KR101714679B1 - 반잠수식 해양구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 반잠수식 해양구조물은, 컬럼에 의해 지지되는 메인 데크 상에 3개의 엔진룸이 구비되고, 상기 엔진룸 각각은 별도로 구분된 구역 상에 배치됨으로써, 본 발명의 반잠수식 해양구조물은 DP3 조건을 만족시키면서도 보다 효율적인 엔진과 스러스터의 배치가 가능하게 한다.

Description

반잠수식 해양구조물{SEMI-SUBMERSIBLE RIG}

본 발명은 굴착작업을 실시하는 갑판부를 지탱하는 선체부를 해면 밑으로 가라앉힘으로써 되도록 영향을 줄여 연가동률을 높이기 위한 해저 석유 굴착장치인 반잠수식 해양구조물에 관한 것이다.

최근 개발 중인 유전의 수심은 점차 심해로 이동하고 있다. 유전 개발을 위해서는 석유의 매장을 확인하는 시추작업이 선행되어야 하며, 유전 개발의 추세에 따라 시추가 이뤄지는 수심도 심해로 이동하고 있다.

시추 작업을 수행하는 대표적인 해양구조물로는 Drill-ship, Drilling-Rig, Jack-up, Drilling-Barge 등이 있다.

이들 중 심해에서 시추 작업이 가능한 것으로는 Drill-ship과 Drilling-Rig가 있다. Drill-ship은 선박 형태의 시추선으로 적재 공간이 크기 때문에 supply vessel의 도움없이 장기간 작업이 가능하다는 장점이 있다.

하지만, 선박 형태를 가지기 때문에 운동 성능이 좋지 못한 단점으로 인해 파도 등으로 인한 해상 환경하중이 심한 해역에서는 투입이 제한적이다.

Drilling-Rig는 semi-submersible로도 불린다. Semi-submersible은 폰툰(pontoon) 위에 컬럼(column)이 설치되고, 컬럼(column) 위에 메인 데크가 설치되도록 구성되며, 수선 면적이 작아 운동 성능이 좋은 장점이 있다.

따라서 상대적으로 해상환경 하중이 심한 해역에서도 투입이 가능하며 심해 유전 개발을 위해 많이 투입되고 있다.

한편, 선박이나 해양구조물 등은 해상에 있기 때문에 각종 재난이나 사고에 대처하는 것이 육상에 비해 어려운 면이 있다.

그래서, 비상시 대처하기 위한 장비들을 보유하고 있으며, 또한 비상시를 대비한 각종 규칙들이 존재한다.

그 중 하나로서 DP3 조건은 선박이나 해양구조물의 갑판 상의 구조물들이 서로 구획될 수 있도록 최소한 3구역 이상으로의 격리를 위한 조건이다.

즉, 해상에서 화재, 침수 등의 사고가 발생하는 경우에 피해의 복구가 불가능한 경우도 있으며, 피해의 복구가 되더라도 그 간에 선박의 기능을 하지 못하는 경우에는 해상에 그대로 표류할 수밖에 없기 때문에 선박의 기능 손실을 최소화하기 위하여 최소한 3구역 이상으로의 격리를 요한다.

그래서, 피해 발생 구역과 격리된 구역은 피해를 입지 않아 정상적인 기능을 수행할 수 있게 하고, 그러기 위해서 엔진 등의 중요 장치를 각 구역별로 보완적으로 구비될 것을 요하는 것이다.

이렇게 DP3 조건을 만족하도록 구역을 설정하는 것은, 위의 원칙에 따르되 각 선박이나 구조물의 설비들의 배치 상황과 평면상의 형태에 따라서 다를 수 있다.

그 중 본 발명이 속하는 반잠수식 해양 구조물은, 도 1에 도시된 바와 같이, 그 특성상 메인 데크가 대체로 사각 형태 내지 정사각 형태를 갖는다.

그러므로, DP3 조건을 위해서는 정사각 형상을 4등분하도록 구역을 구획하는 것이 바람직하고, 그에 따라 문풀(moonpool)을 기준으로 구획된 각 4분면에 엔진룸(1)을 배치하는 것이 리던던시(redundancy)에 가장 적합하게 고려되었다.

또한, 각 엔진룸에는 두 개의 발전 엔진이 보완적으로 구비되고, 각각의 발전 엔진은 스위치보드(2, switch board)를 통해서 개별적으로 스러스터(thruster)와 연결되어 스러스터(A,B,C,D,E,F,G,H)를 동작하게 한다.

1. 한국등록특허공보 제10-1459314호

본 발명은 DP3 조건을 만족시키면서도 보다 효율적인 엔진과 스러스터의 배치가 가능한 반잠수식 해양구조물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 태양에 따른 반잠수식 해양 구조물은, 컬럼에 의해 지지되는 메인 데크 상에 3개의 엔진룸이 구비되고, 상기 엔진룸 각각은 별도로 구분된 구역 상에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 엔진룸 각각은 방염 및 방수 특성을 갖는 격벽에 의해 구분된 구역 상에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 3개의 엔진룸은 선미에 배치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 엔진룸은 각각 2개의 발전 엔진을 가지는 것을 특징으로 하고, 상기 발전 엔진 각각은 각각 대응하는 스러스터(thruster)에 전기를 공급하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 우현(starboard)에 3개의 스러스터와 좌현(port)에 3개의 스러스터가 배치되는 것을 보다 구체적인 특징으로 한다.

이 때, 3개의 엔진룸 중 우현 측에 배치되는 엔진룸의 두 개의 발전 엔진은 우현의 선수 또는 선미 중 같은 측에 배치되는 두 개의 스러스터를 동작시키고, 3개의 엔진룸 중 좌현 측에 배치되는 엔진룸의 두 개의 발전 엔진은 좌현의 선수 또는 선미 중 같은 측에 배치되는 두 개의 스러스터를 동작시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 우현 측에 배치되는 엔진룸에 대응되는 두 개의 스러스터와 좌현 측에 배치되는 엔진룸에 대응되는 두 개의 스러스터는 선수 또는 선미 중 동일한 측에 배치되지 않는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명의 다른 태양에 따른 반잠수식 해양 구조물은, 컬럼에 의해 지지되는 메인 데크 상 공간이 방염 및 방수 특성을 갖는 격벽에 의해서 최소 3개의 구역으로 구분되고, 상기 메인 데크 상에는 3개의 엔진룸을 가지며, 상기 엔진룸에 각각 2개의 스러스터가 대응되게 연결되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 3개의 엔진룸은 선미에 상기 격벽에 의해 구분되어 배치되는 것을 보다 구체적인 특징으로 한다.

본 발명에 따른 반잠수식 해양 구조물에 의하면, DP3 요건을 만족하여 충분한 리던던시(redundancy)를 가지면서도, 총 배치되는 발전 엔진과 스러스터의 수를 줄일 수 있어 획기적으로 경제적이다.

스러스터의 수를 줄여서 운영하여도, 자세유지 측면(Dynamic Positioning)에서 리던던시에 문제가 되지 않을 정도로 충분함을 알 수 있었다.

그리고, 문풀을 기준으로 반잠수식 해양 구조물의 후방으로 엔진룸을 배치함으로써, 전방에 배치되는 선실과의 거리가 멀어져 선실에서의 소음이 적어 작업성도 향상되며 편의적이다.

또한, 엔진룸 및 스러스터의 개수가 줄어들어 구획의 자유도가 커져 반잠수식 해양 구조물의 갑판 배치에 따라 유동적으로 구성시킬 수 있다.

한편, 3개의 엔진룸에 따라 구획됨에 따라 각각의 엔진과 스러스터의 배치를 최적화하여 운용할 수 있다.

도 1은 종래의 반잠수식 해양구조물을 평면적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 반잠수식 해양구조물을 평면적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 반잠수식 해양구조물의 성능을 실험한 예를 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해 필요한 공지의 기술은 필요에 따라 그 설명을 생략하거나 줄이도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 반잠수식 해양구조물은, 수면에 잠겨 부력을 제공하는 폰툰(poontoon), 자체 추진을 위한 복수의 스러스터(thruster), 폰툰에서 수직하게 연장되는 복수의 컬럼(column)과 컬럼에 의해 지지되는 메인 데크(deck)로 구성되고, 메인 데크에 구비되는 발전엔진이 각 스러스터를 가동시키는 것에 의해서 추진이 되는 방식으로 구성된다.

도 2는 그러한 반잠수식 해양구조물의 평면상 개념도를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 이러한 본 발명의 일 실시예에 의한 반잠수식 해양구조물은, 사각 형상의 메인 데크 상에 3개의 엔진룸(E1,E2,E3)이 구비되고, 3개의 엔진룸 각각에는 2개씩의 발전 엔진이 구비되며, 각각의 발전 엔진은 각각 대응되는 스러스터와 배전반(S1,S2,S3)을 통해 연결됨으로써, 총 3개의 엔진룸, 6개의 발전 엔진 및 6개의 스러스터로 구성됨으로써, 기존에 비해 발전 엔진 및 스러스터의 개수를 줄이면서도 DP3의 조건과 충분한 추진력을 확보할 수 있다.

엔진룸을 3개만 구비하도록 함으로써, 이를 수평적으로 나란히 배치하는 것이 가능해진다. 그래서, 이에 대한 일 실시형태로서 3개의 엔진룸을 선미 측에 배치시킴으로써, 선실 구역으로부터 멀어져 선실 구역이 비교적 소음이 덜 하는 효과가 있다.

총 6개의 스러스터(T1,T2,T3,T4,T5,T6)는 우현 측에 3개, 좌현 측에 3개씩 배치되는 것이 바람직하다.

그리고, 우현과 좌현에 배치되는 3개씩의 스러스터는 2개가 선수에 배치되고 하나가 선미에 배치되거나, 반대로 2개가 선미에 배치되고 하나가 선수에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 좌현 선수에 2개의 스러스터가 배치된다면, 우현 선수에는 1개의 스러스터가 배치되도록 하는 것이 바람직하다.

예를 든 도시에서는, 우현의 선수에 2개의 스러스터(T1,T2)가 배치되고, 우현의 선미에 1개의 스러스터(T3), 그리고 좌현의 선수에 1개의 스러스터(T6), 좌현의 선미에 2개의 스러스터(T4,T5)가 배치되는 것을 그 예로 들었다.

이와 같이 배치됨에 따라 6개의 스러스터에 의해서도 안정적인 추진을 가능하게 한다.

우현에 배치되는 두 개의 스러스터, 즉 도시에서는 우현 선수의 스러스터(T1,T2)는 3개의 엔진룸 중 우현 측에 배치되는 엔진룸(E1)의 발전 엔진과 연결되도록 구현한다.

그리고, 좌현에 배치되는 두 개의 스러스터, 도시에서는 좌현 선미의 스러스터(T4,T5)는 3개의 엔진룸 중 좌현 측에 배치되는 엔진룸(E2)의 발전 엔진과 연결되게 구현되는 것이 바람직하다.

그에 따라, 중앙에 배치되는 엔진룸(E3)이 선수나 선미에 단독으로 배치되는 스러스터인 T3와 T6와 연결되게 한다.

이와 같이 스러스터 별로 구분되게 대응되는 엔진룸은 메인 데크 상에서 각각 별도로 구분된 구역에 배치된다.

즉, 선미 측에 나란히 배치되는 3개의 엔진룸은 각각 방염 및 방수 특성을 갖는 격벽에 의해 철저히 구분되게 배치됨으로써 재난이나 사고시에 어느 일 구역이 손상되더라도 다른 구역의 엔진 등은 정상 가동이 가능할 수 있게 된다.

이러한 구분은 방염 및 방수 특성을 갖는 격벽에 의해 구현하고, 벌크헤드(bulkhead)에 A60 층을 형성시킴으로써 구현한다.

이와 같이 배치됨으로써, 우현 선수 측의 두 스러스터(T1, T2)와 우현 측의 엔진룸(E1)이 하나의 구역 A1 내에 구분 배치되고, 좌현 선미 측의 두 스러스터(T4, T5)와 좌현 측의 엔진룸(E2)이 하나의 구역 A2 내에 구분 배치되게 한다.

나머지 엔진룸 E3와 남은 스러스터 T3와 T6는 A1, A2와 구분된 영역에 배치되게 된다.

다만, 엔진룸 E3와 스러스터 T6은 하나의 구역 A3로서 구분될 수 있고, 또 다른 스러스터 T3는 엔진룸 E3와 같은 영역에 배치될 수가 없다.

그러므로, 배치상 A1 영역에 남겨질 수도 있고, 엔진룸 E1이 배치되는 A1 구역과의 구분을 위해서 엔진룸 E1과 사이에 격벽이 추가되어 A4 구역을 이룰 수도 있다.

또한, 엔진룸이 선미에 모두 배치되고 6개의 스러스터와의 배치 상, 중앙 엔진룸(E3)의 발전엔진으로부터 두 스러스터(T3,T6)로의 케이블 연결은 도시와 같이 구조적으로 다른 영역을 거치게 되는 경우도 발생할 수 있다.

그러한 경우에 T6 스러스터로 연결되는 케이블은 A2와 A3 간의 격벽을 통과하도록 구현되고, T3 스러스터로 연결되는 케이블은 A3와 A1간의 격벽 및 A1과 A4 간의 격벽을 통과하도록 구현될 수 있다.

다만, 이와 같이 구현될 경우, T6로 연결되는 케이블이 A2 구역의 비상시 손상을 입을 수 있고, T3로 연결되는 케이블이 A1 구역의 비상시에 함께 손상을 입을 수 있기 때문에, 이를 보완하기 위해서 A2 영역을 통과하는 스러스터 T6와의 연결 케이블 및 A1 영역을 통과하는 스러스터 T3와의 연결 케이블에는 각각 보강층(C3, C4)을 형성시키는 것이 바람직하다.

보강층(C3,C4)으로서는 방염 및 방수 재질의 A60 층을 적용시킨다.

이상과 같이 본 발명의 반잠수식 해양구조물은 메인 데크 상에 3 구역 이상의 구역을 설정하고, 각각에 엔진룸을 격리함에 따라 DP3 조건을 만족시키면서도, 엔진룸의 수가 줄어들어 그 배치가 용이하고, 그에 따른 메인 데크의 활용이 여유로워지게 하며, 적당한 수의 스러스터에 의해 구현시키는 것이 가능함으로써, 보다 경제적이고 효율적인 반잠수식 해양구조물을 구현할 수 있다.

무엇보다도, 이와 같이 스러스터를 줄여서 구성하더라도 계류수단(mooring) 등의 도움없이 자동으로 위치를 유지하기 위한 시스템(Dynamic Positioning System)이 유지되는 것이 일차적으로 중요하다.

자동위치유지시스템(DP System)은 선박이 계류장치에 의하지 않고서도 자동으로 위치를 유지할 수 있고, 외력에 구애됨 없이 목적지까지 항해가 가능하도록 자동적으로 제어하는 시스템이다.

즉, 바람, 파도, 조류 등의 외력에 관한 조건들을 센서에 의해 센싱하고, GPS 등을 통해서 선박의 현재 위치 및 목적지에 대한 위치정보를 얻고, 이러한 조건을 감안하여 스러스터 등의 추력장치를 각각 제어하는 것에 의해서 선박의 위치를 유지시키는 시스템이다.

본 발명은 본 발명에 따르는 반잠수식 리그의 스러스터가 8개인 것이 추력시스템의 과잉이라는 판단 하에 스러스터가 6개로서 DP3 조건이 만족되도록 엔진룸 등을 배치시키고, 이러한 수량과 배치에서 자동위치유지시스템(DP 시스템)의 유지에 문제가 없는지를 실험하여 검증하였다.

도 3은 그러한 결과를 나타낸 것으로서, 도 3은 추력시스템에 문제가 없는 경우(Intact)와, 본 발명에 따라서 하나의 엔진룸과 배전반을 공유하는 한 쌍의 스러스터가 작동이 되지 않는 경우(2-thruster failure)에 자세유지 성능을 도표로 나타낸 것이다.

결과와 같이, 한 쌍의 스러스터의 불능에도 자세유지성능을 충분히 유지함을 알 수 있었고, 그에 따라 본 발명과 같이 6개의 스러스터로의 구성이 가능하였다.

이상과 같이 본 발명에 따른 반잠수식 해양구조물은, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

A1, A2, A3, A4 : 구분 구역
E1, E2, E3, E4 : 엔진룸
T1, T2, T3, T4, T5, T6 : 스러스터
C3, C4 : 보강층

Claims (10)

1. 폰툰, 상기 폰툰으로부터 수직하게 연장되는 컬럼 및 상기 컬럼에 의해 지지되며 사각 형상을 갖는 메인 데크를 갖는 반잠수식 해양구조물에 있어서,
   상기 반잠수식 해양구조물의 추진을 위해 배치되는 다수의 스러스터; 및
   상기 스러스터와 각각 하나씩 대응되며, 대응되는 스러스터에 각각 전력을 공급하는 다수의 발전 엔진;을 포함하되,
   상기 스러스터 및 발전 엔진은 각각 6개씩 마련되며,
   상기 스러스터는,
   상기 반잠수식 해양구조물의 좌현 및 우현을 기준으로 각각 3개씩, 상기 반잠수식 해양구조물의 선수 및 선미를 기준으로 각각 3개씩 배치되고,
   상기 반잠수식 해양구조물은 DP3 조건을 만족하도록 구획되는 적어도 3개 이상의 구역을 포함하여,
   상기 스러스터 및 발전 엔진은 상기 적어도 3개 이상의 구역 중 어느 하나의 구역에 2개씩 짝을 지어 배치되고,
   상기 3개 이상의 구역 중 어느 3개의 구역에는, 상기 발전 엔진이 각 2개씩 마련되는 3개의 엔진룸이 각각 하나씩 배치되며,
   상기 엔진룸은 상기 반잠수식 해양구조물의 문풀을 기준으로 선실과 반대 측에 수평으로 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는, 반잠수식 해양구조물.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스러스터 중 적어도 2개의 스러스터는,
   상기 반잠수식 해양구조물의 좌현 선수 및 우현 선미, 또는 상기 반잠수식 해양구조물의 우현 선수 및 좌현 선미에 각각 하나씩 배치되는, 반잠수식 해양구조물.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 스러스터는 2개가 한 쌍을 이루어,
   적어도 한 쌍은 상기 반잠수식 해양구조물의 좌현 선수에 배치되고,
   적어도 한 쌍은 상기 반잠수식 해양구조물의 우현 선미에 배치되며,
   나머지 한 쌍은 상기 반잠수식 해양구조물의 좌현 선미와 우현 선수에 각각 하나씩 대각선 방향으로 대칭되도록 배치되는, 반잠수식 해양구조물.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 스러스터는 2개가 한 쌍을 이루어,
   적어도 한 쌍은 상기 반잠수식 해양구조물의 우현 선수에 배치되고,
   적어도 한 쌍은 상기 반잠수식 해양구조물의 좌현 선미에 배치되며,
   나머지 한 쌍은 상기 반잠수식 해양구조물의 우현 선미와 좌현 선수에 각각 하나씩 대각선 방향으로 대칭되도록 배치되는, 반잠수식 해양구조물.
5. 청구항 3 또는 4에 있어서,
   상기 엔진룸은 상기 문풀을 기준으로 선실과 반대 측에, 좌현 측, 중앙 및 우현 측으로 나란히 수평 배치되는, 반잠수식 해양구조물.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 중앙 엔진룸에 배치되는 2개의 발전 엔진은 상기 우현 및 좌현에 각각 하나씩 대각선 방향으로 대칭되도록 배치되는 한 쌍의 스러스터와 연결되는, 반잠수식 해양구조물.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 좌현 측 엔진룸에 배치되는 2개의 발전 엔진은 상기 좌현에 배치되는 한 쌍의 스러스터와 연결되고,
   상기 우현 측 엔진룸에 배치되는 2개의 발전 엔진은 상기 우현에 배치되는 한 쌍의 스러스터와 연결되는, 반잠수식 해양구조물.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 스러스터, 상기 스러스터와 대응되는 발전 엔진 및 엔진룸이 하나의 그룹을 이루어, 하나의 그룹은 상기 3개 이상의 구역 중 어느 하나의 구역에 배치되고,
   상기 하나의 그룹의 발전 엔진과 스러스터를 연결하는 라인은 상기 발전 엔진 및 스러스터와 같은 구역 내에 배치되는, 반잠수식 해양구조물.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 적어도 하나의 그룹은,
   한 쌍의 스러스터 중 어느 하나가 서로 다른 구역 내에 배치되고,
   상기 한 쌍의 스러스터 중 어느 하나의 스러스터와 발전 엔진을 연결하는 라인은 상기 스러스터가 마련되는 구역이 아닌 다른 구역을 통과하며,
   상기 다른 구역을 통과하는 라인에는 보강층이 형성되는, 반잠수식 해양구조물.
   
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