광업에서 열화상 촬영의 다기능성
적외선은 공정의 모든 단계에서 중요한 모니터링 도구가 될 수 있습니다.
수십만 명의 작업자들에게 악천후와 환경 조건이 작업장 표준처럼 여겨지는 산업 현장에서, 열화상 촬영은 예기치 않은 가동 중단 시간을 줄이고 작업장 안전을 개선하며 수백만 달러의 공정 비용을 절감하는 데 도움이 되는 신뢰할 수 있는 도구로 입증되었습니다. 이 애플리케이션 노트에서는 광산 작업 현장에서 전기 및 기계 시스템의 “공정” 상태 모니터링(광석에서 광물을 추출하는 “공정”) 및 예측 유지보수 프로그램에 열화상 촬영 장비를 통합하는 것의 가치에 대해 살펴봅니다. 또한 이는 광업에서 점점 더 인기를 얻고 있는 새로운 응용 분야에도 적용됩니다.
과제
여러 면에서 광산 현장은 도시의 축소판과 같습니다. 광산 현장에는 자체 유틸리티, 도로, 특수 프로세스 장비, 안전 표준 및 규정, 전문 인력이 있습니다. 광산은 연중무휴 24시간 운영됩니다. 광범위한 인프라는 현장 변전소에서 전력을 공급하고, 냉각된 공기를 지하 깊숙이 이동시키며, 물에 잠기는 것을 방지하기 위해 물을 밖으로 배출합니다. 최대 400톤의 덤프 트럭, 강력한 굴착기(가스 및 전동식), 파쇄기, 분쇄기, 처리 시설은 광 수 마일의 지하 터널 또는 수백 에이커의 노천 광산의 광석에서 귀금속 또는 기타 필수 물질을 추출합니다.
광산에는 현장 변전소의 광범위한 전원 공급 장치가 필요합니다
가동 중단 시간 비용
광산의 수익 잠재력은 예상치 못한 중단 없이 모든 시스템이 얼마나 잘 작동하는지에 따라 결정되는 생산량과 직접적인 상관관계가 있습니다. 예를 들어, 골드 바 프로젝트와 미래 광산은 연간 62,800온스의 금 생산량을 추정합니다. 광산을 365일 동안 운영하려면 연간 현장에서 광범위한 전원 공급이 필요하며, 이는 하루에 172온스, 시간당 7.17온스 이상으로 계산할 수 있습니다. 금 가격이 온스당 $1,200이라면 가동 중단으로 인해 손실된 시간당 매출은 $8,628입니다. 이런 식으로 광산이 백만 달러의 손실을 보는 데에는 일주일도 채 걸리지 않습니다. 어떤 광산은 생산량이 적고 어떤 광산은 생산량이 훨씬 많으며, 이 예에서는 고장으로 인해 발생할 수 있는 운영 비용 증가를 고려하지도 않았습니다.
장비 내구성 및 유지보수 요인은 광산의 운영 비용에 큰 영향을 미칩니다. 대부분의 장비는 맞춤형이며, 너무 전문적이어서 교체 비용이 많이 듭니다. 그리고 광업 회사의 차량은 한 대당 최대 수백만 달러에 달하기 때문에 트럭, 굴착기, 삽, 침출 장비를 최대한 효과적으로 사용해야 합니다.
광업의 예측 유지보수 과제
치명적인 가동 중단 시간 또는 장비 손실을 방지하고, 보험료를 줄이고 작업자 안전을 개선하기 위해 광산 회사는 무정전 전원과 지속적인 가동 시간을 보장하는 종합적인 예측 유지보수 프로그램을 관리합니다. 운영 규모에 따라 프로그램을 관리하는 팀의 규모가 결정됩니다. 그러나 채굴 작업의 전기 및 기계 시스템의 복잡성을 감안할 때 이러한 팀은 채굴 장비, 운송 및 전기 응용 분야에 대한 지식과 교육 필요합니다. 광업 회사들이 일부 작업을 아웃소싱하는 것은 일반적이지만, 모니터링과 수리 작업은 사내에 진행하는 것이 비용 효율적입니다. PM 업무를 수행하는 사람이 누구이든 광업은 성공을 위해 다음과 같은 몇 가지 고유한 과제를 제시합니다.
- 환경 조건: 야간 작업, 지하 작업, 극심한 열이나 추위, 습한 환경 등 대부분의 광산은 24시간 모니터링 및 장비 유지보수에 있어 여러 가지 고유한 문제를 가지고 있습니다.
- 먼지: 광업은 그 특성상 지저분한 일입니다. 그러나 일부 광산은 다른 광산보다 그 정도가 더 심각합니다. 예를 들어, 지하 탄광은 노천 구리 또는 금 광산보다 먼지 문제가 더 심각합니다.
- 디지털화: 광업은 운영 디지털화의 이점을 실감하고 있습니다. 다른 산업과 마찬가지로 데이터에 더 빠르게 액세스하면 비용 효율성과 생산성이 향상됩니다. 실시간 의사 결정에 정보를 제공할 수 있는 데이터를 생성하여 더 빨리 투자 수익률(ROI)을 확보할 수 있는 디지털 모니터링 솔루션이 필요합니다.
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해결책
20여 년 전, 유타주 오그던에 있는 Infrared Systems의 설립자인 Per Fostvedt는 열화상 기술을 채굴 작업에 적용하여 처리 및 예측 유지보수 프로그램을 개선하는 방법을 홍보하기 시작했습니다. “약 20년 전에 IR을 홍보하기 위해 광산에 처음 전화를 걸었을 때, 대부분의 반응은 부정적이었습니다. 그 당시 그들의 철학은 장비가 고장나면 수리하거나 교체하는 것이었기 때문입니다.’라고 Fostvedt는 말했습니다.
그러나 그 철학은 수년에 걸쳐 변화해 왔습니다. 정기적으로 예정된 예측 유지보수 프로그램은 작업자 안전을 개선하고 시간과 비용을 절약합니다. 열화상 카메라는 대부분 전기 및 기계 시스템에 필수적인 예측 유지보수 도구가 되었으며, 또한 많은 처리 작업과 더미 침출 작업을 모니터링하는 데에도 중요한 역할을 하고 있습니다. 광업에서는 작업자 안전이 가장 중요합니다. 일반적으로 안전을 개선할 수 있는 솔루션이 있다면 광산 회사는 투자할 의향이 있습니다.
많은 광산에서 열화상 카메라와 소프트웨어를 소유하고 있으며, 직원들이 응용 분야에 대한 이해도를 높일 수 있도록 적외선 교육 과정을 제공하고, IR 카메라의 작동 방식을 배울 수 있도록 합니다. 실제로 이는 Fostvedt가 Infrared Systems를 시작한 이후 광업이 열화상 촬영의 중요성을 어떻게 생각하는지 보여줍니다. 2018년 네바다 주 엘코에서 광업 회사들은 3개의 열화상 촬영 인증 과정을 계획하고 자리를 채웠습니다. 이들의 성공으로 미국 남서부 지역의 광산 회사들은 2019년에도 이러한 속도를 지속하거나 가속화하기를 원합니다.
광업 회사들은 또한 고품질 열화상 데이터를 수집하고, 정확한 온도 측정치를 수집하고, 정성적 및 정량적 열화상 기술로 열 전달 개념을 사용하여 시기 적절한 장비 상태 정보를 제공할 수 있는 전문 외부 전문가들을 고용합니다. 계약업체는 적절한 광산 안전 보건청(MSHA) 인증, 현장 위험 및 안전 교육을 받아야 하며 신원 조회를 제공해야 합니다. 그럼에도 불구하고, 외부 열화상 촬영 전문가는 적절한 검사 절차를 기반으로 식별 가능한 열 패턴에 대한 전문가의 통찰력을 제공합니다. 그 중 일부 패턴은 나타나는 데 시간이 걸릴 수 있습니다.
전기 ROI
그림.1 광산 스테이션의 고장 직전의 전압 조절기.
채굴 작업은 가장 효율적이고 경제적이며 디젤 사용보다 환경 친화적이기 때문에 광석 추출, 운송, 처리를 위해 전력 사용에 크게 의존하고 있습니다. 광산 현장의 규모와 전압 수준은 일반적으로 다른 대부분의 산업에 비해 더 높습니다. 미국 에너지 정보 관리청에 따르면 실제로 광업은 2017년 에너지 소비에서 벌크 화학 및 정유 산업에 이어 3위를 차지했습니다.
전력은 변전소에서 시작하여 고압 전송선을 거쳐 이동식 변전소와 변압기를 통해 광산 현장 전체에 분배됩니다. 그림 1의 열화상 이미지는 고장 직전의 변전소 전압 조절기 말단을 보여줍니다. 이 변전소는 중요한 작업에 전력을 공급했으며, 변전소가 고장 나고 예상치 못한 가동 중단이 발생한 경우 수백만 달러에 달하는 수익 손실이 발생할 수 있습니다.
그림.2 VFD 처리 모터에 전원을 공급하는 고장 직전의 접촉기 단자.
다시, 그림 2에서 다른 광산 현장의 계약 검사 중에 Fostvedt는 모터 제어 센터(MCC) 버킷에서 거의 고장난 480V 접촉기 단자를 발견했습니다. 이 MCC 버킷은 가변 주파수 드라이브(VFD) 모터에 전력을 공급했으며, 이 모터가 예상치 못하게 고장이 나면 최대 $100,000의 처리 수익 손실이 발생할 수 있었습니다.
기계적 ROI
Gates Corporation에 따르면 광산 현장에서 예기치 않은 가동 중단으로 인해 사고당 최대 $180,000의 생산 손실이 발생합니다. 이러한 비용 손실을 초래할 수 있는 가장 비싼 장비 중 하나는 로프 굴착기입니다. 로프 굴착기는 모든 채굴 작업의 생명줄입니다. 예기치 않게 오작동하는 경우, 전체 채굴 과정으로 그 영향이 확산됩니다. 대부분의 현장에서는 굴착기 교체 부품을 바로 사용할 수는 없습니다. 굴착의 문제와 수명에 따라 부품이 제조되지 않을 수도 있습니다.
그림.3 이 로프 굴착기의 왼쪽 붐 실린더가 그리스 부족으로 인해 가열되기 시작합니다.
가동 중단 시간은 며칠 동안 지속될 수 있으므로 IR을 포함하여 정기적으로 예정된 유지보수가 매우 중요합니다. 일반적으로 한 달에 12시간의 작업 시간이 예측 유지보수 작업에 할당됩니다. 오작동 전에 정기적으로 예정된 유지보수 중에 발견될 수 있는 붐 실린더 과열과 같은 문제(그림 3)는 12시간 작업 시간 내에 수리를 하느냐, 아니면 시간당 $180,000의 생산 손실과 수백만 달러의 비용이 드는 새로운 7200V 전기 로프 굴착기를 구매하느냐의 차이를 결정지을 수 있습니다.
기타 광업 응용 분야
광업의 열화상 응용 분야는 전기 및 기계적 예측 유지보수를 넘어선 다양한 분야에 활용할 수 있습니다. 광산의 유형에 따라 다음과 같은 응용 분야에도 사용할 수 있습니다.
- 상태 모니터링. 고정 장착형 및 차량 장착형 열화상 카메라는 온도 기울기부터 전기 캐비닛, 스위치 기어에 이르기까지 모든 것을 추적하는 중앙 모니터링 스테이션에 실시간 이미지와 데이터를 제공합니다. 운영을 디지털화하는 광산에서는 시간 경과에 따라 이러한 이미지의 데이터를 분석하여 오류를 보다 정확하게 예측하고, 유지보수 기간을 단축하고, 생산 가동 중단 시간을 최소화할 수 있습니다.
- 보안. 규모, 접근성, 안전성은 채굴 현장 주변의 수동 순찰을 어렵게 만들 수 있는 요인입니다. 광산의 명령 센터는 최신 클라우드 기반 네트워킹, 소프트웨어 및 분석과 결합된 HD 열화상 및 컬러 카메라의 팬/틸트/줌 구성을 통해 한 곳에서 전체 현장을 모니터링할 수 있습니다.
- 안전. 광산 벽의 무결성을 열화상 촬영으로 모니터링함으로써 광산 회사는 작업자를 광산으로 보내는 것이 안전한지 여부를 결정할 때 참조할 수 있는 안정성 데이터를 더 많이 확보할 수 있습니다.
- IR Windows: 많은 채굴 작업이 특히 전기 장비에서 열화상 검사를 더 안전하고 쉽게 할 수 있도록 새로운 장비에 IR Windows를 포함하도록 요청하고 있습니다. 많은 광산에서 구형 장비에 IR Windows를 새롭게 장착하고 있습니다.
- 드론: 무인 공중 모니터링은 공중에서 전기 전송 시스템의 보이지 않는 열 차이와 채굴 후 빈 광산 현장에 대한 포괄적인 관점을 제공합니다.
광산의 생산성과 안전성 유지 지원
채굴 현장에는 견고한 장비가 필요합니다. 열화상 카메라가 먼지를 뚫고 볼 수 있을지라도 렌즈에 먼지가 쌓이면 카메라의 작동이 중단될 수 있습니다. Infrared Systems과 같은 FLIR 시스템 구현 전문가는 영구적인 공기 정화 시스템을 사용하여 고정 장착된 IR 카메라의 렌즈에서 먼지를 제거합니다. 휴대용 IR 카메라의 경우, 열화상 전문가는 카메라를 밀봉된 투명한 비닐 봉투에 넣어 검사를 수행하는 경우가 많습니다.
작업을 완료하는 데 필요한 것이 무엇이든, 광업은 열화상 촬영을 신뢰할 수 있는 예측 유지보수 자산으로 받아들였습니다. “IR은 급수 시스템, 냉장 시스템, 처리, MCC 및 변전소, 표면 및 지하에 공급하는 변압기를 모니터링하는 데 중요한 도구”라고 Fostvedt는 말했습니다.
열화상 촬영은 광산 회사가 성공을 위해 필요한 일을 할 수 있도록 돕는 차별화된 기술입니다. 그들은 광맥이 어디로 이동하든 따라가야 하며, 코어 샘플이 그들을 어디로 이끌지 알지 못합니다.
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