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보일러의 고도화와 함께 진화하는 안전 규제보일러의 안전관리
  • 한국에너지정보센터
  • 승인 2019.10.25 18:01
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일본 후생노동성에서는 ‘기능안전으로 기기의 안전 확보에 관한 기술상의 지침’을 발행하여 기능안전을 활용한 기계 등의 안전 확보를 추진하고 있다. 보일러에 대해서는 2016년 9월 노동안전위생법령에 기능안전에 의한 안전 확보를 규정하여 안전규제의 고도화를 도모하기 위해 관계법령의 개정이 진행되기도 했다. 일본의 사례를 통해 본 보일러의 안전관리, 그 방법과 최근 안전 관련 제도 개정의 흐름에 대해 알아보았다.

 

기능안전의 도입에 의한 안전규제의 고도화

움직임이 나타나고 있다. 일본은 2016년 일본 후생노동성에서 ’기능안전에 의한 기계 등에 최근 안전 규제가 고도화되고있다. 전기기술, 전자기술, 컴퓨터 기술의 진보와 함께 이들의 기술이 기계에 도입되면서 고도의 제어가 가능하게 되었기 때문이다. 그만큼 안전과 관련한 기계의 움직임이나 제어가 복잡하고 고차원화 되었기 때문에 해당 기술에 적용되는 안전 규제
또한 그에 맞춰 고도화될 필요가 있는 것이다.

이처럼 고차원화 되고 있는 기능안전에 대해서는 국제 규격 변화의 움직임이 일고 있다. 유럽에서는 기능안전을 도입한 높은 신뢰성을 가진 제어장치나 기계 등에 대해 취급 규제 재검토
의 관한 안전확보에 대한 기술상의 지침’을 고시했다(이하 기능안전지침). 특히 보일러에서는 2016년 9월 안전 규제의 고도화를 위해 관계 법령이 개정되었다.

보일러 및 압력용기 안전 규칙의 개정
보일러에 적용되는 안전 규제로는 ‘보일러 및 압력용기에 관한 안전규칙(이하 보일러 규칙)’이 있다. 이 규칙의 제 25조에서는 보일러 기술자에 의한 상시 감시나 기능 점검을 1일 1회 진행하는 것을 의무화하고 있다. 보일러에는 이상이 있을 경우 자동으로 보일러를 정지하는 ‘자
동정지기능’은 설계되어 있었다. 그러나 그 신뢰성에 대해서는 특별한 기준이 없었고, 최후의 방법으로 보일러 기술자가 상시 감시하여 이상이 있을 경우 보일러를 정지시키는 것을 전제로 하고 있었다.

기능안전을 도입한다면 자동제어의 신뢰성인 ‘안전도수준(SIL/Safety Integrity Level)’에 적합할 경우 자동제어로 인해 고장이 날 확률이 매우 낮다는 것이 정량적으로 검증된다. 때문에 이러한 기준에 의해 증명된 자동제어장치가 장착된 보일러에 대해서는 보일러 기술자가 상시 감시할 필요가 없어진다.

또한 측정이나 점검의 빈도를 3일에 1회로 할 수도 있다. 이러한 변화는 보일러 기술자의 업무 부담 경감과 함께 생산성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 이러한 변화에 따라 안전보일러의 원격제어 감시기준도 개정되어 기존 방법(별첨 1, 별첨 2)에 ‘별첨3’이 추가되었다. 추가된 항목으로는 3일에 1회 보일러가 설치된 장소에서 점검을 진행하는 등 일정한 조건을 만족해야 한다. 또한 보일러를 취급하는 작업의 주 책임자는 적어도 1시간 내로 보일러가 설치된 장소에 도달 가능한 장소에서 근무해야 한다.

기능안전 지침을 기반으로 한 안전 관련 시스템의 설계

일본 후생노동성에서 정한 기능안전 지침에서는 ‘기능안전에 관계되는 실시사항’으로 다음의 1부터3까지의 2단계가 정해져 있다.

① 요구 안전기능의 특정
- 위험성 또는 유해성 및 위험상황의 규정: 처음으로 위험에 대해 분석하여 작업자의 업무에 관계되는 위험성이나 유해성을 특정하여 그 결과에 의해 발생하는 위험 상황을 정해두고 있다.

- 요구 안전기능의 규정: 발생할 위험이 있을 것으로 예상되는 상황을 예방하기 위해 필요한 요구 안전기능을 규정한다. 여기에서 요구 안전기능이란 위험성 또는 유해성을 특정 상황에 의해 발생하는 위험을 줄이기 위해 요구되는 전기, 전자, 프로그램 상의 전자 제어 기능이다.

- 안전 관련 시스템의 규정: 특정 요구 안전기능을 실현하기 위해 필요한 안전 관련 시스템을 정해두고 있다. 이 안전 관련 시스템은 검출부(센서) 등의 입력부, 논리 처리부 및 액추에이터 등의 출력부가 포함된 것이다. 이러한 시스템은 보일러를 운전·제어하는 시스템과는 독립된 구성이 바람직하다.

 

② 요구 안전도 수준(SIL)의 결정
요구 안전도 수준이란 특정한 안전 관련 시스템에 요구되는 신뢰성의 수준이다. 국제안전규격
IEC61508/JISC0508의 기준 또는 이들과 동등 이상의 기준에 적합해야 한다. 요구 안전도 수준은 작업자가 위험성 또는 유해성에 노출되는 빈도, 발생 가능한 부상 또는 질병의 중독도, 위험 상황을 회피할 가능성, 요구 안전기능의 작동이 요구되는 빈도등에 적용되는 정성적 평가에 의해 결정된다.

③ 설계 요구 사항의 결정과 이를 기반으로 한 제조
요구 안전도 수준에 맞춰 작동 실패 확률의 기준을 만족하는 제어장치를 설계하여 제조해야 한다.안전도 수준은 위험 상황에 이르게 되는 안전 관련 시스템의 고장(위험측 고장)의 확률로 표현된다. 이는 위험측 고장 확률, 검사 간격, 평균 수리시간, 일반적인 고장 원인에 의해 계산된다. 제조자는 안전관련 시스템의 다중화에 의한 일반적 고장의 저감,자동 진단 등으로는 검출 불가능한 위험측 고장 확률의 저감, 검사 간격의 단축 등을 안전 관련 시스템에 설계 요구되는 사항으로 규정하여 이를 기반으로 제조한다.


보일러 안전관련 시스템의 설계 예
기능안전지침을 기반으로 한 보일러의 안전 관련 시스템의 설계 흐름을 크게 나누면 다음과 같다.

 

① 요구 안전기능의 규정

- 위험성 또는 유해성 및 위험 상황의 규정: 먼저 위험도 분석(risk assessment) 범위를 지정해야 한다. 위험도 분석을 시작으로 대상이 되는 보일러의 사양을 명확히 하여 위험도 분석을 실시하는 보일러 설비의 범위를 지정한다. 보일러의 사양 및 사용조건으로는 보일러 종류, 형식, 일반사양, 용량, 제어방식 등이 해당된다. 사용 조건으로는 대상이 되는 보일러의 취급 자격을 지정하여 1일 당 운전시간,보일러 설치 장소/설치 환경, 보수 점검의 내용과 그 주기 등을 결정한다.

위험도 분석 범위가 지정되었다면 위험 분석을 진행한다. 결정한 위험도 분석 범위, 사양, 사용 조건을 기반으로 고장 모드의 영향 분석이나 FTA, HAZOP과 같은 위험성 평가 기법을 사용하여 위험 분석을 실시한다.

② 요구 안전기능의 특정과 요구 안전도 수준의 결정: 

FTA 등에서 실시한 리스크 해석의 결과를 기반으로 각 요구 안전기능마다 요구 안전수준, 사용자로의 정보를 결정한다.

 

③ 설계 요구사항의 결정과 이를 기반으로 한 제조:

기능 블록도를 작성하여 이를 기반으로 요구 안전 기능마다 신뢰성 블록도를 작성한다. 또한 신뢰성 블록도의 각 구성 요소의 위험측 고장률, 검사 간격,평균 수리 시간, 일반적인 고장 원인 등을 통해 안전도 수준을 평가한다. 이러한 항목들을 제조 과정에 반영한다.

이처럼 보일러의 안전과 관련한 규제 기준의 엄격화, 제조 과정에서 고려되어야 할 안전 관련 사항들에 대해 알아보았다. 보일러 분야는 최근 제조 분야의 4차 산업혁명의 흐름과 관련하여 AI, IT 기술 등의 도입되면서 더욱 효율적이고 스마트한 제어가 가능하도록 탈바꿈하고 있다. 이러한 기능 개선도 중요하지만 여기서 빠질 수 없는 문제가 바로 안전이다. 고도화되는 기능은 물론이고, 신뢰성 높은 안전성의 확보야 말로 진정한 발전이라고 할 수 있을 것이다.

한국에너지정보센터  kecenter@hanmail.net

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