Part of Concentration Wrong 원인 분석 및 대책

HAZOP(Hazard and Operability Study) 분석에서 '부분(Part of)' 가이드 워드에 해당하는 농도 이상(Concentration Wrong)은 공정 유체의 화학적 조성이나 물리적 상태가 설계 의도를 벗어날 때 발생한다.

 

 

 

Part of Concentration Wrong 원인 분석 및 대책

HAZOP(Hazard and Operability Study) 분석에서 '부분(Part of)' 가이드 워드에 해당하는 농도 이상(Concentration Wrong)은 공정 유체의 화학적 조성이나 물리적 상태가 설계 의도를 벗어날 때 발생한다.

 

 

원인별 상세 메커니즘 및 영향 (Detailed Mechanisms and Consequences)

유체 내 성분비의 변화는 밀도와 점도의 변화를 동반한다. 예를 들어, 농도 농도가 설계치보다 1.0 x 10⁻³ 미만으로 떨어지는 '부분(Part of)' 이탈이 발생하면, 유체의 물리적 특성이 변하여 열전달 계수 U값이 하락하고 전체적인 공정 효율이 급감한다.

원인 (Causes)	상세 설명 (Description)	공정 영향 (Consequences)
차단 밸브 누설 (Leaking Isolation Valves)	폐쇄된 차단 밸브를 통해 이종 유체가 유입되거나 목적 유체가 유출되는 현상이다.	원료 오염 및 화학 양론적 불균형에 의한 부반응 발생
열교환기 튜브 누설 (Leaking Exchanger Tubes)	튜브 파손으로 인해 공정 유체와 열매체(냉각수, 스팀 등)가 혼합되는 경우이다.	고압 유체의 저압부 유입에 의한 장치 과압 및 농도 희석
상 변화 (Phase Change)	운전 압력 또는 온도 변화로 인해 액체 내 기포 발생(Flashing) 또는 기체 내 응축이 일어나는 현상이다.	펌프 캐비테이션(Cavitation) 발생 및 유량 측정 오차 유발
원료 사양 오류 (Incorrect Feedstock Spec)	유입되는 원료의 순도나 농도가 설계 사양과 일치하지 않는 경우이다.	반응 수율(Yield) 저하 및 정제 공정(Purification) 부하 증가
공정 제어 불안정 (Process Control Upset)	제어기 PID 상수의 부적절한 설정이나 센서 Tₑ 결함으로 제어 루프가 헌팅(Hunting)하는 상태이다.	유동적인 농도 변화로 인한 최종 제품의 품질 불균형(Off-spec)
반응 부생성물 (Reaction By-products)	의도하지 않은 부반응으로 인해 원치 않는 화학 물질이 생성되는 경우이다.	촉매 독(Catalyst Poison) 작용 및 하류 장치의 부식(Corrosion) 가속화
외부 물질 유입 (Ingress of Impurities)	고압 시스템으로부터 물, 스팀, 연료, 윤활유 또는 부식 생성물이 유입되는 현상이다.	공정 순도 저하 및 물리적 폐쇄(Plugging) 위험
가스 혼입 (Gas Entrainment)	액체 흐름 속에 기체가 포집되어 함께 이동하는 현상이다.	유체 밀도 감소로 인한 열전달 효율 U값 저하 및 계기 오작동

 

 

 

주요 메커니즘 상세 및 시각화 (Detailed Mechanism and Visualization)

1. 열교환기 튜브 누설 및 외부 물질 유입

• 열교환기 튜브 파손 시, 일반적으로 압력이 높은 유체가 낮은 유체 쪽으로 유입된다. 고압 시스템 압력이 저압 시스템 압력보다 클 경우, 부식 생성물이나 열매체가 공정 라인으로 침투하여 농도를 급격히 변화시킨다.

2. 상 변화 및 가스 혼입

• 액체 유속이 급격히 증가하거나 압력 Pₐ이 증기압 Pᵥ 이하로 떨어지면 기포가 발생한다. 이는 농도 분석기(Analyzer)의 측정값에 오차를 발생시켜 제어 로직의 오작동을 유도한다.

 

 

위험 방지 및 관리 대책 (Risk Prevention and Management Measures)

1. 누설 감시 (Leak Detection):

• 차단 밸브 전후단에 압력계를 설치하여 차압을 감시하고, 이중 차단 및 배출(Double Block and Bleed) 시스템을 적용한다.
• 열교환기 출구 측에 전도도(Conductivity) 또는 성분 분석기를 설치하여 튜브 누설을 즉각 감지한다.

2. 원료 관리 및 제어 최적화 (Material and Control Optimization):

• 원료 입고 시 샘플링 분석을 통해 규정된 순도를 확인한다.
• 고급 공정 제어(Advanced Process Control)를 도입하여 제어 편차를 정밀 제어한다.

3. 물리적 차단 및 여과 (Physical Barriers and Filtration):

• 외부 물질 유입 방지를 위해 공급 라인에 스트레이너(Strainer) 및 필터를 설치하여 부식 생성물을 제거한다.
• 가스 혼입 방지를 위해 분리기(Separator) 내부에 미스트 제거기(Demister)를 설치하고 적정 체류 시간을 확보한다.

 

 

HAZOP 인과관계 분석표 (HAZOP Analysis Table for 'Part of') 예시

이탈 (Deviation)	원인 (Causes)	영향 (Consequences)
조성 불량 (Composition Error)	공급 펌프의 성능 저하, 원료 탱크의 층 분리 현상	반응 폭주(Runaway Reaction) 또는 제품 불량
성분 누락 (Missing Component)	공급 라인 체크 밸브(Check Valve) 고착, 차단 밸브 오작동	공정 촉매 비활성화, 반응 정지
상 전이 실패 (Phase Transition Failure)	응축기(Condenser) 냉각 성능 저하, 운전 압력 급증	압력 안전 밸브(PSV) 작동, 가스 방산