정을 예약해야만 했다. 이로 인해 이 공항은 연료를 실어 나르고, 임시적인 연료 시스템을 가동하고 손상된 장비를 교체하기 위한 운용 비용이 증가했다.

두 번째 경우에는 연료 누출로 인해 장비 화재가 발생했고 해당 부위의 모든 14개 펌프와 여과관이 손상됐다. 이 때문에 연료 용량이 50% 감소했다. 이것은 하루에 평균적으로 160만~200만 갤런의 연료를 사용하는 공항으로서는 심각한 상황이 아닐 수 없다. 두 사고 모두 원인은 펌프 장치가 노후화로 인해 기계 결함을 일으킨 것에 있었다.

시간이 가면서 펌프의 피로도, 진동, 마찰이 온도를 위험한 수준으로 높임으로써 스파크가 발생되고 연료를 점화할 수 있는 위험성이 증가했다. 이러한 기계 결함을 예측하기 위해서 업계에서 관행적으로 사용하는 기법은 펌프 진동과 온도를 측정하는 것이다. 그런데 설치 비용과 배선의 거추장스러움 때문에 전통적인 유선 센서는 폭넓게 도입되지 못하고 있다.

솔루션 

TDG 테크놀로지스(TDG Technologies)는 바로 이러한 공항 연료 탱크 팜 같이 중요도가 높고 위험성이 높은 환경에 사용하도록 SmartHAWK™ 무선 진동 및 온도 센서를 개발했다. 이 무선 솔루션은 장기 수명의 리튬 배터리를 사용해서 작동되며 금속이나 여타의 까다로운 구조물이 존재하는 혹독한 환경에서도 신뢰성 있게 동작한다(그림 1).

▲ 그림 1. 공항 연료 탱크 단지는 혹독한 RF 환경이다. TDG 테크놀로지스의 센서에 리니어 테크놀로지의 SmartMesh IP WSN을 채택함으로써 금속 구조물이 존재하는 혹독한 환경에서도 신뢰성 있게 통신할 수 있다.

단일 센서가 3개 축(중축, 방사성축, 탄젠트 축)으로 머신 온도(기계 부하를 나타내는 지표)와 진동을 측정함으로써 연료 펌프의 기계 저하를 종합적으로 파악할 수 있다(그림 2). 

▲ 그림 2. 공항 연료 시스템을 무선 모니터링을 함으로써 공항 운영을 중단시킬 수도 있는 재난적인 펌프 결함을 미연에 방지할 수 있다.

TDG 테크놀로지스의 부사장인 앤 드 류 와그너(Andrew Wagner)는 "우리 팀은 2년 가까이 공항에서 일하면서 SmartHAWK 시스템을 공항 연료 팜의 고유의 동작 특성을 충족하도록 최적화했다. 이렇게 함으로써 고객들이 자사 자원에 관해 더 많은 정보를 가지고 신속하게 의사결정을 할 수 있는 지능을 갖출 수 있다"고 말했다. 

무선 통신 네트워크가 중단되지 않고 결점 없이 작동해야 하므로 TDG 테크놀로지스는 리니어 테크놀로지(Linear Technology Now Part of Analog Devices)의 SmartMesh? 임베디드 무선 메시 네트워킹을 선택하였다. 혹독한 산업용 애플리케이션에서도 신뢰성 있게 동작하고 낮은 전력을 소모하는 것으로 현장에서 입증된 기술이기 때문이다.

"리니어 테크놀로지의 SmartMesh 무선 메시는 견고한 네트워킹 솔루션을 제공한다. 그러므로 우리 회사 무선 센서를 위험성이 높거나 낮은 다양한 산업용 환경에서 신뢰성 있게 작동할 수 있다"고 와그너 부사장은 말했다. SmartMesh 기술을 채택함으로써 SmartHAWK 무선 진동/온도 센서를 전문적인 RF 지식이 없는 사용자라 하더라도 손쉽게 설치할 수 있다(그림 3).

▲ 그림 3. TDG 테크놀로지스의 SmartHAWK 무선 진동 및 온도 센서는 공항 연료 탱크 단지 같은 혹독한 환경에서도 펌프 진동 및 온도를 모니터링할 수 있다.

또한 SmartHAWK 경고를 어떠한 모바일 기기든 즉시 제공할 수 있으므로 문제가 발생하기 전에 미리 장비 유지보수를 할 수 있다. 또한 설비 작업자들에게 연료 펌프 같은 장치 교체와 관련해서 실시간으로 수치화된 건전성 정보를 제공하므로 유지보수를 언제 할지 결정할 수 있다.

설치 결과 

2014년 12월부터 TDG 테크놀로지스는 미국 남서부 지역을 중심으로 다수의 공항 연료 탱크 단지에 SmartHAWK 무선 센서 시스템을 구축하고 있다. 각각의 현장에서 공항 기술 책임자들이 실시간 경고 임계값을 설정할 수 있으므로 중요한 펌프 설비가 정해진 사양 범위를 벗어났을 때 즉시 알려줄 수 있다. SmartHAWK를 사용해 모니터링하는 공항 설비에서는 지금까지 심각한 장비 결함이 발생되지 않았다.

매일매일의 일과를 간소화할 수 있도록, 공항 설비 책임자들은 실시간 데이터를 사용해서 장비에 관한 기초적인 수치들을 기록하고, 장비 성능을 평가하고, 예방적으로 유지보수를 할 수 있으므로, 장비 결함을 방지하고 운영 효율을 극대화할 수 있다. 무선 메시 네트워크를 갖춤으로써, 펌프 건전성 모니터링 이외에도 입고되는 연료의 품질과 압력을 측정하기 위한 센서, 써모커플, 스트레인 게이지, 변위 트랜스듀서 같은 추가적인 센서들을 추가하고 펌프와 탱크를 통해서 흐르는 연료를 모니터링할 수 있다.

맺음말 

SmartHAWK 무선 모니터링 솔루션을 사용함으로써 공항 설비에서 중요한 연료 시스템을 정해진 요건 이내에서 예방적으로 유지관리 할 수 있으며 기계 스파크나 연료 점화 같은 문제들을 방지할 수 있다. 또한 SmartHAWK 시스템을 사용함으로써 좀더 데이터 중심 의사결정을 할 수 있으므로 효율을 높이고 운용 비용을 절감할 수 있다.

SmartMesh IP 무선 통신을 채택함으로써 SmartHAWK 센서가 탱크 팜 같이 금속이나 콘크리트로 된 구조물이 산재하는 환경에서 신뢰하게 통신할 수 있으며 이러한 메쉬 네트워킹 인프라를 토대로 향후에 또 다른 측면의 모니터링을 위한 센서들을 추가할 수 있다.