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문제 정의
- 이에 착안하여 본 연구에서는 동일한 설비에 대하여 OGP와 LOPA 등 2종류의 위험도 산정기법을 적용하여 사고시나리오의 위험도를 산정하고 개시사건별 적용 가능한 완화 장치를 적용하여 안전성 향상도를 산정하였다. 그리고 완화 장치 적용 시 보수적 적용방안과 일괄적용 방안의 안전성 향상율을 각각 산정하고, 완화장치 적용 수준에 따른 안전성향상율을 OGP의 위험도 산정 결과와 비교하여 사고시나리오의 적정 위험도 기준을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 국내 장외영향평가제도에 대하여 검토하였고, 해외 위해관리계획 및 장외영향평가제도 중 국내 장외영향평가제도와 가장 유사한 미국의 장외영향평가제도에 대하여 검토하였다.
-
4. 완화장치 적용에 따른 안전성 향상율 산정
정성적 평가에서 파악한 현재의 안전조치 중 적용 가능한 완화장치를 검토한다
. 전 단계에서 산정한 사고시나리오의 위험빈도에 각 개시사건별로 적용할 수 있는 완화장치를 적용하여 안전성 향상율을 산정하고 개시사건별 위험도를 합산하여 사고시나리오의 위험도를 산정한다.
제안 방법
- 12) 하지만 본 연구에서는 IPL의 완화장치 적용사례 외에 추가로 완화장치를 적용하여 완화장치의 일괄적용과 보수적 적용 시의 안전성 향상도를 비교하였다.
- 9~11) OGP 개시사건 대상 설비는 Table 1과 같이 배관, 플랜지 등 16종으로 구분하고 각 설비별로 연결 배관의 직경과 누출공 크기를 고려하여 개시사건 발생빈도를 적용하였으며, LOPA 적용 시에는 개시사건 대상 설비를 배관파열․누출, 상압탱크 고장, 개스킷 누출, 펌프 고장, 외부화재 등 16종으로 구분하여 개시사건 발생빈도를 적용하였으며, LOPA의 경우 밸브와 플랜지를 구분하지 않아 밸브의 개시사건을 플랜지로 간주하고 위험도 산정을 실시하였다.
- HAZOP과 같은 이전에 실시한 위험성평가에서 도출된 시나리오를 이용하여 사고위험을 확인한다. 통상적으로 위험,운전분석 평가와 같은 정성적 위험성평가에서 사고위험의 영향을 확인한 후 영향을 평가하여 그 크기를 추정한다.
- 단, OGP의 경우에는 개시사건 발생빈도 데이터 계산 과정에서 완화장치가 적용된 사건의 발생 빈도를 사용하였으므로, 안전성 향상도 산정 시 완화장치를 적용하지 않는다. 따라서 본 연구에서는 OGP와 LOPA 각각의 위험도를 산정하고 LOPA의 위험도 산정 결과에 완화 장치를 적용하여 OGP와 LOPA의 위험도를 비교하였다. 개시사건별 적용 가능한 완화장치 목록을 Table 9에 나타내었다.
- 본 연구에서는 동일한 설비에 대하여 OGP와 LOPA 등 두 종류의 위험도 산정기법을 적용하여 사고시나리오의 위험도를 산정하고 개시사건별 적용 가능한 완화장치를 적용하여 안전성 향상도를 산정하였다. 완화장치 적용 시 보수적 적용방안과 일괄적용 방안의 안전성 향상율을 각각 산정하고, 완화장치 적용 수준에 따른 안전성 향상율을 OGP의 위험도 산정 결과와 비교하여 이를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 개시사건 파악 단계는 대상으로 선정된 사고시나리오의 구역 내에서 유해화학물질의 누출, 화재 및 폭발 등이 발생할 수 있는 개시사건을 파악하는 단계이다. 사고시나리오 대상설비로부터 다음 설비로 인입되는 과정에 포함된 밸브, 플랜지, 펌프 등의 종류와 개수를 파악한다.
- 사고시나리오별 위험도를 산정한 후 사고시나리오의 위험도 감소를 위하여 완화장치를 적용하고 이에 따른 안전성향상도를 산정하였다. 완화장치는 수동․능동적 완화장치로 구분되며, 개시사건별로 적용할 수 있는 완화장치의 종류가 상이하므로 개시사건별 적용 가능한 수동․능동적 완화장치를 검토하였다.
- 선정된 대상 설비 중 옥외 저장탱크의 사고시나리오 구역 내에 포함되어 있는 개시사건을 검토하여 사고시나리오별 위험도를 산정하였다. 옥외 저장탱크의 개시사건 케이스 검토 결과를 Fig.
- 본 연구에서는 동일한 설비에 대하여 OGP와 LOPA 등 두 종류의 위험도 산정기법을 적용하여 사고시나리오의 위험도를 산정하고 개시사건별 적용 가능한 완화장치를 적용하여 안전성 향상도를 산정하였다. 완화장치 적용 시 보수적 적용방안과 일괄적용 방안의 안전성 향상율을 각각 산정하고, 완화장치 적용 수준에 따른 안전성 향상율을 OGP의 위험도 산정 결과와 비교하여 이를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 사고시나리오별 위험도를 산정한 후 사고시나리오의 위험도 감소를 위하여 완화장치를 적용하고 이에 따른 안전성향상도를 산정하였다. 완화장치는 수동․능동적 완화장치로 구분되며, 개시사건별로 적용할 수 있는 완화장치의 종류가 상이하므로 개시사건별 적용 가능한 수동․능동적 완화장치를 검토하였다. 단, OGP의 경우에는 개시사건 발생빈도 데이터 계산 과정에서 완화장치가 적용된 사건의 발생 빈도를 사용하였으므로, 안전성 향상도 산정 시 완화장치를 적용하지 않는다.
- 34E-02로 나타났다. 이에 따라 본 연구에서는 OGP 적용 시 개별 사고시나리오의 위험도가 10-4 미만인 경우, LOPA 적용 시 개별 사고시나리오의 위험도가 10-2 미만인 경우를 허용 가능한 수준으로 간주하여 적정 위험도 기준을 제시하였다. 단, 해당 기준은 영향범위 내 주민수와 타 업체 근로자수 등 사고의 강도를 고려하지 않은 위험빈도이다.
- 이에 착안하여 본 연구에서는 동일한 설비에 대하여 OGP와 LOPA 등 2종류의 위험도 산정기법을 적용하여 사고시나리오의 위험도를 산정하고 개시사건별 적용 가능한 완화 장치를 적용하여 안전성 향상도를 산정하였다. 그리고 완화 장치 적용 시 보수적 적용방안과 일괄적용 방안의 안전성 향상율을 각각 산정하고, 완화장치 적용 수준에 따른 안전성향상율을 OGP의 위험도 산정 결과와 비교하여 사고시나리오의 적정 위험도 기준을 제시하고자 한다.
- 정성적 평가에서 파악한 현재의 안전조치 중 적용 가능한 완화장치를 검토한다. 전 단계에서 산정한 사고시나리오의 위험빈도에 각 개시사건별로 적용할 수 있는 완화장치를 적용하여 안전성 향상율을 산정하고 개시사건별 위험도를 합산하여 사고시나리오의 위험도를 산정한다.
- 제시한 위험도 기준의 적합성 검증을 위하여 사고시나리오의 위험도를 산정한 유사 연구의 내용을 검토하였다. Carter13)은 risk matrix를 작성하여 위험도를 정량적으로 산정하였는데,14) risk matrix에 따르면 개별 사고시나리오의 최대 허용 위험도는 10-3 수준인 것으로 나타났다.
- HAZOP과 같은 이전에 실시한 위험성평가에서 도출된 시나리오를 이용하여 사고위험을 확인한다. 통상적으로 위험,운전분석 평가와 같은 정성적 위험성평가에서 사고위험의 영향을 확인한 후 영향을 평가하여 그 크기를 추정한다.
대상 데이터
- 사고시나리오 선정 단계에서는 사업장 외부로 영향을 미칠 것으로 예상되는 시나리오를 선정한다. HAZOP (HAZard OPerability review), what-if 등 정성적 위험성평가 후 안전조치의 적절성 여부가 명확하지 않을 경우, 개선권고사항의 필요성이 명확하지 않은 경우, 개선권고사항의 수준이 모호한 경우 분석대상 시나리오로 선정한다.
- 사고시나리오 대상설비 선정 시 유해화학물질이 누출될 수 있는 개시사건 대상 부속설비가 포함되어야 한다. 개시사건 대상 부속설비로는 상압탱크, 고압탱크 등의 탱크류와 배관, 배관에 연결된 플랜지 및 밸브, 화학물질 이송 펌프 등이 해당되며, 설비에 따라 압력게이지, 수위게이지 등의 계측설비가 포함된다.
- 저장시설은 옥외․옥내․지하 저장탱크 등 3종의 설비를 선정하였으며, 보관시설의 경우 사고시나리오 구역 내 개시사건이 저장용기와 플랜지 두 종류뿐이므로 적용할 수 있는 개시사건과 완화 장치가 많지 않아서 대상설비에서 제외하였다. 본 연구에서 선정한 사고시나리오 대상설비를 Table 4에 나타낸 바와 같이 제조․사용시설은 반응기, 교반기, 고압용기 등 6종의 8개 설비를 선정하였다.
- 사고시나리오 대상설비는 저장․보관시설과 제조․사용시설로 구분하여 선정하였다. 저장보관시설은 저장시설, 보관시설로 구분되며 저장시설은 옥외, 옥내 및 지하 저장탱크를 의미하며, 보관시설은 건물 등의 구조물 내부에 드럼,용기 등을 보관하는 시설을 의미한다.
- 저장보관시설은 저장시설, 보관시설로 구분되며 저장시설은 옥외, 옥내 및 지하 저장탱크를 의미하며, 보관시설은 건물 등의 구조물 내부에 드럼,용기 등을 보관하는 시설을 의미한다. 저장시설은 옥외․옥내․지하 저장탱크 등 3종의 설비를 선정하였으며, 보관시설의 경우 사고시나리오 구역 내 개시사건이 저장용기와 플랜지 두 종류뿐이므로 적용할 수 있는 개시사건과 완화 장치가 많지 않아서 대상설비에서 제외하였다. 본 연구에서 선정한 사고시나리오 대상설비를 Table 4에 나타낸 바와 같이 제조․사용시설은 반응기, 교반기, 고압용기 등 6종의 8개 설비를 선정하였다.
이론/모형
- 국내 장외영향평가의 사고시나리오 위험도 산정은 OGP(international association of oil & gas producers) 및 LOPA(layer of protection analysis)를 통해 산정한다.
- 사고시나리오의 위험도는 OGP와 LOPA 등 두 가지의 기법을 적용하여 각각 위험도를 산정하였다. 9~11) OGP 개시사건 대상 설비는 Table 1과 같이 배관, 플랜지 등 16종으로 구분하고 각 설비별로 연결 배관의 직경과 누출공 크기를 고려하여 개시사건 발생빈도를 적용하였으며, LOPA 적용 시에는 개시사건 대상 설비를 배관파열․누출, 상압탱크 고장, 개스킷 누출, 펌프 고장, 외부화재 등 16종으로 구분하여 개시사건 발생빈도를 적용하였으며, LOPA의 경우 밸브와 플랜지를 구분하지 않아 밸브의 개시사건을 플랜지로 간주하고 위험도 산정을 실시하였다.
성능/효과
- 1) OGP와 LOPA의 두 가지 기법을 적용하여 사고시나리오의 위험도를 산정한 결과, 저장․보관시설과 제조․사용시설 모두 LOPA를 적용하여 산정한 위험도가 OGP 대비 약 500배 높게 분석되었다.
- 2) 적용 가능한 모든 완화장치를 고려하여 사고시나리오의 안전성 향상도를 산정할 경우, OGP에 의한 위험도는 8.05E-04, LOPA에 의한 위험도는 1.00E-04로 두 종류의 위험도 산정기법을 적용한 결과가 유사한 수준으로 분석되었으며, IPL 적용사례에 따라 보수적으로 완화장치를 적용한 경우의 위험도는 1.34E-02로 분석되어서, 완화장치를 적용하지 않은 경우의 LOPA 적용시에 비해 위험도가 33배 가량 낮아지는 것으로 나타났다.
- 3) LOPA를 적용하여 완화장치 적용 원칙에 따른 사고시나리오의 적정 위험도 기준은 OGP 적용 시 10-4 미만, LOPA 적용 시 10-2 미만으로 설정하였으나, 해외 유사연구의 사고 시나리오별 적정 위험도 기준은 10-3~10-4 수준으로, LOPA를 적용하여 완화장치 적용 원칙에 따라 사고시나리오의 위험도를 산정하는 경우 허용 불가능한 수준으로 결정될 수 있다.
- 4) LOPA를 적용하는 경우 허용 가능한 위험도 수준을 만족하기 위해서는 완화장치 적용 원칙 외에 추가로 적용 가능한 모든 완화장치를 적용하여야 허용 가능한 수준으로 분석되며, OGP를 적용하는 경우에는 허용 가능한 수준으로 분석되었다. OGP에 비해 LOPA를 적용하는 경우 위험도가 높게 산정되는 경향이 있으므로 위험도 기법별로 허용 가능한 위험도 수준을 다르게 설정해야 할 것으로 판단된다.
- 72E+00로 산정되었다. LOPA 적용 시의 위험도가 OGP 위험도 대비 788배 높게 나타났다.
- 19E-03로 나타났다. LOPA를 적용한 사고시나리오의 위험도 산정 결과는 플랜지에 의한 위험도가 자장 크게 나타났으며, 총 위험도는 1.72E+00로 산정되었다. LOPA 적용 시의 위험도가 OGP 위험도 대비 788배 높게 나타났다.
- 00E-04로 산정되어서, LOPA를 적용하고 완화장치를 일괄적으로 적용하여 산정한 위험도는 OGP의 위험도와 유사한 수준으로 분석되었다. LOPA의 개시사건 발생빈도는 완화장치가 고려되지 않은 데이터로, 모든 완화장치를 적용할 경우 완화 장치를 고려한 발생빈도를 적용하는 OGP의 위험도와 유사한 값으로 나타남을 알 수 있었다. 또한 LOPA 적용 시 완화장치를 보수적으로 적용한 경우에는 완화장치를 적용하지 않은 경우와 비교하여 약 33배의 위험도가 감소하였으며 일괄 적용한 경우에는 적용하지 않은 경우와 비교하여 약 4,300배의 위험도가 감소되는 것으로 나타났다.
- 저장․보관시설 및 제조․사용시설 대상설비 11종류의 안전성 향상도 산정결과를 Table 10에 나타내었다. OGP 적용 시 사고시나리오의 평균 위험도는 8.05E-04, 완화장치를 적용하지 않는 경우의 평균 위험도는 4.39E-01이었으며, 완화 장치를 보수적으로 적용한 경우의 평균 위험도는 1.34E-02, 완화장치를 일괄 적용한 경우의 평균 위험도는 1.00E-04로 산정되어서, LOPA를 적용하고 완화장치를 일괄적으로 적용하여 산정한 위험도는 OGP의 위험도와 유사한 수준으로 분석되었다. LOPA의 개시사건 발생빈도는 완화장치가 고려되지 않은 데이터로, 모든 완화장치를 적용할 경우 완화 장치를 고려한 발생빈도를 적용하는 OGP의 위험도와 유사한 값으로 나타남을 알 수 있었다.
- 옥외 저장탱크의 위험도 산정과 동일한 방법으로 저장․보관시설 및 제조․사용시설 대상설비 전체 11종의 위험도를 산정한 결과를 Table 8에 나타내었다. OGP 적용 시 사고시나리오의 평균 위험도는 8.05E-04로 산정되었고, LOPA 적용 시의 평균 위험도는 4.39E-01로 산정되어서 LOPA의 경우가 OGP 대비 약 500배 위험도가 높게 나타났다. 이는 위험도 산정 기법 시 개시사건 발생빈도 산정방식의 차이로 인하여, OGP의 경우 완화장치가 다수 포함된 설비의 사고발생 데이터를 기반으로 개시사건의 발생빈도를 산정하여 위험도를 산정하지만 LOPA의 경우 누출물질의 특성을 고려하지 않고 누출량만을 기준으로 위험도를 산정하는 방식으로 개시사건 발생빈도가 LOPA에 비해 OGP가 낮기 때문인 것으로 판단된다.
- 우리나라에서는 장외영향평가의 위험도 산정 시 LOPA를 권장하고 있으며, IPL 적용사례에 따라 보수적으로 완화장치를 적용함을 원칙으로 하고 있다. OGP를 적용하여 위험도를 산정한 결과 최소 2.53E-04, 최대 2.19E-03, 평균 8.05E-04로 나타났으며, LOPA를 적용하여 위험도를 산정한 결과 개별 사고시나리오의 위험도는 최소 1.03E-02, 최대 2.62E-02, 평균 1.34E-02로 나타났다. 이에 따라 본 연구에서는 OGP 적용 시 개별 사고시나리오의 위험도가 10-4 미만인 경우, LOPA 적용 시 개별 사고시나리오의 위험도가 10-2 미만인 경우를 허용 가능한 수준으로 간주하여 적정 위험도 기준을 제시하였다.
- 대상 설비 중 옥외 저장탱크의 위험도 산정결과를 Table 6 및 7에 나타내었다. OGP를 적용한 사고시나리오의 위험도 산정 결과, 펌프에 의한 위험도가 가장 크게 나타났으며,총 위험도는 2.19E-03로 나타났다. LOPA를 적용한 사고시나리오의 위험도 산정 결과는 플랜지에 의한 위험도가 자장 크게 나타났으며, 총 위험도는 1.
- 인 것으로 나타났다. 그러나 본 연구에서 설정한 개별 사고시나리오의 적정 위험도 기준은 OGP 적용 시 10-4, LOPA 적용 시 10-2 수준으로 LOPA를 적용하는 경우 해외 유사연구의 적정 위험도 기준을 초과하는 것으로 나타났으며, 적용 가능한 완화장치를 일괄적으로 적용하거나 LOPA가 아닌 OGP를 통해 위험도를 산정하는 경우에 한하여 허용 가능한 것으로 나타났다.
- LOPA의 개시사건 발생빈도는 완화장치가 고려되지 않은 데이터로, 모든 완화장치를 적용할 경우 완화 장치를 고려한 발생빈도를 적용하는 OGP의 위험도와 유사한 값으로 나타남을 알 수 있었다. 또한 LOPA 적용 시 완화장치를 보수적으로 적용한 경우에는 완화장치를 적용하지 않은 경우와 비교하여 약 33배의 위험도가 감소하였으며 일괄 적용한 경우에는 적용하지 않은 경우와 비교하여 약 4,300배의 위험도가 감소되는 것으로 나타났다.
- 옥외 저장탱크 외에 대상 설비로 선정한 10개의 설비 또한 옥외 저장탱크와 동일하게 개시사건 케이스를 검토하여 Table 5에 나타내었다. 모든 대상 설비의 사고시나리오 구역 내에 펌프, 밸브, 플랜지 및 상압 저장탱크가 포함되어있고, 반응기의 경우 게이지(instrument connection)가 1~5개 포함되는 것으로 나타났으며, 고압용기의 경우 상압저장탱크 대신 고압용기가 개시사건에 포함되었다.
후속연구
- 그러나 현행 장외영향평가제도에서는 OGP 또는 LOPA를 적용했을 경우 판정 기준을 동일하게 적용하고 있어 동일한 사업장에 대하여 위험도를 산정하여도 위험도 산정기법에 따라 허용 불가능한 수준으로 판정되는 경우가 있다. 따라서 장외영향평가 결과에 따른 최종 위험도 평가 시OGP와 LOPA를 적용했을 경우의 판정 기준을 각각 다르게 적용할 필요가 있으며, 더 많은 연구를 통해 적절한 판정 기준과 위험도 산정 시 OGP와 LOPA를 적용해야 하는 사업장에 대해 명확한 정의가 필요한 것으로 판단된다.
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