장치산업에서의 정량적 위험평가

이승국*, 조은구

한국가스안전공사

Quantitative Risk Assessment in Chemical Industry

Seung-Kuk Lee*, Eun-Goo Cho

Korea Gas Safety Corporation.

서 론

강력한 폭발 및 화재를 동반하는 고압가스 및 유독물질을 처리하는 화학산업은 특성상  위험을 항상 내포하고 있으므로 이에대한 적극적인 대응이 요구된다. 가장 선진화된 위험평가 기법이라고 할 수 있는 정량적 위험평가(Quantitative Risk Assessment)를 통하여 잠재된 위험을 인지하고 이를 체계적이고 과학적으로 대처함으로써 쾌적한 경영활동을 지속토록 하는데 도움을 주고자 한다.

본 론

1. 정량적 위험평가(Quantitative Risk Assessment)란 ?

정량적 위험평가는 시설에 잠재하는 각 위험(Risk)을 숫자로 계산하여 관리하는 가장 선진화된 위험평가 기법이다. 그러므로 각 시설간, 각 공장간 위험성의 상대적인 비교가 가능하며, 그 결과를 유도하는 과정에서도 객관적인 방법을 제시하고 있어 합리적인 위험관리를 하게 해 준다. 그러나 이와 같은 정량적인 위험평가의 기법은 범위가 매우 방대하므로 여기에서는 정량적 위험평가에 대한 개론 및 방법을 소개하고자 한다.

2. 정량적 위험평가 절차

그림1은 정량적 위험평가의 가장 일반적인 절차를 나타내고 있다.

판단

Yes

No

[그림1 : 정량적 위험평가 절차]

각 단계에 대한 자세한 방법을 알아보기로 하자.

2.1 위험성 인지(Hazard Identification)

우선 분석 대상 시설의 위험성을 파악하기 위해서는 위험성을 구별할 수 있는 정성적분석이 실시되어야 한다. 정성적 분석방법으로는 Check List, Preliminary Hazard Analysis(PHA), Hazard and Operability Study (HAZOP), Failure Mode Effect Analysis(FMEA), Failure Mode Effect Criticality Analysis(FMECA)등이 있으며, 분석결과로 얻어진 주요 위험성에 대한 사고 시나리오를 다음 단계를 위하여 준비하여야 한다.

2.2 사고빈도 분석(Frequency Analysis)

상기 위험성인지로부터 사고의 빈도를 분석하기 위해서는 사고빈도 분석기법인 Fault Tree Analysis(FTA), Event Tree Analysis(ETA), Human Error Analysis 등을 실시하여 사고의 빈도를 분석할 수 있다. 대부분의 경우 사고의 빈도분석을 위하여 상기의 여러가지 기법들이 조합되어 사용된다. 정량적 위험평가는 사고가 일어난다는 가정 하에서 이러한 기법들이 사용되므로 FTA의 최소위험단위(Minimal cut set)나 ETA의 확률계산에 사용되는 신뢰도 자료(Reliability Data)는 객관적으로 설명될 수 있는 공식이나 방법에 의하여 계산되어야 한다.

2.3 사고영향 분석(Consequence Analysis)

이제 빈도분석에 사용된 사고의 결과를 분석해 보자. 사고의 결과분석은 그 사건에 대한 시나리오가 일어났을 때 미치는 영향 즉, 사고의 피해가 어떻게, 어디까지 미칠 것인가를 분석하는 것이다. 대부분의 사고는 폭발로 인한 과압(Overpressure), 복사열(Heat Radiation), 파편(Missile) 및 독성가스 누출에 의하여 사람에 영향을 미친다. 이들에 의하여 사람의 치사 확률(Fatality Probability)을 계산하여 사고영향를 구한다. 그러므로 이러한 치명도는 시설 주위에 상주하는 인구밀도와 관련이 있다고 할 수 있다. 연구가 거듭됨에 따라 정확히, 보다 실제와 비슷한 상황하에서 적용할 수 있도록 모델들이 개발되고 있으나, 외국의 지형, 기후조건 및 배경으로부터 제작된 모델들이므로, 보다 정확한 결과예측을 위해서는 유명도가 있는 단일 모델에 의존하지 않고 여러 가지 모델을 비교하여 실제의 환경에 가장 만족하는 모델을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 계산에 주로 인용되는 모델이나 Code를 소개하면 표1과 같다.

[표 1 : 사고결과분석 모델/Code]

사고결과	모 델	Code
Jet Fire	Long, Bosanquet, Stewart	TORCH, PHAST, EFFECT
Vapor Cloud Dispersion	Gaussian, Puff, Robert	CHAOS, EXPEL, RISKACT, PHAST, EFFECT
Explosion	TNO Multi-Energy Method, British Gas Method, TNT 상당량	PHAST, EFFECT
Pool Fire / Flash Fire	Burgoyne	PFIRE, SINTEF,FIREX,TECHNICA,WHAZAN

2.4 정량적 위험성평가의 해석(F-N Curve)

사고에 대한 빈도분석 및 영향분석에서 얻은 값이 어떻게 해석되는지 알아보자. 그림2(F-N Curve)에 사고빈도의 연간 발생확률(Fr/yr)은 가로축에, 사고결과의 치명도(No. of Fatality)는 세로축에 표시하면, 점a에 해당하는 시설은 사고빈도가 1×10-5/yr가 되고, 사고시 치명도는 100명이 된다. 다른 점b에 해당하는 시설은 빈도 및 치명도가 점a보다 낮은 것을 알 수 있다. 그러므로 우선 위험관리 대상시설은 점a에 해당하는 시설이 된다.

F-N Curve상에 진하게 표시된 2개의 사선은 영국 안전규제기관의 위험성판단기준을 나타낸다. 양 선의 가운데 부분은 ALARP(As Low As Reasonably Practicable : 합리적으로 실행 가능한 낮은 수치)로서 시설의 위험성이 이 구역안에 들어오게 되면 시설의 설치는 가능하나, 위험성를 하위사선 아래로 낮추기 위해 합리적인 방법으로 안전조치를 강구하여 규제기관과 협의하여야 한다. 그러므로 점a에 해당하는 시설은 위험도가 기준보다 높기 때문에 안전조치를 강화해야 함을 알 수 있다. 안전조치로서는  Safety Valve, Deluge System 및 Redundancy 시스템 등을 이용하여 사고빈도를 낮출 수 있고, 치명도를 줄이기 위해 사고의 영향이 멀리 미치지 못하도록 방호벽, 차단막 및 궁극적인 경우에는 위험시설 주변에 상주하는 인구밀도를 줄이는 방법도 있을 수 있다.

사고빈도(Frequency)

10-2

10-3

10-4	부적합(Not Acceptable)

10-5	a

10-6              b

10-7              ALARP

10-8

적합(Acceptable)

10        100      1000 치명도(No. of Fatality)

[그림2 : F-N Curve]

3. 정량적 위험성평가의 활용

정량적 위험성평가 실시후 그 결과는 우리에게 많은 정보와 안전예방 활동에 활용할 수 있는 여러 가지 방안을 제시해준다.

첫째 : 시설대 시설, 공장대 공장의 위험성을 서로 비교해 봄으로써 단일 공장 내에서도 각 시설에 대한 위험성의 서열화가 가능하고, 우선관리대상 위험시설에 대하여는 안전투자의 최우선 순위를 지정할 수 있다

둘째 : 신규시설에 대한 위험성의 판단자료로 이용할 수 있어서 향후 국내에서도 이러한 ALARP와 같은 기준을 마련하는 등 다양한 활용의 기법이 기대된다.

셋째 : 사고의 위험범위를 표시해 주므로 위험시설 주변에 새로운 시설이 들어설 경우 허용여부를 판단할 수 있다.

넷째 : 사고의 영향이 미치는 영역 및 영향이 도달되는 시간 등의 계산이 가능하므로 대피주민의 범위와 안전대피지역 등 비상조치계획서 작성의 근본이 되는 정보를 제공한다.

결 론

정량적 위험성평가는 가장 선진화된 안전성평가 방법임에도 불구하고 계산의 복잡성, 자료의 부족 등으로 인해 국내의 장치산업에 쉽게 적용하지 못하고 있는 것이 현재의 실정이다. 특히 이 평가에 가장 핵심이 되는 신뢰도자료(Reliability Data)는 국내의 사고조사자료나 각 산업계에서 정량적위험성평가의 목적으로 제공되지 않아 더욱 출발을 어렵게 한다. 그러나 대부분의 화학공장의 주요기기장치는 수입에 의존하고 있는 실정을 감안하여 외국에서 발행되는 신뢰도자료 등을 원용하여 정량적 위험성평가를 실시 할 수 있으므로 지금이라도 그 발판을 마련해야 된다. 선진국으로 향한 발걸음에 안전분야에서도 그 속도를 늦출 수는 없는 것이다.

참고문헌

1. Frank P. Lees (1980) Loss Prevention in the Chemical Industries. London, Butterworths(Two Volume) ISBN 0-408-10604-2

2. Cris Whetton (1996) Plant Reliability & Maintainability, IchemE course of the Shefield University in Health & Safety Laboratory

3. Trevor A. Kletz (1979) Consider vapor cloud dangers When you build a plant. Middlesbrough. Imperial Chemical Industries, LTD.

4. Richard Robinson (1996) Major Hazard Course. Risley Science Park. AEA Technology

5. Martin Goose (1996) Risk Assessment for LPG using RISKAT. Liverpool Health & Safety Executive Major Hazard Assessment Unit.

6. Dag Bjerketvedt (1993) Gas Explosion Hand Book, Berger Norway. Christian Michelsen researches.

7. 1995 Risk Management in the Netherlands, OECD Risk Assessment

and Risk Communication Workshop.