방호계층분석(LOPA), 독립방호계층(IPL), 작동요구 고장확률(PFD), 개시사건

최종수정일 : 2022.11.14

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방호계층분석(LOPA)

방호계층분석(Layer Of Protection Analysis : LOPA)이란 원하지 않는 사고의 빈도나 강도를 감소시키기 위하여 독립방호계층(Independent Protection Layer : IPL)의 효용성을 평가하는 분석도구이다.

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LOPA 위험도 분석기법은,

1) 잠재적 사고위험을 확인하는 것에서 시작

2) 해당 설비에서 발생가능한 사고 시나리오를 대상으로 개시사건 및 빈도를 확인

3) 각 개시사건에 적합한 독립방호계층의 사고 완화율을 고려하여 위험도 평가

4) 추정된 위험도가 허용할 수 있는 수준의 위험도보다 높을 경우, 추가적인 위험도 감소 대책을 수립하여 위험도를 재평가

5) 추정된 위험도가 허용할 수 있는 수준 이하의 위험도일 경우, 더이상 도출할 시나리오가 없다면, 독립방호계층분석을 종료

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독립방호계층(IPL)

초기사고와 관련한 다른 어떤 방호계층의 작동과는 관계없이 원치않는 결과로 진행하지 않도록 방지할 수 있는 장치로 IPL은 독립적이고 효과와 확인 가능성을 가져야함

독립	초기사고의 영향을 받지 않고 다른 방호계층의 고장으로 인한 영향을 주지 않음
효과	시나리오에서 예측된 결과(사고)가 IPL 동작으로 효과적으로 예방되어야 함
확인가능	IPL의 효과와 신뢰성이 검증되어야 함

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IPL 작동요구 고장확률(PFD)

PFD(Probability of failure on demand))는 독립방호계층(IPL)이 효과적으로 개시사건을 막을 수 있는데 요구되는 기능과 관련하여 해당 기능에 실패할 확률로 PFD 값이 감소할수록 개시사건 발생 확률을 낮출 수 있다. 즉, 사고 완화율(위험도 감소율)로 적용된다.

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개시사건

고압용기파열(Pressure vessel failure)	고압용기는 공정 중의 고압 용기와 고압 저장용기를 모두 포함하여, 설비 자체의 재질 혹은 제작 결함에 의해 발생하는 사고로, 여기에서는 파열에 따른 누출을 말함 *일반적으로 고압용기라고 하면 설계압력(게이지압력)이 0.2MPa(2kgf/cm2)을 초과하는 화학공정 유체취급용기를 말함(고용노동부-위험기계.기구 안전인증 고시)
배관파열 (Piping rupfure failure/100m)	배관 자체의 재질 및 제작 결함에 의해 발생하는 사고로, 사고시나리오 구획 내 배관이 해당할 경우 적용. 사고발생 시 배관 내부 물질이 즉시 방출. 배관길이 100m 당 1개로 반영
배관 누출(Pipng leak/100m)	배관 자체의 재질 및 제작 결함에 의해 발생하는 사고로, 사고사니리오 구획 내 배관이 해당할 경우 적용. 배관 길이 100m 당 1개로 반영
상압탱크파열 및 누출(atmospheric tank failure)	액체상태의 유해화학물질을 저장하고 있는 탱크의 파열 및 누출
플랜지/밸브 누출(Flange/Valve leak)	플랜지 가스켓과 밸브의 패킹 누출을 모두 포함
펌프/컴프레셔 누출(Pump/Compressor leak)	펌프 등의 케이싱이 파손되어 발생하는 누출
안전밸브 오작동 및 조기개방(Premature opening of spring-loaded relief valve)	안전밸브의 비정상 작동 및 조기 개방으로 인하여 안전밸브를 통해 기체성상의 물질이 대기 중으로 방출되는 경우 적용(안전밸브에 후처리 장치가 연결되어 있는 경우 적용 제외)
냉각수 공급 중단(Cooling water failure)	냉각 실패를 나타내는 사고발생빈도로 냉각수 공급중단으로 폭주반응이 일어날 수 있는 반응에 해당할 경우 적용
입/출하 시설 누출(Unlading/Loading hose failure)	입.출하 작업 시 호스 파손 및 호스와 연결된 장비(커플러 등)에서 발생하는 누출을 포함
외부화재(External fire)	일반적으로 외부에서 크고 작은 외부화재의 빈도를 적용하며 해당 설비 내부 또는 외부에 인화성 또는 가연성 물질이 있는 경우 적용

* 기존 '터빈 등의 Overspeed로 인한 Casing 파손'과 '펌프 고장'을 합친 개시 사건

* 기존 '소규모 외부화재' '대규모 외부화재'를 합친 개시 사건

※ 기존 '외부충격', '낙뢰', 'BPCS 결함', '조절밸브 고장' 개시사건 삭제

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완화장치

수동적 완화장치 정의

고임목(Wheel choke) : 입.출하시 탱크로리의 이동을 예방하기 위한 안전장치

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내화설비(Fire proofing) : 열전달에 의한 비상조치 가능시간을 길게 할 수 있는 내화절연 및 피복조치를 하였을 경우 적용할 수 있다.

방류벽(Dike) : 누출되는 액체물질이 지정된 영역 바깥으로 퍼져나가는 것을 방지한다. 이는 물질의 증발률 및 점화확률을 낮출 수 있다. 방류벽은 누출되는 액체에 대하여 효과적이지만 압축가스나 액화가스의 경우에는 효과적이지 않을 수 있다.

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비산방지실드(Scattering prevention shield)

: 플랜지에서 누출되었을 때 비산을 방지하며, 미세누출을 조기에 확인가능하여 사전 안전조치가 가능하다. 비산방지실드의 재질은 내약품성으로 산, 알칼리 등에 강한 저항력을 가지고 있어야 하며, 누유시 색상의 변화로 확인이 가능하여야 한다.

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이중 벽 용기(Double wall containment system)

: 1차 격납 용기벽 주위에 2차 격납 장치로 완전히 둘러쌓아 1차 격납이 파손될 경우 완전히 붕괴되는 가능성을 줄인다.

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이중배관(Double piping, pipe in pipe)

: 배관을 이중 구조로 하고 경우에 따라 배관의 간극에 감지센서 설치로 누출을 확인할 수 있다.

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지중/지하 용기(Inground tank)

: 지중 상압탱크의 액체 수위는 지면높이와 같거나 그 이하여야 한다. 이때, 주변 토양은 2차 컨테이너로 간주될 수 있다.

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지하배관시스템(Underground draingage system)

: 용기 및 배관으로부터 발생되는 물질의 누출범위를 축소시킬 수 있다.

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Sealless pump(Non-seal pump) : Seal이 없는 펌프

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능동적 완화장치 정의

가스감지기 및 자동차단밸브(Gas dectector and Shut-off valve)

: 가스감지기를 통해 감지할 수 있고 제어실에서 원격조종되거나 멀리 떨어진 곳에서 자동차단밸브를 통해 통제 가능한 경우는 PFD(사고완화율) 0.1 적용가능하며, 추가적으로, 가스감지기 및 자동차단밸브가 연동되어 있는 경우 PFD 0.01 적용 가능하다.

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감지기 및 펌프중단(Gas dectecor and Shut-off pump)

: 가스감지기 누액감지기 등의 안전장치를 통해 감지할 수 있고 제어실에서 원격조정되거나 멀리 떨어진 곳에서 펌프 가동 중지 등 제어장치를 통해 통제가능한 경우 PFD 0.1 적용가능하며, 추가적으로, 감지기 및 모터 등이 연동되어 있는 경우 PFD 0.01 적용 가능하다.

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고정식 소화설비

: 소화전, 폼소화설비, 살수설비 등 고정식 소화설비가 있을 경우 설비별 PFD 0.1을 적용할 수 있다.

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과류방지밸브(Excess flow valve)

: 호스 또는 배관파열로 과도한 유량이 생길 시 자동으로 잠김으로써 대량 누출을 방지한다. 과류방지밸브는 갑작스러운 배관 고장 발생 시 흐름을 중지시키도록 적절하게 설계되고 배치되어야 한다.

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릴리프밸브/파열판(Relief valve/Rupture disk)

: 초과하는 압력에서 작동하여 배관이나 압력용기의 파열을 방지한다.

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방호수막/물 분무(Water curtain)

: 방호수막 시스템은 화염(복사열) 차단, 연기 확산 억제, 안전 대피 공간 확보 등을 목적으로 사용된다.

물 분무 시스템은 독성가스 누출 시 차단막을 형성하여 물 용해도가 높은 독성가스를 흡수하는 효과를 일으킬 수 있다.

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예비펌프(Stand-by pump)

: 냉각수 공급 중단 시 냉각수를 재공급할 수 있는 예비펌프가 있을 경우 적용할 수 있다.

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ACQC(Automatic Clean Quick Coupler System)

: ACQC는 Tank Lorry를 이용하여 대량으로 충전 및 하역 작업에서 안전하게 하여주는 자동청정 Coupler로서 펌프 가압을 통한 기존방식과 달리 질소 가압을 통해 이송한다. 액체 물질 입/출하에 사용가능하다.

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Break away safety system

: Break away safety system은 Tank Lorry를 이용하여 대량으로 충전 및 하역 작업에서 기준 이상의 장력을 받으면 연결부에서 이탈해 호스를 보호하고 누출을 막는다.

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개시사건별 완화장치 적용사례

- 영향범위 평가시 방류벽 또는 트렌치 면적(m2)을 적용한 경우, 위험도 분석에서 완화장치(방류벽, 지하배관설비) 중복적용불가.

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- 방류벽, 지하배관설비(트렌치는 액상의 유해화학물질을 취급하며 누출량 전량을 가둘 수 있는 경우 완화장치로 적용가능

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- 사고시나리오 구획 내에 포함된 모든 배관 또는 플랜지가 방류벽, 지하배관설비(트렌치)가 처리할 수 있는 버무이 내에 있을 경우 방류벽, 지하배관설비를 완화장치로 적용 가능

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- 방호수막/물분무의 경우 형성된 수막이 누출되어 발생된 독성가스의 확산 등을 효과적으로 차단하는 경우 적용할 수 있으며, 누출물질이 물반응성이 있다면 완화장치로 적용은 부적절함. 아울러, 처리수는 적절한 배수시설을 통해 처리될 수 있어야 함.

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- 가스감지기 및 자동차단밸브는 누출이 예상되는 지점의 전단 부위에 존재하여 누출을 효과적으로 차단할 수 있는 경우에 적용

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- 비산방지실드는 물질의 특성에 맞는 재질의 것이어야 하며 효과적으로 확산을 막을 수 있는 경우에 적용

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- 도금조, 세척조 등 연결된 배관 등이 없으며, 개방형 형태로 취급되어 내용물의 증발이 가능한 경우에는 시나리오 구획 내 송풍기 고장(펌프/컴프레셔 누출)을 고려

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상압용기(상압저장탱크, 혼합탱크, 희석탱크, 계량탱크, Day탱크, 도금조, 세척조 등)

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압력용기(압력저장용기, 반응기, 탑조류, 열교환기 등)

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탱크로리

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보관용기(독성영향)

- 용기별 영향범위 산정 → 상압탱크파열, 플랜지 등 가스켓 파손 : 용기 개수 반영

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보관용기(화재.폭발 영향)

- 보관시설 내 드럼 또는 용기의 보관된 전체량으로 영향범위 산정한 경우, 상압탱크파열, 플랜지 등 가스켓 파손은 1개를 반영

 

방호계층분석(LOPA), 독립방호계층(IPL), 작동요구 고장확률(PFD), 개시사건