1. 서 론

2016년 3월 총톤수 6.67톤급 어장관리 어선 K는 새로 교 체·설치한 신품 어로용 크레인으로 해상 시운전을 겸하여 그물 세척 작업을 하던 중 크레인과 그물의 무게로 인하여 우현경사 가중이 지속되었고 갑판 위의 그물이 우현으로 쏠 리면서 복원 모멘트를 상실하여 전복사고가 발생하였다. 당 시 기상은 동남 동풍이 초속 6 ~ 10미터, 파고는 0.5미터, 시 정은 약 6마일로 양호하였다. 선장과 선원은 구조되었으나 기름 약 80리터가 해상에 유출되었고 사고 어선은 타 선박 에 의해 예인되어 입항하였다. 본 사고는 동해지방해양안전 심판원에서 재결이 된 사건이며 해당 어선은 개조 전 길이 9.7미터, 총톤수 4.42톤에서 개조 후 길이 14.01미터, 6.67톤으 로 변경되었으며 너비(Breath)와 깊이(Depth)는 개조 전·후 같 았다. 또한, 크레인이 A사 K 기종, 자중 1,150킬로그램에서 D사 S 기종, 1,700킬로그램으로 변경되었다(DHMST, 2016).

보통 육상의 크레인 재해는 기계설비로는 가장 높은 위험 성을 나타내고 있으며 대부분의 사고가 줄걸이 작업 불량이 나 규정 위반, 오작동에 의한 휴먼에러(Human error)라는 특 징이 있다(Park et al., 2007;Kee and Kim, 2005). 해양에서 크 레인 작업 중 소형어선의 전복에 관한 연구는 많이 부족하 며, 기존 연구의 대부분은 해상 크레인이나 해양 작업선에 서 크레인 사용으로 인한 낙하물의 위험성에 관한 연구이 다. 본 연구에서는 총톤수 10톤 미만의 소형어선에서 크레인 사용 중에 발생한 어선의 전복사고에 대한 재결서를 바탕으 로 사고 원인으로 검토된 변수 중 크레인 교체에 따른 복원 성과 표준재화 상태에서의 복원정과 복원성 값 비교, 복원 성과 크레인 설치와 관련된 법령 및 기준 검토를 수행하여 소형어선의 전복사고 안전성에 대해 확인하였다.

2. 재결서 분석 및 해양사고 현황

2.1 고성항 전복사고 원인 및 사고방지 교훈

재결서를 통한 소형어선 K의 사고원인과 사고방지 교훈 은 다음과 같다.

사고 원인으로 첫째, 그물 세척 작업을 하면서 그물을 달 고 있는 크레인에 과부하가 걸리면서 선체가 경사되어 있는 우현 쪽으로 크레인이 자연 선회하여 대각도 우현경사가 발 생하였다. 둘째, 어선에 설치된 크레인의 위치와 그물의 위 치가 7미터 가량 떨어져 그물을 인양하려면 기존의 크레인 사양으로는 불가하여 크레인을 교체하였고 교체 설치한 크 레인은 더 높은 위치에서 더 큰 하중을 매달 수 있어 상부과 중효과로 인하여 복원력이 감소하였다. 셋째, 인양 하려는 그물의 전체 무게가 2.5톤 이상이었고 크레인에 걸리는 하중 이 한계 하중을 초과하면서 과부하가 걸렸다. 넷째, 신규 설 치한 크레인 유압펌프 계통의 공기를 빼는 작업을 하지 않 았다. 다섯째, 크레인에 대한 설치의 적정성에 대한 검사 기 준이 없다.

이에 대한 사고 방지 교훈은 선장은 크레인 설치 이후 수 차례 무부하 운전을 실시하고 어획물의 적재장소와 어창의 환경, 어망의 무게, 닻과 어로용 크레인 등이 복원성에 미치 는 영향과 복원성 저하로 인한 위험성 관련 교육을 주기적 으로 실시해야 한다.

2.2 해양 사고와 전복 사고 추이

Fig. 1은 2010 ~ 2018년 동안 발생한 해양 사고와 전복 사 고 현황이다. 전복이란 충돌, 접촉, 좌초, 화재 및 폭발의 결 과로 발생한 사고는 제외하고 선박이 뒤집힌 것을 말한다 (KMST, 2017). 최근 9년간 전복 사고는 전체 해양 사고 16,858건 중 394건으로 2.34 %를 차지하였다. 사고 추이를 보 면 2014년 이후 해양사고는 꾸준히 증가 추세를 보였고, 전 복 사고는 2011년 이후 감소하다가 2015년부터 2017년까지 큰 폭으로 증가한 뒤 2018년 다시 감소하는 추이를 보였다 (MOF, 2019d).

2.3 전복 사고 재결서 분석

2019년말 기준, 2010 ~ 2018년 동안 해양 사고 재결서 총 1,788건 중 전복 사고 관련 재결서 76건을 통해 전복 사고 특징을 분석하였다. 전복 사고는 전체 재결서 중 4.25 %를 차지하며 선박 종류별로 어선 50척, 예인선 및 피 예인선 16 척, 화물선 2척, 급수선, 준설토 운반 부선, 통선, 준설선, 급 수선, 양식장 관리선, 어장 관리선 및 어획물 운반선이 각각 1척 순이다. 전복 사고의 65.8 %가 어선에서 발생하고 있으 며 그 중 총톤수 10톤 미만의 소형어선은 28척으로 전체 전 복 사고의 36.8 %였다. 소형 어선의 등록 추이는 점차 감소 하고 있지만, 해양 사고 비중은 2013년부터 2017년간 2.9배로 증가하여 해양사고 증가율에 큰 영향을 미치고 있다(Song et al., 2018). Table 1은 전복 사고 재결서 결과에 따른 10톤 미 만의 소형 어선의 세부 사고 원인이다. 소형어선 전복 사고 28건에 대한 재결서 분석 결과, 사고 원인은 부적절한 선적 으로 인한 복원성 상실이 13건으로 가장 많았고, 해상 날씨 불량, 로프 감김, 부주의, 냉각수 파이프 누수, 갑작스러운 변침, 크레인으로 인한 경사 등이 주된 원인이었다(KMST, 2019a;KMST, 2019b). 전복은 선박 자체의 복원 모멘트가 부 족하여 사고가 발생하는 경우는 전무하며, 과도한 어획물이 나 무거운 어로 장비를 고정하지 않고 항해하는 경우, 주의 보가 발표되었는데도 무리하게 운항하는 경우와 파도나 바 람 등 해양 환경에 의해 복원 모멘트가 상실되는 것이 주된 특징이다(Yang and Kwon, 2017).

3. 관련 법령 및 크레인 어선 설치 현황

3.1 크레인 관련 법령

크레인이란 훅(Hook) 또는 다른 하물 취급 장치를 이용하 여 매달린 화물을 인양하거나 이동시키기 위하여 제작된 반 복적인 동작을 하는 기계를 말한다(KS B ISO 4306-1, 2017). 육상에 설치하는 크레인은 안전 인증을 받아야 하고, 사업 주 또는 소유자는 정격하중이 2톤 미만인 크레인을 제외하 고 “안전검사 고시”에 따른 안전검사를 받아야 한다(MOEL, 2017).

어선에서 사용하는 크레인은 어로·하역 설비에 해당하며 1톤 이상의 어획물 또는 화물 등의 하역에 사용하는 하역 설비를 갖춘 총톤수 300톤 이상의 어선의 소유자는 하역 설 비의 제한 하중·제한 각도 및 제한 반경에 대하여 해양수산 부 장관의 확인을 받아야 한다(MOF, 2019a). 또한, 어선법에 크레인을 새로 설치하거나 변경하려는 경우와 하역 설비로 서 제한 하중, 제한 각도 및 제한 반경을 변경하려는 경우는 임시검사를 받아야 하며 하역 설비 표시에 대한 사항을 크 레인 작업자가 확인할 수 있도록 하거나 금속제 판 또는 용 접 등을 통해 표시하여야 한다(MOF, 2019a;MOF, 2019b). 어 선검사지침에서 정기 또는 제1종 중간검사 점검표상에서 총 톤수 10톤 이상의 어선에만 하역 설비에 대한 효력시험 및 현상 확인을 하고 있을 뿐 10톤 미만의 어선에 설치되는 크 레인에 대한 점검은 없으며 크레인 제한 하중 표시만 하고 있다(KOMSA, 2017).

어선법 시행규칙에 따라 크레인은 어선 용품으로서 어로 및 하역 기타 작업 설비에 관한 용품으로 예비검사를 받아 야 하나 1톤 미만 화물의 하역에 사용되는 하역장치인 경우 예비검사를 면제받는다. 이에 따라 대부분 소형어선에서 1톤 미만의 제한 하중 사용 조건으로 예비검사, 크레인 변경(신 규, 개조) 시 임시검사를 면제받고 있다.

3.2 복원성 관련 법령

복원성이란 수면에 평형상태로 떠 있는 선박이 파도·바람 등 외력에 의하여 기울어졌을 때 원래의 평형상태로 되돌아 오려는 성질을 말한다(MOF, 2018).

어선의 소유자가 복원성 승인을 받아야 하는 경우는 배의 길이가 24미터 이상인 어선과 “낚시 관련 및 육성법” 제2조 에 따른 낚시어선으로 최대 승선 인원이 13명 이상인 어선 이므로 10톤 미만의 소형어선은 낚시배로 사용되는 경우를 제외하고는 대부분 복원성 승인을 면제 받는다(MOF, 2019a). 운행 중인 어선이 복원성에 관한 기준을 새로 적용받거나 그 복원성에 영향을 미칠 우려가 있는 어선 용품을 신설·증 설·교체 또는 제거하거나 위치를 변경하려는 경우 임시검사 를 받아야 한다(MOF, 2019b).

3.3 어선에 설치된 크레인 현황

Fig. 2와 3은 고성항을 중심으로 어선(관리선 포함)의 크레 인 설치 현황을 확인한 결과이다. 어선 총톤수 6.01톤, 9.77 톤, 15톤, 24톤 및 29톤의 어선들이 선박 총톤수에 상관없이 설계상으로는 1톤 이상의 제한 하중을 인양할 수 있는 크레 인이 설치되어 있지만 제한 하중 1톤 미만 조건으로 예비검 사를 면제 받아 사용하고 있었다.

크레인 사망재해를 줄이기 위해서 권상하중(Hoisting load) 이나 풍속 등의 값을 적절한 휘도와 대비로 표시하여야 하 지만 어선에 설치된 일부 크레인의 경우 Fig. 3과 같이 해양 환경의 특성으로 인해 해당 크레인의 정격하중, 운전 속도, 경고 표시 등이 탈락하거나 부식되어 운전자 또는 작업자가 크레인의 성능을 확인하면서 작업하기가 어려웠다(Park et al., 2007).

4. 크레인 중량 변화에 따른 복원성 특성

4.1 복원성 검토 어선 선정 및 비교 표준재화 설정

사고 어선은 총톤수 4.42톤에서 선체 길이를 연장하여 총 톤수 6.67톤으로 개조한 어선이다. 어선 길이 24미터 미만에 해당되어 복원성 승인 면제를 받아 복원성 비교를 위한 복 원성 기초 자료가 없다. 이에 최초 총톤수 4.98톤으로 허가 되었으나 2010년 5월 7일 시행된 ‘어선 안전공간 확대 등을 위한 어선 검사 지침’에 따라 선미 부력부 및 어선원 복지 공간 등 증설을 통해 총톤수 6.67톤으로 개조한 어선 중 제 원이 비슷한 낚시어선 복원성 승인자료를 활용하여 Maxsurf Enterprise V8i ver.20을 사용하여 선형을 3D 모델링 한 후 자 료를 활용하여 소형 어선의 복원성 특성을 검토하였다. Maxsurf는 선체 모델링, 안전성, 모션, 저항력 예측, 구조 모 델링, 구조 해석, 선박 상세를 포함한 설계를 할 수 있도록 하는 프로그램이다.

Table 2는 사고가 발생한 실제 어선의 개조 전 총톤수 4.42 톤, 개조 후 6.67톤과 샘플링 한 어선의 개조 전 총톤수 4.98 톤, 개조 후 6.67톤의 주요 제원이다.

복원성 비교는 해당 크레인 어선이 전복된 상황을 고려하 여 6.67톤 어선을 대상으로 크레인 교체에 따른 표준재화상 태에서의 복원성 변화와 교체된 크레인으로 작업하는 경우 를 가상한 복원정과 복원성을 비교하였다. 표준재화 상태는 만재출항상태, 어장발상태, 만재입항상태의 3가지 대표 표준 재화 상태를 시뮬레이션 하였다. 만재출항(Full load departure condition)상태는 경하 상태(Lightship condition)에 얼음, 어구, 선원 및 선원 소지품, 기관부 예비품, 창고품, 잡용수 등을 탑재하고 연료, 청수, 식료품 등을 만재한 상태, 어장발 (Fishing ground departure condition) 상태는 만재출항상태로부 터 어획물을 만재하고 연료, 청수, 식료품 등 소모품을 75 % 소비한 상태, 만재 입항(Full load arrival condition) 상태는 어 장발 상태로부터 연료, 청수, 식료품 등 소모품을 90 % 소비 한 상태를 말한다(MOF, 2019c).

배의 길이 40미터 미만 어선의 복원성 식(1)을 기준값 (Required)으로 계산하였고 실제 값(Actual)은 모델링 한 자료 의 복원성 곡선(Stability curve)을 사용하여 계산한 뒤 Table 4 와 5에 적용하였다(MOF, 2019c).

where,

4.2 크레인 교체에 따른 복원성 비교

크레인 정격 하중이 다른 크레인 교체 전·후의 복원성 비 교를 위해 6.67톤 모델링 어선에 크레인의 자중(Crane weight) 과 하중 능력을 기준으로 복원성을 비교하였다. 모델링 어 선의 크레인 사양은 Table 3과 같다. Type Ⅰ은 교체 전 크레 인 사양이며, Type Ⅱ는 크레인 교체 이후 크레인 사양이다.

TypeⅠ은 크레인 자중 1,150킬로그램, 작업 반경은 6.3미터 이며 인양 능력은 붐의 길이에 따라 최대 3,400킬로그램에서 최소 280킬로그램이다. TypeⅡ는 크레인 자중 1,700킬로그램, 작업 반경은 7.7미터이며 인양 능력은 붐의 길이에 따라 최 대 4,330킬로그램에서 최소 1,350킬로그램이다. 크레인 교체 전과 후를 비교하면 자중 550킬로그램 증가, 작업 반경 (Working radius)은 1.4미터 증가하였고, 최대 붐의 길이는 2.1 미터 감소하였으나 인양 능력은 930킬로그램이 증가하였다.

같은 붐의 길이에 대한 인양 무게가 없지만, 붐의 길이가 비 슷한 TypeⅠ의 6.2미터와 TypeⅡ의 6.5미터의 인양 하중은 각각 900킬로그램과 1,700킬로그램으로 Type I 대비 Type II 크레인의 인양 하중이 약 88.9 % 증가하였다. 소형어선에 예 비검사 면제 조건으로 설치되는 크레인의 인양 능력이 1톤 미만이라는 점을 고려, 크레인 붐의 최소 길이에서 TypeⅠ은 2,400킬로그램, TypeⅡ는 3,330킬로그램만큼 최대 인양 하중 을 초과하여 설치된 장비로서 규정된 인양 하중에 비해 지 나치게 큰 인양 능력을 가진 크레인이 설치되었다는 것을 알 수 있었다. 총톤수 6.67톤 모델링 어선에 개조 전·후의 크 레인의 자중을 포함해 만재출항상태, 어장발상태, 만재입항 상태의 복원성을 계산하였고 크레인 무게 중심은 TypeⅠ과 TypeⅡ에 대해 LCG(Longitudinal center of gravity) 5.6미터, VCG(Vertical center of gravity) 2.16미터에 동일하게 적용하였다.

Table 4는 크레인이 TypeⅠ에서 TypeⅡ로 교체 된 경우 총 톤수 6.67톤의 동일한 어선 모델링에서의 만재출항, 만재입 항, 어장발 상태의 표준재화 상태일 때를 가정하여 횡메타 센터(GoM) 기준 값, 실제 값, 기준 값 대비 실제 값 비율(%) 을 계산하였다.

크레인 교체 결과에 따른 표준재화 상태에서 실제 GoM 값은 만재출항상태에서 0.052, 어장발상태 및 만재입항상태 에서 0.041 감소하였다. GoM 기준값 대비 실제 값 비는 만 재출항 상태에서 194 %와 173.8 %로 가장 높았으며, 어장발 상태가 167.7 %와 155.7 %로 가장 낮았다. 만재출항상태에서 Type I 대비 Type II의 GoM 기준값이 증가한 이유는 동일 조 건에서 크레인의 자중의 영향으로 TypeⅡ의 상당 흘수가 증 가하였고, 따라서 어선의 깊이(Depth)와 상당흘수 사이의 수 직거리가 Type I에 비하여 감소함으로써 어선복원성 기준에 서 규정한 β 값이 감소하였기 때문이다. 크레인의 하중 증 가에도 만재출항상태와는 달리 어장발과 만재입항 상태의 TypeⅠ과 TypeⅡ 기준값이 동일한 이유는 설계흘수(Design load waterline)를 구조강도계산을 위한 Scantling 흘수로 보고 두 어선의 설계흘수에서의 만재배수량을 동일하게 계산하 였기 때문이다. 즉, TypeⅡ의 크레인 자중이 550킬로그램 늘 어난 만큼 TypeⅡ는 어획물의 적재량을 감소시켜 만재배수 량을 유지하도록 하였다. 그러나 이 경우 갑판 상부 크레인 의 중량 증가와 갑판 하부 어획물의 중량 감소가 어선 자체 무게중심을 증가시킴으로써 어선의 복원성은 저하되는 결 과를 초래한다. 이런 이유로 이로 인해 어장발상태와 같이 해상에서 어획물을 적재하여 만재 배수량 상태에서 운항을 할 때의 복원 모멘트는 어획물을 적재하지 않은 만재출항상 태에 비하여 현단몰입각이 감소하여 어선 전복의 위험성이 높아진다고 할 수 있다.

4.3 크레인 교체에 따른 복원정(Righting arm) 비교

실제로 크레인 사양에 따른 운동 범위와 하중 능력을 대 입하여 표준재화 상태별로 실제 어선이 어망을 들어 올릴 때를 가정하여 현단몰입각(Angle of deck edge immersion)과 흘수선을 Fig. 4와 같이 모델링 하였다.

현단몰입각은 어선의 직립 상태에서 현단이 수면에 달할 때까지의 횡경사각으로써 기 계산한 복원성 곡선 결과에 따 라 계산된 값이며, 현단몰입각에 있어서의 복원정(GZc) 값은 작업 중 부가적인 외력이 어선에 미치는 어로정을 탑재하는 어선 및 선망어선에 있어서의 어선 복원성 기준을 적용하여 식(2)를 만족하여야 한다(MOF, 2019c). 실제 복원정값의 산정 은 크레인 제원 상 붐의 길이에서 기준 복원정값을 초과하 지 않는 복원정값까지를 인양할 수 있는 최대 하중이라고 가정한다.

where,

Table 5는 기 계산된 복원성 곡선 결과에 따라 작성된 복 원성 기초 값에 Table 3의 크레인 사양 값을 대입하여 표준 재화 상태별 현단몰입각과 복원정 기준 값을 기준으로 각 상태에서 크레인 붐의 길이별 최대 인양 무게를 계산하였 다. 해당 붐 길이에서 최대 인양 하중을 초과하면 현단몰입 각이 증가하여 규정상 복원정(GZc)을 만족하지 못하게 되어 현단을 통한 해수 유입이 가속화될 우려가 있다. 어선의 복 원성은 바람, 파도 및 너울 등의 여러 가지 영향이 미치지만 본 결과 값에서는 이러한 변수들을 무시하였기 때문에 실제 해상 환경에서는 Table 5에서 계산된 현단몰입각과 표준재 화 상태에서 작업 중 발생하는 크레인의 인양 하중 값보다 실제 값이 적더라도 전복 사고가 발생할 수도 있다. 하지만 본 연구에서는 외적인 해양 상태를 무시하고 어선에 부착된 크레인의 인양 하중을 복원정 값에 최대한 근접한 상태의 값이 도출되도록 시뮬레이션하였다.

TypeⅠ과 TypeⅡ 크레인이 설치된 어선이라고 가정하였을 때 TypeⅠ(자중 1,150킬로그램)은 크레인 붐의 최소 길이에 서 복원성 규정을 만족하는 인양 하중의 제한 값이 각각 만 재출항상태 1.42톤, 어장발상태 1톤, 만재 입항 상태 1.01톤 이므로 크레인이 면제 받은 1톤 미만의 허용 하중을 모든 작업 반경 안에서 사용할 수 있다.

하지만 TypeⅡ(자중 1,700킬로그램)의 크레인을 사용하는 어선은 크레인 붐의 최소 길이에서 인양 하중의 제한 값은 만재출항상태는 0.96톤, 어장발상태 0.7톤, 만재 입항 상태 0.7톤으로 1톤 미만 허용 하중 사용 조건으로 예비검사를 면 제 받을 경우 0.03, 0.29, 0.29만큼 제한 하중을 활용하지 못하 는 결과가 되어 비효율적이며, 이를 무시하고 그 이상을 인 양할 경우 현단 몰입각 흘수 면을 초과하게 되고 복원정 실 제값이 규정값을 초과하게 되어 전복의 위험이 있다.

각 크레인 Type I, II의 붐 길이 별 인양 하중에 대한 추세 선을 통해 Type I & II 크레인에 대하여 동일 붐 길이로 환산 하여 비교한 결과 Table 6에서 보는 바와 같이 동일 붐 길이 에서의 각 Type 별 인양 하중의 차이는 최소 10킬로그램에 서 최대 90킬로그램으로 약 3 ~ 9 % 분포를 보이고 있으며, 크레인 변경에 따른 인양 하중은 크게 차이가 나지 않는 것 으로 판단된다. 또한 TypeⅡ보다 TypeⅠ의 설계 인양 하중 능력은 적지만 붐의 길이가 짧고 자중이 적어 동일한 복원 성을 가질 경우 상대적으로 더 큰 화물을 인양 할 수 있다는 사실을 확인하였으며 설계 인양 하중이 큰 크레인의 설치보 다는 소형어선에 적절한 크레인의 설치가 더 중요하다는 것 을 확인할 수 있었다.

고성항을 중심으로 소형 어선에 설치된 크레인 인양 하중 설계치는 1톤 이상이 대부분이었다. 법령상으로는 제한하중 1톤 미만의 크레인을 설치한 크레인은 1톤 미만으로 사용해 야 한다. 모든 어선을 1톤 미만의 제한하중을 갖춘 크레인을 설치할 경우 해상에서의 실제적인 그물 인양등의 작업이 어 려울 수 있다. 또한 해상에서 어획물 인양 작업을 하면서 수 면 하의 화물 중량이 1톤 미만 상태인지 인지하고 확인하면 서 작업을 하기는 실제적으로 어렵다. 소형 어선에 지나치 게 큰 하중을 가진 크레인의 설치와 인양 하중을 가진 크레 인을 통한 작업은 어선의 복원성과 복원정을 감소시킨다. 이는 재결서 상 사고방지교훈과 전복 사고 재결서 분석 결 과 사고의 원인 중 하나인 복원력 감소와 연관이 있으며 검 사 기준의 부재, 복원성 검사와 크레인 예비검사의 면제와 도 관련이 있다.

5. 고찰 및 결론

총톤수 10톤 미만의 소형어선 전복 사고와 관련하여, 크레 인 자중과 크레인 붐의 길이에 대한 인양 하중을 적용한 복 원정과 복원성 값의 변화를 통해 다음의 고찰 및 결론을 얻 었다.