한국형 RBI의 과거 현재 그리고 미래
한국형 RBI의 과거 현재 그리고 미래
  • 승인 2007.01.11
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“장치산업 RBI의 최종단계 RBM”
기업 자산관리 위한 전사적 위험평가 기술로 진화
▲ 최송천 한국가스안전공사 가스안전연구개발원시설연구실 책임연구원
최근 국내 정유·석유화학 산업에서 화두(話頭)가 되고 있는 것이 바로 RBI(Risk-Based Inspection) 기술이다. 산업이 급속히 발전함에 따라 전 세계적으로 대형 플랜트 산업시설의 노후화로 인해 대형사고 발생 위험성과 사고 발생시 그 피해범위에 대한 우려의 목소리가 한층 높아지고 있는 실정이기 때문이다.

국내 보유 플랜트는 1960년대 후반 중화학공업 육성정책에 따라 급속히 발전하여 왔으며 그 생산량도 세계적으로도 높은 순위를 차지하고 있다. 그러나 현재 국내 중화학 플랜트의 설비는 사용기간이 30~40년 이상 된 노후 플랜트가 70%이상을 차지하고 있어 대형사고의 위험성이 국가적인 관심사로 대두되고 있다.

현재의 정유·석유화학 업체의 진단 및 검사 방법은 각 장치별 위험도에 따른 정량적인 위험순위를 고려하지 않는 단순한 시간개념의 주기적 검사를 시행하고 있다. 따라서 그 실효성과 생산효율에서 후진국형 검사기법에 치중하고 있는 것도 사실이다. 또 대형사고 발생 때마다 강화되는 하드웨어적 규제도 생산성에 악영향을 미칠 수도 있다.

극심해지는 국제적인 경쟁으로 인해 공정·설비의 세분화와 생산효율 증대를 위해 고온·고압의 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 해야할지와 파손이 발생하였다면 그 위험성은 얼마나 될지를 정확하게 알 수 있다면 shutdown시의 불필요한 교체를 배제함으로써 경제적 이득을 꾀할 수 있을 것이다.

정부차원의 장기적 기술개발 필요
한국 실정에 적합한 프로그램 개발도 관건

현재 우리나라의 중화학 플랜트 설비는 양적으로 급팽창하였으나 체계적인 본질안전, 플랜트 설비의 안전성과 효율적 관리, 설비안전진단 등의 측면에서는 아직도 고유기술개발 및 시스템 안전구축 등에서 선진국과 비교해 취약점을 드러내고 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 하나로 위험설비가 산재해 있는 플랜트 내에서 언제, 어느 부위에, 무엇을, 어떻게 검사해야 이 장치들의 위험도를 최소화할 수 있는가 하는 방향을 제시하고 있다.

선진국의 대형 플랜트를 보유한 정유·석유화학 시설의 경우, RBI 기술을 도입함으로써 보험회사에서 책정하는 보험료 산정에 크게 기여해 연간 경상비용의 대폭적인 절감은 물론 생산비와 유지관리비용 측면에서 큰 효과를 보고 있다.
▲ 운전중인 기기에 대한 RBI 프로그램


RBI란 무엇인가?

RBI는 기존의 시간(time)에 기초한 검사와는 달리 개개의 설비와 관련된 risk를 사고확률(likelihood of failure: LOF)과 피해결과(consequence of failure: COF)에 의한 측정 가능한 손실비용(Risk = LOF × COF)으로 계량화함으로써 잠재적 위험도(risk)가 높은 설비를 중심으로 검사 및 보수의 우선순위를 결정하는 기술이다. RBI 2080 rule에 의하면 전체 단위설비의 20%가 전체 위험의 80%를 차지하고 있다. 이는 100개의 배관이 있을 경우 약 20개 정도의 배관이 매우 위험하고 나머지는 덜 위험하다는 것을 말한다.

따라서 위험도가 상대적으로 적은 장치류들은 검사주기를 연장해 검사경비를 절감하고 위험도가 큰 장치류는 더 많은 예산을 투입해 검사주기를 줄이거나 적절한 검사 프로그램을 설계함으로써 각 기기들의 파손위험도를 체계적으로 관리한다면 사고발생 확률을 줄이고 경비절감 및 생산성을 향상하는 3가지 효과를 얻을 수 있다.

결국 특정 검사활동의 수행에 대한 가치를 설명하는 수단(Tool)과 검사계획 수립을 위한 의사결정 경영수단(Decision making management tool)으로서의 역할을 수행하는 것을 말한다. 또한 전체 시스템에 대한 주기적인 시스템 감사와도 연계해 품질개선공정(QIP)에 맞출수도 있으며 계속적인 개선도 가능해 질 수 있다.
▲ 투자비 대비 효율비용(Case Study)


국내 RBI 기술 적용 현황

국내의 경우 RBI 기술을 처음으로 도입 적용한 업체는 SK(주)다. 1997년 6월부터 12월까지 미국의 APTECH사로부터 기술용역을 의뢰해 1998년 5월부터 11월까지 SK(주) 자체의 RBI체계를 수립했으며 데이터베이스를 구축해 설비별 검사표준서(SEIP)를 자체 개발했다.

결국 1999년부터는 CLX 전공정에 SK(주) 자체 개발품(정성적 평가)을 적용해 위험도에 따른 평가를 완료하였고 2000년부터 기술사업화로의 다각화를 추진해 왔으나 현재는 내부 플랜트 관리에만 중점을 두고 있다.

그 외에도 GS-Caltex정유(주)에서 2000년 4월부터 11월까지 DNV사와 RBI 계약을 체결해 No.1 CDU/RFCC 공정에 대해 정량적 평가를 수행해 이듬해 2001년 1월부터 11월까지는 No.1/2 Aromatics 공정에 대해 자체 평가를 수행한 바 있다. 이외에도 LG 화학(주)에서도 DNV사로부터 RBI 컨설팅을 받은 바 있다.

RBI를 구축하기 위해서는 공장 내 필수 정예요원으로 구성된 TFT팀을 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 마지막 항목인 장치별 S/D 주기연장의 경우 국내에서는 법적인 문제가 남아 있는 상태이다. 즉 RBI의 국내 도입할 경우 국내 실정에 적합한 관련 근거 및 신중한 타당성 검토가 뒤따라야 할 것으로 사료된다. 왜냐하면 국외의 상용 RBI 프로그램은 매우 다양해 컨설팅 가격도 천차만별이어서 그 대상범위도 조차 가늠하기 어려워 구체적인 기준 설정이 필요하기 때문이다.
▲ 기존의 안전관련 평가기법과 RBI와의 관계
▲ 기존의 검사 코드들과의 관계
▲ GS-Caltex정유(주), 기간산업비 RBI 기술 Symposium 발표자료


국내 RBI 기술개발 과거와 현재

RBI 기술개발의 시작은 2000년 10월 제215차 국회 국정감사 시 배기운, 이근진 위원의 지적으로 ‘국내 석유화학·정유 등 국가기간 산업시설에서의 대형가스사고 예방 및 안전투자효율(경제성)의 극대화를 위한 첨단 차세대 진단 평가기술 개발의 필요성’을 제기하면서 부터 시작됐다.

이를 바탕으로 한국가스안전공사 가스안전연구개발원이 국가 정책과제의 일환으로 중장기 대형과제인 ‘첨단가스안전인프라구축사업’를 도출하게 된 것이다.

전 세계적으로 IT분야에서는 탁월한 우수성을 인증 받고 있는 국내 소프트웨어 산업의 발전과 함께 한국가스안전공사는 2000년 12월부터 이듬해 5월까지 GSP(Group Sponsored Project(다자간 공동연구과제)에 참여해 중앙대학교 윤기봉 교수를 총괄 책임자로 성균관대학교 산업설비 안전성 평가 연구센터(SAFE)와 공동으로 수행해 한국형 RBI 프로그램의 개발 타당성을 검토했다.

이와 동시에 한국가스안전공사에서는 2001년 1월부터 2002년 12월까지 2년 계획으로 ‘중대 산업설비의 위험등급에 따른 진단평가 기술(RBI) 개발’과제를 수행해 API 581을 기반으로 한 RBI S/W를 중앙대학교와 공동으로 개발했다. API 581 Code는 정유 플랜트를 전용으로 개발한 절차서로서 초기 개발품을 현장에 1차 적용 테스트를 실시하고자 현재의 GS-Caltex정유(주)의 CDU 플랜트에 본 프로그램을 적용했다. 그 결과 해외의 DNV사로부터 RBI를 적용한 결과 값과 유사한 위험성 평가 결과를 얻었으나 손상기구(damage mechanism)에서는 보다 탁월한 입·출력 기능 및 상세정보를 보다 많이 확보하는 성과를 도출했다.

그 후 현장 적용 테스트 기간 중에 발생한 S/W의 오차를 1년간 수정·보완해 2002년 1월부터 5개년 계획으로 2006년 12월까지 산업자원부로부터 ‘첨단가스안전기술개발사업’ 자금을 지원받아 기존에 개발한 RBI 프로그램 초안본을 바탕으로 본격적인 기술 개발에 착수하게 된 것이다.

RBI 기술개발은 현장의 Needs를 반영하고 학계 및 연구소의 검증을 획득해 모두가 공감하는 현장에 필요한 기술개발의 필요성에 의해 개발되게 됐다. 따라서 지난 2002년 5월 10일에는 학계(중앙대, 성균관대), 연구소(표준과학연구원) 및 산업계(YNCC(주), LG화학(주), GS-Caltex정유(주), 현대엔지니어링(주))와의 RBI 기술개발 공동연구 협정을 체결했으며 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 완료되게 됐다.

이후 정보통신부에 프로그램 등록을 완료하고 특허 출원(2003-0048250호)을 했으며 개발에 참여한 연구원들은 해외 선진국에서 개발한 상용 RBI 프로그램에 대해 벤치마킹을 위해 미국에서 관련 API Code 교육을 받고 국제적인 RBI 기술개발 동향 파악에 전념해 왔다. 특히 유럽연합에서 수행하고 있는 RIMAP 프로젝트에 Observer 자격을 취득해 유럽에서 개발하고 있는 RBI 프로그램 개발 프로젝트에 참가하는 한편 API에서 개발한 RBI 프로그램에 보다 기능을 강화한 알고리즘을 KGS-RBI에 추가 보완했다.

또한 사용적정성 평가(FFS) 프로그램을 구입, 해외 기술교육을 수행함으로써 RBI 평가 후 가동 중 사용적합성 평가까지 가능하도록 연구원들의 능력을 배양했다. 이후 개발 중 API 581 Code에 근거한 프로그램의 경우 정유플랜트 전용으로 플랜트내 사용되는 유체의 종류가 17가지로 한정돼 피해범위 평가에는 오차를 발생하게 된 것을 발견하게 됐다.

따라서 2004년 1월부터 12월까지 1년간에 걸쳐 성균관대학교 기계공학부 최재붕 교수와 공동으로 석유화학 플랜트에서 사용하는 유체의 종류에 따른 특성별 DB를 구축해 KGS-RBI 프로그램과 연동해 피해범위 평가에 반영이 되도록 석유화학전용 KGS-RBI 프로그램 개발(ver.2.0)에 착수했으며 2005년 1년간은 소프트웨어 up-grade 및 기능강화를 수행하게 됐다. 2005년에는 그간의 연구성과를 일본 부식학회 및 미국 기계학회(ASME-PVP)에 발표해 큰 호응을 받기도 했다.

이 기간 중에 2004년 11월에 S-Oil(주)로부터 KGS-RBI 구축의뢰 용역이 들어오게 되어 정유플랜트 전용 KGS-RBI 프로그램을 적용해 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 수행하게 됐으며 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 수여받게 되어 대내외적으로 한국가스안전공사에서 개발한 한국형 KGS-RBI 프로그램의 기술력를 크게 인정받았다. 2006년 6월에는 특허청으로부터 ‘중대 산업설비의 위험등급에 따른 진단평가 방법 및 그 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체’라는 제목으로 RBI 기술에 대해 특허(제 10-0587819호)를 획득하기도 했다. 또한 2006년 7월부터는 NCC 플랜트에 대해 이미 RBI 기술을 구축한 호남석유화학(주)로부터는 그 기술력을 인정받고 BTX플랜트에 대해서도 또 다시 기술이전 용역의뢰가 있어 2006년 12월까지 KGS-RBI 프로그램 구축 및 기술이전을 수행했다.

현재는 사용자 편의성 및 입·출력 기능을 크게 강화한 KGS-RBITM(Ver. 2.6)을 출시했으며 2006년에는 국내 학회에 15편 및 국제 학회에 2편의 논문을 발표 및 투고해 그 기술력을 인정받았다.

향후 RBM 기술개발 방향

앞에서 살펴본 바와 같이 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 해마다 계속되는 고유가(高油價) 시대로 접어들면서 유지관리비와 생산비용의 절대적인 절감을 꾀함은 물론 안전에 대한 투자비 역시 간과할 수 없는 현실이기 때문이다.

RBI 구축에 따른 공장에서의 실질적인 효과를 보면 △고위험 장치의 집중적인 관리가 용이 △누출사고의 감소 △PM/PdM의 기본자료로 활용 △운전시간의 증가 △검사비용의 최적화 △S/D에 따른 업무량 및 비용 절감△Data 및 도면의 Up-data △기존의 시간의존 검사에서 탈피한 조건 및 위험성에 근거한 검사로의 변환을 들 수 있다.

그러나 RBI 수행시 간과해서는 안 될 점이 몇 가지 정도 있다. 인적오류, 자연재해, 외적요소(충돌이나 추락사고 등), 인접한 Unit에 의한 2차 사고, 고의적인 행동(파업 등), 검사방법의 근본적인 제한, 설계오류 및 알려지지 않은 손상기구 등은 검사 노력만으로 위험도가 zero(0)가 될 수 없는 경우다.

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 이뤄진 평가방법도 필요하기 때문이다. 또한 해외 RBI S/W의 무분별한 도입은 계속적인 up-grade에 따른 기술료 지급 문제와 그에 따른 기술종속은 회피할 수 없다. RBI 기술은 서언에서 밝힌 바와 같이 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 반영돼야 함으로 해외 컨설팅 전문 업체에서는 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 학위자를 보유함으로써 학문적인 근거를 바탕으로 한 지식기반 컨설팅 사업과 연구를 병행해 RBI 구축결과를 국제학회 등에서 적극적으로 발표해 홍보하고 있는 실정이다. 유럽에서는 DNV, TWI 및 TUV 등에서 적극적인 마케팅으로 인한 컨설팅을 수행하고 있으며, 미국에서는 Apteche사 및 Shell Global Solution사 등에서 활발하게 활동하고 있다. 최근에는 LNG, Offshore 플랜트 및 지하매설 가스배관에 대해 RBI 평가를 많이 수행하고 있다. 또한 ERP와 연계해 설비관리 시스템[EAM(Enterprise Asset Management), CMMS(Computerized Maintenance Management System)] 등을 확대 적용함으로써 플랜트 자산의 비용-편익분석에 따른 안전 투자가치의 효용성을 증대시키는 RBM(Risk-Based Management) 기술로 전환하고 있는 실정이다. 따라서 가스안전공사 가스안전연구개발원에서는 2007년부터 3개년 계획으로 이제까지의 RBI 기술개발을 발판으로 보다 진일보 된 RBM 기술개발을 추진 중에 있다. 물론 현재의 RBI기술을 계속 up-grade 시킴과 동시에 통합 솔루션 개발에 박차를 가할 예정이다. 또한 현재의 RBI 기술 컨설팅 사업은 2007년부터 한국가스안전공사 기술컨설팅 센터의 전문가 그룹 차원에서 기술용역을 수행할 예정으로 있다.

세계적으로 정유 및 석유화학 플랜트에 대한 안전관리 기법의 최종단계는 자산건전성 관리(AIM : Asset Integrity Management)를 위한 전사적 위험성 평가 기법 개발함으로써 플랜트의 설비별 위험성에 대한 경영지표 선정을 위한 통합·일체형 위험성 기반 관리(RBM) 프로그램으로 전환되고 있는 추세이다. 결국 석유화학 분야의 비파괴 진단기술과의 접목과 ERP를 바탕으로 한 Web 기반의 설비 열화정보 시스템을 연계한 통합형 안전진단 솔루션을 제공할 수 있는 최첨단의 진단평가 프로그램을 개발하려는 계획으로 추진하고 있다. 현재까지는 정유 및 석유화학 플랜트 설비에서 발생할 수 있는 설비별 열화기구에 대해 API 571 Code 및 ASME PCS를 바탕으로 2005년 1월부터 2006년 12월까지 중앙대학교 윤기봉 교수 팀과 함께 2년간 ‘위험설비 재질열화 진단 정보 프로그램’을 첨단가스안전기술개발 사업의 일환으로 개발했다. 이러한 탁월한 진단 정보 프로그램과 현재의 KGS-RBI 프로그램 및 미국 IOWA 주립대 비파괴센터(CNDE)와의 멤버쉽 가입으로 세계적으로 탁월한 자산 건전성 및 진단평가 프로그램인 RBM 기술을 개발할 예정이다. 특히 국내의 석유화학 플랜트뿐만 아니라 해외 플랜트 기술 수출과 동반지출함으로써 해외 선진국과 어깨를 겨눌 수 있는 설비 및 자산관리 기술개발에 그 목적을 두고 있다. 석유화학 산업 등 중화학 공업은 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 할 기로에 서 있다고 할 수 있다. 그렇다면 우리의 강점인 IT 기술을 기반으로 플랜트 분야의 운영관리 기술 분야에 박차를 가할 때 국제 경쟁력은 물론 국내 설비의 투자 효율성도 극대화 시킬 수 있을 것이다.

결국 위험성 평가와 관련된 국내·외의 정유·석유화학 산업의 실정을 잘 파악하고 있는 정부산하의 유관기관에서 보다 적극적이고 장기적인 계획하에 RBM 기술과의 연계 사업이 이루어져야 할 것으로 판단된다. 이와 함께 향후 RBM 평가 적용에 따른 관계법의 제도적인 문제도 개선되어 선진국 수준의 기술 기준이 수립돼야 할 것이다.

따라서 세계적인 추세와 더불어 ‘세계적인 KGS-RBM 프로그램의 개발’에 대한 정부의 적극적인 지원이 기대되며 향후 각 기업의 RBM 프로그램의 적용에 따른 안전 투자비에 대한 극대한 효과 증진과 함께 보험료 인하에도 크게 이바지 할 것으로 생각된다.

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