회분식 공정 위험성 (HAZOP 가이드 워드)

회분식 공정의 정의

회분식 공정은 원료를 한꺼번에 넣고 정해진 순서로 처리하는 불연속 공정이다.

원료 투입, 반응, 저장, 건조, 배출이 시간 순서로 이어진다.

매 배치마다 상태가 변하므로 단계별로 위험을 따로 봐야 한다.

반응열 축적과 열폭주

반응 속도가 빨라지면 발열량이 냉각 능력을 넘는다.

온도가 오르면 반응 속도가 다시 빨라지는 양의 되먹임이 생긴다.

이 상태가 열폭주(Thermal Runaway)다.

회분식 반응기는 정상 상태가 없어 중간의 열 축적을 놓치기 쉽다.

HAZOP과 가이드 워드

HAZOP은 공정을 노드로 나누고 설계 의도에서 벗어난 편차를 찾는 정성 기법이다.

편차는 가이드 워드에 공정변수를 조합해 찾는다. 가이드 워드는 과다, 과소, 없음, 역방향, 기타다.

회분식 반응조는 가이드 워드를 시간 단계마다 적용해야 한다.

편차 분석 예시

가상의 예다. 앞 문제의 정답은 과다다. 투입 유량이 설계 값보다 많아지는 편차다.

원인은 펌프 제어 오류와 잘못된 레시피 값이다. 영향은 반응열 증가에 따른 온도·압력 상승이다.

보호장치는 온도 경보, 긴급 냉각, 투입 차단 인터록이다. 권고는 투입량 상한 인터록 추가다.

답안에는 편차, 원인, 영향, 보호장치, 권고사항 순서로 옮겨 쓴다.

운전 방식별 비교

운전 방식에 따라 위험 양상과 HAZOP 적용 방식이 달라진다.

회분식은 정상 상태가 없어 단계별 시퀀스 분석이 필수다. 연속식은 노드별 분석이 주가 된다.

반회분식은 투입 속도가 변수라 투입 유량과 투입 순서를 분석 대상으로 삼는다.

흔한 실수와 채점 포인트

첫 번째 실수는 회분식 공정을 연속식처럼 정상 상태로 보는 것이다.

두 번째는 단계 전환 조작을 빼고 정상 운전만 보는 것이다.

세 번째는 단계별 위험을 한 항목으로 뭉뚱그리는 것이다. 네 번째는 기법 선정 근거를 쓰지 않는 것이다.

회분식 공정은 단계별 상태 변화와 전환 조작을 나눠 분석해야 한다.