석유·가스 IoT 활용 사례 4가지와 장점

IoT는 실시간 모니터링, 예측 유지보수, 자산 모니터링, 안전성 향상으로 석유·가스 산업의 운영 효율을 높입니다.

석유·가스 산업의 IoT는 센서와 무선 연결, 클라우드 분석으로 탱크와 파이프라인, 드릴 장비를 자동으로 모니터링하는 기술입니다. 주로 외딴 지역이나 가혹한 환경에 있는 인프라에서 효율을 높이고 비용을 줄일 기회를 줍니다. 이 글은 IoT의 장점과 활용 사례, 기술, 도전 과제, Digi의 제품 구성을 정리합니다.

석유 및 가스 산업의 IoT 소개 이미지

석유·가스 시설 관련 이미지

역할

IoT는 석유·가스의 모든 작업에서 역할을 합니다

IoT 센서는 장비 성능을 감시하고 재고를 추적합니다. 드릴 장비에 설치된 IoT 장치는 작업 조건과 장비 상태 같은 실시간 드릴 작업 정보를 수집하고 공유합니다. 정제 및 가공 단계에서는 운영자가 온도, 유량, 압력 같은 핵심 공정의 실시간 업데이트를 받으며, 이런 시스템 대부분을 원격으로 모니터링할 수 있습니다.

Intellisoft에 따르면 석유 및 가스 산업의 IoT 시장은 2032년까지 277억 달러에 이르고 연평균 성장률(CAGR)은 9.7%에 달할 것으로 예상됩니다.

석유·가스 산업 IoT 시장 관련 이미지

• 분석가들은 석유 및 가스 산업의 셀룰러, 위성, LPWA(Low-Power Wide-Area) 연결 장치가 2028년까지 1,800만 대 이상으로 두 배 이상 늘 것으로 예측합니다.
• Inmarsat의 연구에 따르면 석유 및 가스 회사의 80%가 IoT가 탄소 배출을 줄이는 데 핵심이라고 봅니다.
• McKinsey 보고서에 따르면 석유 및 가스 운영자의 25% 미만이 예측 유지보수를 사용합니다.
• Deloitte의 연구는 계획되지 않은 유지보수가 조직 운영 예산의 최대 20%를 쓸 수 있다고 보여 줍니다.

석유·가스 IoT 장점 관련 이미지

장점

예측 유지보수와 실시간 모니터링이 운영을 개선합니다

IoT는 예측 유지보수 등의 기능으로 운영의 모든 측면을 개선합니다. 작업자와 장비를 실시간으로 모니터링해 안전성을 강화하고, 머신 러닝 기반 예측 유지보수는 장비 고장을 조기에 경고해 수백만 달러를 절감할 수 있습니다. 실시간 환경 모니터링은 허용치를 넘은 배출을 감지해 규정 위반이 일어나기 전에 운영자에게 경고합니다. 이런 응용은 석유 및 가스 작업 전반에 첨단 센서가 구성돼 있어 가능합니다.

석유·가스 IoT 효율성 관련 이미지

자산 원격 모니터링이 효율을 높입니다

석유·가스에서 IoT의 가장 영향력 있는 활용 사례 중 하나는 자산을 원격으로 확인하고 관리하는 일입니다. 산업 장비에 설치한 자산 모니터링용 IoT 센서는 펌프에서 파이프라인까지 모든 장비의 상태를 무선으로 전달합니다. 진동, 압력, 온도 데이터가 실시간으로 디지털 플랫폼에 공유돼 운영자는 문제가 운영에 영향을 주기 전에 파악합니다.

예를 들어 IoT 기반 가스 누출 감지 시스템은 잠재적인 누출을 알리는 경고를 보내 파이프라인 고장으로 인한 유출과 재정적 손실을 막습니다.

웨어러블이 작업자 안전을 높입니다

화재와 폭발은 석유·가스 산업의 작업자 안전에 지속적인 위험이며, 이 산업을 고위험 직종으로 만듭니다. Deloitte 보고서에 따르면 작업자에게 IoT 웨어러블 기기를 도입한 회사는 작업장 사고를 48%까지 줄였습니다.

안전 조끼와 헬멧에 센서를 내장한 웨어러블은 잠재적인 위험을 감지해 착용자에게 경고합니다. 사고가 나면 위치, 환경 조건, 착용자의 생체 신호까지 긴급 구조대에 전달해 신속한 대처를 돕습니다.

IoT 웨어러블과 작업자 안전 관련 이미지

드론과 360도 카메라로 현장을 원격 점검합니다

작업자가 시설을 직접 점검하는 대신 드론이 시설 위를 비행하며 데이터를 수집하고 무선 통신으로 실시간 전달합니다. 수작업 점검을 줄이면 이동 비용을 아끼고, 작업자 안전을 높이며, 중요한 데이터를 더 빨리 확보합니다.

AI 데이터 분석이 숨은 패턴을 찾습니다

IoT 센서는 장비 상태, 작업자 생체 신호, 환경 조건, 장비 위치 같은 다양한 정보를 측정합니다. 이 데이터를 충분히 모아 분석하면 관리자는 비효율적인 프로세스를 찾고, 장비 고장 전에 경고를 받고, 자원 활용을 최적화하는 제안까지 받을 수 있습니다. 인공지능(AI)과 머신 러닝을 적용한 분석 플랫폼은 숨은 패턴을 찾아 비용 절감, 자원 극대화, 안전성 향상을 위한 운영 변경을 제안합니다.

IoT 데이터 분석 관련 이미지

2024년 봄 EPA 규정으로 배출 보고 범위가 넓어졌습니다

2024년 봄 미국 환경보호청(EPA)은 석유·가스 산업에 상당한 변화를 요구하는 새 규정을 발표했습니다. 산업은 이제 더 확장된 배출원 목록을 보고해야 합니다. 플레어 스택 같은 영역에 배치한 IoT 센서로 운영자는 연소 과정을 조정해 플레어링(flaring)을 최소화하고 탄소 배출량을 줄일 수 있습니다.

환경 규제와 플레어 스택 관련 이미지

활용 사례

대표 활용 사례는 네 가지입니다

석유·가스의 IoT 활용 사례는 시설 원격 점검, 장비 고장 예측 등 다양합니다. IoT 플랫폼을 쓰는 운영자는 한 화면에서 수천 개의 기기를 관리하고, 원격지 기기의 소프트웨어를 업데이트하며, 모든 센서 데이터를 분석합니다.

석유·가스 IoT 활용 사례 관련 이미지

• 파이프라인 모니터링 및 누출 감지: IoT 센서는 누출 때 육안으로 보이지 않는 증기를 감지합니다. 누출이 감지되면 운영자에게 경고를 보내 파이프라인을 차단하고 치명적인 손실을 막습니다.
• 작업자 안전 유지: 안전 조끼와 헬멧에 부착한 웨어러블 센서가 작업자의 생체 신호와 주변 온도를 모니터링하고, 위험한 변화가 감지되면 경고합니다.
• 원격 모니터링: 차량과 장비의 위치를 추적해 관리자가 재고를 파악하고, 고장 난 장비를 원격으로 찾아 해당 위치로 지원을 보냅니다.
• 탱크 압력 모니터링: IoT 모니터링 시스템이 센서로 탱크 문제를 감지해, 누출이 비상사태로 번지기 전에 운영자가 수리하게 합니다.

상류

상류 부문은 드릴링 장비와 유정 헤드를 모니터링합니다

상류 부문에서는 드릴링 장비, 유정 헤드 등에 설치한 IoT 센서로 실시간 모니터링합니다. 이상 현상이 생기면 운영자는 장비 고장을 막도록 유지보수 일정을 조정합니다. IoT 플랫폼으로 드릴링 기술을 개선하거나 드릴링 작업을 원격으로 실시간 확인할 수도 있습니다.

상류 부문 드릴링 관련 이미지

• 드릴링 최적화: 드릴링 장비에 부착한 센서가 장비 데이터를 분석 플랫폼으로 보냅니다. 머신 러닝 기반 플랫폼은 운영자에게 실행 가능한 제안을 주고 장비 고장을 미리 예측합니다.
• 파이프라인 무결성 관리: 노후 파이프라인은 고장과 누출 위험이 있습니다. 전통적으로는 수작업 점검을 늘려 프로젝트 비용이 늘었지만, 센서를 장착한 드론이 지형과 관계없이 파이프라인 위를 비행하며 가스 누출을 감지해 작업자 안전을 지키고 문제를 빠르게 해결하도록 돕습니다.
• 프로세스 최적화 및 제어: 대형 석유 회사는 5만 개 이상의 유정을 관리합니다. IoT 분석 플랫폼으로 추출 장비를 원격 실시간 모니터링하고, 누출이 감지되면 자동화 시스템이 즉시 파이프라인을 차단합니다.

상류 부문 프로세스 최적화 관련 이미지

중류

중류 부문은 펌프 스테이션과 저장소를 모니터링합니다

중류 부문은 석유와 천연가스를 추출 지점에서 연료로 전환해 고객 위치로 전달하는 과정입니다. 센서가 펌프 스테이션, IoT 가스 계량기, 저장소, 연결 지점, 밸브 등을 모니터링해 효율을 높입니다.

• 파이프라인 내 원유 압력 모니터링: 원유 압력을 측정하는 특수 설계 유량계를 쓸 수 있습니다. 압력이 변하면 자동 경고가 발생해 부식된 파이프나 도난으로 인한 누출을 감지하는 데 도움이 됩니다.
• 저장 탱크 모니터링: 연료 저장 탱크에 설치한 센서가 탱크의 레벨, 압력, 유량 등을 모니터링합니다. 압력이 특정 수준을 넘거나 밑돌면 자동 알림으로 운영자가 즉시 조치합니다.
• 파이프라인 누출 감지: IoT 장치를 쓰는 스마트 밸브, 펌프, 필터가 누출을 감지합니다. 파이프라인 파열은 오염이나 폭발 같은 위험한 상황을 부를 수 있습니다.

중류 부문 저장 탱크 관련 이미지

하류

하류 부문은 정제, 운송, 폐기물 처리를 포함합니다

하류 부문은 연료 정제, 정제소에서 주유소까지의 운송, 폐기물 처리까지 모든 과정을 포함합니다. IoT는 AI, 머신러닝, 자동화와 결합해 비용 절감, 자산 활용 극대화, 신뢰성 향상, 안전성 증대를 실현할 수 있으며 가동 중단 시간을 줄이고 운영 효율을 개선합니다.

• 다운스트림 물류 개선: 디지털 센서를 이용한 실시간 IoT 모니터링은 자재 운송의 시간 관리, 경로 최적화, 연료 효율, 자재 추적의 투명성을 개선합니다. 가스 실린더 추적용 센서는 공급망 전반에서 연료 실린더 운송을 파악하게 합니다.
• 정유소 안전 보장: IoT 가스 센서는 안전한 산소 농도가 일정 수준 아래로 떨어지면 감지합니다. 정유소의 메탄, 부탄 같은 고농도 가스는 공간의 산소를 대체해 작업자를 질식 위험에 노출시킬 수 있어, 경고로 안전한 곳으로 이동할 시간을 줍니다.
• 환경 규정 준수: 2024년 EPA는 에틸렌옥사이드와 클로로프렌 배출을 줄이는 규제 패키지를 시행했습니다. 새 기준이 완전히 시행되면 해당 장비의 오염 물질 배출이 80% 감소할 것으로 예상됩니다. 실시간 IoT 스마트 가스 모니터링 시스템과 자동 경고로 운영자는 배출량이 허용치를 넘기 전에 조정할 수 있습니다.

하류 부문 물류 관련 이미지

정유소 안전과 환경 규정 관련 이미지

기술

IoT 기술은 센서, 연결, 클라우드, M2M, 분석으로 구성됩니다

IoT는 감지, 연결, 데이터 전송, 분석 시스템을 이루도록 여러 기술이 협력합니다. 원격 센서, 클라우드 컴퓨팅, 네트워크 연결 장치, 기계 간 통신(M2M), 데이터 분석이 핵심 기술 요소입니다.

원격 센서가 위험 지역의 점검을 대신합니다

IoT 기기를 도입하면 수동 점검과 위험한 인력 투입이 필요 없고, 운영자는 지휘 센터의 안전한 환경에서 위험 지역의 상태를 원격으로 확인합니다.

• 오일 굴착 장치(rig) 모니터링: 굴착 장치 곳곳의 센서로 파도 높이와 바람 속도 같은 환경 조건을 즉시 측정하고, 온도, 압력, 진동 수준 같은 중요한 운영 매개변수도 측정해 작업자가 더 안전하게 작업하도록 돕습니다.
• 파이프라인 운영: 파이프라인의 무선 주파수 레벨 센서가 상태를 실시간으로 보여 주어, 유량이나 레벨이 정상 범위를 벗어나면 빠르게 대응합니다.
• 선단 관리: 탱커와 선박의 위치, 상태, 공회전 시간, 화물 상태 등을 실시간으로 모니터링해 운송 수단 활용도를 최적화합니다.

원격 센서 관련 이미지

무선 연결은 용도에 맞는 기술을 고릅니다

일부 지역의 석유·가스 산업은 노후화된 인프라로 어려움을 겪습니다. 대부분의 회사는 인프라와 장비를 교체하기보다 유지보수를 개선하는 디지털 기술 투자를 계획합니다. 네트워크 연결 기술은 모든 디지털 원격 모니터링의 핵심이며, 널리 쓰는 무선 기술은 LoRa 및 LoRaWAN, LTE, NB-IoT, Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth Low Energy 등입니다.

무선 연결 기술 관련 이미지

데이터 분석 플랫폼이 센서 데이터를 의미 있게 만듭니다

석유·가스 산업 전반에서 센서 데이터를 모으면 운영 효율화, 안전성 개선, 장비 고장 예측 같은 기회가 생기지만, 이런 활용은 데이터 분석 없이는 작동하지 않습니다. 중앙화된 플랫폼은 운영자가 통찰을 얻고, 대규모 장치 네트워크를 관리하고, 원격으로 장비 문제를 파악하는 대시보드를 제공합니다. 클라우드 기반 플랫폼은 때로 AI의 도움을 받아 센서 데이터를 통합해, 운영자가 놓칠 수 있는 통찰을 줍니다.

데이터 분석 플랫폼 관련 이미지

• 석유 및 가스 생산: 2022년 McKinsey 연구에 따르면 실시간 엣지 분석으로 장비 효율성이 최대 10% 향상됐습니다.
• 석유 탐사: 5G를 지원하는 고해상도 지진 데이터의 실시간 분석은 잠재적 매장지를 정확하게 발견하는 데 도움이 됩니다.
• 파이프라인 모니터링: 고급 분석을 AI, 머신러닝과 결합해 실시간 분석하면 환경 피해나 규제 문제가 생기기 전에 누출을 감지하는 통찰을 얻습니다.

파이프라인 모니터링과 AI 분석 관련 이미지

전망

엣지, AI, 디지털 트윈이 IoT의 다음 단계입니다

청정 에너지 시스템이 발전하면서 석유·가스 산업은 미래 글로벌 에너지 시스템에서의 위치에 대해 중요한 결정을 해야 합니다. 넷 제로(탄소중립)로 전환하면서 석유와 가스의 비중은 시간이 지나며 크게 줄어듭니다. 그래도 최종 전환 동안 수익성을 유지하려면 비용을 줄이고 운영을 효율화하는 기술이 필요하며, IoT 기술이 도움이 됩니다.

• 연결된 작업자: 5G로 인터넷에 연결된 헤드셋, 모바일 기기가 기술자와 운영자가 IoT 네트워크의 복잡한 기술 정보를 확인해 현장에서 더 빠르게 결정하도록 돕습니다. 원격 전문가와 카메라를 이용한 실시간 문제 해결이 현장 유지보수 과정을 크게 개선할 것입니다.
• 엣지에서의 자동화: 해상 굴착 장비 같은 원격 시설은 신뢰할 수 있는 통신이 중요합니다. 엣지 컴퓨팅은 데이터를 데이터 센터로 보내지 않고 소스 가까이에서 처리·저장해 통신 부담을 줄입니다. 엣지에 AI를 더하면 자동화된 의사결정이 늘고, 엣지·AI·IoT의 융합이 운영 효율과 작업자 안전을 높일 것입니다.
• 디지털 트윈: 물리적 자산의 가상 모델로, 장비를 모델링해 유지보수 시점을 예측합니다. 장비뿐 아니라 프로세스와 인프라도 모델링하며, AI, 머신러닝, 블록체인, AR/VR을 IoT와 결합하면 운영의 여러 부분을 디지털화하는 데 도움이 됩니다.

연결된 작업자 관련 이미지

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과제

연결성, 데이터 관리, 인프라 확장이 도전 과제입니다

IoT의 잠재력에도 연결성 문제는 큰 도전 과제로 남아 있습니다. 외딴 지역의 시설은 효과적인 IoT 전략을 지원할 연결성이 부족하고, 회사는 현재와 미래의 IoT 응용을 지원할 하드웨어와 인프라를 구축할 역량이 부족할 수 있습니다. 기존 통신 수단인 푸쉬 투 토크(push-to-talk)와 종이 기반 매뉴얼은 산업 전반의 효율과 효과를 높이기에 충분하지 않습니다.

• 원격 인터넷 연결: 많은 시설이 외딴 지역에 있어 IoT를 지원할 통신 환경이 부족하고, 많은 기업이 여전히 구형 시스템과 인프라에 의존합니다. 이를 현대화하려면 추가 자금과 역량이 필요합니다.
• 데이터 수집, 저장, 보안 및 분석: 효과적인 데이터 관리는 데이터 품질, 보안, 접근성을 보장해 정보에 기반한 결정을 내리게 합니다. 이 산업은 탐사, 추출, 정유소, 처리 시설, 물류와 관련한 방대한 데이터를 다루는데, 수작업 프로세스와 애플리케이션이 대부분 분산돼 있는 것이 주요 과제입니다. 중앙화된 데이터 관리가 없으면 데이터가 사일로(silo) 상태로 남아 고급 분석 및 AI 플랫폼에서 쓰이지 못합니다.
• 하드웨어 및 인프라 설정 및 확장: IoT를 기존 구형 시스템과 통합하는 것이 가장 큰 과제 중 하나입니다. 증가하는 장치 수를 언제 어떻게 확장할지 이해하고, 현재와 미래 요구에 맞는 장비를 고르는 일도 큰 과제입니다.

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Digi

Digi는 산업용 셀룰러 라우터와 원격 관리 플랫폼을 구성합니다

Digi의 산업용 통신 제품은 석유·가스 산업의 기업을 지원합니다. Digi는 제품 라이프사이클 관리를 위한 명령 센터, 컨테이너와 WAN 본딩 같은 부가가치 서비스, 원격 관리 플랫폼, 임베디드 소프트웨어, 셀룰러 엣지 장치를 포함한 엔드 투 엔드 IoT 서비스를 제공합니다. 유정 패드 현장, 파이프라인 운영, 탱크, 해상 자산까지 지원합니다.

• 산업용 셀룰러 라우터: 극한 온도, 습기, 먼지를 견디는 내부 부품과 견고한 외장을 갖췄습니다. 석유·가스 시설 환경에서 안전한 셀룰러 네트워크 연결을 만드는 통신의 핵심입니다.
• Digi 컨테이너: Digi Remote Manager®의 부가가치 서비스로, DAL OS를 실행하는 장치에서 사용자 지정 애플리케이션을 구축, 배포, 모니터링합니다. 애플리케이션을 '컨테이너화'해 경량, 이식성, 보안성을 확보하며 클라우드 아키텍처로 개발자가 개발·배포·실행하도록 돕습니다.
• Digi Remote Manager®: 전체 IoT 네트워크의 명령 센터로 중앙 제어, 관리, 엣지 보안, 네트워크 관리를 지원합니다. 수십만 개 장치의 실시간 모니터링과 통찰을 제공하는 단일 창입니다.

Digi 산업용 셀룰러 라우터 관련 이미지

Digi Remote Manager 관련 이미지

Digi는 데이터 외부화 작업을 자동화하는 여러 API를 제공합니다. Digi Remote Manager는 대규모 펌웨어와 소프트웨어 업데이트를 자동화하고, 네트워크 보안을 보장하며, 비정상 상황을 관리하고, 장치 상태와 연결성을 적극적으로 확인하게 합니다.

Digi Remote Manager 기능 관련 이미지

규제와 경쟁 속에서 효율이 더 필요합니다

석유·가스 산업은 배출 관련 까다로운 신규 규제와 대체 에너지원과의 경쟁에 직면해 있어 훨씬 더 효율적이어야 합니다. IoT 연결성을 더하면 안전성 향상과 운영 효율 증대, 지능형 경고와 자동화 프로세스에 이르기까지 비용을 줄이고 운영을 개선할 수 있습니다.

Digi는 오랜 기간 무선 통신 파트너로서 IoT라는 개념이 나오기 전부터 IoT 장치와 네트워크를 개척했습니다. 센서, 원격 모니터링 플랫폼, 전담 설계·구현 팀을 포함한 엔드 투 엔드 IoT 구성을 제공합니다. Digi의 석유·가스 사례 연구는 Digi Remote Manager를 활용한 석유 및 가스 운영 모니터링에서 확인할 수 있으며, Digi Remote Manager를 단일 접속 지점으로 Digi 라우터와 다른 IoT 장치를 원격으로 안전하게 관리하는 방법을 다룹니다.

Digi 석유·가스 IoT 구성 관련 이미지

영상 보기 Digi의 산업용 IoT 석유·가스 연결 제품이 IoT 하드웨어와 소프트웨어 과제를 어떻게 지원하는지 보여 주는 짧은 영상입니다.

관련 제품

• Digi Remote Manager

자주 묻는 질문

참고 자료

• Intellisoft
• Inmarsat
• McKinsey
• Deloitte
• 미국 환경보호청(EPA)
• Digi International