PSM(Process Safety Management, 공정안전관리)은 화학공정에서 폭발·누출·중독 등의 중대 사고를 사전에 예방하기 위한 제도입니다. 그중 “공정개요”는 공정안전보고서(PSM 보고서)의 첫 번째 핵심 항목으로, 공정의 운전조건과 반응특성, 반응열, 이상반응 시 인터록 및 조업중지 조건을 명확히 기술해야 합니다.
이번 글에서는 고용노동부 고시 「공정안전보고서의 심사·확인 등에 관한 규정」(2025년 5월 개정)을 기준으로, 공정개요 작성 시 필수 포함항목, 옥텟 규칙을 이용한 화학식 유추, 그리고 엔탈피 계산 실무 절차를 실제 작성자 시점에서 해설합니다.
Ⅰ. 공정개요란 무엇인가
공정개요(Process Overview)는 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제619조 및 고용노동부 고시 제22조에 따라 작성하는 문서로, 유해·위험설비에서 수행되는 화학반응의 특성과 운전조건을 체계적으로 정리한 기술서입니다.
- 공정 내 화학반응 및 처리 방법
- 운전조건(온도·압력·유량 등)
- 반응열(엔탈피) 및 이상반응
- 이상 발생 시의 대책, 인터록 및 조업중지 조건
Ⅱ. 작성 근거 및 제출 요건
공정안전보고서는 유해·위험설비를 운전하는 사업장이 착공 30일 전까지 제출해야 하며, 공정개요는 보고서의 첫 항목입니다. 다음 요건을 충족해야 합니다.
| 구분 | 작성 기준 | 핵심 포인트 |
|---|---|---|
| 도면 일치성 | PFD·P&ID와 동일명 사용 | 설비번호·라인번호 동일 |
| 운전조건 | 정상/비정상 조건 모두 기입 | 단위 통일(℃·bar·kJ/mol) |
| 반응특성 | 반응식·반응열·촉매·이상반응 | 근거자료(NIST·MSDS) 첨부 |
| 안전조치 | 인터록·트립 설정값 기재 | 표 형식, 점검주기 포함 |
Ⅲ. 공정개요 기본 구성 항목
| 항목 | 주요 내용 | 작성 시 유의사항 |
|---|---|---|
| (1) 설비명 및 번호 | 반응기·탱크·열교환기 등 | 도면과 동일하게 |
| (2) 운전조건 | 정상/비정상 온도·압력·유량 | ±5% 오차 이내 |
| (3) 반응특성 | 반응식, 반응열(ΔH), 촉매 | ΔH 계산값 병기 |
| (4) 이상반응 | 폭주, 중합, 분해 등 | 발생조건·온도 기입 |
| (5) 인터록 | 감지기·설정값·동작설비 | 표로 정리 |
| (6) 조업중지 | 운전한계 초과 시 트립 | 경보·인터록 연계 |
Ⅳ. 중간체 반응식 유추와 옥텟 규칙 적용
공정개요를 작성하다 보면 중간반응(Intermediate Reaction)을 모르는 경우가 많습니다. 이때는 옥텟 규칙(Octet Rule)을 적용하여 화학식을 논리적으로 유추할 수 있습니다.
옥텟 규칙은 "원자는 최외각 전자가 8개가 될 때 가장 안정된 상태가 된다"는 법칙으로, 전자쌍 공유를 통해 안정된 결합을 형성합니다.
- PubChem 또는 MSDS에서 CAS No., 분자식 확인
- 주기율표 족 번호로 외곽전자 수 계산 (예: C=4가, O=6가, H=1가, N=5가)
- 옥텟 조건에 따라 결합수 조정 (C 4개, O 2개, H 1개 결합)
- 중간체 구조 유추 예: 알코올(ROH) → 알데하이드(RCHO) → 산화물(RCOOH)
- 결합에너지(BDE)로 ΔH 근사 검증 (±10% 오차 명시)
Ⅴ. 엔탈피(ΔH) 계산과 흡·발열 판정
반응열은 공정 위험성 평가의 핵심 지표입니다. 기본 계산식은 다음과 같습니다.
ΔH = ΣΔH°f(생성물) - ΣΔH°f(반응물)
ΔH < 0 → 발열반응, ΔH > 0 → 흡열반응
예시: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O ΔH = [(-393.5) + 2(-241.8)] - [(-74.8)] = -802.3 kJ/mol (발열)
Ⅵ. 이상반응 및 인터록 작성 예시
| 감지기 | 설정값 | 작동조건 | 차단설비 | 점검주기 |
|---|---|---|---|---|
| TSH-301 | 120℃ | 반응온도 상승 시 | 투입밸브 차단 | 월 1회 |
| PSL-205 | 0.5 bar | 냉각수 압력 저하시 | 밸브 개방 | 분기 1회 |
| TSL-102 | 20℃ | 온도 급강하 시 | 열공급 중단 | 월 1회 |
Ⅶ. 실무 작성 팁
- P&ID 일치성 — 설비명, 라인번호 동일 유지
- 데이터 출처 명시 — NIST, KOSHA, MSDS 등 근거 기입
- 단위 통일 — 온도(℃), 압력(bar), 에너지(kJ/mol)
- 변경관리 — 조건 변경 시 즉시 반영
- 위험성평가 연계 — ΔH 값은 HAZOP, LOPA 등 동일 사용
Ⅷ. 결론
공정개요는 단순한 공정요약이 아니라, 안전운전의 설계 기반이자 공정안전보고서의 핵심 문서입니다. 옥텟 규칙을 활용한 중간체 유추와 정확한 엔탈피 계산(ΔH)을 통해 공정의 흡열·발열 특성을 명확히 파악하면 폭주·열폭발 위험을 사전에 차단할 수 있습니다.
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