해저 회수: 해저면 이탈, 상승 및 수면 이탈

해저면에서 장비를 회수하는 작업은 설치 과정을 거꾸로 되풀이하는 것이 아닙니다. 해저면은 장비를 붙잡고 있고 중량은 불확실하며, 선박의 히브에 따른 인장으로 해저면에서 이탈하기 전에 크레인 하중이 SWL을 크게 넘을 수 있습니다. 해저면 이탈 시 어떤 일이 일어나는지, 그리고 석션 케이슨 회수 사례에서 히브 보상 장치가 어떤 역할을 했는지 살펴봅니다.

작성: Norwegian Dynamics 엔지니어링팀 · 2026년 3월 · 2026년 9월 업데이트 · 읽는 데 9분

해저면 바로 위에서 인라인 히브 보상 장치에 매달린 해저 모듈의 Blender 일러스트.

요약

회수 작업에는 설치 작업에 없는 하중과 위험이 따릅니다. 해저면의 구속력, 해양 생물 부착과 갇힌 물 및 토사로 달라진 중량, 오랜 사용으로 약해진 구조물 등이 그 원인입니다.
석션 케이슨은 뽑아낼 때 저항하며, 더 빨리 당길수록 저항도 커집니다. 케이슨 아래로 물이 충분히 빨리 유입되지 못하기 때문입니다. 보상 장치가 없는 와이어에서는 선박의 히브가 인양 속도를 좌우합니다.
라인에 설치된 수동 히브 보상 장치가 히브를 스트로크로 흡수하면, 윈치가 느리고 일정한 인장 속도를 정하고 케이슨 아래의 흡입력은 낮게 유지됩니다.
CONSTELLATION 사례에서는 CYGNUS 700 t / 5 m를 사용해 Hs 2.5 m 조건에서 120 m 수심의 단단한 점토에 박힌 Ø6 m 석션 케이슨을 뽑아냈습니다. 최대 라인 하중은 566 t로, 650 t 크레인 SWL의 87 %였습니다. 보상 장치가 없는 와이어에서는 라인 하중이 약 1,280 t에 달해 크레인 SWL의 거의 두 배였습니다.

설치 작업은 중량이 알려진 물체를 준비된 해저면에 내립니다. 회수 작업은 수년간 그곳에 놓여 있던 물체를 끌어올립니다. 물체는 토사에 붙잡혀 있고 해양 생물이 부착되어 있으며, 내부에 물과 퇴적물이 차 있는 경우가 많고, 설치 당시보다 약해졌을 수도 있습니다.

해저 회수가 설치보다 어려운 이유

해저면의 구속력. 케이슨이나 머드매트 아래의 흡입력과 스커트 측면의 부착력 및 마찰력이 장비가 해저면에서 이탈할 때까지 자중에 더해집니다.
불확실한 중량. 해양 생물 부착, 갇힌 물과 퇴적물은 중량을 늘리고, 없어진 부품이나 부식된 부품은 중량을 줄입니다. 현장 확인 중량은 범위로 제시되는 추정치입니다.
약해진 구조물. 인양점과 구조 부재는 부식이나 피로로 강도가 낮아졌을 수 있어 설치 당시보다 견딜 수 있는 하중이 작을 수 있습니다.
이탈 순간. 해저면이 놓아주는 순간 장비를 아래로 붙잡던 구속력이 한꺼번에 사라집니다. 와이어와 리깅에 저장된 탄성 신장이 장비를 위로 튕겨 올리며, 라인이 느슨해졌다가 다시 급격히 당겨질 수 있습니다.

해저면 이탈

석션 케이슨에서 이 문제가 가장 뚜렷하게 나타납니다. 일반적으로는 뚜껑 아래로 물을 다시 주입해 케이슨을 밀어 올려 제거합니다. 이것이 불가능할 때는 크레인으로 뽑아야 하며, 여기서는 그 경우를 모델링했습니다. 케이슨이 상승하면 상단 밸브를 통해 케이슨 내부로 물이 들어와야 합니다. 물이 유입되는 속도보다 빨리 끌어올리면 내부 압력이 떨어지고 해저면의 구속력이 커져, 결국 케이슨 내부 토사가 파괴됩니다. 스커트 측면의 마찰력도 작용하며, 이는 인양 속도에 따른 변화가 작습니다.

보상 장치가 없는 와이어에서는 윈치뿐 아니라 선박의 히브도 인장력을 만듭니다. 파도가 올 때마다 빠르게 당겨지면서 토사의 저항과 라인 하중이 함께 커집니다. 그 상태에서 케이슨이 이탈하면 라인에 저장된 탄성 신장이 케이슨을 위로 튕겨 올립니다(그림 1).

그림 1. 해저면에서 석션 케이슨 뽑아내기. (A) 보상 장치가 없는 와이어에서는 선박의 히브가 인양을 구동합니다. 빠르게 당기면 상단 밸브를 통해 물이 충분히 빨리 들어오지 못해 케이슨 아래의 흡입력이 커지고, 케이슨이 이탈하면 라인이 급격히 당겨집니다. (B) 라인에 보상 장치를 설치하면 장치가 히브를 흡수하고 윈치가 느리고 일정하게 당겨 케이슨 아래의 흡입력이 낮게 유지됩니다. 축척에 따른 도면은 아닙니다.

라인에 설치된 수동 히브 보상 장치는 이를 바꿉니다. 장치가 선박의 히브를 스트로크로 흡수하므로 케이슨에 가해지는 인장은 윈치가 느리고 일정하게 제어하고, 토사의 저항은 낮게 유지됩니다. 이 사례에서 케이슨은 갑작스러운 이탈 없이 0.1 m/s 미만의 속도로 꾸준히 뽑혀 나왔습니다. 해저면이 한꺼번에 놓아주는 경우에는 라인의 저장된 탄성 신장이 장비를 위로 튕겨 올리는 대신, 장치의 감쇠가 장비가 들어 올려지는 속도를 제한합니다.

상승 및 수면 이탈

해저면에서 이탈한 장비는 수중 구간을 통과해 인양됩니다. 이때 라인에는 수중 중량과 항력이 걸리며, 케이슨 안에 토사가 남아 있거나 구조물 안에 물이 갇힌 경우도 많습니다. 수면에서는 스플래시 존 통과가 반대로 진행됩니다. 장비가 물 밖으로 나오면서 부력이 줄고, 장비에 실린 물과 토사가 공기 중 중량을 늘립니다. DNV-RP-N103 에서는 회수 시 보상 장치의 스트로크를 검토할 때 이렇게 갇힌 물을 고려하도록 요구합니다. 스플래시 존 통과 에서는 수면에서 작용하는 하중을 설명합니다.

석션 케이슨 회수 사례

다음 CONSTELLATION 모델에서는 650 t 크레인을 탑재한 건설 선박이 단단한 점토의 120 m 수심에서 Ø6 × 10 m 석션 케이슨(공기 중 107 t, 수중 93 t)을 크레인 인장만으로 회수합니다. 물은 Ø0.5 m 상단 밸브를 통과하며, 리깅에는 3줄 걸이 90 mm 와이어를 사용합니다. 해상 조건은 Hs 2.5 m와 Tp 8.0 s입니다. 동일한 리깅과 해상 조건에서 이 작업에 맞춰 선정한 CYGNUS 700 t / 5 m를 라인에 설치한 경우와 보상 장치가 없는 와이어의 경우를 각각 계산했습니다.

그림 2. 석션 케이슨 회수 사례의 최대 라인 하중으로, 동일한 리깅과 해상 조건에서 보상 장치의 유무를 비교한 결과입니다. 와이어의 파단하중 1,658 t에는 두 계산 모두 도달하지 않았습니다. 보상 장치가 없으면 라인 하중은 크레인의 SWL 650 t와 와이어의 SWL 663 t를 모두 초과했습니다. 더 낮은 SWL을 가진 크레인이 지배 한계입니다. CONSTELLATION에서 모델링한 단일 해상 상태 실현값이며, 조건은 Hs 2.5 m, Tp 8.0 s입니다.

결과	보상 없는 와이어	CYGNUS 사용
최대 라인 하중	약 1,280 t	566 t
650 t 크레인 SWL 대비	거의 두 배	87 %
와이어 SWL 663 t 대비	거의 두 배	85 %
와이어 파단하중 1,658 t 대비	77 %	34 %
점토에서 케이슨 뽑아내기	아니요: 약 1 m 상승	예: 0.1 m/s 미만으로 꾸준히 뽑혔으며, 계산 시작 후 약 4.5분에 스커트가 해저면에서 완전히 벗어났습니다.

해저면 이탈 이후 장치는 스트로크 끝단의 스톱에 닿지 않고 주로 스트로크 하반부에서 움직였으며, 윈치는 케이슨을 점토에서 꾸준히 끌어냈습니다. 계산은 스커트가 해저면에서 완전히 벗어나는 시점에 끝나므로 상승과 수면 이탈은 포함되지 않았습니다. 보상 장치가 없는 와이어에서는 토사가 여전히 케이슨을 붙잡고 있는 동안 라인 하중이 크레인 SWL을 넘었고 케이슨은 약 1 m 상승했습니다. 이는 단일 해상 상태 실현값이며 CYGNUS는 이 사례에 맞춰 선정했습니다. 실제 회수 작업은 해당 장비, 토사 및 선박에 맞춰 모델링합니다.

같은 사례의 영상: CONSTELLATION에서 시뮬레이션한, CYGNUS로 120 m 수심의 점토에서 석션 케이슨을 뽑아내는 작업.

장치 선택

RIGEL 은 갑판에서 설정한 값을 유지합니다. CYGNUS 는 가스를 배출할 수 있고, ANTARES 는 가스를 배출하거나 보충할 수 있으므로, 두 장치 모두 해저면 이탈 후 하중이 줄어들 때 작동 위치를 다시 중앙으로 조정할 수 있습니다. 이 사례에서는 CYGNUS가 이탈 작업용 설정을 계속 유지했습니다. 수백 톤에 맞춰 충전된 상태이므로, 케이슨이 수중에서 93 t의 중량으로 자유롭게 매달리면 장치는 스톱에 닿아 닫힌 상태가 됩니다. 따라서 상승과 수면 이탈은 별도로 검토해야 합니다. 세 장치 모두 3,000 m까지 정격이 지정되어 있습니다. 이탈 조건의 불확실성이 가장 큰 경우 능동 제어는 유연성을 더해 줍니다. VEGA 능동 장치는 개발 중입니다.

출처와 가정

이 회수 사례는 인양 속도에 따라 달라지는 석션 케이슨의 인발 저항을 포함한 CONSTELLATION 모델입니다. 인발 저항은 외측 스커트의 마찰력과 Ø0.5 m 상단 밸브를 통한 유량에 따라 결정되는 내부 부압으로 구성되며, 부압에는 토사의 역방향 지지력과 공동현상 중 더 낮은 값으로 상한을 둡니다. 점토의 비배수 전단강도는 약 42 kPa입니다. 선박 운동은 크레인 선단에 6자유도로 적용됩니다. 계산은 케이슨 스커트가 해저면에서 완전히 벗어날 때까지의 인발 과정을 다룹니다.
단일 해상 상태 실현값(Hs 2.5 m, Tp 8.0 s)입니다. CYGNUS 700 t / 5 m는 이 사례에 맞춰 선정했으며, 계산 내내 동일한 가스 충전 상태를 유지했습니다.
갇힌 물을 고려해야 한다는 요구사항은 DNV-RP-N103에서 가져왔으며, 이전 명칭은 DNV-RP-H103 (2010년 4월, 4.7.7.4).

자주 묻는 질문

해저 회수가 설치보다 어려운 이유는 무엇인가요?

해저면이 장비를 붙잡고 있고, 설치 이후 중량이 달라졌으며, 구조가 약해졌을 수 있습니다. 해저면에서 이탈하는 순간 장비가 위로 튕겨 오르고 라인이 급격히 당겨질 수도 있습니다. 설치 작업에는 이런 요인이 없습니다.

흡입력에 따른 해저면 이탈이란 무엇인가요?

석션 케이슨이나 머드매트는 해저면에서 뽑아낼 때 저항합니다. 케이슨이 상승하면 상단 밸브를 통해 아래로 물이 들어와야 합니다. 물 유입보다 빨리 당기면 케이슨 아래 압력이 떨어져 해저면의 구속력이 커집니다. 점토 위의 머드매트 아래에서는 흡입력이 너무 오래 지속되어 저절로 사라지기를 기다릴 수 없으므로 인양력으로 이를 극복해야 합니다. 스커트 측면의 마찰력도 저항에 더해집니다.

히브 보상 장치는 해저면 이탈에 어떻게 도움이 되나요?

장치가 선박의 히브를 스트로크로 흡수하므로 윈치가 느리고 일정한 인장 속도를 정하고 토사의 저항은 낮게 유지됩니다. 이 사례에서 케이슨은 갑작스러운 이탈 없이 0.1 m/s 미만의 속도로 꾸준히 뽑혀 나왔습니다. 해저면이 한꺼번에 놓아주는 경우에는 라인에 저장된 탄성 신장이 장비를 위로 튕겨 올리는 대신, 장치의 감쇠가 장비가 들어 올려지는 속도를 제한합니다.

회수 중 보상 장치의 설정을 변경해야 하나요?

장비가 해저면에서 벗어난 뒤 하중이 얼마나 줄어드는지에 따라 달라집니다. RIGEL은 갑판에서 설정한 값을 유지하고, CYGNUS는 가스를 배출할 수 있으며, ANTARES는 가스를 배출하거나 보충할 수 있습니다. 이 케이슨 사례에서는 해저면 이탈에 맞춰 설정을 선택했으므로 케이슨이 자유롭게 매달리면 장치가 스톱에 닿아 닫힌 상태가 됩니다. 따라서 상승과 수면 이탈은 별도로 검토해야 합니다.

회수 모델에서 무엇을 확인했나요?

CONSTELLATION 사례에서는 작업에 맞춰 선정한 CYGNUS 700 t / 5 m가 Hs 2.5 m 조건에서 120 m 수심의 단단한 점토에 박힌 Ø6 m 석션 케이슨을 뽑아냈습니다. 최대 라인 하중은 566 t로 650 t 크레인 SWL의 87 %였습니다. 보상 장치가 없는 와이어에서는 라인 하중이 약 1,280 t에 이르러 크레인 SWL의 거의 두 배였습니다. 이는 단일 해상 상태 실현값이며, 계산은 상승이 아닌 인발 과정만 다룹니다.