LOPA (Layer of Protection Analysis) 란?

 

LOPA (Layer of Protection Analysis) 란?

 

 1  위험도 분석

대안의 사고시나리오와 사고시나리오를 대상으로 사고의 영향과 사고 발생 빈도를 고려하여 위험도를 계산한다. 이 경우, 위험도는 아래 간이 산정식을 이용하여 계산할 수 있다.

위험도 = 영향범위 내 주민 수 × 사고 발생 빈도 사고 발생 빈도 = Σ(주요기기 고장빈도 × 안전성향상도)

• ‘영향범위 내 주민수’는 영향거리(반경)를 기준으로 하여 누출원 중심으로 원을 그려서 원 내의 주민수를 산정한다.
• ‘안전성 향상도’는 수동적/능동적 완화장치의 설치로 인한 위험도 감소율을 반영하며, 완화장치의 종류가 복수인 경우에는 각각의 안전성 향상도를 곱하여 계산한다. 단, 영향범위 산정 시 누출범위를 줄일 수 있는 방류벽 면적 등을 적용한 경우, 위험도 감소율에 중복 반영할 수 없다.
• ‘주요기기 고장빈도’는 사고를 발생시킬 수 있는 각 개시사건의 전형적인 빈도값에 해당 건수를 곱하여 계산한다.

 

 

 개시사건의 정의 

 

개시사건이란? 화학물질의 누출, 폭발, 화재 등의 사고가 일어날수 있는 이벤트를 말한다. 아래의 표는 화학설비에서 발생할 수 있는 개시사건의 종류를 나타내고 있다.
  

고압용기파열 (Pressure vessel failure)	고압용기는 공정 중의 고압 용기와 고압 저장 용기를 모두 포함하며, 설비 자체의 재질 혹은 제작 결함에 의해 발생하는 사고로, 여기에서는 파열에 따른 누출을 말함 * 일반적으로 고압용기라고 하면 설계압력(게이지압력)이 0.2MPa(2kgf/cm2)을 초과하는 화학공정 유체취급 용기를 말함(고용노동부-위험기계·기구 안전인증 고시)
배관파열 (Piping rupture failure/100m)	배관 자체의 재질 및 제작 결함에 의해 발생하는 사고로, 사고시나리오 구획 내 배관이 해당할 경우 적용가능. 사고 발생 시 배관 내부 물질이 즉시 방출. 배관 길이 100m 당 1개로 반영
배관누출 (Piping leak/100m)	배관 자체의 재질 및 제작 결함에 의해 발생하는 사고로, 사고시나리오 구획 내 배관이 해당할 경우 적용가능. 배관 길이 100m 당 1개로 반영
상압탱크파열 및 누출 (Atmospheric tank failure)	액체상태의 유해화학물질을 저장하고 있는 탱크의 파열 및 누출
플랜지/밸브 누출 (Flange/Valve leak)	플랜지 가스켓과 밸브의 패킹 누출을 모두 포함
펌프/컴프레서 누출 (Pump/Compressor leak)	펌프 등의 케이싱이 파손되어 발생하는 누출
안전밸브 오작동 및 조기개방 (Premature opening of spring–loaded relief valve)	안전밸브의 비정상 작동 및 조기 개방으로 인하여 안전밸브를 통해 기체성상의 물질이 대기 중으로 방출되는 경우 적용(안전밸브에 후처리 장치가 연결되어 있는 경우 적용 제외)
냉각수 공급 중단 (Cooling water failure)	냉각 실패를 나타내는 사고발생빈도로 냉각수 공급중단으로 폭주반응이 일어날 수 있는 반응에 해당할 경우 적용
입/출하 시설 누출 (Unloading/Loading hose failure)	입·출하 작업 시 호스 파손 및 호스와 연결된 장비(커플러 등)에서 발생하는 누출을 포함
외부화재 (External fire)	일반적으로 외부에서 크고 작은 외부화재의 빈도를 적용하며 해당 설비 내부 또는 외부에 인화성 또는 가연성 물질이 있는 경우 적용

 

 

 2  LOPA

LOPA(Layer of Protection Analysis) 란? 원하지 않는 사고의 빈도나 강도를 감소시키는 독립방호계층의 효과성을 평가하는 방법 및 절차를 말한다.

편집 : ulsansafety

•  Layer 8: Community emergency response
•  Layer 7: Plant emergency response; and not shown 
•  Layer 6: Physical protection (dikes)
•  Layer 5: Physical protection (relief devices)
•  Layer 4: Automatic action (SIS or ESD)
•  Layer 3: Critical alarms, operator supervision, and manual intervention
•  Layer 2: Basic controls, process alarms, and operator supervision
•  Layer 1: Process Design (inherently safer designs)

• fi C = IEFi × PFDi1 × PFDi2 × …× PFDij 
• fi C = Frequency of the consequence occurring for scenario i., Typical units are per year (Low Demand) or per hour (High Demand).
• IEFi = Frequency of the IE for scenario i., Typical units are per year
• PFDij = Probability of Failure on Demand of Independent Protection Layer j for scenario i.

by ulsansafety

• Risk Reduction Factor (RRF)
• Intermediate Event Likelihood (IEL)
• Target Mitigated Event Likelihood (TMEL)

 방호계층분석(LOPA) 

방호계층분석(LOPA, Layer of protection analysis)이란 원하지 않는 사고의 빈도나 강도를 감소시키기 위하여 독립방호계층(IPL, Independent protection layer)의 효용성을 평가하는 분석도구이다.

 

LOPA 위험도 분석기법은,
(1) 잠재적 사고위험을 확인하는 것에서 시작
(2) 해당 설비에서 발생 가능한 사고 시나리오를 대상으로 개시사건 및 빈도를 확인
(3) 각 개시사건에 적합한 독립방호계층의 사고 완화율을 고려하여 위험도 평가
(4) 추정된 위험도가 허용할 수 있는 수준의 위험도보다 높을 경우, 추가적인 위험도 감소 대책을 수립하여 위험도를 재평가
(5) 추정된 위험도가 허용할 수 있는 수준 이하의 위험도일 경우, 더 이상 도출할 시나리오가 없다면, 독립방호계층분석을 종료

독립방호계층(IPL)
초기사고와 관련한 다른 어떤 방호계층의 작동과는 관계없이 원치 않는 결과로 진행하지 않도록 방지할 수 있는 장치로 IPL은 독립적이고 효과와 확인 가능성을 가져야함
• “독립” : 초기사고의 영향을 받지 않고 다른 방호계층의 고장으로 인한 영향을 주지 않음
• “효과” : 시나리오에서 예측된 결과(사고)가 IPL 동작으로 효과적으로 예방되어야 함
• “확인가능” : IPL의 효과와 신뢰성이 검증되어야 함

 3  수동적 완화장치

 수동적 완화장치 정의 

▶고임목(Wheel choke)

입·출하시 탱크로리의 이동을 예방하기 위한 안전장치이다.

 

▶ 내화설비(Fire proofing)

열전달에 의한 비상조치 가능시간을 길게 할 수 있는 내화절연 및 피복 조치를 하였을 경우 적용할 수 있다.

▶ 방류벽(Dike)
누출되는 액체물질이 지정된 영역 바깥으로 퍼져나가는 것을 방지한다. 이는 물질의 증발률 및 점화확률을 낮출 수 있다. 방류벽은 누출되는 액체에 대하여 효과적이지만 압축가스나 액화가스의 경우에는 효과적이지 않을 수 있다.

▶ 비산방지실드(Scattering prevention shield)

플랜지에서 누출되었을 때 비산을 방지하며 미세 누출을 조기에 확인 가능하여 사전 안전조치가 가능하다. 비산방지실드의 재질은 내약품성으로 산, 알칼리 등에 강한 저항력을 가지고 있어야 하며, 누유 시 색상의 변화로 확인이 가능하여야 한다.

▶ 이중 벽 용기(Double wall containment system)

1차 격납 건물 주위에 2차 격납 장치로 완전히 둘러쌓아 1차 격납이 파손될 경우 완전히 붕괴되는 가능성을 줄인다.

▶ 이중배관(Double piping, pipe in pipe)

배관을 이중 구조로 하고 경우에 따라 배관의 간극에 감지센서 설치로 누출을 확인할 수 있다.

 

 

▶ 지중/지하 용기(Inground tank)

지중 상압탱크의 액체 수위는 지면높이와 같거나 그 이하여야 한다. 이 때, 주변 토양은 2차 컨테이너로 간주될 수
있다.

 

▶ 지하배관시스템(Underground drainage system)

용기 및 배관으로부터 발생되는 물질의 누출범위를 축소시킬 수 있다.

▶ Sealless pump(Non-seal pump)

seal이 없는 펌프

 4  능동적 완화장치 정의

▶ 가스감지기 및 자동차단밸브(Gas dectector and Shut-off valve)

• 가스감지기를 통해 감지할 수 있고 제어실에서 원격조종되거나 멀리 떨어진 곳에서 자동차단밸브를 통해 통제 가능한 경우는 0.1 적용가능하며, 

• 가스감지기 및 자동차단밸브가 연동되어 있는 경우 0.01 적용 가능하다.
* 가스감지기(Gas dectector) : 유출된 물질을 감지·경보할 수 있는 가연성 또는 독성 가스감지기

▶ 감지기 및 펌프중단(Gas dectector and Shut-off pump)
• 가스감지기, 누액감지기 등의 안전장치를 통해 감지할 수 있고 제어실에서 원격조정되거나 멀리 떨어진 곳에서 펌프 가동 중지 등 제어장치를 통해 통제 가능한 경우 0.1 적용가능하며,

• 감지기 및 모터 등이 연동되어 있는 경우 0.01 적용 가능하다.

▶ 고정식 소화설비 소화전 폼소화설비 살수설비
고정식 소화설비가 있을 경우 설비별 0.1을 적용할 수 있다.

▶ 과류방지밸브(Excess flow valve)
호스 또는 배관파열로 과도한 유량이 생길 시 자동으로 잠김으로써 대량 누출을 방지한다. 과류방지밸브는 갑작스러운 배관 고장 발생 시 흐름을 중지시키도록 적절하게 설계되고 배치되어야 한다.

▶ 릴리프밸브/파열판(Relief valve/Rupture disk)
초과하는 압력에서 작동하여 배관이나 압력용기의 파열을 방지한다.

 

▶ 방호수막/물 분무(Water curtain)
방호수막 시스템은 화염(복사열) 차단, 연기 확산 억제, 안전 대피 공간 확보 등을 목적으로 사용된다. 물 분무 시스템은 독성가스 누출 시 독성가스 누출시 차단막을 형성하여 물 용해도가 높은 독성가스를 흡수하는 효과를 일으킬 수 있다.

▶ 예비펌프(Stand-by pump)

냉각수 공급 중단 시 냉각수를 재공급할 수 있는 예비 펌프가 있을 경우 적용할 수 있다.

▶ ACQC(Automatic Clean Quick Coupler System)

ACQC는 Tank Lorry를 이용하여 대량으로 충전 및 하역 작업에서 안전하게 하여주는 자동청정 Coupler로서 펌프 가압을 통한 기존방식과 달리 질소 가압을 통해 이송한다. 액체 물질 입/출하에 사용가능하다.

출처 : www.hosanco.com

▶ Break away safety system

Break away safety system은 Tank Lorry를 이용하여 대량으로 충전 및 하역 작업에서 기준 이상의 장력을 받으면 연결부에서 이탈해 호스를 보호하고 누출을 막는다. 

<참조문서> 사고위험도 감소를 위한 안전성확보방안, 화학물지안전원

Lopa.pdf

1.85MB

 

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