[공정] HAZOP의 이해 —공정위험성 평가 입문

 

1. HAZOP이란?

플랜트 프로젝트에서는 설계 검토 과정에서 HAZOP 결과를 확인하거나, HAZOP 회의에서 도출된 개선사항을 설계에 반영하는 경우가 있다.

HAZOP은 HAZard and OPerability study의 약자로, 공정에서 발생할 수 있는 위험과 운전상의 문제를 체계적으로 찾아내는 검토 기법이다.

쉽게 말하면, 설비가 설계한 대로 작동하지 않을 때 어떤 문제가 발생하고, 그 결과가 사고로 이어질 가능성이 있는지를 검토하는 과정이다.

예를 들어 탱크에 액체를 공급하는 배관이 있다고 가정한다. 정상적인 설계에서는 정해진 유량으로 액체가 공급되어야 한다. 그러나 펌프가 정지하거나 밸브가 막히면 유량이 줄거나 공급이 중단될 수 있다. 반대로 밸브가 열린 상태로 고장 나면 탱크에 액체가 과도하게 공급될 수도 있다.

HAZOP은 이러한 비정상 상태를 하나씩 검토하여 원인, 예상 결과, 기존 안전조치 및 추가 개선사항을 정리하는 방법이다.

 

2. 건축 엔지니어가 HAZOP을 알아야 하는 이유

HAZOP은 주로 공정 배관 및 계장도(P&ID)를 기준으로 수행한다. 따라서 공정설계 업무로 생각하기 쉽지만, 검토 결과는 건축 설계에도 영향을 줄 수 있다.

대표적인 연관 업무는 다음과 같다.

HAZOP 검토 내용	건축 설계와의 연관성
가연성 물질 누출 및 화재·폭발	건물 배치, 이격거리, 방호 요구사항 검토
제어실 주변의 위험 시나리오	제어실 위치 및 건축물의 보호 필요성 검토
누출 액체의 확산	방유제, 배수 및 주변 건축·토목 설계와의 연계
사고 발생 시 인명 피해	피난 동선, 출입구 및 대피 계획 검토
안전조치 및 개선 요구사항	건축 도면과 설계 기준에 반영할 사항 확인

 

다만 HAZOP 결과만으로 건물의 내화성능, 방폭 구조, 이격거리 또는 피난 계획이 자동으로 결정되는 것은 아니다. HAZOP에서 확인된 위험 시나리오를 바탕으로 관련 법규와 프로젝트 설계 기준에 따라 후속 검토를 수행해야 한다.

건축 엔지니어에게 필요한 것은 공정설계 수준의 상세한 분석 능력이 아니라, HAZOP 결과 중 건축 설계에 영향을 주는 위험과 개선사항을 파악하는 능력이다.

 

 

3. HAZOP의 기본 개념

HAZOP을 이해하려면 이탈(Deviation), 공정 변수(Parameter), 가이드워드(Guideword)의 세 가지 개념을 알아야 한다.

3.1 이탈(Deviation)

이탈은 설계 의도에서 벗어난 상태를 의미한다.

예를 들어 탱크에 액체를 일정한 유량으로 공급하는 것이 설계 의도라면 다음과 같은 이탈이 발생할 수 있다.

• 액체가 공급되지 않는 상태
• 설계보다 많은 유량이 공급되는 상태
• 액체가 반대 방향으로 흐르는 상태
• 탱크 내부 액위가 지나치게 높아지는 상태

HAZOP에서는 이러한 이탈을 출발점으로 삼아 원인과 결과를 검토한다.

3.2 공정 변수(Parameter)

공정 변수는 공정의 상태를 나타내는 주요 항목이다.

공정 변수	의미	검토 예시
유량(Flow)	유체가 흐르는 양	유량 없음, 유량 증가
압력(Pressure)	유체가 작용하는 압력	압력 상승, 압력 저하
온도(Temperature)	유체 또는 설비의 온도	온도 상승, 온도 저하
액위(Level)	탱크 내부 액체의 높이	액위 상승, 액위 저하

 

공정 특성에 따라 물질의 조성, 반응, 방향 및 기타 변수도 검토할 수 있다.

3.3 가이드워드(Guideword)

가이드워드는 공정 변수가 어떤 방식으로 설계 의도에서 벗어나는지를 나타내는 단어다.

가이드 워드	의미	예시
No / Not	발생하지 않음	No Flow: 유량 없음
More	기준보다 많거나 높음	High Flow: 유량 증가
Less	기준보다 적거나 낮음	Low Flow: 유량 감소
Reverse	반대 방향	Reverse Flow: 역류
As Well As	의도한 조건에 다른 현상이 추가됨	불순물 혼입
Part Of	의도한 내용 중 일부만 충족됨	일부 성분만 공급됨
Other Than	의도한 것과 다른 상태	다른 물질이 공급됨

 

가이드워드를 공정 변수에 적용하면 검토할 이탈을 체계적으로 정리할 수 있다.

예를 들어 유량에 No를 적용하면 유량 없음(No Flow), 압력에 More를 적용하면 고압(High Pressure)이라는 검토 항목이 만들어진다.

모든 조합이 의미 있는 것은 아니다. 실제 검토에서는 해당 공정에서 발생할 수 있고 의미가 있는 이탈을 선정한다.

 

 

4. HAZOP은 어떤 순서로 진행하는가?

HAZOP의 구체적인 수행 절차와 위험등급 산정 방식은 적용 기준에 따라 달라질 수 있다. 일반적인 검토 흐름은 다음과 같다.

 

① 검토 대상 설정

P&ID를 기준으로 검토할 설비와 배관 구간을 나눈다. 이렇게 구분한 검토 단위를 노드(Node)라고 한다.

② 이탈 선정

각 노드의 설계 의도를 확인하고, 공정 변수와 가이드워드를 이용해 발생 가능한 이탈을 선정한다.

③ 원인 및 결과 분석

각 이탈이 발생할 수 있는 원인을 찾고, 해당 상태가 지속될 경우 어떤 결과가 발생하는지 검토한다.

④ 기존 안전조치 확인

경보, 인터록, 자동 차단 장치, 방유제 등 현재 설계에 반영된 안전조치를 확인한다.

⑤ 위험성 평가

프로젝트에서 정한 기준에 따라 사고의 심각도와 발생 가능성 등을 평가한다.

⑥ 개선사항 도출 및 후속 조치

추가 안전조치가 필요한 경우 개선사항을 도출하고, 담당 부서와 조치 결과를 확인한다.

 

HAZOP은 위험요인을 찾아 목록으로 만드는 데서 끝나지 않는다. 검토 결과에 따라 필요한 조치가 설계에 반영되었는지 확인하는 과정까지 중요하다.

 

5. 위험등급은 어떻게 이해해야 하는가?

HAZOP 결과에는 일반적으로 사고의 심각도, 발생 가능성 또는 빈도, 기존 안전조치 및 위험등급 등이 기록될 수 있다.

심각도(Severity)는 사고가 발생했을 때 인명, 설비, 환경 등에 미치는 피해 수준을 의미한다. 발생 가능성 또는 빈도(Likelihood/Frequency)는 해당 시나리오가 발생할 가능성이나 발생 빈도를 평가하는 항목이다.

일부 프로젝트에서는 다음과 같은 방식으로 위험등급을 계산한다.

위험등급 = 심각도 점수 × 발생 가능성 점수

예를 들어 심각도 3점, 발생 가능성 2점으로 평가하는 체계라면 위험등급은 6점이다.

다만 이 계산식과 점수 체계가 모든 프로젝트에 동일하게 적용되는 것은 아니다. 평가 단계, 점수 기준, 위험등급별 조치 요구사항은 프로젝트의 위험성 평가 기준에 따라 확인해야 한다.

또한 위험등급이 낮다고 해서 해당 시나리오가 무조건 안전하다는 의미는 아니다. 피해가 매우 큰 사고는 발생 가능성이 낮더라도 별도의 검토가 필요할 수 있다.

기존 안전조치가 있다는 이유만으로 위험등급을 임의로 낮춰서도 안 된다. 각 안전조치의 기능과 신뢰성, 실제 작동 조건을 확인하고 정해진 평가 기준에 따라 판단해야 한다.

 

 

6. 탱크 사례로 이해하는 HAZOP

탱크에 액체를 공급하고 펌프로 외부에 이송하는 간단한 공정을 가정한다.

• TK-01: 저장 탱크
• LV-01: 탱크 유입량을 조절하는 밸브
• LIC-02: 액위를 확인하고 조절하는 계기
• P-01: 액체 이송 펌프
• FV-11: 유량 조절 밸브
• FIC-11: 유량을 확인하고 조절하는 계기

이 공정에서 발생할 수 있는 이탈을 검토하면 다음과 같이 정리할 수 있다.

6.1 No Flow — 유량 없음

발생 원인

• 이송 펌프가 정지함
• 유량 조절 밸브가 닫힘
• 배관이 막힘

예상 결과

액체 공급이 중단되어 후속 공정의 운전에 문제가 발생할 수 있다.

확인할 안전조치

펌프 고장 경보, 유량 저하 경보, 후속 공정의 이상 감지 기능 등을 확인한다.

건축 담당자는 이탈 자체보다 해당 공정의 정지가 건물의 안전이나 건축 설계 요구사항에 영향을 주는지 확인하면 된다.

6.2 High Level — 액위 높음

발생 원인

탱크로 들어가는 밸브가 열린 상태로 고장 나거나 유입량 제어에 문제가 발생할 수 있다.

예상 결과

탱크의 액위가 계속 상승하면 액체가 넘치거나 누출될 수 있다. 물질의 특성에 따라 화재, 폭발 또는 환경오염으로 이어질 가능성도 있다.

확인할 안전조치

액위 고경보, 고고액위 차단 기능, 방유제 및 누출 대응 체계 등을 확인한다.

건축 담당자는 방유제와 주변 배수 계획의 연계, 건축물의 배치, 인명 보호와 관련된 검토사항을 확인할 수 있다. 단, 필요한 조치는 물질의 위험성과 프로젝트 기준에 따라 달라진다.

6.3 Low Level — 액위 낮음

발생 원인

유입량이 부족하거나 탱크 유출량이 과도하게 증가할 수 있다.

예상 결과

탱크의 액위가 지나치게 낮아지면 펌프 흡입 조건이 나빠져 펌프가 손상될 수 있다. 실제 결과는 펌프 형식과 공정 조건에 따라 달라진다.

확인할 안전조치

액위 저경보, 저저액위 차단 기능 및 펌프 보호 기능 등을 확인한다.

이 사례는 공정설비의 이상 상태가 반드시 건축물의 직접적인 위험으로 이어지는 것은 아니라는 점도 보여준다. HAZOP 결과 중 건축 설계에 영향을 주는 항목을 구분하는 것이 중요하다.

위 사례는 HAZOP의 검토 흐름을 설명하기 위한 교육용 예시다. 실제 위험등급과 필요한 안전조치는 프로젝트 자료를 바탕으로 별도로 판단해야 한다.

 

7. HAZOP Worksheet는 어떻게 읽는가?

HAZOP Worksheet는 검토 결과를 표로 정리한 문서다. 일반적으로 다음과 같은 항목으로 구성된다.

항목	확인할 내용
Node	어느 설비 또는 배관 구간을 검토했는가?
Deviation	어떤 비정상 상태를 검토했는가?
Cause	해당 상태가 발생하는 원인은 무엇인가?
Consequence	발생 시 어떤 결과가 예상되는가?
Safeguard	현재 어떤 안전조치가 적용되어 있는가?
Risk Ranking	프로젝트 기준에 따른 위험도는 어떠한가?
Recommendation / Action	추가로 필요한 조치가 있는가?

 

건축 담당자가 Worksheet를 검토할 때는 모든 공정 내용을 상세하게 분석하기보다 다음 순서로 확인하는 것이 효율적이다.

 

첫째, 화재·폭발·누출 등 건축물에 영향을 줄 수 있는 결과가 있는지 확인한다.

둘째, 제어실과 상주 인원의 안전, 피난, 건물 배치 및 방호와 관련된 항목이 있는지 확인한다.

셋째, 방유제나 배수처럼 건축·토목 설계와 연계되는 안전조치가 있는지 확인한다.

넷째, 건축 설계에 반영해야 할 개선사항이 있다면 담당 부서와 반영 여부를 확인한다.

 

이때 HAZOP 결과만으로 설계 요구사항을 확정하지 말고, 관련 부서와 설계 기준을 함께 확인해야 한다.

 

8. 건축 엔지니어가 알아둘 사항

Q1. HAZOP은 공정팀만 수행하는가?

HAZOP은 공정 분야를 중심으로 진행하지만, 검토 대상에 따라 기계, 전기, 계장, 안전, 운전 및 건축·토목 담당자가 참여할 수 있다. 필요한 참여 범위는 프로젝트의 특성과 검토 목적에 따라 정한다.

 

Q2. 위험등급이 낮으면 추가 조치가 필요 없는가?

반드시 그렇지는 않다. 프로젝트의 위험 허용 기준과 별도 검토 요건을 확인해야 한다. 심각도가 높은 사고 시나리오는 점수와 함께 별도로 살펴볼 필요가 있다.

 

Q3. HAZOP에서 건축 설계를 직접 결정하는가?

아니다. HAZOP은 위험 시나리오와 필요한 안전조치를 검토하는 과정이다. 건물 배치, 내화성능, 피난 및 방호 설계는 HAZOP 결과를 참고하되 관련 법규와 프로젝트 설계 기준에 따라 결정한다.

 

Q4. HAZOP이 완료되면 검토가 끝나는가?

설계 변경이나 운전 조건 변경으로 위험요인이 달라지면 추가 검토가 필요할 수 있다. 도출된 개선사항의 담당자, 조치 상태 및 설계 반영 여부도 확인해야 한다.

 

 

9. 정리

HAZOP은 설계 의도에서 벗어난 상태를 가정하고, 그 원인과 결과 및 안전조치를 체계적으로 검토하는 공정위험성 평가 기법이다.

건축 엔지니어는 가이드워드와 위험등급 산정 방식을 모두 숙지할 필요는 없지만, HAZOP 결과가 건축 설계에 미치는 영향은 이해해야 한다.

 

실무에서는 다음 세 가지를 우선 확인한다.

1. 화재·폭발·누출 등 건축물과 인명 안전에 영향을 주는 시나리오가 있는가?
2. 건물 배치, 제어실 위치, 피난, 방유제 및 배수 등 건축·토목 설계와 연결되는 항목이 있는가?
3. HAZOP에서 도출된 개선사항이 담당 부서에 전달되고 설계에 반영되었는가?

HAZOP Worksheet는 공정설계 검토 문서인 동시에, 다른 설계 분야가 안전 관련 요구사항을 확인하는 자료이기도 하다. 건축 엔지니어는 그중 건축 설계와 연결되는 위험 시나리오 및 개선사항을 정확하게 파악하는 것이 중요하다.

※ 본 글은 HAZOP의 기본 개념을 설명하기 위한 교육 자료다. 실제 프로젝트에서는 적용 법규, 프로젝트별 위험성 평가 기준 및 관련 분야의 검토 결과를 우선 적용한다.

 

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