위험평가 및 위험관리

조영도, 박교식, 이경식, 김지윤

한국가스안전공사 가스안전기술개발원

Risk Assessment and Risk Management

Young-Do Jo, Kyo-Shik Park, Kyung-Sik Lee, Ji-Yun Kim

Institute of Gas Safety Technology, Korea Gas Safety Corporation

서 론

화학공정을 비롯한 고압가스관련시설에서 취급하고 있는 일부 화학물질은 인체에 극히 위험한 것이 있으며, 만약 사고에 의하여 위와 같은 화학물질이 누출되거나 폭발 또는 화재가 일어나게 되는 경우 피해영역에 노출된 수많은 사람이 영향을 받게 되어 사회적 문제가 야기될 수 있다. 그리고 사고는 항상 어디에서나 존재 가능하므로 이러한 고압가스 관련시설에서의 생산활동은 근로자뿐만 아니라 인근 주민에게 위험을 제공하는 원인이 된다. 따라서 지금까지 일어난 중대사고의 경험으로부터 위험에 대한 평가방법의 필요성과, 경우에 따라 위험한 공정은 인근주민으로부터 일정거리 이상 격리시키거나 좀더 충분한 보완장치를 하여야 할 필요성을 인식하게 되었다. 유럽의 일부 국가에서는 좁은 국토를 효율적으로 사용하고, 중대위험 공정의 사고로부터 근로자뿐만 아니라 인근주민을 보호하기 위하여 각국의 허용위험 기준에 의하여  위험관리를 정량적으로 하여 왔고, 지난해 위험관리에 대한 유럽공동법안이 제정되었다. 그러고 미국에서는 정성적 평가방법으로 지금까지 위험관리를 하여 왔으나 앞으로 정량적 평가 관리로 변하고 있는 추세이다.

국내에서는 □95년 가스안전관리종합체계에 관련된 법이 개정되어 체계적인 위험관리를 시행하고 있다. 국내처럼 인구밀도가 높은 상황에서는 생산활동에 의한 인근주민의 위험을 완전히 제거하는 것이 거의 불가능하므로 위험관리를 보다 효율적으로 할 필요성이 있다고 본다.

본 론

개략적 위험 평가방법, 상세한 위험 평가방법, 허용 가능한 위험범위 및 안전성 향상을 위한 의사결정방법 등을 여기서 살펴보기로 한다.

정량적 위험평가 및 위험관리

정량적 위험평가는 평가비용이 많이 소모되지만 안전관리의 기본적이고 과학적인 방법중의 하나이다. 선진국의 위험관리에서는 대상의 위험을 정량적으로 평가하고, 정책 또는 기업에서 경영방침으로 수립된 허용 가능한 위험조건과 비교 검토하여 경제성을 고려한 최적의 관리를 하고 있다. 그리고 대부분의 위험관리 정책의 초점을 사고가 많이 발생되거나 그 결과가 치명적인 것에 맞추고 있다. 즉 위험한 화학물질을 취급하거나 이를 이용해서 생산 활동하는 공정 혹은 고압가스설비에 의한 공장외부 사람들이 받는 위험을 감소시키기 위하여 사업자가 위험발생원을 검토하여 가능한한 위험을 줄이는 노력을 하도록 하고 있다. 위험관리 정책은 기업활동이 원인이 되어 발생하는 위험성을 관리하기 위한 수단으로 수많은 이해관계가 얽혀 있기 때문에 정책적 고려가 있는 경우에만 수립하여 적용 가능하다. 여러 국가의 위험관리 정책은 사고영향에 치중된 여러 가지 규칙을 만들어 관리하는 방법에서부터 종합적 자율 안전관리로 발전하여 왔다. 자율 안전관리는 일정 수준 이하의 위험을 유지하도록 여러 가지 안전성 향상을 위한 방법 중에서 기업체 스스로 경제성을 고려하여 의사 결정하도록 하는 방법이다. 공정의 위험을 감소시키기 위하여, 중점을 두고 위험관리를 하여야 할 부분은 공정전반에 대한 개략적인 위험 평가로 결정할 수 있다. 만약 특정 부분이 허용위험 조건보다 위험이 크면 상세위험 평가를 하여 과대위험 평가가 되었는지 조사한다. 위험에 대한 허용조건은 항상 생활 속에 존재하는 위험수준과 검토하여 적절하여야 하고, 안전성향상을 위하여 의사결정에 활용될 수 있도록 되어야 할뿐만 아니라 적용 가능하여야 한다. 안전성 향상 방법으로는 일반적으로 안전성에 영향을 크게 미치는 변수부터 경제성을 검토하여 위험을 줄이기 위한 계획을 수립한다.

비상조치관점에서 보면 개략적인 위험평가에서 위험상황을 설정하고, 상세평가에 의하여 각각의 시나리오를 고려한 비상조치계획을 작성한다. 그리고 비상조치계획은 가능한 유연성이 있어야 하며 돌발 상황에 대처능력이 강하도록 하여야한다.

대부분의 위험평가에 의한 위험관리를 다음 세 가지 단계로 나눌 수있다.

개략적 위험 분석

위험한 영역 또는 위험한 공정을 파악하기 위하여, 상세히 공정을 파악하여 위험을 분석하기보다는 경험에 비추어 개략적으로 평가하는 방법이다.

공정 전반에 대하여 간략한 검토방법으로서 위험한 시설이나 영역을 우선 결정하고, 취급화학물질, 공정, 운전조건 등의 정보를 근간으로 하여 사고발생 가능한 시나리오의 평균 영향범위를 결정한다. 그리고 영향을 미치는 범위와 실제 범위내의 인구밀도를 고려하여 사고발생시 개략적인 피해정도를 평가한다. 다음 단계로는 지금까지 일어난 여러 가지 사고통계 자료를 이용하여 사고발생 빈도를 예측한다. 그 결과를 사고의 피해크기와 사고빈도를 축으로한 위험 매트릭스에 나타내고 허용위험범주와 비교하여 상세 위험 분석이 필요한 부분을 결정한다.

상세 위험분석

개략적 위험평가에서 결정된 위험한 부분을 일반적으로 다음의 절차에 의하여 상세위험분석을 한다. 이 방법은 특정한 위험 영역 또는 공정의 위험이 확인되는 경우 허용가능한지를 판단하고 위험을 감소시키기 위하여 대안을 선정하는데 매우 유용하다. 그러나 평가방법이 매우 복잡하고, 위험을 감소시키기 위한 조치에 대하여 경제성평가를 하기 전에 사용된 여러 가지 모델과 가정들이 적절한지 충분히 검토하여야 한다.

a. 분석 범위 결정

일어날 가능성이 있는 모든 사고를 분석하는 것은 불가능하므로 지금까지 사고자료나 경험을 바탕으로 하여 분석범위를 결정한다.

b. 사고발생빈도 평가

사고발생빈도를 계산하기 위한 기법으로 FTA(Fault tree analysis), ETA(Event tree analysis) 등이 있으며, 이와 같은 기법을 이용하여 계산할 때에는 적절하게 사건들이 구성되어 있는 지 또는 중요한 모든 사건들이 포함되어 있는 지 검토하는 것이 일반적으로 어렵고 많은 시간이 소요된다. 그리고 최종의 기본 사건에 대한 발생빈도는 일반적으로 과거사고 데이터로부터 구하지만, 과거 기본사건이 일어난 환경과 현재 분석하고자 하는 환경이 다르므로 빈도 데이터 사용시 신중을 기하여야 하며, 가능한한 분석하고자 하는 상황과 비슷한 환경의 과거사고 데이터를 이용하여야 한다.

c. 영향평가

위험평가의 한 부분인 영향평가는 일반적으로 많은 수의 사건시나리오에 대하여 해석하여야 하므로 막대한 시간이 소모된다. 즉 화학물질의 누출량, 풍속 및 방향, 대기안정도 등 모든 가능한 변수들을 고려하여 수많은 계산을 반복하여야 한다. 각각의 시나리오에 대한 누출속도, 확산, 증발, 폭발 등을 해석하기 위한 계산은 여러 가지 모델 중에서 가장 널리 사용하되 모델을 적용하는 것이 계산의 일관성을 유지하기 위하여 좋을 것으로 사료된다.

d. 피해평가

선진국에서는 사고로 인한 환경피해예측 방법을 현재 활발히 연구중에 있으나 실용화된 방법은 거의 없는 실정이다. 그러나 인명피해예측은 군사목적으로 많은 연구가 진행되어 있으며 현재 제안된 여러 가지 식을 이용하여 피해확률까지 예측가능하다. 위험 평가에 사용되는 인명피해는 피해를 감소시킬 수 있는 보호물이 완전히 없는 것으로 가정하여, 독성에 의한 피해, 화재에 의한 피해, 폭발에 의한 피해 등에 의한 Probit식을 이용하여 중대사고 발생 조건으로한 확률로 구한다. 사용되는 Probit식에 있는 변수들의 값은 과거사고 데이터와 동물실험을 통하여 구한 값들이므로 실제 피해정도와 차이점이 있다.

중요변수 해석

중요변수 해석은 공정의 생산활동, 수송, 저장, 변경 등에 동반되는 위험을 효율적으로 감소시키기 하기 위한 매우 유용한 방법이다. 즉 위험성에 기여하는 모든 변수들 중에서 가장 중요한 몇 가지 변수에 대한 분석으로 위험을 감소시킨다.

근로자와 인근주민의 위험을 경제성을 고려하여 가능한한 줄이는 것이 위험관리의 최종목표이므로 어떻게 하면 가장 효과적으로 위험을 줄일 수 있을까 하는 의문을 해결하기 위한 방법으로 중요변수 해석이 있다. 주어진 상황에서 위험을 감소시키기 위하여 검토를 하여야 하는 경우, 어떠한 변수의 변경이 가능한 지 검토하고, 변경 후 전체 위험이 어느 정도 변하는 지 계산하여야 한다. 위험을 감소시키기 위하여 변경가능한 변수로는 안전밸브 첨가, 가압저장시설을 냉각액화저장시설로 변경, 운반선의 경우 단일탱크를 자켓형 이중탱크로 변경, 저장시설에서 입·출구의 위치변경 등이 있다. 변경 후 개인적 위험과 사회적 위험을 평가하기 위하여 다시 모든 사건 시나리오에 대한 계산을 할 필요성은 없고 단지 변경부분이 위험에 영향을 미치는 몇가지 요소에 대해서만 치중하여 다시 계산한다. 예를 들어 단일탱크를 자켓형 이중탱크로 변경하는 경우 연간 누출 빈도가 변하므로, 누출 빈도만 다시 계산하여 안전평가를 할 수 있다.

가스시설의 적용

가정집 가스시설에 위험관리를 위하여 최근 5년간의 사고를 중심으로 분석을 행하였다. 분석결과 가정집에 안전기기를 보급할 경우 현재의 사고건수를 40%로 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 대부분의 폭발사고를 예방할 수 있다.

결 론

화학공장의 전체공정에 대하여 개략적인 위험평가 방법으로 위험이 큰 부분을 먼저 파악하고, 위험이 큰 부분에 대해서는 정량적인 방법으로 상세히 평가한다. 정량적으로 평가된 위험이 허용기준보다 큰 경우, 중요변수 해석과 경제성을 검토하여 위험을 줄이는 것이 바람직 할 것으로 사료된다. 이와 같은 방법은 석유화학공장에만 국한된 것이 아니라 일부 변형하여 일반 가스시설의 위험관리에도 적용 가능하다.

참고문헌

1. Loss Prevention in the Process Industries, Frank P Lees, Butterworth Co Ltd, 1980

2. Guideline for Chemical Process Quantative Risk Analysis, AIChE, New York, 1989