12-17 총설.qxp

Size: px

Start display at page:

Download "12-17 총설.qxp"

정헌 나
4 years ago
Views:

#2 윤준헌ㅣ화학물질안전원사고예방심사과장 1. 서론일반적으로위험성을관리하는것은성과를개선하여최대의효과를얻는동시에부정적인효과는최소화하려는목적으로하지만, 화학물질을취급하는사업장에서는하는위험성관리는잠재적인위험요소를파악하여사고의가능성을최소화하는쪽에중점을두고이루어진다. 1984 년에인도에서일어난보팔사고는인류역사상최악의화학사고이다.

1 #2 윤준헌ㅣ화학물질안전원사고예방심사과장 1. 서론일반적으로위험성을관리하는것은성과를개선하여최대의효과를얻는동시에부정적인효과는최소화하려는목적으로하지만, 화학물질을취급하는사업장에서는하는위험성관리는잠재적인위험요소를파악하여사고의가능성을최소화하는쪽에중점을두고이루어진다 년에인도에서일어난보팔사고는인류역사상최악의화학사고이다. 이로인해당시손꼽히던다국적기업이었던유니온카바이트사는최악의회사라는오명을가지게되었고결국다우케미컬에합병되었다. 또한 2005 년에영국에서일어난번스필드화재사고로인해당시안전관리에대해최고의명성을자랑하던토탈사는약 750 만파운드 ( 약 1조 4천억원 ) 의손해배상소송을당했다. 화학물질사고가일어나면사고수습비용은예방에드는비용에비할수없이크다. 또한단순히재정적인비용뿐아니라인명손실, 기업에대한호감도하락등기업에여러가지부정적인영향을주게된다. 따라서많은사업장에서사고의가능성을줄이기위한위험성관리를하고있다. 위험성평가에서많이사용하는용어는 Hazard 와 Risk 가있다. 이두가지용어에대해서는분야에따라쓰이는우리말이다르다. Hazard 는사람, 재산, 환경에손해를입힐수있는화학적또는물질적상태를말하는데환경과독성분야에서는 유해성 이라고번역하며, 화학안전분야에서는 위험 이라고표현한다. Risk 는발생된사건의일어날수있는빈도또는가능성과사고의결과를조합한것인데환경과독성분야에서는 위해성 이라고번역하며, 화학안전분야에서는 위험성 이라고표현한다. 위험성평가는단순히공장시설자체의안전성만을평가하는것이아니고사업장의모든일상적인활동과비일상적인활동, 사업장인력에의한위험요인등다양한요인을평가하는것이며, 여기서파악된위험요인중심각성을가진요소에대해개선계획을세워개선하는것을목표로하는활동이다. 특히화학물질시설에서위험성을평가하기위해서는위험요인, 오류의원인, 사고발생가능성, 사고발생의결과등을고려해야한다. 이러한위험성평가의절차는 [ 그림 1] 과같다. 따라서위험성평가는초기시설을설치할때만이아니라주변환경의변화를반영하기위한정기적인평가와사고가발생한다음에개선방안마련을위 78 화학세계

한사고후평가, 시설변경을할때위험성파악을위한변경평가등다양한시기에실시해야한다. 위험성평가는크게정성적위험성평가와정량적위험성평가로구분된다. 그림 1. 위험성평가의절차 2. 정성적위험성평가정성적위험성평가는어떠한위험요소가있는지를찾아내는방법으로비교적쉽고, 빠르게결과를이끌어낼수있는방법이다. 숙련도가낮은사람도쉽게배울수있어접근이용이하며비용과시간을절약할수있는장점이있다.

2 한사고후평가, 시설변경을할때위험성파악을위한변경평가등다양한시기에실시해야한다. 위험성평가는크게정성적위험성평가와정량적위험성평가로구분된다. 그림 1. 위험성평가의절차 2. 정성적위험성평가정성적위험성평가는어떠한위험요소가있는지를찾아내는방법으로비교적쉽고, 빠르게결과를이끌어낼수있는방법이다. 숙련도가낮은사람도쉽게배울수있어접근이용이하며비용과시간을절약할수있는장점이있다. 그러나주관적인요소가강하므로조사자의기술수준, 지식, 경험등에따라결과가좌우되는단점이있다. 많이사용되는방법은체크리스트 (Checklist), 사고예상질문분석 (What-if), 위험과운전분석 (HAZOP), 예비위험분석 (PHA), 이상위험도분석 (FMECA), 작업자실수분석 (Human Error Analysis) 등이있다 위험요소를발견할경우나작업절차서에맞춰활동이제대로진행되고있는지확인할때많이사용된다. 설비나작업장활동에대해점검항목을만들어각항목별로 예 또는 아니오 로확인하는방식으로진행되므로평가결과를바로확인할수있다. 그러나작업자의판단능력과경험, 주관에의해좌우될수있는가능성이커서객관성이부족하다는단점이있다. 체크리스트를작성할때는반드시본인사업장에적합한독자적내용으로점검표를만들어야하며, 설비나작업방법의개선내용을현행화하여사용할수있도록주기적으로점검해야한다. 또한점검자가내용을명확하게알수있도록점검표의내용을구체적이지만쉬운표현으로해야하고, 점검해야하는항목의배열은위험성등을비교하여긴급을요하는것부터순서대로작성한다 사고예상질문분석 (What-if) 기법사고예상질문분석기법은공정에내재되어있을수있는위험요소로인하여일어날수있는사고를예상질문을통하여사전에확인하고예측하는기법이다. 여기서도출표 1. 가연성원료물질저장시설에대한 What-if 분석표예 2.1 체크리스트 (Checklist) 기법 체크리스트기법은목록확인의간단한형식으로공정및설비의오류결함상태, 위험상황등을목록화한형태로작성하여경험적으로비교함으로써리스크를확인하는방법이다. 잠재위험을확인하는데사용되며위험성평가에대한전문지식이부족한사람도상대적으로수월하게사용할수있는방식이다. 사업장에서는주로일반적인 출처 : Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2008, 22(2) 화학세계 79

3 된결과를가지고공정의위험성과사고의영향을최소화하기위한대책을제시하게된다. 사고예상질문분석은뒤에서언급할 HAZOP 이나 FMEA 처럼정확하게구조화된방식은아니다. 공정이나운전방법등에대하여다양한위험을가정한질문을가지고난상토론을통하여검토하는방법이다. 이방법은 "What-if...' 로시작되는질문을사용한다. 이방법은보통저장시설, 전기설비, 비상대응계획등관심이있는분야별로나누고각분야별로전문가 2-3 명이작업반을이루어진행한다. 질문은대부분과거의경험을바탕으로만들게되는데, 인화성물질을저장하는시설에대한사고예방질문의예는 [ 표 1] 과같다. 사고예상질문분석은대부분현재만들고있는공장에서공정의개발단계나초기시운전할때에적용한다. 또한공정의변경이있을때변경이미치는영향을판단하기위해서도사용된다. 질문은단지개별공정구성요소나공장의변경사항같이국지적인부분만아니라공장전체에대한것도가능하다. 질문지형식으로진행되지만정확한정보가요구되므로, 평가를위해서는공장현황, 공정운전절차등에대한상세한서류가필요하며, 공정의운전을담당하는근로자와면담등도필요하다. 분석에필요한시간과경비는조사하고자하는공정의수와크기에비례한다. 2.3 위험과운전분석 (HAZOP) 기법위험과운전분석 (HAZOP) 은 Hazard and Operability Studies 의약어로써공정에존재하는위험요소들과공정의효율을떨어뜨릴수있는운전상의문제점을찾아내어그원인을제거하는방법을말한다. 화학공장에서위험성 (Hazard) 과운전성 (Operability) 을정해진규칙과설계도면을바탕으로체계적으로분석하고평가하는기법으로써우리나라에서가장많이사용되고있는위험성평가기법이다. HAZOP 은사고나운전상의장애를직접 겪은상태에서하는것이아니고설계도면을바탕으로간접경험이나예측을통해문제점을발견하게되는과정이다. 따라서나중에발생하는사고나시행착오를막기위해서는사소한원인이나다소비현실적인원인까지도빠짐없이검토하도록공정변수 (Process Parameter) 와가이드워드 (Guide word) 를가지고조합하여만들어진상황을이용하여분석하고오류가능성을평가한다. 이를위해서는여러분야전문가들이모여난상토론을하게된다. HAZOP 은설계도면 (P&ID) 에의존하여공정에대한내용을세밀하게검토하는과정이므로, 복잡한설계도면은전체를한꺼번에보는것보다몇개로분할하여검토하는것이누락이나중복의위험성을줄일수있다. HAZOP 기법의특징은체계적인공정분석이다. 체계적그림 2. HAZOP 수행흐름도표 2. 공정변수의종류표 3. 가이드워드의종류와정의 - 설계의도나목적이완전히없음 - 설계의도의한부분도달성되지않았고다른어느사건도일어나지않음 - 어느특정변수가양적으로증가함 - 어느특정변수가양적으로감소함 - 설계의도와논리적으로반대 - 설계의도외의변수가부가됨 f- 설계의도대로완전히이루어지지않음 - 설계의도가완전히바뀜 80 화학세계

4 표 4. 이탈행렬표의예인분석을위해서는공정이탈목록을자세하게작성해야하는데이때필요한것이고정변수와가이드워드이다. 공정변수는검토구간의운전목표, 설계근거, 특성에따라크게 특정변수 와 일반변수 로구분된다. [ 표 2] 에서볼수있듯이특정변수는공정의형태를물리, 화학적으로표현할수있는변수이며대부분숫자로표현이가능하다. 또한반드시가이드워드와연계되어이탈이발생된다. 일반변수는가이드워드와연계되지않고단독으로이탈을발생시키는변수이다. 이탈은공정변수와가이드워드의조합이며통상가로축에가이드워드를세로축에공정변수를기재하고조합하는행렬표를만들어이탈을구성한다. 상관없이모든사업에서하는것이권장되고있으며, 평가의단위도개별시스템부터단위공정, 단위공장, 전체시스템까지다양하다. PHA 의방법은 [ 그림 3] 에정리되어있다. PHA 는 PHLs(Preliminary Hazard Lists) 에서얻은위험에대한확인에서시작한다. 위험도소스와시스템디자인, TLMs(Top Level Mishaps) 등에서얻은자료를바탕으로 PHA 작업지를작성하게되는데작업지에들어갈내용을 [ 그림 4] 와같다. 작업지내용중 IMRI(Initial Mishap Risk Index) 는저감기술이반영되지않은상태에서확인된정성적인위험도수준을말하며심각도와발생가능성의조합으로표현한다. FMRI(Final Mishap Risk Index) 는저감기술과안전요구사항을모두반영한상태의위험도수준을말하며 IMRI 와마찬가지로심각도와발생가능성의조합으로표 2.4 예비위험분석 (PHA) 기법 예비위험분석 (PHA) 은 Preliminary Hazard Analysis 의약어로써공정또는설비등에관한상세한정보를얻을수없는상황에서위험물질과공정요소에초점을맞추어초기위험을확인하는방법을말한다. PHA 를하는이유는위험을먼저발견함으로서나중에발견될때개선을위해소요되는비용을절약하려는것이다. 따라서 PHA 는주로사업의초기에다른위험성평가를하기전에먼저하여물질이나설비에의한위험수준을정성적으로판정한다. PHA 는규모, 비용에 그림 3. PHA 방법론 ( 출처 : Hazard Analysis Techniques for System Safety, 2005, WILEY-INTERSCIENCE) 그림 4. PHA 작업지의형식 화학세계 81

5 표 5. IMIL-STD-882 에서제시하는 IMRI 와 FMRI 에사용되는심각도와발생가능성값심각도발생가능성 and Criticality Analysis 의약어로써공정및설비의고장형태와영향, 고장형태별위험도순위등을결정하는방법을말한다. 이기법은 What If 분석을좀더체계화한것이다. 즉, 만약에된다면어떻게될까? 라는질문을염두에두어하나의재료, 부품, 장비 현한다. IMRI 와 FMRI 에사용되는심각도와발생가능성등이고장났을경우그것이전체제품이나사용자, 혹은의표현의예는 [ 표 5] 와같다. 예를들어만일사고가매우제품기능에어떠한영향을미치는가, 생각의범위를점차심각하고일어날가능성이있으면 1B로표현한다. 넓혀가면서상위수준으로분석하여가는것이다. 공정이나공정장치의고장원인에대해설명하는 Failure Mode, 2.5 이상위험도분석 (FMECA) 기법고장으로인해어떤결과가나타날지를나타내는 Failure 이상위험도분석 (FMECA) 은 Failure Modes Effects Mode Effect, 이상원인의위험도순위를나타내는 그림 5. 소각시설에대한 FMECA 과정의예 ( 출처 : Journal of Hazardous Materials, 2008, ) 82 화학세계

6 Criticality 를표로만들어서공정이나장치에서일어나는오류와이에따른영향을파악하는기법이다. 주로공정이나장치에초점을맞추어진행하므로작업자의실수같은인적요소에의한오류는확인되지않는다. 사고가일어날수있는빈도 (Frequency) 또는가능성 (Occurrence), 사고의심각도 (Severity), 인식의용이성 (Detectability) 에대해각각가중치를정한후위험도 (Criticality) 는각각의값을곱하여구한다. 이결과를바탕으로위험도를평가하고권고안을도출하게된다. [ 그림 5] 는 FMECA 의전형적인예이다. 2.6 작업자실수분석 (Human Error Analysis) 기법 작업자실수분석 (HEA) 기법이란설비의운전원, 보수반원, 기술자등의실수에의해작업에영향을미칠수있는요소를평가하고그실수의원인을파악 추적하여정량적으로실수의상대적순위를결정하는방법을말한다. 화학물질사고의약 80% 정도가인적오류에의해일어난다고보고되고있기때문에작업자실수분석은이러한요소에집중하는기법이다. 이기법은 Human Factor Engineering Analysis 와 Human Reliability Analysis 등과함께사용될수있다. 작업자실수가능성에대한분석은초기에원자력산업에서많이사용되었으며, SLIM(Successful Likelihood Index Method), THERP(Technique for Human Error Rate Prediction), JHEDI(Justified Human Error Data Information), HEART(Human Error Assessment and Reduction Technique) 같은전문가판정기법이개발되었다. SLIM 을이용하여작업자실수를줄이는방법의예는 [ 그림 6] 과같다. 3. 정량적위험성평가정량적위험성평가는공장이나시설물과관련되어유해성의결과가일어날수있는누적된빈도를시스템적으로평가하는방법이다. 최근에는컴퓨터모델링에의한방법도많이사용되고있다. 정량적위험성평가는위험요소파악에체계적이고논리적으로접근함으로써안전성개선작업에많은도움이된다. 또한사고가발생할수있는시나리오의이해증진에도움이되고정확도에는한계가있지만 그림 6. 작업자실수를줄이기위한위험성평가방법의예 ( 출처 : Reliability Engineering and System Safety, 2013, ) 일반적으로상대적인사고발생가능성여부를판단하는데충분한정보를제공한다. 또한불확실성을제거하고비용효율적인위험성감소계획을세우는데유용하다. 여기서는대표적인정량적위험성평가방법인결함수분석, 사건수분석, 원인결과분석의기본원리에대해설명한다. 3.1 결함수분석 (Fault Tree Analysis) 기법결함수분석 (FTA) 기법은위험이사고로전이될수있는경로를확인하기위한연역적인분석방법을말한다. FTA 는의도하지않은사건이나상황을만들수있는시스템의안에서일어날수있는정상적이거나비정상적인다양한상황을그림과논리도로표시한다. 전형적인 FTA 의개념 화학세계 83

그림 7. FTA 개략도 ( 출처 : Hazard Analysis Techniques for System Safety, 2005, WILEY-INTERSCIENCE) 은 [ 그림 7] 과같다. 복잡한공정을결함수로표현하기위해서는여러가지논리함수가필요하다. 이러한논리를그림으로표현하는것이논리전달요소이며주로사용되는것은표 6에정리하였다.

7 그림 7. FTA 개략도 ( 출처 : Hazard Analysis Techniques for System Safety, 2005, WILEY-INTERSCIENCE) 은 [ 그림 7] 과같다. 복잡한공정을결함수로표현하기위해서는여러가지논리함수가필요하다. 이러한논리를그림으로표현하는것이논리전달요소이며주로사용되는것은표 6에정리하였다. FTA 를진행할때시스템의정의에서부터문서화작업까지크게 8가지단계를거치게된다. 결함수분석은정상사상의확률을결정하기위한정량적인계산에활용될수있다. 두가지방법으로할수있는데첫번째는결함수도표를이용하여계산하는것이며, 두번째는최소컷셋을이용하는것이다. FTA 는각기본사상들의 발생확률만알고있다면몇가지가정사항들을추가함으로써중간사상들이나정상사상의발생확률을계산할수있다. 또한어떤기본사상의발생이정상사상의발생에어느정도의영향을미치는가를정량적으로나타낸중요도지수를구함으로써재해예방책선정의우선순위를제시할수있다. 이것을근거로재해사고의예방을위하여어느사상부터, 혹은어떤공정부터개선하여야할것인가를결정할수있다. 사고빈도를정량화할때논리연결인 AND gate 와 OR gate 에따라연산방법이달라야한다. 독립된두가지사건이모두이어날확률은 P(A B) = P(A) P(B) 로계산한다. 그러나둘중하나가발생할확률은 P(A+B) = P(A) + P(B) - {P(A) P(B)} 로계산한다. 따라서 OR gate 에서빈도와확률값을구할때는덧셈을해야하며빈도와확률값은서로더할수없다. 그러나 AND gate 에서는한개의빈도를확률값과곱할수있다. 결함수분석의단점은공정이복잡하면결함수가너무커져버리기때문에게이트와중간사상이수십에서수천개에이를수있으며, 또한모든결함을포함하고있다고확신할수없기때문에아주숙련된기술자가필요하다는것이다. 그림 8. FTA 절차 84 화학세계

8 표 6. 결함수에쓰이는주요논리기호 3.2 사건수분석 (Event Tree Analysis, ETA) 기법사건수분석 (ETA) 기법은초기사건으로알려진특정한장치의이상또는운전자의실수에의해발생되는잠재적인사고결과를정량적으로평가 분석하는방법으로써초기사건에서시작하여마지막까지결과를추론해가는귀납 적인분석방법이다. 사고는형태에상관없이재해를발생시키는요인들이연결되어있다. ETA 에서는이요인들을도표의왼쪽에서부터오른쪽으로차례대로나열한다. 이때가장왼쪽의요인은고장이나사고가발생하게되는초기사건을기록하고, 오른쪽끝은설비등구성요소의상태조합에의한결과상황을나열한다. 그중간에있는요인들은가급적시간경과에따라사고가전파되거나혹은확산되는데관계되는요인들을기록한다. 따라서 ETA 는초기사건으로인해발생할수있는모든시스템의결과를확인하고평가할수있는강력한수단이된다. 그러나중간요인을모두반영하여재해요인 n 개라면결과가지수는 2(n-1) 개가되어기하급수적으로늘어나게된다. 이러한부분을개선하기위해경우에따라서어떤요인의성공혹은고장여부가이후다른요인들의성패에관계없이상태를결정해버리게된다면해당부분은제거함으로써가지수를조정한다. 마지막으로, 재해요인들의정상적작동확률 (PS) 이나고장발생확률 (PF) 을알수있다면, 각각의요소에그수치들을기입하고, 그확률들을곱하면결과적으로발생될수있는상황의발생확률을얻게된다. 이때모든상황에대한확률들의최종합은 1 이된다. ETA 를하면어떤과정을거쳐사고가발생하는지상황전개를눈으로확인할수있어서무심코넘어가기쉬웠던재해확대요인을쉽게검출할수있다. 또한이분석기법은 FTA 를이용하여더상세히분석되어야할사상들을구명하는데효과가높다. 그림 9. ETA 의개념 ( 출처 : Hazard Analysis Techniques for System Safety, 2005, WILEY-INTERSCIENCE) 화학세계 85

9 3.3 원인결과분석 (Cause-Consequence Analysis, CCA) 기법 원인결과분석 (CCA) 기법이란잠재된사고의결과및사고의근본적인원인을찾아내고사고결과와원인사이의상호관계를예측하여위험성을정량적으로평가하는방법을말한다. CCA 기본개념은기본적으로 ETA 와유사하며, CCD(Cause-Consequence Diagram) 이라는논리구조를활용한다. CCA 에서는결함수 (FT) 논리와 CCD 논리를결합하여사용함으로써사고발생가능성을계산할수있다. 결함수분석 (FTA) 자료는 CCA 의각사건에서오류발생여부와발생가능성을결정하는데사용된다. CCA 의목적은 IE가발생하였을때일어날수있는모든결과의가능성을결정하는것이다. [ 그림 10] 은 CCA 의개념을보여준다. CCA 는한개의 IE를가지며 CCD 의가장상부에위치하고그아래에여러개의 Intermediate Event 를가진다. 또한각각의 Intermediate Event 는성공과실패두가지논리로구분된다. 각사건에서나오는최종결과물의가능성은최종결과물까지오는각단계별사건의발생가능성을곱하여계산한다. 기본적으로한개의초기사건은어떤요인이실패했느냐또는기능이적절하게되었느냐에따라다양한결과를가질수있는데 CCD 와 FT가결합된모델은이러한복잡한결과를잘구현한다. CCA 를수행하는절차를구분하면총 11개단계로분류되는데각단계별세부내용은 [ 표 7] 에정리하였다. 4. 결론위험성평가는화학물질취급시설의안전관리시스템을수립하고실행하며, 위험요소를줄이거나제거하기위해반드시해야하는필수적인활동이다. 물론위험성평가를통해모든위험요소를다확인하고모든위험요소의시나리오를포괄했는지도확인할수없다는한계가있으며, 위험성의기준이이론적이고주관적이라서논쟁의여지가있다. 그럼에도불구하고위험성평가를하는이유는공정과시설에서일어날수있는사고의원인이될수있는요소와원인을분석하고, 사고발생에대한확률을추론함으로써파악된위험요인에대하여목표를설정하여개선계획을세우고실행하여지속적인안전을확보하기위함이다. 그림 10. ETA 의개념 ( 출처 : Hazard Analysis Techniques for System Safety, 2005, WILEY-INTERSCIENCE) 86 화학세계

OCW_C언어 기초

OCW_C언어 기초 초보프로그래머를위한 C 언어기초 4 장 : 연산자 2012 년 이은주 학습목표 수식의개념과연산자및피연산자에대한학습 C 의알아보기 연산자의우선순위와결합방향에대하여알아보기 2 목차 연산자의기본개념 수식 연산자와피연산자 산술연산자 / 증감연산자 관계연산자 / 논리연산자 비트연산자 / 대입연산자연산자의우선순위와결합방향 조건연산자 / 형변환연산자 연산자의우선순위 연산자의결합방향