사건수 분석기법(ETA)

왜 배우는가: 사건수 분석(ETA)은 초기사건 하나에서 출발해 안전장치의 성공·실패 조합에 따라 사고 결과가 어떻게 갈라지는지 보여 주는 기법이다. 공정안전보고서 작성과 위험성 정량평가에서 「공정안전보고서의 제출·심사·확인 및 이행상태평가 등에 관한 규정」이 명시한 기법이라 실무 적용 근거가 분명하다. 시험에서는 FTA와 비교하는 문제, 정의 문제로 반복 출제된다.

출제 이력: 제131회 1교시 4번, 제117회 1교시 10번, 제109회 1교시 12번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

사건수 분석(ETA)은 초기사건에서 출발해 안전장치의 성공·실패 조합에 따른 잠재적 사고결과를 정량적으로 평가하는 귀납적 분석기법이다.

• 초기사건(Initiating Event)
• 귀납적 분석(Inductive Analysis)
• 성공·실패 분기(Branching)
• 사고 시나리오(Accident Scenario)
• 사건 발생 확률(Probability of Outcome)
• FTA 와의 대비(Forward vs Backward)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 "사고가 한 번 시작되면 그다음 안전장치가 잘 작동하느냐에 따라 결말이 여럿으로 갈라진다"는 것을 나무 가지처럼 그려 보는 방법이다. 시작점은 펌프 고장, 밸브 오작동, 운전원 실수 같은 초기사건(Initiating Event) 이다.

정식 정의는 「공정안전보고서의 제출·심사·확인 및 이행상태평가 등에 관한 규정」 제2조제14호에 있다. 사건수분석은 초기사건으로 알려진 특정한 장치의 이상 또는 운전자의 실수에 의해 발생되는 잠재적인 사고결과를 정량적으로 평가·분석하는 방법이다.

분석의 논리는 귀납적 분석(Inductive Analysis) 이다. 원인에서 출발해 결과를 향해 앞으로(forward) 나아간다. 각 분기점은 보호계층이 작동하는 경우(성공)와 작동하지 않는 경우(실패)의 두 갈래로 나뉜다. 이것을 성공·실패 분기(Branching) 라고 한다.

각 경로의 발생확률은 분기 확률을 곱해서 구한다. 중간사건의 실패확률은 결함수 분석(FTA)으로 구할 수 있고, 성공확률은 성공확률과 실패확률의 합이 1이 되는 관계로 구한다. 따라서 ETA 는 FTA 결과를 입력으로 받아 사고 사고 시나리오(Accident Scenario) 별 결과 빈도를 완성하는 도구로 쓰인다.

3. 등장 배경과 필요성

복잡한 공정에서는 사고가 하나의 원인으로만 일어나지 않는다. 초기사건 뒤에 여러 안전장치가 차례로 작동해야 사고가 억제된다. 안전장치가 어떤 순서로 실패하느냐에 따라 피해 규모가 달라진다. 이 관계를 한눈에 보려면 시간 순서대로 분기를 그리는 방법이 필요하다.

ETA 는 원자력 발전소 안전성 평가에서 발전했고, 이후 화학공장 등 다른 설비 분야로 확장되었다. 설계 초기에 적용하면 사고 경로를 미리 찾아 수정할 수 있다는 장점이 있다. 사고가 발생한 후 대책을 세우는 방식과 달리 사전 예방에 쓰인다.

국내에서는 공정안전관리 제도에서 공정위험성평가 기법 가운데 하나로 명시되었다. 공정안전보고서 작성자는 사고빈도분석(FTA, ETA) 과정 교육을 이수해야 하는 근거도 같은 규정 제6조제2항에 있다.

4. 구성요소·원리·절차

사건수분석(Event Tree Analysis, ETA)은 초기사건(Initiating Event)에서 출발해 안전기능의 성공과 실패를 나뭇가지처럼 나눈다. 각 분기에 확률을 붙이면 경로별 사고 빈도를 구할 수 있다. 구성요소는 다음과 같다.

초기사건은 분석마다 하나만 두고, 안전기능은 작동 순서대로 열에 배열한다. 말단 결과는 피해 규모나 사고 유형으로 구분해 적는다.

원리는 독립 사건의 확률 곱셈이다. 한 경로의 빈도는 초기사건 빈도에 각 기능의 성공 또는 실패 확률을 차례로 곱해 구한다. 식은 다음과 같다.

$f_{path} = f_{IE} \times \prod_{i} p_i$

f_{path}는 경로 빈도(회/년), f_{IE}는 초기사건 빈도(회/년), p_i는 i번째 기능의 성공 확률 ps 또는 실패 확률 pf(무차원)다. 실패 확률 pf는 결함수분석(FTA)으로 구하고, 성공 확률은 ps = 1 − pf로 구한다. 예를 들어 pf = 0.1이면 ps = 0.9다.

ETA는 기능 사이가 서로 독립이라는 가정 위에서 곱셈을 쓴다. 동일 설비의 고장이나 같은 전원이 여러 기능에 동시에 영향을 주면 이 가정이 깨진다. 이때는 공통원인 고장을 따로 반영해야 하며, 이 부분이 ETA 계산에서 자주 빠지는 항목이다.

절차는 다음 순서로 진행한다.

• 초기사건을 정의하고 그 빈도를 정한다.
• 초기사건 뒤에 작동해야 하는 안전기능을 순서대로 나열한다.
• 각 기능의 실패 확률을 FTA로 구하고 성공 확률은 1에서 뺀다.
• 성공과 실패 분기를 그리며 말단 결과까지 확장한다.
• 경로별 확률을 곱하고, 같은 결과에 이르는 경로를 합산한다.
• 결과 빈도를 허용 기준과 비교해 추가 안전기능이나 대책을 정한다.

가상의 예로 초기사건 빈도를 1.0×10⁻³회/년, 안전기능 1과 2의 실패 확률을 각각 0.1로 둔다. 두 기능이 모두 실패하는 경로가 사고로 이어지므로, 이 경로의 빈도는 1.0×10⁻³ × 0.1 × 0.1 = 1.0×10⁻⁵회/년이다. 결과는 초기사건보다 두 자릿수 낮아 상식 범위에 맞다.

아래 그림은 절차의 흐름이다.

5. 관련 법령·기준·표준

ETA의 법적 근거는 「산업안전보건법」 제44조부터 제46조까지다. 같은 법 시행령 제43조부터 제45조까지와 시행규칙 제50조부터 제54조까지가 공정안전보고서의 제출과 절차를 정한다. 세부 기준은 「공정안전보고서의 제출·심사·확인 및 이행상태평가 등에 관한 규정」(고시)이 정하며, ETA는 이 고시의 공정위험성평가 기법 가운데 하나로 열거된다.

고시 제2조제1항제14호는 사건수분석 기법을 정의한다. 사건수분석은 초기사건에서 출발해 잠재적 사고결과를 정량적으로 평가하는 기법이다. 따라서 답안에는 정성 분석이 아니라 정량 평가라고 써야 한다.

보고서 작성 인력도 ETA와 연결된다. 고시 제6조는 보고서 작성자에 공단이 실시하는 관련 교육 또는 직무교육기관이 실시하는 전문화교육을 28시간 이상 이수한 사람을 1명 이상 포함하도록 한다. 고시 제6조제2항제2호의 사고빈도분석(FTA, ETA)과정이 이 교육에 해당한다. 심사반은 고시 제7조제1항제1호의 위험성평가 분야 전문가를 포함해 구성된다.

설정압력과 배출용량은 안전보건규칙 제264조 및 제265조에 따라 산출한다(고시 제21조제4항제1호). 안전밸브와 파열판의 설정압력 오차범위는 고시 제21조제4항제5호의 기준을 따르며, 그 값은 다음 표와 같다.