[Procedural HAZOP #1] 과도기 공정의 위험을 잡는 필수 기법

Procedural HAZOP 이란?

과도기 공정의 위험을 잡는 필수 기법

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HAZOP의 정의와 두 가지 접근 방식

화학 공장, 정유 공장, 유틸리티 시설, 발전소 등 플랜트에서 근무하는 엔지니어라면 누구나 공정 위험성 평가의 중요성을 인지하고 있다. 그중에서도 HAZOP 기법은 공정에 잠재된 위험 요소와 운전 상의 문제점을 체계적으로 식별하는 가장 강력하고 표준화된 방법론이다. 이는 설계 의도에서 벗어난 변수들을 가이드 워드를 통해 찾아내고 그 원인과 결과를 분석하여 적절한 안전 대책을 수립하는 과정을 말한다.

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우리가 흔히 수행하는 HAZOP은 P&ID 도면을 펼쳐 놓고 배관이나 용기를 노드로 설정하여 분석하는 방식이다. 하지만 공정의 특성과 운전 모드에 따라 HAZOP은 크게 두 가지로 분류될 수 있다. 하나는 우리가 익숙한 Parameter-based HAZOP(또는 일반 HAZOP)이고, 다른 하나는 절차를 중심으로 하는 Procedural HAZOP(절차적 위험과 운전 분석)이다.

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일반적으로 Parameter-based HAZOP은 온도, 압력, 유량과 같은 공정 변수에 초점을 맞춘다. 이 방법은 주로 정상 상태로 운전되는 연속 공정을 분석하는 데 최적화되어 있다. 그러나 모든 공정이 항상 일정한 상태로만 유지되는 것은 아니다.

 

Startup (또는 시운전), 가동 정지 (shut down), 비상 운전, 혹은 제품의 등급을 변경하는 교체 운전과 같은 상황은 시간에 따라 운전 조건이 계속 변하는 특성을 가진다. 이러한 과도기적 공정 상태나 회분식 공정을 분석할 때는 공정 변수 중심의 접근만으로는 한계가 있다. 이때 필요한 것이 바로 Procedural HAZOP이다.

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이 Procedural HAZOP 기법은 운전 절차나 작업 순서에 초점을 맞추어 잠재적 위험을 찾아낸다. 현장의 엔지니어들은 분석해야 할 대상 공정의 성격에 따라 이 두 가지 방법이 모두 필요하다는 점을 이해하고, 상황에 맞게 적절히 적용할 수 있어야 한다.

 

 

Procedural HAZOP의 특징과 기술적 중요성

Procedural HAZOP은 Parameter-based HAZOP과 비교했을 때 분석의 관점과 방법론에서 뚜렷한 차이를 보인다. 가장 핵심적인 차이점은 분석의 기준이 되는 노드 설정에 있다. Parameter-based 방식이 물리적인 설비나 배관을 노드로 잡는다면, Procedural HAZOP은 운전 절차서 상의 개별 단계나 작업 행위를 노드로 설정한다.

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Parameter-based HAZOP은 연속 공정의 정상 운전 상태를 전제로 한다. 이곳에서는 More Flow, High Temperature와 같은 변수의 이탈이 주요 분석 대상이다. 하지만 Startup이나 가동 정지 같은 과도기 상태에서는 공정 변수가 설계된 대로 계속 변화하기 때문에, 단순히 변수의 높고 낮음을 따지는 것은 무의미할 때가 많다. 예를 들어, Startup 초기에는 유량이 없는 것이 정상일 수 있으므로 No Flow가 위험 요인이 아닐 수 있기 때문이다.

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이러한 과도기 공정의 위험성 평가를 위해 체크리스트나 What-If 기법 등 다양한 방법이 존재하지만, Procedural HAZOP을 적용하는 것이 가장 바람직하다. 그 이유는 이 기법이 가진 구조적 엄격함과 체계성 때문이다.

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Procedural HAZOP은 시간의 흐름과 순서를 중시한다. 여기서 사용되는 가이드 워드는 Omit, Too Early, Too Late, Out of Sequence 등이다. 이를 통해 작업자가 밸브 조작 순서를 착각하거나, 특정 단계를 건너뛰었을 때 발생할 수 있는 결과를 구체적으로 예측할 수 있다.

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이 기법의 가장 큰 장점은 휴먼 에러와 시스템 로직의 결함을 잡아낼 수 있다는 것이다. 특히 최근의 플랜트는 DCS나 SIS를 통한 자동화 시퀀스가 복잡하게 얽혀 있다. Procedural HAZOP은 인터록이 작동해야 할 시점과 해제되어야 할 시점, 그리고 자동 로직이 실패했을 때의 수동 개입 절차 등을 단계별로 검증하는 데 탁월한 방법론이다. 이를 통해 절차서의 불완전성이나 로직 설계의 오류를 사전에 발견하고 수정할 수 있다.

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물론 단점도 존재한다. 모든 절차를 세세하게 쪼개어 검토해야 하므로 분석 시간이 상당히 오래 걸린다. 또한 분석을 시작하기 전에 P&ID뿐만 아니라 매우 상세하고 정확한 절차서와 로직 다이어그램이 준비되어 있어야 한다. 준비가 미흡하면 피상적인 검토에 그칠 수 있다.

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그러나 과도기 상태에서 발생하는 사고의 빈도와 심각성을 고려할 때, 이러한 시간적 투자는 충분한 가치가 있다. Parameter-based 방식이 공정의 정적인 상태를 단면으로 잘라 본다면, Procedural 방식은 공정의 동적인 흐름을 영상처럼 따라가며 분석한다고 볼 수 있다. 따라서 복잡한 회분식 반응기나 플랜트의 시운전 단계에서는 Procedural HAZOP이 선택이 아닌 필수가 되어야 한다.

구분	Parameter-based HAZOP	Procedural HAZOP
적용 대상	안전성 관련 또는 안전성에 영향을 미치는 품목 및 역무 제공 회사 ( NQA-1 Part I & Part II)	원자력 품목 (원자력 압력용기, 배관, 펌프, 밸브, 기기 및 배관 지지물, 격납용기, 핵폐기물 운반 용기, SMR 등)을 건조 또는 설치하는 회사
분석 노드(Node)	배관(Line), 용기(Vessel) 등 설비	운전 절차의 단계 (Step), 작업 활동
주요 가이드 워드	More/Less Flow, High/Low Temp 등	Omit, Too Early/Late, Out of Sequence 등
핵심 장점	공정 변수 이탈에 대한 체계적 분석	휴먼 에러 식별 및 시퀀스 로직 검증 탁월
주요 단점	과도기 상태의 시간적 변화 반영 미흡	분석 시간이 길고 상세 절차서 사전 구비 필수

 

 

사고 사례로 보는 예방의 중요성

Procedural HAZOP의 필요성을 강조하기 위해 플랜트 산업 역사상 가장 뼈아픈 사고 중 하나인 2005년 BP Texas City 정유공장 폭발 사고를 되짚어볼 필요가 있다. 이 사고는 이성질체화 공정의 Startup 작업 중에 발생했다.

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당시 운전원들은 증류탑에 원료를 주입하는 Startup 절차를 수행하고 있었다. 하지만 액위 제어 계기의 오작동과 과도한 원료 주입으로 인해 증류탑이 넘치게 되었다. 넘친 가연성 액체는 상부의 벤트 배관을 타고 밖으로 흘러나와 결국 대형 폭발과 화재로 이어졌고 수많은 사상자를 냈다.

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이 사고의 근본 원인 중 하나는 Startup 절차에 대한 위험성 평가가 미흡했다는 점이다. 만약 Startup 절차의 각 단계에 대해 Procedural HAZOP을 철저히 수행했다면 어땠을까. Omit이나 More Time과 같은 가이드 워드를 사용하여, 액위계가 고장 난 상태에서 원료 주입이 계속될 경우나 고액위 경보가 울리지 않을 경우를 가정해 보았을 것이다.

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그랬다면 Startup 중 과충전 방지를 위한 안전장치가 부족하다는 점이나, 벤트 스택 대신 대기로 바로 방출되는 블로우다운 드럼의 설계적 결함을 사전에 발견할 수 있었을 것이다. 이 사례는 정상 운전이 아닌 Startup과 같은 과도기 공정에서 절차 중심의 위험성 평가가 얼마나 중요한지를 극명하게 보여준다.

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과도기 공정 안전은 Procedural HAZOP으로 완성된다.

지금까지 공정 안전의 핵심 도구인 Procedural HAZOP에 대해 상세히 알아보았다. 우리는 현장에서 발생하는 수많은 트러블과 사고가 정상 운전보다는 Startup (또는 시운전), 가동 정지 (shut down), 변경 작업, 또는 유지 보수 후 재가동과 같은 과정에서 집중된다는 사실을 잘 알고 있다.​​

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분석해야 하는 대상 공정이 연속적이지 않고 변화가 심한 과도기적 특성을 가진다면, 기존의 Parameter-based HAZOP만으로는 잠재된 모든 위험을 찾아내기 어렵다. 운전 절차의 완결성을 검증하고 작업자의 실수를 방지하기 위해서는 Procedural HAZOP을 통해 과도기 공정을 정밀하게 분석하는 것이 무엇보다 바람직하다.

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Parameter-based HAZOP과 Procedural HAZOP은 서로 대체하는 관계가 아니라 상호 보완적인 관계다. 공정의 물리적 변수 이탈을 감시하는 눈과, 작업의 절차적 흐름을 감시하는 눈을 모두 가져야 한다. 우리는 이 두 가지 기법의 장단점을 명확히 이해하고, 적재적소에 활용해야 한다.

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결론적으로 안전한 플랜트 공장을 위하여 Parameter-based HAZOP뿐만 아니라 Procedural HAZOP도 위험성 평가의 필수 항목으로 포함시켜야 한다. 절차서의 한 줄 한 줄을 의심하고 검증하는 과정을 통해, 과도기 공정의 사각지대를 없애고 더욱 안전한 공장을 만들어 나가야 한다. 이것이 바로 우리가 지향해야 할 진정한 공정 안전 관리의 방향이다.

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[Technical Insight] Procedural HAZOP Series

 

[Procedural HAZOP #2] 플랜트 과도기 공정의 위험성과 Procedural HAZOP의 필요성

[Procedural HAZOP #4] Global 플랜트 기업들의 과도기 단계의 위험성 통제 및 관리

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