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문제 정의
- 본 연구는 2척의 선박을 이용하여 오일펜스를 운용하는 종래 방식에서 나타나는 문제점들, 즉 선박간 공조체계상에서 오는 각종 제어오류 및 선박간의 충돌위험 등의 문제점들을 개선하고 방 치를 적용하여 1척의 선박만으로도 오일펜스를 전장운용할 수 있는 방안을 검토한 것으로, 현행 오일펜스에 미치는 예인 저항을 측정한 후 그에 적합한 전개 장치의 형태 및 규모를 설계제작하여 해상에서 그 가능성을 검증하였다.
가설 설정
- 오일펜스용 전개 장치는 해상과 선박에서 운용된다는 점을 감 안하여 다음과 같이 몇 가지 조건을 고려하여 설계하였는데, 첫째, 전개 장치의 넓이는 오일펜스의 폭과 큰 차이가 없어 평소 오일 펜스를 보관하는 권양기에 충분히 감아질 수 있어야 할 것. 둘째, 해상에서 오일펜스를 전장하거나 완료시 권양기에 오일펜스와 함께 권양될 수 있는 유연한 재질과 형태로 구성될 것. 셋째, 복잡 하지 않은 단순한 평면 구조로, 제작 및 취급이 수월할 것 등으로 설계시 이를 충족시킬 수 있도록 하였다.
제안 방법
- 3의 오일펜스 장력 값을 통해 파악 한 필요 전개력과 식 (1)에서 구한 전개 장치 규모를 기준으로 하였으며, 장력 값을 측정하지 못한 C형 오일펜스용 전개 장치는 B 형 오일펜스 장력 값을 유추하여 필요 전개력과 규모를 도출하였다. 그러나 오일펜스용 전개 장치는 전개력도 중요하지만 그 규모 가 현장에서 운용하는데 부적합하다면 사용하기 곤란하기 때문에 오일펜스의 폭과 권양기 릴의 폭을 고려하여 B형과 C형 오일펜 스용 전개 장치의 실제 규모는 Table 3과 같이 계산 값의 약 91% 와 75%수준으로 제작하였다.
- 5 kt씩 증대시키면서 오일펜스 개구부 폭의 거리를 측정한 결과이다. 단, 예인줄 길이가 100 m 이상일 경우 2.0 kt 이상의 예인 속도에서는 침강이나 월파 현상 및 스커트 날림이 발생하여 오일펜스의 형상이 유출유 를 포집하기에 곤란한 상태를 보였기 때문에 예인 속도를 0.5 kt 에서 1.5 kt까지만 변화시켜 오일펜스 개구부 폭을 측정하였다.
- 또한, 실험에 사용한 오일펜스는 중간 규모로 분류되고 있는 Table 2의 B형 오일펜스를 이용하였으며, 오일펜스 개구부 폭이 50 m와 100 이가 되도록 양 선박간의 예인 거리를 조정한 후 예인 속도 변화에 따른 장력 값의 변동을 측정함으로써 전개 장치의 필요 전개력을 구하였다. 이후 도출된 전개 장치의 전개력을 바탕으로 전개 장치의 규모를 계산하고, 현장에서 이용하는데 편이성을 함께 고려하여 전개 장치를 설계제작하였으며, 규모가 큰 오일펜 스에 적용 가능성을 조사하고자 외해용으로 분류되고 있는 C형 오일펜스용 전개 장치를 함께 제작하여 Table 1의 전남 939호 선 박에 장착된 C형 오일펜스와 환경 2호에 장착된 B형 오일펜스를 이용하여 해상에서 그 성능을 파악하였다.
- 본 연구는 유체의 흐름에 따른 압력을 이용한 전개 장치를 적용하여 1척의 선박만으로 오일 펜스를 전장운용할 수 있는 방안 을 검토한 것으로, 현행 오일 펜스에 미치는 예인 저항을 측정한 후 그에 적합한 전개 장치의 형태 및 규모를 설계하고, 오일 펜스 의 폭과 오일 펜스 권양기 릴의 폭을 고려하여 B형 및 C형 오일 펜스용 전개 장치의 규모를 계산 값의 약 91%와 75% 규모인3.0 n?와 6.0 n?로 제작하여 해상에서 그 성능을 조사한 것이다.
- 이와 같은 전개 장치의 전개력은 오일펜스 전체의 수중 장력을 파악함으로써 구할 수 있는데, 본 연구에서는 현재 일반적으로 운 용되고 있는 2척식 U형 예인전장방식을 통해 오일펜스의 장력을측정함으로써 전개 장치의 필요 전개력을 구하였다. 오일펜스의 장력 측정은 Table 1의 환경 2호와 방제 5호 등 2척의 선박을 이 용하였으며, Fig. 2와 같이 자기 기록식 (JHLT-3T)를 선미 비트에 고정하고 여기에 50 m 길이의 오일펜스 예인줄( #22, PP rope)을 부착하여 예인전장시 예인줄에 발생하는 장력을 30초 간격으로 기 록되도록 하였다.
- 전장용으로 제작된 실물 전개 장치로 오일펜스 권양기 릴에 감겨 있는 상태를 보여주고 있다. 이 중 B형 오일펜 스용 전개 장치의 크기는 Fig. 3의 오일펜스 장력 값을 통해 파악 한 필요 전개력과 식 (1)에서 구한 전개 장치 규모를 기준으로 하였으며, 장력 값을 측정하지 못한 C형 오일펜스용 전개 장치는 B 형 오일펜스 장력 값을 유추하여 필요 전개력과 규모를 도출하였다. 그러나 오일펜스용 전개 장치는 전개력도 중요하지만 그 규모 가 현장에서 운용하는데 부적합하다면 사용하기 곤란하기 때문에 오일펜스의 폭과 권양기 릴의 폭을 고려하여 B형과 C형 오일펜 스용 전개 장치의 실제 규모는 Table 3과 같이 계산 값의 약 91% 와 75%수준으로 제작하였다.
- 3은 2척의 선박이 100 m와 50 m로 거리를 두고 Table 2의 B형 오일펜스를 U형으로 예인전장하였을 때 예인 속도 변화에 따른 오일펜스의 장력 변화를 측정한 결과이다. 이것에서 보면, 장 력 측정을 위한 예인 속도는 선박의 간격에 따라 차이를 보이는 데, 예인 속도 0.5 kt를 초기 장력의 기준 속도로 하고 이후 장력 의 증가로 오일펜스 스커트부가 날려 장력이 감소하기 시작하는 속도까지를 측정한 것으로 선박의 간격이 100 m인 경우는 예인 속도 0.5 kt 에서부터 2.0 kt 까지를, 50m 인 경우는 예인 속도 0.5 kt~2.7 kt 범위에서 오일펜스 예인줄에 발생한 장력을 측정한 것이다.
- 5 kt까지 증대시키면서 오일펜스 개구부 거리를 측정하여 파악하였다. 이때 예인 속력과 예인줄 길이 변화에 따른 오일펜스 개구부 폭의 변동은 볼 마우스 자동인식 거리 측정 기능을 보유한 Table 1의 환경 5호의 레이다를 이용하여 측정하였고, 선박의 예인 속도 및 예인 거리는 영상 및 데이터의 자동 저장이 가능한 DGPS enc plotter(DSF-3000LA, samyoung, 오차±3 m)와 Table 1의 전남 939 호 DGPS(Hae yang ele. aqua series) 자료를 보정하여 파악하였다. 이때, 실험 해역의 유속은 Table 1의 청정 2호를 조사 해역에 묘박고정한 후 수심 3 m 수층의 유속을 측정하였으며(ACM 100D, Alec Elec.
- aqua series) 자료를 보정하여 파악하였다. 이때, 실험 해역의 유속은 Table 1의 청정 2호를 조사 해역에 묘박고정한 후 수심 3 m 수층의 유속을 측정하였으며(ACM 100D, Alec Elec. Co.), 모든 즉정값은 유속 0.2kt(10.3 cm/sec)이하에서 측정된 자료만을 비교하였다. 2척식 U형 오일펜스 예인 전장에 따른 오일펜스 장력측정과 본 연구에서 고안한 단선용 오일펜스 전 개 장치의 전개 성능 실험은 2004년 5월부터 2004년 7월 사이에 Fig.
- 이와 같은 전개 장치의 전개력은 오일펜스 전체의 수중 장력을 파악함으로써 구할 수 있는데, 본 연구에서는 현재 일반적으로 운 용되고 있는 2척식 U형 예인전장방식을 통해 오일펜스의 장력을측정함으로써 전개 장치의 필요 전개력을 구하였다. 오일펜스의 장력 측정은 Table 1의 환경 2호와 방제 5호 등 2척의 선박을 이 용하였으며, Fig.
- 또한, 실험에 사용한 오일펜스는 중간 규모로 분류되고 있는 Table 2의 B형 오일펜스를 이용하였으며, 오일펜스 개구부 폭이 50 m와 100 이가 되도록 양 선박간의 예인 거리를 조정한 후 예인 속도 변화에 따른 장력 값의 변동을 측정함으로써 전개 장치의 필요 전개력을 구하였다. 이후 도출된 전개 장치의 전개력을 바탕으로 전개 장치의 규모를 계산하고, 현장에서 이용하는데 편이성을 함께 고려하여 전개 장치를 설계제작하였으며, 규모가 큰 오일펜 스에 적용 가능성을 조사하고자 외해용으로 분류되고 있는 C형 오일펜스용 전개 장치를 함께 제작하여 Table 1의 전남 939호 선 박에 장착된 C형 오일펜스와 환경 2호에 장착된 B형 오일펜스를 이용하여 해상에서 그 성능을 파악하였다.
- 전개 장치의 해상 성능 실험은 오일펜스 양 끝단에 연결줄(09, wire rope, 10 m)을 부착한 후 전개 장치를 연결하여 선박과 전개 장치간의 예인줄(022, PP rope) 길이를 50 m, 100 m, 150 m, 200 m 로 부여하고, 예인 속도를 0.5 kt, 1.0 kt, 1.5 kt, 2.0 kt, 2.5 kt까지 증대시키면서 오일펜스 개구부 거리를 측정하여 파악하였다. 이때 예인 속력과 예인줄 길이 변화에 따른 오일펜스 개구부 폭의 변동은 볼 마우스 자동인식 거리 측정 기능을 보유한 Table 1의 환경 5호의 레이다를 이용하여 측정하였고, 선박의 예인 속도 및 예인 거리는 영상 및 데이터의 자동 저장이 가능한 DGPS enc plotter(DSF-3000LA, samyoung, 오차±3 m)와 Table 1의 전남 939 호 DGPS(Hae yang ele.
대상 데이터
- 3 cm/sec)이하에서 측정된 자료만을 비교하였다. 2척식 U형 오일펜스 예인 전장에 따른 오일펜스 장력측정과 본 연구에서 고안한 단선용 오일펜스 전 개 장치의 전개 성능 실험은 2004년 5월부터 2004년 7월 사이에 Fig. 1의 전남 여수시 여수항 항계외 A, B 묘지에서 실시하였으며, 장덕종 . 나선철해상 실험에 사용한 선박과 오일펜스는 해양오염방제조합 여수지 부에서 보유중인 것으로 주요 제원은 Table 1 및 Table 2와 같다.
성능/효과
- (1) 2척의 선박을 예인하였을 때, 예인 속도(V)변화에 따른 B 형 오일펜스의 장력 값, T(kg)는 양 선박간의 거리가 100 m와 50 m일 경우 T = 920v", T = 500", 로 나타났으며 , 이를 근거로 B 형 및 C형 오일펜스를 전개시킬 수 있는 전개 장치 하나의 규모는 3.3 n?와 8.0 n?임을 알 수 있었다.
- (2) B형 및 C형 오일펜스 양끝에 전개 장치를 부착하고 예인줄 200 m를 부여하여 예인전장하였을 때 오일펜스 개구부의 최고 폭 은 예인 속도(V)1.5 kt에서 평균 약 114 m와 95 m(개구부 폭/오 일펜스 전체 길이: 33% and 57%)를 나타내 전개 장치가 유출유 를 충분히 포집할 수 있는 전개 성능을 보인 것으로 평가된다.
- (3) 예인줄 길이 변화에 따른 오일펜스 개구부 폭의 증가율은 예인줄 길이가 50 m에서 100 m로 늘어났을 때 약 31%와 40%정도로 크게 높아지지만, 예인줄이 100 m에서 150 m, 200 m로 길 어질수록 증가율이 크게 둔화되어 100 m내외로 예인줄을 유지하는 것이 합리적이라고 판단된다.
- (4) 예인 속도가 1.5 kt이상일 경우 B형 및 C형 오일펜스 모두 전개 성능이 저하되어 개구부 폭이 감소하였고, 오일펜스 일부분 이 침강하거나 월파, 스커트 날림 현상 등 오일펜스의 전장 형상 이 불안정해져 전개 장치 운용에 합리적인 예인 속도는 1.5 kt 이 내로 볼 수 있다.
- 그러므로, 본 연구에서 B형 오일펜스를 기준으로, 예인줄 길이 100 m로 예인하였을 때 측정된 오일펜스 장력은 예인 속력이 낮은 0.5 kt에서 약 250 kg 측정되었기에, 실 해역에서 조류를 0.2 kt 를 고려하여 평균 예인 대수 속력 0.7 kt(약 0.4 m/sec)를 기준으로 했을 때 전개 장치의 면적은 약 6.6 m2 임을 알 수 있다.
- 또한, 실제 현장에서도 2척의 선박을 이용한 U형 예인전장시 선박간의 거리는 대부분 100 m 이내로 운용하고 있기 때문에 본 연구에서 실험한 C형 오일펜스 전개 장치도 그 규모만 어느 정도 증대시킨 다면 B형 오일펜스 전개 장치처럼 유출유 포집에 충분한 전개 거 리를 유지 할 수 있을 것으로 생각된다. 또한, 오일펜스 전개 장 치를 이끄는 예인줄의 길이는 B형 및 C형 오일펜스 모두, 50 m 에서 100 m로 증대하였을 때 오일펜스 개구부 폭이 두드러지게 증가한 반면, 예인줄을 100 m이상 증대하였을 때 오일펜스 개구 부 폭의 증가율은 미비하여 전개 장치의 전개 성능이 크게 향상 되지 않는다는 점에서 오일펜스 예인줄의 길이는 100 m 내외로 유지하는 것이 합리적이라고 판단된다.
- 한편, 오일펜스를 예인전장하여 유출유를 포집하기 위해서는 유출유가 오일펜스 내에서 빠져나가지 않도록 오일펜스의 포집 형 상을 U형으로 유지하면서 예인속도를 적절히 조종하는 것이 중요 하다고 알려져 있다(KMPA, 1999; KMPRC, 2000). 본 연구에서 도 예인 속도 변화에 따라 오일펜스의 형상이 변하는 것을 파악 할 수 있었는데, 양 선박의 예인 간격에 관계없이 일정한 속도에 도달하면 오일펜스 중앙의 만곡부 수층이 산란하면서 오일펜스 상 부로 수류가 넘치는 월파 현상이 나타나고, 이후 예인 속도가 더욱 증가하면 오일펜스 만곡부가 침강하거나 스커트부가 날리는 현 상이 발생하였다(Fig. 4). 특히, 스커트가 날리는 현상은 오일펜스 양쪽 날개부에서 두드러짐을 볼 수 있었으며, 선박간의 예인거리 가 100 m일 경우, 오일펜스 중앙 만곡부의 면적 규모가 크기 때문에 이러한 현상이 더욱 확실히 나타남을 확인할 수 있었다.
- 둘째, 해상에서 오일펜스를 전장하거나 완료시 권양기에 오일펜스와 함께 권양될 수 있는 유연한 재질과 형태로 구성될 것. 셋째, 복잡 하지 않은 단순한 평면 구조로, 제작 및 취급이 수월할 것 등으로 설계시 이를 충족시킬 수 있도록 하였다.
- 이것에서 보면, 예인줄 길이가 가장 짧은 50 m에서 개구부 거리는 각각의 예인 속도에서 평균 60-68 m를 보이고, 예인줄 길이가 100 m에서는 81-87 m, 예인줄 길이가 150 m에서는 91-101 m, 예인줄 길이를 가장 길게 부여한 200 m에서는 103~114m까지 오일펜스 개구부가 전개되는 것을 보여준다. 오일펜스 전체 길이(200 m)에 대한 개구부의 비율을 보면, 예인줄 길이 50 m에서 0.3-0.34, 예인줄 길이 100 m에서 0.4-0.44, 예인줄 길이 150 이에서 0.45~0.50, 예인줄 길이 200 m 에서 0.52~0.57의 범위로 오일 펜스 전체 길이에 대한 개구부 전 개 비율이 30~57%까지 이르고, 실험에 사용한 Table 1의 환경 2 호 선미 폭(4.0 m)에 대해서는 예인줄의 길이에 따라 약 15-28.5 배까지 전개되는 것을 알 수 있다. 특히 , 예인줄 길이가 50 이에서 100 m로 늘어났을 때 개구부 폭의 증가율이 약 31%정도로 두드 러진 반면, 예인줄이 100 m에서 150 m, 200 m로 증가했을 때는 약 13%와 14% 정도로 크게 둔화되는 경향을 보여 C형 오일펜스 와 비슷한 양상을 나타냈다.
- 8의 C형 오일펜스를 이용한 실험과 동일한 방법으로 오일펜 스 개구부 폭을 측정한 결과이다. 이것에서 보면, 예인줄 길이가 가장 짧은 50 m에서 개구부 거리는 각각의 예인 속도에서 평균 60-68 m를 보이고, 예인줄 길이가 100 m에서는 81-87 m, 예인줄 길이가 150 m에서는 91-101 m, 예인줄 길이를 가장 길게 부여한 200 m에서는 103~114m까지 오일펜스 개구부가 전개되는 것을 보여준다. 오일펜스 전체 길이(200 m)에 대한 개구부의 비율을 보면, 예인줄 길이 50 m에서 0.
- 이것에서 보면, 예인줄 길이가 가장 짧은 50 m에서 개구부 거리는 각각의 예인 속도에서 평균 64~69m를 보이고, 예인줄 길이 100 m에서는 85-88 m, 예인줄 길이 150 m에서는 93-96 m, 예인 줄 길이를 가장 길게 부여한 200 m에서는 97-99 m까지 오일펜스 개구부가 전개되는 것을 보여준다. 이와 같이 예인줄의 길이에 따라 오일펜스의 전개 거리가 차이를 보이는데, 오일펜스 전체 길 이(300 m)에 대한 개구부의 비율(opening length/total length)을 보 면, 예인줄 길이 50m에서 0.
- 이와 같은 결과를 통해 B형과 C형 오일펜스에 이용한 전개 장 치의 전개력은, 오일펜스 전체 길이에 대한 개구부 최고 전개 비율이 33%에 머무르는 C형에 비해 B형 오일펜스는 최고 57%까 지 전개되어 B형 오일펜스의 전개 장치가 훨씬 우수한 것을 알 수 있다. 이러한 원인은 Table 2에서 볼 수 있듯이 B형 오일펜스 전체 규모가 C형의 약 44% 수준으로 작을 뿐만 아니라 실험에 사용한 전개 장치도 Table 3에서 보듯이 전개 장치 하나의 크기가 전개력 계산 값 3.
- 5 배까지 전개되는 것을 알 수 있다. 특히 , 예인줄 길이가 50 이에서 100 m로 늘어났을 때 개구부 폭의 증가율이 약 31%정도로 두드 러진 반면, 예인줄이 100 m에서 150 m, 200 m로 증가했을 때는 약 13%와 14% 정도로 크게 둔화되는 경향을 보여 C형 오일펜스 와 비슷한 양상을 나타냈다.
- 4). 특히, 스커트가 날리는 현상은 오일펜스 양쪽 날개부에서 두드러짐을 볼 수 있었으며, 선박간의 예인거리 가 100 m일 경우, 오일펜스 중앙 만곡부의 면적 규모가 크기 때문에 이러한 현상이 더욱 확실히 나타남을 확인할 수 있었다. 이러한 현상이 발생될 경우, 포집된 유출유가 오일펜스 외부로 쉽게 새어나갈 수 있기 때문에 본래의 목적을 달성하기는 곤란하다고 할 수 있는데(Fingas et al.
- 0 m)에 대해서는 예인줄의 길이에 따라 약 5~10배까지 전개되는 것을 알 수 있다. 특히, 예인줄 길이가 50 이에서 100 m로 늘어났을 때 개구부 폭의 증가율이 약 40% 정도로 두드러진 반면, 예인줄이 100 m에서 150 m, 200 m로 증가했을 때는 약 11%와 0.3% 정도로 증가율이 크게 둔화되는 경향을 보여 예인줄 길이에 비례하여 전개 장치의 전개력이 증대되는 것은 한계가 있음을 알 수 있다.
후속연구
- 4와 같이 오일펜스의 일부 분이 침강상승을 반복하여 월파 및 날림 현상이 발생되는 등 오일펜스의 유출유 포집 형상이 불안정해져 오일펜스 내부에 유출 유를 안정적으로 유지하기가 곤란한 상태가 발생될 수 있다. 또한, 실제 현장에서도 2척의 선박을 이용한 U형 예인전장시 선박간의 거리는 대부분 100 m 이내로 운용하고 있기 때문에 본 연구에서 실험한 C형 오일펜스 전개 장치도 그 규모만 어느 정도 증대시킨 다면 B형 오일펜스 전개 장치처럼 유출유 포집에 충분한 전개 거 리를 유지 할 수 있을 것으로 생각된다. 또한, 오일펜스 전개 장 치를 이끄는 예인줄의 길이는 B형 및 C형 오일펜스 모두, 50 m 에서 100 m로 증대하였을 때 오일펜스 개구부 폭이 두드러지게 증가한 반면, 예인줄을 100 m이상 증대하였을 때 오일펜스 개구 부 폭의 증가율은 미비하여 전개 장치의 전개 성능이 크게 향상 되지 않는다는 점에서 오일펜스 예인줄의 길이는 100 m 내외로 유지하는 것이 합리적이라고 판단된다.
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