현재의 안전 계측 시스템(SIS)이 최신 표준을 준수하고 있습니까? 프로세스 안전은 프로세스 설비의 작업자에게 큰 고민거리입니다. 미국 산업안전보건청(OSHA)의 유해 화학물질 공정 안전 관리(Process Safety Management of Highly Hazardous Chemicals) 규정에 따라 관리되는 약 25,000개의 설비에는 SIS(일명 긴급 차단 시스템)가 설치되어 있습니다. OSHA는 유해 화학물질 공정 안전 관리(Process Safety Management of Highly Hazardous Chemicals) 규정의 적용을 받는 설비를 25,000개로 추정하고 있는데, 10,000파운드가 넘는 가연성 물질과 일정 수준의 독성 물질이 저장된 시설도 포함됩니다. 석유 및 천연가스, 화학, 석유화학 업계가 여기에 해당됩니다. 수십 년 동안 공정 산업계는 출시된 제품 및 서비스를 활용하여 다양한 형태의 안전 기술을 사용해 왔습니다. 1930년대 이후로는 안전 애플리케이션에서 계전기가 사용되고 있고, 1970년대 이후로는 소프트웨어를 사용하지 않는 전자식 시스템이 계전기를 대체하여 안전 애플리케이션에서 사용되고 있으며, 소프트웨어를 사용하는 PLC(Programmable Logic Controller)는 1970년대 이후로 안전 애플리케이션에서 계전기 대신 사용되고 있습니다. 1990년대 이후로는 안전 시스템의 설계 및 구축에 대한 가이드라인과 표준이 다양한 산업에서 적용되고 있습니다. 시간이 지나면 표준도 변하게 되지만, 수십 년 동안 사용된 업계 공정처럼 전혀 또는 거의 변하지 않는 것도 많습니다. 그렇다면 현재의 표준 이전에 설치된 안전 시스템은 어떻게 처리해야 할까요? 별다른 고민 없이 이전의 설계에 문제가 없다고 생각해야 할까요, 아니면 이전의 시스템을 모두 폐기하고 새로운 시스템을 구축해야 할까요? 이 주제와 관련하여 잘못된 정보와 '공포 전술'이 난무하고 있는데, 본 백서에서는 이 문제를 다루려고 합니다.
2 현재의 안전 계측 시스템(SIS)이 최신 표준을 준수하고 있습니까? '조부 조항' ISA 84('Application of Safety Instrumented Systems for the Process Industries')의 초안은 1996년에 공개되었습니다. 이 표준에는 2개의 기본 개념이 있는데, 하나는 수명 주기이고 다른 하나는 SIL(Safety Integrity Level)입니다. 1992년의 OSHA 공정 안전 관리 규정에서 가져온 '조부 조항'은 ISA 84의 초안에 있었습니다. IEC 61511로 발표된 1차 개정안은 2004년에 발표되었습니다. IEC 61511과 ISA 84는 ISA 84에 조부 조항(1.y)이 포함되었다는 점만 제외하면 동일한 규정입니다. 많은 사람들이 기존의 시스템에 의문을 갖고 있었는데, 이러한 의문을 해소하기 위해 조부 조항이 추가되었습니다. 1.y 조항은 "본 표준 이전의 법령, 표준 또는 관행(예: ANSI/ISA-84.01-1996)에 맞춰 설계 및 제작된 기존 SIS의 경우 장비가 안전한 방식으로 설계, 유지관리, 검사, 테스트 및 운영되고 있는지를 소유자 및 작업자가 결정한다."라고 되어 있습니다. 대부분의 사람들은 이 조항을 읽은 후 "어떤 방식이 안전한 방식인가?", "어느 정도 안전해야 안전한 건가?", "이러한 개념을 정하고 문서화하려면 어떻게 해야 하나?"와 같은 질문을 쏟아냅니다. OSHA 규정에는 실질적인 안내가 나와 있지 않으며, 표준 규정의 목적은 이와 같은 개념을 설명하는 것이 아닙니다. ISA 84 위원회는 조부 조항의 정확한 이해를 위해 추가적인 안내가 필요하다고 판단하여 최근 15년 동안 시스템 모델링, 버너 관리 시스템, 화재 및 가스 감지 시스템, 안전 등의 다양한 주제를 다룬 7개의 기술 보고서를 발행했습니다. 기술 보고서 84.00.04의 제목은 'Guidelines for the Implementation of ANSI/ ISA-84.00.01-2004 (IEC 61511 Mod)'(ANSI/ISA-84.00.01-2004 시행 가이드라인)입니다. 2005년에 발행된 이 보고서의 초안에는 다양한 주제를 다룬 부속 문건 18개와 조부 조항을 다룬 17페이지의 부속 문건 1개가 포함되어 있습니다. 기존 시스템의 사용 가능 여부는 어떻게 알 수 있나요? 기존 시스템의 사용 가능 여부를 확인하려면 2개의 중요한 단계를 거쳐야 합니다. 첫 번째는 모든 안전 계측 기능을 찾아서 필수 수행 수준을 확인하는 단계입니다. 즉, 각 안전 계측 기능(SIF)의 필수 SIL을 파악해야 합니다. 두 번째는 실제 장비의 성능을 분석, 모델링, 계산하여 필수 성능 기준에 부합하는지 알아보는 단계입니다. 아래의 표 1에 나와 있는 SIL별 수행 요건을 참조하면 1단계 작업을 처리하는 데 도움이 됩니다. 표준의 파트 3에는 리스크 매트릭스, 리스크 그래프, 보호 분석 레이어(LOPA) 등 SIL 판정을 위해 전 세계에서 사용되는 여러 기술에 대한 요약 정보가 나와 있습니다. 표준의 파트 3은 60페이지가 넘는데, 도입부에 나온 "이 접근 방식을 적용하려면 SIL(Safety Integrity Level) 요구 결함 확률 (PFD) 위험 감소 요인 (1/PFD) 안전 확률 (1-PFD) 4.00001 to <.0001 > 10,000 to 100,000 > 99.99 to 99.999 3.0001 to <.001 > 1,000 to 10,000 > 99.9 to 99.99 2.001 to <.01 > 100 to 1,000 > 99 to 99.9 1.01 to <.1 > 10 to 100 > 90 to 99 표 1: SIL(Safety Integrity Level)
현재의 안전 계측 시스템(SIS)이 최신 표준을 준수하고 있습니까? 3 여기에서 제공되는 정보보다 더욱 구체적인 정보가 필요합니다"라는 문구를 특히 주의해서 살펴봐야 합니다. 미국의 공정 안전 관리 규정에 따르면 공정 위험 분석은 5년 단위로 검토되어야 합니다. 이와 같은 검토 주기는 모든 안전 기능을 공식적으로 파악하고 필수 수행 목표를 판단하는데 적합한 시간입니다. 두 번째 단계와 관련해서는 장비의 성능을 분석하여 필수 성능 요건의 충족 여부를 파악하는 방법에 대한 표준, 기술 보고서 및 서적이 다수 존재합니다. 예를 들어 표준의 11.9조에서는 계산을 통해 기능 수행을 확인해야 한다고 규정하고 있습니다. 또한 표준에는 통합 수준별로 적합한 로직 솔버와 필드 장비의 구성을 보여주는 폴트 방지표가 포함되어 있습니다. 표 2에는 각 통합 수준에 부합하는 기술 및 구성의 예가 나와 있습니다. 예를 들어 SIL 선정 및 판별 연구를 하고 SIL 1에 부합하는 기능을 판별하는 경우, 이 기능과 필드 장비가 제어 시스템과 분리되어야 합니다. 안전 장비를 구성하는 압력 스위치는 릴레이 로직 판넬과 배선 연결되어 있으며, 이 판넬은 다시 단일 솔레노이드 작동 밸브에 연결되어 있습니다. 모든 부품은 1년 단위로 테스트됩니다. 이러한 장비는 SIL 1 성능 수준을 충족시키며, 별도의 변경이 필요하지 않습니다. 센서 로직 최종 요소 계전기 안전 고체 상태(SSL) PLC 안전 PLC SIL 1 스위치 발신부 표준 밸브 SIL 2 폴트 방지 센서 비교 기능이 포함된 발신부 안전 발신부 계전기 안전 고체 상태(SSL) 안전 PLC 폴트 방지 밸브 부분 스트로킹 기능이 있는 단방향 밸브 SIL 3 폴트 방지 송신기 계전기 안전 고체 상태(SSL) 이중화 안전 PLC 부분 스트로킹 기능이 있는 폴트 방지 밸브 표 2: SIL별 샘플 구성 및 기술(1년 단위 테스트 기반) SIL 2 충족을 위해 필요한 기능이 단일 표준 발신부로 구성되어 있는데, 이것이 일반 용도 PLC로 배선 연결되고, 이 PLC가 다시 단일 솔레노이드 작동 밸브로 배선 연결되었다고 가정해 보겠습니다. 이러한 구성은 SIL 2 성능 요건과 폴트 오차표 요건을 모두 충족하지 않아서 변경이 필요합니다. 단, 모든 규칙에는 예외가 있는 법인데, 본 백서에서는 예외를 다루지 않습니다. 대형 석유회사가 5,000개 이상의 기존 안전 기능을 점검했더니 절반 이상이 과잉 설계 판정을 받고, 절반 정도는 적정한 설계 판정을 받았지만, 약 4%는 -설계 미비 판정을 받아 변경이 필요한 것으로 나타났습니다.
4 현재의 안전 계측 시스템(SIS)이 최신 표준을 준수하고 있습니까? 인증 장비 사용이 '만병통치약'이 아니며, 이러한 장비를 사용한다고 해서 표준 규정을 준수하게 되는 것은 아닙니다. 인증된 장비를 사용하면 규정을 준수하게 될까요? 모든 필드 장비를 SIL 기준에 따라 평가하고, 주로 SIL 2 요건에 맞춰 외부 인증을 받아야 한다는 추세가 강해지고 있습니다. 또한 여러 기술업체는 이전의 미인증 장비를 최신 인증 장비로 교체해야 한다는 '공포 전술'을 펼치고 있습니다. 표준 규정에는 장비 인증이 필요하지 않다고 명시되어 있습니다. 표준 규정은 '현장에서 검증된' 기준에 따른 장비 사용을 항상 허용해 왔습니다. 하지만, 다수의 최종 사용자에게는 현장 검증된 기준을 문서화하는 것이 매우 어려운 작업입니다. 그렇다고 해도 인증 장비 사용이 (일부 장점은 있지만) '만병통치약'이 아니며, 이러한 장비를 사용한다고 해서 표준 규정을 준수하게 되는 것은 아닙니다. 인증 받지 않거나 IEC 61508의 초안에 따라 인증된 로직 솔버는 더 이상 적합하지 않은가요? 3중 안전 PLC는 안전 표준과 외부 인증이 만들어지기 이전인 1980년대부터 사용되었습니다. 안전 시스템은 1990년대부터 당시의 유일한 안전 표준이었던 독일 표준에 따라 인증을 받았습니다. IEC 61508은 1998년부터 2000까지 단계적으로 발표되었으며, 많은 기술업체는 이 표준에 따라 시스템 인증을 받았습니다. (여러 인증업체가 경쟁 중이며, 업체마다 수준이 다를 수 있습니다.) IEC 61508의 첫 번째 개정안은 2010년에 발표되었는데, 두 안 사이에는 미묘한 차이가 있습니다. 일부 기술업체는 표준 규정 이전에 설계된 시스템, 즉 IEC 61508의 초안에 따라 인증을 받은 시스템은 더 이상 사용할 수 없다고 암시합니다. 여기에는 이들 업체가 공급한 시스템도 포함됩니다. (이는 공포, 불확실성, 의심을 주입하여 매출을 늘리려는 공포 전술에 지나지 않음) 시중에 나온 최고의 3중 안전 시스템을 설치했는데, 이제 그 시스템에 결함이 있다고 하면 믿으시겠습니까? 20년 된 최고급 스테레오 시스템이 아직 제대로 작동하고 있는데 이 시스템을 교체할 필요성을 느끼십니까? 내 기준으로는 2008년에 구입한 TV가 아직 문제 없이 작동하고 있는데, 이 TV를 없애고 새 TV를 구매해야 할까요?
현재의 안전 계측 시스템(SIS)이 최신 표준을 준수하고 있습니까? 5 그 밖의 고려사항들 기존 시스템에 대한 그 밖의 고려사항에는 다음과 같은 것이 있습니다. 1. 기존의 기능이 이전의 위험 분석에서 파악된 특정 위험과 연관되어 있습니까? 잠재적인 위험 상황을 찾기 위해 공정 위험 분석을 실시합니다. 일부 상황은 적절한 장비를 사용하여 예방하거나 피해를 최소화할 수 있습니다. 분석에서 파악되거나 제안된 각 안전 기능이 안전 시스템에서 실제로 구축되었음을 보여주는 문서가 있습니까? 시스템에서 구축된 안전 기능 중에서 위험 분석과의 관계를 역으로 추적할 수 없는 기능이 있습니까? 만약 그렇다면 왜 그렇습니까? 현재의 SIS가 기존의 표준을 준수하는지 알려면 기존 설계에 대한 점검이 필요합니다. 공정 안전 책임자는 인증에서 장비 표준 준수가 필수 요건이 아니라는 점도 인지하고 있어야 합니다. 2. 안전 기능(필드 장비 및 로직)이 제어 시스템과 분리되어 독립되어 있습니까? ISA 84 표준의 초안에는 로직 솔버와 안전 센서가 제어 시스템의 로직 및 센서와 분리되어야 한다고 명시되어 있습니다. 표준 규정의 1차 개정안은 초안만큼 명확하지 않지만, 많은 업계에서 안전 센서와 로직의 분리 사용을 표준 관행으로 인식하고 있습니다. 사용자가 승인 및 수락해야 하는 관행인 장비 결합 또는 공유에 대해 가능한 예외로는 패키지 스키드 시스템에서 극소수의 I/O가 있는 저위험 애플리케이션 등이 있습니다. 일반적으로 이와 같이 결합된 애플리케이션은 안전 시스템으로 관리됩니다. 3. 수동 검증 점검 주기가 필수 성능 요건을 충족할 수 있는 정도입니까? 모든 안전 장비는 기계적 통합 프로그램 내에 있어야 하며, 정기적으로 점검해야 합니다. 수동 검증 점검 주기는 시스템 성능 인증에 필요한 PFD 계산의 일부입니다. 검증 점검이 실제로 시행되고 있습니까? 계산을 통해 문서화할 수 있고 충분하다고 인식되는 빈도 또는 간격으로 검증 점검이 시행되고 있습니까? 4. 모든 안전 기능에 대해 문서화된 검증 점검 절차가 있습니까? 수동 검증 점검 절차는 문서화되고 작업별로 진행되어야 합니다. 그렇지 않으면 작업자가 임의로 이 절차를 만들 수 있습니다. 이러한 요인 때문에 심각한 문제가 발생하고, 점검 절차로 인해 장비가 심각하게 파손된 사고 사례가 있습니다. 5. 유지보수 기록에 따라 결함률이 정해집니까? 성능 계산은 결함률, 자동 진단 범위, 수동 점검 주기, 보수 시간 등의 다양한 요인에 따라 진행됩니다. 결함률 데이터와 관련해서는 다양한 출처가 있으며, 일부 출처는 상대적으로 품질이 더욱 우수합니다. 결함률의 근거가 되는 유지보수 기록을 갖고 있지 않은 사용자는 공개된 다른 데이터를 이용해야 합니다. 사용자는 정기적으로 현장 경험에 근거해 추정 데이터와 실제 데이터를 비교해야 합니다. 실제 결함률이 초기 계산의 추정치와 크게 다르면 설계나 수동 점검 주기를 변경해야 합니다 (어떤 경우는 매우 힘든 과정이 될 수 있음). 6. 변경 절차 관리가 제대로 이루어지고 있습니까? 안전 시스템은 예외 없이 일정 시점에 조정해야 합니다. 단순한 변경을 제대로 하지 않아 발생한 사고가 많으며, 문서화 및 검토 미비로 인해 문제가 발생한 경우도 많습니다.
결론 SIS 표준이 지속적으로 변하는 상황에서 공정 안전은 항상 고민의 대상입니다. 설비 안전의 유지관리 책임자는 최신 표준뿐 아니라 ISA 84와 같은 '조부 조항'도 숙지해야 합니다. 공정 안전을 위해서는 이러한 표준의 내용과 더불어 변하지 않은 이전 산업 공정과의 상호관계도 포괄적으로 이해하고 있어야 합니다. 현재의 SIS가 기존의 표준을 준수하는지 알려면 기존 설계에 대한 점검이 필요합니다. 공정 안전 책임자는 인증에서 장비 표준 준수가 필수 요건이 아니라는 점도 인지하고 있어야 합니다. 궁극적으로 SIS 공급자를 통해 기존의 장비가 표준 규정에 맞는지를 알 수 있습니다. 외부 공정 안전 전문업체의 도움을 받아 비용, SIL, 성능, 가용성에 대한 자체 요건에 맞는 솔루션을 선택할 수 있습니다. 로크웰 오토메이션은 컨설팅 서비스를 포함한 광범위한 안전 서비스를 통해 비용, SlL, 성능, 가용성 요건을 충족하는 확장형 솔루션의 선택을 지원하고 있습니다. 로크웰 오토메이션은 단일 플랫폼에서 순차적인 공정 드라이브 및 모션 기능을 통합하는 산업 제어에서 최고 수준의 전략을 제공하고 있습니다. 정밀한 진단과 높은 안정성을 통해 SIL 1-3 요건을 충족하는 제품을 통해 로크웰 오토메이션의 컨트롤러는 가동 중단 시간, 불필요한 트립, 수명 주기 비용을 줄이고 안전도 및 생산성을 제고하면서 안정성과 가용성에 대한 새 기준을 제시했습니다. 로크웰 오토메이션의 컨설턴트가 기업의 안전 결정권자와 협의하면서 안전한 작업 환경을 제공함과 동시에 모든 기준을 준수하고 최적의 조건에서 장비가 작동하도록 지원하는 로크웰 오토메이션 공정 안전 솔루션을 정해줍니다. 공정 안전에 대해 자세히 알아보려면 http://www.rockwellautomation.com/ rockwellautomation/products-technologies/safety-technology/process.page? 페이지를 참조하십시오. 참고자료 1. Application of Safety Instrumented Systems for the Process Industries ANSI/ISA 84.01-1996, The Instrumentation, Systems, and Automation Society (ISA), Research Triangle Park NC (1996). 2. Functional Safety: Safety Instrumented Systems for the Process Industry Sector ANSI/ISA 84.00.01-2004 Parts 1-3 (IEC 61511 Mod), The Instrumentation, Systems, and Automation Society (ISA), Research Triangle Park, N.C. (1996 and 2004). Rockwell Automation은 Rockwell Automation, Inc.의 상표입니다. Publication PROCES-WP012A-KO-P 2016년 2월 Copyright 2016 Rockwell Automation, Inc. All Rights Reserved.