화학공장의 안전 설비 투자를 위한 비용·편익 분석 시스템 개발

송성욱, 서재민, 김인원1, 고재욱*

광운대학교 화학공학과, 건국대학교 화학공학과1

jwko@daisy.kwangwoon.ac.kr

Development of the Cost-Benefit Analysis System for the Investment of Safety Facilities in Chemical Plant

Sung Wook Song, Jae Min Seo, In Won Kim1, Jae Wook Ko*

Dept. of Chemical Engineering, Kwangwoon University

Detp. of Chemical Engineering, Konkuk University1

jwko@daisy.kwangwoon.ac.kr

서론

본 연구에서는 국내 화학산업의 안전성 확보를 위하여 정량적 위험성 평가를 수행할 수 있는 사고 빈도 분석 모듈과 피해 예측 분석 모듈을 개발하고, 선진국의 사회적 허용범위도에 관한 자료의 비교 및 분석을 통하여 국내의 사회적 위험성 기준을 제시하였다. 또한, 위험성 평가 결과를 통하여 화학 설비에서 발생하는 비용·편익에 대한 안전투자대안의 순현재가치(NPV)를 도출하여 안전성을 향상시킬 수 있는 최적의 대안을 선택할 수 있는 시스템을 개발하였다.

본론

본 연구에서 개발된 비용·편익 분석 시스템은 그 기능에 따라 사고 빈도분석 모듈(accident frequency analysis module), 피해 예측 분석 모듈(damage prediction analysis module), 비용·편익 분석 모듈(cost-benefit analysis module)로 구성되어 있으며, 시스템의 평가 체계는 Fig. 1과 같이 기본적인 6단계로 이루어져 있다.

Step 1 : Hazard Evaluation

공정에 존재하고 있는 잠재위험을 평가하는 단계이며, HAZOP, FMEA, What- If, Checklist 등의 정성적 방법을 이용하여 화학공장에서 사고 가능성이 가장 높은 설비를 찾아내고 다양한 사고 시나리오를 선정한다.

Step 2 : Risk Assessment

사고 빈도 분석 모듈과 피해 예측 분석 모듈을 이용하여 step 1에서 찾아낸 잠재적 사고 가능성이 높은 설비(원안)에 대한 정량적 위험성 평가를 실시한다.

사고 빈도 분석 모듈은 Fig. 2와 같이 화학설비의 정량적인 위험성 분석방법중 하나인 FTA 방법을 효과적으로 수행하기 위한 drawing tool의 역할과 FTA에 관련된 calculation 기법을 사용하여 해당 설비의 사고 빈도를 분석할 수 있다.

피해 예측 분석 모듈은 화학공장 내의 폭발성 및 독성 물질을 저장하고 있는 위험시설에 대한 사고 영향을 수행하기 위하여 개발되었으며, 피해 결과 분석에 필요한 다양한 모델을 내장하여 계산할 뿐만 아니라 분석결과를 Fig. 3과 같이 텍스트 및 그래픽 형태로 나타내 줌으로써 분석효과를 극대화시킬 수 있다.

Fig. 2. 사고 빈도 분석 모듈

Fig. 1. 비용·편익 분석 시스템 체계

Fig. . 피해 예측 분석 모듈

Step 3 : Societal Risk Determination

Step 2에서 계산된 정량적 위험성 평가 결과를 F-N Curve에 적용함으로써 사회적 위험성의 가용여부를 판단하여 평가를 종료할 것인지 혹은 대안을 선정하여 비용·편익 분석을 수행할 것인지를 결정한다. 또한, 대안을 선정하게 된다면 각 대안에 대하여 위험성 평가를 수행하고 사회적 위험성의 가용여부를 판단하게 된다.

Step 4 : Alternatives Generation & Selection

Step 3에서 원안이 F-N Curve 적용시 unacceptable zone에 포함된다면 안전성을 향상시킬 수 있는 여러 가지 대안들을 선정하고, acceptable zone에 포함되면 경제성 평가를 실시하지 않아도 된다. 대안은 장치의 교체 또는 안전장치의 추가 설치 및 방호장비의 설치 등 안전성을 향상시킬 수 있는 조치를 고려하면 된다. 또한, 선정된 대안들에 대하여서는 step 2로 다시 돌아가 위험성 평가 및 사회적 위험성의 가용여부를 판단하게 된다.

Fig 4.는 선정된 대안의 입력 화면으로, 대안 관련내용 및 위험성 평가 모듈을 통해 계산된 결과값, 수명기간, 할인율을 입력하는 기본자료항목과, 비용항목, 편익항목으로 구성되어 있다.

Fig. 4. 대안 입력 화면

Fig. 5. 초기 투자비 입력 화면

비용항목에 필요한 항목들은 다음과 같다. (Fig. 5 참조)

1) 초기투자비 : 설치비, 시운전비, 철거비 등

2) 운영유지비 : 시설물의 유지, 보수, 개선 비용, 간접비용 등

3) 처분비

편익항목에 필요한 항목들은 다음과 같다.

1) 직접적 편익 : 설비 도입으로 인한 생산성 향상, 근로자의 안정감 향상에 따른 생산성 향상

2) 법적, 법적 외 보상비 : 사망·부상자 보상비용, 위로금, 퇴직금 할증액 등

3) 인적 손실비 : 재해 근로자 시간손실, 정상 근로자 시간손실

4) 물적 손실비 : 파손설비, 복구비용 등

5) 생산 손실비 :생산 차질, 위약금 등

6) 기타 손실비 : 규제강화에 따른 비용, 벌금·행정명령 이행비, 계약미수연체금, 보험료 증가비용 등

Step 5 : Cost-Benefit Analysis

선정된 대안은 step 2로 feedback되어 위험성을 재평가하며 그 결과가 Fig. 5와 같은  F-N Curve의 acceptable zone에 포함되면 해당 설비로 인하여 발생할 수 있는 비용·편익을 고려하고 비용·편익 분석 시스템을 통하여 경제성을 판단하게 된다.

비용·편익 분석체계는 step 4에서 입력한 세부항목들을 이용한 순현재가치(NPV, Net Present Value)와 할인율(discount rate) 기법으로 평가되며, 비용·편익 분석에서의 의사결정 기본원칙은 어떠한 상황에서도 가장 큰 순편익을 제공해주는 대안을 선택하는 것이다. 투자 대안에 대하여 계산된 순현재가치가 0보다 크면 그 투자 대안의 편익이 비용보다 크다는 것이므로 투자할 만한 가치가 있다는 의미가 된다.

Fig. 6. F-N Curve 출력 화면

Step 6 : Alternatives Determination

각 대안들에 대한 경제성을 평가한 결과들을  비교하여 비용·편익에 대한 안전투자대안의 NPV(순현재가치)가 가장 높은 대안을 결정한다.

Fig. 7은 비용·편익 분석 결과를 report한 예시 화면으로서, 대안 1은 높은 비용을 투자하여 높은 경제성을 얻을 수 있고, 대안 2는 사고 빈도가 높아 사회적 위험성의 허용범위 내에 포함되지 않아 고려대상에서 제외됨을 알 수 있으며, 대안 3과 대안 4는 동일한 비용을 투자하여 동일한 편익을 얻을 수 있지만 경제성 평가결과와 사고빈도 및 피해크기가 크게 차이가 남을 알 수 있다. Fig. 8은 각 대안별 비용·편익 분석결과를 나타낸다.

사회적 위험성의 허용범위를 충족시키는 대안으로서, 투자시기와 재무상황을 포함한 투자여건과 조업상황을 고려하여 최적의 대안을 선정할 수 있을 것이다.

Fig. 7. 비용·편익 분석결과 화면

Fig. 8. 대안별 분석결과 화면

결론

본 연구에서 개발된 비용·편익 분석 시스템은 화학설비의 취약점을 파악하여 안전성을 경제적으로 확보할 수 있는 대안에 대하여 정량적 위험성 평가를 수행할 수 있으며, 그에 따른 안전투자를 시행하여야 할 필요가 있는 설비에 대한 비용·편익 분석을 통하여 경제적 근거를 제시함으로써 최적의 안전투자 결정에 도움을 줄 수 있다. 또한, 이를 통하여 안전활동 및 안전투자의 효율성을 증진시키고 안전성 향상과 관련된 정책 결정 시 활용하여 화학공장의 효율적인 안전 관리 성과를 도출할 수 있는 장점이 있다.

참고문헌

1. AIChE/CCPS, Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis,             2nd Ed., New York (2000).

2. AIChE/CCPS, Guidelines for Hazard Evaluation Procedures, New York

(1985).

3. AIChE/CCPS, Process Safety Management Conference, Atlanta, New York (1989).

4. AIChE/CCPS, Arther D. L Little, Inc., Total Cost Assessment Methodology

-Internal Managerial Decision Making Tool, New York.

5. Boone, Corinne. Full Cost Accounting at Ontario Hydro, Presentation to Corporate Environmental Accounting Conference, Houston, TX. May (1995).