위험사건발생빈도를 이용한 해저방폭장치 안전계장시스템의 안전무결성등급 평가

Abstract

해저방폭장치(Subsea BOP) 안전계장시스템(SIS)의 안전무결성등급(SIL) 평가는 작동이 요구되는 빈도가 낮기 때문에 낮은 요구 모드(low demand mode)의 평가 기준인 작동 요구 시 고장확률(PFD)로 계산하는 것이 일반적이다. 그러나 일부 안전무결성등급(SIL) 평가 결과는 작동 요구 시 고장확률(PFD)의 유효 범위보다 큰 값을 가지고 있다. 본 연구는 해석 대상으로 안전계장시스템(SIS)으로서의 해저방폭장치의 기능을 정의하고, 공통원인고장(common cause failure) 요소를 반영하여 해저방폭장치 안전계장기능(SIF)을 분석하였다. 분석을 통해 현재 안전계장시스템(SIS)을 분류하는 경계에서 기존의 평가 방법의 한계를 지적하였다. 대안으로 위험사건발생빈도(HEF)를 제안하고 적용함으로써 평가에 필요한 평가 기준을 마련하였다. 또한, 기존의 작동 요구 시 고장확률(PFD)와 단위 시간당 고장확률(PFH)에서는 해석이 불가능하였던 안전계장시스템(SIS)을 구성하는 각 장비들의 요구빈도가 다른 경우에 대한 해석 방안을 마련하는데 의의가 있다. 작동 요구 시 고장확률(PFD)은 일년에 한번 이상 작동이 요구되는 안전계장시스템(SIS)에 대해서는 유효하지 않으며, A/PR function은 일년에 한번 이상, BSR function을 수행하는 장비 중, POD는 일년에 한번 이상 작동이 요구되는 것을 확인하여 해저방폭장치의 두 기능에 대한 기존의 안전계장시스템(SIS) 평가가 원래 위험보다 저평가되어 있음을 알 수 있었다. 기존의 평가 방법인 작동 요구 시 고장확률(PFD)과 새로운 평가 방법인 위험사건발생빈도(HEF)를 바탕으로 리스크 제어 옵션을 각각 도출하여 평가 방법에 따라 리스크 제어 옵션이 다름을 보이고, 각 평가 방법에서 SIL 2 요구사항을 만족시키기 위해 필요한 리스크 제어 옵션을 분석하였다. 작동 요구 시 고장확률(PFD)관점에서 SIL 2 만족을 위한 리스크 제어 옵션은 기존보다 A/PR function은 88%, BSR function은 89%의 감소 방안이 필요하였고, 가장 지배적인 영향을 주는 장비인 POD와 BSR preventer를 통한 대책이 마련되어야 함을 알 수 있었다. 또한, 위험사건발생빈도(HEF)관점에서 A/PR function과 BSR function 두 기능 모두 SIL 2 요구사항을 만족하기 위해서는 각각 기존보다 97%의 감소 방안이 필요하며, 가장 지배적인 영향을 주는 장비인 POD와 HPU를 통한 대책이 마련되어야 한다는 것을 알 수 있었다. 그리고 위험사건발생빈도(HEF) 관점에서 Combined POD system 적용 시 BSR function의 안전성이 크게 향상됨을 알 수 있었다. 본 연구는 현재 낮은 요구 모드(low demand mode)와 높은 요구 모드(high demand mode)로 이원화 되어 있는 안전계장시스템(SIS)의 평가 방법을 일원화 할 수 있는 구체적인 사례와 방법을 제시하고 안전계장시스템(SIS) 평가의 새로운 대안으로 위험사건발생빈도(HEF)를 제안하여 더욱 현실적 해석 가능성을 제시하였다.