아래는 KOSHA guide P-168의 부록에 실린 위험성 평가 사례로서, 실제 사업장에서도 유용하게 활용될 수 있어서 공유한다.
탄화수소(Hydrocarbon)와 산성수 (Sour water)를 분리하는 압력용기(드럼)에서 부식성 물질인 H2S와 NH3를 포함하고 있는 산성수가 탄소강 (Carbon steel)의 배관을 통해 흐를 때 배관에 대한 부식 위험성 평가를 실시하였다.
1. 위험성평가 대상 및 잠재적 손상 메커니즘
(1) 부식 위험성평가 대상은 산성수가 흐르는 탄소강 배관으로, 평가대상의 주요조건은 아래와 같다.
부식 위험성평가 대상의 조건
(2) 위와 같은 조건에서 잠재적 손상 메커니즘은 산성수 부식 (Sour water corrosion)으로 인한 내부부식, 대기부식으로 인한 외부부식, 그리고 습식 H2S 손상으로 인한 응력부식(SCC)을 고려할 수 있다.
2. 위험도 평가
(1) LOF ((Likelihood of Failure) 평가
(가) 내부부식 평가 : 탄소강이고 부식률이 5 mpy(0.127 mmpy)이므로, 아래에서 탄소강/저합금강에 해당하고, 부식률은 0.127mm/yr(5 mpy)≤부식률<0.381 mm/yr (15 mpy)의 구간에 해당되어 내부부식 등급은 Medium (2)에 해당한다.
내부부식 평가를 위한 가이드
(나) 외부부식 평가 : 보온재가 없고, 운전온도가 50 ℃이므로 아래에서 보온재 없음에 해당하고, 운전온도가 -12 ℃<운전온도≤4 ℃ 또는 30 ℃≤운전온도≤98 ℃의 구간에 해당되어 외부부식 등급은 Low (1)에 해당한다.
외부부식 평가를 위한 가이드
(다) SCC 평가 : 아래에서와 같이 API RP 581에서 SCC (Stress corrosion cracking)의 민감도를 찾아 결정하거나, 본 가이드 [부록 1]에 따라 결정한다.
기타 손상메커니즘의 LOF 평가를 위한 가이드
황화물 응력 균열(Sulfide stress cracking, SSC)은 탄소강과 저합금강에서 상온 부근에서 발생하며 SSC의 민감도를 결정하기 위해서는 아래 table을 이용하여 결정한다. 즉, H2S의 농도와 서비스 내 자유수의 pH 값으로부터 환경 심각도(Environmental severity)를 table의 기준으로 판단하고, 환경 심각도와 용접후 열처리 (As-welded or PWHT) 유무, 그리고 금속의 경도(Brinnell hardness)를 고려하여 최종 민감도를 아래 table에 의해 기준으로 결정한다.
① SSC 평가 : H2S의 농도가 300 ppm이고, pH가 5.0이므로, 아래에서 결정된 환경 심각도는 Moderate이며,
SSC의 환경 심각도 결정
용접 후 PWHT 없고 경도(Brinnell hardness)가 200 HBN이므로 아래에서 민감도는 Medium(2)이 된다.
SSC의 민감도 결정
H2S가 포함된 서비스에서 탄소강 또는 저합금강의 재질에는 HIC/SOHIC- H2S의 SCC가 발생하며, HIC/SOHIC-H2S의 민감도는 아래 table을 이용하여 결정한다. 즉, H2S의 농도와 서비스 내 자유수의 pH 값으로부터 환경 심각도를 아래 table의 기준으로 판단하고, 환경 심각도, 강(steel)의 황(S) 함량, 용접후열처리(as-welded or PWHT) 유무, 그리고 이음이 없는 (Product form-seamless) 배관등을 고려하여 최종 민감도를 아래 table의 기준으로 결정한다.
② HIC/SOHIC-H2S 평가 : H2S의 농도가 300 ppm이고, pH가 5.0이므로, 아래에서 결정된 환경 심각도는 Moderate이며,
HIC/SOHIC-H2S의 환경 심각도 결정
용접 후 PWHT 없고 배관의 이음이 없으므로(Seamless) 아래에서 민감도는 Low(1)가 된다.
HIC/SOHIC-H2S의 민감도 결정
③ SSC의 민감도와 HIC/SOHIC-H2S의 민감도 중 큰 SSC의 민감도를 Wet H2S로 인한 SCC의 등급으로 결정한다. SSC의 민감도는 Medium (2)이 된다.
(라) 기타 부식 평가 : 없음.
(2) LOF 등급 결정
(가) 각 손상 메커니즘의 평가된 인자의 합을 다음과 같이 산출한다. Total DM Factor = 내부부식 인자 + 외부부식 인자 + SCC 인자 = 2 + 1 + 2 = 5
(나) (가)에서 총 손상메커니즘 인자의 합이 5이므로, 아래 표>에서 LOF 등급은 5등급(High)으로 결정된다.
LOF 등급 결정
(3) COF ((Consequence of Failure) 평가
(가) 가연성 평가
① 인벤토리 크기 인자 평가 : 6인치 배관을 사용하는 경우에는 아래 표에 의해 인벤토리 크기 인자는 1로 결정한다.
인벤토리 크기 인자
② 유체특성 인자 평가 : 산성수를 사용하는 경우 아래 표에 의해 유체특성인자는 0으로 결정한다.
유체특성 인자
③ 휘발성 인자 평가 : 산성수는 비가연성이기 때문에 아래 표에 의해 휘발인자는 0으로 결정한다.
휘발 인자
④ 자연발화 인자 평가 : 산성수는 자연발화 온도 이하(비 가연성)이기 때문에 아래표에 의해 자연발화 인자는 0으로 결정한다.
자연발화 인자
⑤ 압력인자 평가 : 운전압력이 1 bar이기 때문에 아래표에 의해 압력인자는0 으로 결정한다.
압력 인자
(나) 가연성 COF 등급 결정
① 모든 가연성 COF 인자를 합산하면 1이다.
② 아래표에서 가연성 COF 등급은 A 등급(Low)으로 결정된다.
(다) 독성 평가
① 산성수에는 급성 독성을 고려할 물질이 포함되어 있지 않기 때문에 평가에서 제외한다.
(라) 환경영향 평가
① 산성수가 누출될 경우 적지만 보고해야 할 누출 또는 즉각적인 복원이 가능한 현장 누출 정도의 수준으로 환경에 형향을 줄 수 있다.
② 따라서 환경영향 COF 등급은 B등급으로 결정한다.
환경에 대한 COF 등급
(마) 조업중단 손실 평가
① 산성수 라인에서 누출이 발생될 경우 차단밸브를 닫은 후 교체가 가능하기 때문에 짧은 기간 동안 처리량 감소 정도의 조업중단 손실이 가능하다.
② 따라서 조업중단 손실 COF 등급은 B등급으로 결정한다.
(4) COF 등급 결정
(가) 가연성 COF 등급은 A등급이고, 독성 COF 등급은 제외되며, 환경 영향 등급은 B등급, 그리고 조업중단 손실 등급은 B등급으로 결정된다.
(나) (가)에서 가장 큰 등급인 B등급을 COF 등급으로 결정한다.
(5) 위험등급 결정
(가) 앞에서 결정된 LOF 등급은 5등급이고, COF 등급은 B등급으로 결정되었다.
(나) 아래표에 제시된 5X5의 위험도 행렬에 표시하면 위험도는 5B를 나타내어 평가대상의 부식 위험등급은 중상위험도(Medium high)로 결정된다.
API 581의 5X5 위험도 행렬
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