SIL(Safety Integrity Level)의 중요성과 적용 방법

SIL(Safety Integrity Level)의 중요성과 적용 방법

 

 

 

 

 

 

1. 안전 무결성 수준(SIL)이란?

 

 

(1) SIL(Safety Integrity Level)의 정의
  - SIL(Safety Integrity Level, 안전 무결성 수준)은 산업 자동화 및 계장 시스템에서 안전 기능이 수행되는 

   신뢰성을 정량적으로 평가하는 기준임
  - IEC 61508(기능 안전 국제 표준) 및 IEC 61511(공정 산업 기능 안전 표준)에서 정의하는 개념으로,

    안전 계장 시스템(SIS, Safety Instrumented System)의 성능을 평가하기 위한 핵심 요소임
  - SIL 수준이 높을수록 요구되는 안전 성능이 엄격해지고, 시스템의 오류 발생 가능성이 낮아짐

 

 

 

(2) SIL의 필요성
  - 산업 현장에서 계장 시스템의 고장이나 오작동은 심각한 사고로 이어질 수 있음
  - SIL 평가를 통해 시스템의 신뢰성을 확보하고, 위험을 최소화하여 산업 재해를 예방할 수 있음
  - 석유화학, 발전, 철강, 반도체, 자동차 제조 등 다양한 산업에서 안전 기준을 준수하는 것이 필수적임

 

 

 

(3) SIL 등급 분류
  - SIL은 총 4단계로 분류되며, 각 등급은 특정 수준의 위험 감소율 및 허용 가능한 위험 확률을 기반으로 정의됨

 

 

  ** 일반적으로 SIL 1~3이 대부분의 산업 플랜트에서 적용되며, SIL 4는 극도로 위험한 환경에서만 요구됨

 

 

 

 

 

2. SIL 평가 방법

 

 

(1) 위험 분석(Risk Assessment) 및 HAZOP 분석
  - HAZOP(Hazard and Operability Study) 분석 기법을 활용하여 시스템의 위험 요소를 식별하고, 

    사고 발생 가능성과 심각성을 평가함
  - LOPA(Layer of Protection Analysis, 보호 계층 분석) 기법과 결합하여 시스템의 안전 계층을 정의하고, 

    추가적인 보호 조치가 필요한지 검토함
  - 정량적 위험 평가(QRA, Quantitative Risk Assessment)를 수행하여, 시스템이 요구되는 SIL 수준을 충족하는지 확인함

 

 

(2) 안전 계장 기능(SIF) 정의 및 분석
  - SIF(Safety Instrumented Function, 안전 계장 기능)는 특정한 위험을 방지하거나 완화하기 위해 

    계장 시스템이 수행하는 기능을 의미함
  - 각 SIF별로 요구되는 SIL 수준을 결정하고, 필요한 위험 감소 수준을 계산함
  - 예를 들어, 고온 보호 시스템의 경우 온도 센서가 이상 온도를 감지하면, 시스템이 자동으로 공정을 중단하는 

    기능을 수행함

 

 

(3) PFD(Probability of Failure on Demand) 및 RRF 계산
  - SIL 수준을 결정하기 위해 계장 시스템의 PFD(요구 시 고장 확률)를 계산함
  - PFD 값이 낮을수록 신뢰성이 높으며, 해당 값이 SIL 요구 조건을 만족해야 함
  - 시스템이 요구되는 RRF(Risk Reduction Factor, 위험 감소 계수)를 충족하는지도 평가하여 적절한 SIL 등급을 설정함

 

 

 

(4) FMEA(고장 모드 및 영향 분석) 적용
  - FMEA(Failure Mode and Effects Analysis, 고장 모드 및 영향 분석) 기법을 통해 계장 시스템에서 발생할 수 있는 

    각 고장 모드를 분석함
  - 각 고장이 시스템에 미치는 영향을 평가하고, 신뢰성을 향상시키기 위한 설계 개선 방안을 마련함
  - SIL 요구사항을 충족하지 못할 경우, 시스템 아키텍처를 변경하거나 이중화(Redundancy) 설계를 추가하여 

    신뢰성을 높일 수 있음

 

 

(5) 이중화(Redundancy) 및 설계 최적화
  - SIL 수준을 충족하기 위해 계장 시스템의 구성 요소를 이중화(Redundancy)할 필요가 있음
  - 예를 들어, 센서 또는 액추에이터를 2oo3(Three-out-of-Two) 설계로 구성하면 한 개의 센서가 고장 나더라도 

    시스템이 정상적으로 작동할 수 있음
  - 계장 장비의 자가 진단(Self-Diagnosis) 기능을 추가하여 고장 감지 기능을 강화함

 

 

(6) SIL 검증 및 주기적 유지보수
  - SIL 평가 후, 실제 운영 환경에서 검증 시험을 진행하여 시스템이 요구 수준을 충족하는지 확인해야 함
  - 정기적인 점검 및 유지보수를 통해 시스템 신뢰성을 유지하고, 고장률을 낮추는 것이 중요함
  - SIL 검증 과정에서는 **주기적 시험(Proof Test)**을 수행하여, 계장 시스템의 기능이 정상적으로 작동하는지 확인함

 

 

(7) SIL 준수 여부를 평가하는 감리 및 인증
  - SIL 평가가 완료된 후, 해당 시스템이 IEC 61508 및 IEC 61511 등의 국제 안전 표준을 준수하는지 검토함
  - 독립적인 제3자 기관(예: TÜV Rheinland, Exida)에서 평가를 수행하고, 공식 인증을 받을 수 있음
  - SIL 인증을 받은 시스템은 신뢰성이 보장되며, 산업 현장에서 안전 표준을 준수하는 장비로 인정받을 수 있음

 

 

 

 

3. 결론

 

  - SIL(Safety Integrity Level) 평가는 계장 시스템의 신뢰성과 안전성을 보장하기 위한 필수적인 절차임.

  - 위험 분석, PFD 및 RRF 계산, FMEA 적용, 이중화 설계, 유지보수 및 검증 등의 단계를 거쳐 SIL 수준을 평가하고,

    필요한 경우 설계를 최적화하여 안전성을 향상시켜야 함