비상분리기능의 안전요구사항 분석 및 검증

Abstract

1998년 국제전기기술위원회는 안전계장시스템을 통해 구현되는 안전기능을 대상으로 생애주기 동안의 관리를 위한 지침을 제시하였다. 이후 각종 산업에서는 사용되고 있는 안전기능 중 안전계장시스템을 통해 구현되는 기능에 대해 국제전기기술위원회에서 제시한 지침을 적용하였으며, 노르웨이의 석유 협회인 OLF도 이러한 경향에 따라 석유산업에 해당 지침을 적용하였다. 하지만 석유산업에 사용되고 있는 안전기능 중 대다수는 위험 경고 및 작업자를 필요로 하는 조정시스템을 통해 구현되기 때문에 제시된 지침의 대상에 부합하지 않았다. 따라서 OLF는 수동작동기능 개념을 도입하여 조정시스템을 통해 구현되는 안전기능을 안전계장시스템을 통해 구현되는 기능으로 간주하였으나, 이는 실제 제어루프 중 일부만을 다루는 한계를 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 안전기능을 구현하기 위한 조정시스템의 설계 및 검증을 위해 국제전기기술위원회에서 제시한 지침을 기반으로 하되, 실제 제어루프를 고려할 수 있는 방안을 제시하였다. 또한 제시한 접근 방안을 해양시추산업에 사용되는 비상분리기능에 적용하였다. 즉, 비상분리기능에 요구되는 사항을 분석하고 이를 비상분리시스템에 할당하여, 비상분리시스템이 할당된 요구사항을 만족시킬 수 있는지 검증하였다. 비상분리기능에 요구되는 사항은 안전무결성 요구사항과 안전기능 요구사항으로 분류하여 각각에 대해 분석 및 검증을 수행하였다. 안전무결성 요구사항을 분석하기 위해 SINTEF에서 제시한 Environmental Risk Acceptance Criteria을 기준으로 삼았고, PFH 2.71E-07/hour 이하의 안전무결성이 요구되는 것을 확인하였다. 해당 요구사항을 만족시키기 위해 구조적 강건성을 고려하여 비상분리시스템의 Redundancy를 결정하였고, Simplified Method, IEC Formulas, 그리고 PDS Method를 통해 안전무결성 요구사항 만족여부를 검증하였다. 수행 결과 PFH 1.89E-07/hour, 1.92E-07/hour, 1.83E-07/hour로 요구되는 안전무결성 수준을 만족시키는 것을 확인하였다. 최종적으로 검증의 타당성 검토를 위해 Petri Net with Monte-Carlo Simulation을 통해 분석을 수행하였고, 수행 결과 PFH: 1.89E-07/hour로 검증이 타당하였음을 확인하였다. 안전기능 요구사항으로 비상분리기능이 작동하는데 소요되는 시간으로 정의되는 반응시간에 대한 조건이 존재하며, API에서 요구한 최소 반응시간인 90초를 기준으로 삼았다. API SPECIFICATION 16D에 따라 제어시스템을 구성하는 주요 장비 제원을 결정하였고, 제조업체를 통해 구매하는 장비의 제원은 카탈로그를 통해 파악하여 비상분리시스템을 구성하였다. 반응시간 검증을 위해 SimulationX를 통해 모델링 및 시뮬레이션을 수행하였고, 수행 결과 비상분리기능 수행에 소요되는 시간은 53초로 요구되는 최소 반응시간 내에 기능이 수행되는 것을 확인하였다. 조정시스템으로 구현되는 안전기능에 대해 실제 제어루프를 고려할 수 있는 접근 방안을 제시하였고, 비상분리기능에 적용하여 실질적인 적용 방안도 함께 제시하였다. 제시한 접근 방안은 대다수의 안전기능이 조정시스템으로 구현되는 석유산업에 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대되며, 다른 산업에도 적용되어 안전성을 향상시키는데 도움이 될 수 있을 것이라 생각된다.