가스오일 분리 플랜트의 정량적 위험성 감소에 대한 연구

Abstract

산업체에서의 화재, 폭발, 유독물질 누출 등의 중대 산업사고는 단기적으로는 기업의 재산 손실, 사업의 방해, 인명안전, 환경문제 등의 결과를 가져오며, 장기적으로는 기업 이미지 손상, 보험료 증가 그리고 미래의 수익성에 관련되는 것으로 이에 따라 기업의 목표와 생존이 영향을 받게 된다. 화학공정에서의 위험성을 감소시키기 위한 목적으로 수행되는 위험성 평가는 위험의 확인(Hazard Identification), 빈도분석(Frequency Analysis), 사고결과 분석(Consequence Analysis), 사고영향 평가(Effect Evaluation) 그리고 위험도 평가(Risk Evaluation)의 5단계로 구분할 수 있다. 이렇게 사고의 위험을 분석하는 기법인 위험성 평가는 정성적인 분석기법(Qualitative Analysis Method)과 정량적인 분석기법(Quantitative Analysis Method)으로 나누어진다. 이러한 기법들은 중대산업사고를 유발시킬 수 있는 공정의 잠재위험을 분석하고 사고결과를 예측하는 데 적용되며, 여기에 이용되는 위험분석의 모델들에는 독성물질 누출과 확산에 사용되는 모델로서 누출원 모델(Source Term Model) 및 확산모델(Diffusion Model)이 있고, 화재모델(Fire Model)로서는 풀화재(Pool Fire), 플래쉬 화재(Flash Fire), 젯트화재(Jet Fire), 화구(Fire Ball) 모델이 있으며, 폭발모델로는 BLEVE 모델, 탱크과압 모델, UVCE 모델 등이 있다. 또한 이들로부터 발산되는 독성, 복사열, 과압 등이 주변 사람과 구조물에 어떻게 영향을 미치는가를 계산하는 영향 모델(Effect Model)이 있으며 이는 확률단위 분석(Probit Analysis)방법을 사용하여 복사열, 폭발, 독성의 영향 등을 평가할 수 있다. 본 논문에서는 가스오일 분리 플랜트(Gas Oil Separation Plant, GOSP)의 위험성기반의 화학공정 안전관리를 목적으로, 상용 시뮬레이터를 이용하여 공정설계와 정량적 위험성 평가를 융합하는 새로운 방법론을 제시하였다. 공정설계의 접목은 기존 플랜트의 위험성을 설계단계에서 미리 감소시킴으로써 근본적으로 안전성을 고취할 수 있는 데 의의가 있다. 두 방법론의 융합을 위해 본 연구에서는 공정상의 유량과 사고발생 시 누출시간을 고려한 Static inventory 개념을 도출하고, 이를 사고 시뮬레이션에 적용함으로써 공정 시뮬레이션 상의 유체의 동적 거동을 반영할 수 있게 한다. 방법론의 적용을 위해 가스오일 분리 플랜트 내에서 분리된 가스를 처리하는 GTU(Gas Treatment Unit)를 대상 공정으로 하여, 예비 설계 단계에서 공정 위험성을 정량적으로 평가하고 그 과정에서 판별된 주요한 위험 인자를 선별적으로 완화시킬 수 있는 공정설계 변경 안을 제시하였다. 결과적으로 변경된 설계 및 운전조건에서 $50,000의 추가 비용을 투자하여 전체 위험성을 27% 감소함으로써 안전한 플랜트를 제안할 수 있었다. 추가적으로 사고발생 시 긴급차단시스템의 성공 확률에 대한 전체 위험성의 민감도를 분석하였으며, 긴급차단시스템의 고도화를 위하여 화재안전설비에 대한 Fire and Gas Mapping을 수행함으로써 보다 안전하고 신뢰성 있는 공정설계를 통찰할 수 있었다.