HAZOP 은 Engineer라면 필수적으로 수행하게 되는 Course 입니다. 어감상으로는 뭔가 굉장히 위험한 것을 다루는 것처럼 느껴질 수 있습니다. 해좁 한다고 하는데 뭔지 모르는 분들은 본 포스팅을 통해서 위험성 평가의 기초를 다지시고 미팅에 참석하시면 조~금은 도움이 될 것이라 믿어 의심치 않습니다. 플랜트 분야에 취업을 희망하는 취준생이라면 아하! 이런것이 있었구나 정도로 이해하시면 되겠습니다.
HAZOP 의 정의
HAZOP 은 우리말로 위험과 운전분석으로 호칭합니다. 플랜트는 고온 고압의 화학물질을 다루는 공정이 많기 때문에 HAZOP을 통해서 이러한 상황에서 존재하는 위험 요소들과 공정 효율을 떨어뜨릴 수 있는 요인을 사전에 발견하고 제거하기 위한 안전성 평가를 실시합니다.
개발배경은 공정 효율을 떨어뜨리고 위험요소들이 운전상에 미치는 영향을 발견하고자 개발되었습니다. HAZOP 진행시에는 여러 분야의 오랜 경험을 갖고 있는 인원들이 팀을 이루어 해결책을 강구하는 과정의 연속이며 GUIDE WORDS 라는 정해진 규칙 단어를 이용하여 단계별, 체계적으로 공정을 분석하게 됩니다. 가이드 워드를 통해 공정에서 발생할 수 있는 이탈 현상을 알아내는데 초점을 맞추고 이로 인한 원인(cause) 결과(effect) 가 현실적이며 중요하다는 결론에 도다르면 그에 상응하는 대응책을 강구하고 해결방안을 모색합니다.
HAZOP 은 운전상의 문제점을 파악한다는 대 명제를 갖고 있으며 엔지니어링 초기 단계보다는 P&ID 등의 주요 도서가 완료되는 시점에서 실시하는 것이 가장 효율적입니다. HAZOP 을 통해 얻을 수 있는 결과물은 위험요소와 운전상의 문제점을 발견, 안전한 공정 운영을 위한 수정사항의 의견 제시가 있습니다.
HAZOP 개념 이해를 위한 시나리오
매너 있고 얌전하게 운전하기로 소문이 자자한 타노스 부장은 한적한 고속도로를 운전 중이었습니다. 그런데 갑자기 점심으로 먹은 순대국밥이 잘 못 되었는지 화장실이 급하게 되었습니다. 다음 휴게소까지는 거리가 꽤 되었고 타부장은 어쩔 수 없이 가속 페달을 밟았습니다. 설상가상으로 비까지 내렸으나 바지에 지리는 참사를 면하기 위해서 규정 속도를 초과한 130km/h 로 달리기 시작했습니다. 또한 조금이라도 긴장감을 완화하기 위해서 안전밸트까지 풀러 버렸습니다. 그러던 중 갑자기 헐크 대리에게 급한 업무 카톡이 왔습니다. 문자를 확인한 타부장은 운전 중에, 배가 아픈 상황에, 비가 오는 중, 안전벨트를 푼 상태로 카톡으로 답장을 보내기 시작했습니다. 중간 중간 야생동물 출몰 지역이라는 푯말을 봤으나 속력을 줄일 수 없었습니다. 날씨까지 어두워 시야 확보가 어려운 상태에서 급작스레 꽃사슴을 발견한 타부장! 급하게 브레이크를 밟고 핸들을 틀었으나 평소에 자린고비로 유명한 타부장은 타이어 교체 시기가 되었음에도 교체하지 않은 타이어로 인해 주~욱 미끄러지기 시작했고 고속도로 안전펜스에 추돌하게 되었습니다. 바지에 지린 건 안비밀...
사고가 발생한 원인은 무엇인가요?
원인에 의해 생긴 결과는 무엇인가요?
이를 사전에 방지하기 위해선 무엇을 해야 했을까요?
원인과 결과 방지하려는 방법을 Systematic Table 을 통해 확인할 수 있습니다.
Systematic Table
요소
가이드워드
원인
결과
행동
안전조치
자동차 속도
매우빠름 규정속도 위반
질주
빗길에 미끄러짐
속도저하 규정 속도 준수
안전밸트
날씨
비 어두움
빗길
시야확보 X
저속운전
안전구역 정차
야생 동물
도로위 출물
횡단
예측불가 출몰
전방 시야확보
푯말
카톡
부주의
부주의
시야확보 X
운전중 금지
핸드폰 Off
*모바일에서 표가 다 안 보이는 경우에는 세로로 눕혀서 보셔야 합니다.
속도와 날씨라는 요소와 매우 빠름 비가 오고 어둡다는 워딩이 있고 이로 인해서 빗길을 과속으로 주행하고 야생동물 출현이라는 변수로 인해서 사고로 이어지게 되었습니다. 물론 원인의 시작점은 타부장이 점심을 과하게 해서 화장실이 급하게 돼서 라고 할 수 있습니다.
위의 내용은 HAZOP의 전체적인 흐름을 이해할 수 있게 글 쓴이 이가 쓴 이야기 입니다. 요소와 이를 정의 하는 워드(Word), 원인, 결과, 행동, 안전조치(Safeguard) 를 보면 HAZOP 의 개념을 이해할 수 있습니다. 이처럼 HAZOP Study는 Guide Word를 사용해서 평가하고자 하는 플랜트 Process의 위험요인과 문제점 존재 여부, 이에따른 영향, 대책을 마련하는 과정을 말합니다.
HAZOP의 목표
플랜트(설비) 운전과정에서 생길 수 있는 불규칙한 운전 현상의 원인과 결과를 증명.
공식적으로 인정된 CODE 및 설계 표준을 따라 설계된 플랜트(설비)의 운전과정은 수용할 수 있지만 이를 벗어나는 특정 상황의 감지되지 않은 위험 관련성에 의문을 제기해야 합니다.
쉽게 풀이하면 입증되지 않은 설비의 운전과정에 대해서는 의문을 제기하고 Guide Word를 바탕으로 안전조치와 행동이 수반되어야 합니다. 여기서 잠깐 짚고 넘어가야 할 부분이 있습니다. 위의 내용을 종합해 보면 HAZOP 을 수행할 때 Leader는 통찰력이 있어야 하고 무엇보다도 플랜트 분야에서 오랫동안 근무한 산전수전 다 거친 거물급 엔지니어가 있어야 합니다. 아무것도 모르는 Newbie 엔지니어 100명보다 Senior 엔지니어 1명이 HAZOP 을 수행하는데 더 빛을 발하게 됩니다. 실제 HAZOP Meeting 을 실시할 때 보면 플랜트에서 오래 근무하고 풍부한 경험과 지식을 가진 Senior 엔지니어를 만나볼 수 있습니다.
HAZOP Meeting 은 보통 EPC vs Vendor 혹은 Owner vs EPC의 구도가 됩니다. HAZOP 은 공격 측과 방어 측이 있습니다. 의문을 제기하면 그에 따른 해답 즉 Safeguard를 잘 설명해야 합니다.
예를 들어서
원 발주처(Owner) : "Downstream Pipe line 에 Temperature Transmitter 달아 주세욥. 거기 온도 측정할 수 없으면 위험해욥!"
EPC 엔지니어: "Upstream Pipe line 에 이미 Temperature Transmitter 가 있으므로 사전에 확인할 수 있습니다. 따라서 필요없습니다. Safeguard 발동 ㅋ"
원 발주처(Owner) :쿠소!...부들부들..
위의 상황은 원 발주처가 공격, EPC 가 수비였습니다. Safeguard 즉 발주처에서 제기한 운전관련 위험성에 대한 의문점에 대해서 대비할 수 있는 부분이 있다는 점을 설명하고 확인시켜 주는 것으로 입증이 된다면 수비에 성공하게 되는 것입니다. Safeguard 의 중요 Point 는 합리적으로 의심의 여지가 없다는 것을 직, 간접적으로 증명해야 합니다. 물론 답변을 준비하려면 사전에 Process (P&ID) 를 잘 이해하고 공부를 해야 합니다. 굉장히 골치 아픈일입니다. 합리적인 의문의 제기 그에 대한 설명의 반복하는 것이 HAZOP Meeting 이 되겠습니다. 여기서 한가지 간과해서는 안 되는 부분은 HAZOP 과정에서 발생하는 과정에서 합리적 의문의 제기에서 Safeguard가 없다면 이는 분명 적출되고 반영되어야 할 것입니다. 이것이 HAZOP 의 궁극적 목표이지요.
추가로 해좁 미팅 시에 얘기를 잘만 하면 필요 없는 부분을 없앨 수도 있습니다. 결과적으로 Cost deduction 을 할 수 있으나, 없는 것을 추가하는 것도 힘든 일인데 있던 것을 없앤다? 글쎄요.. 하지만 긍정적 마인드로 HAZOP Meeting 에 임하면 좋은 결과를 만들어 낼 수 있습니다.
그렇다면 HAZOP은 왜 하는 것일까요?
해좁 미팅을 하는 주된 이유는 잠재적인 위험성과 운전상에 문제점을 발견하고 더 나아가 보다 안정적이고 효율적인 운전을 추구하는 데 있습니다. 해좁 미팅 시에는 다양한 부서의 엔지니어들이 참석하게 됩니다. Process, Mechanical, Instrument, O&M 관련 엔지니어들이 모여서 창의적인 생각과 합리적 의심을 바탕으로 끄집어내고자 하는 부분의 요소와 Safeguard, Action 을 도출해서 향 후에 발생할 지도 모르는 위험요소를 없애고 시운전이나 상업운전의 유효성을 상승시키기 위함입니다. 해좁은 General Plant 에서는 잘 수행하지 않습니다. Oil & Gas, Offshore, 유독성 화학요소를 다루는 플랜트 등 화재, 안전과 관련된 severe 한 Service 공급하는 플랜트 공사에서 주로 수행하게 됩니다.
뭔가 말을 많이 적긴 했는데 아직 이해가 안 가시죠? 맞습니다. 이해가 잘 안 되는 것이 정상입니다. 백문이 불여일견 HAZOP 한번 참석해 보시면 아하! 하고 이해를 하게 될 겁니다. 걱정하실 필요 없습니다.
용어 살펴보기
기본적으로 알고 있어야 할 용어가 있습니다. GUIDE WORD 입니다.
GUIDE WORD
NO, LESS, MORE, AS WELL AS, PART OF, REVERSE, OTHER THAN
무슨 암호 같기도 하고 GUIDE WORD라고 되어 있는데 실제 예제를 바탕으로 설명하겠습니다.
HAZOP Meeting 시에 필요한 자료
해좁 미팅을 하기 위해서는 자료가 필요합니다. 일반적으로 필요한 자료는 다음과 같습니다.
Piping and instrumentation diagram (가장 최신 Rev.) - 가장 중요한 문서입니다. 이를 바탕으로 거의 모든 미팅이 진행됩니다.
설계 계산서
Operating description or Process description
Instrument list & data sheet - Set points, Alarm 등의 정보를 가지고 있으며 Roots & Cause 를 만들때 필요합니다.
Hazardous Area Classification - 위험 지역에 대한 정보(사양서)는 위험평가에 중요한 요소로 사용됩니다.
HAZOP Meeting 과정
해좁의 대상이 되는 P&ID를 펼칩니다.
모든 해좁 스터디의 시작은 Process line 을 따라 진행됩니다.
지정된 Process line 의 선을 긋고 GUIDE WORD 를 적용하기 위해 DEVIATION (이탈)을 선택합니다.
예를 들어 LESS 라는 DEVIATION 을 선택하였을 때 HAZARD 에 노출되는지 운전상에 문제가 없는지 (YES or NO)
LESS 라는 DEVIATION 이 발생하였을 때 Operator 가 알 수 있는가?
LESS DEVIATION 시에 어떠한 결과를 초래하는가?
LESS 를 하기 위해 어떠한 ACTION 이 필요한가?
비용적인 IMPACT가 있는가?
모두가 동의하는 사항인가? (YES or NO)
동의 사항을 FOLLOW-UP (YES or NO)
위의 과정을 반복
자 HAZOP 을 용어, 준비사항, 순서를 살펴보았습니다. 그럼 실제 예를 바탕으로 한번 HAZOP을 진행해 보겠습니다.
먼저 P&ID를 준비해 보겠습니다.
<Figure 1. HAZOP Exercise P&ID>
Systematic Table 을 만듭니다.
Guide Word
Deviation
Causes
Consequences
Action
Safeguard
Systematic Table 상에 Heat exchangerCooling Water에 대한 HAZOP 을 진행합니다. Cooling water 는Heat exchanger (HEX-001A) 를 냉각시키기 위한 Source 로 Cooling water in -> Cooling water out 을 통해흐르게 됩니다. Guide word를 사용해서 Less, More, Reverse 를 넣었을 때 이탈 (Deviation) 원인, 결과, 행동을 HAZOP 해보겠습니다.
먼저 Less 에 대한 HAZOP 입니다.
Guide Word
Deviation
Causes
Consequences
Action
Safeguard
LESS
냉각수의 양이 적을 때
- 펌프 Feed양 부족 - 배관 막힘
열교환기 Shell side 온도상승
TT-001B Temperature Transmitter 감지 및 알람
TT-001B에서 감지하고 있으므로 추가적인 조치 필요없음.
Guide Word 로 LESS를 적용하였습니다. 이탈은 열교환기로 들어가는 냉각수의 양이 적을 때로 하였으며 이로 인한 원인으로 전단이 막혔거나 물을 이송해 주는 Feed pump 의 고장으로 인한 것이라 결론낼 수 있습니다. 조치사항으로는 TT-001B 온도 전송 계가 shell side 에 부착되어 있어서 이를 감지 알람 기능을 수행하고 있으므로 추가적인 Safeguard 는 필요 없는 것으로 종결하였습니다.
다음 단계로 MORE를 GUIDE WORD로 적용합니다.
Guide Word
Deviation
Causes
Consequences
Action
Safeguard
LESS
냉각수의 양이 적을 때
- 펌프 Feed양 부족 - 배관 막힘
열교환기 Shell side 온도상승
TT-001B Temperature Transmitter 감지 및 High 알람
TT-001B에서 감지하고 있으므로 추가적인 조치 필요 없음.
MORE
냉각수량이 많다
유량제어밸브 파손
Shell side 온도 하강
TT-001B Temperature Transmitter 감지 및 Low Alarm
Ditto
MORE 를 적용하였을 때 HOZAP 결과는 냉각수량이 많다는 이탈을 적용하여 이에 따른 결과를 보니 Shell side의 온도가 하강하는 결과를 가져오게 됩니다. 이때 TT-001B가 감지하고 있습니다. * 물량이 많아지만 열교환기의 열교환 능력은 상승하지만 TUBE SIDE에 과도한 압력과 속도의 증가로 파손이 우려될 수 있습니다. 따라서 이를 HAZOP 으로 살펴보기 위해서
MORE OF 를 적용해 보겠습니다.
Guide Word
Deviation
Causes
Consequences
Action
Safeguard
LESS
냉각수의 양이 적을 때
- 펌프 Feed양 부족 - 배관 막힘
열교환기 Shell side 온도상승
TT-001B Temperature Transmitter 감지 및 High 알람
TT-001B에서 감지하고 있으므로 추가적인 조치 필요없음.
MORE
냉각수량이 많다
유량제어밸브 파손
Shell side 온도 하강
TT-001B Temperature Transmitter 감지 및 Low Alram
Ditto
MORE OF
냉각수 양이 많다
유량제어밸브 파손
TUBE 파손(Pin hole) 및 부식속도 상승
압력전송계, Safety valve 부착(Open)
-
냉각수량의 증가로 Tube side의 속도 압력 증가로 인해 피로 한계 및 부식률이 상승하게 되므로 사전에 안전 및 개선사항으로 확인되었습니다. 이를 해소하기 위한 Safeguard가 없으므로 전단에 Cooling water in side 에 압력 전송계 및, Safety valve 를 부착해야 하는 상황입니다. (Open)
이번에는 Safeguard 가 어떤 것인지를 알아보기 위해서 Guide word와 이탈을 정해 보겠습니다.
OTHER THAN, SHELL SIDE IN 온도가 NORMAL 이 아닐 경우 어떻게 측정해야 하는가
Guide Word
Deviation
Causes
Consequences
Action
Safeguard
LESS
냉각수의 양이 적을 때
- 펌프 Feed양 부족 - 배관 막힘
열교환기 Shell side 온도상승
TT-001B Temperature Transmitter 감지 및 High 알람
TT-001B에서 감지하고 있으므로 추가적인 조치 필요없음.
MORE
냉각수량이 많다
유량제어밸브 파손
Shell side 온도 하강
TT-001B Temperature Transmitter 감지 및 Low Alarm
Ditto
MORE OF
냉각수량이 많다
유량제어밸브 파손
TUBE 파손(Pin hole) 및 부식속도 상승
압력전송계, Safety valve 부착(Open)
-
OTHER THAN
온도상승
디지털 전송측정기 없음
SHELL SIDE IN 온도 DCS Room으로 전송 불가
Safeguard
Shell side out 에 TT가 부착되어 있으며 Design 값에 맞추어 온도 측정가능.
Safeguard에 이미 출구쪽에 TT(Temperature Transmitter) 가 있으므로 설계된 계산치로 온도가 검출되지 않을 경우 이상이 있는것을 확인할 수 있음. 이라고 설명하였습니다.
마무리.
현업에서 사용하는 HAZOP 은 위의 기본 개념을 활용하되, Systematic Table 등은 실제 위에 언급한 것처럼 딱딱하게 진행하지 않습니다. Guide word 보다는 자세하게 풀어 써서 이탈을 정의하고 그에 따른 Problem resolution, Observation, Comment resolution, 등 각 회사 및 실정에 맞게 보다 전문화된 양식과 절차를 따르게 됩니다.
HAZOP 의 기본 개념과 목표, 전체적인 큰 틀을 다루어보았습니다. HAZOP에 처음 참석하시는 분들은 훌륭한 선배님들을 그늘삼아 참석하시면 되겠습니다. 그리고 한번 참석해 보시면 전체적인 그림이 그려질 것입니다. 다만 HAZOP 을 하기 위한 엔지니어 통찰력은 오랜기간에 걸쳐 경험과 함께 쌓아져야 한다는 것 기억해야 합니다.
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