이 글의 목적은 고압가스 제조·저장·충전·배관 시설에서 HAZOP(Hazard and Operability Study) 기법을 활용해 위험성평가를 수행하는 방법을 체계적으로 정리하여, 설계·운전·안전 담당자가 실무에 바로 적용할 수 있도록 돕는 것이다.
1. HAZOP 개요와 고압가스 위험성평가의 위치
HAZOP은 공정의 설계 의도에서 벗어나는 이탈(Deviation)을 체계적으로 찾아내어 잠재 위험요인과 운전상의 문제점을 도출하는 정성적 위험성평가 기법이다. 연속 공정이나 배관이 복잡한 고압가스 시설에 특히 적합하며, 설계 단계에서부터 운전 중 변경 관리까지 폭넓게 활용된다.
HAZOP의 핵심 개념은 특정 구간(Node)에 대해 공정변수(Process Parameter)에 가이드워드(Guide Word)를 적용하여 “Guide Word + Parameter = Deviation” 형태로 이탈을 체계적으로 생성하는 것이다. 예를 들어 “NO FLOW(무유량)”, “MORE PRESSURE(압력 과다)”와 같은 조합을 통해 사고 시나리오를 빠짐없이 검토한다.
국내 고압가스 관련 시설은 고압가스안전관리법 및 KGS Code에 따라 설비 안전설계, 검사, 기술기준을 준수해야 하며, 복잡·대형 시설이나 수소·LNG 등 위험성이 큰 설비에서는 공정위험성평가(PHA)의 일환으로 HAZOP 또는 동등 수준의 기법 수행을 요구하는 경우가 많다. 따라서 HAZOP은 단순한 선택 사항이 아니라 인허가, 설계 검토, 안전성평가 보고서 작성에서 중요한 역할을 담당한다.
2. 고압가스 시설 HAZOP 절차 전체 흐름
HAZOP 절차는 문헌에 따라 세부 표현은 다르지만 일반적으로 다음 단계로 요약할 수 있다.
- 범위 정의 및 자료 수집
- HAZOP 팀 구성
- 노드(Node) 설정
- 공정변수 및 가이드워드 선정
- 이탈별 원인·결과·보호계층·대책 도출
- 위험도 평가 및 우선순위 결정
- 권고사항 이행 관리 및 재검토
각 단계를 실무 관점에서 정리하면 다음과 같다.
| 단계 | 주요 내용 | 대표 산출물 |
|---|---|---|
| 1. 범위 정의 | P&ID, 공정설명서, 운전조건 확인, 평가 대상 경계 설정 | 평가범위 도식, 노드 리스트 초안 |
| 2. 팀 구성 | 프로세스, 기계, 계장, 운전, 안전 등 다학제 팀 구성 | 참석자 명단, 역할 정의 |
| 3. 노드 설정 | 저장탱크, 압축기, 기화기, 배관구간 등 논리적 구간 구분 | 노드 정의서, 노드별 경계 조건 |
| 4. 변수·가이드워드 선정 | 압력, 온도, 유량, 농도, 레벨 등 주요 변수와 가이드워드 조합 정의 | Deviations 매트릭스 |
| 5. HAZOP 검토 회의 | 노드별 이탈에 대해 원인·결과·보호계층·권고사항 논의 | HAZOP 워크시트(시트) 초안 |
| 6. 위험도 평가 | 빈도·중대도 등급 부여, 리스크 매트릭스 작성 | 리스크 랭킹표, 우선 조치 리스트 |
| 7. 후속 조치 관리 | 권고사항 실행 계획 수립, 완료 확인 및 추적 | 액션 아이템 리스트, 완료 검증 기록 |
주의 : HAZOP 회의에서 도출된 권고사항이 실제 설계 반영이나 운전 절차 개정까지 이어지지 않으면 문서만 남는 형식적인 평가가 되므로, 액션 아이템 관리 체계를 별도로 구축하는 것이 중요하다.
3. 고압가스 시설에서의 노드(Node) 설정 방법
노드는 설계 의도가 일정하게 유지되는 공정의 특정 구간을 의미한다. 고압가스 시설에서는 다음과 같은 기준으로 노드를 설정하는 것이 일반적이다.
3.1 노드 설정 기본 원칙
- 설계 압력·온도·유량 조건이 유사한 구간을 하나의 노드로 묶는다.
- 주요 제어밸브, 압력조정기, 안전밸브, 차단밸브 등을 경계로 구분한다.
- 재질, 관경, 유체 상태(기체/액체)가 크게 달라지는 지점을 경계로 한다.
- HAZOP 회의에서 논의 가능한 적정 크기(너무 크지도, 너무 작지도 않게)를 유지한다.
3.2 고압가스 설비 유형별 대표 노드 예시
고압가스 제조·저장·충전소에서 자주 등장하는 노드 예시는 다음과 같다.
- 저장설비
- 액화가스 저장탱크(탱크 본체, 상부/하부 노즐, 레벨계, 안전밸브 포함)
- 탱크 입·출구 배관 및 차단밸브 구간
- BOG(Boil Off Gas) 배출·회수 배관
- 압축·기화 설비
- 고압 압축기 흡입·토출 측 배관
- 기화기 입구·출구 구간
- 압력조정기(레귤레이터) 및 바이패스 라인
- 충전·공급 설비
- 용기 충전 매니폴드 및 충전 밸브 구간
- 충전 호스 및 퀵커플러 구간
- 공급 헤더 및 분기관
- 보호 및 계장 설비
- 가스누출검지기와 연동된 차단밸브 구간
- 안전밸브 배출 라인 및 플레어/벤트 스택
- 인터록이 걸리는 주요 제어밸브 구간
주의 : 노드를 지나치게 세분화하면 HAZOP 시트가 과도하게 늘어나고 회의 시간이 비효율적으로 증가한다. 반대로 너무 크게 묶으면 중요한 위험 시나리오가 누락될 수 있다. 설비 특성을 고려해 팀 내 합의된 기준으로 노드를 정하는 것이 중요하다.
4. 공정변수와 가이드워드 설정
HAZOP에서는 공정변수에 가이드워드를 조합하여 이탈을 생성한다. 고압가스 시설에서 자주 사용하는 공정변수와 가이드워드를 정리하면 다음과 같다.
4.1 대표 공정변수
| 공정변수 | 설명 | 고압가스 예시 |
|---|---|---|
| Pressure(압력) | 설계·운전 압력과 실제 압력의 차이 | 저장탱크 내부 압력, 배관 라인 압력 |
| Temperature(온도) | 설계 온도, 기화 온도, 주변 온도 등 | LPG/LNG 기화기 출구 온도 |
| Flow(유량) | 지정된 유량 대비 실제 유량 | 충전 유량, 공급라인 유량 |
| Level(레벨) | 저장탱크 액면 높이 | 탱크 레벨계 표시값 |
| Composition(조성/농도) | 가스 성분비, 불순물 농도 | PH₃ 혼합가스 농도, 산소 농도 |
| Direction(흐름 방향) | 유동 방향의 정상/역류 여부 | 공급 라인 역류, 충전 호스 역유입 |
| Utility/Signal(유틸리티/신호) | 전원, 계기 공기, 제어 신호 등 | 솔레노이드 밸브 전원, PLC 신호 |
4.2 대표 가이드워드
| 가이드워드 | 의미 | 예시 Deviation |
|---|---|---|
| NO / NOT | 전혀 일어나지 않음 | NO FLOW(무유량), NO PRESSURE(압력 없음) |
| MORE | 설계값보다 많음 | MORE PRESSURE(과압), MORE FLOW(과유량) |
| LESS | 설계값보다 적음 | LESS FLOW(유량 부족), LESS TEMPERATURE(저온) |
| REVERSE | 역방향, 반대로 | REVERSE FLOW(역류) |
| AS WELL AS | 추가로 다른 것이 같이 발생 | AS WELL AS OTHER GAS(다른 가스 혼입) |
| OTHER THAN | 의도와 전혀 다른 것 | OTHER THAN N₂(질소 대신 산소 공급) |
| EARLY / LATE | 조작 시점의 앞당김/지연 | EARLY OPEN, LATE SHUTDOWN |
4.3 이탈(Deviation) 매트릭스 예시
예를 들어 “LPG 저장탱크 출구 배관 및 차단밸브” 노드에 대해 아래와 같이 Deviation 매트릭스를 작성할 수 있다.
| 공정변수 | 가이드워드 | Deviation |
|---|---|---|
| Flow | NO | 탱크 출구 유량이 전혀 없음 |
| Flow | MORE | 탱크 출구 유량이 과다하게 증가함 |
| Pressure | MORE | 출구 배관 압력이 설계값을 초과함 |
| Direction | REVERSE | 공급 라인에서 탱크 방향으로 역류 발생 |
| Composition | OTHER THAN | 의도와 다른 가스 또는 공기 혼입 |
5. 고압가스 특화 위험요인 도출 포인트
고압가스 시설에서 HAZOP을 수행할 때는 일반 공정위험뿐 아니라 고압가스의 물리·화학적 특성을 반영한 특화 위험요인을 고려해야 한다. 고압가스 사고 통계를 보면 가스 누출, 밸브·플랜지 불량, 부식, 과압, 운전 부주의 등이 주요 원인으로 반복적으로 나타난다.
5.1 가연성 고압가스(수소, LPG, LNG 등)
- 가스 누출 → 인화·폭발(제트화재, 폭굉, BLEVE 등) 위험
- 과압·과충전 → 저장탱크 파손 및 BLEVE 가능성
- 저온 액화가스 → 배관·밸브 취성 파괴 및 동파
- 기화 설비 이상 → 액 적하, 기화 불량으로 인한 공급 중단
5.2 독성 고압가스(염소, 암모니아, PH₃ 혼합가스 등)
- 소량 누출이라도 치명적인 인체 독성 영향
- 밀도가 무거운 가스의 경우 저지대 체류 및 국소 고농도 형성
- 가스검지기 미설치 또는 오동작 시 피해 확대
5.3 산화성 가스 및 기타
- 산소 농도 증가 → 착화점 저하, 연소 속도 증가
- 산화성 가스 누출 → 일반 재료의 비정상적 산화·발열
- 비활성 가스 대량 누출 → 질식 위험
주의 : 누출량이 작고 즉시 치유되는 “미세 누출”이라도 반복되면 피팅·밸브 손상, 피로, 주변 재료 열화 등을 통해 대형 사고로 확대될 수 있다. HAZOP에서는 “작은 누출” 시나리오도 반드시 별도로 검토하는 것이 바람직하다.
6. 위험도 평가와 리스크 매트릭스 적용
HAZOP 자체는 정성적 기법이지만, 실무에서는 위험도 등급을 부여해 우선순위를 정한다. 일반적으로 “빈도(발생 가능성) × 중대도(피해 규모)” 개념을 사용하며, 이를 표 형태의 리스크 매트릭스로 표현한다.
6.1 리스크 매트릭스 예시
| 중대도＼빈도 | 1 (매우 낮음) | 2 (낮음) | 3 (보통) | 4 (높음) | 5 (매우 높음) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 (경미) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 2 (작은 부상/경미 피해) | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| 3 (중간 수준 부상/설비 손상) | 3 | 6 | 9 | 12 | 15 |
| 4 (중대 부상/대형 손상) | 4 | 8 | 12 | 16 | 20 |
| 5 (다수 사상/전면 파괴) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
일반적으로 리스크 등급을 구간별로 구분하여 “허용 가능”, “관리하에 허용(ALARP)”, “허용 불가(추가 조치 필요)”로 나누고, “허용 불가” 구간에 해당하는 이탈은 설계 변경, 보호계층 추가, 운전 절차 개선 등의 조치를 최우선으로 시행한다.
7. HAZOP 워크시트(시트) 구성과 작성 예시
HAZOP 결과는 워크시트(Excel, 전용 소프트웨어 등)로 체계적으로 기록해야 한다. 일반적인 시트 구성 항목은 다음과 같다.
- Node(노드명)
- Guide Word / Deviation(가이드워드 / 이탈)
- Cause(원인)
- Consequence(결과)
- Existing Safeguards(기존 보호계층)
- Likelihood, Severity, Risk Rank(빈도, 중대도, 위험도)
- Recommendations(권고사항)
- Responsibility, Target Date(담당자, 완료 예정일)
7.1 액화가스 저장탱크 노드 시트 예시
| Node | Deviation | Cause | Consequence | Safeguards | Risk | Recommendation |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LPG 탱크 출구 배관 | NO FLOW | 출구 차단밸브 미개방, 필터 막힘 | 하류 압력 저하, 설비 정지, 재기동 시 압력변동 | 압력계, 저압 알람, 운전 점검 절차 | 중 | 정기 필터 점검 주기 명시, 밸브 개방 체크리스트 강화 |
| LPG 탱크 출구 배관 | MORE PRESSURE | 조정기 폐색, 하류 차단 후 펌프 계속 가동 | 배관 파손, 누출 및 화재·폭발 위험 | 안전밸브, 압력 스위치, 펌프 인터록 | 상 | 압력 스위치 인터록 기능 정기 시험, 설정값 재검토 |
| LPG 탱크 출구 배관 | REVERSE FLOW | 하류 압력 상승, 체크밸브 고장 | 탱크 방향 역류, 과압 및 탱크 손상 가능 | 체크밸브, 과압 알람 | 상 | 체크밸브 정기 교체 주기 설정, 역류 테스트 절차 수립 |
주의 : HAZOP 워크시트는 규제기관 제출용 문서이자 향후 변경 관리(MOC) 시 참고 자료로 활용되므로, 약어·전문 용어를 남발하지 말고 누구나 이해할 수 있는 문장으로 작성하는 것이 바람직하다.
8. HAZOP 팀 구성과 회의 운영 요령
효과적인 HAZOP을 위해서는 적절한 인원과 전문성을 갖춘 팀 구성이 필수이다. 일반적으로 5~8명 규모의 다학제 팀이 권장된다.
8.1 팀 구성 예시
- HAZOP 리더(퍼실리테이터) : 공정안전 및 HAZOP 경험 보유자
- 프로세스 엔지니어 : 설계 의도, 조건, 제약사항 설명
- 기계/배관 엔지니어 : 배관, 장치, 구조적 무결성 검토
- 계장·제어 엔지니어 : 계장 루프, 알람·인터록 설명
- 운전 책임자(현장 반장 등) : 실제 운전 관행과 현장 문제 공유
- 안전관리자 : 법규·기준, 위험성평가 체계 관점에서 자문
- 필요 시 유지보수 담당자, 외부 전문가 등 추가
8.2 회의 운영 실무 팁
- 하루 6시간 이상 회의를 지속하면 집중력이 저하되므로, 적절한 휴식과 일정 분할이 필요하다.
- 회의 전 P&ID, 공정설명서, 제어철학 문서를 참석자에게 사전 배포한다.
- 리더는 가이드워드를 체계적으로 적용하면서도, 실제 경험에서 나온 추가 시나리오를 유연하게 수용해야 한다.
- 타이핑 담당자를 별도로 지정하여, 논의 내용을 즉시 시트에 정리하면 회의 후 정리 시간을 줄일 수 있다.
- 의견이 갈리는 부분은 별도 액션 아이템으로 분리하고, 후속 분석(QRA, LOPA 등)으로 넘기는 것도 좋은 방법이다.
주의 : 회의 시간 절감을 위해 처음부터 리스크가 낮다고 판단되는 설비를 생략하는 경우가 있는데, 과거 사고 사례를 보면 “사소해 보이는 배관·밸브”에서 중대 사고가 발생한 사례가 많다. 최소한 주요 설비와 연결된 모든 고압 배관은 HAZOP 범위에 포함하는 것이 안전하다.
9. 다른 위험성평가 기법과 HAZOP 비교
고압가스 시설에서는 HAZOP 외에도 다양한 위험성평가 기법이 사용된다. 각 기법의 특징을 이해하면 프로젝트 단계나 설비 규모에 따라 적절한 조합을 선택할 수 있다.
| 기법 | 특징 | 적용 시점 | 고압가스 적용 예시 |
|---|---|---|---|
| Check-list | 표준 점검표 기반, 빠르고 간단하나 창의적 위험 도출 한계 | 기본 설계, 정기 점검 | 저장소 정기 자체점검, 검사 준비 점검 |
| What-if | “만약 ~라면?” 가정 기반 브레인스토밍, 유연하지만 누락 가능성 있음 | 개념 설계, 소규모 변경 검토 | 배관 라우팅 변경, 벤트 위치 변경 검토 |
| HAZOP | 가이드워드·변수 조합으로 체계적, 연속공정에 적합, 시간 소요 큼 | 상세 설계, 중요 변경, 대형 설비 | 수소 충전소, LNG 기화설비, 대형 저장소 |
| LOPA | 독립 보호계층을 정량적으로 평가, SIL 검토와 연계 가능 | HAZOP 후 심화 분석 | 수소·독성가스 치명 사고 시나리오 정량 평가 |
| QRA | 누출 빈도·확률·피해 범위 등을 종합한 정량 위험도 평가 | 대형 프로젝트, 입지 검토, 인허가 | 대규모 저장시설, 배관망 설계, 이격거리 검토 |
FAQ
Q1. 고압가스 시설에서 HAZOP은 언제 수행하는 것이 좋은가?
가능하면 상세 설계 단계에서 P&ID, 제어철학, 주요 장비 선정이 어느 정도 확정된 시점에 수행하는 것이 이상적이다. 이 단계에서는 설계 변경이 아직 가능하면서도 공정 정보가 충분히 구체화되어 있어, HAZOP 결과를 설계에 반영하기가 용이하다. 가동 중 설비의 경우에는 대규모 변경, 신규 증설, 사고·이상 발생 후 재평가 시점에 수행하는 것이 일반적이다.
Q2. 소규모 고압가스 저장소에도 HAZOP이 필요한가?
소규모 저장소의 경우 법적으로 HAZOP 수행이 직접 명시되지 않은 경우가 많지만, 독성 또는 고위험 가스를 취급하는 경우에는 축소된 범위의 HAZOP 또는 간소화된 What-if/체크리스트 기반 HAZOP을 수행하는 것이 바람직하다. 인원·시간 제약이 있다면 핵심 노드(저장탱크, 압축기, 충전 매니폴드, 긴급차단밸브 구간)에 한정해 HAZOP을 적용하는 방식으로도 의미 있는 개선 효과를 얻을 수 있다.
Q3. HAZOP 재수행 주기는 어떻게 정해야 하는가?
법규·기준에서 구체적인 연차가 명시되지 않은 경우가 많으므로, 회사의 공정안전관리(PSM) 또는 위험성평가 절차에서 주기를 정하는 것이 일반적이다. 실무적으로는 대규모 설비 변경 시, 중대 사고나 이상운전 발생 후, 또는 일정 주기(예: 5년 또는 7년)마다 재검토하는 방식을 많이 사용한다. 설비가 빠르게 변화하는 수소 인프라, 반도체 특수가스 시설 등은 더 짧은 주기를 고려하는 것이 안전하다.
Q4. HAZOP에는 반드시 전용 소프트웨어가 필요한가?
반드시 그렇지는 않다. 소규모 또는 단일 설비에 대해서는 표준 양식을 갖춘 Excel 템플릿만으로도 충분히 체계적인 HAZOP 수행이 가능하다. 다만, 여러 프로젝트를 동시에 관리하거나 수백 개 이상의 노드·이탈을 다루는 경우에는 전용 HAZOP 소프트웨어를 사용하면 버전 관리, 액션 아이템 추적, 통계 분석 등에서 효율이 크게 높아진다.
Q5. HAZOP 결과와 법정 위험성평가(사업장 위험성평가)와의 관계는 무엇인가?
HAZOP은 공정·설비 중심의 심층 위험성평가 기법이고, 사업장 위험성평가는 설비·작업·행동 등 전체 작업 환경을 포괄하는 상위 개념의 체계이다. 따라서 HAZOP 결과에서 도출된 주요 위험요인과 개선 대책을 사업장 위험성평가에 연계하여 반영하면, 설비 기인 위험과 작업 기인 위험을 통합적으로 관리할 수 있다. 실제로 많은 사업장에서 HAZOP 결과를 절차서 개정, 작업허가제, 교육 프로그램 개선 등에 연결하여 활용하고 있다.