권혁면 성대현 김재현 임대식 김기영 편무욱 * 문일 ** 고재욱 *** 이영순 **** 윤인섭 ***** 한국산업안전공단 건국대학교 * 연세대학교 ** 광운대학교 *** 서울산업대학교 **** 서울대학교 ***** (2003. 4. 21. 접수 / 2003. 7. 30. 채택 ) Research on the Prevention of Major Industrial Accident By Integrated Risk Management System Hyuck-Myun Kwon Dae-Hyun Seong Jae-Hyun Kim Dae-Sik Yim Gi-Young Kim Pyeon Mu Wook * Il Moon ** Jae-Wook Ko *** Young-Soon Lee **** En-Sup Yoon ***** Korea Occupatonal Safety & Health Agency * Konkuk University ** Yonsei University *** Kwangwoon University **** Seoul National University of Technology ***** Seoul University (Received April 21, 2003 / Accepted July 30, 2003) Abstract : The Process Safety Management (PSM) by the Law of Industry, Safety and Health has been performed for preventing major accidents of chemical plants since 1996. In terms of preventing chemical accidents more precisely, it is essential to develop a tool for quantitative risk assessment. For this, KOSHA (Korea Occupational Safety and Health Agency) developed an Integrated Risk Management System (IRMS). The system is designed to assimilate data on chemical plant hazards from external database, to integrate these data with location information (topographic and demographic), and to make them user-friendly accessible. The system consists of several main functions: display of five major Korean petrochemical complex layout, display of equipment layout with its information utilizing the external database, zonation of the hazard effected area with consequence analyses, the most probable accident scenario generation, accident/incident database and calculation of frequency of accident using equipment reliability database, etc. The highlight of IRMS is to provide the risk contours using GIS(Geographical Information System) technology. IRMS is intended to manage hazardous installation more systematically and effectively, to reduce the number of accident remarkably, further minimizing production loss in the plant. The system is now under application to about 500 PSM sites as well as and emergency authorities in Korea by KOSHA (Korea Occupational Safety and Health Agency) Key Words : PSM, IRMS, GIS(geographical information system), risk contour 1. 서론 1) 화학산업의공정안전및손실방지분야에서정의하는위험관리 (risk management) 란공정내에서잠재적위험을찾아내어예상되는피해의크기를결정하고, 현재의공정시스템의능력과안전장치의적절성을확인하며이위험들을예방하고제어하기위한절차를평가관리하는것이다 1-3). To whom correspondence should be addressed. hmkwon@kosha.net 대부분위험관리분야의연구는주로위험관리시스템을구성하고있는개별요소들, 예를들면위험성확인기법, 가상사고시나리오선정, 사고확률계산및피해크기산출등에대한연구가주로이루어져왔다. 만일이개별요소들을통합하여관리할수있는시스템이개발되면훨씬효율적인방법으로화학공장의안전을관리할수가있을것이다. 그동안의통합위험관리분야를살펴보면다음과같은데이들방법들은통합의정도가많이떨어지고있다. KOSHA는위험관리분야의통합관리분야를개척하고자 1997년부터종합위험관리체제 (IRMS) 를개 88
발하기시작하여 2002 년에완성한후사업장및재난관리기관에보급을시작하였다. 이 IRMS 시스템은위험설비및위험물질데이터관리시스템, 사고시나리오선정프로그램, 사고피해예측프로그램및사고확률계산프로그램, 위치정보체제를기반으로한위험지도작성프로그램등 7 개의개별모듈로구성되어있고이모듈들은위험설비위치정보모듈을중심으로통합되어있으며개별모듈별로도운영이가능하다. 본 IRMS 는 2001 년 6 월에개최된안전, 보건, 환경및품질의통합관리를위한 OECD 워크샵의결론으로위험관리분야의새로운모델로추천되었다 4). 2. 개요 화학공장에서의화재 폭발 위험물질누출등의중대산업사고를예방하기위하여주요위험설비에대한위험성평가, 위험요소의제거및통제방법수립, 비상대책등의체계적인안전대책을수립하여야한다 2). 이를위하여국내에서는 1996년부터석유화학공장및위험물질취급사업장에대하여공정안전관리제도 (process safety management, PSM) 를시행하고있다. 이러한중대산업사고를예방하고사고시의적절한대책을마련하기위해서는위험설비및물질의취급현황의파악및관리, 각위험설비와위험물질로부터발생할수있는사고의유형, 발생가능성및그로인한피해를객관적으로평가하는정량적위험성평가가수행되어야한다. 이러한평가결과를근거로위험설비및물질에대한위험성감소방안을도출하고, 만일의사고에대한대책을포함하여종합적이고체계적인안전관리체제를구축하여야한다. 이를위하여한국산업안전공단은 PSM 대상사업장을위주로위험설비및물질을데이터베이스화와정량적위험성평가의기초를확립하기위한전산프로그램의개발등 IRMS의개발을완료하였다. IRMS는다음가같은주요기능을가지고있다. 첫째로, PSM 및정량적위험성평가의기본이되는위험설비및물질에대한실태를파악체계적으로전산화하므로서위험설비및물질에대한정보를필요할때에신속하고정확히파악할수있으며, 둘째로, 화학공장의각종위험설비별고장율을수 집, 분석, 가공하여위험설비의신뢰도데이터베이스를구축하여 FTA 및 ETA 등과같은정량분석을통하여사고발생빈도등을예측할수있는동시에위험기반정비 (RCM), 위험기반검사 (RBI) 체제및비용편익분석 (CBA) 기초자료를제공할수있으며, 셋째로, 가상사고또는사고발생에따른피해를지역별, 시간별로, 과학적으로예측하고, 주민및근로자의대피로, 소방차, 구급차등의접근로등을지도위에정확히표시하고, 또한위험설비및위험물질보유사업장의위험등고선으로표시하여객관적으로위험성여부를판단할수있다. 넷째로, 위험성평가결과, 개선에필요한비용을부담하거나편익을갖게되는사회또는지역에거주하고있는모든개인의비용과편익을산정하여의사결정을하는수단인비용 편익분석기법을수행하는자료를제공할수있으며, 만약사업장의위험도가허용가능한범위내에있지않는경우에는위험발생요인을최소화하거나또는그피해를최소화할수있는대책을수립할수있다. Fig. 1. IRMS structure 3. IRMS 구성프로그램 3.1. 위험설비 및 위험물질 관리 프로그램 (K-EDB) PSM 대상사업장에대한위험설비데이터베이스 를구축하였다. 이 K-EDB는 사업장 및 심사대상설비의 일반정 보, 원료및생산품정보, 유해및위험물질정보, 장 치 및 설비정보, 640종의 물질안전보건자료의 정 보, API위험지수, 공정안전보고서제출및심사현황 정보등을검색할수있으며검색결과의신뢰성제 고를위한자료의가공및표준화작업을지속적으 로실시할계획이고, K-EDB에서검색할수있는정 보는사업장정보와유해 위험물질정보로대별할 산업안전학회지, 제 18 권제 3 호, 2003 년 89
권혁면, 성대현, 김재현, 임대식, 김기영, 편무욱, 문일, 고재욱, 이영순, 윤인섭 수있으며사업장정보및지역정보로는지역별사업장, 사업장별단위공정, 지역별단위공정, 사업장별회사명, 사업주명, 사업의구분, 업종분류등의정보를검색할수있다. Fig. 2. List of chlorine handling sites 3.2. 중대산업사고데이터베이스 (K-ADB) 국내 외에서매년수십만건의중대산업사고가발생되고있으며, 많은인명피해와재산피해를가져오는사고가종종발생되고있는실정이다. 이러한재해를예방하기위해서는이미발생한과거사고사례를수집 분석하여사고원인등을찾아동종사고예방에활용하는것이무엇보다도중요하다. 이에따라한국산업안전공단에서는국내 외의중대산업사고사고사례를수집한후, 체계적이고정밀하게분석 가공한후데이터베이스화하여이를사업장에서활용하여동종사고를예방할수있도록중대산업사고정보관리시스템을개발하여한국내최대의사고사례데이터베이스를구축하였다. Fig. 3. Accident cases relating to gas 3.3. 가상사고시나리오선정프로그램 (K-ASGP) 화학공장에서특성에맞는가장신뢰성있는가상사고시나리오를도출할수있다면사고의예방은완벽하게이루어질수가있을것이다. 많은안전전문가들이이론적논문을발표하였고미국의환경부에서도이론적으로는체계가작성되었지만가상사고시나리오를제대로선정하는프로그램은아직까지없다. 이러한세계적인여건속에가상사고시나리오를체계적으로작성하는모델을개발하고, 사고사례의유형과국내에서사용되는화학물질에대한데이터베이스를만들어가상사고시나리오의생성뿐만아니라우선순위를주는가상사고시나리오선정프로그램의개발은세계적으로유일한프로그램이라할수있다 5). Fig. 4. Scenario generation for crude unit 3.4. 사고확률계산프로그램선정된사고시나리오에대한발생확률계산은위험관리에있어서중요한사항이다. 사고확률계산을위해서는신뢰도자료가필요한데크게는기기신뢰도자료와인간신뢰도자료가필요하며, 그외의신뢰도자료로는공통원인고장자료, 시험및보수자료, 사고발생빈도등이있다. KOSHA 에서는정량적위험성평가의한방법인결함수분석 (FTA) 에서기기신뢰도자료와인간신뢰도자료를사용할수있도록필요한방법과소프트웨어 (K-RdB) 를개발하였다. K-RdB 는 60 종류의위험설비에대한고장률을생성하여데이터베이스를구축하였으며이데이터는사고확률계산프로그램과자동연결되어사고빈도계산시간을획기적으로줄이는계기가되었다. 90 Journal of the KIIS, Vol. 18, No. 3, 2003
Fig. 5. Reliability DB structure Fig. 6. Frequency calculation 3.5. 사고피해예측프로그램 (K-CARM) 가연성물질이나독성가스등위험물질을사용하는사업장에서화재 폭발 누출등위험물질에의한사고발생위험은항상상존한다. 이러한사고를예방하고피해를최소화하는비상대응계획을세우기위해서는사고피해의크기를정확히알필요가있다 5). 공단이개발한프로그램은기존의소프트웨어를기초로하여누출모듈, 확산모듈, 화재 / 폭발모듈, 기상처리모듈, 주변지형시스템모듈, 물성, 데이터베이스모듈, 영향평가모듈, 공정데이터모듈등으로구성되며서로구조적으로연계되어으며기능은다음과같다. 첫째바탕지도입력기능이있다. 사업장의레이아웃도면이나지도를파일로입력하여축적설정을하고인구분포, 등고선, 건물등을표시함으로써계산된결과를지도상에표시하고피해가능한사람수등을계산할수있는기능을가지고있다. Fig. 7. BLEVE effect 둘째기상자료입력및풍향장계산기능이있다. 측정된풍향 속도등기상자료를입력할수있으며여러장소의기상자료를바탕으로풍향장을계산하여위치별로보다신뢰성있는기상자료를도출할수있는기능이다. 셋째혼합물질에대한계산기능이있다. 사업장에서다양하게사용하는혼합물에대한계산을할수있도록혼합된물질을순수물질등의물분율또는질량분율방법으로혼합물의물성치를계산할수있도록하여물질에따른계산범위를확대하였다. 넷째건물내에서의누출과확산에대한계산기능이있다. 건물내에있는물질이누출되었을때건물밖으로확산되는경우와건물외부에있는물질이누출되었을때건물안으로영향을주는정도를환기율을입력하여계산함으로써시간에따른건물내부의농도변화와피해를도출할수있도록하였다. 3.6. 사업장위험도수치화프로그램 (KOSHAMap) 화학공장에서의사고는그원인이다양 복잡하고사고형태가예측하기어렵기때문에이를쉽게파악할수있도록가시화할필요가있으므로, 위험설비설치위치와설치지역의기상조건등을지도상에나타내는위험설비위치정보체제를화학공장밀집지역별로구축이필요하다. 위험설비위치정보체계를기본으로한위험설비에대한위험지도 (KOSHAMap) 구축사업은울산, 여천, 온산및대산석유화학공단과인천지역의석유화학사업장을대상으로하였다. KOSHAMap 위에는발화원, 위험설비주변의인구밀도등을입력하고화재 폭발 누출등과같은가상사고시나리오또는사고발생시사고결과를 산업안전학회지, 제 18 권제 3 호, 2003 년 91
권혁면, 성대현, 김재현, 임대식, 김기영, 편무욱, 문일, 고재욱, 이영순, 윤인섭 등고선이지도위에표시되므로위험도가허용범위를벗어날경우에는사업장에서위험도감소대책및피해최소화대책을수립할수있다. 5. 결론 Fig. 8. KOSHAMap structure Fig. 9. Company information 지도위에나타나게하여피해예상지역과피해결과등을스크린으로보여줄수있도록하였다. 또한피해의크기와빈도를조합하여수치화된위험도를등고선형태로위치정보체계에포함하여지역별상대적위험도를비교할수있게하였다. 수치화된위험도및가상사고에의한피해결과를객관적으로표현하기위해서는기본적으로전자화된지리정보체계가필요하다. 따라서사업장단위공장의배치도면, 공장전체의배치도면, 공단지역의사업장배치도면, 지역도면및대한민국전도등을기본으로하는지리정보체계를구축하여 KOSHAMap 의여러기능을표시하기위한기초자료로사용한다. KOSHAMap 의구조는기본 GIS 엔진위에 IRMS 의다른기능을부가하여 Fig. 8 과같은구조로설계되어있다. 산업시설의위험도를수치화하는방법에는크게위험지수 (risk index), 개인위험도 (individual risk), 사회위험 (societal risk) 형태로구분할수있는데 IRMS 는이들을모두표현할수있다. KOSHAMap 을활용하여위험원및사고형태를가시적인방법으로사전분석하고, 그피해및결과를예측하여사고예방에활용할뿐만아니라위험 사고시나리오선정, 피해예측프로그램등 8개의개별프로그램으로구성된 IRMS는울산, 여천, 온산및대산석유화학공단과인천지역의사업장을대상으로하여기본들을구축하였으며, 위험설비에대한정량적위험성평가결과와위험설비 DB, 피해확산모듈, 위험설비신뢰도 DB 그리고, 지리정보체계등모든기능을종합적으로연결하여, 선진국에서와같이위험설비로부터사고발생시또는가상사고에의해사고발생확률및예상되는피해의크기와위험의정도를수치적으로지도상에나타나게하는위험지도작성프로그램을완성하였다. 완성과정에서개발된프로그램들은사전에선정된시범사업장에시험적으로설치하여일정기간운영하면서발생된문제점을개선하고보완하는과정을거쳐최종적으로사업장에보급하였다. IRMS의활용방안으로서노동부및공단은위험성평가서상의사고빈도와피해범위계산결과검토및비상조치계획의적합성확인등 PSM심사및확인, 주요위험설비및취급위험물질파악, 신뢰도자료를활용한진단대상설비파악등사업장안전점검및안전진단, 위험도에따른사업장의차등관리에활용하고사업장에서는사고발생빈도계산및감소대책수립, 사고피해크기예측및완화대책수립등정량적위험성평가수행, 누출확산물질의진로예측및대피지역선정, 공장주변지역의인구, 도로, 비상대응기관에대한각종정보활용등비상조치계획수립, 위험성평가등을통한공정안전교육및사고사례로부터교훈습득등운전원교육, 설비의위험도에기초한검사체제구축및설비신뢰도자료를활용한예측 예방정비체제구축등설비검사 정비체제의선진화그리고사업장의 R C 운동을시행하는도구로서사용될수있을것이다. 지자체, 소방서등비상대응기관에서는지자체의중대산업사고예방및사고시비상대응시스템구축, 위험물질및설비의데이터베이스를이용하여사업장의위험설비및위험물질관리, 사고피해예측프로그램을이용하여정량적으로계산된사고시피해의크기결과를활용한사업장별위험수준확보, 위험지 92 Journal of the KIIS, Vol. 18, No. 3, 2003
도를활용하여경찰서, 소방서, 병원등비상대응기관과의긴밀한협조및지역사회의비상대응체제구축에활용될것이다. 한편기존 IRMS 에공정안전보고서작성및관리기능을추가한 K-IRMS 를활용할경우보고서작성이수월해지고다년간에걸쳐작성되어자료수정에어려움이있는 PSM 보고서관리에많은도움이될것이다. 참고문헌 1) CCPS of AIChE, Plant Guidelines for Technical Management for Chemical Process Safety, pp. 65, 1995. 2) ILO, Safework a Global Programme on Safety and Health at Work, pp. 1, 1999. 3) CCPS and AIChE, Guidelines for Technical Management of Chemical Process Safety, 1989. 4) OECD, Report of the workshop on integrated management of Safety, Health, Environment and Quality ENV/JM/ACC, pp. 15, 2001. 5) CCPS of AIChE, Guideline for Evaluating the Characteristics of Vapor Cloud, Explosions, Flash fires, and BLEVEs, 1994 6) Moon, I., D. Ko, Scott T. Probst and Gary J. Powers, A Symbolic Model Verifier for Safe Chemical Process Control System, J. of Chem. Of Japan, Vol. 30, No. 1. 1997. 산업안전학회지, 제 18 권제 3 호, 2003 년 93