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소방수 공급설비에 대한 공통원인고장을 고려한 확률론적 신뢰도 분석
Reliability Analysis on Firewater Supply Facilities based on the Probability Theory with Considering Common Cause Failures

고재선   (서울시립대학교 화학공학과UU0000710  ); 김효   (서울시립대학교 화학공학과UU0000710  );
  • 초록

    본 논문에서는 공통원인고장의 이론적 고찰로서 정의와 그 원인, 분석방법을 기술하고 대표적인 소방설비의 하나인 소방펌프에 대해 공통원인고장을 고려한 신뢰도분석에 적용함으로써 공통원인고장의 중요성과 그 한계성을 규명하고자 한다. 공통원인고장을 고려한 소방수 공급설비에 대한 신뢰도분석 결과 알 수 있듯이 펌프의 운전고장이 계통실패의 가장 큰 요인으로 나타났으며 특히 두 펌프의 공통원인고장이 지배적이다. 다시 말하면 공통원인고장을 고려하지 않을 경우에 계통신뢰도를 실제보다 2배 이상 초과하여 평가할 수 있다는 것이다. 이로서 계통 신뢰도분석에서 공통원인고장의 중요성을 인식할 수 있으며 분석결과는 공통원인고장의 변수인자의 값에 크게 의존하는 것을 알 수 있다. 그리고 소방수 공급설비설계에 계통설계 시 다중성을 반영하면 신뢰도가 증가하는 것은 사실이나 공통원인고장 요인 때문에 다중기기 설치대수에 비례하는 정도의 신뢰도 향상을 얻지 못할 수도 있다. 또한 공통원인고장의 한계성으로는 분석모델의 차이로 인한 차이는 미미한 수준이었으나 각각 다른 데이터 원을 사용했을 경우 그 결과는 큰 차이를 나타내었다. 따라서 공통원인고장 분석에 사용되는 모델보다는 이용 가능한 경험데이터의 품질이 그 분석결과의 신뢰성에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 결과적으로 다중기기의 공통원인고장을 방지하기 위한 기본적이고 공학적인 방안으로는 설계시 요구되는 적정 신뢰도를 유지하는 것이므로 적어도 소방펌프에 요구되는 신뢰도수준으로 설계되어야 한다. 즉 SIS(Safety Instrumented system)에 요구되는 신뢰도수준인 안전건전성수준(SIL; Safety integrity level)에 적합한가의 유무를 PFD를 활용하여 정량적으로 파악하는 것이다. 공통원인고장을 고려한 소방수 공급설비에 대한 신뢰도분석 결과 계통작동요구시 실패확률(PFD: Probability of failure on demand), 즉 계통 이용 불능도는 3.80E-3이므로 규정목표인 SIL5의 범주 안에 들어있지 않아 안전건전성수준으로 설계되어 있지 않다고 판단되며, 만일 공통원인고장을 고려하지 않았을 경우인 계통 이용불능도 또한 1.82E-3으로 계산되는데, 이 또한 SIL5의 범주 안에 들어있지 않으므로 단전건전성수준으로 설계되어 있지 않다고 판단된다.


    In this study, we write down the definitions, their causes and the techniques of analysis as a theoretical consideration of common cause failures, and investigate the limitation and the importance of the common cause failures by applying to the analysis on the fire protection as a representative safety facility. As you can know in the reliability analysis, most impressive cause is the malfunctions of pumping operations; especially the common cause failure of two pumps is dominant. In other words, it is possible to assess system-reliability as twice as actual without CCF From these, CCF is extraordinarily important and the results are highly dependent on the CCF factor. And although it would increase with multiple installations, the reliability are not defined as linear with those multiplications. In addition, the differences in results due to the models for analysis are not significant, whereas the various sources of data produce highly different results. Therefore, we conclude that the reliabilities are dependent on the quality of the usable data much better than the variety of models. As a result, the basic and engineering device for the preventions of CCF of the multiple facilities is to design it as reliably as to design the fire-water pump. That is to say, we must assess those reliabilities using PFD whether they are appropriate to SIL (Safety Integrity Level) which is required for the reliability in SIS (Safety Instrumented System). The result of the analysis on the reliability of the fire-water supply with CCF shows that PFD is 3.80E-3, so that it cannot be said to be designed as safely as in the level of SIL5. However, without CCF, PFD is 1.82E-3 which means that they are designed as unsafely as before.


  • 주제어

    Common cause failure .   Independent failure probability .   Functional dependency .   Parametric model .   Safety Integrity Level .   Probability of failure on demand.  

  • 참고문헌 (8)

    1. Offshore Reliability Data, 3rd Edition, OREDA-97, SINTEF industrial Management, Norway(l997) 
    2. Guidelines for Process Equipment Reliability Data, American Institute of Chemical Engineering(1989) 
    3. Development of a Risk and Reliability Data Base for Chemical Facility, PLG, Aug(1986) 
    4. 'Guidelines for Process Equipment Reliability Data', CCPS for American Institute of Chemical Engineers(1989) 
    5. Singh, C. and Billinton, R., 'System Reliability Modeling and Evaluation', Hutchinson(1977) 
    6. Procedures for Treating Common Cause Failure in Safety and Reliability Studies, EPRI NP-5613, NUREG/CR-4780, Electric Power Research Institute (1988) 
    7. Development of an Improved LNG Plant Failure Rate Data Base, Gas Research Institute, Sep(1981) 
    8. 'IEEE Guide to the Collection and Presentation of Electrical, Electronic, Sensing Component, and Mechanical Equipment Reliability Data for Nuclear Power Generating Stations', IEEE std-500-1984, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Nov.(1993) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (2)

    1. Kim, Sung Kyu ; Kim, Yong Soo 2012. "A Study on FMEDA Process for SIL Certification : A Case Study of a Flame Scanner" 산업공학 = IE Interfaces, 25(4): 422~430     
    2. Kim, Hong-Rae ; Yoo, Dong-Seo ; Chang, Young-Keun 2012. "Studies for Reliability-corrected Cost Estimation Methodology of Launch Vehicle Development" 韓國航空宇宙學會誌 = Journal of the Korean society for aeronautical & space sciences, 40(4): 364~374     

 저자의 다른 논문

  • 고재선 (12)

    1. 2000 "유해화학물질의 종합위해등급 알고리즘 개발에 관한 연구" 한국화재소방학회 논문지= Fire Science and engineering 14 (4): 7~16    
    2. 2001 "지하공동구 화재 실험 및 시뮬레이션에 의한 화재 설칠 예측 평가" 한국화재소방학회 논문지= Fire Science and engineering 15 (1): 23~33    
    3. 2001 "대도시 위해.위험시설에 대한 안전도 수용기준 정립에 관한 연구" 한국화재소방학회 논문지= Fire Science and engineering 15 (1): 84~92    
    4. 2003 "천연가스 공급설비에 대한 기기신뢰도 분석 및 위험성 평가" 한국화재소방학회 논문지= Fire Science and engineering 17 (1): 8~20    
    5. 2003 "염소저장탱크에서의 가스 누출시 공정위험검토 및 결과영향분석" 한국화재소방학회 논문지= Fire Science and engineering 17 (3): 61~73    
    6. 2004 "지하매설물 중 도시가스 지하배관에 대한 위험성 서열화 분석" 한국화재소방학회 논문지= Fire Science and engineering 18 (1): 54~66    
    7. 2004 "CNG 버스 및 충전소의 화재 위험도 평가" 한국화재소방학회 논문지= Fire Science and engineering 18 (2): 57~67    
    8. 2004 "PILOT LNG저장탱크의 화재안전성 평가에 관한 연구" 한국화재소방학회 논문지= Fire Science and engineering 18 (3): 57~73    
    9. 2006 "Poisson분포를 이용한 도시가스 화재 폭발사고의 발생 예측프로그램 및 사회적 위험기준에 관한 연구" 한국화재소방학회 논문지= Fire Science and engineering 20 (1): 6~14    
    10. 2006 "Ethyl Benzene 공정에서 화재.폭발방지를 위하여 안전건전성수준을 이용한 안전장치시스템의 신뢰도 분석" 한국화재소방학회 논문지= Fire Science and engineering 20 (3): 1~8    
  • 김효 (18)

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