Economic Design Through the Reliability Analysis of Instrumentation and Control System for the LNG Shipment

Economic Design Through the Reliability Analysis of Instrumentation and Control System for the LNG Shipment

일반적으로 엔지니어링 시스템의 신뢰도를 분석하는 이유 중의 하나는 더욱 신뢰할 수 있는 시스템을 설계하기 위한 것이다. 가장 효율적인 설계를 수립하기 위하여 어떤 부품 또는 어떤 하부시스템이 전체 시스템의 신뢰도에 가장 큰 영향을 미치는지 먼저 파악하여야 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 LNG 선적 제어시스템에 대하여 Fussell-Vesley의 주요 척도를 이용한 경제적 설계를 구현하고자 LNG 선적 제어시스템의 가장 위험한 사건인 폭발사고를 최소화하는 선적 제어시스템의 최적화를 검토하였다. 선적 제어과정은 선적, 운반, 출하과정 등으로 다시 세분화되었고, 정상사건은 폭발사고가 명확하므로, 이의 분석을 위하여 FTA기법이 가장 적합한 것으로 판단하였다. FTA를 통한 시스템 분석을 위하여, FTA 전체 다이어그램에서 최소 컷셋을 찾아내고, 이에 대한 빈도수와 확률 값을 계산하였다. 다음으로 Fussel-Vesley의 주요 척도를 이용하여 전체신뢰도에 가장 영향이 큰 부품을 확인하였다. 확인결과 레벨 전송기(Level transmitter)의 주요 척도 값이 0.7로 가장 높게 나타났으며, 이에 대한 개선책으로 레벨 전송기를 이중으로 설치한 설계안을 수립한 후 이에 대한 신뢰도를 다시 검토한 결과, 고장이 날 빈도수는 1/50 정도로 감소하였고, 사고가 발생할 확률은 1/10 정도로 줄었다. 상기의 결과로부터 신뢰성이 높으면서도 경제적인 설계를 수립하기 위하여 본 연구에서 적용한 것처럼 Fussel-Vesley의 주요 척도를 이용하면 전체 시스템의 신뢰도를 높이면서 가장 경제적인 설계를 수립할 수 있음을 알 수 있었다.

In order to improve the system reliability it may necessary to change the system by doing reliability analysis. This requires the identification of those components or subsystems which contribute most to system failure. In my research, explosion is studied as the main hazard associated with the control of the LNG shipment as result of accident history survey. Therefore, it has been concluded that the undesirable accident is fire and explosion on the ship, following release of carrier during loading, transportation and discharging, in the relation to the control system. Since the `Top event` is known, Fault Tree Analysis(FTA) is a suitable means of identifying how the control system can contribute to or protect against the hazard. It is required to find cutsets of fault trees for its system analysis. From the FTA, the frequency of fire and explosion by the gas release is resulted in the 89.04289 f/10(6)hr and the probability of occurrence is 89.02146×10-7 in the original system. By using Fussell-Vesely importance measures, relative importances of basic events are calculated. The failure of level transmitter has most dramatic effect on the gas release, which value was over 0.7. This item should be improved unless this action is relatively costly. The redundancy of level transmitter will be prepared for the controlling of fire and explosion in LNG carrier from this importance measure. The frequency of fire and explosion by the gas release is improved to the about 50 times reliable, 1.585709 f/10(6)hr and the probability of occurrence is about 10 times reliable, 7.930963×10-7 by adopting only transmitter redundancy. I found that the most economical and reliable design can be determined by considering this importance measures.