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논문 상세정보

HAZOP 기법을 이용한 이산화탄소 분리 공정 위험성 평가 및 안전도 향상 전략

HAZOP Study for Risk Assessment and Safety Improvement Strategies of CO2 Separation Process

초록

화학 및 전력 산업 관련 에너지 및 환경 현안에 대응하기 위한 다양한 기술이 개발 및 실증화 단계에 있으며, 특히 아민을 이용한 이산화탄소($CO_2$) 분리 공정은 $CO_2$ 포집 및 격리(CCS; carbon capture and sequestration) 설비의 대표적인 핵심 기술이다. 본 연구에서는 상용화 중인 아민 기반 $CO_2$ 분리 공정 분석 및 검토를 통하여 주요 위험 요소를 규명하고 안전성 향상을 위한 전략을 제시한다. 대상 공정에 대한 위험성 평가를 하기 위해 HAZOP 기법을 이용하였으며, 위험 등급 표(Risk matrix)을 이용하여 규명된 위험 요소들의 상대적 순위를 평가함으로써 주요 위험 요소를 완화시키거나 제거할 수 있는 설비 및 운전 상의 전략을 제시한다. 위험성 평가 결과로 운전자의 오작동, 부식에 의한 파열, 배관 및 펌프의 고장 등이 주요 위험 요소로 규명 되었고, 완화 전략으로 누출/화재/폭발에 대한 시나리오 규명, 운전자의 관리 및 교육, PSV 등 안전 밸브 설치 등 장치 변경 및 유지 보수 계획 등을 제시하였다.

Abstract

Various technologies to cope with the energy and environmental issues related to the chemical and electric power industry are in development and demonstration stage. Especially, the absorption process of carbon dioxide ($CO_2$) using amine solution is a key technology of the $CO_2$ capture and storage (CCS). In this study, we identify the major risk factors and suggest strategies for safety improvement by analyzing and assessing commercial the amine-based $CO_2$ separation process. HAZOP method was used to assess the risk for the process. We provide facilities and operational strategies to mitigate or eliminate major risk factors by assessing the relative ranks of identified risk factors using a risk matrix.

본문요약 

문제 정의
  • 따라서 본 연구에서 아민 기반 CO2 분리 공정 전반에 관한 위험성 평가를 통하여 잠재적 위험 요소를 규명하고, 더불어 이러한 위험요소를 완화시키거나 제거 하기 위한 장치 변경 및 유지 보수 계획 등의 능동적인 전략을 논의하고자 한다.

    따라서 본 연구에서 아민 기반 CO2 분리 공정 전반에 관한 위험성 평가를 통하여 잠재적 위험 요소를 규명하고, 더불어 이러한 위험요소를 완화시키거나 제거 하기 위한 장치 변경 및 유지 보수 계획 등의 능동적인 전략을 논의하고자 한다.

  • 본 연구를 통하여 아민 기반CO2 분리 공정에 포함된 대부분 장치 및 설비, 운전 등에 관하여 광범위한 HAZOP 기반의 정성적 위험성 평가를 수행함으로써, 대상 공정의 안전 적인 운영에 기초 분석 자료를 제공하였다.

    본 연구를 통하여 아민 기반CO2 분리 공정에 포함된 대부분 장치 및 설비, 운전 등에 관하여 광범위한 HAZOP 기반의 정성적 위험성 평가를 수행함으로써, 대상 공정의 안전 적인 운영에 기초 분석 자료를 제공하였다. 반면, 본 연구의 결과를 기반으로 Fault tree analysis (FTA), Event tree analysis (ETA) 등의 정량적 위험성 평가(Quantitative Risk Analysis; QRA) 및 PHAST 등을 이용한 장 내외 평가 등 향후 연구 수행을 통하여 안전한 아민 기반CO2 분리 공정의 산업적 활용 확대에 기여할 필요가 있다.

가설 설정
  • 본 연구의 대상 공정인 MEA 기반 CO2 분리 공정은 산업적으로 널리 활용되는 매우 성숙한 공정으로써, 기업 규모의 사업장에서 주로 사용되기 때문에 대기업 규모의 공장에 대한 지표를 가정하였다.

    일반적으로 위험등급을 결정짓는 사고의 빈도와 강도 의 구분 기준은 기업의 매출이나 자산 규모, 설비 운영 형태에 따라 달라질 수 있으므로 사업장의 규모에 따라 별도로 구분하는 것이 합리적이다. 본 연구의 대상 공정인 MEA 기반 CO2 분리 공정은 산업적으로 널리 활용되는 매우 성숙한 공정으로써, 기업 규모의 사업장에서 주로 사용되기 때문에 대기업 규모의 공장에 대한 지표를 가정하였다. 사고 이력을 기초로 하여 인적 손실피해 정도를 파악하여 Table 3에 보인 바와 같이 각 5단계의 세부항목을 갖는 위험성 평가 기준을 구성하였다[23].

  • 위험 등급 I 및 II는 허용 가능한 위험등급으로써 특별한 완화 및 제거 조치가 필요 없음으로 가정한다.

    Table 3에서와 같이, 위험 등급은 사고의 강도와 사고의 빈도의 곱을 하여 I~V 등급 등 총 5 구간으로 설정하였다. 위험 등급 I 및 II는 허용 가능한 위험등급으로써 특별한 완화 및 제거 조치가 필요 없음으로 가정한다. 위험 등급 III은 As Low As Reasonably Practicable(ALARP) 원칙에 따라 운전 및 관리 측면에서의 위험 요소를 완화하거나 제거하기 위한 권고사항이 필요한 등급이라 설정하였다.

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질의응답 

키워드에 따른 질의응답 제공
핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
위험성 평가
위험성 평가란 무엇인가?
대상 공정의 유해 및 위험요인을 파악하고 해당 요인에 의한 사고 및 상해의 발생 가능성과 사고의 강도를 추정 및 결정하여 위험요인을 감소 시킬 수 있는 대책을 수립하여 실행하는 일련의 과정

위험성 평가는 대상 공정의 유해 및 위험요인을 파악하고 해당 요인에 의한 사고 및 상해의 발생 가능성과 사고의 강도를 추정 및 결정하여 위험요인을 감소 시킬 수 있는 대책을 수립하여 실행하는 일련의 과정을 말한다. 즉, 위험성 평가는 공정 내에서 사고를 예방하기 위한 첫 번째 단계이다.

화석 연료의 사용
화석 연료의 사용이 급격히 증가함에 따라 발생하는 문제점은 무엇인가?
부존 자원의 고갈, 대기 오염 및 온실 가스 배출로 인한 기후 변화 등 중요한 에너지 관련 문제

최근 화석 연료의 사용은 전 세계적 인구 및 소비가 급격하게 증가함에 따라 급격히 증가하고 있다[1,2]. 이러한 에너지 수요 증가는 부존 자원의 고갈, 대기 오염 및 온실 가스 배출로 인한 기후 변화 등 중요한 에너지 관련 문제를 동반한다. 현재 세계 에너지 수요의 80% 이상이 천연가스, 석유, 석탄 등 전통적인 화석 연료의 연소에 의해 충족되고[3], 이러한 에너지 자원의 최종 에너지 형태로의 전환 중에 다량의 대기 오염 물질 및 온실 가스(CO2, CH4, N2O 등)의대기로 방출로 인해 기후 변화 등 심각한 환경 문제가 발생되고 있다[4].

화학 공정을 대상으로 하는 위험성 평가
화학 공정을 대상으로 하는 위험성 평가로 무엇이 있는가?
주로 Preliminary Hazard Analysis (PHA), Failure Mode and Effects Analysis (FMEA), Fault Tree Analysis (FTA) 및 HAZOP 기법 등이 주로 사용되고 있다

따라서 위험 평가 과정 에서 대상 공정의 종류, 분석 및 평가의 수준 등을 고려하려 가장 적절한 평가 방법 선택이 정확한 위험성 평가의 시작이다. 특히 화학 공정을 대상으로 하는 위험성 평가는 주로 Preliminary Hazard Analysis (PHA), Failure Mode and Effects Analysis (FMEA), Fault Tree Analysis (FTA) 및 HAZOP 기법 등이 주로 사용되고 있다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (23)

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