결함수분석기법 (FTA)1. 목 적이 지침은 산업안전보건법 제49조의 2(공정안전보고서의 제출 등) 동법 시행령 제33조의 6 및 동법 시행규칙 제130조의 2 규정에 의해 사업주가 작성해야할 공정위험성평가서의 원활한 작성을 위해 시행규칙에서 허용하고 있는 결함수 분석기법(FAULT TREE ANALYSIS : FTA)에 대한 지침을 정하는데 목적이 있다.2. 적용범위이 지침은 사고의 원인이 되는 장치의 이상이나 고장의 다양한 조합 및 작업자실수원인을 규명하는 방법으로서 설계 또는 운전단계에 있는 공정위험성평가시 사고의 발생빈도와 예상사고시나리오를 추정하는데 적용한다.3. 용어의 정의(1) 이 지침에서 사용되는 용어의 정의는 다음과 같다.(가) “정상사상(TOP EVENT)”이라 함은 재해의 위험도를 고려하여 결함수 분석을 하기로 결정한 사고나 결과를 말한다.(나) “기본사상(BASIC EVENT)”이라 함은 더 이상 원인을 전개할 수 없는 기본적인 사고의 원인으로서 기기의 기계적 고장, 보수와 시험이용불능및 작업자실수사상 등을 말한다.(다) “중간사상(INTERMEDIATE EVENT)”이라 함은 정상사상과 기본사상 중간에 전개되는 사상을 말한다.(라) “결함수(FAULT TREE)기호”라 함은 결함에 대한 각각의 원인을 기호로서 연결하는 표현수단을 말한다.(마) “최소컷세트(MINIMAL CUTSETS)” 라 함은 정상사상을 발생시키는 기본사상의 최소집합을 말한다.(바) “계통분석(SYSTEM ANALYSIS)”이라 함은 계통의 기능상실을 초래하는 모든 사상조합을 체계적으로 분석하고 그 발생가능성을 평가하는 작업을 말한다.(사) “고장율(FAILURE RATE)”이라 함은 설비가 시간당 또는 작동횟수당 고장이 발생하는 확률을 말한다.(아) “이용불능도(UNAVAILABILITY)”라 함은 주어진 시간에 설비가 보수 등의 이유로 인하여 이용할 수 없는 가능성을 말한다.(2) 기타 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 특별한 규정이 있는 경우를 제외하고는 산업안평가(3) 계통수준(SYSTEM LEVEL)에 대한 위험성평가(4) 구간수준(NODE LEVEL)에 대한 위험성평가(5) 단락수준(SEGMENT LEVEL)에 대한 위험성평가(6) 기기수준(COMPONENT LEVEL)에 대한 위험성평가(7) 작업자실수 및 일반원인고장에 대한 분석(8) 기타 결함수 분석기법의 적용이 가능한 항목5. 적용시기(1) 결함수 분석기법은 현재 설계 또는 건설중인 공장에 대하여는 공정의 개발단계나 초기 시운전 단계에 적용하며, 기존 공장에 대하여는 공정 또는 운전절차의 변경이나 개선이 필요한 경우 등에 적용한다.(2) 결함수 분석기법의 적용시기는 다음과 같다.(가) 공정개발단계(나) 설계 및 건설단계(다) 시운전단계(라) 운전단계(마) 공정 및 운전절차의 수정 또는 변경시(바) 예상되는 사고나 사고원인조사시6. 팀의 구성결함수 분석에 필요한 인원은 공정의 수와 크기에 비례하나 팀의 구성에는 해당공정 및 설비에 경험이 있는 다음과 같은 전문가가 필요하다.(1) 팀 리더(2) 결함수분석 전문가(3) 공정운전 기술자(4) 공정설계 기술자(5) 검사 및 정비기술자(6) 비상계획 및 안전관리자7. 필요한 자료결함수 분석에 필요한 자료는 다음과 같다.(1) 단위 기기 및 설비에 대한 고장율(2) 단위 기기 및 설비에 대한 이용불능도(3) 작업자 실수관련자료(4) 일반원인 고장확률자료(COMMON CAUSE FAILURE PROBABILITY)(5) 배관 및 계장 도면(P&ID)(6) 안전운전절차(7) 설계개념 및 공정설명서(8) 주요기계장치 기본설계자료(EQUIPMENT DATA SHEET)(9) 설계개념을 포함한 제어시스템 및 계통설명서(10) 경보 및 자동운전정지 설정치 목록(11) 배치도(PLOT PLAN) 및 기기배치도(EQUIPMENT LAY-OUT DWG.)(12) 배관재료 등 표준 및 사양서(13) 안전밸브의 설정치 및 용량 산출자료(14) 물질안전보건자료(15) 공정흐름도(PFD) 및 물질수지(MATERIAL BALANCE)(16) 도형으로 표현한다.(2) 공정의 기능상실을 정상사상으로 정의하고 그러한 정상사상이 발생할 수 있는 원인과 경로를 연역적으로 분석한다.(3) 공정 또는 기기의 기능실패 상태를 확인하고 계통의 환경 및 운전조건 등을 고려하여 기능상실을 초래하는 모든 사상과 그 발생원인을 도식적 논리로 분석한다.(4) 결함수 분석의 세부절차는 과 같다. 결함수 분석절차8.2 결함수 기호결함수 분석에 사용되는 주요기호는 과 같다. 결함수에서 사용되는 일반적인 기호기호명명기호설명기본사상(Basic Event)더 이상 전개할 수 없는 사건의 원인조건부사상(Conditional Event)논리게이트에 연결되어 사용되며, 논리에적용되는 조건이나 제약 등을 명시함.(우선적 억제 게이트에 우선적으로 적용)생략사상(Undeveloped Event)사고 결과나 관련정보가 미비하여 계속 개발될 수 없는 특정 초기사상통상사상(External Event)유동계통의 층변화와 같이 일반적으로 발생이 예상되는 사상중간사상(Intermediate Event)한개 이상의 입력사상에 의해 발생된 고장사상으로서 주로 고장에 대한 설명이 서술된다.OR 게이트(OR Gate)한개 이상의 입력사상이 발생하면 출력사상이 발생하는 논리게이트AND 게이트(AND Gate)입력사상이 전부 발생하는 경우에만 출력사상이 발생하는 논리게이트억제 게이트(Inhibit Gate)AND 게이트의 특별한 경우로서 이 게이트의 출력사상은 한개의 입력사상에 의해 발생하는데, 입력사상이 출력사상을 생성하기 전에 특정조건을 만족하여야 한다.배타적 OR 게이트(Exclusive OR Gate)OR 게이트의 특별한 경우로서 입력사상중 오직 한개의 발생으로만 출력사상이 생성되는 논리게이트우선적 AND 게이트(Priority AND Gate)AND 게이트의 특별한 경우로서 입력사상이 특정 순서별로 발생한 경우에만 출력사상이 발생하는 논리게이트전이기호(Transfer Symbol)다른 부분에 있는(예:다른 페이지) 게이트와의 연결관계를 나타내기 위한 기것과 정상사상, 이용불능도의 계산 및 결과해석을 수행하는 것을 말한다.8.3.1 신뢰도 자료결함수 분석에 사용되는 기본사상의 고장율, 이용불능도 등의 신뢰도 자료는 다음의 이용가능한 자료중에서 신뢰성이 높은 것을 선택하여 사용한다.(1) 해당공정의 운전, 정비 자료로부터 계산한 신뢰도 자료(2) 화학설비 신뢰도 자료(한국산업안전공단, K-RDB)(3) 국내?외 신뢰도 자료(4) 설비 제작자가 제공하는 신뢰도 자료(5) 기타 객관적으로 증명이 가능한 설비 신뢰도 자료8.3.2 기본사상의 정량화 방법결함수 분석에 필요한 기본사상의 정량화 방법은 다음과 같으며 의 계산예를 참고한다.(1) 기계적 고장으로 인한 이용불능도(HARDWARE FAILURES)기계적 고장은 대기 중 기동실패나 운전 중 작동실패로서 다음과 같이 분류한다.(가) 대기중 기동실패(STANDBY FAILURE)대기상태에 있는 기기가 작동요구시 기동이 실패하는 경우나 기동은 했지만 지속적으로 기능을 수행하지 못하는 경우로서 다음의 식 ① 내지 ③에 의하여 계산한다.예) FAIL TO START, FAIL TO OPEN/CLOSE① 시간당 고장률로서의 대기중인 기기의 기동실패 확률(1)여기서: 기기의 평균 이용불능도: 시간당고장율(고장/시간): 시험주기(시간)② 요구시 고장확률로서의 대기중인 기기의 기동실패 확률(2)여기서: 기기의 평균 이용불능도: 요구시 고장확률③ 시간당 고장률과 요구시 고장확률을 모두 포함하는 경우의 대기중인 기기의 기동실패 확률(3)(나) 운전중 작동실패(RUNNING FAILURE)운전중인 기기가 일정시간동안 계속 작동하지 못하는 작동중 실패확률은 다음식 (4)와 같다.예 ; FAIL TO RUN, TRANSFER CLOSED(4)여기서: 작동실패확률: 운전중 시간당 고장률(고장/시간): 작동시간(MISSION TIME)(2) 보수정지로 인한 이용불능도(MAINTENANCE OUTAGE UNAVAILABILITY)기기의 보수정지로 인한 이용불능도는 시험, 예방보수, 수리 등으기보수 정지시간(시간): 시험주기(TEST PERIOD, 시간)(나) 고장기기의 수리로 인한 비계획 보수정지(6)여기서: 비계획 보수로 인한 기기의 이용불능도: 시험주기동안에 발생가능한 보수빈도: 평균기기 보수시간(시간): 시험주기(시간)(3) 시험으로 인한 이용불능도(TEST OUTAGE UNAVAILABILITY)특정기기의 시험절차로 인하여 그 기능을 수행하지 못하는 경우로서 다음식 (7)로 구한다.(7)여기서: 시험보수정지로 인한 평균 이용불능도: 평균시험시간(시간): 시험주기(시간)(4) 작업자 실수확률(HUMAN ERROR PROBABILITY)작업자에 대한 인간신뢰도 분석은 사고경위 전개과정에서 발생가능한 모든 실수를 파악하여 이를 모델링하고 정량화 한다.(5) 일반원인 고장확률(COMMON CAUSE FAILURE PROBABILITY)중복설계는 계통의 신뢰도를 향상시키기 위한 것이나 이 중복설계의 효과를 감소시키는 것이 일반원인 고장으로서 유사한 환경에서 운전되는 동일 기기는 모두 일반원인고장의 대상이 될 수 있다.8.3.3 결함수분석의 정량화 절차결함수 분석의 정량화는 정상사상에 대하여 구성된 결함수를 정량적으로 분석하여 이용불능도를 계산하는 단계로서 다음과 같이 수행한다.(1) 구성된 결함수로부터 정상사상을 유발시키는 사상들의 조합을 부울대수(BOOLEAN ALGEBRA)로 표현한다.(2) 부울대수를 풀어 정상사상을 유발시키는 기본 사상들의 조합인 최소컷세트(MINIMAL CUTSETS)를 구한다.(3) 각각의 최소컷세트에 포함된 기본사상의 확률값을 대입하여 최소컷세트에 대한 확률값을 구한다.(4) 정상사상을 유발시키는 모든 최소컷세트에 대한 발생확률을 더하여 정상사상에 대한 확률을 산출한다.(5) 각 기본사상이 정상사상에 미치는 중요도 분석을 수행하여 기본사상의 중요도를 계산한다.8.4 기록(1) 각각의 조치권고사항은 신중히 고려되어야 하고 만약 시행하도록 받아 들여진다면 실제로 조치가 될 수 있도록 최종 보고서에 포함하여 보고한다.(2) 달한다.
1.운송기계의 재해 유형 및 예방대책일반반적으로 재해는 거의 대부분 인재(人災)에 속한다. 천재(天災)와 다른 인재의 특징은 그것을 예방하고자 했을 때 그 발생을 미연에 방지할 수 있다는 점이다. 따라서 재해예방기능의 원칙에 기초를 둔 관리방법을 명심하면 인재에 속하는 재해를 크게 줄일 수 있다. 그중 타워크레인의 사용과 관련한 재해방지를 살펴보도록 하자.1)타워 크레인 재해 유형최근 건축물의 고층화, 대형화 추세에 따라 건설현장에서도 타워크레인 사용이 불가피하게 되었다. 그리고 이에 따라 관련 재해도 점차 늘어나는 실정이다. 타워크레인의 작업과정에서 발생하는 재해는 대부분 중대 재해이기 때문에 특히 안전에 대한 대책과 주의가 절실히 요구된다.타워크레인의 재해 발생유형은 대략 네 가지로 구분할 수 있다.첫째는 물체의 낙하 및 충돌. 이런 유형의 재해는 인양 작업시 결손불량, 신호 오류에 의한 이격거리 부족, 인양 상태 중인 자재와 설비의 충돌로 인해 발생한다. 특히 자재 운반 및 설치시 그 하부에서 동시에 작업이 이루어지게 되면 하부 작업자에게 물체가 떨어져 인명 사고와 직결될 수 있다. 두번째는 크레인 자체가 넘어지는 전도이다. 이러한 전도는 안전장치 고장으로 인한 과하중, 기초의 강도 부족, Guide Rope의 파손 등으로 발생한다. 세번째는 붐의 절손이다. 특히 좁은 공간에서의 작업시 붐의 작업반경 부족으로 인한 충돌이 발생할 수 있음에 주의해야 한다. 그리고 안전장치 고장으로 인한 과하중과 기복(起伏) 와이어의 절단, Pile 일반 작업시의 수평인장 등에 의해서도 붐의 절손이 있을 수 있다. 마지막으로는 크레인 본체가 낙하하는 경우이다. 이러한 본체 낙하의 원인은 권상 및 승강용 Wire Rope 절단, Rope 끝 손잡이 및 Joint부 Pin 빠짐, 유압 잭 불량 등에서 찾을 수 있다.2)안전관리를 위한 대책타워크레인의 설치, 해체는 대부분 전문업체에서 수행한다. 그러나 각 현장에서도 설치, 해체시 기준에 맞게 수행되고 있는지를 반드시 확인해야 한다. ‘전문업체가 알아서 하겠지’라는 안일한 생각을 버리고 철저히 확인 점검해야 안전사고를 예방할 수 있다. 이처럼 안전관리는 사전점검으로 불안전한 상태나 행동을 제거함으로써 재해를 예방할 수 있다는 사실에 기초한다. 따라서 사전노력 여하에 따라 그 결과가 크게 달라질 수 있다는 점을 명심해야 한다.먼저 크레인 구성 부위별 안전 검토사항을 철저히 준수해야 한다. 기초상부의 수평은 유지되어 있는지, 상부하중을 지지할 수 있는 구조가 만들어져 있는지와 같은 기초 설치 규정을 지켜야 한다. 또한 Mast(수직도 유지, Jack 안전확인, 회전부 King Pin 체결상태)와 Balance weight(설치시 무게중심 확인, 설치상태 확인), Tension bar(취성파괴 방지, 용접 금지, 무게중심 유지)의 설치시에 반드시 제반 규칙을 준수해야 할 것이다.두번째로 크레인 설치와 해체시의 준수사항을 지켜야 한다. 설치와 해체시에는 작업구역을 설정해 경고하고 작업자외의 출입을 엄격히 금지해야 하며, 작업지휘자 및 신호수를 배치하고 상하 동시작업을 금해야 한다. 악천후시에도(평균풍속 10m/ sec 이상) 작업을 금지해야 한다.규격품인 조합용 볼트를 사용해 대칭되는 곳을 순차적으로 결합해야 하중을 안전하게 분산시킬 수 있다.세번째는 크레인 작업시 준수해야 할 사항들이다. 작업자들은 반드시 신호수의 통제 하에 작업을 진행시켜야 한다. 또 인양물체는 반드시 균형을 유지한 후에 들어올려야 하며, 그 전에 다른 물체와의 접촉 여부를 확인해야 한다. 사람이나 차량 위로 물체를 운반하지 말아야 하고, 트럭 위의 물체를 끌어올릴 때는 운전수가 떠난 후 작업하도록 해야 한다. 전선 근접 작업시에는 안전 Rope를 사용하고, 해체 및 인양 작업시 자재가 떨어지지 않도록 철저히 고정시켜야 한다. 물론, 정격하중 준수는 기본적인 안전 수칙이다.네번째는 신호수의 안전 수칙이다. 크레인의 안전작업에는 신호수의 역할이 중요한 만큼 이들의 안전수칙 준수는 반드시 필요하다. 신호수는 먼저 복장과 완장을 착용하고 호각 및 무전기를 소지해야 한다. 또한 신호수는 서두르지 말고 작업에 임해야 하며, 자재 운반시 하부 및 주위에 있는 작업자를 반드시 대피시키는 것은 물론 자신도 안전한 거리에서 신호를 보내야 한다. 자재를 받을 때는 2명 이상이 받도록 조치해야 하며, 작업시작부터 종료시까지 후크와 Wire에서 시선을 떼지 않도록 해야 한다. 특히 타워크레인이 작동하고 있을 때 운전기사를 무전기로 부르는 등 불필요한 호출을 하는 것도 위험천만한 일. 신호수의 신호를 받고 작업을 하다 후크 밑에서 일어난 사고사항은 신호수 자신의 책임이라는 사실을 항상 명심해야 한다.☞ 건설산업의 기계화, 장비화에 따른 건설기계 관련 재해가 증가하는 것은 어쩔 수 없다. 하지만 안전교육, 정기점검, 안전수칙 준수 등 전반적인 안전관리를 철저히 하면 그만큼 재해를 줄일 수 있는 것 또한 사실이다. 더구나 타워크레인에 의한 사고는 중대 재해로 연계된다는 사실을 잊지 말아야 한다. 현장소장과 안전관리자는 위에서 검토한 재해 유형과 그 안전관리를 위한 대책들을 항상 숙지하여 재해 방지에 최선을 다해야 할 것이다.2.타워크레인의 재해 사례1)타워크레인 해체작업중 붕괴재해사례 건설-B-004날 짜 : 1998.8.12 09:40재해유형 : 붕괴,추락업 종 : 건설업기인물 : 타워크레인피해정도 : 사망3명공 정 : 타워크레인 해체1. 재해개요타워크레인을 해체하기 위하여 마스트 해체 작업 중 마스트 1개를 해체하고 2번째 마스트를 해체하던 도중 돌풍이 불어 테레스코픽 케이지 상단부가 붕괴되어 해체작업중인근로자 3명이 사망한 재해임.*재해상황도{2. 재해발생상황- 1998.8.12일 08:30분경부터 타워크레인을 해체하기 위해 작업자 4명이 해체작업을 시 작함.- 최초작업으로 베이직 마스트(높이 7.5m)를 제외한 총 23단의 마스트 중 최상단 마스트를 해체한 후- 22번째 마스트를 해체하기 위하여 22번째 마스트와 21번째 마스트간에 체결한 연결핀을 제거하고 유압 유니트 실린더를 작동시키던 중- 강우를 동반한 강한 돌풍(풍속:21m/sec)이 20~30초간 갑자기 불어 타워크레인 상단부가 좌우로 흔들리면서 붕괴됨.3. 재해발생원인- 해체작업 중 간한 돌풍 발생먹구름과 비를 수반한 강한 돌풍(사고시각 기상대 풍속 : 21m/sec, 타워크레인 상단예상풍속 : 23~24m/sec)이 20~30초간 갑자기 불어옴에 따라 마스트를 연결하기 위한핀이 제거된 상태에서 타워크레인 상단부가 흔들리면서 붕괴됨.4. 동종재해예방대책가.타워크레인의 조립해체 작업시 철저한 안전기준(산안법시행규칙 제116조 제1항)준수- 폭풍,폭우,폭설 등 악천후 시 작업금지- 작업할 구역에는 관계 근로자외 출입금지나.안전담당자 배치 및 직무사항(산안법시행규칙 제116조 제2항) 준수- 작업방법과 근로자 배치결정 및 당해 작업 지휘- 작업중 안전대 안전모 착용상황 감시2)타워크레인 텔레스코핑 작업중 마스트가 꺽이면서날짜 : 2001년 11월업종 : 건설업기인물 : 타워크레인재해유형 : 붕괴피해정도 : 사망2명,부상4명공정 : 마스트 3∼4단 부위가 꺽이면서 붕괴되어1.재해개요타워크레인 텔레스코핑 작업중 마스트가 꺽이면서 → 타워크레인 설치공, 2명 사망, 4명 부상■ 발생월일 : 2001. 11.■ 소 재 지 : 서울시 도봉구■ 시 공 사 : ○○건설기계(주)■ 공 사 명 : ○○현장 타워크레인 임대차공사■ 피 재 자 : 타워크레인 설치공, (39세, 27세)■ 사고유형 : 붕 괴■ 피해정도 : 사망 2명, 부상 4명■ 지브형 타워크레인 텔레스코핑 작업과정에서 텔레스코핑 케이지를 유압 잭으로 들어올린 상태에서 마스트 6단을 설치하던중 타워크레인이 균형을 잃고 마스트 3∼4단부위가 꺽이면서 붕괴되어 작업자들이 추락, 2명은 사망하고 4명은 부상당한 재해임.■ 공사규모 : 지브형 타워크레인 2대 설치*재해상황도{2.재해발생상황- 사고당일 작업은 지브형 타워크레인 마스트 5∼9단 텔레스코핑 작업으로 07:30경부터 작업을 실시하였음.- 텔레스코핑 작업은 텔레스코핑 케이지를 유압잭으로 들어올린 상태에서 유압장치를작동시켜 텔레스코핑 케이지 안으로 마스트를 밀어넣어 타워크레인 마스트를 연장설치하는 작업으로 사고당일 지상에 1명, 텔레스코핑케이지에 4명, 운전석에 2명등 7명이 작업을 실시하였음.- 08:20경 타워크레인 마스트 5단을 설치 후 타워크레인 메인지브에 발란스용 마스트를 권상한 후 텔레스코핑 케이지를 유압잭으로 들어올린 상태에서 마스트 6단을설치하던중- 10:00경 타워크레인이 균형을 잃고 마스트 3∼4단 부위가 꺽이면서 지브가 현장에인접한 4차선 도로측으로 전도되어 타워크레인 운전석과 텔레스코핑 케이지에서작업중이던 근로자들이 추락하여 2명이 사망, 4명이 부상당한 재해임.3.재해 발생 원인- 타워크레인 조립 등의 작업안전수칙 미준수텔레스코핑 작업을 9단까지 실시하고자 텔레스코핑 케이지를 유압잭으로 작동시켜 들어올린 상태에서 6단 마스트(높이 4.5m)를 텔레스코핑 케이지 가이드 레일 위에 안착시켰으며, 메인지브(Boom) 호이스트에는 발란스마스트(약 2.6Ton)를 들어올린 상태임.·6번째 마스트를 텔레스코핑 유압장치를 작동시켜 텔레스코핑 케이지내에마스트를 밀어넣고자 했으나 텔레스코핑 케이지 가이드롤러와 마스트간에편차가 발생하여 동작업을 수행하지 못함.·상기의 편차를 조정하기위해 카운터지브와 메인지브 균형을 조정코자 발란스마스트를 들고있는 메인지브 스윙중 텔레스코핑 케이지가 꺽이게됨.텔레스코핑 중에는 불균등하중(평형유지가 안됨)이 발생되지 않도록 하고스윙조작을 하지않아야 하나, 수동으로 인터록된 유압 스윙 제어회로를 해제시키고 사용하다 사고발생.4.재해 예방 대책- 타워크레인 설치·해체작업시 안전수칙 준수타워크레인 지브의 방향은 텔레스코핑 케이지 유압장치와 반대 위치에 있어야 하며, 가이드롤러의 간격이 모두 일정한 상태가 될때까지 트롤리를 이동
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[산업공학]결함수분석기법 (FTA)
