화학공장(공정) 위험성 평가기법 종류 상설
1. 개요
⑴ 화학공장의 위험성 평가방법은 크게 나누어 어떠한 위험요소가 존재하는지를 찾아내는
정성적 평가기법과
⑵ 그러한 위험요소를 확률적으로 분석평가하는 정량적 평가기법으로 분류할 수 있다.
2. 정성적 평가와 정량적 평가의 특징
⑴ 정성적 평가
① 비교적 쉽고 빠른 결과를 도출할 수 있다.
② 비전문가도 약간의 훈련을 거치면 접근이 용이하다.
③ 시간과 경비를 절약할 수 있다.
④ 평가자의 기술수준, 지식 및 경험의 정도에 따라 주관적인 평가가 되기 쉽다.
⑵ 정량적 평가
① 객관적이고 정량화된 결과를 도출할 수 있다.
② 전문지식과 많은 자료가 필요하며, 전문가의 도움이 필요
③ 시간과 경비가 과다하게 소요
④ 통계 데이터의 확보 및 신뢰성에 문제가 있다.
3. 정성적 평가기법(HAHRD)(사체이작 위안예상)
위험요소의 존재여부를 규명하고 확인하는 절차로서 정성적 평가방법을 사용한다.
⑴ 체크리스트 법(Process check list)
① 미리 준비된 체크리스트를 활용하여 최소한의 위험도를 인지하는 방법으로 미숙련 기술자도 적용
가능하고 이용하기 쉬우며 상대적으로 빨리 결과를 공해 준다는 장점이 있으나,
② 체크리스트 작성자의 경험, 기술수준, 지식을 기반으로 하므로 주관적인 평가가 되는 단점이 있다.
⑵ 안전성 검토법(Safety review)
① 공장의 운전과 유지절차가 설계목적과 기준에 부합되는지 확인하는 기법
② 이 방법은 체크리스트나 사고예상 질문법 등과 병행하여 실시하는 것이 보이다.
⑶ 상대 위험순위 분석법(Relative ranking)
① 사고에 의한 피해 정도를 나타내는 상대적 위험순위와 정성적인 정보를 얻을 수 있는 방법으로
Dow and Mond Indices를 사용한다.
② Dow and Mond Indices 는 화학공장에 존재하는 위험에 대해 간단하고 직접적으로 상대적 위험
순위를 파악 가능케 해주는 지표로서 공장의 상황에 따라 penalty와 credit를 부여한다.
⑷ 예비위험 분석법(Preliminary hazard analysis)
예비위험 분석법의 주 목적은 위험을 일찍 인식하여 위험이 나중에 발견되었을 때 드는 비용을 절약
하자는 것으로 공장개발의 초기단계에서 적용하여 공장입지 선정시부터 유용하게 활용할 수 있는
기법이다.
⑸ 위험과 운전성 분석법(Hazard & Operability study)
위험과 운전성 분석법은 설계의도에서 벗어나는 일탈현상(이상상태)을 찾아내어 공정의 위험요소와
운전상의 문제점을 도출하는 방법으로 여러 분야의 경험을 가진 전문가로 팀을 이루어서 토론에
의해 잠재적 위험요소를 도출한다.
⑹ 이상위험도 분석법(Failure modes, Effects and Criticality Analysis)
① Failure mode : 공정이나 공장 장치가 어떻게 고장 났는가에 대한 설명
② Effects : 고장에 대해 어떤 결과가 발생될 것인가에 대한 설명
③ Criticality : 그 결과가 얼마나 치명적인가를 분석하여 위험도 순위를 만들어서 고장(Failure mode)의
영향을 파악하는 방법이다.
⑺ 작업자 실수 분석법(Human error analysis)
작업자 실수 분석법은 공장의 운전자, 보수반원, 기술자 그리고 그 외의 다른 사람들의 작업에 영향
을 미칠 수 있는 위험요소들을 평가하는 방법으로 사고를 일으킬 수 있는 실수가 생기는 상황을
알아내는 것이다.
⑻ 사고예상 질문법(What if …)
① 사고예상 질문 분석법은 정확하게 구체화 되어 있지는 않지만 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있는
사건을 세심하게 고려해 보는 목적을 가지고 있으며
② 설계,건설,운전단계,공정의 수정 등에서 생길 수 있는 바람직하지 않은 결과를 조사하는방법이다.
4. 정량적 평가기법(Risk)
정성적인 위험요소를 확률적으로 분석평가하는 정량적 평가기법으로 분류할 수 있다.
⑴ 빈도분석방법(Frequency Analysis)
① 결함수 분석법 (Fault tree analysis)
결함수분석법은 하나의 특정한 사고에 대하여 원인을 파악하는 연역적 기법 으로 어떤 특정사고에
대해 원인이 되는 장치의 이상․고장과 운전자 실수의 다양한 조합을 표시하는 도식적 모델인 결함
수Diagram을 작성하여 장치이상이나 운전자 실수의 상관관계를 도출하는 기법이다.
② 사건수 분석법 (Event tree analysis)
사건수 분석법은 초기사건으로 알려진 특정 장치의 이상이나 운전자의 실수로 부터 발생되는
잠재적인 사고 결과를 평가하는 귀납적 기법으로 도식적 모델인 사건수 Diagram을 작성하여
초기사건으로부터 후속사건까지의 순서 및 상관관계를 파악하는 방법이다.
⑵ 사고 원인-결과 영향 분석방법(Cause-Consequence Analysis)
사고결과 분석(Consequence Analysis)은 공정상에서 발생하는 화재, 폭발, 독성가스누출 등의
중대산업 사고가 발생하였을 때 인간과 주변시설물에 어떻게 영향을 미치고 그 피해와 손실이
어느 정도인가를 평가하는 것이다.
① 누출원 모델(Source Term Model)
② 유독물질 누출과 분산 모델(Dispersion Model)
③ 화재 및 폭발 모델(Fire and Explosion Model)
④ 피해영향 모델(Effect Model)
⑤ 피해완화 모델(Mitigation Model)
⑶ 위험도 분석방법(Risk Analysis)
① 위험도 매트릭스(Risk Matrix)
② F-N커브(Frequence-Number Curve)
③ 위험도 형태(Risk Profile)
④ 위험도 밀도커브(Risk Density Curve)
HAZOP(Hazard and Operability) Study
1. 개요
⑴ 설계의도에서 벗어나는 일탈현상(이상상태)을 찾아내어 공정의 위험요소와 운 전상의 문제점을
도출하는 방법으로 여러 분야의 경험을 가진 전문가로 팀을 이루어 토론에 의해 잠재적인 위험
요소의 확인을 도출한다.
⑵ 검토방법으로는 팀의 리더가 공정도의 분할된 Node마다 공정변수를 추출하고 공정의 각 라인마다
Guide Word를 적용해 가며 공정의 일탈현상을 찾아나가는 것으로 토의방법으로는 Brain Storming
방법이 응용되어 참가자가 자유로이 의사 발표를 하여 모든 경우의 일탈현상이 찾아내어지도록
해야 한다.
2. HAZOP 흐름도
3. HAZOP Study의 전제조건(원칙)-장안동 사고작
⑴ 동일기능의 2가지 이상 기기고장 및 사고는 발생치 않는다.
즉, Stand-by System에 Double Failure는 발생치 않는 것으로 한다.
⑵ 안전장치는 필요시 정상작동 하는 것으로 한다.
⑶ 장치와 설비는 설계 및 제작사양에 적합하게 제작된 것으로 한다.
⑷ 작업자는 위험상황시 필요한 조치를 취하는 것으로 한다.
⑸ 위험의 확률이 낮으나 고가설비를 요구할 시는 운전원 안전교육 및 직무교육으로 대체한다.
⑹ 사소한 사항이라도 간과하지 않는다.
4. Guide Ｗord 용어 정의
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Guide Word |
Meaning |
Comment |
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NO, NOT |
설계의도의 완전부정 |
-설계의도가 조금도 달성되지 않음 |
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MORE |
정량적인 증가 |
-유속 및 온도와 같은 양에 적용 -가열 및 반응같은 활동에 적용 |
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LESS |
정량적인 감소 | |
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AS WELL AS |
정성적인 증가 |
-모든 설계 및 운전의도가 부가적인 기능과 같이 달성됨 |
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PART OF |
정성적인 감소 |
-설계의도중 일부분만 달성되고 다른 부분은 이루어지지 않음 |
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REVERSE |
설계의도의 완전반대 논리의 반대 |
-흐름이나 화학반응과 같은 활동에 적용 |
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OTHER THAN |
완전 대체 |
-원래 설계의도는 이루어지지 않고 다른 일이 일어남 |
5. HAZOP에 필요 사항
⑴ 필요자료목록
Plot plan, 건축물평면도, P&ID, 공정설명서, 운전절차서, Control 계통도, 안전장치사양,
배관재료사양, Single Line Diagram, 방폭지역구분도, MSDS 등
⑵ 구성원
운전경험자, 설계기술자, 공정기술자, 안전전문가로 전문위원회
6. 장단점
⑴ 장점
① 체계적 접근/각 분야별 종합적 검토로 완벽한 위험요소를 확인
② 공정의 운전정지시간을 줄여 생산물의 품질이 향상 및 폐기물 발생을 줄임
③ 공정안전에 대해 근로자에게 신뢰성 제공
⑵ 단점
① 팀의 구성 및 구성원의 참여 소요기간 과다
② 접근방법이 매우 지루하며, 시간이 오래 걸리고 위험과는 무관한 잠재적인
위험요소를 확인하는 것이 단점
결함수 분석법(Fault Tree Analysis)
1. 개요
⑴ 결함수분석법은 하나의 특정한 사고에 대하여 원인을 파악하는 연역적 기법
⑵ 어떤 특정사고에 대해 원인이 되는 장치의 이상․고장과 운전자 실수의 다양한 조합을 표시하는 도식
적 모델인 결함수 Diagram을 작성하여 장치이상이나 운전자실수의 상관관계를 도출하는 기법이다.
2. 결함수 분석 흐름도 및 해석
⑴ 가령 지금 공장 창고에서 태풍때 빗물이 침입하여 저장중의 생석회가 발화해서 화재가 발생했다고
하자.
⑵ 이 경우 직접원인은 분명히 생석회와 물의 반응에 의한 발열이다. 그러나 물을 가한 것은
태풍이었고 이것이 없었더라면 화재는 발생하지 않았을 것이므로 태풍은 간접 원인이다.
⑶ 또 태풍이 불어도 창고에 물이 들어가지 않았더라면 화재는 발생하지 않았을 테니까 창문이나
문짝이 불완전했던 사실과 생석회를 내수성 용기에 수용치 않았던 일 등은 또 화재의 간접 원인이다.
⑷ 이와 같이 화재원인은 그 근원을 더듬으면 많은 원인이 얽히게 되는데 이를 도식화한 것이
결함수이다.
⑸ 결함수에서 1차 2차 3차 간접원인으로 차수가 커질수록 인위적인 요인이 많이 포함된다는 것을
알 수 있다.
3. 작성방법 및 순서
⑴ Top사상의 선정 : 해석할 재해를 결정
⑵ 대상플랜트, 프로세스의 특성파악
⑶ FT의 작성 : 부분적FT, 중간사상 발생조건 재검토, 전체 FT완성
⑷ FT의 수식화, 수학적 처리에 의한 간소화 : Cutset, Minimal Cutset을 구한다.
⑸ FT의 정량화 : 발생확률은 조사 또는 자료에 의해 구하고, 재해발생 확률을 계산
⑹ 개선계획의 작성
4. 장단점
⑴ 장점
① 정상사상을 가지고 시작한다.
② 최소 Cutset을 결정하는데 이용된다. 최소 Cutset은 발생하는 정상사상에 다 양한 방법을 통해
넓은 식견을 제공한다.
③ 전체적인 결함수분석 절차는 컴퓨터를 적용할 수 있다.
⑵ 단점
① 아주 복잡한 공정에서는 결함수가 매우 거대해진다.
② 따라서, 결함수를 완성하는데 수많은 시간과 비용이 필요하다.
③ 완벽한 결함수를 만들기 위해서는 좀더 경험이 풍부한 전문가가 필요하다.
6. 결론
⑴ 결함수분석법을 통해 안전활동계획과 조직관리를 효율적으로 할 수 있고,
⑵ 타 시스템영역과 조정 및 시스템 안전관리의 해석검토가 가능
⑶ 결함수분석법은 사고원인을 분석하여 사전에 사고를 예방할 수 있는 안전관리시스템으로 활용 가능
사건수 분석법(Event Tree Analysis)
1. 개요
⑴ 사건수 분석법은 초기사건으로 알려진 특정 장치의 이상이나 운전자의 실수로 부터 발생되는
잠재적인 사고 결과를 평가하는 귀납적 기법으로
⑵ 도식적 모델인 사건수 Diagram을 작성하여 초기사건으로부터 후속사건까지의 순서 및 상관관계를
파악하는 방법이다.
2. 사건수 분석법의 흐름도 및 작성순서
⑴ 관심 있는 초기사건을 확인한다.
⑵ 초기사건에 대처하기 위해 설계된 안전기능을 확인한다.
⑶ ET를 작성한다.
⑷ 사고사건 경로의 결과를 기술한다.
3. 특징
⑴ Event tree는 발생가능한 고장형태에 관한 시나리오를 작성하는데 유용하다.
만약 유용한 정량적 자료가 있다면 고장빈도를 예측할 수 있게 된다.
⑵ Event tree는 안전 개선을 위한 설계변경시 매우 유용하다.
⑶ 대부분 실제 공장에서 매우 상세히 설명되어야 하기 때문에 매우 거대한 ET가 작성되어 작성시
소요시간이 많이 걸린다.
Consequence Analysis
1. 개요
⑴ 사고결과 분석(Consequence Analysis)은 공정상에서 발생하는 화재, 폭발, 독성가스누출 등의
중대산업 사고가 발생하였을 때 인간과 주변시설물에 어떻게 영향을 미치고 그 피해와 손실이
어느 정도인가를 평가하는 것이다.
⑵ 화학공정상에서 발생되는 사고의 결과는 공정 특성에 따라 그 결과가 다르게 나타난다. 일반적으로
화학공정에서 발생하는 사고는 화재, 폭발, 독성가스 등 이들에 의한 손상정도는 야기되는
복사열, 파편, 독성물질의 접촉에 의한다.
⑶ 사고결과의 영향을 평가 모델로는 누출원모델(Source Term Model)을 기본으로 하는 분산
(Dispersion)모델, 화재(Fire)모델, 폭발(Explosion)모델, 영향(Effect)모델 등이 있다.
⑷ 사고의 영향을 평가할 때에는 저장 또는 사용하는 화학물질의 양만을 기준으로 화재, 폭발에 의한
영향을 평가하는 단순한 위험성 평가방법이 아닌 사고 당시의 제반 환경조건, 안전장치의 상태 등
여러가지 변수를 고려한 위험성 평가를 실시해야 한다.
2. 위험확인 및 위험성평가 흐름도 (대위시사 결수전)
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대상공정(시설)의 선정 |
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위험요소의 확인 (HAZOP, FMECA, Checklist) |
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시나리오 확인 |
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사고빈도분석 (Frequence Analysis) |
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사고결과분석 (Consequence Analysis) |
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위험도 결정 Risk=Frequence×Consequence |
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<변경> -공정 또는 플랜트 -공정운전 -비상조치 -기타 | ||||||||
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위험도 및 위험이 수용가능한가? |
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아니오 | |||||||||||||
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예 |
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시스템의 건설 및 또는 운전 |
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3. Consequence Analysis의 순서
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누출원 모델링 (Source Term Modeling) |
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기상 유출 액상 유출 -2상 포화액체 유출 -2상 과잉액체 유출 |
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분산모델링 (Dispersion Modeling) |
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화재모델링 (Fire Modeling) |
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폭발모델링 (Explosion Modeling) | |||
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Instantaneous heavy gas Continous heavy gas Gas jet Two phase jet Plume Integrated Gaussian Puff finice duration Gaussian -light(passive) gas -heavy(dense) gas |
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Fireball Pool fires Gas flame jets Two phase flame jet Vapor cloud fires Flash fires
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BLEVE UVCE Tank Overpressurization Shock wave Fragment Trajectory
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사고 영향 모델링 (Effect Modeling) |
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Radiation heat Effect (복사열의 영향) Overpressurization(과압) Toxic Effect (인체에 대한 독성) |
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