공직파(9) : Cause & Effect 분석의 중요성과 적용 방법

공정설계(Process Design)는 화학공정, 플랜트, 제조시설 등에서 안전하고 경제적인 생산을 가능하게 하기 위한 핵심 엔지니어링 분야입니다. 공정을 설계하는 과정에서는 다양한 위험요소를 사전에 파악하고, 이를 방지하기 위한 제어 및 보호 시스템을 구축해야 합니다. 이때 가장 핵심적으로 활용되는 분석 기법이 바로 Cause & Effect 분석(C&E 분석)입니다.

 

Cause & Effect 분석은 공정에서 발생할 수 있는 원인(Cause)과 그에 따른 결과(Effect)를 체계적으로 연결하여, 위험요소 발생 시 어떠한 조치가 필요하고 어떤 보호 시스템이 작동해야 하는지를 명확하게 정의하는 작업입니다. 이를 통해 공정의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있으며, 운영 중 문제 발생 시 신속한 대응이 가능해집니다.

 

본 글에서는 공정설계 업무에서 Cause & Effect 분석이 어떤 역할을 하며, 어떠한 방식으로 수행되는지, 또한 실제 플랜트 구축 시 어떤 가치를 제공하는지 자세하게 설명드리겠습니다.

 

공정설계에서 자주 접하는 Cause & Effect Chart는 해당 그림과 같이 작성됩니다. 출처 : LinkedIn

 

Cause & Effect란 무엇인가?

Cause & Effect는 쉽게 말해 “무엇이 잘못되면, 무엇이 발생하고, 무엇을 해야 하는가?”를 구조적으로 정리한 분석 문서입니다.

• Cause(원인) : 설비 고장, 밸브 오조작, 공정 조건 초과, 유량·압력·온도 이상 등
• Effect(결과) : 위험 상황 발생, 생산 차질, 품질 저하, 설비 손상 등
• Action(조치) : 인터록(Interlock) 동작, 경보 발령, 설비 정지, 바이패스 개방 등

즉, Cause & Effect는 단순 위험 식별을 넘어, 제어 및 안전 시스템의 로직(Logic) 정의를 위한 기초가 됩니다.

 

 

C&E 분석이 중요한 이유

공정설계에서 Cause & Effect 분석이 필수적인 이유는 다음과 같습니다:

1️⃣ 공정 안전 확보
예상치 못한 공정 이상을 자동적으로 감지하고 대응할 수 있도록 만들어 줍니다.

2️⃣ 운전 신뢰성 향상
명확한 인터록 로직을 통해 불필요한 트립(Trip)이나 설비 손상을 줄입니다.

3️⃣ 설비 운영 및 유지보수 표준화
누가 운영하더라도 동일한 기준으로 조작 가능하여 사고 위험을 최소화합니다.

4️⃣ 법규 및 산업 표준 준수
CCPS, IEC 61511 등 안전계장 기준을 만족시키는 데 필수적입니다.

5️⃣ 디지털 제어 시스템(DCS, PLC) 설계의 기반
제어 로직 개발자에게 명확한 가이드라인을 제공하여 오류를 방지할 수 있습니다.

 

 

Cause & Effect 작성 프로세스

Cause & Effect 문서는 다음의 절차에 따라 작성됩니다.

단계	주요 작업
1단계	공정 위험요소 및 주요 계기(P&ID 기반) 식별
2단계	이상 상태의 원인 정의 (계기 이상, 장비 이상 포함)
3단계	원인 발생 시 영향 평가 (안전·설비·품질 영향 구분)
4단계	필요한 조치 및 인터록 정의
5단계	SIL 등급 및 안전계장 수준 반영
6단계	운영부서, 계장/전기 엔지니어 협의 후 최종 확정

이 과정에서 HAZOP, LOPA 등의 위험성 평가와 연계하여 보다 정교한 분석이 진행됩니다.

 

 

Cause & Effect 문서 구성 예시

일반적인 C&E 문서 형식은 아래와 같은 표 형태입니다.

Tag	Cause(원인)	Effect(결과)	Alarm/Action(조치)	Remark
PDIT-101	배관 압력 High	설비 파손 위험	High-Alarm + Pump Trip	SIL2 시스템
LIT-201	탱크 Low Level	펌프 캐비테이션 위험	Pump Stop	Operator Check

각 장비 및 계기에 대한 인터록 동작을 한눈에 확인할 수 있어, 제어 시스템 FAT, SAT, Commissioning 단계에서 검증 기준으로 활용됩니다.

 

 

C&E와 인터록(Interlock)의 관계

인터록은 설비의 오작동이나 고장 위험이 감지되면 자동 정지 또는 보호 동작을 수행하는 시스템입니다.

 

Cause & Effect는 인터록의 로직을 설계하는 근거 자료가 됩니다:

• 어떤 값이 기준치에서 벗어났을 때 → Trip(정지) 또는 Open/Close 동작
• 위험 감지 수준에 따라 1차 Alarm → 2차 Trip 계층화 가능

📌 예시
“압력 High-High(HH) 발생 → 긴급차단밸브(ESV) Close → Pump Trip”

이처럼 설비 간 연동 동작(Sequence Control)도 함께 규정합니다.

 

 

실제 공정 설계에서의 적용 사례

Cause & Effect 분석은 다음과 같은 주요 공정 장비에 적용됩니다.

• 압축기(Compressor) Surge Protection
• 반응기(reactor) 온도 폭주 방지
• 저장탱크 Overfill Protection
• 펌프 Cavitation 방지
• 열교환기 과압 방지
• 하부 드레인 Valve 오조작 방지

또한 ▲가스 누출 ▲화재 감지 ▲질식 위험 ▲폭발 위험과 같은 산업안전 요소에도 적용되며, 안전 계장(SIS) 설계에 필수적입니다.

 

 

Cause & Effect 검증 절차

Cause & Effect 문서는 단순 작성에 끝나지 않고, 다음 단계에서 검증됩니다.

1️⃣ 엔지니어링 Review: Process, Mechanical, Instrument 팀 협업
2️⃣ DCS/PLC Logic 개발
3️⃣ FAT(Factory Acceptance Test): 로직 시뮬레이션 검증
4️⃣ 현장 SAT(Site Acceptance Test)
5️⃣ Commissioning & Startup 검증
6️⃣ 운영 중 주기적 테스트 수행

이 과정을 통해 설계된 보호 시스템이 실제 공정 장비와 완벽히 연동되는지 확인합니다.

 

 

공정설계 엔지니어에게 필요한 역량

Cause & Effect 분석 업무를 정확히 수행하기 위해서는 다음의 역량이 요구됩니다.

• P&ID, PFD, Control Philosophy 이해 능력
• 위험성 평가 지식(HAZOP, LOPA)
• 계장/제어 시스템 이해(DCS, ESD, PLC)
• 장비별 고장 메커니즘 이해
• 공정 Start-up 및 Shutdown 절차 지식

즉, 공정설계 엔지니어는 단순 계산 능력보다 공정 전체의 안전 운전 구조를 이해하는 통합적 시각이 필요합니다.

 

 

Cause & Effect는 안전한 공정 설계의 핵심

Cause & Effect 분석은 공정설계 업무에서 다음과 같은 가치를 제공합니다.

✔ 위험을 사전에 차단하고 안전성을 극대화
✔ 제어 시스템 오류 및 불필요한 Trip 최소화
✔ 운영 신뢰도 향상 및 유지관리 용이
✔ 산업 규제 및 안전계장 표준 충족

따라서 Cause & Effect는 단순 문서가 아닌, 플랜트 생명줄을 지키는 안전 설계의 중심이라고 할 수 있습니다.

 

앞으로 공정설계 업무를 수행하시거나 실제 플랜트 운영에 참여하실 때, Cause & Effect 분석의 중요성을 꼭 기억하시고 정확한 인터록 로직 설계에 많은 관심을 기울이시면 좋습니다.