이번에는 설비의 검사를 통해 체계적이고 안전하게 관리함으로써 사고 영향을 최소화시키고 이를 통해 비용을 절감할 수 있는 RBI (Risk Based Inspection ; 위험성평가에 의한 검사기법)에 대해 포스팅해 보겠습니다.
■ 화학설비의 사용수명과 부식
[부식에 의한 설비 손상 속도와 설비 사용 한계 메카니즘]
■ 위험성평가에 의한 검사기법 (RBI : Risk Based Inspection)
선진화된 안전관리기법 美․유럽 중심 급속 보급
가스, 정유, 석유, 전력 등 에너지산업분야의 기술이 급속히 발전함에 따라 시설이 복잡․다양화되고 있으며, 생산효율을 증가시키기 위하여 고온(高溫), 고압(高壓)의 조건하에서 운전하는 압력용기 등 장치시설이 급증하고 있는 추세이다.
이러한 압력용기, 배관 등의 장치시설들은 설치 후 시간이 지남에 따라 점차 노후화됨으로써, 보수(Repair), 대체(Replacement) 및 폐기(Decommissioning)되고 있으나, 경제적, 환경적 요인으로 이들의 보수 및 대체가 용이하지 않음을 고려하여 볼 때, 이로 인한 대형사고의 개연성은 그 어느 때 보다도 더욱 높아지고 있는 실정이다.
따라서, 이 노후화된 장치들을 유지 보존 상태, 경제성 및 안전성에 따라 가장 효과적이고 적절한 시기에 검사하고 보수해야 될 필요성이 대두되며, 이에 걸맞은 보다 선진화된 안전관리기법의 개발 보급이 시급한 실정이다.
이러한 필요성에 적합한 기법이 RBI(Risk Based Inaspection: 위험성평가에 의한 검사기법)이며, 미국에서 개발된 이 기법은 최근 미국, 유럽 등 선진 각국을 중심으로 급속히 발전․보급되고 있다. 안전公社에서도 RBI를 국내에 도입․정착시키고자 지속적으로 노력하고 있다.
※RBI기법의 발전 및 해외동향
RBI기법은 수년 전 미국기계학회(ASME)에서 비행기의 제트엔진과 원자력의 안전도를 정량적으로 분석하기 위해서 처음 시도하였으며, 이 개념을 석유화학공업분야로 개선 발전시킨 것으로, 가장 활발한 활동을 한 곳은 미국석유협회(API)이다.
API는 21개의 업체(Shell, Texaco, Arco, Marathon, Exxon, Chevron, Sun, Phillips, Amoco, Penzoil, Unocal, Ashland, Mobil, Conoco, BP, Petro-Canada, Citgo, Koch, Dow, Fina, DSM)와 공동 컨소시엄을 구성하여 5년 과제로 많은 연구비를 들여, 석유화학공업의 설비 안전도 점검에 맞는 이론적 개발과 Windows based computer program을 만들어 활용하고 있다.
최근 미국기계학회(ASME)에서도 다시 ASEM-Post Construction Committee를 설립하여 석유화학공업뿐만 아니라 일반설비 및 원자력산업 등에도 적용될 수 있도록 Code를 만드는 작업을 시작하였다.
미국에서는 이밖에도 APTech, Capstone 및 DNV社 등을 중심으로 활발한 RBI컨설팅 업무가 이루어지고 있으며, 네덜란드, 영국 등을 중심으로 한 유럽 각국에서도 RBI기법 활용이 적극 이루어지고 있는데, 네덜란드에서는 Shell Global Solutions사가, 영국에서는 AEA, Tischuk 및 TWI사 등이 가장 활발한 활동을 보이고 있다
■ RBI기법이란
압력용기, 배관 등 장치시설을 검사하는 데는 2가지의 방법이 있을 수 있다. 하나는 장치시설을 전혀 검사하지 않고 손상될 때까지 가동하다가 손상이 되면 교체하는 방법이고, 그 다른 하나는 검사를 자주 그리고 오랜 시간에 걸쳐 자세히 시행하는 방법이다.
이 두 가지 방법 모두가 현 기업 상황하에서는 안전도와 경제적인 문제로 적용하기가 쉽지 않다. 그러면 어떻게 석유화학 공업에서 사용되는 수많은 장치류의 다양한 형태의 부식이나 재료의 취약화로 인한 손상의 가능성으로부터 대형사고의 위험을 줄일 수 있을까? 공장 내에 어떤 장치가 가장 위험 가능성이 높은가? 어떻게 최소한 검사 경비로 적절한 검사 기법들을 유용하게 사용하여 부식 부위를 발견할 뿐 아니라 손상의 위험을 줄일 수 있는가?
전체 장치시설을 자세히 검토해 보면, 상대적으로 큰 위험도를 안고 있는 장치류는 전체 장치 중에서 불과 20% 이내라고 할 수 있다. 이러한 경향에도 불구하고 대부분 국가의 검사기관이나, 각종 코드 및 표준 등에서는 전 장치류에 일률적으로 일정 주기에 따라 검사하도록 규정되어 있다. 그러나 RBI기법을 이용하면, 위험도가 적은 장치류들은 검사 주기를 연장하여 검사 경비를 줄이고, 위험도가 큰 장치류에는 예산을 더 많이 투입하여, 검사 주기를 줄이거나 검사장비 및 검사 수준을 높여서 사고 발생 확률을 줄일 수 있다. 또한 손상 메커니즘(Failure Mechanism)들을 예측하여 그에 적절한 검사나 예방책을 미리 취함으로 안전도를 향상시킨다.
즉, RBI기법은 장치류에 대해, 언제 어느 부위에 무엇을 검사해야 이 장치들의 위험도를 최소화할 수 있는가 하는 방향을 제시하는 기법으로서, 장치의 손상확률(Likelyhood of Failure)과 손상정도(Consequence of Failure)를 체계적으로 종합하고, 장치의 전반적인 위험도를 정량적 혹은 정성적으로 분석하여 검사 및 교체시기의 우선순위를 결정하는 방법이다. 이 방법은 의사 결정 과정에서 부식, 검사, 공정 분야의 정보들이 모두 고려되어야 한다. 다시 말하면 RBI는 압력 용기 및 장치의 위험부위를 미리 파악하여 관리하는 기법인 것이다. 따라서, 이 기법을 이용함으로써 시설의 신뢰도, 안전도 및 가용도(Availability)를 향상시킬 뿐만 아니라, 기존의 검사주기 및 검사방법도 재검토하여 적절한 시기에 적절한 방법으로 검사를 수행할 수 있으며 검사주기의 연장도 가능하게 할 수 있다. 미국 등 여러 선진국에서는 이 기법을 이용함으로써 장치시설의 안전성 및 신뢰성에 매우 높은 향상을 보이고 있으며, 몇몇 기업에서는 매년 수백억 불($)의 경비절감 및 생산성 향상 효과를 얻고 있다.
RBI란 시설 또는 장치의 고장률과 고장에 의한 영향을 평가하여 다양한 검사를 수행하거나 검사의 주기를 짧게 하는 등 관련 장치의 신뢰도를 높여 사고를 방지할 수 있는 방법이다. 즉, 압력용기 및 장치 설비의 파손확률(LOF: likelihood of failure)과 피해정도(COF: consequence of failure)를 체계적으로 종합하여 위험성을 분석함으로써 검사 및 교체시기에 대한 우선순위를 결정하는 최신 기법이라 할 수 있다.
압력용기나 장치설비들은 여러 형태의 결함들을 가지고 있으나, 대부분의 결함들은 운전하는 데는 지장이 없는 결함이나 이 중 일부는 대형사고로 발전할 가능성이 있으며, 이러한 대형사고를 일으킬 수 있는 극소수의 결함들을 사고 전에 찾아낼 필요가 있다. 또한, 공장의 모든 장치/설비는 사고를 일으킬 수 있는 잠재성을 내포하고 있으므로, 주어진 예산과 시간 내에서 어느 것을 우선적으로 검사 혹은 개선을 해야 할지 결정하는 과정이 필요하다. 이러한 결정 과정에 체계적이고 정량적, 상대적으로 비교하여 장비 교체의 우선순위 결정하는 것을 RBI기법이라 할 수 있다.
위험도를 정의하고 계량화 할 수 있는 능력을 제공하여, 공정 내 주요 요소를 효율적으로 관리할 수 있는 방법론 제시한다. 안전, 환경 및 사업수행에 장애를 주는 위험요소를 검토하여, Cost-Effective 한 방법으로 설비관리를 할 수 있도록 한다. 검사 자원을 보다 효율적으로 운영하여 사고 가능성을 구조적으로 줄일 수 있게 된다.
■ RBI(Risk Based Inspection) 위험성평가
| ※ RISK = COF x LOF |
| ※ COF (Consequence Of Failure ; 사고파급효과) 결정 요소 1) 유해물질 예상배출량 2) 사고유형(화재, 폭발, 독성물질배출, 환경오염) 3) 회사경영에 미치는 영향 (환경오염보상비용, 배출물질 제거비용 등) |
| ※ LOF (Likelyhood Of Failure ; 사고가능성) 결정요소 1) 장치/배관수량 2) 열화기구 3) 검사의 적절성 4) 현재 장치물상태 5) 공정특성 6) 장치설계기준 |
| ※ RBI 적용절차 |
| 고 위험 지역 구분 (IDENTIFY areas of high risk) |
| 적용우선 순위선정 (PRIORITIZE) |
| 위험도 평가 (EVALUATE risk value) |
| 검사체계설계 (DESIGN an appropriated inspection program) |
| 장치사고 위험도의 체계적 관리 (SYSTEMATICALLY manage the risk of equipment failure) |
RBI를 운영하여도 설비의 Consequence Level은 낮출 수 없지만, RBI를 통해 Risk가 높은 설비보수를 수행하면 Probability Level은 낮출 수가 있다.
■ RBI(Risk Based Inspection) REPORT
※ RBI 점검, 보수방법의 이상적인 방향
(1) global Inspection : 어느 특정부위의 점검으로 전체적인 것을 파악할 수 있어야 한다.
(2) On-Stream Inspection : 점검을 위하여 장치 및 설비의 가동중지 없이 가동상태에서 파악할 수 있어야 한다.
(3) Non-Intrusive Inspection : 점검을 위한 장치 및 설비의 개방은 부식을 과속화시킬 수 있는 우려가 있으므로 개방하지 않고 파악할 수 있어야 한다.
(4) Rapid Surface Crack Detection : 점검을 위한 장치 및 설비의 손상 없이 파악할 수 있어야 한다.
■ 참고 문헌
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