Ethyl Benzene 공정에서 화재.폭발방지를 위하여 안전건전성수준을 이용한 안전장치시스템의 신뢰도 분석

Reliability Analysis on Safety Instrumented System by Using Safety Integrity Level for Fire.Explosion Prevention in the Ethyl Benzene Processes

본 논문의 목적은 Ethyl Benzene 플랜트의 공정에서 과압 현상이 Column 상부의 반응폭주 및 화재 폭발의 원인이 되기 때문에 안전장치시스템의 신뢰도가 압력방출밸브가 요구하는 안전건전성수준으로 설계되어 있는지를 정량적으로 분석한 것이다. 압력방출밸브의 요구시 실패확률은 일반신뢰도 자료 조사결과를 근거로 하여 안전장치시스템에 대한 안전건전성수준의 목표등급을 SIL3으로 설정하였고, 이에 대한 PFD를 1.00E-3에서 1.00E-4로 결정하였다. 신뢰도 모델의 구축 및 결함수 분석기법을 이용하여 SIS의 요구시 실패확률에 대한 정량화를 수행한 결과 SIS에 대한 PFD는 Benzene Prefractionator Column, Benzene Column, EB Column에 대해 각각 8.97E-04, 5.37E-04, 5.37E-04로 계산되었다. 따라서 SIS의 신뢰도가 SIL3 등급에 요구되는 안전건전성수준으로 설계되어 있다고 판단되며 컨트롤밸브에 대한 6개월 주기의 Partial Stroke Test가 수행될 경우 각 Column의 SIS는 약 <TEX>$22{\sim}27%$</TEX>의 신뢰도 향상이 기대된다.

The purpose of this work is to analyze quantitatively if the safety instrumented system(SIS) like the pressure safety valves(PSV) in the processes of ethyl benzene plant have been designed relevantly to the safety integrity level because overpressure in the benzene or ethyl benzene columns causes the explosive reactions, fires and reactor explosions. The safety integrity level(SIL) 3 has been adopted as a target level of SIS based on the general data of the Probability of Failure on Demand of PSV, <TEX>$1.00E-4{\sim}1.00E-3$</TEX>. The standard model of the reliability has been set up and then the fault tree analysis of it has been carried out to get the PFD of SIS, and the results show 8.97E-04, 5.37E-04, 5.37E-04 for benzene prefractionator column, benzene column and EB column, respectively. Thus, we conclude that the SIS is designed to fulfill the condition of SIL3, and when the partial stroke test for the control valve are carried out every sixth month, the SIS of each column is expected to increase its reliability up to <TEX>$22{\sim}27%$</TEX>.