어선 동진호 기관손상사건

1. 사 실<img src="/LSA/flDownload.do?flSeq=146643423"></img><span style="display:none;"> 선 명동진호 선 적 항주문진읍 선박소유자B 총 톤 수69.00톤 기관종류.출력디젤기관.438킬로와트 1기</span><img src="/LSA/flDownload.do?flSeq=146643425"></img><span style="display:none;"> 직 명기관장 면허의 종류4급기관사 사고일시2010년 6월 7일 09시 50분경 사고장소북위 37도 15분 00초.동경 131도 49분 00초 해상(울릉군 독도등대로부터 진방위 284도 약 2.6마일 해상)</span> 동진호는 2004년 8월 19일 전남 목포시 소재 한성조선소에서 건조.진수된 총톤수 69톤, 길이 29.99미터, 너비 6.00미터, 깊이 2.21미터, 디젤기관 438킬로와트(KW) 1기를 장치하고 근해연승어업에 종사하는 강화플라스틱(F.R.P)조 어선으로 2010년 5월 14일 선박안전관리공단 강원지부로부터 제2종중간검사를 받았다.이 선박의 주기관은 미국 캐터필라(CATERPILLAR)사에서 제조.수입된 것[모델 4CAT C-18 DITA MPE, 438KW, 1,800회전수(RPM), 6기통, 제조번호 C1J00222]으로써 2004년 5월 31일 선박검사기술협회(현 선박안전기술공단)에서 예비검사를 받아 합격하였다.이 주기관은 선박이 건조될 때인 2004년 9월 10일 제조 및 최초정기검사를 받은 이후로 2005년 10월 26일에 제2종중간검사, 2007년 11월 27일에 제1종중간검사, 2008년 12월 16일에 제2종중간검사, 2009년 6월 30일 제2회정기검사와 2010년 5월 14일에 제2종중간검사를 받으며 운항에 사용되었다.이 주기관은 운항 중 크랭크샤후트(Crank shaft), 크랭크핀 베어링(Crankpin bearing) 등을 점검할 수 있는 상세한 분해점검이 검사기간이 도래하지 않았다는 규정에 의거 이행되지 아니한 관계로 크랭크샤후트, 크랭크핀 베어링 등에 대한 자세한 점검을 받지 못한 채, 제1종과 제2종중간검사시 외관 및 작동상태만을 수검하며 사고당시까지 운항에 사용되었다.해양사고관련자 동진호 기관장 A(이하 “기관장 A”라 한다.)는 2010년 5월 17일에 이 선박의 기관장으로 승무하였다.기관장 A는 승무 후 주기관의 윤활유 압력과 양, 냉각수 온도 등을 점검하며 항해하였지만 운항 중 스스로 크랭크샤후트, 크랭크핀 메탈베어링 등 주기관 주요 내부를 점검할 수 없었기 때문에 이 주기관이 분해.점검 없이 약 6년간 사용되는 동안 크랭크샤후트 져널 및 핀 메탈베어링이 장기간 사용된 관계로 크랭크샤후트의 피로한계 증가, 크랭크핀 메탈베어링의 마모가 과하게 진행되는 것을 인지하지 못한 채, 운항하였다.선장 C는 선원 7명과 함께 이 선박에 승무하고 2010년 6월 5일 08시 40분경 강릉시 주문진항을 출항, 같은 달 6일 04시 00분경 조업지인 독도 근해 상에 도착하여 곧바로 오징어채낚기 조업을 시작하였고, 주간에는 어군을 따라 이동하며 조업하는 형식을 취하며 조업에 임하였다.기관장 A는 2010년 6월 1일에 정기적인 교환방식에 따라 주기관의 윤활유(약 60리터)및 필터를 교환 하였으며, 같은 달 6일 08시 40분경 주문진항을 출항 시 주기관의 청수온도와 윤활유 압력상태를 점검한 결과 특별한 이상이 없음을 확인하였다.이 선박의 선장 C는 조업을 하다가 조황이 만족스럽지 못하자 조업장소를 옮기고자 같은 달 7일 미상의 시간에 다른 장소를 향하여 항해를 시작하였으며 항해 중 조타실에서 혼자 조타하였고 기관장 A는 출발 시 주기관경보장치가 정상적으로 작동중인 것을 확인하고 기관실 출입구에서 기관실을 감시하며 항해하였다.기관장 A는 주기관 회전수 약 1,800, 약 9.5노트의 속력으로 항해 중이던 같은 달 7일 09시 50분경 울릉군 독도등대로부터 진방위 284도, 약 2.6마일 거리인 북위 37도 15분 00초.동경 131도 49분 00초 해상에서 갑자기 기관실로부터 이상음(異常音)이 나며 주기관이 정지되는 것을 알았다.기관장 A는 경보장치의 작동없이 주기관이 정지되자 즉시 기관실로 들어가 정지된 주기관의 훌라이휠(Flywheel)을 회전시키려고 하였으나, 움직이지 아니하자 주기관의 작동이 불가능함을 알고 선장에게 주기관 고장을 알렸다.당시의 기상은 맑은 날씨에 남동풍이 초속 8～10미터 정도로 불고, 파도는 1.5미터였다.기관장으로부터 주기관의 고장사실을 전달받은 선장 C는 속초무선국에 고장 및 구조신고를 하였으며, 현장에 도착한 해양경찰서 경비정과 다른 어선에 피예인 되어 같은 달 8일 13시 00분경 주문진항에 입항하였다.이 주기관은 육상의 수리업체로 이동되어 분해된 결과 제4, 5번 핀.져널과 베어링이 손상(소착, 燒着)되고 크랭크샤후트(Crank shaft. 軸)의 제4번 핀 부위가 절손(切損)된 것이 확인되었다.이후, 이 선박의 주기관은 수리비의 과다함으로 인하여 미국 커민스(Cummins)에서 제조되고 국내기술제휴 및 판매사인 에스티엑스(STX) 엔진주식회사에서 수입.판매한 것[모델 4CYC, V.S.A, KTA 19M3-A이며, 447Kw(608PS) x 1,800RPM x 6CYL, 크랭크 샤후트의 직경 101.6mmP x 139mmJ]으로 교체되고 운항에 재 투입되었다.

2. 원 인이 기관손상사건은 「해양사고의 조사 및 심판에 관한 법률」 제2조제1호 나목 및 라목에 해당한다.

가. 원인의 고찰1) 운항 중 주기관 정지정상적으로 작동 중이던 주기관이 운항 중 저절로 정지되는 경우가 종종 발생하는 바, 이러한 경우에는 기관의 어느 한 부분 또는 전체에 이상이 있음을 알고 반드시 운항 전에 점검.정비를 철저히 하고 운전하여야 하는 것은 기관관리자로서의 가장 기본적인 업무라 하겠다. 이에, 주기관이 운전 중 저절로 정지되는 경우를 살펴보고 원인을 고찰한다.가) 주기관이 정상적인 작동 중 스스로 정지되는 경우(1) 연료유 공급라인이 막히거나 연료유에 수분이 다량 포함되었을 경우(2) 공기(Air) 흡입계통의 장애로 공기공급이 안 될 경우(3) 자동정지 장치(Auto trip unit)가 설치된 기관의 동 장치 오(誤) 작동(4) 추진기에 그물(魚網)이 감겼을 때(5) 주기관 주요 작동부의 손상(피스톤, 크랭크샤후트 및 컨넥팅로드 베어링, 흡배기 밸브에 윤활부족으로 인한 소착(燒着)이나 재질피로 또는 불량으로 인한 절손) 등을 큰 예로 들 수 있다.여기에서, 상기 (1)～(4) 항은 소형선박을 운용하는 해기사들도 기관실과 주기관, 추진장치를 확인.점검하면 대체적으로 본선에서 원인을 파악하거나 점검.정비가 될 수 있는 사항이며, 부득이 한 경우는 육상의 전문가에게 전화 등으로 문의하여 복구가 가능한 사항이라 할 수 있다.그러나, 제(5)항의 경우는 정비.점검 불량이나 재질 불량 또는 피로, 윤활유 계통에 이상으로 인한 사항이며 개방을 하지 않고는 그 상태를 잘 알 수 없는 부분이기에 본선에서 특히, 낮은 급의 해기사 면허를 소유한 소형선이나 어선의 기관 담당자들이 감당하기엔 어려움이 따른다 하겠다.일반적으로 선박은 항구를 떠나면 외부의 지원을 받기가 쉽지 않기에 상기 (5)항 중 윤활부족 같은 사유로 선박이 위험에 처하지 않게 하기 위하여 최소한의 안전장치를 주기관에 설치 하였는 바, 기관의 청수온도 과(過) 상승과 주기관에서 가장 중요하다고 할 수 있는 윤활유 압력 저하(低下) 시 기관을 보호하거나 손상을 감소시키기 위한 경보장치(경보 및 자동정지)가 설치되도록 규정되어 있으며, 운전 중 계기반과 경보장치에 대한 점검을 철저히 한다면 주기관을 교체 하여야 하는 큰 사고를 예방할 수 있다.이번 사고의 경우는 주기관에서 가장 큰 동력을 받아 전달하는 중요부인 크랭크샤후트의 절손(절단)이 발생한 것으로서 이 선박의 기관장이 운항 중 점검하며 감당하기에는 무리라 할 수 있다.

다만, 절손되기 전에 주기관 안전운전을 위한, 녹킹운전, 과속운전, 무리한 급변속, 윤활시스템 관리에 유의하지 못하였다면 손상사고의 일인이 된다 할 수 있다.그러나 운항 중 기관장이 위와 같은 점에 유의하지 못하고 운항하였음이 조사결과에 나타남이 없고 해양사고관련자가 심판에 출석하지 아니함에 따라출항전에 윤활유 압력계통에 이상이 없었다고 진술한 점과 사고당시 이상음 발생후 주기관이 정지되었고 선박에서는 자체 확인할 수 없어 육상의 수리업체에 의하여 분해시 크랭크샤후트 절손 발견, 타 손상부품들과 기관장의 조사시의 진술 등을 참고하여 크랭크샤후트의 절손과 원인에 대하여 좀 더 검토하여본다.2) 주기관 크랭크샤후트와 절손<img src="/LSA/flDownload.do?flSeq=146643427"></img><span style="display:none;"> [사진 1 정상인 유사 크랭크샤후트][사진 2 절손된 크랭크샤후트] </span> 기관의 크랭크샤후트(軸, Crank shaft)는 사람의 신체 중 허리에 해당하는 부분이라 표현할 수 있는 매우 중요한 부분으로서 기관 작동 중 실린더 상부에 위치한 피스톤이 폭발력에 의하여 강하게 내려오는 직선적인 힘을 받아 분당 수백～수천의 회전력으로 변환되어 선박의 추진기에 힘을 전달하는 부분으로서 항상 대단히 큰 하중(충격)과 굽힘모멘트(Bending moment)를 받고 있기에 우수한 재질과 정밀한 제조법으로 제조되고 있다.

이의 손상은 선박에서 자체수리가 불가능할 만큼 치명적인 대형사고로 분류되어 손상시는 주기관 작동이 불가능하여 피예인 회항.입항하여야 하고 황천시에는 선박과 인명에 큰 위협이 될 수 있다.작동 중 크랭크샤후트가 절손되는 사고가 발생하는바 그 주요 이유는 다음과 같다.가) 녹킹(Knocking) 운전과 장기사용으로 인한 재질 피로한계에 의한 절손나) 추진축의 과도한 굽힘작용에 의한 절손다) 과속도 운전과 위험회전수(Critical speed)내에서 장기운전에 의한 절손라) 크랭크 핀 및 베어링 과마모와 이들의 윤활불량에 의한 소착으로 인한 절손마) 크랭크암의 과도한 개폐작용(Deflection)에 의한 절손바) 재질불량에 의한 절손 등이 있다.상기 원인 중가) 항은 관리자가 평소 점검정비를 잘하여 연소상태와 작동법를 개선하면 노킹을 줄일 수가 있었으나 소형선에서는 소유자와 관리자에게 이를 기대하기는 무리이다.

그러나, 이 선박의 주기관은 탑재된지 약 6년간을 한 번도 분해하여 크랭크샤후트를 점검하지 아니함으로 장기사용에 의한 피로(疲勞)가 증가하였다고 판단된다.나) 항은 선박 특히, 어선은 운항 중 큰 파도 및 끊임없는 종요(Pitching)에 의하여 추진축에 무리한 힘이 작용하고 있었고, 운항중 어망이나 이물질이 추진축에 걸려 축에 과도한 굽힘응력이 끊임없이 작용한 것도 일부 영향을 미쳤다고 판단된다.다) 항은 운항중 관리자(사용자)에 의하여 조업시에 필요한 속력을 얻기 위하여 수시로 과속도 운전을 하게 되고 필요 속력에 맞추기 위하여 부득이한 위험회전수 범위내에서 운전함으로 크랭크샤후트에 무리한 힘이 작용하였다고 판단된다.크랭크샤후트는 탄성체(彈性體)로서 축에 전달되는 회전력에 주기적인 변화를 가져오게 되면 비틀림진동(Torsional vibration)을 일으키게 되고 이 진동이 크게 되어 크랭크샤후트가 갖는 재질, 형상, 중량, 배치 등에 의한 고유의 자연진동수와 일치할 때에는 공진(共振)을 일으켜 비틀림진동을 조장하여 진동이 더 커지게 되고 이러한 현상이 장기간 지속될 때에는 크랭크샤후트에 매우 큰 응력을 주어 결국 크랭크샤후트가 절손된다.라) 항은 크랭크 핀과 컨넥팅로드 메탈베어링의 원활한 작동을 위하여 핀과 베어링 사이에는 일정량의 압력으로 윤활유가 끊임없이 공급되어 윤활작용을 하게하여 핀과 베어링이 과열되거나 건마찰(乾摩擦)이 되지 아니하도록 한다.

이러한 윤활작용이 부족하거나 중단될 경우와 메탈베어링이 과 마모되면 베어링이 급속히 마멸.소착(燒着)되고 이 소착으로 말미암아 크랭크샤후트에는 무리한 힘이 가중되어 축이 절손된다.이 선박에서 제4번, 5번 크랭크핀 베어링이 소손되고 베어링이 크랭크핀(축)에 늘어 붙는 현상(소착, 燒着)이 발생한 것을 고려하면 장기사용으로 인한 메탈베어링 과마모가 축의 절손에 가장 큰 원인이 되었다고 판단한다.마) 항은 정기적으로 주기관을 분해하여 크랭크샤후트와 크랭크 져널간의 사이를 점검(측정)하여 크랭크암의 개폐량을 조정하여 주도록 되어 있다.

크랭크샤후트는 전술한 바와 같이 큰 마찰력, 굽힘, 회전력을 받고 있기에 끊임없이 져널이 넓혀졌다 좁혀졌다를 반복하는 작동을 하고 있기에 일정기간 사용 중에는 간격을 측정하여 조정하여 주어야 한다. 이 간격이 커지면 작동 중 크랭크샤후트가 절손되는 일이 종종 발생한다. 이를 방지하기 위하여 중.대형선에서는 정기적으로 측정하고 정비하여 주지만 소형선들이나 이 선박의 경우는 이를 감당할 능력이 되지 않아 정기검사 때 분해하여 확인하여야 하는데 이 주기관의 경우는 약 6년을 사용하였어도 규정(8년이상 사용 시 분해검사 실시)에 따라 점검할 수 없었다는 것은 큰 아쉬움이라 할 수 있다.바) 항은 재질불량에 의한 절손인 바, 크랭크샤후트는 운전 중 분당 수백에서 수천의 굽힘과 비틀림의 양작용(兩作用)과 더불어 복잡한 반복응력이 작용하는 부분이기에 피로한도가 높고 충분한 강도를 갖는 재료를 필요로 한다.크랭크샤후트의 재질로서는 단강, 니켈강, 니켈크로움강, 크로움몰리브덴 등이 사용되고 최근에는 강함과 탄성이 더욱 향상된 다양한 합금속 재질로 대체되고 있다.이 주기관의 크랭크샤후트는 내부에 기공(氣孔, air hole)이 있는 것으로 나타난 바, 이 부위가 장기사용에 의한 피로가 증가되고 제4번 크랭크핀 메탈베어링이 과마모로 인한 소착.마멸시 열과 국부응력이 발생하였다고 판단된다.아래 손상 사진에서 크랭크샤후트의 절단면을 보면 정상적인 크랭크샤후트에서는 보기 힘든 깊이 약 1센티미터 이상인 것과 이 기공이 2개 이상 가깝게 존재하고 있었던 것을 보여주고 있다.

결국 크랭크핀이 장기간 사용으로 인한 피로가 증가 하는 가운데 핀메탈베어링의 과 마모로 인한 마찰열과 국부응력에 의하여 크랭크 샤후트가 절손되었다고 판단된다.<img src="/LSA/flDownload.do?flSeq=146643429"></img><span style="display:none;"> [사진 샤후트 내부 기공][사진 내부 기공2] [사진 기공 깊이 비교]</span> 3) 윤활유 압력 경보장치동진호는 규정에 따라 윤활계통의 이상(윤활유 압력 저하)으로 인한 손상을 사전에 예방하기 위하여 조타실에 윤활유 압력 경보장치를 설치하였고 경보장치가 정상적으로 작동될 수 있도록 책임.관리자인 기관장에게 항상 점검.정비하도록 의무를 부과하고 있다.이 선박의 조타실에 설치된 주기관 윤활유 경보장치는 사고발생 약 1개월 전인 2010년 5월 14일 선박검사기관에 의한 검사 시 작동상태를 검사한 사실과 기관장이 사고 전 조업지를 출발할 당시 이상이 없이 작동되었음을 확인하였고 갑자기 정지될 시각에 윤활유경보장치의 경보음이 발하지 아니하였다는 사실을 고려하면 이 주기관의 윤활유 경보장치는 정상적으로 작동되고 있었다고 판단된다.만일, 윤활이 불량하였다면 4번, 5번 크랭크핀 베어링 뿐만 아니라 다른 실린더의 베어링과 핀, 피스톤, 실린더라이너에도 손상이 발생하였어야 했는데 이러한 현상이 일어나지 아니하였음을 고려하면 윤활불량이 절손의 원인이라고 판단하기에는 무리가 있다 하겠다.아래 사진과 같이 4번과 5번 메탈베어링이 크랭크 핀과 소착.이탈되어 손상된 것은 크랭크샤후트가 절손되기 직전 장기간 사용한 크랭크핀 메탈베어링이 과 마모되어 간극(Clearance) 과대로 베어링이 마멸되며 발생한 것으로 판단되어 진다.<img src="/LSA/flDownload.do?flSeq=146643431"></img><span style="display:none;"> [사진 절단된 크랭크샤후트][사진 소착된 베어링] [사진 소착된 로드와 마멸된 베어링]</span>나.

사고발생원인이 기관손상사건은 장기간 사용된 주기관의 크랭크샤후트 져널.핀 메탈베어링의 과(過) 마모로 인한 열과 국부응력에 의하여 크랭크샤후트가 절손(切損)되어 발생한 것이다.

3. 해양사고관련자의 행위해양사고관련자 A는 이 선박의 기관장으로서 선박의 안전을 위하여 주기관 정비 시 각 부위에 대한 정비.점검을 철저히 하여 운항할 책임이 있다. 그러나 출항전에 기본 점검사항인 윤활계통을 점검한 사실, 소지한 해기사 면허등급과 크랭크샤후트의 상태.핀 메탈베어링의 마모량을 직접 점검.정비할 수 없는 점 등을 고려하여 굳이 징계하지 아니한다.

4. 사고방지교훈가. 주기관 개방검사 시기가 규정에 의한 시간에 이르지 아니하여도 장기간 사용한 주기관은 운전상태와 제조자(Maker)가 지정한 사용시간에 따라 크랭크샤후트, 크랭크핀 (메탈)베어링 등 주요 부품을 개방.점검하고 과 마모된 부품은 신환 하여야 한다.

나. 기관의 개방검사기간(어선법 시행규칙 제56조, 별표 16) 단축에 대한 검토가 필요하다. 따라서 주문과 같이 재결한다.해양사고관련자 A는 심판기일에 출석하지 아니하였고 변론을 포기 하였으므로 「해양사고의 조사 및 심판에 관한 법률」제45조 단서의 규정에 따라 궐석 재결한다.

이 기관손상사건은 장기간 사용된 주기관 크랭크샤후트 져널.핀 메탈베어링의 과(過) 마모로 인한 열과 국부응력에 의하여 크랭크샤후트가 절손(切損)되어 발생한 것이다.