방호 계층 (Layers of Protection)

화학 공정 산업은 유해한 사고를 예방하거나 완화하기 위해 설치된 제어(Control) 장치들을 분석하는 체계적인 방법을 발전시킨다. 그 중 방호 계층(LOP, Layer of Protection)에 대해 공유하고자 한다. 

 

 

 

방호 계층 (Layers of Protection)

방호 계층 분석(LOPA, Layer of Protection Analysis)

방호 계층 분석(LOPA, Layer of Protection Analysis)은 보호 계층을 안전 계장 시스템(SIS, Safety Instrumented Systems) 및 안전 무결성 등급(SIL, Safety Integrity Level)을 결정하는 방법론과 결합한 개념이다.

 

방호 계층 분석(LOPA)에 대한 세부적인 내용은 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1111

LOPA(보호 계층 분석)

 

 

양파형 구조 (The Onion Model)

LOPA는 흔히 양파(Onion) 구조로 묘사된다. 이는 핵심 공정에서 외부 환경으로 갈수록 다층적인 보호막이 형성됨을 의미하며, 중심부에는 본질적으로 더 안전한 설계(Inherent Safer Design)가 위치한다.

• 중심부: 본질적 안전 설계 (위험 요인을 물리적으로 제거 또는 최소화)
• 내부 계층: 기본 공정 제어 시스템(BPCS), 운전원 개입, 알람
• 중간 계층: 안전 계장 시스템(SIS) - 자동 차단 및 연동(Interlock)
• 외부 계층: 물리적 보호 장치(안전 밸브, 파열판), 방류벽(Dike)
• 최외곽: 비상 대응 계획(ERP), 지역사회 대피 절차

<그림 1> 'Onion’ representation of LOPA

 

 

나비넥타이 도표 (Bow-tie Diagram)

나비넥타이 도표는 특정 사고 시나리오에 대해 적용되는 감지 및 보호 계층을 시각화한다. 도표의 중심에는 최상위 사건(Top Event)인 제어 상실 지점이 위치한다.

도표는 다음의 구성 요소로 되어 있다.

• 왼쪽 (예방 장벽, Prevention Barriers): 개시 사건(Initiating Event)이 최상위 사건으로 발전하지 않도록 차단하는 보호 계층이다.
• 오른쪽 (완화 장벽, Mitigation Barriers): 사고 발생 후 결과의 심각성을 줄이기 위한 감지 및 보호 계층이다.
• 중심 (Control Point): 공정 제어 범위 내에 유지되는 한계점이다.

<그림 2> Schematic LOPA diagram (IChemE, 2014)

 

 

안전 무결성 등급 (SIL)과의 연계

• LOPA는 각 보호 계층이 사고 확률을 얼마나 감소시키는지 수치화한다. 특히 독립 보호 계층(IPL, Independent Protection Layer)으로서의 요건을 갖춘 SIS의 경우, 요구되는 사고 감소 성능에 따라 SIL 1에서 SIL 4까지 등급을 부여한다.
• 공정 압력이나 온도가 설정값을 초과할 확률을 계산할 때, 각 계층의 평균 작동 실패 확률(PFDₐᵥ)을 곱하여 최종 위험도를 산출한다. 계산된 위험도가 허용 가능한 위험도(Tolerable Risk)보다 높을 경우, 추가적인 보호 계층이나 더 높은 등급의 SIL 설계를 적용한다.

 

Reference: OHS BoK 17.4 Process Hazards (Chemical)