ARC-RISK-001
risk
LOPA 기본 절차 및 적용 기준
1. 목적 및 적용 범위
본 코드는 IEC 61511 및 CCPS(Center for Chemical Process Safety) 기준에 따라 공정 위험성평가에서 LOPA(Layer of Protection Analysis, 보호계층 분석)의 기본 절차와 적용 기준을 정의합니다.
목적: HAZOP 등 정성적 위험성평가 결과를 바탕으로, 독립보호계층(IPL)의 신뢰도를 정량적으로 평가하여 잔여 위험도가 허용 기준을 충족하는지 판단합니다.
LOPA 위치
LOPA는 HAZOP(정성) → LOPA(반정량) → QRA(정량) 위험성평가 체계에서 중간 단계입니다. HAZOP에서 "허용 불가" 판정된 시나리오에 대해 IPL의 수량과 신뢰도를 정량적으로 확인합니다.2. LOPA란
LOPA는 사고 시나리오의 초기 사건 빈도(IE)와 각 독립보호계층(IPL)의 요구 시 평균 고장 확률(PFDavg)을 곱하여 완화된 사건 빈도(Mitigated Event Frequency)를 산정하고, 이를 허용 위험도 기준과 비교하는 반정량적 위험성평가 기법입니다.
2.1 주요 개념
| 용어 | 약어 | 정의 |
|---|---|---|
| 초기 사건 | IE (Initiating Event) | 사고 시나리오를 유발하는 최초 원인. 예: 펌프 과압, 제어 밸브 실패 |
| 초기 사건 빈도 | IEF | 초기 사건의 연간 발생 빈도 (단위: /yr) |
| 독립보호계층 | IPL | 초기 사건과 독립적으로 작동하여 사고 결과를 예방·완화하는 시스템 |
| 요구 시 고장 확률 | PFDavg | IPL이 요구될 때 실패할 확률 (무차원, 0~1) |
| 완화 사건 빈도 | MEF | 모든 IPL 통과 후 잔여 사고 빈도 = IEF × Π PFDavg |
| 허용 위험도 | — | 조직이 수용 가능한 사고 빈도 기준. 일반적으로 1×10⁻⁴~/yr ~ 1×10⁻⁶/yr |
3. LOPA vs 다른 위험성평가 기법
| 기법 | 유형 | 특징 | LOPA와 차이 |
|---|---|---|---|
| Risk Matrix | 정성 | 심각도 × 빈도 → 등급 판정 | IPL 신뢰도 미반영. LOPA보다 보수적이거나 과소평가 가능 |
| HAZOP | 정성 | 이탈(Deviation) → 원인/결과 식별 | LOPA의 입력 데이터 생성 단계. LOPA 전에 반드시 선행 |
| LOPA | 반정량 | IPL PFDavg × IEF → MEF | — |
| QRA | 정량 | 사망자 수, 개인 위험도 등 완전 정량 | LOPA보다 정밀하나 시간·비용 큼. 고위험 시설에 적용 |
| SIL 결정 | 반정량 | 필요 SIL 등급 산정 | LOPA 결과를 활용하여 SIS의 SIL 등급을 결정 |
LOPA와 SIL의 관계
LOPA는 "추가 IPL이 필요한가"를 판단합니다. 추가 IPL이 SIS(Safety Instrumented System)여야 한다면, LOPA 결과에서 필요한 PFDavg 값이 결정되고, 이로부터 SIL 등급(SIL 1/2/3)이 도출됩니다.4. LOPA 적용 시점
LOPA를 적용해야 하는 경우
1. HAZOP에서 허용 불가 판정
Risk Matrix 기준으로 "HIGH" 또는 "INTOLERABLE" 판정된 시나리오.
2. SIS 설계 전 SIL 결정이 필요한 경우
IEC 61511에 따라 SIL 결정 방법론으로 LOPA를 채택한 경우.
3. IPL 수량·신뢰도 논쟁이 있는 경우
기존 IPL이 충분한지 불명확할 때 정량적 근거 확보.
4. 규제 기관 제출 요건
PSM 대상 설비에서 규제 기관이 LOPA 결과를 요구하는 경우.
Risk Matrix 기준으로 "HIGH" 또는 "INTOLERABLE" 판정된 시나리오.
2. SIS 설계 전 SIL 결정이 필요한 경우
IEC 61511에 따라 SIL 결정 방법론으로 LOPA를 채택한 경우.
3. IPL 수량·신뢰도 논쟁이 있는 경우
기존 IPL이 충분한지 불명확할 때 정량적 근거 확보.
4. 규제 기관 제출 요건
PSM 대상 설비에서 규제 기관이 LOPA 결과를 요구하는 경우.
LOPA 적용 제외 대상
모든 HAZOP 시나리오에 LOPA를 적용할 필요는 없습니다. Risk Matrix에서 "LOW" 또는 "TOLERABLE" 판정된 시나리오는 LOPA 없이 기존 IPL로 충분합니다. LOPA는 고위험 시나리오에 집중 적용합니다.5. LOPA 기본 절차 (6단계)
LOPA 6단계 절차
Step 1 — 시나리오 선정
HAZOP 결과에서 허용 불가 판정된 사고 결과(Consequence)를 선정합니다. 결과 범주: 인명 피해 / 환경 피해 / 재산 피해.
Step 2 — 초기 사건(IE) 식별 및 빈도(IEF) 결정
시나리오를 유발하는 단일 초기 원인을 식별합니다. IEF는 고장 데이터베이스(OREDA, CCPS PERD 등) 또는 기업 기록에서 선정합니다.
Step 3 — 결과 심각도 및 허용 위험도 설정
사고 결과의 심각도(예: 사망, 중상)를 분류하고, 조직의 허용 위험도 기준(예: 사망 1×10⁻⁴/yr)을 확인합니다.
Step 4 — IPL 식별 및 PFDavg 결정
시나리오에 적용되는 IPL을 식별하고, 각 IPL의 PFDavg를 결정합니다. IPL 인정 기준은 ARC-RISK-002를 참조합니다.
Step 5 — 완화 사건 빈도(MEF) 산정
MEF = IEF × PFDavg(IPL₁) × PFDavg(IPL₂) × … × PFDavg(IPLₙ)
Step 6 — 허용 위험도와 비교 및 판정
MEF ≤ 허용 위험도 → 허용 가능
MEF > 허용 위험도 → 추가 IPL 필요 (SIS 설치 또는 설계 변경)
HAZOP 결과에서 허용 불가 판정된 사고 결과(Consequence)를 선정합니다. 결과 범주: 인명 피해 / 환경 피해 / 재산 피해.
Step 2 — 초기 사건(IE) 식별 및 빈도(IEF) 결정
시나리오를 유발하는 단일 초기 원인을 식별합니다. IEF는 고장 데이터베이스(OREDA, CCPS PERD 등) 또는 기업 기록에서 선정합니다.
Step 3 — 결과 심각도 및 허용 위험도 설정
사고 결과의 심각도(예: 사망, 중상)를 분류하고, 조직의 허용 위험도 기준(예: 사망 1×10⁻⁴/yr)을 확인합니다.
Step 4 — IPL 식별 및 PFDavg 결정
시나리오에 적용되는 IPL을 식별하고, 각 IPL의 PFDavg를 결정합니다. IPL 인정 기준은 ARC-RISK-002를 참조합니다.
Step 5 — 완화 사건 빈도(MEF) 산정
MEF = IEF × PFDavg(IPL₁) × PFDavg(IPL₂) × … × PFDavg(IPLₙ)
Step 6 — 허용 위험도와 비교 및 판정
MEF ≤ 허용 위험도 → 허용 가능
MEF > 허용 위험도 → 추가 IPL 필요 (SIS 설치 또는 설계 변경)
5.1 계산 예시
시나리오: 반응기 고압 → 폭발 (인명 피해)
IEF = 1×10⁻¹ /yr (제어 밸브 고장 빈도)
허용 위험도 = 1×10⁻⁵ /yr (사망 기준)
필요 위험 감소 = 10⁻¹ / 10⁻⁵ = 10⁴ (RRF = 10,000)
IPL 1: BPCS 고압 알람 + 차단 PFDavg = 1×10⁻¹
IPL 2: PSV (압력 안전밸브) PFDavg = 1×10⁻²
MEF = 10⁻¹ × 10⁻¹ × 10⁻² = 1×10⁻⁴ /yr
결과: MEF (10⁻⁴) > 허용 (10⁻⁵) → 추가 IPL 필요
→ SIS 설치 검토 (PFDavg ≤ 1×10⁻¹ 필요 → SIL 1)6. IPL 인정 기준 개요
IPL로 인정받으려면 다음 3가지 조건을 모두 충족해야 합니다.
| 조건 | 설명 |
|---|---|
| 독립성 (Independence) | 초기 사건 및 다른 IPL과 공통 원인 고장(CCF) 없어야 함 |
| 기능성 (Functionality) | 해당 시나리오의 사고 결과를 실제로 예방 또는 완화할 수 있어야 함 |
| 신뢰성 (Reliability) | PFDavg가 문서화된 수치 이하임을 검증 가능해야 함 (시험·점검 기록 포함) |
IPL 중복 계상 금지
동일한 기기·시스템을 두 개의 IPL로 계상하는 것은 허용되지 않습니다. 예: BPCS 알람과 BPCS 차단을 별도 IPL로 계상하는 것은 원칙적으로 불가합니다. 각 IPL 인정 기준의 상세 내용은 ARC-RISK-002 (IPL 인정 기준)를 참조하십시오.7. 현장 오류 사례
오류 1 — IPL 중복 계상
DCS 알람과 DCS 차단을 별도 IPL로 계상
두 기능이 동일한 DCS에 의존하면 공통 원인 고장(CCF) 가능성이 있어 독립성 요건을 충족하지 못합니다. SIS 또는 독립 하드웨어 인터록으로 분리해야 별도 IPL로 인정됩니다.
오류 2 — 운전원 조치(Operator Action)의 남용
운전원 조치를 여러 시나리오에서 IPL로 반복 계상
운전원 조치는 제한적으로만 IPL로 인정됩니다. 조치 시간이 충분하고(통상 10분 이상), 운전원이 사고 징후를 명확히 인지할 수 있는 경우에 한하며, 통상 PFDavg = 0.1 적용합니다. 동일 운전원 조치를 여러 시나리오에 반복 사용하면 독립성이 약화됩니다.
오류 3 — PSV를 무조건 IPL로 인정
점검 이력 없는 PSV를 PFDavg 0.01로 계상
PSV는 정기 시험·교정 기록이 있어야 IPL로 인정됩니다. 시험 주기와 고장 이력에 따라 실제 PFDavg는 0.01~0.1로 달라질 수 있습니다. 제조사 데이터와 현장 점검 기록을 기반으로 PFDavg를 결정해야 합니다.
오류 4 — IEF 과소 평가
제어 밸브 고장 빈도를 1×10⁻³ /yr로 가정
CCPS PERD 등 공인 데이터베이스 기준 제어 밸브 고장 빈도는 통상 1×10⁻¹ /yr 수준입니다. IEF를 과소 평가하면 MEF가 실제보다 낮게 계산되어 위험을 과소평가합니다. 반드시 공인 고장 데이터를 사용하십시오.
8. ArchSafe 실무 체크리스트
LOPA 수행 체크리스트
- ☐ HAZOP 결과에서 LOPA 대상 시나리오 선정 (허용 불가 항목)
- ☐ 초기 사건(IE) 단일 원인으로 명확히 정의
- ☐ IEF 공인 데이터(OREDA, CCPS PERD) 또는 현장 기록 기반 결정
- ☐ 허용 위험도 기준 조직 내부 승인 문서 확인
- ☐ IPL 목록 작성 — 독립성 / 기능성 / 신뢰성 3요건 각각 확인
- ☐ IPL 중복 계상 여부 검토 (공통 원인 고장 확인)
- ☐ 각 IPL PFDavg 근거 문서 확보 (시험 기록, 제조사 데이터)
- ☐ MEF = IEF × Π PFDavg 계산 및 기록
- ☐ MEF vs 허용 위험도 비교 → 판정 및 서명
- ☐ 추가 IPL 필요 시 SIS 검토 → ARC-RISK-002, ARC-RISK-003 참조
9. 참고 표준 및 법령
- IEC 61511-1: 공정 산업 안전계장 시스템 — LOPA 적용 기반
- IEC 61508: 전기·전자·프로그래머블 안전 관련 시스템
- CCPS "Layer of Protection Analysis": LOPA 방법론 표준 참고서
- CCPS PERD: 공정 장비 신뢰도 데이터베이스 (IEF·PFD 기준값)
- OREDA: 해양·석유화학 설비 신뢰도 데이터베이스
- 산업안전보건법 공정안전관리(PSM) 규정 — 위험성평가 요건
- 화학물질관리법 장외영향평가 — 위험도 평가 기준
관련 문서