FTA결과를 이용한 ETA 사례연구

저압에틸렌저장탱크를 중심으로

주종대, 조지훈, 조현천*, 손명익*

한국산업안전공단, 대한유화공업(주)*

A Case Study on the ETA Resulting from FTA.

J.D. Ju, J.H. Cho, H.C. Cho*, M.Y. Son*

Korea Occupational Safety and Health Agency,

Korea Petrochemial Industrial Corporation*

서론

화학공업은 다량의 위험물질을 취급하므로 이로 인한 폭발·화재 및 누출사고와 같은 중대 산업사고의 잠재위험성이 매우 높은 업종이라고 할 수 있다. 이와 같은 재해 특성으로 인하여 I. L. O와 같은 국제기구는 물론, 선진 외국에서는 이미 PSM(공정안전관리)제도를 시행하고 있으며, 우리나라에서도 산업안번보건법에 PSM관련규정을 두어 1996년부터 본 제도를 도입, 시행하고 있다.

PSM의 구성 요소 중 공정위험성평가는 대개의 기업에서 정성평가를 위주로 수행해 왔으나 경영적인 의사결정에 핵심적인 사항이라고 할 수 있는 정량평가는 여러 가지 문제점으로 인하여 최근에서야 시도되기 시작한 실정이고, 그것도 주로 결과분석(Consequence Analysis)을 중심으로 이루어짐으로서 정확한 위험도(Risk)를 결정하는데 필요한 빈도분석(Frequency Analysis)이 결여된 불완전한 정량평가라고 할 수 있다.

따라서 본 연구에서는 빈도분석방법으로서 결함수분석(FTA)과 사건수분석(ETA)을 실제 공정인 저압에틸렌 저장탱크에 대하여 적용하여 보고 이 두 가지 기법의 상호연계방안에 대하여 검토한 사례를 중심으로 소개하고자 한다.

이론

1. 빈도분석(Frequency Analysis)

사고빈도분석에 가장 많이 적용되는 평가방법으로서 FTA와 ETA를 들 수 있다. 다음 그림1.에서와 같이 FTA는 최악의 결과(사고)를 결정한 후 이의 원인을 체계적으로 추론하는 연역적인 분석방법이며 ETA는 초기사건(원인)을 선정한 후 그로 인한 결과를 예측하는 귀납적인 분석 방법이다.

그림 1. FTA 및 ETA 의 논리 추론

2. 결함수분석(Fault Tree Analysis; FTA)

논리곱(AND)과 논리합(OR)을 이용하여 사고의 원인을 분석하는 방법으로서 사고발생확율 정량적으로 계산할 수 있으며 나아가 최소컷 세트를 도출하여 예상 사고 시나리오 및 진행경로를 파악할 수 있다.

AND 와 OR의 계산은 아래의 식을 이용하여 상위 사상의 발생확률을 계산한다.

AND : [eqn: {q}_{T} ={q}_{1} TIMES {q}_{2}times ···times{q}_{n}]

OR   : [eqn: {q}_{T}=1-(1-{q}_{1})(1-{q}_{2})···(1-{q}_{n})]

3. 사건수분석(Event Tree Analysis; ETA)

초기사건 발생시 공정이탈이나 사고로 진행되는 것을 방지하기 위한 각각의 대응단계별 성공/실패에 따른 예상사고경로와 형태를 파악하고 그 발생 확률을 정량적으로 계산하여 중점 관리 대상이 되는 대응단계에 대한 개선안을 도출하는 방법이다.

적용사례

본 사례연구는 대한유화공업(주) 온산공장 NCC Plant의 저압 에틸렌 저장탱크(약 4200 Nm3)를 대상으로 실시하였으며, 본 공정에서 행하여지는 다섯 종류의 작업에 대하여 사고빈도분석을 시행하였다.

1. 공정개요

·주요설비 및 조건

설비명	주요 조건
에틸렌저장탱크 (2기)	용 량 : 약 4200Nm3 설계압력 : 0.1∼-0.005□/□G 설계온도 : -104℃
Compressor (3기)	용 량 : Max.660 Nm3/hr 형 식 : Reciprocating Power : 60 KW

·평가대상 작업공정

-SCN#1 : ISBL→저압 저장 탱크로 에틸렌 수입

-SCN#2 : 저압→고압 탱크로 에틸렌 이송

-SCN#3 : 저압탱크→Ship Tanker로 에틸렌 Loading

-SCN#4 : Ship Tanker→저압 탱크로 에틸렌 Unloading

-SCN#5 : 저압탱크→Tank Truck으로 에틸렌 Loading

2. FTA 사례

저압에틸렌 저장탱크에서 이루어지는 다섯 종류의 작업시 에틸렌 누출사고를 정상 사상으로 결정하고 이에 대한 FTA를 실시하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.

작업공정	SCN#1	SCN#2	SCN#3	SCN#4	SCN#5
최소컷 세트	114	38	35	25	35
주요중간사상	·High Press	·Pump Suc' D/M Fail	·Loading Trouble	·Unloading Trouble	·C/Down Trouble
	·Compressor Trip	·D/M Low Level	·Vapor Line에 액체유입	·Compressor Trip	·Compressor Trip

3. ETA 사례

FTA결과 각 작업공정에 결정적 영향을 미치는 기본사상은 Compressor Trip으로 규명되었으며, 이 경우 에틸렌 저장탱크의 조건에 따라 미치는 영향은 다음 두 가지 상황을 선정하여 사건수분석을 수행하였다.

- SCN#101 : 에틸렌 저장탱크 과압 발생시 Compressor Load Control 실패

- SCN#102 : 에틸렌 저장탱크 진공 발생시 Compressor Unload Control 실패

위험성분류*	SCN#101		SCN#102
	개선전	개선후	개선전	개선후
Negligible	1종	1종	3종	3종
Marginal	-	-	1종	2종
Critical	4종	4종	1종	-
Catastrophic	5종	5종	3종	1종

* 미국 Mil. Std.882.에 준함.

Negligible : 인원·시스템 손상무

Marginal : 인원·시스템 손상 없이 제어가능

Critical : 인원·시스템 손상발생 가능

Catastrophic : 중대산업사고

결론

저압 에틸렌 저장탱크에 대한 빈도분석으로서 FTA와 ETA를 수행함으로서 사고확률 및 시나리오를 토출하고 예상되는 사고의 진행경로를 규명할 수 있었다. 특히 FTA결과 도출된 최소컷  세트를 중심으로 중요기본사상을 검토하여 이것을 ETA의 초기사건으로 설정함으로서 현장설비에 대한 안전성 향상에 기여할 수 있음은 물론, 나아가 비상조치계획수립에 반영할 수 있었다.

참고문헌

1. CCPS, " Hazard Evaluation : Quantitative Methods", AICHE, New York(1993)

2. 주종대외, □사고빈도분석□, 한국산업안전공단 (2000)

3. 한국산업안전공단, □KOSHA Code P-4-99(결함수분석기법)□ (1999)

4. 한국산업안전공단, □KOSHA Code P-8-96(사건수분석기법)□ (2000)