사고진행인자를 이용한 가상사고 시나리오 생성 알고리듬 개발

이용선, 김동운, 윤형준, 문일□, 이영순*, 윤동현**

연세대학교 화학공학과, 서울산업대학교*, 한국산업안전공단**

Development of Accident Scenario Generation Algorithm

Using Accident Progress Factor

Yongsun Lee, Dongwoon Kim, Hyungjoon Yoon, Il Moon□,

Youngsoon Lee*, and Donghyun Yoon**

Department of Chemical Engineering, Yonsei University,

Seoul National University of Technology*, KOSHA**

서론

화학공장에서 발생하는 중대산업사고(화재, 폭발, 누출 등)의 예방대책 수립에 관한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 그러나 이러한 현실에도 불구하고 다양한 원인에 의한 사고의 발생 가능성은 점점 증가하고 있는 추세이다. 또한 시스템이 복잡해짐에 따라 이들의 안전성 및 신뢰도를 검증하는 것은 더욱 어려워지고 있다. 최근 연구에 따르면 중대산업사고 중 많은 건의 사고가 비슷하거나 같은 위험요소(Hazards)에 대한 원인(Causes)에 의해 발생한 것으로 알려졌다.

본 연구에서는 중대산업사고가 발생할 수 있는 사업장의 주요위험설비에 대해 주요사고원인, 위험도 등을 포함한 가상사고 시나리오를 작성하여 이 시나리오에 영향을 주는 주요 환경조건이나, 공정변수를 찾아 사고시나리오를 유사한 종류별로 나누고 그룹화하여 가상사고 시나리오를 체계적인 방법으로 도출해 내는 알고리듬을 제시하였다.

가상사고 시나리오의 정의 및 생성 목적

가상사고 시나리오란 위험설비에서 예상되는 위험상태(State)에 대한 표현으로 단일 사건(Event) 또는 사건들의 조합에 의해 이루어진 공정에 있을 수 있는 모든 최악의 사고 경우를 고려하는 것이다.[1]

신뢰성 있는 가상사고 시나리오를 예측하는 것은 사고 시나리오를 Top Event로 받는 정량적 위험성 평가(FTA, ETA, C.A.) 및 비상조치계획 등에 있어 매우 중요하다.[2]

가상사고 시나리오의 생성 목적은 Fig. 1에서 나타낸 것과 같이 기존의 시간과 비용이 많이 소요되며 전문가의 경험에만 의존해 왔던 정량적 위험성 평가 방법의 기초자료(Event)를 체계적으로 제공하는 데 있다. 또한 디자인 단계에서는 발생 가능성 있는 사고시나리오를 예방하거나 일어날 확률을 줄일 수 있는 설계지침(Guideline)을 제공하고 사고의 예방 및 확산을 방지하며 피해를 최소화하기 위한 비상조치계획의 수립을 돕는데 있다.

Fig. 1. Risk analysis using the accident scenario algorithm

가상사고 시나리오 생성

가상사고 시나리오의 생성은 대상공정의 운전조건을 바탕으로 한 공정정보와 과거 사고사례, 전문가의 경험적 사고시나리오 등 3가지 정보를 기본으로 하여 이루어진다. 대상공정에 대한 공정정보와 사고사례 분석을 통해 공통된 사고 원인을 추출하여 사고진행인자(Accident Progress Factor)를 구성하였다. 여기에 전문가의 경험을 바탕으로 사고진행인자와 사고발생가능성을 결정할 수 있게 설계되어있다. 앞서 논의한 가상사고 시나리오 생성 알고리듬을 Fig. 2에 도식화하여 나타내었다.

Fig. 2. Proposed algorithm for the accident scenario generation

가상사고 시나리오 생성 시스템

(1) 시스템 개요

대상공정, 대상설비, 사고진행인자 등 가상사고 시나리오를 구성하는 각 구성요소와 그들의 관계를 나타내는 모듈간의 관계를 Fig. 3에 나타내었다. 본 시스템은 시나리오 생성에 필요한 공정정보를 입력받아 시나리오를 생성하는 주 모듈(Main Module)과 생성된 시나리오를 공정정보와 비교·분석하여 추론하는 3개의 부 모듈(Sub Module)로 구성되어 있다.

Fig. 3. Information flow in the accident scenario generation model

(2) 사고진행인자에 의한 가상사고 시나리오 생성

공정정보를 바탕으로 사고진행인자와 대상공정, 대상설비의 상호 비교 및 사고발생 가능성의 확인을 통해 가상사고 시나리오를 생성한다. 이렇게 생성된 가상사고 시나리오는 과거 사고사례, 전문가의 경험적 사고시나리오와 사고진행인자를 활용한 논리적인 검증을 통해 발생 가능성이 있는 신뢰성 높은 사고시나리오를 추론한다.

수첨분해공정에서의 가상사고 시나리오 도출

현재 소비가 감소되고 있는 중질유분의 사용도를 높이기 위해 경질유분을 제조하는 수첨분해공정이 활용되고 있다. 대상공정은 원료유인 중질유분을 수소기류가 존재하는 고온·고압의 촉매 하에서 분해하거나 불순물인 유황성분을 제거하여 고급 가솔린을 생산하는 공정이다.[5] 본 공정은 원료를 분해할 때 고온·고압이 요구되며 대량의 수소를 사용하기 때문에 운전비와 장치 건설비가 높고 반응성이 큰 운전물질로 경미한 사고(누출)에 의한 대형사고(화재, 폭발) 유발 가능성이 항상 내포된 잠재 위험성이 높다.[5][6]

(1) 공정분석 자료

가상사고 시나리오 생성을 위한 대상공정 분석 자료는 다음과 같다.

Table 1. Input data for the accident scenario generation

Unit	Hydrocracking of Heavy Hydrocarbons	점화원	존재(정전기)
Section	Reaction	취급물질	물질명	수소	프로판	부탄	황화수소
			CAS No.	1333-74-0	74-98-6	75-28-5	7783-06-4
Equipment	Piping System		인화점(℃)	-	-105	-60	-
	Piping		끓는점(℃)	-253	-42	-1	-61
	Weld	운전상태	온도(℃)	42
	Elbow		압력(□/□)	195
Status	Normal Operation		용량(BPD)	20000
			Size	12"

(2) 가상사고 시나리오 생성 알고리즘에 의한 시나리오 도출

가상사고 시나리오 생성 알고리즘의 순서에 따라 사고진행인자를 바탕으로 상호 비교·분석하여 생성된 수첨분해공정의 가상사고 시나리오는 Table 2에 나타내었다.

Table 2. Example of the accident scenario generation

Accident scenario

Wrong construction material → Rupture

Internal corrosion → Weakening → Rupture

Rapid evaporation → Overpressure → Rupture

Erosion → Weakening → Rupture

Etc.

도출된 사고시나리오의 Top Event 형태는 Rupture로서 사고발생에 영향을 준 Basic Event를 Table 3에 제시하였다.

Table 3. Basic events resulting accident scenario

Cause	Event in (%)
Explosion/fire Overpressure Wrong construction material Others	69 23 6 2

결론

가상사고 생성 알고리듬을 통해 도출된 가상사고 시나리오로부터 대상공정의 사고예방 및 확산을 방지하고 피해를 최소화하며 비상조치계획 수립에 도움을 줄 수 있었다. 또한 생성된 가상사고 시나리오의 우선순위를 이용하여 위험성 평가를 위한 기초자료를 제공함과 동시에 기존의 시간과 비용이 많이 소요되며 운전경험이 풍부하고 그 공정에 대한 완전한 이해가 없이는 이루어 질 수 없었던 정량적 위험성평가방법의 검토구간 설정에 대한 문제점을 해결하였다.

감     사

본 연구는 한국산업안전공단의 □가상사고시나리오 선정 프로그램 개발□ 과제에 대한 연구비지원으로 이루어 졌으며, 이에 감사드립니다.

참고문헌

1. Faisal I. Khan, S. A. Abbasi, "Inherently safer design based on rapid risk      analysis", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, Vol. 11,       Issue 6, 1998.

2. 이승훈, 김진경, 문일, □SMV를 이용한 보일러 공정 운전 절차의 안전성 검색□, Journal of the Korean Institute of Chemical Engineers, Vol. 37, No. 5, 1999.

3. 김동운, 윤형준, 문일, □TRA에 의한 위험물질 수소의 위험도 분석□, 화학공학의 이론과 응용, Vol. 5, No. 2, 1999.

4. 이한용, 윤형준, 문일, □산업재해 방지를 위한 안전정보관리 시스템 개발□, 제어·자동화·시스템 공학회 학술회의, 1999.

5. 윤동현, □석유정제공업의 공정별 사고사례분석을 통한 안전대책 연구□, 1999.

6. 한국산업안전공단, □과거 30년간 세계석유화학공업 100대 사고 사례집□, 1997