방호계층분석기법(Layer of protection analysis, LOPA

1. 정의 “ “방호계층분석기법(Layer of protection analysis, LOPA)”이란 원하지 않는 사

고의 빈도나 강도를 감소시키는 독립방호계층의 효과성을 평가하는 방법 및

절차를 말한다.

 

 

2. 용어 정리

 

(가) “독립방호계층(Independent protection layer, IPL)”이란 초기사고나 사고 시나

리오와 관련한 다른 어떤 방호계층의 작동과는 관계없이 원하지 않는 결과로

전개되는 것으로부터 사고를 방호할 수 있는 장치나 시스템 또는 동작을 말한

다. 독립적이라는 것은 방호계층의 성능은 초기사고의 영향을 받지 않고 다른

방호계층의 고장으로 인한 영향을 받지 않는다는 것을 말한다.

 

(나) “초기사고”란 원하지 않는 결과로 유도하는 시나리오를 개시시키는 사고를 말

한다.

 

(다) “작동요구시 고장확률(Probability of failure on demand, PFD)”이란 시스템 이

특정한 기능을 작동하도록 요구받았을 때 실패할 확률을 말한다.

 

3. 필요자료

(가) 위험과운전분석 등의 정성적 위험성평가 실시 결과서

(나) 안전장치 및 설비 고장률 자료

(다) 인간실수율 자료

(라) 회사에서 별도로 정하는 위험허용기준(또는 규제당국에서 요구하는 기준)

(마) 공정흐름도면(PFD), 물질 및 열수지

(바) 공정배관․계장도면(P&ID)

(사) 공정 설명서 및 제어계통 개념과 제어 시스템

(아) 정상 및 비정상 운전절차

(자) 모든 경보 및 자동 운전정지 설정치 목록

(차) 유해․위험물질의 물질안전보건자료(MSDS)

(카) 설비배치도면

(타) 배관 표준 및 명세서

(파) 안전밸브 및 파열판 사양

(하) 과거의 중대산업사고, 공정사고 및 아차사고 사례 등

 

 

 

 

4. 수행절차

 

 

 

 

 

1단계-시나리오를 선별하기 위해 영향을 확인한다.

2단계-사고 시나리오를 선택한다.

3단계-시나리오의 초기사고를 확인하고 초기사고빈도(연간 사고수)를 정한다

4단계- 독립방호계층을 규명하고 각 독립방호계층의 작동요구시 고장확률을 평가한다.

5단계- 영향, 초기사고, 독립방호계층 데이터를 결합하여 시나리오의 위험을 수학적으

로 평가한다.

6단계- 시나리오에 관련된 결정에 도달하기 위한 위험도를 평가한다.

 

5. 보고서 작성

 

(가). 영향사고와 강도 수준

회분식 중합반응기에 대한 위험과운전분석(HAZOP)평가에서 고압을 이탈로

선정하였다.

 

(나). 개시원인

- 위험과운전분석 평가결과 고압이라는 이탈에 대하여 콘덴서의 냉각수 공급실패와

반응기의 스팀 제어루프의 고장이라는 2가지의 개시원인을 확인하였다.

 

(다). 초기사고빈도

- 공정운전경험으로 이 지역에서는 15년에 한번 냉각수 공급실패의 경험을 가지고

있다.

 

(라). 방호계층설계

 

 

(마). 기본공정제어시스템

- 반응기에서의 고압은 반응기에서의 고온에 의해 동반되어 발생한다. 기본공정제어

시스템은 반응기의 온도를 기준으로 반응기 쟈켓으로 투입되는 스팀량을 조절할

수 있는 제어루프를 가지고 있다

 

(바). 경보

- 응축기로 투입되는 냉각수 공급배관에 계전기가 설치되어 있고 그 회로는 온도제

어 회로보다는 다른 기본공정제어시스템(BPCS)의 입력 및 제어기에 연결되어 있

다.

 

 

(사). 추가적인 완화대책

- 운전지역으로의 접근허용은 공정이 가동 중일 때에는 제한된다.

- 설비가 가동중지되고 Lock-out되어 있을 때만 정비가 허용된다.

 

(아). 독립방호계층(독립방호계층)

방호계층을 독립방호계층으로서 인정하기 위한 기준은 다음과 같다.

① 방호계층은 확인된 위험을 최소 100배 이상 감소할 수 있어야 한다.

② 방호기능은 0.9이상의 유용성(Availability)을 제공할 수 있어야 한다.

③ 다음과 같은 중요한 특성을 지녀야 한다.

㉮ 구체성: 하나의 독립방호계층은 하나의 잠재된 위험한 사고의 결과를 유

일하게 예방하거나 완화할 수 있도록 설계되어야 한다(예를 들면, 반응

폭주, 독성물질 누출, 내용물 손실, 화재 등). 다중원인이 같은 위험한 사

고를 유도할 수 있다. 따라서 다중사고 시나리오는 하나의 독립방호계층

작동을 개시할 수 있다.

㉯ 독립성: 하나의 독립방호계층은 확인된 위험과 관련된 다른 방호계층으

로부터 독립적이다.

㉰ 신뢰성: 독립방호계층은 무엇을 위해 설계되었느냐에 따라 달라지므로 우발

(Random)고장이나 시스템고장 형태 양쪽 다 설계에서 간주되어야 한다.

㉱ 확인가능성: 방호기능의 정기적인 정상작동을 입증하기위해 설계하며 입증

시험과 안전시스템의 정비가 필요하다.

 

(자) 중간사고빈도

 

 

 

(차) 안전계장기능 무결성수준

새로운 안전계장기능이 필요하다면 필요한 무결성 수준은 사고의 강도 수준에

대한 회사의 허용기준을 중간사고빈도로 나누어서 다시 계산할 수 있다.

이 수치보다 낮은 안전계장기능에 대한 PFDavg는 안전계장시스템에 대한 최대

치로서 결정

 

(파) 완화된 사고빈도