[연재] (14) 석유에너지산업의 안전 및 건전성 확보 방안
[연재] (14) 석유에너지산업의 안전 및 건전성 확보 방안
  • 승인 2007.05.07
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FCC플랜트 사고의 교훈
▲ 쉘 장치안전팀장 김동섭 박사
이번호에서는 2004년 발표된 API 사고사례 중 FCC 유닛의 사고에 대해 SK의 황현식, 권영태씨에게 부탁, 번역한 것을 소개한다.

전 세계 정유공장에서는 오늘도 크고 작은 Trouble이 발생하고 있다. 이중 일부는 운 좋게 또는 적절한 관리 상황에서 조기 발견돼 조치되기도 하지만 일부는 사고로 연결돼 막대한 인적·경제적 손실을 감수한다. 이러한 사고 중에는 처음 발생하는 예측하지 못한 사고도 있지만, 대부분이 과거 이미 어디에선가 비싼 대가를 치르며 경험한 사고가 동일회사 또는 타 회사에서 재발되는 경우다.

이번호에서는 최근 원유가의 고공행진으로 각광을 받고 있는 고도화 시설인 유동성 촉매분해공정(FCC : Fluid Catalytic Cracking)에서 반복적으로 발생하는 4가지 사고 유형에 대해 분석했다. 그러나 이 경우는 비단 FCC 공장 뿐만 아니라 석유화학 Plant에서도 시사점을 공유할 가치가 있다고 생각돼 이번 글을 통해 소개하고자 한다.

이중 첫번째가 Air Compressor와 Wet Gas Compressor에서 발생하고 있는 Compressor Failure사례들이다. 이는 FCC공장의 도입 이후 많은 회사에서 재발되고 있는 사고로 어떤 한 회사에서는 이와 관련된 사고로 인해 500억원에 달하는 총손실을 입기도 했다.

이 사고의 핵심은 비정상적으로 운전되는 Compressor를 즉시 Monitoring하고 조치할 수 없는 부적절한 Control System에서 오는 사고였다. Compressor의 Over speed, Surge, High Temperature, Excessive Rotor Axial Movement 등이 적절히 Monitoring되어 문제 발생 전에 조치될 수 있도록 설계되어야 하지만, 사고가 발생한 회사들은 최신의 실시간 Monitoring System이 갖춰지지 않아 비정상 운전이 적절히 조치되지 않았고 이로 인해 큰 사고로 연결되었다.

플랜트 사고 대부분 동일유형 반복
철저한 모니터링·적절한 검사 중요

두번째는 Main Air Compressor 후단의 Check Valve의 고착에 의한 사고다. 이 사고는 평소 우리가 신경 쓰지 않는 설비들도 얼마나 큰 사고로 연결될 수 있는지 보여주는 좋은 예가 된다. Compressor Trip시 후단의 고온 설비에서 유입될 수 있는 Process가 Check Valve에 의하여 차단되어야하나 Check Valve가 고착됨으로써 Compressor가 기계적으로 파손돼 발생한 경우다.

따라서 이러한 Critical한 Compressor에 대해 최신의 Monitoring 설비를 갖추고 적어도 Check Valve를 일주에 한번 정도 작동해 봄으로써 고착되지 않도록 하는 것이 대형 사고를 방지하는 좋은 대책이 된다.

세번째로 FCC 공정의 Feed가 주입되는 Reactor Riser에 Low Temperature Interlock을 설치할 것을 강조하고 싶다. 이 사고는 Process Upset이나 운전자의 실수로 인해(가령 Regenerator로 부터 촉매가 유입되지 않을 경우) Reactor의 Riser의 온도가 낮아지는데, 이때 적절한 Interlock을 갖추지 못하고 Feed가 Riser에 계속 유입될 경우 발생한다. 이는 온도가 낮아 제대로 Cracking되지 못한 Oil이 촉매에 묻어 Regererator로 재유입 되어 Regenerator System에서 고온에서 Vaporizing됨으로써, 촉매 Carry-Over와 후단 설비에 막대한 손상을 유발한 사례들이다. 따라서 이러한 위험요소를 차단할 수 있는 Interlock 설비와 운전자의 훈련 및 비상사태에 대한 적절한 대응 조치가 중요하다 하겠다.

넷번째는 Boiler Steam Drum에서의 Level Control의 오작동으로 인한 다양한 사고 사례다. Boiler Steam Drum의 Level이 높아 Overflow가 발생해 후단설비(특히, Turbine)로 Water가 유입되어 Turbine을 손상시킨 사례가 열거되어 있다. 특히 이 경우는 Low Level로 인해 Boiler Tube가 단기간에 과열되어 파손된 사례가 많다. 이러한 사고를 방지하기 위한 방법으로 보험사에서는 조정실에서 실제 Level을 육안으로 Monitoring할 수 있는 설비(CCTV, Fiber Optic System)를 갖출 것을 권장하고 있다 .

기타 주목할 만한 사고로는 Compressor의 비정상적인 진동이 계속됨으로써 Piston이나 관련 배관의 Joint 파단으로 발생한 대형사고 사례들이다. 여기에는 Suction과 Discharge 배관에 Pulsation Suppression Orifice Plate를 설치해 해결한 경험이 포함되어 있다. 또한 우리가 Non-Pressure Equipment로 특별히 관리를 하지 않는 Flare Line에서도 Salt 축적에 의해 Line이 막힌 사고, Liquid의 축적에 의한 기계적인 파손 등 예상치 못한 사고들이 아직도 발생하고 있으므로 이에 대한 적절한 검사 및 대응책이 필요하다.

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