KR101167915B1

KR101167915B1 - 부유식 해상구조물

Info

Publication number: KR101167915B1
Application number: KR1020090119260A
Authority: KR
Inventors: 최용호; 홍용표
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2012-07-30
Also published as: KR20110062512A

Abstract

본 발명은 부유식 해상구조물에 관한 것으로서, 선체에서 흘수선 부근에 선폭이 좁아지는 선폭축소부가 형성된다. 따라서, 본 발명은 수선단면적이 감소되도록 하여 면적 2차 모멘트에 의한 KMT(용골(keel)에서 횡방향 메타센터까지 높이)를 줄여서 GMT을 감소시킴으로써 선체의 롤 공진주기를 증가시키고, 밸러스트탱크가 상하로 나누어짐으로써 관성반경을 증대시킴으로써 롤 공진주기의 증가에 기여하며, 이러한 롤 공진주기가 일반 해양파의 주기영역에서 멀어짐으로써 롤 운동이 작아짐과 아울러 수평 횡방향 가속도를 줄이고, 이로 인해 높이방향으로 높게 분포되어 있는 탑사이드(topside)의 부분은 기존 해양구조물에 비해 상대적으로 횡방향가속도에 적게 노출되어 탑사이드의 구조 강도 설계에도 많은 여유를 가질 수 있으며, 탱크 내부의 슬로싱을 감소시킴으로써 CCS(cargo containment system)의 손상 유발을 방지하도록 하는 효과를 가진다.

선체, 롤 운동, 선폭, 보강부, 흘수선

Description

부유식 해상구조물{FLOATING OFFSHORE STRUCTURE}

본 발명은 수선단면적이 감소되도록 하여 GMT(무게중심에서 횡방향 메타센터까지 높이)을 감소시킴으로써 선체의 롤 공진주기를 증가시키고, 이러한 롤 공진주기가 일반 해양파의 주기영역에서 멀어짐으로써 롤 운동이 작아짐과 아울러 수평 횡방향 가속도를 줄이도록 하는 부유식 해상구조물에 관한 것이다.

일반적으로, 부유식 해양구조물에는 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading), LNG-FPSO, FSO(Floation Storage Offloading Unit), FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등이 있다. 이 중에서 FPSO 및 FSO는 기존에 사용하던 유조선(tanker)를 개조하던 방식으로부터 출발하여 일부 신조를 포함하며, LNG-FPSO, LNG-FSRU는 현재 실적이 없으며 모두 신조로 하게 된다.

이러한 탱커는 속도를 가지고 운항하기 때문에 정지상태의 운동성능을 거의 고려하지 않았다.

그러나, 이와 같이, FPSO 등과 같은 부유식 해상구조물은 일정 작업해역에서 정지한 상태에서 작업을 수행하는 특징으로 인해 운동성능이 전체 성능에 결정적 역할을 한다고 할 수 있다. 따라서, 종래의 부유식 해상구조물은 일정 작업해역에서 정지 중 작업을 수행하는 경우 운동성능 중에서 특히 롤(roll) 운동이 항주 중의 일반 선박에 비하여 취약한 성격을 가지고 있다.

왜냐하면, 전진속도를 가진 항주 선박은 롤 운동의 감쇠가 정지 선박의 감쇠에 비해 3 ～ 4배의 월등히 큰 값을 가지므로 롤 운동이 상대적으로 작으며, 롤에 의해 지배적인 횡방향 가속도(Ay, m/s²)가 상대적으로 작아서 항주 선박의 구조 설계에서는 기존의 선급협회 규정값에 따라 설계하면 큰 문제가 없었지만, FPSO 등과 같은 부유식 해상구조물은 선체 자체적으로도 상대적으로 큰 횡방향 가속도에 노출되어 있고, 선박의 상부 데크 위의 정유공장과 같이 탑사이드(topside)가 높이방향으로 상당히 높게 분포되어 설치되기 때문에 탑사이드의 장비는 더욱 큰 횡방향 가속도에 노출되어 있다. 따라서, 탑사이드의 구조설계(힘=가속도ㅧ질량)에 운동성능을 고려한 설계가 반드시 이루어져야 한다.

또한, FPSO 등과 같은 부유식 해상구조물은 이러한 횡방향 가속도에 의한 구조설계의 문제점과 더불어, 횡운동, 즉 롤 및 스웨이(sway)에 의한 탱크 내의 액체 유동인 슬로싱(sloshing) 문제도 내포하고 있다. 이러한 탱크 내 액체 유동은 선체의 롤 및 스웨이의 운동성능에 상호 연성하여 선체의 운동성능 자체를 변화시킴과 동시에 액체유동에 의한 탱크 내벽에 충격하중(sloshing impact pressure)을 유발하기도 한다.

특히, GTT의 MK III 및 No.96의 멤브레인 타입 탱크는 지금까지 단일 탱크로 구성되어 있어 LNG가 부분적으로 채워지는 경우에 상당히 큰 충격압력을 받게 되어 CCS(cargo containment system)에 큰 손상을 유발하게 된다.

그러므로, 부유식 해상구조물, 예를 들면 LNG-FPSO 및 LNG-FSRU의 경우 횡운동을 억제하는 장치 및 방법을 적용하거나, 횡운동 자체를 일으키지 않도록 설계되어야만 한다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 선체의 롤 공진주기를 증가시킴으로써 수평 횡방향 가속도를 줄이고, 탑사이드의 높이가 높게 분포되더라도 횡방향 가속도의 노출을 최소화하며, 이로 인해 높이방향으로 높게 분포되어 있는 탑사이드(topside)의 부분은 기존 해양구조물에 비해 상대적으로 횡방향가속도에 적게 노출되어 탑사이드의 구조 강도 설계에도 많은 여유를 가질 수 있으며, 탱크 내부의 슬로싱을 감소시킴으로써 CCS(cargo containment system)의 손상 유발을 방지하도록 한다.

본 발명에 따른 부유식 해상구조물은, 부유식 해양구조물에 있어서, 선체에서 흘수선 부근에 선폭이 좁아지는 선폭축소부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수선단면적이 감소되도록 하여 면적 2차 모멘트에 의한 KMT(용골(keel)에서 횡방향 메타센터까지 높이)를 줄여서 GMT을 감소시킴으로써 선체의 롤 공진주기를 증가시키고, 밸러스트탱크가 상하로 나누어짐으로써 관성반경을 증대시킴으로써 롤 공진주기의 증가에 기여하며, 이러한 롤 공진주기가 일반 해양파의 주기영역에서 멀어짐으로써 롤 운동이 작아짐과 아울러 수평 횡방향 가속도를 줄이고, 이로 인해 높이방향으로 높게 분포되어 있는 탑사이드(topside)의 부분은, 기존 해양구조물에 비해 상대적으로 횡방향가속도에 적게 노출되어, 탑사이드의 구조 강도 설계에도 많은 여유를 가질 수 있으며, 탱크 내부의 슬로싱을 감소시킴으로써 CCS(cargo containment system)의 손상 유발을 방지하도록 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상구조물을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상구조물(100)은 선체(110)에 선폭축소부(120)가 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 부유식 해상구조물(100)은 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading), LNG-FPSO, FSO(Floation Storage Offloading Unit), FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등의 구조물뿐만 아니라 일반 선박에도 적용될 수 있다.

선폭축소부(120)는 선체(110)에서 흘수선 부근에 선폭이 좁아짐으로써 형성된다. 즉, 선폭축소부(120)는 선체(110)의 원래 선폭(D1)보다 작은 선폭(D2)을 가질 수 있도록 형성된다. 따라서, 선체(110)는 선폭축소부(120)가 위치하는 흘수선 부근의 영역에 대한 선폭(D2)을 좁히고, 흘수선 부근 이외의 영역, 즉 수면 하부 영역(111)과 수면 상부 영역(112)에 대한 선폭(D1)을 넓히도록 한다.

선폭축소부(120)는 하부와 상부가 수면 하부 영역(111)과 수면 상부 영역(112)에 각각 연결되도록 경사를 이루게 되는데, 이 때, 경사는 직선 또는 곡선으로 이루어질 수 있으며, 직선과 곡선의 조합으로 이루어질 수도 있고, 선체(110)의 만재(full load)일 때의 흘수선(L1)과 밸러스트 로딩(ballast loading)일 때의 흘수선(L2)이 각각 위치하도록 선체(110)에 형성될 수 있으며, 나아가서, 만재와 밸러스트 로딩 조건에서의 모든 흘수선들이 있는 위치에 형성될 수 있다.

선폭축소부(120)는 부유식 해상구조물(100)의 특성상 만재와 밸러스트 로딩과의 흘수차이를 고려하여 높이가 1 ～ 5m일 수 있다.

선폭축소부(120)는 일례로 서바이벌(survival) 환경 조건에서의 흘수인 서바이벌 흘수(survival loading condition)를 적용한다고 할 때, 이러한 서바이벌 흘수에서 서바이벌 환경조건의 파고 정도에 해당하는 높이를 상하로 더한 부분까지만 선폭을 줄이도록 선체(110)에 형성될 수 있다.

한편, 선체(110)는 선폭축소부(120)에 의해 구조적인 영향 또는 주위의 유동에 의한 진동의 영향이 없거나 미비한 경우 보강의 필요성이 없으나, 이와 달리, 구조적으로 또는 진동으로 인해 보강이 필요한 경우 선폭축소부(120)의 외측에 구 조적인 보강을 위한 보강부(113)가 마련될 수 있다.

보강부(113)는 본 실시예에서처럼 선폭축소부(120)의 형성방향을 따라 다수로 돌출되도록 마련될 수 있으며, 평면상에서 삼각형을 이루도록 돌출되는 구조를 가지거나, 이와 달리, 트러스 구조를 가지거나, 선폭축소부(120)의 외측에 수직되게 설치되는 플레이트 형태를 가질 수 있다.

선체(110)는 부유식 해상구조물(100)의 특성상 저장이 필요한 LNG 등의 저장매체를 저장하기 위한 저장탱크(114)가 중심부에 마련될 수 있고, 저장탱크(114)의 양측에 밸러스트탱크(115)가 마련될 수 있다. 이 때, 밸러스트탱크(115)의 상부와 하부를 상하로 나누는 격벽(116)이 설치될 수 있으며, 이로 인해 밸러스트탱크(115)는 격벽(116)에 의해 상하로 나뉘어진다. 한편, 격벽(116)은 밸러스트탱크(115)에서 선폭축소부(120)가 위치하는 높이에 설치될 수 있다. 또한, 선저 밸러스트탱크(117)는 저장탱크(114)의 하측에 위치할 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 부유식 해상구조물의 작동을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

선체(110)에서 흘수선 부근에 감소된 선폭으로 인해 선폭축소부(120)가 형성됨으로써 수선단면적이 감소되도록 하여 면적 2차 모멘트에 의한 KMT, 즉 용골(keel)에서 횡방향 메타센터(metercenter, M)까지 높이를 감소시키고, 이로 인해 선체(110)의 무게 중심(G)으로부터 횡방향 메타센터까지의 거리인 GMT의 감소를 야기하여 선체(110)의 롤(roll) 공진주기를 증가시킨다.

또한, 선체(110)의 양측에 위치하는 밸러스트탱크(115)가 격벽(116)에 의해 상하로 나누어짐으로써 관성반경을 증대시키고, 이로 인해 선체(110)의 롤 공진주기의 증가에 기여하게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 부유식 해상구조물(100)은 롤 공진주기가 증가하여 해양파의 주기 영역에서 멀어짐으로써 롤 운동이 작아짐과 아울러 수평 횡방향 가속도를 줄이고, 이로 인해 높이방향으로 높게 분포되어 있는 탑사이드(topside)의 부분은 기존 해양구조물에 비해 상대적으로 횡방향가속도에 적게 노출되어 탑사이드의 구조 강도 설계에도 많은 여유를 가질 수 있으며, 저장탱크(114) 내부의 슬로싱을 감소시킴으로써 CCS(cargo containment system)의 손상 유발을 방지하도록 한다.

이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상구조물을 도시한 단면도이고,

도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 선체 111 : 수면 하부 영역

112 : 수면 상부 영역 113 : 보강부

114 : 저장탱크 115 : 밸러스트탱크

116 : 격벽 117 : 선저 밸러스트탱크

120 : 선폭축소부

Claims

부유식 해양구조물에 있어서,

선체에서 흘수선 부근에 선폭이 좁아지는 선폭축소부가 형성되고,

상기 선폭축소부의 외측에 구조적인 보강을 위한 보강부가 마련되는 부유식 해상구조물.
제 1 항에 있어서,

상기 선폭축소부는,

상기 선체의 만재와 밸러스트 로딩일 때의 흘수선이 위치하도록 형성되는 부유식 해상구조물.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 선폭축소부는,

높이가 1 ～ 5m인 부유식 해상구조물.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 보강부는,

상기 선폭축소부의 형성방향을 따라 다수로 돌출되도록 마련되는 부유식 해상구조물.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 선체는,

중심부에 저장탱크가 마련되고, 상기 저장탱크의 양측에 밸러스트탱크가 마련되며, 상기 밸러스트탱크의 상부와 하부를 상하로 나누는 격벽이 설치되는 부유식 해상구조물.