[논문]정량적 위험성평가기법을 이용한 화학공정 시스템 구축에 관한 연구

변윤섭

doi:10.7842/kigas.2014.18.6.32

정량적 위험성평가기법을 이용한 화학공정 시스템 구축에 관한 연구
A Study on the System Design of Chemical Process using Quantitative Risk Assessment Methodology 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.18 no.6, 2014년, pp.32 - 39

변윤섭 (울산과학대학교 환경화학공업과)

초록
AI-Helper

화학공장은 위험물질을 다량으로 취급하고 있어 안전시스템의 신뢰성을 확보할 수 있도록 시스템을 구축하는 것은 화학공정 설계 시 고려할 기본적 사항이다. 그러나 화학공정의 안전성을 확보하기 위해 안전시스템의 신뢰성을 지나치게 강조할 경우 상대적으로 생산시스템의 신뢰성은 떨어질 수 있다. 화학공정은 일정한 수준 이상의 안전성을 확보한 상태에서 안전시스템의 신뢰성과 생산시스템의 신뢰성을 균형 있게 유지하는 필요하다. 따라서 본 연구에서는 정량적 데이터를 근거로 화학공정의 안전성과 생산성을 동시에 확보할 수 있는 방안을 제시하고자 화학공장에 널리 사용되고 있는 가열로공정을 선정하여 정량적 위험성평가를 실시하였다. 정량적 위험성평가기법으로는 안전시스템과 생산시스템을 구분하여 각각의 시스템에 대해 신뢰도평가가 가능한 유향그래프 분석기법을 사용하였다. 정량적 위험성평가 결과 가열로공정은 온도감지기(TT)와 압력감지기(PT)를 각각 3개 설치하여 2개가 일정한 값 이상을 나타낼 때 안전시스템이 작동하도록 가열로공정을 구축하는 것이 안전성과 생산성을 동시에 확보할 수 있는 최적의 화학공정 시스템 설계 조건임을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

To ensure the reliability of the safety system so that handing large quantities of hazardous materials in chemical plant is considered basic information in chemical process design. However, the reliability of the production system may be reduced when the reliability of the safety system emphasized in order to ensure the safety of chemical process. It is necessary to balance the reliability of the production system and reliability of the safety. In this study, a quantitative risk assessment was performed by selecting the furnace process, which is widely used in the chemical plant in order to suggest a way to ensure the safety and productivity of chemical process, based on the quantitative data. Quantitative risk assessment methodology have been used directed graph analysis methodology. It is possible to evaluate the reliability of the safety system and the production system. In this study, the optimum system design requirement to improve the safety and the productivity of the furnace is two-out-of-three logic for TT and PT.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그러나 최근에는 안전계장시스템의 신뢰성이 향상되면서 안전계장시스템도 안전장치로 인식하고 전체 안전시스템의 신뢰성을 확보하는 방안이 산업현장에서 많이 적용되고 있다. 따라서 본 연구에서 산업현장에서 적용되고 있는 안전계장시스템의 신뢰성을 향상시켜 생산시스템의 신뢰성과 안전시스템의 신뢰성을 동시에 확보하는 방안을 제시하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 화학공정에 설치되는 ESD의 효율적인 구성방법을 제시하고자 안전성과 생산성을 동시에 확보할 수 있는 ESD 구성 방안을 검토하였다.
따라서 본 연구에서는 화학공정의 생산성과 안전성을 동시에 확보할 수 있는 방안을 제시하고자 화학공정이 정상적으로 작동할 수 있는 확률을 평가할 수 있는 유향그래프 분석기법을 사용하였다. 본 기법은 생산시스템의 신뢰도와 생산시스템이 정상운전 조건을 벗어날 경우 작동하는 안전시스템의 신뢰도를 각각 평가할 수 있다[1-4].
본 연구에서는 안전시스템의 신뢰도를 확보하면서 생산시스템의 신뢰도를 향상시키는 방안을 도출하기 위해 가열로공정에 안전설비를 추가로 설치하는 경우에 대해 신뢰도를 평가하였다.
본 연구에서는 화학공장에 널리 사용되고, 화재･폭발의 잠재 위험성이 높은 가열로공정을 선정하여 생산시스템과 안전시스템에 대해 각각 정량적 위험성평가를 실시함으로써 유향그래프 분석기법이 화학공정 시스템 설계 시 유용하게 사용할 수 있음을 인증하였다. 또한, 위험성평가 결과 도출된 정량적 데이터를 기준으로 최적의 화학공정 시스템 설계기준으로 제시하였다.

제안 방법

노드 1, 2번은 피가열유체 공급펌프 및 연료공급펌프에 유체의 지속적 공급을 모델링한 것으로 운전을 시작할 경우 항상 “1”로 출력아크강도를 발생시킨다. 노드 3~9, 11, 12번은 운전 중인 요소의 고장을 OPN으로 모델링하고, 노드 10번은 정상운전 중에 고장으로 인해 연료공급을 차단하여 생산시스템의 신뢰도에 영향을 미칠 수 있는 긴급차단밸브를 SBN로 모델링하였다. 그리고 노드 4, 10, 11번은 계장시스템으로 1개의 노드로 정의하였다.
본 연구에서는 화학공장에 널리 사용되고, 화재･폭발의 잠재 위험성이 높은 가열로공정을 선정하여 생산시스템과 안전시스템에 대해 각각 정량적 위험성평가를 실시함으로써 유향그래프 분석기법이 화학공정 시스템 설계 시 유용하게 사용할 수 있음을 인증하였다. 또한, 위험성평가 결과 도출된 정량적 데이터를 기준으로 최적의 화학공정 시스템 설계기준으로 제시하였다. 특히, 본 연구에서는 화학공장에 널리 사용하고 있는 가열로공정에 대해 안전성과 생산성을 동시에 확보할 수 있는 시스템 구축 방안을 제시함으로써 기존 가열로공정을 운영하고 있는 화학공정의 경우 운전 효율을 개선할 수 있는 방안으로 활용하고, 신규 가열로공정을 설치할 경우 최적의 설계기준으로 활용할 수 있을 것이다.
따라서 본 연구에서는 유향그래프 분석기법을 이용하여 화학공정의 안전시스템과 생산시스템에 대해 정량적 위험성평가를 실시하였으며, 화학공정 시스템 구축을 위한 정량적 위험성평가기법으로 유향그래프 분석기법이 유용하게 사용될 수 있음을 확인하였다. 또한, 정량적 위험성평가 결과 도출된 데이터를 근거로 최적의 화학공정 시스템 구축 방안을 제시하였다.
본 연구에서는 화학공정의 신뢰도를 평가하기 위해 유향그래프 분석(Directed Graph Analysis)기법을 사용하였다. 본 기법은 아크와 노드로 구성되어 있는 심벌을 사용하여 공정배관･계장도를 유향그래프로 모델링하고, 본 유향그래프 모델을 기준으로 공정흐름 방향으로 Table 1과 같은 모델식을 사용하여 각 노드의 출력아크(Output Arc)강도를 순차적으로 계산하여 최종적으로 전체 화학공정의 출력아크강도를 계산한다. 이 출력아크강도가 각 지점의 신뢰도를 나타내며, 최종 지점의 출력아크강도가 전체 화학공정의 신뢰도를 나타낸다[1,4].
또한, AND, OR 등은 유향그래프 작성 시 논리적인 결합을 위해 정의한 노드로 AND는 모든 입력아크가 존재할 가능성을 나타내며, OR는 모든 입력아크의 합을 나타낸다. 본 노드는 논리적 결합을 위한 노드로 공정배관․계장도에는 존재하지 않으므로 유향그래프 작성 시 점선으로 모델링한다[1,4].
본 생산시스템은 피가열유체를 승온시켜 일정한 온도, 압력 및 유량으로 후속공정에 공급하는 시스템이므로 피가열유체시스템과 피가열유체에 에너지를 공급하는 연료공급시스템으로 구성되어 있다. 따라서 본 공정이 정상적으로 운전될 수 있는 신뢰도를 평가하기 위해 생산시스템을 유향그래프로 모델링 하면 Fig.
본 가열로공정에서 안전시스템의 신뢰도에 영향을 주는 안전설비로는 안전밸브, 온도감지기(TT) 및 압력감지기(PT)가 있다. 안전밸브를 2개 설치하는 경우와 온도 및 압력감지기를 각각 3개(3개 중 2개가 일정한 값 이상일 경우 긴급차단밸브 작동) 설치하는 경우에 대해 안전시스템 및 생산시스템의 신뢰도평가는 유향그래프 모델 Fig. 2과 Fig. 3의 해당되는 위치에 관련 노드를 추가하여 평가하였다. 그 결과는 Table 6과 같고, 이를 그래프로 나타내면 Fig.

대상 데이터

화학공정의 안전성과 신뢰성을 동시에 확보하는 방안을 제시하고자 화학공장에 널리 사용되고 있고 가열로공정을 선정하였다. 본 공정의 공정배관･계장도는 Fig. 1과 같고, 피가열유체는 인화성액체이며 연료는 중유를 사용한다[1].
화학공정의 안전성과 신뢰성을 동시에 확보하는 방안을 제시하고자 화학공장에 널리 사용되고 있고 가열로공정을 선정하였다. 본 공정의 공정배관･계장도는 Fig.

이론/모형

본 연구에서는 화학공정의 신뢰도를 평가하기 위해 유향그래프 분석(Directed Graph Analysis)기법을 사용하였다. 본 기법은 아크와 노드로 구성되어 있는 심벌을 사용하여 공정배관･계장도를 유향그래프로 모델링하고, 본 유향그래프 모델을 기준으로 공정흐름 방향으로 Table 1과 같은 모델식을 사용하여 각 노드의 출력아크(Output Arc)강도를 순차적으로 계산하여 최종적으로 전체 화학공정의 출력아크강도를 계산한다.

성능/효과

따라서 가열로공정 설계 시 온도감지기 및 압력감지기를 각각 3개 설치하여 2개 이상이 일정한 값 이상일 경우 가열로공정을 정지하도록 안전시스템을 구성하는 것이 안전시스템의 신뢰성과 생산시스템의 신뢰성을 동시에 확보할 수 있는 최적의 시스템 설계 조건임을 알 수 있다.
따라서 본 연구에서는 유향그래프 분석기법을 이용하여 화학공정의 안전시스템과 생산시스템에 대해 정량적 위험성평가를 실시하였으며, 화학공정 시스템 구축을 위한 정량적 위험성평가기법으로 유향그래프 분석기법이 유용하게 사용될 수 있음을 확인하였다. 또한, 정량적 위험성평가 결과 도출된 데이터를 근거로 최적의 화학공정 시스템 구축 방안을 제시하였다.
화학공장에서 널리 사용되고 있는 가열로공정의 안전성과 생산성을 동시에 확보할 수 있는 방안은 온도감지기와 압력감지기를 각각 3개 설치하여 2개 이상이 일정한 값 이상을 나타낼 때 긴급차단밸브가 작동하도록 안전시스템을 구축하는 것이며, 이 경우 온도감지기 및 압력감지기를 1개 설치하였을 경우에 비해 안전시스템의 신뢰도(96.82% → 97.15%)는 거의 변화가 없는 반면 생산시스템의 신뢰도(74% → 96%)는 크게 향상되어 안전성과 생산성을 동시에 확보할 수 있는 최적의 시스템 설계임을 확인할 수 있었다.

후속연구

따라서 본 연구에서 제시된 연구결과를 실제 화학공정에 적용하면 화학공정의 안전성은 물론 생산성도 동시에 확보할 수 있는 화학공정 시스템을 구축할 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 위험성평가 결과 도출된 정량적 데이터를 기준으로 최적의 화학공정 시스템 설계기준으로 제시하였다. 특히, 본 연구에서는 화학공장에 널리 사용하고 있는 가열로공정에 대해 안전성과 생산성을 동시에 확보할 수 있는 시스템 구축 방안을 제시함으로써 기존 가열로공정을 운영하고 있는 화학공정의 경우 운전 효율을 개선할 수 있는 방안으로 활용하고, 신규 가열로공정을 설치할 경우 최적의 설계기준으로 활용할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	FTA(Fault Tree Analysis)기법은 생산시스템의 신뢰도와 안전시스템의 신뢰도를 구분하여 동시에 평가할 수 없는 이유는 무엇인가?	그런데 화학공정의 정량적 위험성평가기법으로 광범위하게 이용되고 있는 FTA(Fault Tree Analysis)기법은 화학공정에서 발생할 수 있는 사고에 주안점을 두고 화학공정 전체의 안전성을 평가하기 때문에 생산시스템의 신뢰도와 안전시스템의 신뢰도를 구분하여 동시에 평가할 수 없다[1-2].
	화학공정에 설치되는 안전시스템에는 무엇이 있는가?	화학공정은 위험물질을 다량으로 취급하고 있어 사고 발생 시 그 피해의 정도는 매우 크다. 따라서 화학공정에는 다양한 안전시스템이 설치되는데 안전밸브, 파열판 등 기계적 안전장치와 긴급차단밸브를 작동시키는 안전계장시스템이 대표적이다. 일반적으로 화학공정 설계 시 안전밸브, 파열판 등 기계적 안전설비를 최소한의 안전장치로 설치하고 화학공정의 안전성을 향상시키기 위해 안전계장시스템을 추가로 설치하였다.
	화학공정 설계 시 안전성과 생산성을 동시에 확보할 수 있도록 시스템을 구축하는 것은 매우 중요한 사항인 이유는 무엇인가?	그러나 화학공정 시스템 구축시 안전성을 지나치게 강조하여 각종 안전장치를 추가할 경우 상대적으로 화학공정의 운전 효율성은 떨어질 수 있다. 즉, 안전 시스템을 과대하게 설치할 경우 안전시스템 고장으로 인해 발생할 수 있는 긴급 운전중지 및 안전시스템 정비·보수를 위한 예방 운전중지로 인해 생산성은 떨어질 수 있다.

참고문헌 (6)

Byun, Y. S., A Study on Development of the Directed Graph Analysis Methodology for Chemical Process Reliability Assessment, Ph. D. Dissertation, Pusan National Univ., Busan, Korea, (2010)
Byun, Y. S., An, D. M. and Hwang, K. S., "A Comp-arative Study on Safety Analysis Methodology of Chemical Process", Journal of the KIIS, 18(2), 64-72, (2003)
Byun, Y. S. and Hwang, K. S., "A Study on Reliability Flow Diagram Development of Chemical Process Using Directed Graph Analysis Methodology", Journal of KIGAS, 16(6), 41-47, (2012)

원문보기 상세보기
Byun, Y. S., An, D. M., Lee, H. S., Shin, D. I., Kim, Y. H. and Hwang, K. S., "The development of Syst-em Reliability Assessment Methodology Using Directed Graph", HWAHAK KONGHAK, 41(3), 286-291, (2003)
Kwon, H. M., Park, H. C., Chun, Y. W. and Park, J. H., "Towards the Application of Safety Integrity Level for Improving Process Safety", Journal of the KOSOS, 27(5), 64-69, (2012)
Hwang, K. S., Park, N. H., An, D. M. and Park, C. I., Development of Risk Analysis Method for Equipment Operation, Korea Occupation Safety & Heath Agency, (2003)

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증