This study presented risk-based design and economic evaluation methodologies considering quantitative assessment of equipment failures and accident risks. First, this study proposed a new methodology of combining process simulation and Monte Carlo simulation (MCS), which provided risk-based information for determination of design parameter related to operation conditions. The realistic operation scenarios of a system including equipment failure and subsequent repair obtained by MCS were used to run a process simulation, which estimated an accidental risk expressed by exceedance curve of operation conditions. The combined method was applied to determine design vapor pressure of fuel storage tanks on LNG-fueled ships, and presented the exceedance curve of the pressure to help ensure system safety effectively in the early design stage.
Second, this study proposed a methodology of exergy-based economic evaluation incorporating unavailability and safety investment cost to comparatively evaluate design alternatives while considering efficiency, economics and safety together. Exergy-based economic analysis was employed to synthetically evaluate the design factors within the same framework. The unavailability cost was estimated as the cost resulted from the equipment failure quantitatively evaluated by MCS. The safety investment cost was defined as the cost required to ensure the safety of the design by reducing accident risks to a level that is ‘as low as reasonably practicable’ (ALARP), which presents a rational approach to converting the risks associated with design alternatives into monetary values for economic analysis. Comparative studies were performed for design alternatives to manage boil-off gas (BOG) with the recovery of liquefied natural gas (LNG) cold energy in a LNG floating storage and regasification unit (FSRU).
Overall, this study dedicated to the development of the integrated methodologies to achieve system safety effectively with respect to equipment failure, and to provide a rational basis for selecting a design alternative while simultaneously considering efficiency, economics and safety together.
본 연구는 장비고장 및 사고위험의 정량적 평가를 반영한 새로운 위험도기반 설계 방법과 경제성 평가 방법을 제안하였다. 본 연구에서는 첫째, 공정 모사에 몬테카를로 시뮬레이션을 결합한 새로운 방법을 제안하였고, 장비의 고장이 공정에 미치는 영향을 추산하여 설계변수에 대한 위험도기반 정보 (Risk-based information)를 제시하였다. 액화천연가스 (LNG)를 연료로 추진하는 선박의 연료 저장탱크 설계 압력 결정 시, 연료공급 시스템의 고장으로 인한 설계 증기 압력의 위험도 정보를 제시하여 설계의 안전성을 효과적으로 확보하였다.
둘째, 장비고장 및 사고위험을 고려한 엑서지기반 경제성 평가 방법을 제안하였고, 공정의 효율성, 경제성 및 안전성을 종합적으로 고려한 설계 대안의 비교 평가를 수행하였다. 장비 고장으로 인한 수리비용과 보조 비용을 비가용도 비용(Unavailability cost)으로, 설계가 가지는 사고위험을 ‘ALARP’(As Low As Reasonably Practicable) 원칙에 따라 안전을 달성하기 위한 안전투자비용 (Safety investment cost)으로 고려하였다. LNG 수입 터미널의 저장 탱크에서 발생하는 증발 가스 (Boil-off gas, BOG)와 재기화 공정의 LNG 냉열을 이용하는 설계 대안에 대한 비교 평가를 수행하였다.
본 연구를 통해 장비고장과 관련한 공정의 안전성을 효과적으로 확보하였고, 설계의 안전성을 효율성 및 경제성과 함께 종합적으로 평가하기 위한 합리적 방법을 제시하였다.
