HAZOP Deviation 선정 시 Guide Word 조합 방법

HAZOP을 처음 수행하면 가장 먼저 부딪히는 부분이 바로 Deviation을 어떻게 선정할 것인가입니다.

HAZOP은 단순히 “이 공정에서 어떤 사고가 날 수 있을까?”를 자유롭게 토론하는 방법이 아닙니다. 공정의 정상적인 설계 의도에서 벗어날 수 있는 상태를 체계적으로 찾아내기 위해 Guide Word와 Process Parameter를 조합하여 Deviation을 만드는 방식을 사용합니다.

IEC 61882에서도 HAZOP을 Guide Word를 이용하여 시스템의 위험과 운전성 문제를 체계적으로 검토하는 기법으로 다루고 있습니다.

실무에서 중요한 것은 Guide Word를 많이 사용하는 것이 아니라 해당 Node에서 실제 발생 가능한 의미 있는 Deviation을 빠짐없이 선정하는 것입니다.

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1. HAZOP Deviation이란?

Deviation은 말 그대로 정상적인 설계 의도에서 벗어난 상태를 의미합니다.

예를 들어 한 배관을 통해 정상적으로 10 m³/h의 원료가 Reactor로 공급되도록 설계되어 있다고 가정하겠습니다.

정상 상태는 다음과 같습니다.

Design Intent : 원료가 정상 유량으로 Reactor에 공급된다.

여기에서 HAZOP Team은 다음과 같은 질문을 합니다.

• 원료가 전혀 공급되지 않는다면?
• 원료가 정상보다 많이 공급된다면?
• 원료가 정상보다 적게 공급된다면?
• 반대 방향으로 흐른다면?
• 다른 물질이 들어온다면?

이러한 비정상 상태가 바로 Deviation입니다.

예를 들어 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

No Flow / More Flow / Less Flow / Reverse Flow / Other than Composition

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2. Guide Word와 Parameter를 조합하는 기본 원리

HAZOP에서 Deviation은 일반적으로 다음과 같은 형태로 만들어집니다.

Guide Word + Process Parameter = Deviation

예를 들어 Process Parameter가 Flow이고 Guide Word가 No라면 다음과 같습니다.

No + Flow = No Flow

Guide Word가 More라면

More + Flow = More Flow

Guide Word가 Less라면

Less + Flow = Less Flow

이러한 조합을 통해 정상운전에서 벗어날 수 있는 상태를 체계적으로 찾습니다.

대표적인 Guide Word는 다음과 같습니다.

Guide Word	기본 의미
No / Not	설계 의도가 전혀 이루어지지 않음
More	정상보다 많음
Less	정상보다 적음
As well as	정상 상태 외에 다른 것이 추가됨
Part of	설계 의도의 일부만 이루어짐
Reverse	정상 방향과 반대
Other than	의도했던 것과 다른 상태
Early	예상보다 일찍 발생
Late	예상보다 늦게 발생
Before	순서상 앞서 발생
After	순서상 뒤에 발생

다만 모든 Guide Word를 모든 Parameter에 억지로 적용할 필요는 없습니다.

기술적으로 의미가 있는 조합만 선정하는 것이 중요합니다.

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3. 가장 많이 사용하는 Process Parameter

화학공정 HAZOP에서는 보통 다음 Parameter를 많이 사용합니다.

• Flow
• Pressure
• Temperature
• Level
• Composition
• Concentration
• Phase
• Reaction
• Mixing
• Utility
• Time

예를 들어 Flow에 적용한다면 다음과 같은 Deviation이 만들어질 수 있습니다.

No Flow
More Flow
Less Flow
Reverse Flow

Pressure라면 다음과 같습니다.

High Pressure
Low Pressure

Temperature는

High Temperature
Low Temperature

Level은

High Level
Low Level

처럼 표현하는 것이 일반적입니다.

실무에서는 반드시 Guide Word를 그대로 문장에 표시할 필요는 없습니다.

예를 들어

More + Pressure

라고 기록하기보다 일반적으로 의미가 명확한

High Pressure

라고 표현할 수 있습니다.

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4. 모든 조합을 기계적으로 만들면 안 되는 이유

HAZOP을 처음 수행할 때 흔한 실수는 Guide Word 표를 만들어 놓고 모든 Parameter와 조합하는 것입니다.

예를 들어 Pressure에 다음과 같이 적용했다고 가정해보겠습니다.

No Pressure / More Pressure / Less Pressure / Reverse Pressure

여기서 Reverse Pressure라는 표현은 대부분의 일반적인 공정에서는 의미가 불분명합니다.

따라서 실무에서는

Guide Word를 전부 적용하는 것이 아니라 해당 Parameter와 물리적으로 의미가 있는 조합을 선정해야 합니다.

예를 들어 일반적인 배관 Node라면 다음 정도를 우선적으로 검토할 수 있습니다.

• No Flow
• Low Flow
• High Flow
• Reverse Flow
• High Pressure
• Low Pressure
• High Temperature
• Low Temperature
• Wrong Composition

이후 공정 특성에 따라 추가 Deviation을 선정합니다.

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5. Flow Parameter의 Guide Word 조합

Flow는 HAZOP에서 가장 많이 사용되는 Parameter 중 하나입니다.

No Flow

유체가 전혀 흐르지 않는 상태입니다.

대표적인 Cause는 다음과 같습니다.

• Pump Trip
• Valve Closed
• Line Blockage
• Strainer Plugging
• Utility Failure

예를 들어 Reactor Cooling Water Line에서 No Flow가 발생하면 Reactor Temperature 상승으로 이어질 수 있습니다.

More Flow

정상 설계 유량보다 많은 유체가 흐르는 상태입니다.

가능한 Cause는 다음과 같습니다.

• Control Valve Fail Open
• Bypass Valve Open
• Pump Capacity 증가
• 잘못된 Set Point 설정

More Flow가 Reactor Feed에 발생하면 반응속도 증가나 Overfill 등의 Consequence가 발생할 수 있습니다.

Less Flow

정상보다 유량이 낮은 상태입니다.

• Valve Partial Closure
• Pump 성능 저하
• Filter Plugging
• Fouling
• 낮은 공급압력

등이 Cause가 될 수 있습니다.

Reverse Flow

유체가 정상 설계방향과 반대로 흐르는 상태입니다.

• Check Valve Failure
• Downstream Pressure 상승
• Pump Trip 후 역류
• 잘못된 Valve Alignment

등을 검토합니다.

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6. Pressure·Temperature·Level 조합 방법

Pressure에는 일반적으로 다음 Deviation을 적용합니다.

High Pressure / Low Pressure

High Pressure는 Blocked Outlet, 열팽창, Control Valve Failure, Reaction Runaway 등에 의해 발생할 수 있습니다.

Low Pressure는 Pump Trip, 누출, Condensation, Vacuum 발생 등과 연결될 수 있습니다.

Temperature는

High Temperature / Low Temperature

를 중심으로 검토합니다.

특히 반응공정에서는 High Temperature가 단순한 운전문제가 아니라 Reaction Rate 증가 → 추가적인 발열 → 압력상승으로 이어지는 중요한 Scenario가 될 수 있습니다.

Level은

High Level / Low Level

이 대표적입니다.

High Level은 Overfill이나 Carryover로 이어질 수 있으며, Low Level은 Pump Cavitation이나 Gas Blow-by 등의 원인이 될 수 있습니다.

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7. Composition은 단순 More·Less로만 보면 안 된다

Composition은 HAZOP에서 상대적으로 놓치기 쉬운 Parameter입니다.

예를 들어 정상적으로 원료 A 90%, 원료 B 10%의 혼합물이 Reactor로 공급된다고 가정해보겠습니다.

Composition Deviation은 단순히

More Composition

이라고 작성하는 것이 아니라 구체적으로 표현하는 것이 좋습니다.

예를 들어

• High Concentration of A
• Low Concentration of A
• Contamination
• Wrong Material
• Water Contamination
• Oxygen Ingress

등입니다.

특히 Other than + Composition의 개념은 중요합니다.

정상적으로 들어오면 안 되는 물질이 유입되는 Scenario를 검토할 수 있기 때문입니다.

예를 들어 반응기에 물이 유입되면 격렬하게 반응하는 물질을 취급한다면 Water Contamination 자체가 중요한 Deviation이 됩니다.

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8. Reaction 공정에서는 별도의 Deviation을 고려해야 한다

반응공정에서는 Flow, Pressure, Temperature만으로 충분하지 않을 수 있습니다.

다음과 같은 Deviation도 검토할 필요가 있습니다.

• No Reaction
• Incomplete Reaction
• Excessive Reaction
• Runaway Reaction
• Side Reaction
• Delayed Reaction

예를 들어 Cooling Failure에 의해 온도가 상승하면서 반응속도가 급격히 증가하면 Runaway Reaction Scenario가 발생할 수 있습니다.

따라서 Reactor HAZOP에서는 단순히 High Temperature 하나만 분석하고 끝내지 않고 반응특성 자체를 별도의 Parameter로 검토하는 것이 도움이 됩니다.

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9. Node별로 Deviation을 다르게 선정해야 한다

HAZOP에서 중요한 원칙 중 하나는 모든 Node에 동일한 Deviation 목록을 사용하지 않는 것입니다.

예를 들어 Pump Suction Line에서는 다음과 같은 Deviation이 중요할 수 있습니다.

• No Flow
• Low Flow
• High Temperature
• Low Pressure
• Vapor Formation

반면 Storage Tank라면 다음과 같은 항목이 더 중요합니다.

• High Level
• Low Level
• High Pressure
• Vacuum
• Wrong Material
• Contamination

Reactor에서는

• High Temperature
• Low Temperature
• High Pressure
• High Feed
• Wrong Composition
• Loss of Agitation
• Runaway Reaction

등을 검토할 수 있습니다.

즉, Deviation은 Guide Word 표에서 자동으로 생성하는 것이 아니라 Node의 Design Intent를 먼저 이해한 뒤 선정해야 합니다.

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10. 실무 예제로 보는 Guide Word 조합

다음과 같은 공정을 가정하겠습니다.

Feed Tank → Pump P-101 → Control Valve FV-101 → Reactor R-101

정상 Design Intent는

“P-101을 통해 원료를 정해진 유량으로 Reactor에 공급한다.”

입니다.

Deviation ① No Flow

Guide Word: No
Parameter: Flow

Possible Cause:

• P-101 Trip
• FV-101 Fail Close
• Suction Valve Closed
• Line Blockage

Possible Consequence:

• Reactor Feed 중단
• 반응조건 변화
• 생산중단

Deviation ② More Flow

Guide Word: More
Parameter: Flow

Possible Cause:

• FV-101 Fail Open
• Flow Controller Failure
• Bypass Valve Open

Possible Consequence:

• Reactor Level 상승
• 반응속도 증가
• Temperature 상승
• Overpressure

Deviation ③ Reverse Flow

Guide Word: Reverse
Parameter: Flow

Possible Cause:

• Check Valve Failure
• Reactor Pressure 상승
• Pump Trip

Possible Consequence:

• Reactor 물질의 Feed Tank 역류
• Feed Tank 오염
• 예상하지 못한 반응 발생

이처럼 하나의 Flow Parameter에서도 여러 사고 Scenario가 만들어질 수 있습니다.

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11. Deviation 선정 시 가장 중요한 실무 기준

HAZOP에서 좋은 Deviation은 많은 Deviation이 아니라 사고 가능성을 효과적으로 찾아낼 수 있는 Deviation입니다.

실무에서는 다음 순서로 접근하면 좋습니다.

① Node의 Design Intent 확인

정상적으로 무엇이 어떻게 운전되어야 하는지를 먼저 정의합니다.

② 주요 Process Parameter 선정

Flow, Pressure, Temperature, Level, Composition 등 해당 Node에 의미 있는 Parameter를 선정합니다.

③ Guide Word 적용

No, More, Less, Reverse, Other than 등의 Guide Word를 적용합니다.

④ 물리적으로 의미 있는 조합만 남김

실제 발생 가능성이 없거나 의미가 없는 조합은 제외합니다.

⑤ Cause를 찾을 수 있는지 확인

Deviation에 대해 실제 가능한 Cause가 하나도 떠오르지 않는다면 해당 조합의 필요성을 다시 검토합니다.

⑥ 누락된 비정상 상태 확인

Guide Word만으로 충분히 표현되지 않는 Reaction Runaway, Contamination, Utility Failure 등의 특수 Scenario를 추가합니다.

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12. Deviation을 너무 세분화하는 것도 주의해야 한다

Deviation을 많이 만드는 것이 HAZOP 품질을 높여주는 것은 아닙니다.

예를 들어

High Flow

를 분석하면서 Control Valve Fail Open, Pump Capacity 증가, Bypass Open 등의 Cause를 충분히 검토했다면 이를 각각 별도의 Deviation으로 분리할 필요는 없습니다.

반대로 하나의 Deviation 안에서 Consequence가 완전히 다른 경우에는 Scenario를 구분해서 검토하는 것이 좋습니다.

중요한 것은 Deviation 개수가 아니라 Cause-Consequence 경로를 빠짐없이 분석하는 것입니다.

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마무리

HAZOP에서 Deviation은 단순히 Guide Word 목록을 기계적으로 적용해 만드는 것이 아닙니다.

기본적인 구조는

Guide Word + Process Parameter = Deviation

이지만, 실제 실무에서는 먼저 Node의 Design Intent를 명확히 이해하고 공정특성에 맞는 Parameter를 선정한 후 의미 있는 Guide Word를 조합해야 합니다.

대표적인 조합은 다음과 같습니다.

No + Flow → No Flow
More + Flow → High Flow
Less + Flow → Low Flow
Reverse + Flow → Reverse Flow
More + Pressure → High Pressure
Less + Pressure → Low Pressure
More + Temperature → High Temperature
Other than + Composition → Wrong Composition

그리고 Reactor, Tank, Pump, Heat Exchanger 등 설비의 특성에 따라 별도의 Deviation을 추가해야 합니다.

결국 HAZOP에서 중요한 것은 Guide Word 자체를 많이 사용하는 것이 아니라,

Design Intent → Parameter → Guide Word → Deviation → Cause → Consequence

라는 흐름을 통해 정상적인 설계 의도에서 벗어나는 상태를 체계적으로 찾아내는 것입니다.

좋은 HAZOP은 Deviation 개수가 많은 HAZOP이 아니라 실제 발생 가능한 위험 시나리오를 누락 없이 발견할 수 있도록 적절한 Guide Word와 Parameter를 선정한 HAZOP이라고 할 수 있습니다.

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