부식 위험성평가

화학설비에서 발생되는 손상메커니즘을 확인하고, 관리하여 설비의 건전성을 유지하기 위한 부식 위험성평가에 대해 공유하고자 한다.

 

 

 

부식 위험성평가

위험기반검사(Risk based inspection, RBI)와 같은 정량적 평가방법을 사용하지 않고 화학설비의 부식 위험성을 정성적으로 확인하는 방법이다.

 

 

손상메커니즘 (Damage mechanisms, DM)

부식성 유체 또는 환경에 기인하여 재질의 퇴화를 나타내는 현상을 말하는 것으로 손상메커니즘의 형태는 일반적으로 잘 알려진 API RP 571을 기준으로 <표 1>에서와 같이 내부부식(Internal corrosion), 외부부식(External corrosion), 응력 부식균열(Stress corrosion cracking, SCC), 고온 수소 침식(High temperature hydroge attack, HTHA), 취성(Embrittlement), 기계적 및 열적 손상으로 분류한다.

 

<표 1> 손상메커니즘 구분

 

 

위험등급

부식 위험성평가는 HAZOP의  NODE처럼 부식 검토구간 (Corrosion loop)”별로 실시하는데, 부식 검토구간이라 함은 부식의 경향이 유사한 구간을연결해 놓은 구간을 말하며, 부식 그룹 또는 부식 회로(Corrosion circuit)라고 하기도 한다.

 

“위험도 (Risk)”라 함은 고장발생 가능성(LOF)과 고장피해 크기(COF)의 곱(Matrix)을 말한다.

 

위험등급 행렬은 API 581에서 권장하는 가장 일반적으로 널리 통용되는 5X5의 위험도 행렬을 사용한다.

 

<그림 1> API 581의 5X5 위험도 행렬

 

 

LOF 평가 

“고장발생 가능성 (Likelihood of failure, LOF)”이라 함은 잠재적 손상메커니즘으로 인한 설비의 고장이 발생할 가능성을 말한다.

LOF 평가는 설비 또는 배관에서 발생될 수 있는 상기의 손상메커니즘을 기준으로 평가한다.

 

1. 내부부식 평가를 위한 가이드

내부부식의 평가기준은 부식율과 부식 허용여유이고, 부식률에 따른 판단기준은 <표 2>와 같다. 다만, 부식 허용여유 값을 설계수명보다 큰 값을 사용하였을 경우와 내부에 코팅이 된 경우에는 내부부식에 대한 평가등급을 한 단계 감소시킨다.

 

<표 2> 내부부식 평가를 위한 가이드

 

 

2. 외부부식 평가를 위한 가이드

외부부식의 형태는 보온재가 있는 경우와 없는 경우를 고려하여 <표 3>의 운전온도를 기준으로 평가하며, 탄소강 및 저합금강의 재질에 대해 적용한다.

 

<표 3> 외부부식 평가를 위한 가이드

 

 

3. 기타 평가 가이드

<표 1>에 명시된 손상메커니즘 형태에서 내부부식과 외부부식을 제외한 SCC, HTHA, 취성, 기계적 및 열적 손상에 대해서는 <표 4>를 기준으로 LOF를 평가한다. 다만, <표 4>에 의해 평가가 어려운 경우에는 정성적으로 None (0), Low (1), Medium (2), High (3)를 사용한다.

 

<표 4> 기타 손상메커니즘의 LOF 평가를 위한 가이드

4. LOF 등급 결정

LOF 등급 결정을 위하여 각 손상메커니즘별로 평가된 인자를 고려하여 다음에서와 같이 모든 인자의 합을 산출한다.

Total DM factor = Internal corrosion factor + External corrosion factor

                            + SCC factor + HTHA factor + Metallurgical factor + Mechanical factor

 

각 손상메커니즘의 인자를 합한 Total DM factor는 <표 5>에 의하여 LOF 등급으로 환산한다.

 

<표 5> LOF 등급 결정

 

 

COF 평가

“고장피해 크기 (Consequence of failure, COF)”라 함은 설비의 고장으로 인한 사고결과를 말하며, 인명, 환경, 독성, 조업 중단 등의 손실을 의미한다.

COF는 가연성, 독성, 환경영향, 조업중단을 고려하여 평가한다.

 

1. 가연성 평가

가연성 물질을 포함하는 경우 화재 및 폭발의 위험성을 다음의순으로 평가한다.

 

<인벤토리 크기(Inventory size) 인자>

인벤토리 크기(Inventory size) 인자는 <표 6>에서와 같이 배관의 경우 직경을 기준으로 평가하고, 설비의 경우는 재고량을 기준으로 평가한다.

 

<표 6> 인벤토리 크기 인자

<유체특성 인자>

유체특성 인자는 <표 7>에서와 같이 서비스 유체의 특성을 고려하여 평가한다.

 

<표 7> 유체특성 인자

 

<휘발(Flash) 인자>

휘발(Flash) 인자는 <표 8>에서와 같이 초기 기상인 경우와 운전온도가 끓는점 이상 또는 이하일 경우를 고려하여 평가한다.

 

<표 8> 휘발 인자

<자연발화(Auto-ignition) 인자>

자연발화(Auto-ignition) 인자는 <표 9>에서와 같이 운전온도와 자연발화온도를 동시에 고려하여 평가한다.

 

<표 9> 자연발화 인자

<압력 인자>

압력 인자는 <표 10>에서와 같이 운전압력(Operating pressure)의 범위를고려하여 평가한다.

 

<표 10> 압력 인자

<가연성 COF 등급>

가연성 COF 등급은 <표 6> 내지 <표 10>에서 결정된 가연성 인자의 합을기준으로 <표 11>에 따라 결정한다.

 

<표 11> 가연성에 대한 COF 등급

 

 

2. 독성물질

독성물질을 포함하는 경우 누출 후 독성물질은 주변의 인명에게 독성영향을 줄 수 있기 때문에 서비스 내에 독성물질의 량과 총 독성물질의 량을 고려하여야 하며, 독성 평가는 다음의 순으로 평가한다.

 

<독성 함유량 인자>

독성 함유량 인자는 <표 12>에서와 같이 서비스 내에 포함된 독성물질의량으로 평가한다.

 

<표 12> 독성 함유량(%) 인자

<인벤토리 크기 인자>

인벤토리 크기 인자는 가연성 평가에서 사용되었던 <표 6>의 기준에 근거하여 평가한다.

 

<독성에 대한 COF 등급>

독성에 대한 COF 등급은 독성물질 함유량과 인벤토리 크기를 고려하여 <표14>의 기준에 의해 결정한다.

 

<표 13> 독성에 대한 COF 등급

 

 

3. 환경영향에 대한 COF 등급

환경영향에 대한 COF 등급은 <표 14>와 같이 평가자의 정성적 판단기준에 근거하여 결정하여야 한다.

 

<표 14> 환경에 대한 COF 등급

 

 

4. 조업중단 손실에 대한 COF 등급

사고발생 시 생산 및 조업 중단 손실에 대한 COF 등급은 평가는 <표 15>와 같이 평가자의 정성적 판단기준에 근거하여 결정하여야 한다.

 

<표 15> 조업중단 손실에 대한 COF 등급

 

5. COF 등급 결정

COF 등급은 다음과 같이 결정한다.

- 상기에서 평가된 가연성, 독성, 환경 및 조업 중단에 대한 각각의 COF 등급으로 최종 COF 등급을 결정한다.

- 최종 COF 등급은 가연성, 독성, 환경 및 조업 중단에서 얻어진 COF 등급중에서 가장 높은 COF 등급을 사용한다.

 

Reference : KOSHA GUIDE P - 168 - 2021 화학설비의 부식 위험성평가에 관한 기술지침