P&ID 한 장을 AI에게 보여줬더니 — HAZOP 워크시트가 나왔습니다

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화학·정유공장의 안전 설계는, 결국 두 가지 문서로 압축됩니다.

• P&ID (Piping & Instrumentation Diagram, 공정·계장 도면)
• HAZOP 워크시트 (HAZard and OPerability study, 잠재 위험 분석표)

P&ID는 "이 공장이 이렇게 운전됩니다"라는 설계도이고, HAZOP은 "이 설계가 잘못되면 어떤 사고가 날 수 있는지"를 체계적으로 분석한 보고서입니다.

두 문서 모두 — 만들어 본 분은 아실 겁니다 — 시간이 정말 많이 걸립니다.

이 글에서는 이 두 가지가 정확히 무엇인지 짚어보고, "AI가 P&ID 도면을 본다면 HAZOP 작업의 어디까지 도와줄 수 있는가"에 대한 한 가지 시도를 정리해보려 합니다.

P&ID란 무엇인가

P&ID는 "공장의 안전 설계 언어"입니다.

한 장의 도면 위에 다음과 같은 정보가 모두 담깁니다.

• 장비 (Equipment) — 탱크, 펌프, 열교환기, 반응기, 증류탑, 압축기 등
• 계기 (Instrument) — 유량계 FIC, 압력계 PIC, 온도계 TIC, 액위계 LIC 등 (ISA 5.1 표준 태그)
• 밸브 (Valve) — 제어밸브, 차단밸브, 체크밸브, 안전밸브(PSV)
• 배관 (Pipeline) — 라인 번호, 호칭경, 재질, 유체 종류
• 제어 루프 (Control Loop) — 자동 제어 회로 (예: FIC-101이 FCV-101을 통해 유량을 조절)

화학공정의 기본 흐름은 단순합니다. 탱크에서 원료를 저장하고, 펌기로 이송하고, 열교환기에서 가열·냉각하고, 반응기에서 화학 반응을 일으킵니다. 여기에 증류탑·필터·압축기 등이 추가되면서 공정이 복잡해집니다.

아래는 실제 화학공정 데모 도면입니다. 8개 장비, 12개 계기, 7개 밸브, 4개 제어 루프 — 한 장 안에 공장의 거의 모든 안전 정보가 들어가 있습니다.

이 도면 한 장에서 우리가 알 수 있는 것:

• 원료가 어디서 출발해 어디로 가는지 (TK-101 → P-101 → E-101 → R-101 → ...)
• 어느 지점에서 가열되고 냉각되는지 (E-101 / E-102 열교환기)
• 어떤 계측기로 무엇을 측정·제어하는지 (FIC, LIC, TIC)
• 어디에 안전장치가 있는지 (PSV-101 압력방출밸브)

P&ID 계기 태그 읽는 법 — ISA 5.1

P&ID 도면 위의 동그라미 안에 적힌 글자들(FIC-101, TT-102, PSV-101 등)을 처음 본 분이라면 암호처럼 느껴지실 수 있습니다. 실은 매우 단순한 규칙이 있습니다 — ISA 5.1 국제표준 letter code입니다.

첫 글자 = 측정 대상

• F = Flow (유량)
• L = Level (액위)
• P = Pressure (압력)
• T = Temperature (온도)
• A = Analysis (조성·분석)

이후 글자 = 기능

• I = Indicator (지시)
• C = Controller (제어)
• T = Transmitter (전송)
• S = Switch (스위치)
• V = Valve (밸브)
• A = Alarm (알람)

조합 예시:

• FIC-101 = F(유량) + I(지시) + C(제어) → "유량 지시 제어기"
• TT-102 = T(온도) + T(전송) → "온도 전송기"
• PSV-101 = P(압력) + S(스위치) + V(밸브) → "압력 안전 밸브"

이 규칙만 알면 P&ID의 모든 계기 태그를 거의 해석할 수 있습니다. P&ID를 못 읽으면 그 공장의 안전을 논의할 수 없기 때문에, 모든 공정안전 활동의 출발점은 P&ID를 읽는 능력입니다.

HAZOP이란 무엇인가

HAZOP은 P&ID를 가지고 "이 설계에 잠재된 위험을 모두 찾아내자"는 체계적 분석 절차입니다.

국제표준 IEC 61882로 정형화되어 있고, 한국에서는 산업안전보건법 §44 공정안전관리(PSM) 대상 사업장의 공정위험성평가 핵심 도구로 사용됩니다.

HAZOP의 진행 흐름은 다음과 같습니다.

① P&ID 도면 준비 — 분석 대상 공정의 도면을 확정

② 노드(Node) 분할 — 도면을 의미 있는 단위로 쪼갬 (예: TK-101 출구 ~ P-101 입구 = NODE-01)

③ Guide Word × Parameter 적용 — 각 노드에서 발생 가능한 편차를 매트릭스로 도출

④ 편차(Deviation) 분석 — 도출된 편차 각각에 대해 원인·결과·안전장치·대책을 검토

⑤ 워크시트 작성 — 분석 결과를 표 형태의 워크시트로 정리

HAZOP의 핵심 — Guide Word × Parameter 매트릭스

HAZOP에서 가장 중요한 개념입니다.

각 노드에서 "정상 운전 조건"이 무엇인지 정한 다음, 그 정상 상태에서 "어긋날 수 있는 모든 경우"를 6개 가이드워드 × 5개 파라미터 매트릭스로 빠짐없이 검토합니다.

조합 = 6 × 5 = 30개 편차 시나리오. 노드 하나당 30개의 "혹시 이런 일이 벌어진다면?" 시나리오를 빠짐없이 검토하는 것이 HAZOP의 본질입니다.

가이드워드 6종 — 하나씩 짚어보기

각 가이드워드가 정확히 무엇을 의미하는지, 어떤 편차가 도출되는지 하나씩 정리해보겠습니다.

① No / None (없음)

정상 상태에서 발생해야 할 것이 전혀 발생하지 않는 상태입니다.

• 유량에 적용: "유체가 흐르지 않음" — 펌프 정지, 차단밸브 폐쇄, 배관 막힘으로 발생
• 교반에 적용: "교반기 정지" — 반응기 내 혼합이 안 됨
• 일반적 원인: 펌프 고장, 차단밸브 작동, 배관 막힘, 전원 차단
• 일반적 결과: 하류 공급 중단, 펌프 캐비테이션, 반응 미완료, 운전 정지

② More (과다)

정상보다 많거나 높은 상태입니다. 가장 자주 분석되는 편차입니다.

• 유량에 적용: "과유량" — 제어밸브 Fail Open, 펌프 두 대 동시 가동, 차단밸브 오개방
• 압력에 적용: "과압" — 닫힌계 가열, 폭주 반응, 차단밸브 동시 폐쇄, 유입 과다
• 온도에 적용: "과열" — 가열 매체 과공급, 냉각 실패, 발열 반응
• 액위에 적용: "과액위" — 유출 흐름 차단, 유입 과다, 액위 제어 실패
• 일반적 결과: 장비 파손, 화재·폭발, 폭주 반응, 오버플로우, 환경 오염

③ Less (과소)

정상보다 적거나 낮은 상태입니다.

• 유량에 적용: "저유량" — 부분 폐쇄, 일부 막힘, 펌프 성능 저하
• 압력에 적용: "저압" — 누설, 진공, 유입 부족
• 온도에 적용: "저온" — 가열 부족, 과냉각, 동결
• 액위에 적용: "저액위" — 유입 부족, 유출 과다, 누설
• 일반적 결과: 반응 미완료, 동결로 인한 배관 손상, 펌프 캐비테이션, 제품 품질 이상

여기까지가 가장 직관적이고 빈번한 3가지 편차입니다. 이어지는 3가지는 덜 직관적이지만 — 놓치면 매우 위험합니다.

④ Reverse (역류)

정상 방향의 반대로 흐르거나 작동하는 상태입니다.

• 유량에 적용: "역류" — 펌프 정지 후 사이펀, 압력 역전, 체크밸브 고장
• 반응에 적용: "역반응" — 생성물이 분해되어 원료로 돌아가는 경우
• 일반적 결과: 다른 공정 라인의 오염, 펌프 역회전 손상, 위험물 역혼입, 오염물 확산

⑤ Other Than (이외)

정상이 아닌 다른 물질·상태·운전 모드가 발생하는 상태입니다.

• 물질에 적용: "잘못된 원료 공급", "오염물 혼입"
• 운전 모드에 적용: 시운전(Start-up)·정상가동(Normal)·정지(Shutdown) 중 비정상 모드 — 의외로 사고가 많이 나는 구간
• 상태에 적용: "기체가 와야 할 곳에 액체" (Two-phase flow)
• 일반적 결과: 부반응, 폭주 반응, 품질 이상, 폭발, 장비 손상

⑥ As Well As (추가)

정상에 추가로 다른 것이 함께 존재하는 상태입니다.

• 물질에 적용: "외부 공기 유입" (누설), "이물질 혼입"
• 유체에 적용: 두 가지 유체가 의도치 않게 혼합 (예: 공정유체에 cooling water 혼입)
• 일반적 결과: 부반응, 오염, 폭발성 혼합기 형성, 부식 가속

정리하면 — 가이드워드는 "사람이 놓치기 쉬운 모든 비정상 상태를 빠짐없이 점검하기 위한 체크리스트"입니다. 30개 시나리오를 모두 통과해야 비로소 그 노드의 HAZOP이 완료됩니다.

HAZOP 워크시트는 어떻게 만들어지나 — 실제 예시

편차 하나마다 다음 4가지 항목을 채워야 합니다.

• 원인 (Causes) — 이 편차가 발생할 수 있는 원인들
• 결과 (Consequences) — 발생 시 예상되는 피해 + 심각도
• 기존 안전장치 (Safeguards) — 현재 설계에 이미 반영된 보호 장치
• 권고사항 (Recommendations) — 추가로 필요한 안전 대책 + 우선순위

말로만 보면 추상적이니, 실제 데모 분석 결과 하나를 보여드리겠습니다.

대상은 위 도면의 NODE-02 (E-101 예열기) · More × 온도 편차입니다.

• 설계 의도: 스팀(STM-101)으로 원료를 설정 온도까지 예열
• 위험등급: High

원인은 3가지입니다.

• 온도조절 밸브(TCV-101) 고착 (Fail Open)
• 온도전송기(TT-101) 신호 오류 (실제보다 낮게 측정)
• 스팀 공급 압력의 급격한 상승

결과는 2가지입니다.

• 원료의 열분해 → 반응기 R-101 폭주 반응 위험 [심각도 5]
• 열교환기 E-101 및 배관의 열적 손상 [심각도 4]

기존 안전장치는 다음이 있지만 부족합니다.

• 온도 고측 알람 (Temperature High Alarm)
• 운전원의 수동 개입 절차
• PSV-101 압력방출밸브

권고사항 2가지가 도출되었습니다.

• 독립 SIS 및 High-High Temp Trip 설치 [우선순위: 즉시]
• 온도전송기 TT-101 이중화(Redundancy) 검토 [우선순위: 3개월]

이 4칸을 채운 결과물 한 줄이 — HAZOP 워크시트의 한 행입니다. 그리고 한 노드당 30개 편차, 한 공장당 수십 개의 노드. 곱하면 수백~수천 줄의 워크시트가 됩니다.

위험등급 산정 — 5×5 Risk Matrix

HAZOP에서 "위험등급"은 어떻게 결정될까요. 표준적으로 심각도(Severity) × 빈도(Likelihood) 5×5 매트릭스로 산정합니다.

• 심각도 1~5: 1(무시) → 5(치명적)
• 빈도 A~E: A(극히드묾) → E(빈번)

두 축의 곱이 위험점수가 되며, 점수별 조치 등급이 정해집니다.

• 1~4: Low — 허용, 정기 모니터링
• 5~9: Medium — ALARP 검토, 가능하면 감소
• 10~14: High — 즉시 계획 수립 후 조치
• 15~19: Very High — 24시간 내 긴급 조치
• 20~25: Extreme — 작업 즉시 중지 (STOP)

여기서 HAZOP의 또 다른 핵심이 나옵니다 — mitigated vs unmitigated 양쪽 평가입니다.

• Unmitigated risk = 안전장치가 없다고 가정했을 때의 초기 위험
• Mitigated risk = 현재 설계의 안전장치가 정상 작동한다고 가정했을 때의 잔여 위험

이 두 값을 모두 평가해야, "추가 안전장치가 정말로 필요한가, 아니면 현재로도 충분한가"를 합리적으로 판단할 수 있습니다.

HAZOP의 현실 — 왜 이렇게 시간이 걸리는가

HAZOP은 한 사람이 작성하지 않습니다.

• 공정 엔지니어 (Process Engineer)
• 안전 엔지니어 (Safety Engineer)
• 계기·제어 엔지니어 (Instrument/Control Engineer)
• 운전팀 (Operations)
• 설비·정비 (Maintenance)
• 외부 자문 또는 HAZOP 전문 진행자(Facilitator)

이 다학제 팀이 회의실에 모여, P&ID 한 장을 펼쳐놓고, 노드 하나 하나, 가이드워드 하나 하나, 파라미터 하나 하나를 순서대로 검토합니다.

설계가 끝난 신규 플랜트의 경우 보통 1~3주가 소요됩니다. 기존 공장의 재평가(Revalidation)도 며칠은 필요합니다. 비용도, 인력도, 일정도 부담스럽습니다.

그러다 보니 — 솔직히 말씀드리면 — HAZOP을 충분히 못하고 넘어가는 사업장도 적지 않습니다. PSM 보고서에 형식적으로 "수행함"만 적고, 실제 워크숍은 짧게 끝내거나, 외부 컨설팅에 통째로 맡기는 경우가 많습니다.

이게 한국 공정안전의 한 가지 약한 고리입니다.

AI는 어디까지 도와줄 수 있을까

기력한 한 가지 시도를 했습니다. P&ID 도면 한 장을 AI에게 보여주고, HAZOP 워크시트 초안까지 가는 길을 자동화해본 것입니다.

저희 Heinrich의 P&ID + HAZOP 분석 기능이 그 결과입니다.

자동화된 영역:

• 도면 인식 — P&ID에서 장비·계기·밸브·배관·제어루프를 자동 추출 (ISA 5.1 태그 규칙 기반)
• 노드 자동 식별 — IEC 61882 노드 선정 원칙에 따라 도면을 노드로 자동 분할
• 워크시트 초안 자동 작성 — 노드별로 가이드워드 × 파라미터 매트릭스를 돌려 편차·원인·결과·안전장치·권고사항을 초안으로 생성
• 위험등급 산정 — 5×5 매트릭스 기반 mitigated/unmitigated 양쪽 평가

그런데 이 자동화보다 더 차별적인 부분이 두 가지 있습니다.

(1) 각 편차 시나리오를 5초 3D 영상으로 시각화합니다.

위에 본 NODE-02 More 온도 편차를 — 글로 설명하는 게 아니라 — 5초 입체 영상으로 보여주면, 신입 안전 엔지니어 교육이나 임원 브리핑 자료로 바로 활용할 수 있습니다.

NODE-02 E-101 예열기 · More × 온도 시나리오 3D 시각화

(네이버 블로그 동영상 첨부 기능으로 phase11/videos/NODE-02_D-02_More.mp4 업로드 권장)

(2) 도면이 사내망을 벗어나지 않습니다.

P&ID는 회사의 핵심 엔지니어링 자료입니다. 외부 클라우드 AI 서비스에 도면을 업로드하기 어려운 게 현실입니다. Heinrich의 P&ID 분석 기능은 온프레미스(On-Premise) — 사내에 설치되어 도면이 외부로 나가지 않습니다. Enterprise 플랜 전용 기능입니다.

AI가 대신할 수 있는 것 vs 할 수 없는 것

정직하게 짚고 가겠습니다.

AI가 만든 HAZOP 워크시트는 "초안"입니다. 다음과 같은 단계를 자동화합니다.

• 도면에서 노드 식별 (놓치기 쉬운 부분 포함)
• 30개 편차 시나리오를 빠짐없이 도출
• 원인·결과·안전장치 후보를 표준 기반으로 정리
• 권고사항 1차 도출

이렇게 만들어진 초안은 — 다음 단계가 반드시 필요합니다.

• 다학제 팀의 검토 및 합의
• 현장 특수 상황 반영 (운전 이력, 과거 사고, 변경 사항)
• 위험 우선순위의 팀 합의
• 권고사항의 실행 가능성 평가
• 최종 책임자 승인

AI가 잘하는 것은 "빠짐없이 정리"입니다. 사람이 잘하는 것은 "맥락 반영과 의사결정"입니다. 둘은 대체 관계가 아니라 보완 관계에 가깝습니다.

AI가 초안을 만들면, 워크숍은 "검토와 합의"에 집중할 수 있습니다. 회의 시간이 며칠 단축되고, 신입 엔지니어의 학습 곡선이 줄어들고, 같은 표준 형식의 워크시트를 사내 전체에 일관되게 적용할 수 있게 됩니다.

이것이 — 한 가지 시도의 결과로 — 보이는 가능성입니다.

마무리

P&ID와 HAZOP은 공정안전의 기본 두 축입니다. 그 작업의 무게가 한국 산업안전 현장의 부담 중 하나라는 사실은 — 부정하기 어렵습니다.

AI가 그 부담을 모두 대신할 수는 없습니다. 그러나 일부 — 특히 노드 식별과 워크시트 초안 작성 — 는 충분히 자동화 가능한 영역이라는 것이, 실제 도면 한 장을 분석해본 결과 확인되었습니다.

도면이 사내망을 벗어나지 않는 형태로 운영할 수 있다면, 공정안전 팀이 같은 표준으로 더 빠르게 HAZOP을 진행할 수 있는 환경이 만들어집니다.

읽어주셔서 감사합니다.

참고 자료

• IEC 61882: Hazard and operability studies (HAZOP studies) — Application guide
• ISA 5.1: Instrumentation Symbols and Identification
• 산업안전보건법 §44 공정안전관리(PSM) · 시행령 별표 13
• 중대재해처벌법 §10 중대시민재해 (시설·원료·제조물 결함의 시민 피해)
• 화학공장 PSM 보고서 작성 지침 (KOSHA)
• API 520/521 (압력방출장치 설계·설치 표준)
• IEC 61511 / ISA 84 (안전계장시스템 SIF/SIL)
• ALARP (As Low As Reasonably Practicable) 원칙

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[네이버 블로그 영상 활용 가이드]

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권장: 본문 [영상 1] 위치에 phase11/videos/NODE-02_D-02_More.mp4 첨부

대안: 14편 중 가장 인상적인 1~3편 선택 첨부

영상 14편 목록 (Heinrich 데모 페이지에 있는 실제 3D 시각화):

• NODE-01 D-01 Less (유량 과소)
• NODE-01 D-02 More (압력 과다)
• NODE-01 D-03 More (유량 과다)
• NODE-01 D-04 No (유량 없음)
• NODE-02 D-01 No (유량 없음)
• NODE-02 D-02 More (온도 과다) ← 본문 예시와 일치, 추천
• NODE-02 D-03 Less (온도 과소)
• NODE-03 D-01 More (유량 과다)
• NODE-03 D-02 Other (조성 이외)
• NODE-03 D-03 More (액위 과다)
• NODE-03 D-04 Less (액위 과소)
• NODE-04 D-01 No (유량 없음)
• NODE-04 D-02 More (액위 과다)
• NODE-04 D-03 More (압력 과다)

영상 위치: /home/bboi320/heinrich/frontend/public/assets/pnid-videos/

또는 phase11/videos/ (NODE-02_D-02_More.mp4 1편 복사 완료)