1. 서 론

2014년 2월 최대 승선인원 253명의 400톤급 카페리 여객 선의 좌현 타두재(upper rudder stock)와 틸러 체결 너트가 풀 려 타축이 트렁크 쪽으로 빠져 타가 작동되지 않아 화물선 에 의해 예인되는 사고가 발생하였다. 당시 기상은 흐리고 북서풍이 초속 6 내지 8미터, 파고는 약 0.5미터, 시정은 5마 일로 양호하여 인명피해를 발생하는 사고로 확대되지는 않 았다.

목포지방해양안전심판원(Mokpo Regional Maritime Safety Tribunal Decision, 2016) 재결서에서는 본 사고의 원인을 크게 세 가지로 보았다.

첫째는 선박 건조당시 승인된 “타 및 타축의 구조도”에 의하면 타두재 상단은 육각형 너트와 스플리트 핀(split pin) 에 의해 조립되어 선체의 진동과 타의 회전운동에도 육각형 너트가 풀리지 않은 구조로 되어 있어야 하나 실제로 사고 가 난 당시 선박에는 Fig. 1과 같이 원형 너트가 설치되어 있 었고 스플리트 핀은 설치되어 있지 않았다.

둘째로 선박안전법에 따라 건조검사 및 최초의 정기 검사 시 선박안전기술공단의 검사원은 Fig. 2와 같이 승인된 도면 대로 제작·설치되어 있는지 확인해야 함에도 이를 소홀히 하였다.

셋째로 선박의 기관장은 타기실 점검 시 타 축을 지탱해 주는 너트의 풀림정도를 확인하지 않은 등 일상점검을 소홀 히 하였다.

두 번째와 세 번째의 사고원인은 선박 검사의 강화, 선박 자체 점검 강화를 통해 재발 방지가 가능하며 본 연구에서 는 첫 번째 사고 원인인 타두재와 틸러 체결 너트 풀림에 대 해 타 관련 해양사고 현황, 타두재와 틸러 체결 관련 국내· 외 기준, 너트 체결 방지 관련 법령, 여객선의 타두재와 틸 러 체결 현황, 너트 풀림 방지를 위한 체결 방법과 체결력 시험의 분석 및 결과를 통해 “강선의 구조기준”, “선박검사 지침”, 국내 카페리 여객선에 적용 가능한 타두재와 틸러 체 결 방법의 개선(안)을 도출하고자 한다.

국내 Lee et al.(2007)는 융커 실험을 통해 일반 나사, 일반 이중나사, 다중나사, 이단나사 4종류에 대해서 체결력을 비 교하였으며, 국외 Hard lock industry(2007)는 융커 실험을 통 해 플런지 너트, 이중 너트, 혐기성 접착제, 편심 너트, 나일 론 인서트 너트, 노드락 와셔, 평와셔, 스프링 와셔등의 체결 력을 시험하였다.

2. 타 관련 해양사고 현황

2.1. 해양사고 유형별 사고 현황 분석

해양수산부 통계시스템(MOF, 2017)에 의하면 조타장치 손 상(타 관련 사고는 조타장치 사고에 포함) 사고는 Fig. 3과 같 이 최근 7년간 전체 해양사고 11,840건 중 385건으로 3.25% 를 차지하고 있으며 2013년 이후 증가 추세를 보이고 있다.

2016년 조타 장치 손상 사고 103건에 대한 선박 현황은 어 선 59척, 낚시어선 24척, 수상레저기구 8척, 여객선 5척, 어획 물운반선 3척, 화물선과 예인선 각각 2척 순이었으며 낚시어 선을 어선에 포함 시키면 조타 장치 손상으로 인한 사고는 어선이 83건으로 전체 선박의 80.6 %를 차지한다.

조타 장치 손상사고 원인을 분석한 결과 Table 1과 같이 단순고장이 48건으로 가장 많았으며 타 탈락과 유압계통 및 유압유 이상(손상)이 16건, 타 손상 9건, 폐로프(부유물) 걸림 7건, 타기 모터 손상 4건, 타두재 틸러 체결 볼트 풀림, 타각 지시기 고장 및 핸드케이블 손상이 각각 1건순이었다. 타두 재 틸러 체결 너트 풀림이 직접적인 사고의 원인이 된 사고 는 건이며 인명피해는 1 0명으로 타두재 틸러 체결 너트 풀 림에 대한 사고의 위험성 빈도 및 결과는 낮다고 볼 수 있겠 다(KMST, 2016).

2.2. 조타장치 손상 사고 재결서 분석

2010~2016년간 중앙해양안전심판원 재결서는 1,343건이고 그 중 조타장치손상으로 분류한 재결서는 총 5건으로 7년간 조타장치손상 사고 385건 중 5건(1.3 %)만 재결서가 작성되 었고 Table 2의 재결서 내용 분석 결과 사고의 주된 원인은 관리점검 소홀이 4건, 재질 불량이 1건으로 80%가 관리점검 소홀로 인해 발생한 것으로 나타났다.

선박안전법 제15조에 따라 선박소유자는 건조검사 또는 선박검사를 받은 후 해당선박의 선체·기관·설비 등이 정상 적으로 작동·운영되도록 상태를 유지하여야 하며, 이에 따라 타두재 너트의 체결 상태를 자체 예방 점검을 통해 확인하 여야 할 의무가 있다(MOF, 2015a).

3. 타·너트 풀림 관련 기준

3.1. 타 관련 국내 기준

국내 기준으로는 “KS V 4021(2005) 선박용 타”, “강선의 구조기준”이 있으며 타의 종류를 핀틀 여부, 넥베어링의 위 치 등에 따라 Fig. 4와 같이 A, B, C, D, E 및 단판 타의 6종 류로 구분하고 있고 단면계수에 의해서는 총 3개(괴팅겐형, 할로우형, 플렛사이드형)로 구분하고 있다(KS V 4021, 2005).

타 관련 너트 체결에 관한 법령으로는 타판과 타심재의 체결과 관련된 내용은 기준화 되어 있으나 타 빠짐의 원인 이 되는 타두재 틸러 체결 너트 체결에 대한 강도나 풀림에 대한 법령은 없다. 다만 사고 이후 한국선급은 “선급 및 강 선규칙” 제5편 제7장 407.에 타두재와 타심재의 콘 커플링 체결에 준하는 방법으로 타두재 틸러 체결 너트 체결을 하 도록 규칙 개정을 하였다(KR, 2017; MOF, 2013).

선박안전법 시행규칙상 여객선은 건조(별도건조) 검사시 타 구조도 도면 승인을 받아야 하고 정기검사 및 제1종 중 간검사 시 타를 들어 올리거나 빼내야 한다. 또 타 또는 조 타장치의 변경으로 선박의 조종성에 영향을 미치는 개조 또 는 수리, 해양사고 등으로 선박의 감항성 또는 인명안전의 유지에 영향을 미칠 우려가 있는 변경이 발생한 경우 선박 소유자는 임시검사를 받아야 하며, 이에 따라 검사원은 선 박소유자의 임시검사 신청 시 타두재 너트의 체결 상태를 확인하여야 할 의무가 있다(MOF, 2015a).

3.2. 타 관련 국외 기준

해외 선급중 DNV·GL(2015)은 타의 구분은 형태에 따라 Fig. 5와 같이 밸런스 타, 핀틀이 있는 타, 평형타로 나누며 BV(2017)는 타 판의 형상과 타의 배열에 따라 12가지 형태로 구분한다.

IACS UR S10(2015), Lloyd's(2017) 및 NK(2013)는 타의 형태 에 따라 타를 구분하지 않고 단면계수에 따라 총 7개 (NACA-OO Series, Flat sided, Hollow, High lift rudders, Fish tail, Single plate, Mixed type)로 구분하고 있으며 ABS(2014)는 단면 계수에 따라 일반적인 타 6개와 Hign-Lift/ Performance 타 3개 를 포함하여 총 9개로 구분하고 있다.

국외 기준에는 한국선급의 “선급 및 강선규칙”이 개정되 기 전과 동일한 내용으로 타두재 틸러 체결 너트에 대한 강 도나 풀림에 대한 기준은 없다.

3.3. 너트 풀림 관련 법령·규칙 및 기술

너트 풀림과 관련된 주요 법령·규칙 및 기술로는 선박 및 어선법령에는 선박기관기준, 어선기관기준, 선박전기기준, 어선설비기준이 있고, 비해상 관련 법령에는 철도시설의 기 술기준, 타워 크레인의 구조·규격 및 성능에 관한 기준, 산업 안전보건기준에 관한 규칙, 건설기계 안전기준에 관한 규칙, 석유광산안전규칙등이 대표적이다.

선박기관기준과 어선기관기준에는 “기관장치의 각 운동 부분 및 주요 부분에 부착하는 볼트 및 너트는 적절한 방법 으로 풀려지지 아니하도록 하여야 한다.”고 되어 있고, 선박 전기기준과 어선설비기준에는 “회로의 접속에 사용하는 너 트·볼트 등은 진동에 의하여 풀리지 아니하도록 시공하여야 한다.”고 기준화 되어있다(MOF, 2015b; MOF, 2017; MOF, 2015c; MOF, 2016).

비해상 관련 법령 또한 각 기계의 특징에 따라 내용의 차 이는 있지만 “볼트·너트는 풀림 또는 탈락이 없어야 한다.” 또는 “적절한 풀림방지 조치되어 있어야 한다.”는 내용에서 크게 벗어나지 않았다. 특히, “타워크레인의 구조·규격 및 성 능에 관한 기준”의 경우에는 전동기, 커플링, 브레이크류, 치 차류등 구체적인 장비를 구분하여 풀림 및 탈락이 없어야 한다고 기준화 되어 있다(MOLIT, 2015).

4. 국내 카페리 여객선 타·상부 타두재 너트 체결 현황

4.1. 국내 카페리 여객선 타구조도 승인 현황

선박안전기술공단에서 2016년 도면승인을 받은 신조 여 객선은 20척이며 이중 타 구조도로 타의 형태 확인이 가능 한 선박은 16척이었다. 16척 중 C형타를 가진 여객선은 12 척, 단판타는 3척, B형타는 1척이었으며 C형타 설치 선박을 톤급별로 분류 한 결과 Table 3과 같이 특정 톤급에 구애받 지 않고 사용되고 있었다.

C형타가 설치된 여객선 12척의 타 구조도 도면상 스플리 트 핀이 있는 구조 8척, 틸러키를 이용하여 너트의 풀림을 방지하는 구조 3척, 스플리트 핀이 없는 구조 1척이었다.

스플리트 핀등을 체결하여 너트가 풀리지 않게 해야 한다 는 기준은 없지만 대부분의 여객선의 신조시 너트 풀림을 방지하기 위해 스플리트 핀 및 틸러 등을 반영한 타 구조도 가 승인되고 있었다.

4.2. 국내 카페리 여객선 타두재와 틸러 체결 너트 설치 현황

목포지역 여객선 12척에 대한 타두재와 틸러 체결 너트 현황을 확인한 결과 Fig. 6과 같이 용접 방법으로 너트 풀림 방지를 한 여객선 8척, 스플리트 핀 적용 2척, 너트락킹 적용 1척이었으며 1척은 너트 풀림 방지를 위해 별도의 조치를 하지 않고 있었다.

대부분 선박의 타기실이 갑판 아래에 위치하고 있어 타기 실로 내려가야만 너트 체결 여부를 확인 할 수 있었다.

하지만 일부 여객선은 Fig. 7과 같이 엔진 배기관과 내부 구조로 인해 50 센티미터도 안 되는 공간을 엎드려서 접근 을 해야 했으며 배기관의 고열로 인한 화상의 위험까지 있 어 타두재와 틸러 체결 너트의 체결 상태에 대해 일상점검 을 하기 어려운 선박 구조로 되어있었다.

5. 너트 체결 종류별 풀림 시험

5.1. 너트 풀림 관련 시험 방법

KS B 0143(2016) 및 KS ISO B 16047(2008) 등 “나사 부품의 조임 시험방법에 의한 시험 방법”을 통해 볼트와 너트간 또 는 볼트와 너트 및 와셔의 조합에 대한 토크계수, 나사면 마 찰계수, 자리면 마찰계수, 항복 조임 축력, 항복 조임 토크 및 극한 조임 축력을 구할 수 있다. 산업계에서는 융커 시험 (Junker, DIN 65151)과 나스 3350 시험(NAS, National Aerospace Standard, KS W ISO 7481)을 통해 너트의 초기 체결력(조임 력)에 따른 조임력 변화 특성 분석을 하고 있으며 두 시험은 일반적으로 항공우주 산업용 연결부분의 풀림을 점검하기 위한 나사 연결의 락킹 특성 동적시험을 하는데 적용된다.

융커시험은 Fig. 8과 같이 너트를 체결한 시험편에 축 직 각 방향의 하중을 작용시켜 볼트 축력의 감소량을 근거로 풀림방지 효과를 평가하는 것이다.

나스 시험은 3350 Fig. 9과 같이 너트를 체결한 조립체에 축 직각 방향으로 30,000 사이클에 해당하는 사인파 형태의 진동을 16분 40초 동안 진동시켜서 너트가 풀렸는지 여부를 육안으로 확인하거나 필요시 단면을 자른 후 10배의 배율로 확대 검사를 수행하는 시험이다(Kim and Lee, 2016; KS W ISO 7481, 2015).

5.2. “미항공우주규격 나스 3350”(KS W ISO 7481) 시험 결과

본 연구에서는 나스 3350 시험을 통해 너트의 체결 방법 별 체결력을 확인하였다. 사고가 발생한 여객선의 볼트 너 트 크기인 M100은 크기가 커서 시험편으로 적용을 할 수가 없었으며 실제 여객선에서 가장 많이 사용되고 있는 용접에 의한 체결 방법 역시 시험 장비에 적용을 할 수가 없었다.

본래 나스 3350 시험은 5, 6, 7, 8, 10, 12 밀리미터 너트에 대 해서만 적용하지만 본 연구에서는 시험 가능한 최대 치수인 M24를 대상으로 (주)임진에스티에서 보유한 Sonic Dynamics & Jinn S201-335M 장비를 이용하여 실제 선박에서 체결이 가능 한 방법 중 시험편으로 적용하기 어려운 용접과 스플리트 핀 체결 방법을 제외한 Fig. 10과 같이 6가지 방법(A. 너트, B. 와셔+너트, C. 이중너트, D. 특수와셔+너트, E. 특수너트, F. 와셔+이중너트)으로 너트의 체결 종류별 풀림에 대한 정 량화된 데이터를 얻었다.

시험에서 사용한 특수와셔는 N사 제품으로 두 개의 와셔 가 한쌍으로 구성되어 있어 안쪽 면은 캠을, 바깥쪽 면은 방 사상 톱니를 가지고 있어 쐐기 효과를 이용하여 너트가 저 절로 풀림을 방지하는 제품이며, 특수너트로 표기한 너트는 I사 제품으로 Fig. 11과 같이 너트 상단 스프링의 탄성 클러 치를 이용해 풀림 에너지를 흡수하여 잠금 에너지로 전환 시키는 기술을 이용하여 제작한 너트이며 너트가 볼트에 체 결될 때 탄성 스프링 틈새 부분이 늘어나면서 증가한 마찰 력으로 인하여 풀림을 억제하는 너트이다.

나스 3350 시험 결과 Table 4와 같이 특수너트를 제외한 나머지 5가지의 체결타입과 방법은 모두 합격 기준인 16분 40초를 넘지 못하였다.

6. 결론 및 고찰

여객선 상부 타두재 너트의 풀림 사고로 인한 재결서 분 석, 타 관련사고 현황, 국내/외 타 관련 기준 분석, 목포지역 여객선 12척에 대한 현장 조사, 너트 체결력 시험을 통해 재 발 사고 방지를 위한 다음의 결론을 얻었다.