천연가스는 서울에서 새로운 도시가스로서 지하배관망루 벨브스테이션을 통하여 공급되어 왔다. 그러나 천연가스는 편리함과는 대조적으로 운송시스템의 오류 또는 부주위한 취급으로부터 화재 및 폭발을 야기할 수 있는 매우 실제적인 잠재위험성을 가지고 있다. 따라서 이 연구의 주요 목적은 전형적인 배관망을 구성하는 공급설비의 신뢰성을 평가한 후 주요 잠재위험성의 확인 및 위험성평가를 수행하는 것이다. 본 연구에서는 Fault Tree Analysis와 Event free Analysis에 의해 서울의 임의의 지점 두 곳을 설정하여 최종적인 단계(top event)로서 밸브기지의 소규모 누출과 대규모 누출, 각 도시가스회사로의 천연가스공급중단을 설정하여 각각에 대한 발생빈도의 값을 알아보았다. 그 결과 소규모 누출시 DC, DS 밸브기지에 대하여 각각 3.29, 1.41의 값으로 나타났으며, 대규모 누출에 대하여는 1.90$\times$$10^{-2}$, 2.32$\times$$10^{-2}$, 또한 도시가스회사로의 천연가스공급중단에 대한 각각의 기지에 대한 수치는 2.33$\times$$10^{-2}$, 2.89$\times$$10^{-2}$로 나타났다. 또한 단위 지역 공급설비에 대한 전체적인 신뢰도와 기기별 신뢰도의 계산함으로서 기기와 공급망간의 상호관계성의 인식과, 전체 설비 굽에서 중요한 부분과 좀더 강조되어야 할 부분을 찾아내기 위해 Minimal Cut Set 방법을 사용한 결과, DC 밸브기지의 경우, 기기단위별로는 6, 7, 26, 27 등이 취약함을 보여주고 있으며, 또한 basic event 26, 27의 조합으로 인한 천연가스공급중단의 위험이 가장 크므로 이 부분에 대해서 하나의 라인이 병렬로 추가되어야만 좀더 안정적이고 위험부담이 적은 시스템으로 운영할 수 있다. 이러한 경우 공급중단의 고장율이 1/4로 줄어드는 효과를 가지게 된다. DS 밸브기지의 경우, basic event 4가 천연가스공급중단의 원인의 92%를 차지하고 있다. 그러므로 이 부분의 portion을 낮춰준다면 전체의 고장율도 낮춰질 수가 있고 이 부분에 같은 종류의 라인을 추가로 설치하면 고장율이 약 1/10로 줄어드는 효과를 보게 된다. 또한 기기단위별로는 6, 7, 26, 27 등이 가장 취약한 것으로 나타났다. 이 부분에 대해서는 안전장치나 설비를 추가로 갖추거나, 혹은 점검기간의 주기를 줄이도록 하는 것이 필요하다. 향후 본 연구에서 다루어진 신뢰도 측정방법을 각 공급설비에 대해 적용한다면 좀 더 효율적으로 공급설비의 신뢰도를 계산, 분석할 수 있고, 천연가스공급설비의 안전성 향상에 도움이 될 것으로 기대된다.
천연가스는 서울에서 새로운 도시가스로서 지하배관망루 벨브스테이션을 통하여 공급되어 왔다. 그러나 천연가스는 편리함과는 대조적으로 운송시스템의 오류 또는 부주위한 취급으로부터 화재 및 폭발을 야기할 수 있는 매우 실제적인 잠재위험성을 가지고 있다. 따라서 이 연구의 주요 목적은 전형적인 배관망을 구성하는 공급설비의 신뢰성을 평가한 후 주요 잠재위험성의 확인 및 위험성평가를 수행하는 것이다. 본 연구에서는 Fault Tree Analysis와 Event free Analysis에 의해 서울의 임의의 지점 두 곳을 설정하여 최종적인 단계(top event)로서 밸브기지의 소규모 누출과 대규모 누출, 각 도시가스회사로의 천연가스공급중단을 설정하여 각각에 대한 발생빈도의 값을 알아보았다. 그 결과 소규모 누출시 DC, DS 밸브기지에 대하여 각각 3.29, 1.41의 값으로 나타났으며, 대규모 누출에 대하여는 1.90$\times$$10^{-2}$, 2.32$\times$$10^{-2}$, 또한 도시가스회사로의 천연가스공급중단에 대한 각각의 기지에 대한 수치는 2.33$\times$$10^{-2}$, 2.89$\times$$10^{-2}$로 나타났다. 또한 단위 지역 공급설비에 대한 전체적인 신뢰도와 기기별 신뢰도의 계산함으로서 기기와 공급망간의 상호관계성의 인식과, 전체 설비 굽에서 중요한 부분과 좀더 강조되어야 할 부분을 찾아내기 위해 Minimal Cut Set 방법을 사용한 결과, DC 밸브기지의 경우, 기기단위별로는 6, 7, 26, 27 등이 취약함을 보여주고 있으며, 또한 basic event 26, 27의 조합으로 인한 천연가스공급중단의 위험이 가장 크므로 이 부분에 대해서 하나의 라인이 병렬로 추가되어야만 좀더 안정적이고 위험부담이 적은 시스템으로 운영할 수 있다. 이러한 경우 공급중단의 고장율이 1/4로 줄어드는 효과를 가지게 된다. DS 밸브기지의 경우, basic event 4가 천연가스공급중단의 원인의 92%를 차지하고 있다. 그러므로 이 부분의 portion을 낮춰준다면 전체의 고장율도 낮춰질 수가 있고 이 부분에 같은 종류의 라인을 추가로 설치하면 고장율이 약 1/10로 줄어드는 효과를 보게 된다. 또한 기기단위별로는 6, 7, 26, 27 등이 가장 취약한 것으로 나타났다. 이 부분에 대해서는 안전장치나 설비를 추가로 갖추거나, 혹은 점검기간의 주기를 줄이도록 하는 것이 필요하다. 향후 본 연구에서 다루어진 신뢰도 측정방법을 각 공급설비에 대해 적용한다면 좀 더 효율적으로 공급설비의 신뢰도를 계산, 분석할 수 있고, 천연가스공급설비의 안전성 향상에 도움이 될 것으로 기대된다.
Natural gas has been supplied through underground pipelines and valve stations as a new city gas in Seoul. In contrast to its handiness the natural gas has very substantial hazards due to fires and explosions occurring from careless treatments or malfunctions of the transporting system. The main obj...
Natural gas has been supplied through underground pipelines and valve stations as a new city gas in Seoul. In contrast to its handiness the natural gas has very substantial hazards due to fires and explosions occurring from careless treatments or malfunctions of the transporting system. The main objectives of this study are to identify major hazards and to perform risk assessments after assessing reliabilities of the composing units in dealing with typical pipeline networks. there-fore two method, fault tree analysis ;1nd event tree analysis, are used here. Random valve stations are selected and considered its situation in location. The value of small leakage, large rupture, and no supply of liquefied natural gas is estimated as that of top event. By this calculation the values of small leakage are 3.29 in I)C valve station, 1.41 in DS valve station, those of large rup-lure are $1.90Times10_{-2}$ in DC valve station, $2.32$\times$10^{-2}$ in DS valve station, and those of no supply of LNG to civil gas company are $2.33$\times$10 ^{-2}$ , $2.89$\times$10^{-2}$ in each valve station. And through minimal cut set we can find the parts that is important and should be more important in overall system. In DC valve station one line must be added between basic event 26,27 because the potential hazard of these parts is the highest value. If it is added the failure rate of no supply of LNG is reduced to one fourth. In DS valve station the failure rate of basic event 4 is 92eye of no supply of LNG. Therefore if the portion of this part is reduced (one line added) the total failure rate can be decreased to one tenth. This analytical study on the risk assessment is very useful to prepare emergency actions or procedures in case of gas accidents around underground pipeline networks and to establish a resolute gas safety management system for loss prevention in Seoul metropolitan area.
Natural gas has been supplied through underground pipelines and valve stations as a new city gas in Seoul. In contrast to its handiness the natural gas has very substantial hazards due to fires and explosions occurring from careless treatments or malfunctions of the transporting system. The main objectives of this study are to identify major hazards and to perform risk assessments after assessing reliabilities of the composing units in dealing with typical pipeline networks. there-fore two method, fault tree analysis ;1nd event tree analysis, are used here. Random valve stations are selected and considered its situation in location. The value of small leakage, large rupture, and no supply of liquefied natural gas is estimated as that of top event. By this calculation the values of small leakage are 3.29 in I)C valve station, 1.41 in DS valve station, those of large rup-lure are $1.90Times10_{-2}$ in DC valve station, $2.32$\times$10^{-2}$ in DS valve station, and those of no supply of LNG to civil gas company are $2.33$\times$10 ^{-2}$ , $2.89$\times$10^{-2}$ in each valve station. And through minimal cut set we can find the parts that is important and should be more important in overall system. In DC valve station one line must be added between basic event 26,27 because the potential hazard of these parts is the highest value. If it is added the failure rate of no supply of LNG is reduced to one fourth. In DS valve station the failure rate of basic event 4 is 92eye of no supply of LNG. Therefore if the portion of this part is reduced (one line added) the total failure rate can be decreased to one tenth. This analytical study on the risk assessment is very useful to prepare emergency actions or procedures in case of gas accidents around underground pipeline networks and to establish a resolute gas safety management system for loss prevention in Seoul metropolitan area.
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문제 정의
본 연구의 목적은 사고발생시 그 사건결과(Consequence)의 파급과 피해의 심각성(Severity)을 줄이기 위한 것으로 사고가 발생할 수 있는 잠재위험지역과 사고시 피해를 받을 수 있는 인원을 최소화 시키는데그 목적이 있다. 이를 위해서는 특히 발생가능한 사고의 발생빈도(Frequency)를 최소화 시켜야만 한다.
제안 방법
Guidelines for Process Equipment Reliability Data?)들을 활용하여 평균고장시간(MTBE)에 대한 데이터를 수집 분석하여 적용하였다. 이러한 분석방법은 아직까지는 천연가스 공급시설의 형식사양에 따라 분류를 할 정도로 데이터가 축적이 되어 있지는 않지만 기본적인 위험성분석을 수행하는데 활용한다면 설비이용의 안정성을 확보할 수 있다.
이를 위하여 먼저 천연가스 공급설비에서 발생되는 안전사고의 직접적인 원인이 되는 기기고장에 대한 분석을 효과적으로 수행하여야 하는데 본 연구에서는 고장수목분석법 (fault tree analysis) 및 사건수목분석법 (Event tree Analysis)을 이용하였으며 특히 고장수목에서는 예상되는 최종사고(top eventX 발생시키는 기기고장의 유형을 연역적으로 분석하는 기법으로 Boolean Logic(AND, OR gate>을 사용하여 사고를 발생시키는 기기고장의 종류를 추적하여 분석하였으며 최종 예상사고에 도달하는 사고의 조합은 고장수목분석 결과인 cut set으로 구성하였다.
지금까지 천연가스공급설비에 대하여 정성적, 정량적분석을 수행함으로서 발생가능한 각종 사고들에 대하여 그 발생빈도를 검토하였으며 그에 따른 안전특성과 안전성 향상방안을 모색하였다. 본 연구 결과 천연가스 공급설비에 대하여 안전성 제고 측면에서 고려해야 할 사항을 정리하면 다음과 같다.
대상 데이터
사고빈도의 계산결과는 일반적인 정량적 위험성평가에서 매우 중요하고, 사고빈도를 계산하기 위해서는 기기나 설비의 각각의 고장률 테이터가 필요하다. 새로운 천연가스 공급 설비의 위험성평가를 위해서는 다른 천연가스설비에서 수집한 기존의 기기고장률의 데이터 (Generic Data» 선별하여 이용할 수 있다. 천연가스가 누출되는 사고는 크게 내부적인 요인과 외부적인 요인에 의한 것으로 나눌 수 있다.
이론/모형
또한 본 연구에서는 천연가스 공급설비의 기기고장으로 발생될 수 있는 사건에 대한 각 구성 설비의 고장확률과 신뢰도를 위한 계산은 기존의 참고문헌(The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Standard 500-1984>2) Guidelines for Process Equipment Reliability Data?)들을 활용하여 평균고장시간(MTBE)에 대한 데이터를 수집 분석하여 적용하였다. 이러한 분석방법은 아직까지는 천연가스 공급시설의 형식사양에 따라 분류를 할 정도로 데이터가 축적이 되어 있지는 않지만 기본적인 위험성분석을 수행하는데 활용한다면 설비이용의 안정성을 확보할 수 있다.
성능/효과
1. Minimal cut set에서 DC V/S 경우 basic event 26, 27의 조합으로, DS V/S의 경우 basic event 4가 천연가스공급중단의 원인의 92%를 차지하고 있다. 그러므로 이 부분에 대해서 하나의 라인이 병렬로 추가되어야만 좀더 안정적이고 위험부담이 적은 시스템으로 운영할 수 있음.
2. 각 부분별 DC V/S에서는 E K, R Q 등이, DS V/S에서 E B, E, G 둥에서는 천연가 스공급중단이라는 top event# 일으키지는 못하지만 국부적인 가스의 공급중단을 의미 하고 높은 고장율이 나타났다. 그러므로 원활한 기지의 운전을 위해 점검시 이곳들에 대해 좀 더 세심한 주의 및 점검의 주기를 줄여야 할 것으로 판단됨.
3. Minimal cut set을 살펴보면 DC V/S에서 8, 24, 25 등, DS V/S에서 6, 8, 12 등의 출현 빈도가 많은데 이것은 천연가스공급중단을 이루는 기기단위부분들이 자주 나타 나면 나타날수록 그 기기단위들에 대한 안전성에 대한 중요도가 증가한다고 볼 수 있음.
이상의 결과로서 천연가스공급설비의 신뢰성분석을 통하여 설비 전 계통에 대한 과학적이고 체계적인 운용능력이 향상될 수 있고 설비운용과 관련하여 존재 가능한 공급중단원인을 미연에 제거하여 안정적인 천연가스 공급체계를 구축하여 대국민 서비스의 질을 향상시킬 수 있다. 또한 계통별 용량 및 Balancing에 대한 적절성을 분석하여 설비 운용상의 경제성 및 효율성을 제고할 수 있으며 분석결과는 신뢰도 기반정비 (RCM: Reliability Centred Maintenance)프로그램 마련을 위한 기기별 중요도 순위선정 및 예비품 제고관리의 기본자료로 활용이 가능하다.
후속연구
각 부분별 DC V/S에서는 E K, R Q 등이, DS V/S에서 E B, E, G 둥에서는 천연가 스공급중단이라는 top event# 일으키지는 못하지만 국부적인 가스의 공급중단을 의미 하고 높은 고장율이 나타났다. 그러므로 원활한 기지의 운전을 위해 점검시 이곳들에 대해 좀 더 세심한 주의 및 점검의 주기를 줄여야 할 것으로 판단됨.
그리고 위의 기술된 정량적 안전성평가 결과를 바탕으로 도출된 포괄적인 안전성 향상방안으로는 설비개선, 보수작업개선, 절차서 및 교육강화등 공급설비 운용의 모든 분야에 대해 중장기적으로 계획을 수립하여 검토할 필요가 있다. 그리고 수립된 정량적 안전성평가 모델을 활용할 수 있는 분야, 즉 Living QRA, 점검/보수 등에 대해서도 지속적으로 추진하는 것이 바람직 하다.
그리고 천연가스 공급 설비의 실제 기기 고장률을 도출하기 위해서는 다른 유사설비에 대한 고장률 데이터를 초기 예상 고장률로 설정하고 설비를 운전함에 따라 이 데이터를 계속헤서 수정•보완 Update해야 할 것이다.
이상의 결과로서 천연가스공급설비의 신뢰성분석을 통하여 설비 전 계통에 대한 과학적이고 체계적인 운용능력이 향상될 수 있고 설비운용과 관련하여 존재 가능한 공급중단원인을 미연에 제거하여 안정적인 천연가스 공급체계를 구축하여 대국민 서비스의 질을 향상시킬 수 있다. 또한 계통별 용량 및 Balancing에 대한 적절성을 분석하여 설비 운용상의 경제성 및 효율성을 제고할 수 있으며 분석결과는 신뢰도 기반정비 (RCM: Reliability Centred Maintenance)프로그램 마련을 위한 기기별 중요도 순위선정 및 예비품 제고관리의 기본자료로 활용이 가능하다.
또한 향후 천연가스 공급설비에서 누출에 의한 사고발생의 잠재위험성을 줄이기 위해서도 현재까지 발생한 가스누출사고사례에 대한 정확한 데이터베이스구축과 함께 원인조사 및 사고추이분석에 따른 유사 사고 예방 시나리오 등이 심도있게 논의되어야 한다.
참고문헌 (10)
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