HAZOP 결과를 이용한 FTA 사례연구

암모니아 냉동공정을 중심으로

주종대, 강순중, 김호연 *

한국산업안전공단, * 금호석유화학(주)

A Case Study on the FTA Application of HAZOP Results.

J.D.Ju, S.J.Kang, H.Y.Kim*

Korea Industrial Safety Corp., Kum Ho Petrochemical Co.,*

서 론

화학공업은 대개 장치산업으로서 다량의 위험물질을 취급하므로 이로 인한 폭발·화재 및 누출사고와 같은 중대 산업사고의 잠재 위험성이 매우 높은 업종이라고 할 수 있다.  이와 같은 재해의 특성으로 인하여 I.L.O와 같은 국제기구는 물론 선진외국에서는 이미 PSM 제도를 시행하고 있으며 우리나라에서도 산업안전보건법에 PSM 관련규정을 두어 1996년부터 본제도를 도입, 시행하고 있다.

PSM의 구성요소중 대개의 기업에서 시행에 어려움을 겪고 있는 사항이 공정위험성 평가로 들 수 있는데 현재로서는 정성적 평가기법으로서 HAZOP(위험과 운전분석)을 주로 이용하고 있는 상황이며, 여러 가지 문제점으로 인하여 아직 정량적인 위험성 평가가 보편적으로 시행되고 있지는 못한 실정이다.

따라서 본 논문에서는 HAZOP 결과를 이용하여 정량평가의 한 방법인 결함수 분석(FTA)을 시행할 수 있는 방법을 실제 암모니아 냉동공정에 대하여 적용한 사례를 중심으로 소개하고자 한다.

공정위험성 평가절차

화학공정에 대한 위험성 평가절차는 해당공정의 특징이나 사용물질에 따라 다소 차이가 있을 수 있으나 대개 그림 1과 같은 방법으로 수행하는 것이 일반적이다.

현재 가장 일반적으로 이용되고 있는 HAZOP 기법은 그림 1에서와 같이 정성평가의 단계인 위험요소의 확인절차에 지나지 않아 사고 또는 재해 발생빈도와 그 결과를 예측하는 정량평가가 생략된 위험성 평가라고 할 수 있다.

즉, HAZOP 검토결과 공정개선을 위한 각종 제언도 사실상 논리적, 확률적평가에 의한 것이 아니라 운전 또는 설계상의 경험에 의존한 결과로 평가할 수 있다.

따라서 공정위험성평가의 완벽함을 기하고 나아가 합리적인 공정개선을 위해서는 사고빈도와 결과를 예측하는 정량평가를 함께 수행하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

【그림 1】 공정 위험성 평가 절차도

HAZOP 결과의 FTA 적용방법

일반적으로 재해발생계통을 간략히 표시하면 다음 그림 2와 같다.

구 분		정상운전			초기사건			공정이탈			재해발생				영 향
예	· Pump Fails · No Flow · Fire · S/Down · 위험요소 · Pipe Breaks · High Press · Explosion · Accident
평가기법전 개						HAZOP
												FTA

【그림 2】 재해발생 계통도

즉, HAZOP 검토는 공정이탈을 가정하고 이것의 원인과 결과를 추적해 나가는 위험성 평가방법이고 FTA는 분석대상 공정 또는 설비에서 발생가능한 최악의 사고에 대한 원인을 연역적으로 추리, 분석하는 방법이다.

본 연구에서는 HAZOP 검토시 추출된 공정이탈의 원인과 결과, 그리고 현재의 안전조치와의 상관관계를 분석하여 본 결과 다소 차이는 있었으나 대개 그림 2와 같은 FTA로 변형하여 구성할 수 있었다.

【그림 3】 재해발생계통도의 FTA

즉, 공정이탈(Deviation)의 원인을 파악한후 이탈에 대한 현재의 안전조치(Safeguard)가 실패할 경우 시나리오(결과)가 성립하게 되고 이때 억제게이트로서 각종 설계조건(설계온도, 압력등)이나 시간을 초과하게 되는 경우에만 사고(재해)로 발전할 수 있다는 결함수 분석도를 작성하였다.

이와 같은 위험성평가의 분석대상공정에 대하여 HAZOP 검토가 완료된 경우라면 이것을 기본자료로 활용함으로서 보다 손쉽게 정량평가(FTA)를 수행할 수 있는 가능성을 확인하였다.

적용사례

본 연구는 한국원자력연구소 응용연구그룹에서 개발한 FT 분석용 Software인 KIRAP(Ver.1.0)을 사용하였다.

HAZOP 결과를 이용한 FTA사례로서 암모니아 냉동공정에 대하여 적용하였다. 본 공정은 반응, 회수공정과 같이 특별한 화학공정이 아닌 폐쇄계(Closed System)로서 각공정별 상호영향이 적고, 이상반응 등의 발생우려가 없으므로 HAZOP 결과를 적용한 FT 분석이 보다 용이하였다.

암모니아 냉동공정에 대한 FT분석결과 상당수의 중간사상이 그림 3과 같은 재해발생계획계통을 나타내는 것으로 확인되었으며 이와 같은 예는 그림 4에 예시하였다.

【그림 4】 화학설비 폭발에 대한 결함수 분석 예

결   론

반응·회수공정이 아닌 폐쇄계를 이루는 화학공정의 경우 HAZOP 검토결과를 이용함으로 보다 용이하게 결함수 분석이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.

즉, HAZOP 검토구간별 발생가능한 이탈과 원인, 결과 및 현재의 안전조치를 조합함으로써 HAZOP 결과를 이용한 결함수 구성을 할 수 있었고 나아가 전문가 시스템을 도입함으로써 화학공정의 위험성 평가를 보다 체계적으로 수행할 수 있었다.

참고문헌

1. CCPS, "Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis", AICEhE, N.Y., (1989)

2. 주종대외, □화학공정위험성평가 Ⅱ(정량평가)□, 한국산업안전공단 (1996)