ドラグサクション浚渫兼油回収船「白山」集油装置の高度化について北原厚生1 ・永野 1新潟港湾空港技術調査事務所環境課亮1 ・木村 (〒951-8011 尚志1 新潟市中央区入船町4丁目3778番地). 「白山」には、油回収効率を向上させる機能として充気式オイルフェンスを利用した集油装置を搭載している．この集油装置は，搭載後10年以上が経過し，老朽化及び装置展張に時間を要する等の課題が出ていた．本論文では，迅速な対応が求められる油流出事故現場で効率的に油回収を行うため，各種実験結果を踏まえ開発した新型の集油装置について報告する．キーワードドラグサクション浚渫兼油回収船，集油装置，高度化 1．はじめに 2．集油装置の課題及び改造設計の概要ドラグサクション浚渫兼油回収船「白山」（写真-1）は，国土交通省が保有する油回収機能を有した浚渫船の 1 隻である．「白山」は新潟港を基地港として運航し，常時は信濃川河口に位置する新潟西港の航路浚渫を行い，佐渡汽船，新日本海フェリー等が航行する生活航路を維持している．又，タンカー等の油流出事故に対して日本海および北海道沿岸の海域を担務地域として備えている．（図-1）「白山」には左舷船首側に投げ込み式油回収器 1 基と両舷に舷側設置式油回収器 2 基の計 3 基の油回収器を備えている．これらの油回収器を使用する際に効率よく油を集めるために充気式オイルフェンスを使用した集油装置を用いていた．しかし，集油装置は建造から 10 年以上が経過しており，老朽化が著しいこと．また，集油ブームを洋上に展張した際に，波や潮流等の大きな流体抵抗を受けるため，油回収作業時に船の航行速度を上げられないこと等の課題を抱えていた．そこで，迅速な対応が求められる油流出事故現場で効率的に油回収を行うため，新たに各種実験結果を踏まえて開発した集油装置について報告する．舷側設置式油回収器は，その能力を発揮させるため集油装置により集油幅を確保しているが，既設の充気式オイルフェンスを使用した集油装置は曳航時の波の抵抗が大きい等の課題があった．そこで曳航時の抵抗を軽減するため，水ジェット方式の導入について検討を行った．水ジェット方式の利点は，本船の航行時の抵抗が，小さい点や動力源として浚渫用ジェットポンプが活用できるので，新たな動力源を必要としない点，及びブーム展張等の稼働部分がないので故障箇所を減らし，メンテナンスや操作が容易である点が挙げられる．充気式オイルフェンス方式の利点は，投げ込み式油回収器と舷側設置式油回収器とを兼用できることにあったが，舷側設置式油回収器は水ジェット方式を採用することにより，集油幅が確保されるので，右舷側の充気式オイルフェンスは撤去し，また，左舷側の充気式オイルフェンスは投げ込み式油回収器の集油(U字展張)専用としている．写真-1 ドラグサクション浚渫兼油回収船「白山」図-1 3 船体制での油回収エリア 3．効率的集油装置の構造検討 (1) 水ジェットによる集油理論航行している船舶から進行方向に噴出されるジェット流（対向噴流）は，ある距離xpだけ貫通したあと主流（本船の航行逆方向）のエネルギーを吸収して流れ方向を逆転する．ジェット流の状態を図-2に示した．ジェット水の入水断面は，拡散し重力の影響により下方に向けて曲り，且つ，上下楕円形に変形する．また，入水角度方向に楕円形となるので，ジェット水列は連続した流れとなる．このジェット水流の連続が海面に泡絡線（潮目線）を形成し，海面を流れる油を油回収器の方向に誘導すると考えられる．写真-2 油回収実海域再現水槽図-2 対向噴流 (2) 水ジェット方式の模型実験水ジェット方式の有効性を模型実験にて確認した．実験を行った油回収実海域再現水槽を写真-2に，水ジェットで形成される潮目線の様子を写真-3に示す．実験は水ジェットの現象観察実験と充気式オイルフェンスとの性能比較実験を行った． a) 現象観察実験最適な水ジェットの方向についての知見を得るため現象観察実験を行った．その結果，回収器方向や真下方向に水ジェットを向けるよりも進行方向に向けてやることが最も良好な集油効果を示した．この現象から水ジェットの着水点で形成される表層の潮目が充気式オイルフェンスと同等の役目を果たすことがわかった． b) 性能比較実験現象観察実験で検討した結果に基づき性能比較実験を行った．回収器の上に縦に取り付けた直立ノズル方式で実験を行った．回収性能は回収器のみの場合を 100%として，それぞれの方式と比較した． ① 回収器＋充気式オイルフェンス： 139% ② 回収器＋直立ノズル： 153% 直立ノズル方式の概要図を図-3 に示す．写真-3 水ジェットで形成される潮目線図-3 直立ノズル方式 (3) 「白山」の水ジェット装置「白山」水ジェット装置の模式図を図-4 に示す．図-4 「白山」水ジェット装置の模式図主流に対するジェット噴射の傾斜角（θs）は，集油ジェット潮目線の傾斜角である．ジェットの海面着水時の形状は，横方向傾斜，高さ方向傾斜及び重力による上下に分散等の影響をうけて楕円形となる．楕円形の長軸及び短軸長さは，ジェット吐出口の形状，飛距離，口径等により異なる．主流に対するジェット噴射の傾斜角（θs）のジェットの押力：Rは， Rx ＝ Lxcosθs＋Lysinθs (1) Ry ＝ Lxsinθs－Lycosθs (2) θs：ジェット水列潮目線傾斜角 θs 及び集油幅については図-5の「白山」のジェット水列集油幅に示す．また，ジェットは1列に噴射されるので，複数ジェット間の間隔はなくなる．一方，後のジェットが前のジェットの影響範囲に届かないと潮目線の連続性が途切れ，ジェット間から回収油の漏れを生ずることがある． a) 水ジェット配列の検討水ジェット配列は集油幅，水ジェット着水点の間隔，航行速度等を考慮して計画されている．集油幅が狭すぎると，回収効率が上がらず，広すぎると水ジェット着水点の間隔が広がり，潮目線の連続性が途切れ，回収油の漏れが生じてしまう．また，航行速度が速すぎると形成される潮目線が崩れ，連続性が途切れてしまう．以上を踏まえた水ジェット配列性能実験結果から白山の性能に合わせた最も効率的な配列を導出した．前記述のθs は図-5に示されるとおり， Tanθs = 3.8/8.2 = 0.463 θs=24.85°となる． 4．充気式オイルフェンスの小型化充気式オイルフェンスの外観を写真-4，写真-5に示す．投げ込み式油回収器では，充気式オイルフェンスは必須であるため，投げ込み式油回収器の設置してある左舷は，充気式オイルフェンスの撤去は行わない．このため，左舷側の充気式オイルフェンスは撤去せず曳航時の抵抗を低減すべく，大きさを見直し小型化を図ることとした．左舷充気式オイルフェンスは変更せず．充気式オイルフェンスを小型で短くすることによりU 字型展張時の展張時間を短縮し，作業性の向上を図る．航行時の抵抗の軽減は充気式オイルフェンスのスカート丈を短くすることにより対応する．充気式オイルフェンスはU 字展張時に空気圧により直線方向に伸びようとするので，ナックルポイントが設けられて作意的に曲げられている．写真-4 充気式オイルフェンス巻取時写真-5 充気式オイルフェンス展張時図-5 「白山」ジェット水列集油幅充気式オイルフェンスの主要寸法は図-5及び表-1に示すとおりとする．充気式オイルフェンスのU 字型展張は，充気式オイルフェンスの真直ぐに伸びる力及び油回収器の大きさにより設計される．充気式オイルフェンスを短くすることは，流れに対する傾斜角の増大につながるが，集油性能的には，改造前と比較してそれほど変動がないことを確認している．今回の改造により，浮体の直径の縮小及びスカートの短縮化が図られ，航行時の抵抗の減少，操作時間の短縮等が確保された． 5. あとがき集油装置を水ジェット方式にすることにより，曳航時の抵抗の低減，操作性及びメンテナンス性の向上，回収器の操作時間の短縮が図られた．更に，左舷充気式オイルフェンスを小型化することにより，曳航時の抵抗の低減，操作時間の短縮が可能となった．現在は「白山」に本装置を搭載し，定期的な油回収訓練を行い油流出事故等の緊急時対応に備えている．今後，実際の油流出事故現場での油回収作業に取り組みながら，より効率的な装置の開発につなげていきたい．図-5 充気式オイルフェンス断面寸法写真-6 「白山」新集油装置搭載表-1 充気式オイルフェンス寸法長さ旧 32 [m] 新 26 [m] 直径スカートフェザーネット 800 [mm] 950 [mm] 400 [mm] 600 [mm] 650 [mm] 400 [mm] 参考文献 1) 機械工学便覧日本機械学会編