플랜트산업의 위험성기반 진단
지난해 한국가스안전공사는 창립 이래 최초로 RBI기술 해외 수출에 성공했다.
2010년 12월에 오만 석유개발공사의 증설공사를 수주한 GS건설의 협력업체인 (주)이메인텍과 RBI 기술 수출을 위한 상호협정(MOU) 체결을 통해 올해부터 오만 석유개발공사의 원유정제 압축공정 플랜트에 RBI(위험성기반 검사, Risk -Based Inspection) 기술을 수출하게 된 것이다.
동 협정을 통한 진단기술료는 약 12만 달러로 가스안전공사는 2011년 중 추가 기술용역 수출 노력을 통해 총 100만 달러 이상의 외화를 벌어들인다는 방침이다.
특히 이번 수출을 계기로 가스안전공사는 플랜트 부식관리 기술 등 가스 및 석유화학 플랜트 건설에 필수적인 진단기술들을 해외로 동반수출 할 예정이다.
박환규 가스안전공사 사장은 “올해에도 끊임없는 안전 기술연구를 통한 기술 개발에 전념해 공사만의 특화된 진단기술을 해외로 수출하는데 더욱 박차를 가할 계획”이라고 말한다. /편집자 주
특히 산업이 급속히 발전함에 따라 전 세계적으로 대형 플랜트 산업시설의 노후화로 인해 대형사고 발생 위험성과 사고 발생시의 그 피해범위에 대한 우려의 목소리가 한층 높아지고 있는 실정이다.
이 분야의 국내 보유 플랜트는 1960년대 후반 중화학공업 육성정책에 따라 급속히 발전하여 왔으며, 그 생산량은 세계적으로도 높은 순위를 차지하고 있다.
그러나 현재 국내 중화학 플랜트의 설비는 사용기간이 30～40년 이상 된 노후 플랜트가 대부분(70%이상)을 차지하고 있어 대형사고의 위험성이 국가적인 관심으로 대두되고 있는 현실이다.
현재의 정유ㆍ석유화학 업체의 진단 및 검사 방법은 각 장치별 위험도에 따른 정량적인 위험순위를 고려하지 않은 단순한 시간개념의 주기적 검사를 시행하고 있으므로 그 실효성과 생산 효율에서 후진국형 검사기법에 치중하고 있다.
또한 대형사고 발생 시마다 검사와 점검을 강화하는 등 하드웨어적인 면에 치중하여 규제 강화에 의한 산업현장의 생산성에 악영향을 미칠 수도 있다. 아울러 극심해지는 국제적인 경쟁으로 인하여 공정ㆍ설비의 세분화와 생산효율 증대를 위해 고온ㆍ고압의 열악한 환경에서 운전하는 저장탱크, 압력용기, 반응기 및 배관 등의 장치류들이 증가하고 있는 추세이다.
그러나 이러한 설비들이 언제 그 수명이 다하게 될지, 정확하게 언제 보수 또는 교체를 해야할지 파손이 되었을 경우 그 위험성은 얼마나 될지를 정확하게 알 수 있다면 shutdown시의 불필요한 교체를 배제함으로써 경제적 이득을 꾀할 수 있어 더욱 좋을 것이다.
현재 우리나라의 중화학 플랜트 설비는 양적으로 급팽창하였으나 체계적인 본질안전, 플랜트 설비의 안전성과 효율성 관리, 설비안전진단 등의 측면에서는 아직도 고유기술개발 및 시스템 안전구축 등에서 선진국에 비하여 많은 취약점을 드러내고 있다.
국내에서 발생한 대형 사고나 국제시장에서 벌어지고 있는 치열한 기술 및 가격경쟁은 최근의 안전성 평가와 위험성기반 관리 기술과 관련된 자동화, 정보화, 센서 및 전문 프로그램 등의 성공적인 적용기술개발에 의해 국내 플랜트 산업도 급격한 성장을 이룩했다.
특히 위험성을 기반으로 한 안전관리 및 검사ㆍ진단 기술은 경제적인 측면에서 세계적으로 널리 보급화 되고 있다.
이러한 이상적인 비전(vision)에 근접하는 가장 좋은 방법이 바로 각 설비별 위험도를 순위별로 평가한 후, 이에 따른 진단 및 검사 계획을 수립하는 RBI 기술이다.
이 기술은 미국이나 유럽에서는 가장 주목받고 있는 신기술중의 하나로서 위험설비가 산재해 있는 플랜트내에서 언제, 어느 부위에, 무엇을, 어떻게 검사해야 이 장치들의 위험도를 최소화할 수 있는가 하는 방향을 제시하고 있다.
이는 위험성 분석(risk analysis)을 이용하여 위험도를 줄이기 위한 의사결정이 요구되는 사안이기 때문에 이런 의미에서는 최근의 ERP기술과 접목한다면 사실 RBM이 보다 더 적절한 표현이라고 할 수 있다.
선진국의 대형 플랜트를 보유한 정유ㆍ석유화학 시설의 경우, RBI 기술을 도입함으로써 보험회사에서 책정하는 보험료 산정에 크게 기여하여 연간 경상비용의 대폭적인 절감은 물론 생산비와 유지관리비용 측면에서 큰 효과를 보고 있는 실정이다.
이는 우리 국내 업체에서도 적잖은 관심을 보이고 있으며, 이미 일부 석유화학 업체에서는 내년도 예산에 반영하여 집행시기를 결정할 단계에 있다.
이제 전 세계가 지식기반 사회로 나아감에 따라 IT를 기반으로 한 지식모드의 평가기술이 각광을 받고 있는 현실이다.
따라서 여기에서는 한국가스안전공사에서 2002년부터 5개년 계획으로 추진해 2006년에 12월에 완료보고를 한 ‘첨단가스안전기술개발 사업’의 일환인 위험등급에 따른 진단기술(RBI) 개발과 2007년부터 2009년까지 3년간에 걸친 인터넷 기반의 RBM(Risk-Based Management) 기술 개발의 과거와 현재의 발자취를 되돌아보며 국내뿐만 아닌 최근 오만의 SNDC Phase-1 프로젝트 RBI 수출과 같은 해외플랜트 건설 수주에서도 적극적인 기술수출의 판로를 모색해 보고자 한다.
RBI는 무엇인가
RBI는 기존의 시간(time)에 기초한 검사와는 달리 개개의 설비와 관련된 risk를 사고 확률(likelihood of failure: LOF)과 피해결과(consequence of failure: COF)에 의한 측정 가능한 손실비용(Risk = LOF × COF)으로 계량화해, 잠재적으로 위험도(risk)가 높은 설비에 초점을 집중, 검사 및 보수의 우선순위를 결정하는 기술이다.
위험도가 적은 장치들은 검사주기를 연장하여 검사경비를 줄이고, 위험도가 큰 장치류에는 더 많은 예산을 투입해 검사주기를 줄이거나 적절한 검사 프로그램을 설계한다. 따라서 각 기기들의 파손위험도를 체계적으로 관리하여 진단/감시 시스템의 수준을 높임으로써, 사고발생 확률을 줄여 경비절감 및 생산성 향상의 3가지 효과를 얻을 수 있다.
따라서 특정 검사활동의 수행에 대한 가치를 설명하는 수단(Tool)과 검사계획 수립을 위한 의사결정 경영수단(Decision making management tool)으로서의 역할을 수행한다.
RBI 기술의 개발배경
RBI의 시작은 수년 전 미국 기계학회(ASME)에서 비행기의 제트 엔진과 원자력의 안전도를 정량적으로 분석하기 위해 처음으로 시도한 것이다. 이러한 개념을 미국의 API(미국석유협회)를 중심으로 1993년부터 정유?석유화학 산업에 도입 개선 발전시킨 것이다.
API를 중심으로 21개의 대형 관련 업체들이 각 5만달러씩 투자해 총 12억여원의 연구비를 들여 5년 과제로 개발을 진행, 1999년도에 Phase 3(정량적 평가)이 완료됨으로써 API 581(2000년 5월 초판 인쇄)과 API 580(2002년 5월 초판 인쇄)의 규정집을 발간하게 됐다.
이러한 Code를 바탕으로 개발한 API-RBI 프로그램을 이용해 각 업체내의 플랜트 평가를 수행한 결과, 안전성과 신뢰성에 극적인 향상을 보였으며 대부분의 기업에서는 매년 수백 억 원의 경비절감과 함께 생산성 향상 효과를 보이고 있다.
현재 유럽권에서는 36개 Membership Partner와 Observer로서는 약 10개 이상의 기관에서 참여하고 있으며, 현재는 모든 프로젝트가 완성되어 유럽내에서는 적극적인 RBI 기법이 적용되고 있다.
국내 정유ㆍ석유화학업체의 RBI 기술 적용 현황
결국 1999년부터는 CLX 전공정에 SK(주) 자체 개발품(정성적 평가)을 적용해 위험도에 따른 평가를 완료했으며 2000년부터 기술사업화로의 다각화를 추진해 왔으나 현재는 내부 플랜트 관리에만 중점을 두고 있는 실정이다.
그 외에도 GS-Caltex 정유(주)에서 2000년 4월부터 11월까지 DNV사와 RBI 계약을 체결해 No.1 CDU/RFCC 공정에 대해 정량적 평가를 수행했다. 이듬해 2001년 1월부터 11월까지는 No.1/2 Aromatics 공정에 대해 자체 평가를 수행한 바 있다. 이외에도 LG 화학(주)에서도 DNV사로부터 RBI 컨설팅을 받은 적이 있다.
RBI를 구축하기 위해서는 공장내의 필수 정예요원으로 구성된 TFT 팀을 약 10명 내로 구성해 RBI 교육을 3개월에 걸쳐 수행하고 3개월 동안 Data를 수집, 3개월 동안 Data입력→분석작업→초안 보고서 작성→분석결과에 따른 현장 확인→입력자료 확인→최종확인 등의 절차를 거치게 된다.
그러나 장치별 S/D 주기연장의 경우 국내에서는 법적인 문제가 남아 있는 상태이다. 즉 RBI의 국내 도입의 경우 국내 실정에 적합한 관련 근거 및 신중한 타당성 검토가 뒤따라야 할 것으로 사료된다. 왜냐하면 국외의 상용 RBI 프로그램은 매우 다양하고 많으며, 컨설팅 가격도 천차만별이며 그 대상범위도 매우 다양하기 때문에 이에 대한 구체적인 기준 설정이 필요하기 때문이다.
국내 RBI 기술개발의 과거와 현재
한국가스안전공사에서는 2001년 1월부터 2002년 12월까지 2년 계획으로 ‘중대 산업설비의 위험등급에 따른 진단평가 기술(RBI) 개발’선행 연구과제를 수행해 API 581을 기반으로 한 정유플랜트용 RBI S/W를 중앙대학교 윤기봉 교수 팀과 공동으로 개발했다.
API 581 Code는 정유 플랜트를 전용으로 개발한 절차서로서 초기 개발품을 현장에 1차 적용 테스트를 실시하고자 현재의 GS-Caltex 정유(주)의 CDU 플랜트에 본 프로그램을 적용하게 됐다.
그 결과 해외의 DNV사로부터 RBI를 적용한 결과값과 유사한 위험성 평가 결과를 나타내었으나, 손상기구(damage mechanism)에서는 보다 탁월한 입ㆍ출력 기능 및 상세정보를 보다 많이 확보하고 있는 것으로 나타났으며 RBI를 수행하는 현장 종사자들로부터도 크게 호평을 받았다. 그 후 현장 적용 테스트 기간 중에 발생한 S/W의 오차를 1년간 수정ㆍ보완했다.
즉 2002년 1월부터 5개년 계획으로 2006년 12월까지 산업자원부로부터 ‘첨단가스안전기술개발사업’ 자금을 지원받아 기존에 개발 한 RBI 프로그램 초안본을 바탕으로 본격적인 기술 개발에 착수하게 됐다.
RBI 기술개발은 현장의 Needs를 반영하고 학계 및 연구소의 검증을 획득해 모두가 공감하는 현장에 필요한 기술개발의 필요성이 대두됐다. 따라서 2002년 5월 10일에는 중앙대, 성균관대 등 학계, 표준과학연구원 및 현대엔지니어링(주), YNCC(주), LG화학(주), GS-Caltex정유(주) 등 산업계와의 RBI 기술개발 공동연구 협정을 체결했다.
본격적으로 국내 플랜트 실정에 적합하고 현장 엔지니어의 사용 편의성을 극대화 한 한국형 RBI 프로그램 개발에 착수해 2003년 12월 정유플랜트 전용 KGS-RBITM 프로그램(ver.1.0)의 개발이 완료됐다.
이 결과를 정보통신부에 프로그램 등록을 완료하고 특허 출원(2003-0048250호)했다. 본 프로젝트 수행기간 동안 연구개발팀들은 해외 선진국에서 개발한 상용 RBI 프로그램에 대해 벤치마킹하기 위해 미국에서 관련 API Code 교육을 받고 국제적인 RBI 기술개발 동향 파악에 전념했다.
특히 유럽연합에서 수행하고 있는 RIMAP 프로젝트에 Observer 자격을 취득해 유럽에서 개발하고 있는 RBI 프로그램 개발 프로젝트에 참가하고 API에서 개발한 RBI 프로그램에 보다 기능을 강화한 알고리즘을 KGS-RBI에 추가 보완했다.
또한 사용적정성 평가(FFS) 프로그램을 구입해 해외 기술교육을 수행, RBI 평가 후 가동 중 사용적합성 평가까지 가능토록 연구원들의 능력을 크게 배양했다. 개발 중 API 581 Code에 근거한 프로그램은 정유플랜트 전용으로 플랜트내 사용되는 유체의 종류가 17가지로 한정돼 피해범위 평가에는 오차를 발생하게 된 것을 발견했다.
따라서 2004년 1월부터 2004년 12월까지 1년간에 걸쳐 성균관대학교 기계공학부 최재붕 교수 팀과 공동으로 석유화학 플랜트에서 사용하는 유체의 종류에 따른 특성별 DB를 구축해 KGS-RBI 프로그램과 연동함으로써 피해범위(Consequence) 평가에 반영되도록 석유화학전용 KGS-RBI 프로그램 개발(ver.2.0)에 착수, 완료했다. 또 2005년 1년간은 소프트웨어 up-grade 및 기능강화를 수행했다.
이 결과를 2005년에는 일본부식학회 및 미국 기계학회(ASME-PVP)에 발표해 큰 호응을 받기도 했다. 이는 API-RBI를 경험한 모든 플랜트 종사자들이 공통으로 느낀 점이라는 것을 알 수 있었다.
이 기간 중에 2004년 11월에 S-Oil(주)로부터 KGS-RBI 구축 용역을 의뢰받아 정유플랜트 전용 KGS-RBI 프로그램을 적용, RBI구축 및 기술이전을 실시했다. 또한 2005년 4월에는 석유화학 업체인 호남석유화학(주)로부터 석유화학 분야의 대표적인 up-stream 분야인 NCC 플랜트에 대해 석유화학전용 KGS-RBI 프로그램 구축 및 기술이전 용역을 수행했다.
이와 동시에 제일모직(주)로부터는 PBL 및 EPS 플랜트에 대한 RBI 구축 및 기술이전 용역의뢰를 동시에 수행했다.
또한 2005년 4월에는 한국표준협회에서 주관하는 신기술으뜸상 선정에서 KGS-RBITM 프로그램 및 기술개발에 대해 영광의 대상을 수여받아 대내외적으로 한국가스안전공사에서 개발한 한국형 KGS-RBI 프로그램의 기술력를 크게 인정받앗다.
2006년 6월에는 특허청으로부터 ‘중대 산업설비의 위험등급에 따른 진단평가 방법 및 그 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체’라는 제목으로 RBI 기술에 대해 특허를 획득했다.
또한 2006년 7월부터는 NCC 플랜트에 대해 이미 RBI 기술을 구축한 호남석유화학(주)로부터는 그 기술력을 인정받고 BTX플랜트에 대해서도 또 다시 기술이전 용역의뢰에 따라 2006년 12월까지 KGS-RBI 프로그램 구축 및 기술이전을 수행 완료했다.
2008년 이후 공정진단처에서는 국내 석유화학플랜트에 대해 KGS-RBI 프로그램을 구축하고, 법적인 개방검사 주기연장과 관련해서는 KGS-RBI 프로그램을 이용해 법적 Auditing도 수행하고 있다.
또한 2007년부터 2009년까지 3개년 계획으로 기존의 stand-alone 상태의 KGS-RBI 프로그램을 Web을 기반으로 한 인터넷 버전으로 KGS-RBM 프로그램을 개발 완료했다. 이 프로그램은 각 기업에서 운영하고 있는 ERP 시스템과 연동하여 석유화학플랜트의 재질열화 정보시스템(API 571 Code 기반) 및 비파괴 정보관리 DB와의 연동으로 새로운 신제품을 출시했다. 따라서 이 기술 또한 2010년 초에 공정진단처로 기술이전을 완료했다.
현재 한국가스안전공사의 RBI 기술은 국내는 물론 해외에도 각종 컨퍼런스 및 학술대회를 통해 널리 소개되면서 그 기술력을 인정받고 있다.
□ 결언
RBI 기술은 현재 전 세계적으로 플랜트 산업에서의 안전과 경제적 효율성을 동시에 만족시키고자 하는 필연의 첨단 진단 평가 기술임에는 분명하다. 따라서 현재 국내 기간산업의 경우 적극적인 RBI 프로그램의 적용이 기대되어 지는 것이 당연하다. 특히 고유가 시대로 접어들면서 유지관리비와 생산비용의 절대적인 절감을 꾀함은 물론 안전에 대한 투자비 역시 간과할 수 없는 현실이기 때문이다.
RBI 구축에 따른 공장에서의 실질적인 효과를 보면 ①고위험 장치의 집중적인 관리가 용이, ②누출사고의 감소, ③PM/PdM의 기본자료로 활용, ④운전시간의 증가, ⑤검사비용의 최적화, ⑥S/D에 따른 업무량 및 비용 절감, ⑦Data 및 도면의 Up-data, ⑧기존의 시간의존 검사에서 탈피한 조건 및 위험성에 근거한 검사로의 변환을 들 수 있다.
그러나 RBI 수행시 간과해서는 안 될 점이 몇 가지 있다. 즉, 검사 노력만으로 위험도가 zero(0)가 될 수 없는 경우가 있다. ①인적오류, ②자연재해, ③외적요소(충돌이나 추락사고 등), ④인접한 unit에 의한 2차적인 사고, ⑤고의적인 행동(파업 등), ⑥검사방법의 근본적인 제한, ⑦설계오류 및 알려지지 않은 손상기구로서 이들 중 다수는 기존의 안전성향상 계획서(SMS)에 의해 크게 영향을 받는다.
그러나 세계 4위의 석유 소비국인 우리나라의 경우, 각 플랜트에 동일한 방식으로 무분별하게 적용될 수는 없는 처지이다.
한국 실정에 적합한 Data Base와 사용이력에 부합함은 물론 현장 종사자들에게 가깝게 접근할 수 있는 한글화로 이루어진 평가방법도 필요하기 때문이다. 또한 해외 RBI S/W의 무분별한 도입은 계속적인 up-grade에 따른 기술료 지급 문제와 그에 따른 기술종속은 회피할 수 없는 현실이다.
RBI 기술은 최첨단의 지식기반 기술 사업이기 때문에 결코 단순한 S/W의 운영에 그치는 문제가 결코 아니다. 오랜 경험 및 관련 학문에 대한 깊이 있는 전문가의 평가 결과가 반영되게 되므로 해외 컨설팅 전문업체에서는 계속적인 up-grade와 관련한 유지관리 계약을 체결해 현장의 애로사항을 해결하는 첨병의 역할을 수행하고 있다.
특히 해외의 활발한 전문 컨설팅 기관에서는 전문가 집단의 관련분야(재료, 공정, 기계, 프로그래밍 등) 석?박사 학위 소지자를 보유해 학문적인 근거를 바탕으로 한 지식기반 컨설팅 사업과 연구를 병행, RBI 구축결과를 국제학회 등에서 적극적으로 발표하여 홍보하고 있는 실정이다.
유럽에서는 DNV, TWI, Lloyd's 및 T?V 등에서 적극적인 마케팅으로 인한 컨설팅을 수행하고 있으며, 미국에서는 Apteche사 및 Shell Global Solution사 등에서 활발하게 활동하고 있다. 최근에는 LNG, Offshore 플랜트 및 지하매설 가스배관에 대하여 RBI 평가를 많이 수행하고 있다.
따라서 최근의 Web 기반 RBM 기술은 탁월한 진단 정보 프로그램과 현재의 KGS-RBI 프로그램을 연동 시스템으로 구성하고 있다.
특히 국내의 플랜트 산업뿐만 아니라 해외 플랜트 기술 수출과 동반하여 해외 선진국과 비교해 어깨를 겨눌 수 있는 설비 및 자산관리 기술개발에 그 목적을 두고 있다.
석유화학 산업 등 중화학공업은 중국 및 인도 등과 같은 거대 공룡국가들의 추격을 피할 수 없는 현실에서 앞날의 기술 로드맵을 구성해 볼 때 과연 어떤 기술력으로 경쟁과 생존에서 우위를 차지할 수 있을 것인가를 분명히 짚고 넘어가야 하는 기로에 서 있다.
그렇다면 우리의 강점인 IT 기술을 기반으로 해외 자원?에너지 플랜트 분야의 RBI 및 운영관리 기술 분야에 박차를 가할 때 세계적인 기업과의 국제 경쟁력 측면에서 우위를 차지할 수 있음을 주지해야 할 것이다.