해상 해체 양중: 중량, 절단 및 분리

철거 양중이 설치 양중보다 어려운 이유

해체 작업의 규모

OSPAR의 2023년 북동대서양 목록에는 석유·가스 시설 1,948개가 있으며, 그중 1,144개는 해저 구조물입니다. 전체 시설 중 1,385개는 운영 중, 277개는 폐쇄되었거나 해체 중, 171개는 해체 완료 상태였고, 10개는 OSPAR의 완전 철거 원칙에 대한 예외 승인에 따라 현장에 남았습니다.

영국의 경우, North Sea Transition Authority의 2026년 8월 업데이트는 남은 해체 사업의 비용을 £43.4 십억(2025년 가격 기준), 그중 2032년까지 약 £21 십억으로 추산합니다. 2026년부터 2031년 사이에 자산 173개의 생산이 중단될 것으로 예상하고, 2025년에는 상부구조물 10개와 하부구조물 8개가 철거된 것으로 집계했습니다. 벤치마크에 따르면 3,000 t을 넘는 대형 재킷과 상부구조물 철거 비용은 대형 양중선의 전 세계 수요가 늘면서 상승하고 있습니다. 노르웨이 대륙붕에서는 Offshore Norge의 2026년 2월 전망이 2025년부터 2034년까지 해체가 계획된 자산 31개를 다루며, 이 가운데 21개는 해당 기간에 생산 종료가 예정되어 있습니다. 철거 대상은 상부구조물 약 190,500 t과 재킷 약 107,500 t입니다.

상부구조물 철거에는 세 가지 방식 또는 그 조합이 쓰입니다. 해상에서 작은 조각으로 절단해 컨테이너로 운송하는 방식, 대형 양중선으로 모듈을 하나씩 설치 역순으로 철거하는 방식, 상부구조물 전체를 한 번에 들어 올리는 방식입니다. 최대 단일 양중선은 최대 60,000 t의 상부구조물을 들어 올립니다. 방식마다 필요한 양중이 다르고, 양중마다 중량, 절단 순서, 하중 전달 과정이 다릅니다.

중량: 규정의 요구사항

양중 설계에는 중량에 불확실성에 따라 증가하는 예비 계수를 곱한 값을 사용합니다. 공표된 계수는 중량 산정 근거에 따라 달라집니다.

DNV-ST-N001 이 문서들을 2016년에 대체했으며(현행판은 2023년 12월, 양중 내용은 16절), DNV-RP-N102 는 철거 지침을 대체했습니다. 프로젝트에는 계약상 적용되는 판의 계수를 사용합니다. 이전 문서들은 계수가 근거 자료에 따라 어떻게 달라지는지 보여 줍니다.

철거와 관련해 DNV 지침은 운용 기간 중 추가되는 중량으로 장비 및 구조물 개조, 신규 배관과 케이블, 콘크리트 충전재, 침수된 부재와 탱크 잔류물을 열거합니다. 해양생물 부착 중량은 조사 결과에서 산정해 영구 하중으로 취급합니다. 가능하면 계량을 권장하며, 보수적인 계수만으로는 부족한 경우가 많다고 경고합니다. 양중은 극한 무게중심 위치, 가능한 최저 중량, 실현 가능한 최대 부력에 대해서도 검토합니다. 해저 구조물에 갇힌 물은 수면 밖으로 나올 때 후크 하중을 크게 높일 수 있으며, 사전에 구조물에 배수 구멍을 내는 것이 한 가지 대책입니다. 점토 해저면에서 들어 올리는 스커트 없는 구조물은 이탈에 최소한 수중 중량과 같은 추가 힘이 필요합니다. 자세한 내용은 해저 구조물 인양.

공개된 작업 완료 보고서에서는 실제 상부구조물 중량이 추정과 잘 맞았고, 조선소에 도착한 해양생물 부착량은 추정치보다 훨씬 적었습니다. 2017년에 한 번에 철거한 23,500 t 상부구조물은 양중 당시 기록한 중량과 0.25 % 이내로 일치했고, 해체 계획서의 추정치보다 약 600 t(3 % 미만) 가벼웠습니다. 북해의 대형 재킷 3개에서는 해양생물 부착 중량을 재킷 중량의 6~10 %로 추정했지만, 절단·양중 중 떨어져 나가고 운송 중 건조되므로 조선소에 도착하는 양은 훨씬 적습니다. 양중 계획에는 부두 도착량이 아니라 추정치를 사용해야 합니다.

절단 분리: 마지막 지지부가 풀리는 순간

DNV 철거 지침은 양중 전에 절단이 완료되었는지 확인하도록 요구하며, 때로는 독립적인 두 가지 방법으로 확인해야 합니다. 완전히 절단하면 불안정해질 수 있는 구조물은 일부만 절단하거나 별도로 고정하도록 합니다. 양중 표준은 들어 올리기 전 해상 고정부를 절단하는 경우에 대해, 절단 후 수직 방향 구속이 남지 않아야 하고, 부착물이 남아 있으면 양중을 중단할 수 있도록 크레인 운전자가 실시간 하중값을 확인할 수 있어야 한다고 요구합니다. 철거 지침은 또한 정확도가 ±5 %보다 좋은 크레인 하중 감시와 과부하 표시 시의 비상 절차를 요구합니다. 철거 해석에서는 불완전한 절단으로 발생하는 임의의 반력도 검토 사례에 포함됩니다.

동적 거동은 마지막 지지부가 어떻게 풀리는지에 따라 달라집니다(그림 1). 크레인이 연결된 상태에서 마지막 절단을 할 때 크레인에는 예하중이 걸리고 지지부가 나머지 중량을 지탱합니다. 이 지지부가 갑자기 풀리면(매달리거나 외팔보처럼 뻗은 부재, 인장 상태의 연결부, 또는 하중이 미끄러지거나 떨어질 수 있는 절단면), 남은 하중이 후크로 급격히 넘어가 리깅 하중이 새로운 정적 하중을 초과합니다. 감쇠가 없으면 증가분이 전달된 하중만큼 커질 수 있습니다.

5 % 감쇠를 적용한 단순 모델에서 크레인 예하중이 실제 중량의 90 %라면, 예를 들어 추정 중량이 10 % 낮았다면, 후크 하중은 잠시 약 109 %에 이릅니다. 예하중이 70 %이면 약 126 %입니다(그림 2). 절단면에 얹힌 하중은 떨어지지 않고 크레인이 들어 올릴 때까지 그대로 있으며, 하중 전달은 아래에서 설명하는 들어 올리기 과정에서 일어납니다. 인라인 충격 흡수 장치는 설정값이 신뢰할 수 있는 최대 중량보다 높고 스트로크가 남아 있다면, 대신 설정값 부근에서 스트로크합니다.

따라서 마지막 절단이 하중을 받은 상태에서 이루어지면, 근거 자료가 허용하는 한 예하중을 실제 중량에 가깝게 맞추되 신뢰할 수 있는 최저 중량을 넘지 않게 합니다. 이를 넘으면 절단 완료 순간 하중이 위로 튈 수 있기 때문입니다. 분리 순간의 최대 하중은 크레인과 리깅 검토에 포함해야 합니다. 많은 철거 작업에서는 미리 절단해 두고 자중, 절단면의 마찰, 임시 구속 장치로 하중을 지지하므로, 분리는 들어 올리는 순간에 일어납니다. 2017년의 한 단일 양중도 이 방식이었습니다. 다리는 몇 달 전에 절단해 두었습니다. 선박은 약 1.5시간 동안 밸러스트를 배출해 23,500 t 상부구조물의 거의 모든 중량을 인수한 다음, 15초 동안 빠르게 들어 올려 절단된 다리 위로 1.5 m의 간격을 확보했습니다. 이는 퀵 리프트와 같은 원리입니다. 분리 전에 하중을 인수하고, 분리 후 빠르게 이격합니다.

구조물에서 들어 올려 바지선에 착지시키기

크레인선이 고정식 플랫폼이나 바지선에서 하중을 들어 올릴 때, 해당 구조물은 크레인 선단과 다르게 움직입니다. DNV-RP-N103 은 이 들어 올리기 과정을 스냅 하중 사례로 다룹니다. 스냅 속도는 권상 속도에 물체와 크레인 선단 사이의 상대 수직 속도를 더한 값이며, 스냅 힘은 권상 시스템 강성의 제곱근에 따라 커집니다. 들어 올린 뒤 바지선이 히브하면서 하중이 갑판에 다시 닿거나, 크레인 선단이 내려가면서 플랫폼에 다시 닿을 수 있습니다. 바지선에 내려놓을 때는 갑판이 상승해 하중과 만날 수 있으므로, 접촉 속도는 하강 속도와 갑판 상승 속도를 더한 값입니다. 자세한 내용은 이동 양중 문서에서 두 경우를 다룹니다.

히브 보상 장치 또는 충격 흡수 장치가 도움이 되는 경우

어느 장치도 정적 중량을 바꾸거나 양중 지점을 검증하거나 절단을 완료하지는 못합니다. 중량 산정 기준과 하중 경로를 확정한 뒤 양중 모델에 따라 장치 크기를 정합니다. CONSTELLATION은 장치 적용 전후의 분리, 들어 올리기, 착지를 모델링하고 최대 하중, 사용 스트로크, 이격 거리를 보고합니다.