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공학석사 학 논문
유선형 블 이드를 이용한
고효율 드럼식 유회수기 개발에 한 연구
A Study on the Development of High Efficiency Drum Type
Skimmer with Streamline Blade
지도교수 윤 종 휘
년 월2016 2
한국해양 학교 학원
해양경찰학과
정 성 일
- i -
List of Tables ························································································· iii
List of Figures ························································································ iv
Abstract ···································································································· vi
1 .
1.1 ·················································································· 1
1.2 ·················································································· 4
1.3 ········································································ 5
2 .
2.1 ·································································· 7
2.2 ················································································ 8
2.2.1 ···································································· 8
2.2.2 ·································································· 10
2.2.3 ·························································· 11
2.2.4 ······························································ 12
2.2.5 & ··············································· 13
2.2.6 ·································································· 15
2.2.7 ·············································································· 16
2.3 ·························································· 17
3 . ·
3.1 ······················································································ 19
3.1.1 ······································ 19
3.1.2 21
- ii -
3.2 ······················································································· 23
3.2.1 ······················································· 23
3.2.2 ··················································· 24
4 .
4.1 ······················································· 25
4.2 ··················································· 26
4.2.1 ····························· 27
4.2.2 ························································ 32
4.2.3 ································· 34
4.2.4 ····························································· 37
4.2.5 ················································································· 39
4.2.6 ··································································· 41
4.2.7 , & ··········································· 42
4.2.8 ························· 46
4.2.9 ··············· 47
4.2.10 (OMP 50) ······················ 49
4.3 ··················································· 51
4.3.1 PART LIST ······························································ 52
4.3.2 & PART LIST ··········································· 53
4.3.3 & PART LIST ··············· 54
4.4 ··········································· 55
4.4.1 ························· 56
4.4.2 ··································· 57
4.4.3 ··································· 58
4.4.4 ················· 59
4.5 ················· 61
5 . ·············································································· 63
·································································································· 65
- iii -
List of Tables
Table 1 Skimmer Option Matrix ································································ 18
Table 2 , 28
Table 3 ················································ 30
Table 4 ·························· 30
Table 5 STS 316 & 316L Characteristic ·················································· 31
Table 6 Comparison of drag with the same RPM ·································· 37
Table 7 Comparison of drag for Flat bar blade v.s Streamline blade · 38
Table 8 ·································· 46
Table 9 Flow of Performance Test for High Efficiency Drum Type
Skimmer ······················································································· 56
Table 10 Result of Performance Test ····················································· 61
Table 11 Comparison of Small DISC vs. Grooved DRUM Skimmer ·· 62
- iv -
List of Figures
Fig. 1 Oil Spill Response Activity on the scene Hyundai Bridge Spill
near Busan Port, Korea, Dec. 2014 ··············································· 3
Fig. 2 Smooth Type Drum & Grooved Type Drum ································ 4
Fig. 3 New Type Drum with Streamline Blade & Agg Plate ················ 5
Fig. 4 Flow Chart of Process Study ··························································· 6
Fig. 5 Weir Skimmer ···················································································· 9
Fig. 6 Oleophilic Skimmer ········································································· 10
Fig. 7 Conveyor Skimmer ··········································································· 11
Fig. 8 Hydro-Dynamic Skimmer ································································ 12
Fig. 9 Portable Skimmer ············································································· 13
Fig. 10 Built-In Skimmer ············································································ 14
Fig. 11 Vacuum Skimmer ··········································································· 15
Fig. 12 Floating Hose Handling ································································· 16
Fig. 13 Comparison of Oil Recovery Efficiency per DISC Materials ·· 20
Fig. 14 Recovery efficiency(diesel oil) against Circumferential speed
of drum type skimmer ································································· 22
Fig. 15 Recovery efficiency of smooth and grooved drums at 10
and 25 oil slick thickness ······················································· 23
Fig. 16 Wendy Schmidt Oil Cleanup X CHALLENGE Testing Results 24
Fig. 17 3-development stage of drum ······················································· 32
Fig. 18 Measurement of drum RPM ························································· 33
Fig. 19 Development process of Flat Bar Blade ····································· 34
Fig. 20 Development process of Streamline Blade ·································· 35
- v -
List of Figures
Fig. 21 Drum cassette with Streamline Blade ·········································· 36
Fig. 22 Agg Plate ························································································ 39
Fig. 23 Agg Plate & Streamline blade ····················································· 40
Fig. 24 ····························· 41
Fig. 25 Buoyancy Test ················································································ 42
Fig. 26 Frame of Skimmer ········································································· 43
Fig. 27 Sump Tank ····················································································· 44
Fig. 28 Pontoon ···························································································· 45
Fig. 29 Capacity of Hatching Area & Sump Tank ································ 46
Fig. 30 Transfer Pump ················································································ 47
Fig. 31 Performance curve of VOGELSANG ········································ 48
Fig. 32 Specification of OMP 50 ······························································ 49
Fig. 33 G.A drawing of High Efficiency Drum Type Skimmer ··········· 51
Fig. 34 PART LIST of Frame ··································································· 52
Fig. 35 PART LIST of Pontoon & Handle ············································· 53
Fig. 36 PART LIST of Drum Cassette & Streamline blade ················· 54
Fig. 37 Marine Environment Research & Training Institute ·················· 55
Fig. 38 Dimensional Inspection of High Efficiency Drum Type Skimmer
······································································································· 57
Fig. 39 Operation Test of High Efficiency Drum Type Skimmer ········ 58
Fig. 40 Performance Test of High Efficiency Drum Type Skimmer ···· 60
- vi -
A Study on the Development of High Efficiency Drum Type
Skimmer with Streamline Blade
Sung-Il, Jung
Department of Coast Guard Studies
Graduate School of Korea Maritime & Ocean University
Abstract
As the demand of petroleum has been getting higher and the transportation
of crude oil carriers have been increasing, large oil spill incidents have
occurred at sea, especially near the coastal areas of developed countries since
Tanker Torrey Canyon spill in 1967. Korea also has experiences of large
spills along the coastal waters such as Tanker Sea Prince and Heibei
Spirit . On the spill site, most countries, including Korea, put priority on
On-water mechanical recovery of many response options using booms and
skimmers to minimize the effect of spilled oils. In the meantime, there are
several kinds of skimmers to recover oil, of which drum-type skimmer would
be often used. However, drum skimmer is known to has some limitation to
recover viscous oil. In this regards, the development of high efficiency drum
type skimmer with streamline blade is attempted to greatly enhance the
- vii -
on-water recovery rate of the viscous oil at the spill site in this study along
with supporting investigations regarding typical characteristics of conventional
skimmers, and efficiency-comparison between domestic and imported disc
skimmers. The results of study is summarized as follows ;
First, according to performance test on recovery efficiency with Bunker-C,
drum-type skimmer with streamline blade shows to increase the efficiency by
more than 35% comparing with that of conventional drum skimmer.
Second, it turns out by tests that the fork crane-type new developed drum
skimmer is able to recover even very viscous oil which can't be recovered by
conventional skimmer, moreover it can recover emulsified oils as well as
super-low viscosity oil.
Third, new developed skimmer is proven to be more superior to imported
skimmer in performance of oil recovery.
Finally it is planned that further study will be continued to develop more
advanced skimmer with self-driving device.
- 1 -
제 장 서 론 1
배경 목1.1
호 호와 같은 형 기름유출 오염사고로 우리나라 Sea Prince Heibei Spirit
연안의 해양환경은 막 한 오염 피해를 받았으며 기름유출로 인한 해양오염사,
고의 심각성과 해양환경보 의 요성을 재차삼차 확인하는 계기가 되었다.
년 월 부산 목도항에서 발생한 호 충돌 사고와 같은 2014 12 HYUNDAI BRIDGE
소형 기름유출 오염사고는 불시에 상시 으로 연 근해 안시설 터미 · ,
등에서 발생하고 있다 특히 해상의 기름유출 오염사고는 유출유의 종류와 양. , ,
그리고 사고 해역특성과 해상환경 시간경과 등에 따라 피해 규모를 가늠할 수 ,
없을 만큼 크게 증가시킬 수 있다 더욱이 해상에서 유출된 기름은 빠르게 확.
산되면서 오염면 을 넓 나가는 특성으로 해양 생태계의 손상뿐만 아니라 연
안의 어장과 생존권이 걸린 어민들에게 심 한 손실을 끼치게 된다 한 이의 . ,
복구 는 회복을 해서는 수많은 시간과 엄청난 인 물 자원 등의 상당·
한 비용을 치러야만 하기에 기름유출 오염사고 발생 시에 피해 규모를 최소화
하기 한 방제 략의 수립 계획 방제기술의 정비 확충 방제자원의 보강· , · , ·
개발 문인원의 확충 강화 인 국간의 력 공조 등이 무엇보다도 요, · ·
하다.
한편 의의 해양오염방제란 해상에 유출된 기름 등의 유해물질을 회수 제, ·
거하는 활동이라 할 수 있으며 일반 으로 해상에서의 기름회수 방제작업은 ,
오일붐으로 해면상에서 기름의 확산을 방지하고 오일붐으로 포집된 기름을 유,
회수기라는 기계 장치를 투입 작동하여 장탱크로 이송하는 것을 말한다· .
즉 해상방제작업 동안 유출유를 회수하기 하여 사용되는 기계 인 장치를 ,
- 2 -
총칭하여 유회수기 는 스키머 라 하며 유회수기의 특징으로는 통상 (Skimmer) ,
해면상의 기름만 회수할 수 있으며 유출유의 종류와 양에 따라 유회수기의 종,
류를 선택 으로 사용해야 하며 실해역의 환경과 방제인원의 문성에 의하여 ,
회수효율이 크게 좌우된다 그리고 실제 정온상태의 해상에서도 유회수기의 유.
회수율은 미만이라는 것으로 보고되고 있다 이처럼 유회수기 사용에 10% .
한 여러 가지 한계 제한이 있음에도 불구하고 해양선진국에서는 유류오염
사고 시에 환경 피해를 최소화하기 하여 해상방제방법으로 유회수기를 이용
한 기계 회수를 최우선시 한다.
재 국내에서는 방제자원으로서의 유회수기 장비를 생산 공 하는 제작
업체가 거의 없고 부분 고가의 수입품에 의존하기 때문에 기름유출사고가 발
생하면 시 소에서 부품의 공 과 문서비스를 받을 수 없는 실정이다 더· .
욱이 연구개발 과정 성능 검증 없이 시장에 나온 국산 제품들은 작동 오류
성능 하 등의 운용상의 문제로 철 하게 외면을 받고 있다
일반 으로 국내의 방제 장에서 주로 사용하고 있는 유회수기인 디스크식
유회수기와 드럼식 유회수기도 유출유의 도와 해상환경 등에 지 않은 향
을 받아 그 운용이 제한 일 뿐만 아니라 회수효율이 떨어진다 이와 같은 .
을 고려하여 유회수기의 회수효율을 높이기 한 국외 연구로는 년도 그루2005
드럼과 년도 그루 디스크의 개발 사례를 들 수 있었으나 국내에는 유2010 ,
회수기의 단순 성능에 한 연구는 있었으나 회수용량 회수효율 증가를 ,
한 유회수기 개발 성능 개선에 한 연구는 거의 없는 상황이었다.
이에 따라 본 연구에서는 호 기름 유출 오염 방제작업 동안 사Heibei Spirit ·
용하 으나 유출유의 도로 인한 흡착력 하로 회수효율이 크게 떨어진 디스
크식 유회수기보다 드럼식 유회수기에 주안 을 두면서 이동 보 운 의 ·
편리성뿐만 아니라 회수용량과 회수효율이 폭 증가 된 유회수기를 개발하고
자 하 다 이의 개발은 창의 인 아이디어와 신 인 고안을 바탕으로 한 . 3
차원 설계로부터 출발하여 수많은 수정 설계와 거듭된 시행착오를 거쳐 유선형
블 이드를 이용한 고효율 드럼식 유회수기를 제작하 다 이를 통하여 국내 .
기술의 유회수기 장비 제작에 한 석을 놓고 방제작업의 효율성을 높이고자
한다.
- 3 -
Fig. 1 Oil Spill Response Activity on the scene Hyundai Bridge Spill near
Busan Port, Korea, Dec. 2014 1)
1) 좌 우 하 우 상 www.yonhapnews.co.kr- & · , www.ksg.co.kr- ·
- 4 -
자료 방법1.2
본 연구 개발에서는 드럼식 유회수기의 구조와 특징을 알아보기 하여 미국
소재의 방제장비 제작업체 의 카탈로그 홈페이지를 이용하 고ELASTEC( ) ,
지난 년 월 부산항 목도 부근에서 발생한 호 기름유출 사2014 12 Hyundai Bridge
고 시에 사용된 유회수기의 사양 사진 동 상 등을 해양환경 리공단으로,
부터 달받아서 활용하 다.
본 연구 개발은 크게 단계로 나 어 진행하 다 먼 새로운 고안을 한 2 .
기 자료로써 흡착식 유회수기의 한 종류인 드럼식 유회수기의 구조 형상
등을 조사 분석하 다 그리고 드럼식 유회수기의 특징 종류 재의 기술 · . ,
동향을 알아보았다.
드럼식 유회수기에는 원통형 구조의 드럼 카세트를 모터 에어 유압 기- ( · · )
로 회 하면서 유출유를 표면이 고르고 편평한 스무스 드럼에 흡착한 (Smooth)
후 스크 이퍼로 굵어 모아 회수하는 통 인 방식과 동일 크기의 드럼 표면
에 홈을 서 표면 을 넓 회수용량과 회수효율을 증가한 그루 드(Grooved)
럼 방식이 있었다.
Fig. 2 Smooth Type Drum(Upper) & Grooved Type Drum(Lower) 2)
- 5 -
제 단계에서는 새로운 고안의 디자인 회수용량 산출식을 만들어 회수- 2
용량을 산정하 으며 이의 시작품을 제작하여 성능 회수용량 시험을 하 다, ( ) .
성능시험은 해양환경 리공단 해양환경교육원의 시설과 보조장비들을 사용하
다.
Fig. 3 New Type Drum with Streamline Blade(Left) & Agg Plate(Right)
연구 범주 방향1.3
본 연구에서는 유선형 블 이드를 이용한 고효율 드럼식 유회수기를 개발하
기 하여 아래와 같은 방법으로 연구를 수행하 다.
제 장에서 배경과 목 고효율 유회수기 개발로 방제작업 효율성 제고1 :
제 장에서 유회수기의 황 분석 정의와 종류 선정 고려 사항 등2 : ,
제 장에서 유회수기 성능 개선에 한 국내 외 연구 사례3 · :
국내 디스크 소재별 유회수 성능비교 -. :
국외 그루 드럼 그루 디스크 개발 -. : &
제 장에서 유선형 블 이드를 이용한 고효율 드럼식 유회수기 개발4 :
2) 해양환경 리공단 자료 Elastec Catalog &
- 6 -
설계 -. : Streamline blade, Agg plate, Spiral screw
성능시험 -. : Bunker-A oil, KOEM
성능시험 결과 평가 -. : Recovery Capacity, 33 /h㎥
제 장에서 요약 결론 외국 제품보다 성능이 우수 함5 : .
상기 과정에 한 연구 작업 공정도는 다음과 같다.
Fig. 4 Flow Chart of Process Study
- 7 -
제 장 유회수기 황 분석2
유회수기 정의와 구성2.1
기름 유출사고가 발생하면 환경피해 방지 는 최소화를 하여 운용하는 유
출유 회수장치인 유회수기는 기름회수부 부력체 는 지지부품 회수유를 장, ,
설비에 옮기는 이송펌 등으로 되어 있고 자항식과 회수부가 여러 개인 것이
있으며 장탱크 는 유수분리 장치가 내장되어 있는 것도 있다, 3) 즉 수면에 .
부유하고 있는 기름을 기계 인 방법으로 회수하는 장치를 유회수기라 하며4),
이의 일반 인 구성은 다음과 같다.
몸체부 스키머의 외형 구성(Frame) : ①
부력체 스키머가 정 높이로 수면에 떠 있도록 함(Float) : .②
회수부 유출유를 회수하는 스키머의 핵심부 (Head Cassette) : ③
스크 이퍼 회수된 유출유를 어모으는 장치(Scraper) : ④
유탱크 회수유를 임시로 장하는 기름 장통(Sump Tank) : ⑤
이송펌 회수유를 이소하는 펌(Transfer Pump) : ⑥
추진기 로펠러에 의하여 추진되는 자항장치 선택 사양(Thruster) : ( )⑦
호스류 유압호스 배출호스 유압유 달 호스와 회수유 이송 호스( & ) : ⑧
조종 넬 스키머 작동(Control Panel) : ⑨
유압 워팩 유압유로 동력을 달하는 장치(Hydraulic Power Pack) : ⑩
3) 윤종휘 국승기 김상운 문정환 윤 수 <- , , , , , 2010, p. 172>
4) 윤 경 <- , 2007, p. 220>
- 8 -
무선조종기 유 무선 선택 사양 조종(Remote Control) - · ( ) ⑪
기타 ⑫
유회수기 종류2.2
재 사용되고 있는 유회수기는 기본 작동원리에 따라 다음과 같이 몇 가지
유형으로 분류할 수 있다.
어식 유회수기- (Weir Skimmer)
흡착식 유회수기- (Oleophilic Skimmer)
컨베이어식 유회수기- (Conveyor Skimmer)
- 원심력식 유회수기(Hydro-Dynamic Skimmer)
이동식 고정식 선박 장착형 유회수기- & ( )
진공식 유회수기- (Vacuum Skimmer)
기타 장치-
이들 종류는 작동원리가 다를 뿐 아니라 회수 방법 용량도 서로 다르고,
한 각각의 독특한 장단 을 지니고 있기 때문에 유출유를 효율 으로 회수,
하기 해서는 실해역 환경에 합한 종류의 유회수기를 선택 으로 운용하여
야 한다.
어식 유회수기2.2.1 (Weir Skimmer)
해수 물 에 뜬 기름을 둑 형상의 경계면을 통하여 회수하는 방식으( ) (Weir)
로 도유의 기름오염 사고 시에 투입되어 사용되며 물의 함수량이 많은 유
회수기이다.
종류로는 시식 원심력식, (Saucer Type, Elastec-Shovel Head Skimmer),
수 조 식(Vortex Type, Elastec-SeaSkater Skimmer), (Self Leveling Type,
등이 있다Framo-TR100) .
- 9 -
Fig. 5 Weir Skimmer 5)
5) Framo TR 100(Left of Upper) & Elastec Shovel Head(Right of Upper), SEASKATER(Lower)
- 10 -
흡착식 유회수기2.2.2 (Oleophilic Skimmer)
디스크 드럼 러시 벨트 등의 흡착식 카세트를 회 하여 묻은 기름을 스, , ,
크 이퍼로 어 회수하는 방식으로 도의 유출유 회수에는 드스크와 드럼
카세트를 사용하고 도 고 도의 유출유 회수에는 러시나 벨트 카세트, ·
를 사용하는 보편 으로 많이 운용되고 있는 유회수기이다 한 카세트 구성.
을 단일 방식으로 하거나 혼용하기도 하며 카세트 교환 방식의 멀티형도 있다, .
한 긴 로 의 밴드형의 몹식 유회수기는 도 고 도의 유출유에 사용된·
다.
종류로는 디스크식 드럼식(DISC Type, Elastec-Grooved DISC), (DRUM Type,
러시식Elastec-Grooved DRUM & Smooth DRUM), (BRUSH Type, Markleen),
몹식 등이 있다(MOP Type, Henriksen-Foxtail) .
Fig. 6 Oleophilic Skimmer 6)
6) Elastec Grooved DISC & DRUM(Upper), Markleen BRUSH(Left of Lower), Henriksen MOP(Right of
Lower)
- 11 -
컨베이어식 유회수기2.2.3 (Conveyor Skimmer)
회 하는 컨베이어에 의해 기름을 흡착 는 걷어 올리며 회수하는 방식으로
도 고 도의 유출유 회수에 주로 사용되는 유회수기이다 무거운 량과 · .
충분한 설치 공간이 부수 으로 필요하기에 부분 선박에 고정식으로 설치되
며 벨트의 재질에 따라 성능이 달라지는 경향이 있다, .
종류로는 컨베이어 스테인리스 스틸 체인 벨트 일, (Conveyor SUS Chain Belt,
라스텍마린코리아 컨베이어 필터 벨트-Trash Skimmer), (Conveyor Filter
등이 있다Belt-Elastec Marco Filter Belt Skimmer) .
Fig. 7 Conveyor Skimmer 7)
7) 일라스텍마린코리아 Trash Skimmer(Upper), Elastec Marco Filter Belt Skimmer(Lower)
- 12 -
원심력식 유회수기2.2.4 (Hydro-Dynamic Skimmer)
해상에서 유출된 기름이 물과 함께 회오리가 발생하는 챔버속으로 유입되어
기름보다 비 이 큰 물은 챔버 밖으로 나가 배출되고 기름은 흡입펌 에 의해
회수되는 방식의 유회수기이다.
종류로는 원심분리식 사이클론식, (Hydrocycles Type, Elastec-Circus), (Cylone
워터제트식 등이 있다Type), (Water Jet Type) .
Fig. 8 Hydro-Dynamic Skimmer 8)
8) Elastec Circus Skimmer(Upper) & Hydrocycles(Lower)
- 13 -
이동식 고정식 선박 장착형 유회수기2.2.5 & ( )
비교 무게가 가볍고 회수용량의 은 소형 유회수기는 부분 이동식이며,
컨베이어회수 방식이거나 로 호스를 이용하는 크 인 일체형 시스템의 유회
수기는 통상 선박에 설치 고정하여 사용하는 유회수기이다· .
종류로는 카세트를 단일 는 혼용 방식으로 채택하여 , DISC/DRUM/BRUSH
사용하는 소형 유회수기 일라스텍마린코리아 등 이 있으( -X30, Markleen-MS 30 )
며 선박에 장착되는 컨베이어 유회수기 일라스텍마린코리아, ( -Trash Skimmer,
등이 있다SEEHOW InBuilt Skimmer) .
Fig. 9 Portable Skimmer 9)
9) 일라스텍마린코리아 그루 디스크 XGD-30 (Upper) & Markleen MS 30(Lower)
- 14 -
Fig. 10 Built-In Skimmer 10)
10) SEEHOW InBuilt Skimmer
- 15 -
진공식 유회수기2.2.6 (Vacuum Skimmer)
흡입식 헤드와 흡입 이 등으로 구성되고 수면 에 설치하여 진공펌 로
유출유를 흡입하여 장탱크로 이송하는 방식의 유회수기이다.
종류로는 진공 어식 이 있다, · (Vacuum·Weir Type, Elastec-PACS) .
Fig. 11 Vacuum Skimmer 11)
11) Elastec PACS
- 16 -
기타 장치2.2.7
앞에서 열거한 스키머 이외의 장에서 사용되고 있는 스키머로는 패들 벨트
스키머 네트 오일붐 스키머 로 호스핸들링크(Paddle Belt) (Net Boom) ,
인일체형 스키머 등이 있다(Fig. 12) .
패들 벨트 스키머는 개 이상의 패들을 사용하여 기름과 물을 램 로 끌4
어올려 세트링 탱크에 모으면 기름은 에 뜨고 물은 아래로 침강하여 구멍을 ,
통해 탱크 밖으로 빠져나가게 하는 장치이다 이것은 성이 강한 기름의 회수.
와 두꺼운 유막에서 효과 인 반면 성이 강한 기름을 회수할 때 많은 양의 ,
해수가 함께 회수되며 기본 으로 잔잔한 해면에서만 사용할 수 있다, .
네트 오일붐 스키머는 네트를 끌어 주로 타르 와 같은 풍화된 무거운 기(tar)
름을 모아서 회수하는 장치이다 따라서 이 스키머는 단지 성이 매우 강한 .
기름과 풍화되어 거의 단단해진 기름의 회수용으로만 사용된다.
Fig. 12 Floating Hose Handling 12)
12) AquaGuard URO
- 17 -
유회수기 선정 고려 사항2.3
유회수기는 종류에 따라 그 특성이 다르기 때문에 기름을 회수하고자 할 때
에는 회수해역 해상 기상 상태 기름의 성 유막의 두께 부유 찌꺼기의 유, · , , ,
무 기름 장탱크의 용량 훈련된 장비운용자 정비 보수인원 등을 고려하,
여 당시의 상황에 가장 합한 종류의 유회수기를 선택하여야 한다.
은 오염해역의 유회수기 작동환경 기계 특성 선박에 설치 가능 여Table 1 , ,
부 유출유의 성 등에 한 유회수기 종류별 합성을 나타낸 매트릭스이다, .
유회수기를 선택할 때에는 이들 요소를 고려하여 각 요소별 합성이 “1”
는 인 유회수기만 선택하여야 한다“2” .
- 18 -
Table 1 Skimmer Option Matrix
자료 * : Oil Spill Response Field Guide(CGC, 1995)
범
양호1 –
보통2 –
량3 -
유회수기 타입
친유 위어진공
하이드
기타
브
러
쉬
스크 프
상방흡착벨트
하상흡착벨트
위어
일 스
프
블링
보
스
진공
싸이크
트
일
들벨트
평
가
기
준
작동환경
해
>1m, V<1kt2 3 1 1 1 2 3 3 2 3 3 1 3
항내 및 내만
<1m, V<0.7kt1 1 1 1 1 1 2 3 1 2 3 1 3
내수역
<30cm, V<0.5kt1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
강류역
V<2kt2 3 2 1 2 2 3 3 2 3 2 2 2
천수역
수심<30cm2 2 1 3 3 3 1 2 2 1 3 2 1
유 찌꺼기 1 3 1 2 1 3 3 3 3 3 3 3 2
기름점
고점
(>1000 cSt)1 2 2 2 1 2 2 3 2 2 3 1 1
중점
(100~1000 cSt)1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
지점
(<100 cSt)1 2 2 1 3 1 1 1 1 1 3 2 2
유회수기
특
기름 물의 비율: 1 2 1 2 2 2 3 3 2 3 3 1 2
회수율 2 2 3 2 2 1 2 3 2 3 2 2 2
치 이 1 1 2 1 1 3 1 1 2 1 2 3 2
박에 치 이 가능 × × × × × × × × × ×
전진 유회수기 이 가능 × × × × × × ×
저장탱크 함께 사 가능 × × × × × ×
- 19 -
제 장 유회수기 성능 개선에 한 국내 외 연구 사례3 ·
국내 사례3.1
유회수기 성능 련한 국내 연구 사례로는 다음과 같은 사례 심층 연구 자료
들이 있다.
디스크 소재별 유회수 성능 비교 3.1.1
탱크로리용 디스크식 유회수기 개발을 한 기 연구로 기존 유회수기 디스
크와 기름의 흡착이 가능하다고 단되는 몇 가지 재료의 디스크에 한 유회
수 차이를 실험을 통해 비교한 것이다(Fig. 13).
실험 결과를 요약하면 다음과 같다 모든 디스크에서 경유보다는 벙커 유의 . A
회수량이 높았으며 경유에서는 디스크 소재별 유회수량이 모든 디스크에서 거,
의 차이가 없는 반면 벙커 유에서는 디스크 소재에 따라 회수 성능이 큰 차, A
이를 보 다.
한 디스크 구동 시간 별 회수량은 경유의 경우 모든 디스크 소재에서 , ,
기 시간 부터 단 구동 시간당 기름의 회수량 차이가 거의 없는 것으로 나타
난 반면 벙커 유는 모든 소재에서 구동 최기시간에서 회수량이 직선 으로 , A
증가하고 시간이 경과할수록 증가량이 완만한 경향을 보여 단 구동 시간당
기름의 회수량이 시간에 따라 차이를 보이는 것으로 나타나 유류의 도가 디
스크 회수 성능에 향을 미치는 것을 알 수 있다 13).
13) 장덕종 나선철 <- , , 2005>
- 20 -
Fig. 13 Comparison of Oil Recovery Efficiency per DISC Materials
- 21 -
드럼식 유회수기의 디젤유 회수에 한 실험 연구 3.1.2
드럼식 유회수기를 이용하여 드럼의 잠긴 깊이에 따라 각 이송속도 유, ,
막두께 등의 유회수 조건이 유회수율에 미치는 향을 디젤유를 사용하여 구하
고 이를 분석하여 효과 인 유회수 조건을 구하 다(Fig. 14).
실험결과 드럼식 유회수기에서는 유회수율은 부착 유량과 부착유량의 이탈
손실에 의하여 향을 받으며 부착유량은 잠긴 깊이에 의한 각에 향을 ,
받는다 드럼식 유회수기에서의 유회수율은 드럼의 지름에 한 잠긴 깊이의 .
비 각 에서 가장 효과 인 유회수율을 보이며 얇은 유막두/ =0.15( 45°) , ｈ ｄ
께에서도 비교 효과 인 유회수율과 회수효율을 보 다.
한 이송속도는 최 양정유량을 보이는 임계이송속도를 갖으며 임계이송속,
도는 유막두께의 증가에 따라 증가한다14).
14) 송동업 정송환 <- , , 2003>
- 22 -
Fig. 14 Recovery efficiency(diesel oil) against Circumferential speed
of drum type skimmer
- 23 -
국외 사례3.2
유회수기 회수용량 증가를 한 성능 개선 국외 사례로는 다음과 같은 것들
이 있다.
그루 드럼 성능 개선 3.2.1
이 유회수기는 드럼 스키머에서 소개한 바와 같이 미국 소재의 에서는 Elastec
년 와 산학 력의 일환으로 동일 크기의 스무스2006 University of California
표면이 고르고 매끈한 원통 형태 드럼에 홈을 그루 드(Smooth, ) (Grooved)
럼을 개발하 으며 이를 에서 회수용량 회수가능 도에 한 성능 , Ohmsett
시험을 실시하 다(Fig. 15).
Fig. 15 Recovery efficiency of smooth and grooved drums at 10 and ℃
25 oil slick thickness㎜
- 24 -
그루 디스크 성능 개선 3.2.2
이 유회수기는 년 석유 시추 시설 폭발로 인한 2010 BP Deepwater Horizon
해상 기름오염 사고를 계기로 세계 최 로 개최된 년 2011 Wendy Schmidt Oil
유회수기 회수용량 회수효율 최우수 제품 경연 회Cleanup X Challenge( )
에서 상을 획득한 사의 회수용량 의 디스크 카세트Elastec X-1000( 1000 /h)㎘
이며 통 인 스무스 표면이 고르고 매끈한 원 형상 디스크에 , (Smooth, )
신 인 디자인으로 디스크 표면에 홈을 그루 디스크를 개발하여 (Grooved)
회수용량이 획기 으로 증가됨을 성능 시험에서 증명하 다Ohmsett (Fig 16).
Fig. 16 Wendy Schmidt Oil Cleanup X CHALLENGE Testing Results
- 25 -
제 장 유선형 블 이드를 이용한 4
고효율 드럼식 유회수기 개발
재래식 유회수기 효율 황4.1
해상에서 기름오염 사고시에 유출유의 회수를 한 방제작업 동안 투입 사·
용하는 유회수기로는 흡착식 유회수기 에서 비교 량이 가볍고 이동 보·
이 편리한 소형의 디스크 스키머와 드럼 스키머가 표 이다 그러나 국내.
에 많이 보 되어 있는 재래식 디스크 는 드럼 유회수기는 잔잔한 해면에서
만 사용할 수 있고 작업 반경 이내에 수면에 떠 있는 부유물로 인하여 작동이 ,
멈추는 등의 고장이 일어나며 도가 높은 기름과 유동 이하에서 굳어진 기,
름은 회수되지 않으며 사고 시간이 경과되거나 해상의 기상 상태로 인하여 에,
멀 화된 기름과 유처리제가 용된 기름을 회수하지 못하는 단 을 가지고 있
어 긴 동 방제뿐만 아니라 동 기 사고시에 방제작업 효율성을 하시키·
는 경우가 빈번하게 일어나고 있다.
더욱이 거의 부분이 수입품이기에 기 구입비용이 높고 부품의 수 등,
이 시 기에 제 로 되지 않아 보수 유지 등의 리 측면에서도 많은 어려·
움을 겪고 있으며 제작업체들이 주로 국외에 소재하고 있어 이의 운용교육 ,
문 등을 받을 수 있는 기회가 없을 뿐만 아니라 긴 상황 발생 시에도 A/S
문인원만이 운용할 수 있어 호 기름유출 사고에도 기계 으로 하Heibei Spirit
는 효율 방제작업 모습보다 수많은 인원들이 수작업으로 하는 비효율 인 방
제작업 모습을 보여주었다 이에 회수용량의 증가 고효율 방제작업을 한 .
창의 아이디어를 바탕으로 한 국내 독자기술의 유회수기 개발이 필요한 시
이다.
- 26 -
고효율 드럼식 유회수기 설계4.2
해상 기름오염 방제작업 시에 유회수기를 운용하는 동안 기름의 회수용량 증
가와 회수 도 확장을 통하여 방제작업의 효율성을 높일 수 있는 유회수기의
성능개선 방안으로 몇 차례 시작품의 성능시험을 하 으나 기존 유회수기의 단
순 성능개선만으로는 이를 해결하기 어렵다는 결과를 얻게 되었다.
그래서 다른 방안으로 새로운 형태의 유회수기를 개발하고자 하 으며,
이를 하여 드럼에 연동하여 회 하는 블 이드와 스 이럴 스크류라는 새로
운 장치를 고안하 으며 이의 용을 한 설계를 시작하 으며 블 이드는 , ,
막 형 블 이드 와 베르 이의 원리를 응용한 유선형 블 이드(Flat Bar Blade)
로 각각 설계 제작하 으며 수없는 시행착오와 성능시험으로 수정(X-Blade) ,
설계 시작품을 제작하 다.
우선 각각의 블 이드 회 운동 시에 유체의 항력을 비교하 으며 동일 회,
속도 비 유체의 항력 토크가 낮은 유선형 블 이드를 최종 채택하 으
며 시행착오와 성능시험의 결과로 블 이드가 수면상부에서는 드럼 방향으로 ,
어지고 수면하부에서는 드럼 심에서 직각 방향으로 펼쳐지도록 하는 다
장치를 고안하게 되었으며 다 은 블 이드를 드럼을 따라 어(Agg) ,
지고 펼쳐지는 기능뿐만 아니라 타원형 회 운동으로 블 이드가 유출유를 기
름 장통으로 효과 으로 모을 수 있는 기능도 하 으며 한 기름 장통 내,
부에 드럼 축이 회 하면 동시에 좌 우 양방향으로 회 하는 스 이럴 스크류 ·
장치를 고안하여 층되거나 도가 높은 기름의 이송 속도를 높 으며 기름 ,
회수방식도 드럼식 유회수기의 일반 인 흡착방식에서 유선형 블 이드에 의
하여 퍼 올려 담는 포클 인 방식으로 환 하여 동일 크기의 유회수기보다 회
수용량이 상당하게 증가한 유선형 블 이드를 이용한 고효율 드럼식 유회수기
를 설계 제작하 다.
- 27 -
고효율 드럼식 유회수기의 주요 재질 4.2.1
이 유회수기의 드럼은 일반 인 재질을 사용한 원통형 구조이며 유선형 PVC ,
블 이드의 재질은 지식경제부 기술표 원의 알루미늄 알루미늄합 압출
형재 과 스테인리스강 생 일반 배 용 (KS D 6759:2011) (KS D 3585:2014)
스테인리스 강 을 조사 비교하 으며 가(KS D 3595:2010)(Table 2 & 3 & 4) · ,
공용 알루미늄 합 에서 선박용재 차량용재 등에 사용하는 강도와 내식성,
을 고려하여 알루미늄 계와 계를 선택하 으며 이의 5000(Al-Mg) 6000(Al-Mg-Si) ,
제작과정 에 알루미늄 계는 강도는 높으나 연신율이 낮아 유선형6000(6030)
의 형상에 합하지 않음을 알게 되어 유선형 재질에 합한 알루미늄
계로 시작품을 제작하 으며 한 수면 아래에서 회 운동 시에 유5000(5052) ,
체 압력과 속도 증감을 견디면서 이상 변형이 발생하지 않도록 오스테나이트
스테인리스강 에서 해수설비 화학 해안지역시설물 등에 사용되(Austenite) , ,
며 해수를 비롯한 각종 용액에서 보다 강성과 내식성이 우수한 스테인STS304
리스 으로도 제작하 다 유회수기의 외형을 구성하는 STS316 (18Cr-12Ni-2.5Mo) .
몸체부 과 부양체 기름 장통 는 알루미늄합 을 사용 하(Frame) , (Sump Tank)
으며 다 은 내열성과 비 착성 낮은 마찰계수 등의 특성을 가진 불, (Agg) ,
소수지 를 합성한 경질의 테 론PTFE(Poly Tetra Flouoro Ethylene) (TEFLON)
기계 강도와 내마모성과 자기 윤활성 내약품성이 우수한 , Engineering
의 일종인 나일론 으로 제작 하 으며 스 이럴 Plastic MC (Mono Cast Nylon) ,
스크류는 재질이며 기타 소부자재는 알루미늄합 는 과 STS304 , STS316 STS
를 사용하 다304 .
- 28 -
Table 2 알루미늄 알루미늄합 압출 형재 종류 등 기호,
등
종류
합 번호
기 호 참 고
보통 특수 특성 용도 보기
1070 A 1070 S A 1070 SS
순알루미늄으로 강도는 낮지만 열 도도 기 도도
가 높고 용 성 내식성이 좋다 기기기부품. ,
열교환기용재 등
1060 A 1060 S A 1060 SS도체용 순 알루미늄으로 특히 기 도도가 높다.
버스 바 등
1050 A 1050 S A 1050 SS
순알루미늄으로 강도는 낮지만 열 도도
기 도도가 높고 용 성 내식성이 좋다.
기기기부품 열교환기용재 등,
1100 A 1100 S A 1100 SS 강도는 비교 낮으나 압출 가공성 용 성 내식성이, ,
양호하다 기기기 부품 열교환기용재 등. , 1200 A 1200 S A 1200 SS
2014 A 2014 S A 2014 SS
열처리합 으로 강도는 높다 항공기용재. ,
스포츠용품 등
2014A A 2014 AS A 2014 ASS
2017 A 2017 S A 2017 SS
2017A A 2017 AS A 2017 ASS
2024 A 2024 S A 2024 SS
3003 A 3003 S A 3003 SS보다 약간 강도가 높고 압출 가공성1100 , ,
내식성이 양호하다 열교환기용재 일반 기계 부품 등. ,
3203 A 3203 S A 3203 SS
5052 A 5052 S A 5052 SS정도의 강도를 가진 합 으로 내식성,
용 성이 양호하다 차량용재 선박용재 등. ,
5454 A 5454 S A 5454 SS보다 강도가 높고 내식성 용 성이 양호하다5052 , , .
용 구조용재 등
5083 A 5083 S A 5083 SS비열처리형 합 에서 가장 강도가 높고 내식성, ,
용 성이 양호하다 선박용재 등.
5086 A 5086 S A 5086 SS 내식성이 양호한 용 구조용 합 이다 선박용재 등.
6101 A 6101 S A 6101 SS도체용 알루미늄합 으로 강도가 높고 도정율이 높다.
버스 바 등
6N01 A 6N01 S A 6N01 SS
보다 강도는 약간 낮으나 복잡한 단면 모양의6061
두께가 얇은 형 공형재가 얻어지고 내식성,
용 성도 양호하다 차량용재 등.
- 29 -
출처 * : KSD 6759: 2011
등
종류
합 번호
기 호 참 고
보통 특수 특성 용도 보기
6005A A 6005 AS A 6005 ASS
보다 강도는 약간 낮으나 복잡한 단면 모양의 6061
두께가 얇은 형 공형재가 얻어지고 내식성,
용 성도 양호하다 차량용재 등.
6060 A 6060 S A 6060 SS보다 강도는 약간 낮으나 압출성이 좋고 6063
표면처리성이 좋다 건축용재 가구 가 제품 등. , ,
6061 A 6061 S A 6061 SS열처리형 합 으로 내식성도 양호하다 토목용재. ,
스포츠용품 등
6063 A 6063 S A 6063 SS
표 인 압출용 합 보다 강도는 낮으나 . 6061
압출성이 우수하고 복잡한 단면 모양의 형재가 ,
얻어지고 내식성 표면 처리성도 양호하다 새시 , .
등의 건축용재 토목용재 가구 가 제품 등, , ,
6082 A 6082 S A 6082 SS보다 강도가 높고 내구성도 좋다 차량용재6061 . ,
구조용재 등
7N01 A 7N01 S A 7N01 SS
강도가 높고 더욱이 용 부의 강도가 상온 방치에 의해
모재 강도와 가까운 곳까지 회복된다 내식성도 .
양호하다 차량 기타 육상 구조물 용 구조용재 등. , ,
7003 A 7003 S A 7003 SS
보다 강도는 약간 낮으나 압출성이 양호하고 7N01 ,
두께가 얇은 형 형재가 얻어진다 기타 특성은 .
과 거의 동일하다 차량 용재 용 구조용재 등7N01 . ,
7005 A 7005 S A 7005 SS 과 동등한 강도를 가지며 용 성 내식성이 좋다7N01 , .
7020 A 7020 S A 7020 SS 실형재용 합
7050 A 7050 S A 7050 SS의 소입성을 개선한 합 내응력 부식 7075 ,
균열성이 우수하다.
7075 A 7075 S A 7075 SS알루미늄 바 가장 강도가 높은 합 의 하나이다.ㅎ
항공기용재 등
- 30 -
Table 3 스테인리스강 생 화학성분
종류의기호 C Si Mn P S Ni Cr Mo
STS 304 TBS0.08
이하
1.00
이하
2.00
이하
0.045
이하
0.030
이하
8.00~10.5018.00~
20.00-
STS 304 LTBS0.030
이하9.00~13.00
STS 316 TBS0.08
이하10.00~14.00
16.00~
18.00
2.00~
3.00STS 316 LTBS
0.030
이하12.00~16.00
Table 4 일반 배 용 스테인리스 강 종류의 기호
출처* : KS D 3585: 2008 & KS D 3595:2010
종류의기호 용도 참고( )
STS 304 TPD 통상의 수 탕 배수 냉온수 등의 배 용, , ,
STS 316 TPD 수질 환경 등에서 보다 높은 내식성이 요구되는 경우, STS 304
- 31 -
Table 5 STS 316 & 316L Characteristic
출처 동아특강 * : www.dongass.com㈜
일반 특성
첨가로 내식성 내공식성 고온강도가 비 우수하며 내해수용 Mo , 304 ,
부품 고내식 밸 등에 주로 사용 ,
물리 성질
강종 비중비열
(0-100 )℃
열 창계수
(20-100 )℃
열전도도
(100 )℃
기계가공
대비(1212 )
316 8.0 500 J/kg K 15.9 16.3
55%
기계 성질
강종 열처리( )℃강도(N/)
EL.(%) RA(%) 경도(HB)인장 항복
316 solution
(1,010~1.
1,150 )℃
520↑ 205↑ 40↑ 60↑ 187↓
316L 480↑ 175↑ 40↑ 60↑ 187↓
- 32 -
드럼의 개발 단계 측정 4.2.2 RPM
이 유회수기에 합한 드럼의 형상을 개발하기 하여 아래와 같은 다양한
시작품을 제작하 으며 최종 으로 재질의 원통형 구조에 유선형 블 이, PVC
드를 부착하여 분당 회 수를 측정 하 다(Fig. 17).
Stage-1
Stage-2
Stage-3
Fig. 17 3-development stage of drum
- 33 -
측정RPM
Fig. 18 Measurement of drum RPM
- 34 -
유선형 블 이드의 개발 단계 과정4.2.3
이 유회수기의 드럼에 연결할 수 있는 블 이드 개발을 하여 이의 형태를
다양하게 제작하 으며 막 형 형상과 유선형 형상의 성능 비교를 하여 수,
차례 시험하 으며 유선형 블 이드 제작에 합한 소재 선정을 하여 알루,
미늄합 과 스테인리스 으로 각각 별도로 제작하여 성능시험을 거친 이후에 316
강성과 내부식성이 높은 스테인리스 소재의 유선형 블 이드를 다316
의 축에 부착하 으며 블 이드의 수량을 개부터 개까지 순차 으로 (Agg) , 12 4
탈부착하면서 성능시험을 하 으며 이의 결과로 블 이드의 회 시에 발생하,
는 간섭 상을 최소화하며 회수용량을 최 로 높일 수 있는 정한 블 이드의
수량 개를 부착하 다6 (Fig. 19).
Fig. 19 Development process of Flat Bar Blade
- 35 -
Fig. 20 Development process of Streamline Blade
- 36 -
Fig. 21 Drum cassette with Streamline Blade
- 37 -
블 이드 항력 계산4.2.4
이 유회수기의 블 이드를 선정하기 하여 랫바 블 이드(Flat Bar-Blade)
와 유선형 블 이드 의 속도 (X-Blade) V=∙∙ 적반지름
와 항력,
항 항 계수 면적 체밀도 도
을 산출하여 아래와 같이 비
교하 으며 최종 으로 표면마찰력의 감소로 항력과 토크가 낮으며 (Table 6),
물튀김 물넘침 소음이 감된 유선형 블 이드를 채택하 다· .
Table 6 Comparison of drag with the same RPM
값이 일정한 경우의 항력 비교RPM
구 분 Value Unit
종류Bar Flat bar blade Streamline blade
궤 반지름(r) 0.1670 0.1640 m
임의의 RPM 40.00 40.00 RPM
항력계수(Cd) 1.70 2.00 2.30 1.70 2.00 2.30
면 (A) 0.0477 0.0477 0.0477 0.0477 0.0477 0.0477 ㎡
유체 도(p) 1000 1000 1000 1000 1000 1000 /㎏ ㎥
식의 값 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
속도 0.6992 0.6866 m/s
속도의제곱 0.4888 0.4714 (m/s)2
항력 19.8202 23.3178 26.8155 19.1144 22.4876 25.8607 N
항력 감소율 -3.5605 %
- 38 -
Table 7 Comparison of drag for Flat bar blade v.s Streamline blade
블 이드의 항력에 한 토크
구 분 Value Unit
임의의 RPM 40.00 RPM
의 항력X-Blade bar (F) 22.49 N
의 궤 의 반지름X-Blade bar (r) 0.164 m
에 한 모터 토크RPM 3.688 N*m
블 이드 수 6 EA
블 이드의 한 모터 토크 22.128 N*m
토크 Data Sheet
구 분 Value Unit
Blade Type Flat bar blade Streamline blade
궤 의 반지름 0.167 0.164 N
항력 23.318 22.488 m
토크(T) 3.894 3.688 N*m
토크의 감소율 -5.293 %
* 토크 동 × 적반지름
- 39 -
다4.2.5 (Agg Plate) 15)
이 유회수기의 드럼은 모터 축에 의해 등속원운동으로 회 하며 이 때에 발,
생하는 원심력에 이심율을 주어 블 이드를 타원궤도로 회 하게 하는 것이 다
이며 이는 블 이드가 드럼을 따라 어지고 펼쳐지(Agg Plate, Fig. 22) ,
는 기능을 하면서 유출유의 회수방식을 블 이드에 의하여 퍼 올려 담는 포클
인 방식으로 환시키는 것을 실험 결과로 얻게 되었다.
Fig. 22 Agg Plate
15) 본 연구의 다 을 라 칭함 Agg .
- 40 -
Fig. 23 Agg Plate & Streamline blade
- 41 -
스 이럴 스크류 4.2.6
이 유회수기의 스 이럴 스크류는 드럼의 축이 회 하면 이와 연동되어 좌·
우 양방향에서 작동되며 기름 장통의 심부에 연결된 배출 의 유입구로 회,
수된 기름을 모아서 끌고 나가며 기름 장통에 회수유가 층되거나 성이 ,
높아 배출 으로 유입되지 않을 때에 이의 이송 속도를 높이는 유효한 기능을
한다 일반 으로 스크류의 회 방향은 오른쪽 방향이며 스크류가 왼쪽으로도 . ,
동시에 회 할 수 있어야 하기에 좌 우 양방향 스 이럴 스크류를 고안하 다·
(Fig. 24).
*
Fig. 24 스 이럴 스크류 개발 과정 작동 원리
출처* : www.screwconveyor.co.kr
- 42 -
몸체부 부양체 기름 장통4.2.7 , &
이 유회수기의 외형은 몸체부 부양체와 기름 장통 으로 (Frame), (Sump Tank)
외형을 구성하며 알루미늄합 을 사용하여 제작하 으며 부양체는 좌 우 , ·
칭 후 수평 상태로 수면에서 균형된 형상을 유지할 수 있도록 선박의 ·
복원성을 응용하여 부력 시험을 하 으며 이는 유회수기의 량을 측정하여 ,
부력을 계산하 으며 유회수기가 수면 아래로 체 높이 비하여 약 , 60~70%
잠기는 수 으로 부력을 유지할 수 있도록 량물 를 추가하(Ballast Weight)
으며 기름 장통은 회수유의 손쉬운 이송을 하여 내부구획을 경사지게 하,
으며 배출 유입구와 스 이럴 스크류를 설치하 으며 이의 모습은 아래와 ,
같다(Fig 25).
Fig. 25 Buoyancy Test
- 43 -
Fig. 26 Frame of Skimmer
- 44 -
Fig. 27 Sump Tank
- 45 -
Fig. 28 Pontoon
- 46 -
고효율 드럼식 유회수기 회수용량 산출4.2.8
이 유회수기의 회수용량 산출은 아래의 표 와 같이 수면 하부에서 블(Table 8)
이드가 퍼 올려 담는 의 용량 과 용량Hatching Aria (0.0025 ) Sump Tank ㎥
을 아래와 같이 계산하여(V = 10. 5 ) ,ℓ
Fig. 29 Capacity of Hatching Area(Right) & Sump Tank(Left)
고효율 드럼식 유회수기의 회수용량을 다음과 같이 산출하 다(Table 8).
회수용량 블 이드 수량 유체 도 분= Hatching Area× × ×RPM×60
= 0.0025 ×6ea×60rpm×0.8×60min = 43.2 /h㎥ ㎥
Table 8 고효율 드럼식 유회수기 회수용량 산출
S
P
E
C
I
F
I
C
A
T
I
O
N
Application Terminal, Coastal & Oil Recovery Vessel Re.
Capacity Max. 43.2 /h㎥
RPM 60 rpm
No. of Blade 6 ea
Hatching Area Volume 0.0025 ㎥
Blade Length 648 mm
Blade Breadth 71 mm
Blade Thickness 1.2 mm
Shaft 1 ea
Spiral Screw 2 ea
Drum Dia 500 mm
Sump Tank Volume 10.5 ℓ
Weight 45 kg
- 47 -
고효율 드럼식 유회수기 이송펌 용량 계산 4.2.9
이 유회수기의 이송펌 의 형식은 진공흡입식 로타리 로 이며 펌 의 용량 ,
계산식은 이론토출량 공식
××에서 실제토출량 공식
, ×로 송출입력 의 조건하에서 토출효율이
일 경우 펌 용량은 이다0.80 , Q=31.968 /h .ℓ
min용량계산식 × ×min
Fig. 30 Transfer Pump 16)
한 이송펌 로 잠수식 원심펌 를 사용할 수도 있다, (Fig 30).
16) Vogelsang-Rotary Lobe Pump(Right) & Elastec-Submersible Centrifugal Pump(Left)
- 48 -
Fig. 31 Performance curve of VOGELSANG 17)
17) 출처 : http://www.vogelsang.info/de/home/
- 49 -
이송펌 모터 소요 동력 계산 4.2.10 (OMP 50)
이 이송펌 의 작동방식은 기모터나 에어모터가 아닌 일정한 유량과 유압
으로만 동작되어지는 유압모터로 구동되며 유압모터 모델로 , SAUER DANFOSS
을 사용하 으며OMP 50(Fig 32) ,
Fig. 32 Specification of OMP 50
이의 소요 동력 계산식은 ×
× = ×
min× 이다.
이송펌 의 성능을 구 하기 해서는 유압모터에 정한 유압과 유량이 공
되어져야 하며 유압모터의 구동에 필요한 소요 동력을 산출하면 , 17.65kw
이상의 유압 워팩 필요하며 이송펌 와 드럼카세트의 동시 작동에 필요한 ,
충분한 용량이어야 한다.
- 50 -
고효율 드럼식 유회수기 도면4.3
이 유회수기는 유선형 블 이드를 이용한 고효율 드럼식 유회수기로 몸체부,
부양체 기름 장통으로 외형을 구성하며 드럼 카세트 유선형 블 이드 스, , , ,
이럴 스크류 기어 등의 구동부로 작동된다 알루미늄합 과 스테인리스 , . 316
소재로 용 성형 가공하여 제작하 다 이 유회수기의 일반배MC Plastic , .
치도는 다음과 같다(Fig 33).
Fig. 33 G.A drawing of High Efficiency Drum Type Skimmer
- 51 -
몸체부 4.3.1 PART LIST
이 유회수기의 몸체부는 알루미늄합 로 제작하 으며 스 이럴 스크(5052) ,
류와 체인커버는 로 용 성형 가공하여 제작하 으며 주요 STS 304 , , PART
는 아래와 같다LIST (Fig. 34).
Fig. 34 PART LIST of Frame
- 52 -
부양체 손잡이 4.3.2 & PART LIST
이 유회수기의 부양체와 손잡이는 알루미늄합 로 제작하 으며 부양(5052) ,
체에는 내부식성을 강화를 하여 선박용 도료로 도장하 으며 해상에서의 시,
인성을 높일 뿐만 아니라 선명한 디자인을 하여 유 코 으로 열처리 마감
하 으며 주요 는 아래와 같다, PART LIST (Fig. 35).
Fig. 35 PART LIST of Pontoon & Handle
- 53 -
드럼 카세트 유선형 블 이드 4.3.3 & PART LIST
이 유회수기의 드럼은 재질로 제작하 으며 유선형 블 이드는 PVC , STS316
으로 성형 가공하 으며 조립품은 소재로 정 가공으로 제작하, MC Plastic
으며 주요 는 아래와 같다, PART LIST (Fig. 36)
Fig. 36 PART LIST of Drum Cassette & Streamline blade
- 54 -
고효율 드럼식 유회수기 성능시험4.4
재 유회수기 성능시험을 미국 소재의 Ohmsett(The National Oil Spill
은 표 시험 방법Response Research & Renewable Energy Test Facility)
과 표 지침 등으로 시행하고 있으나 국내에는 이를 (F2709 08) (F631 99) , – –
문 으로 주 하는 기 이나 단체가 없었으며 본 고효율 드럼식 유회수기의 ,
성능시험을 하여 자체 성능시험 차서 를 만들었(Table 9) 으며 성능시험 방,
법으로 스페인 핀란드 노르MARKLEEN AS( ), LAMOR AB( ), NOREN BERGEN AS(
웨이 의 시험 성 서 지식경제부 기술표 원의 유회수기 성능평가방법) (KS V
와 선박 해양 기술 해양 환경 보호 오일 스키머의 성능시험 제3986:2012) - : - 1
부 유동수 상태 제 부 고 도 기름: (KS V ISO 21072-1:2012) & 3 : (KS V ISO
를 참조하 으며 해양환경 리공단 해양환경교육원 부산 도구 21072-3:2012) , (
소재 의 시설 장비 인원에 한 지원과 조아래 시험유로 벙커 유) · · A
를 리터 지원 받았으며 보조 장비 조종 넬 유압 워팩 이송펌(Bunker-A) 600 , ( , ,
이동식 장탱크 실험 게이지 등 을 구비하여 해양 환경교육원의 , , , RPM )
조 수조동 에서 고효율 드럼식 유회수기의 성능 시험 기계 특성 조(Fig 37) ( ,
항성 운용성 이동성 정수 상태에서의 정량 회수용량 등 을 진행하 으, , )
며 이의 결과로 성능시험 데이터를 만들었다, .
Fig. 37 Marine Environment Research & Training Institute
출처* : https://www.merti.or.kr
- 55 -
고효율 드럼식 유회수기 성능시험 차4.4.1
이 유회수기의 성능시험을 하여 아래와 같은 성능시험 공정도를 만들었으
며 성능 시험 결과의 객 성을 높이기 하여 해양환경 리공단 해양환경교육,
원 교수진 교 선박안 기술공단 부산지부 검사원 등이 입회하 으며 이, ,
의 성능시험을 차에 따라 수행하 다.
Table 9 Flow of Performance Test for High Efficiency Drum Type Skimmer
신청인 검사장 소
해양환경교육원
유회수기
보조 장비의 비▶
외 검 사
설계 기계 특성( , )
▼
유회수기
이송펌
작 동 검 사
조 항성 운용성 이동성( , , )
▼
유회수기
회수용량 시험
▼
성능시험 성 서 ◀ 검 사 결 과
- 56 -
고효율 드럼식 유회수기 외 검사 4.4.2
이 유회수기의 외 검사는 설계도와 시험 제작품의 일치성 외형 구성품 치( , ,
수 과 기계 특성으로 새롭게 고안된 장치들의 -L×W×H: 1135×870×465 mm)
기능과 동작 합성 등으로 진행하 다, (Fig. 38).
Fig. 38 Dimensional Inspection of High Efficiency Drum Type Skimmer
- 57 -
고효율 드럼식 유회수기 작동검사4.4.3
이 유회수기의 작동검사는 외 검사의 격심사 통과 이후에 시험제작품을
실내 조 수조동으로 투하하여 정지 상태에서 유회수기가 수면에 떠 있는 상태
와 드럼 카세트 작동 시의 상태 이송 펌 작동 시의 상태 등으로 개별 으
로 시험하 을 뿐만 아니라 실제 운용할 때처럼 동시에 드럼 카세트와 이송펌
를 작동하 을 때의 부력 상태를 시험하 으며 이의 결과로 본 유회수기는 ,
수면에서 정 상태 동 상태에서 정한 높이로 떠 있을 수 있음을 보여
주어 부력 시험에 통과하 으며 조 에 한 항 능력 시험에서는 의 , 0.5 m
고에도 안정 인 모습을 보여 주었으며 작동검사 종료 이후에는 이동 보, ·
에 한 이동성 시험을 명의 작업자로 손쉽게 이동할 수 있음이 명되었다2
(Fig. 39).
Fig. 39 Operation Test of High Efficiency Drum Type Skimmer
- 58 -
고효율 드럼식 유회수기 회수용량 성능시험4.4.4
이 유회수기의 정수 상태에서의 정량 회수용량 성능시험을 한 이동식
장탱크와 시험유로 사용할 벙커 유 리터를 비하 으며 이를 A (Bunker-A) 600 ,
회수용량 성능시험 이 에 물과 혼합하 으며 일정 시간이 경과한 이후에 시,
험탱크에 고효율 드럼 유회수기를 투입하여 안착시켰으며 보조 장비 조종, (
넬 유압 워팩 이송펌 실험용 유리계량컵 게이지 등 을 비하여 , , , , RPM )
정한 치에 배치하 으며 유압 워팩을 시동하여 조종 넬의 손잡이 버로 ,
드럼카세트를 작동시켰으며 드럼 카세트와 연동하여 회 하는 유선형 블 이,
드와 스 이럴 스크류의 작동 상태를 확인하 으며 이송펌 도 별도로 구동하,
여 이상유무를 확인하 으며 최종 검 이후에 모든 구동부를 작동하면서 유선,
형 블 이드가 시험유를 회수하는 모습과 상태 용량을 측정하 으며 회, 5
에 걸쳐 진행한 회수용량 성능시험의 결과로 고효율 드럼 유회수기의 회수용량
은 최 으로 측정되었으며 드럼 카세트의 회 수를 높일 33.12 /h @ 55 rpm , ㎥
경우에 회수용량도 증가될 수 있으며 유선형 블 이드의 퍼 올려 담는 포클,
인 방식은 고 도유에 합할 뿐만 아니라 재래식 유회수기에 흡착되지 않는
도유나 시간이 경과되어 에멀 화 된 기름도 회수할 수 있음을 알게 되
는 추가 인 성과도 얻게 되었다 고효율 드럼식 유회수기의 성능시험 모습을 .
아래에서 볼 수 있다(Fig. 40).
- 59 -
Preparation for performance test Performance test
Measurement of quantity of recovered oil
Measurement of quantity of recovered oil
Fig. 40 Performance Test of High Efficiency Drum Type Skimmer
- 60 -
고효율 드럼식 유회수기 성능효율 평가4.5
유선형 블 이드를 이용한 고효율 드럼식 유회수기의 성능시험 결과로 아래
와 같은 시험결과서를 얻게 되었다(Table 10).
Table 10 Result of Performance Test
※ 의미 함 NA-NOT APPLICABLE, ORR-Oil Recovery Rate .
상기 결과를 토 로 유사 크기의 제작업체별 표 소형 유회수기를 조사하
여 아래의 표 와 같이 회수용량을 비교하여 보았으며 기본 설계와 생(Table 11) ,
산 설계를 바탕으로 한 국내기술로 연구 개발한 유선형 블 이드를 이용한 고
효율 드럼식 유회수기의 성능이 수입품 유회수기 비하여 결코 떨어지지 않음
을 알 수 있었다.
High Efficiency Drum Type Skimmer with Streamline blade
Type No. OilSlick
㎜
A/Temp.
℃
O/Temp.
℃Wave
Rate
ℓ/15sec
Amount
/h㎥
Drum
1 Bunker A 20.0 17.0 14.0 Calm NA NA
2 Bunker A 20.0 17.0 14.0 Calm 125 30.00
3 Bunker A 20.0 17.0 14.0 Calm 133 31.92
4 Bunker A 20.0 17.0 14.0 Calm 138 33.12
5 Bunker A 20.0 17.0 14.0 Calm 135 32.40
* Amount of the used oil for test: 600ℓ
* Field Tests at the Marine Environment Research & Training Institute(KOEM)
Max. ORR = 33.12 /h
- 61 -
Table 11 Comparison of Small DISC vs. Grooved DRUM Skimmer
Model 국Komara 20( )
L×W×H, mm 1210×1210×450
Recovery Capacity 22 /h㎥
Weight 52kg
출처* : http://www.vikoma.com & http://www.elastec.com
Model 미국TDS 118G-Two( )
L×W×H, mm 1020×1330×460
Recovery Capacity 20 /h㎥
Weight 35kg
Model High Efficiency Drum Type Skimmer
L×W×H, mm 1135×870×465
Recovery Capacity 33 /h㎥
Weight 45kg
- 62 -
제 장 요약 결론5
기름 유출사고 시에 방제작업을 하여 실제 운용되고 있는 다수의 유회수
기는 국내기술로 제작 보 된 장비가 아닌 수입품으로 고비용이 소요된 장비·
이며 보편 으로 많이 사용하고 있는 재래식의 디스크식 유회수기와 드럼식 ,
유회수기는 실해역 환경 유출유의 도 작업자의 문성 등에 지 않은 ,
향을 받아서 운용이 제한 이기에 국내 독자 기술의 유회수기를 개발하여 방
제작업의 효율성을 높이고자 하 다.
이를 하여 유회수기에 한 반 인 황을 살펴하면서 유회수기의 정의,
와 구성 종류 등을 조사 분석하 으며 실해역에서 유회수기로 기름을 회수, ,
하고자 할 때에 필수불가결한 선정 고려 사항도 검토하 다.
더불어 유회수기 성능 개선에 한 국내 외 연구 사례 등의 정보를 수집하·
다 국내의 연구 사례로는 디스크 소재별 유회수 성능비교와 드럼식 유회수.
기의 디젤유 회수에 한 실험 연구가 있었으며 국외의 연구 사례로는 그루,
드럼과 그루 디스크의 개발 성능 개선 한 연구가 있었다 그러나 국.
내에는 유회수기의 개발과 련된 성능 개선에 한 연구는 거의 없었다.
이에 도가 높은 기름 유동 이하에서 굳어진 기름 사고 시간의 경과나 , ,
해상의 기상 상태로 에멀 화된 기름 유처리제가 용된 기름 등을 회수하지 ,
못하는 재래식 유회수기의 효율성을 보완 극복하면서 유출유의 회수가능 ·
도를 고 도까지 확장할 수 있으며 회수용량도 증가된 고효율 드럼식 유회수,
기의 연구 개발을 한 설계 하 다 한 회수 도의 확장과 회수용량의 증가. ,
를 한 유선형 블 이드 다 스 이럴 스크류 장치를 고안하 으, (Agg),
며 이의 설계 수정 제작 과정에서 고효율 드럼식 유회수기의 회수방식은 ,
일반 인 드럼식 유회수기의 회수방식인 흡착식이 아닌 퍼 올려 담는 포클 인
방식으로 환되는 상을 발견하 다 이러한 새로운 회수방법은 회수가능 .
- 63 -
도를 고 도까지 확장할 수 있을 뿐만 아니라 유회수기의 카세트에 흡착되지
않는 에멀 화 된 기름 유처리제가 용된 기름 도 기름 등도 회수할 , ,
수 있음을 성능시험으로 검증하 다 성능시험의 결과로 유선형 블 이드를 이.
용한 고효율 드럼식 유회수기는 국내에 보편 으로 많이 보 된 국외 제작 업
체들의 표 인 소형 유회수기보다 회수용량이 크게 증가되었음을 보여주어
다음과 같은 결과를 얻었다.
첫째 벙커 유 의 회수용량 성능시험에서 유선형 블 이드를 이용, A (Bunker-A)
한 고효율 드럼식 유회수기는 유사 크기의 재래식 유회수기 보다 회수용량이
최 이상 증가되었다35% .
둘째 새로운 회수방식의 포클 인 방식으로 회수가능 도를 고 도까지 확,
장하 을 뿐만 아니라 재래식 유회수기의 카세트에 흡착되지 않는 에멀 화 된
기름이나 유처리제가 용된 기름 도 기름 등도 회수할 수 있음을 실
험 으로 증명하여 연구의 생 결과를 추가로 얻게 되었다.
셋째 외국 제품과의 비교 결과에서도 유선형 블 이드를 이용한 고효율 드,
럼식 유회수기의 성능이 우수하 으며 향후 국내 외 소형 유회수기에 없는 , ·
자항장치의 개발을 통한 운용능력의 최 화를 한 추가 인 연구를 계속할
정이다.
- 64 -
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