공정 위험성 평가에 의한 안전투자 평가방법의 개발 : 가스 공급설비 대상으로 = Development of Evaluation Method of Safety Cost using Process Risk Assessment:at Gas Governor Station

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 중대산업사고 중의 하나인 가스사고의 예방을 위한 안전관리 투자효과의 정량적 평가방법을 제시하였다. 이를 위하여 가스 공급 설비를 대상으로 공정 위험성 평가, 즉 정성적 위험성 평가로 위험과 운전성 분석(HAZOP)을, 그리고 정량적 위험성 평가로 결함수 분석(FTA)와 사고결과 분석을 각각 실시하였다. 이를 바탕으로 잠재재해 손실비를 추산하여 비용-편익분석 방법에 의해 투자효과를 해석하고 적정투자수준을 결정하였다.
연구대상인 B 공급기지를 5개의 구간으로 구분하고 HAZOP을 수행한 결과, 각 구간별 위험요인과 현재의 안전관리 상황을 찾아내었고, 위험요인 중에서 가스누출 사고를 정상사상으로 하고 HAZOP에서 분석한 관련 사고원인과 안전조치를 바탕으로 FTA를 실시하여 사고빈도를 산출하였다. 이때 FTA의 정상사상과 OR 게이트로 연결된 첫 번째 중간사상 7가지에 대하여 각각 사고 시나리오를 선정하여 사고결과를 산출하였다. 그리고 사고빈도와 사고결과를 조합하여 사고 시나리오에 대한 위험도와 정상사상의 위험도를 산출하였다.
가스누출에 의한 폭발사고의 결과분석을 수행한 결과, 분산모델에 의한 시나리오별 UFL 및 LFL까지의 거리 즉, 연소가능 범위는 누출공의 크기에 따라 배관직경의 25%와 50%에서 각각 53.7~348.6 m와 109.5~767.8 m를 나타내어 연소가능 최대범위인 767.8 m까지 발화원을 집중적으로 단속하여야 할 것으로 평가되었다. 또한 TNT 당량모델에 의해 폭발에 의한 과압을 산출하고 사고영향을 평가하였다.
위험성 평가결과를 바탕으로 잠재재해 손실비를 추산하고 5가지 안전관리 투자항목에 대하여 조합별 비용-편익분석을 수행한 결과, 전체 대상공정의 편익/비용은 인력에 의한 안전관리 > 안전관리시스템 보호 및 유지와 자동적인 이상 감지설비에 의한 기계적인 안전관리 > 자동적인 이상 감지설비에 의한 기계적인 안전관리 > 배관의 안전성 향상을 위한 안전관리 > 위험요소 대응에 대한 안전조치와 자동적인 이상 감지설비에 의한 기계적인 안전관리의 순서를 나타내었다. 또한 전체 편익/비용보다 낮은 안전관리 조합은 위험요소 대응에 대한 안전조치, 위험요소 대응에 대한 안전조치와 배관의 안전성 향상을 위한 안전관리 조합이었다.
비용-편익분석에서 산출된 결과로부터 중간사상별 비용-편익 그래프와 결함수목에 의해 안전투자에 따른 편익경향과 편익경향에서 벗어난 시나리오별 투자항목을 선별할 수 있었다. 또한 비선형 회귀분석법에 의해 투자비와 편익의 경향을 알 수 있었으며, 과잉 투자된 안전관리 항목은 위험요소 대응에 대한 안전조치, 배관의 안전성 향상을 위한 안전관리, 그리고 안전관리시스템 보호 및 유지로 판단되었다. 이때 수리적 모형에 의해 적정 안전관리 투자수준을 결정할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, the quantitative evaluation method of the safety management cost was suggested to prevent a gas accident as a major industrial accident. In a gas governor station, process risk assessments such as the hazard and operability(HAZOP), the fault tree analysis(FTA), and the consequence analysis were performed. Based on process risk assessments, potential accident costs were estimated and the cost-benefit analysis(CBA) was performed to evaluate the optimum investment cost.
We found that hazards and situations of safety management in the B governor station were identified from the HAZOP results. Based on HAZOP results, frequencies of the top event(gas release accident) and first intermediate events of FTA were estimated. And consequences of seven accident scenarios for the top event and for first intermediate events were evaluated and the risk of the B governor station was evaluated from frequencies and consequences of accident scenarios.
Results of consequences for the explosion accident of gas release showed that the flammable range estimated by the dispersion model was 53.7~348.6 m at 25% of the pipe diameter and 109.5~767.8 m at 50 %, respectively and it should be keep no existence of the ignition source in the maximum flammable range(767.8 m). Also, overpressures were estimated by the TNT equivalency model and consequences were analyzed.
From the cost-benefit analysis for five classification items of safety management cost, we found that the order of the cost/benefit ratio was the manual safety management > the maintenance and protection of safety management system and the mechanical safety management by automatic detecting instrument > the mechanical safety management by automatic detecting instrument > the safety management for upgrade of pipe safety > the safety management for risk element and the mechanical safety management by automatic detecting instrument, and that cost/benefit ratios of the safety management for risk element and the mechanical safety management by automatic detecting instrument were less than total cost/benefit ratio.
Based on results of the cost-benefit analysis, trends of safety cost and benefit were found by using the nonlinear regression method and items of overinvestment costs were the safety management for risk element, the safety management for upgrade of pipe safety, and the maintenance and protection of safety management system. In these conditions, the optimum investment cost was determined by the risk reduction plot.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 제1장 서론 = 1
• 제2장 이론적 고찰 = 11
• 2-1. 위험성 평가 = 11
• 2-1-1. 위험과 운전분석 = 11
• 2-1-2. 결함수 분석 = 13
• 2-1-3. 결과분석 = 16
• 가. 누출원 모델 = 16
• 나. 분산모델 = 20
• 다. 증기운 폭발 = 22
• 라. 폭발영향모델 = 23
• 2-2. 비용-편익 분석 = 25
• 2-3. 수리적 모형에 의한 투자수준의 결정 = 28
• 제3장 위험성 평가 = 29
• 3-1. 공정개요 = 29
• 3-2. 위험성 평가 = 32
• 3-2-1. HAZOP 평가 = 32
• 3-2-2. 결함수 분석 = 36
• 가. FTA 작성 = 36
• 나. FTA 분석 = 41
• 3-2-3. 사고결과 분석 = 66
• 가. 누출 시나리오 = 66
• 나. 프로그램 구성 = 68
• 다. 누출속도 평가 = 71
• 라. 분산모델 평가 = 74
• 마. 증기운 폭발 평가 = 77
• 바. 폭발영향 평가 = 80
• 3-3. 재해손실비 = 80
• 제4장 비용-편익 분석 = 83
• 4-1. 안전관리 투자비 = 83
• 4-1-1. 안전관리 투자비 현황 = 83
• 4-1-2. 안전관리 투자비 분류 = 85
• 4-2. 잠재재해 손실비 산출 = 85
• 4-3. 비용-편익 분석 = 89
• 4-4. 수리적 모형에 의한 투자수준 결정 = 93
• 제5장 결론 = 105
• 기호설명 = 109
• 참고문헌 = 113
• 부록 = 123