자산 무결성 관리(Asset Integrity Management) 시스템에 대해

A. AIM이란?

자산 무결성 관리(Asset Integrity Management, AIM)란, 설비자산의 안전과 운영의 지속성을 보장하기 위한 프로그램으로, 설비 상태를 평가하고 적절한 유지보수와 모니터링을 통해 수명동안 안전하고 효율적인 운영을 지속할 수 있도록 하는 관리 시스템을 뜻한다. 화공 및 발전 산업에서 알려진 주요 기법은 아래와 같다.

● 기계적 무결성(Mechanical Integrity, MI)

● 갭 분석 및 실사(Gap Analysis & Due Diligence)

● 위험도 기반 검사(Risk Based Inspection, RBI)

● 신뢰도 중심 유지보수

(Reliability Centered Maintenance, RCM)

● 예방 정비(Preventive Maintenance)

● 운영 적합성 평가(Fitness for Service, FFS)

B. 2023년 AIM 시장 및 전망

AIMS시장 및 전망에 대한 추정은 다양한 기관에서 발표되는데, 시장 규모는 2022년 $219억불에서 2030년 $336억불에 이르기까지 연평균 약 6~9%의 성장률을 예측하고 있다.

위험도 기반검사(Risk Based Inspection, RBI) 기법

A. RBI소개

위험도 기반검사(Risk Based Inspection, RBI)는 한정된 검사자원을 효율적으로 활용하기 위한 위험도 분석 도구로, 설비나 장치의 등급을 선정하고 검사자원을 분배하는 정성적 또는 정량적인 검사계획 선정기법이다. 이를 통해 안전, 보건, 환경 관점에서 큰 파급영향을 가질 수 있는 고위험 설비에 중점을 두어 검사와 정비자원을 효율적으로 분배하고 비용을 절감할 수 있다. RBI는 설비보전방식의 4가지 발전 단계 중 가장 진화한 방법으로, 검사와 유지관리 활동을 통해 궁극적으로는 설비 유지보수의 최적화와 핵심설비의 운영 위험도를 낮추기 위한 근거를 제공한다.

설비보전방식의 발전 단계를 살펴보면, 1단계인 사후 보전(Breakdown Maintenance-BM)은 가장 기초적인 보전 방식으로, 설비 고장 시 적절한 수리, 교체 등의 대책을 세우는 방식이다. 개량 보전(Corrective Maintenance-CM)으로도 불리며, Spare Part 준비와 Stand-by 설비 등으로 고장 시나리오를 대처한다 .

2단계인 예방 보전(Preventive Maintenance-PM) 단계에서는 주기적인 보전 계획(Time Based Maintenance-TBM)등을 통한 고장 예방 방식을 적용하였는데, 생산성 유지와 사고 예방 등의 장점과 함께 과잉 보전의 단점이 부각되어 왔다.

3단계인 예지 보전(Predictive Inspection-PdM) 방식은, 설비 운전 모니터링 장치를 통해 잠재적인 손상을 예측하고 집중적인 유지보수를 실시하는 상태 기반 보전(Condition Based Maintenance-CBM) 등의 기법으로 과잉 보전을 예방하고 비용 효율을 높였으며, 설비 전산 관리 시스템 (CMMS)과의 연계로 데이터에 기반한 설비관리 최적화를 시작하게 하였다.

위험도 기반 검사(Risk Based Inspection-RBI) 기법은, 여기서 더 발전한 처방 보전(Prescriptive Maintenance-PsM) 의 범주에 속하는 것으로 볼 수 있는데, 압축기 등 회전 설비를 주 대상으로 하는 신뢰도 기반 유지보수(Reliability Centered Maintenance-RCM) 기법과 함께, 고위험 설비 군을 분류하고 고장의 원인과 예방을 위해 효율적으로 보전 자원을 집중하는 유지보수 최적화 기법에 포함된다.

미국 석유화학협회(API)의 API RP 580/581 Code를 통해 상세히 정립된 RBI 기법에서는, 체계화된 산술 방식을 통해 정성적 또는 정량적으로 각 설비의 위험도를 산출하여 유지보수의 우선순위와 적정 검사주기를 선정하는데, 파레토 법칙에 따른 위험의 80%는 설비의 20%에서 발생한다는 원리를 반영하여 고위험으로 분류된 설비들에 대한 집중적인 보전 계획을 세운다.

대표적인 RBI 기법의 효과는 다음과 같다.

● 설비 고장 확률(POF) 및 고장결과(COF) 산출, 위험도 정량화

● 설비검사 및 유지보수 비용 최적화(절감)

● 자산 수명 연장

● 산업재해에 이를 수 있는 치명적인 설비 고장 예방

● 계획되지 않은 다운타임 감소

● 설비 상태와 무결성(Integrity) 지속 모니터링

RBI기법의 적용을 풀어 설명하자면, 예를 들어 사람의 각 장기와 조직, 혈관 등에 대한 종합적인 건강 평가를 할 때에, 주요 장기에 검사를 집중하고, 수많은 혈관 중에서도 기능 이상이 미치는 영향에 따라 우선 순위를 정하고, 대상의 수명 및 건강 이력에 따라 요주 관리 대상을 정하는 체계적인 검진 기법을 플랜트 단위의 기계 설비에 적용한다고 생각할 수 있다. 건강 관리 부실로 인해 인명이 달려 있듯이, 특정 설비의 관리 부실은 화재, 폭발에 이어진 대대적인 재산, 인명 피해를 야기할 수 있다는 점을 우리 모두가 알고 있을 때에, RBI와 같이 효율적이고 체계적인 자산 유지보수, 관리 기법에 대한 필요성은 더욱 더 부각되고 있다.

B. RBI in Detail: a case study

- RBI Study의 절차를 대략적으로 설명하면 다음과 같다.

1. Pre-assessment

a. RBI Team Formation

b. Project scope definition

c. Scheduling

d. Kick-Off Meeting & Workshop

RBI를 효과적으로 실행하기 위해서는 공정 엔지니어, 프로젝트 엔지니어, 검사 엔지니어, 재료부식전문가 등 다양한 분야의 전문가들의 적극적인 이해와 참여가 필요하다. 특히, 손상 메커니즘(Damage Mechanism)을 이해하고 이를 토대로 위험도를 정확히 산출하기 위해서는 각 분야의 전문가들이 협력하여야 한다.

일반적으로 초기에는 일정을 수립하고, Kick-off Meeting(KOM)과 이어지는 1차 워크샵을 통해 각 참여자의 소개 및 필요 자료 요청, Milestones공유, RBI 프로세스 소개 등을 진행한다.

2. Data Collection

a. Drawings, List, Process Description, Design Data, Manual 등

b. Corrosion Loop & Inventory Group 선정

c. Damage Mechanism 고려

d. RBI Software input data 작성

e. Inspection History 리뷰

이어지는 Data Collection 단계에서는, 사전 요청된 자료에 대한 확인 및 분류, 도면 확인 및 Corrosion Looping과 Inventory Grouping을 하고, 각 그룹에 해당하는 손상 유형 (Damage Mechanism)을 할당하며, 확인된 기본 데이터를 통해 RBI Input data 작성을 진행한다.

손상 유형 (Damage Mechanism): 설비 및 배관의 운전 환경(재질, 유체 등)에 따른 부식 등의 손상 시나리오, API RP 571 코드에 따라 산성 부식, 고온 수소 침식(HTHA), 크립(Creep) 손상, 응력부식균열, 보온 밑 부식(CUI) 등 다양한 유형이 정의되어 RBI Study의 기준으로 사용된다.

이 과정을 통해 , 전체 설비 및 배관에 대한 구간 분류가 이루어지고, 각 구간에 해당하는 손상 유형이 배정되며, 설계 기준 등 많은 데이터가 RBI Software 에 입력되어 위험도 산출에 이용된다.

데이터의 정확도 및 설비 중요도에 따라 정성적, 반정성적(Semi-qualitative) 및 정량적(Quantitative) 인 위험도 산출이 가능하나, 산업 분류 또는 분석 대상에 따라 효율성 측면에서 완전한 정량적 평가가 선택되지 않는 경우도 있다.

위험도 산출의 기본적인 공식은, API RP 580/581에서 정의된 바와 같이 아래 수식으로 표현된다.

위험도(Risk)는 고장 빈도(LoF) 와 고장 결과로 정의되는 CoF값을 통해 산출되는데, 정성적인 방법론으로는 Risk Matrix 를 활용하여 구간(range)에 따른 정의를 하며, 정량적인 방법론으로는 각 구간의 손상 인자(Damage Factor, DF), 일반적 고장빈도 인자 (GFF) 등 API RP 581에 정의된 수많은 계수를 정량화하여 그 값을 구하는데, 이는 일부 정밀 진단이 필요한 경우에 해당하며, RBI Software 를 통해 가능하지만 소요 시간이 현저히 많아지는 단점이 있다.

3. Analysis & Inspection Planning

a. RBI Software analysis 검증

b. Inspection Plan 작성

c. Risk Comparison

RBI Study의 프로젝트 기간, 소요 인력(Manday) 등이 고려되어 정성적 혹은 정량적인 RBI 분석이 완료되면, 각 구간에 대한 Risk 값을 분석하며 입력값에 대한 검증을 진행한다. 설계 데이터, 운영 데이터, 부식/손상 유형, 검사 이력 등이 입력되어 위험도 및 RBI Recommendation이 나오게 되고, 이는 검사 계획서(Inspection Plan)의 형태로 결과물이 출력된다.

통상적인 RBI 보고서에는 아래와 같이 시간에 따라 변화되는 Risk 값의 비교 표와, 허용된 Risk를 유지하면서 현행되는 유지보수 계획에 대한 경제성 평가 등이 포함된다. 일반적으로 대부분의 설비에는 허용 위험도 내에서 경제성 측면이 고려되어, 과잉 보전 등에 대한 검사주기 조정 등의 권고사항이 제시되며, 운영 데이터 및 검사 이력의 데이터가 즉각적인 재 검사 및 예상 수명 조정이 필요한 것으로 판단되는 경우 허용 위험도를 벗어난 고위험 군으로 분류되어 검사 주기 및 보전 계획을 조정하도록 권고사항이 입력된다.

4. Final Reporting & Presentation

이 단계에서는, 앞서 수행하였던 항목을 종합하여 최종 보고서를 작성하며, 해당 공정과 각 설비에 대한 설명 및 RBI 분석을 위한 구간 분류, 입력 데이터를 통해 도출된 위험도 평가 결과에 대한 요약, 종합적인 recommendation과 함께, 각 설비 및 구간 분류에 해당하는 Inspection Plan 이 개별 발행되어 첨부되게 된다. 고위험군에 대한 위험도 현황 평가의 세부사항 및 관리를 위한 recommendation 항목 등과 같은 특이사항 등을 종합하여 Final Presentation 을 위한 워크샵을 준비하는 단계이다.

Kick-off Meeting에 이은 워크샵과 최종 워크샵을 포함하여 일반적으로 총2회 정도의 워크샵이 RBI Study 프로세스에 포함되며, 최종 워크샵에서는 허용 불가한 위험도 항목에 대한 관리 지침 및 대처 방안이 논의되고 이에 따른 효과 분석 및 질의 시간으로 전체적인 프로젝트가 마무리된다.

이렇게 위험도 기반검사(RBI) 기법에 대한 소개를 축약하여 정리하였다. 일반적으로 대다수의 설비는 파레토 법칙에 기반하여screening process에 의해 정성적으로 평가된다. 정밀한 정량적 분석이 필요한 경우, API RP 581 Code 에서는 아래와 같이 상당히 디테일한 수준의 위험도 산출식을 정의하고 있다.

정리하자면, RBI 기법의 목적은 한정된 보전자원의 효율적인 집중을 위한 고위험군 설비에 대한 데이터 기반 분석과 근거를 마련하고, 설비보전 현황에 대한 제고 및 모니터링 이력을 통한 검사 계획 최적화, 그리고 궁극적인 산업 재해 예방에 있다.

RBI 기법은 다음 그림에서와 같이 명확하지 않았던 보전 최적화에 대한 여부를 확인하는 선진적인 접근 방식으로 중동을 비롯한 세계 많은 지역에서는 EPC 단계에서부터 RBI의 적용을 필수로 하는 프로젝트를 많이 볼 수 있다.

마지막으로, RBI는 고정된 시스템이 아니라 지속적인 개선과 업데이트를 통해 살아 움직이는 시스템으로 유지되어야 한다. 우리의 설비자산은 노후화와 변경점에 끊임없이 노출되어 있으므로, RBI의 능력을 최대한 활용하여 사고 위험을 감소시키고 비용을 절감하는 데 기여하길 기대한다.

APAVE 코리아는

아파브 코리아의 전신인 ABS 컨설팅 한국지사는 1971년 설립 이후, ASME 검사 및 인증, 공정안전관리 및 리스크 평가 분야의 업계 리더로 활동해 왔다. 국내 약 160개의 ASME 스탬프 홀더 및 연 50건 이상의 위험성 평가를 통해 국내 제작사 및 EPC, 중공업, 화공/정유사 등의 안전 및 품질 개선을 지원해 왔다. 다수의 ASME AI(공인검사원), 리스크 엔지니어 등 기술 인력 위주로 구성되어 있으며, 미국 ASME를 포함한 세계 주요 국가의 공인 검사 기관이자 공정 위험성 평가 전문 기관이다.

아파브 코리아는 2023년 6월, ABS 컨설팅의 자산 및 인원을 100% 승계하면서, 기존의 해양 및 화공 분야 기술 서비스는 그대로 유지하면서도 아파브 그룹의 새로운 서비스를 추가하며 고객 서비스 범위를 확대해 가고 있다.