KR101801803B1 - 무어링장치 및 무어링시스템 - Google Patents

무어링장치 및 무어링시스템 Download PDF

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Abstract

무어링장치 및 무어링시스템이 개시된다. 본 발명의 무어링장치는, 해상에서 부유하며 원유 또는 가스를 시추하기 위하여 사용되는 생산유닛을 계류(mooring)하는데 사용되는 무어링장치에 있어서, 부유체로 이루어져 생산유닛의 측면 테두리를 둘러싸도록 이루어지는 프레임; 및 적어도 2개 이상으로 구비되고, 일측 단부가 프레임에 고정되고 타측 단부가 해저면에 고정되어 프레임을 고정시키는 무어링라인을 포함하고, 생산유닛은 프레임 내부에서 수평방향의 직선이동은 저지되되 상하방향으로 이동가능한 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 프레임이 생산유닛을 둘러싸도록 이루어짐으로써 생산유닛이 외부의 선박 및 구조물과 충돌하는 것을 방지할 수 있고 또한 파도에 의한 생산유닛의 충격을 방지할 수 있으며, 생산유닛의 데크(deck) 상에 무어링라인을 위한 별도의 장치가 필요 없으므로, 생산유닛 데크의 공간을 확보할 수 있는 무어링장치 및 무어링시스템을 제공 한다.

Description

무어링장치 및 무어링시스템{MOORING APPARATUS AND MOORING SYSTEM}
본 발명은 무어링장치 및 무어링시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 해상에서 부유하며 원유 또는 가스를 시추하기 위하여 사용되는 생산유닛을 계류(mooring)하는데 사용되는 무어링장치 및 무어링시스템에 관한 것이다.
부유식 원유생산 저장 하역 설비(FPSO, Floating Production Storage Offloading)는 해상의 일정지역에 머물면서 해저에서 원유를 뽑아 올려 생산, 저장 및 하역하는 설비를 말하고, 액화천연가스설비(FLNG, floating liquid natural gas plant)는 해상의 일정지역에 머물면서액화천연가스를 생산,저장 및/또는 하역하는 설비를 말한다.
이와 같이 부유식 오일/가스 생산설비(FPSO, FLNG 등)과 같은 부유유닛(Offshore Floating Unit)은 해당 해역에서 무어링시스템(Mooring System)에 의해 고정되어 운용된다. 특히, 환경 조건이 좋지 않은 해역에서는 바람 및 파도에 의한 저항 및 횡동요(Roll Motion)을 최소화하기 위하여 터렛 무어링 시스템(Turret Mooring System)이 적용되고 있다.
무어링시스템은, 선체의 내부에 터렛이 영구적으로 고정설치되는 내부 터렛 무어링 시스템(Internal Turret Mooring System), 선체 외부에 터렛이 고정 설치되는 외부 터렛 무어링 시스템(External Turret Mooring System), 선체와 해저면 간 무어링 라인(Mooring line)을 설치하여 부유유닛을 고정하는 스프레드 다점 계류 시스템(다점 무어링 시스템, Spread Mooring System)으로 구분할 수 있다.
내부 터렛 무어링 시스템은 터렛이 영구적으로 고정설치되어야 하는데, 터렛의 비용이 고가이고, 터렛이 선체 내부에 설치되므로 선체의 사이즈가 충분히 커져야 하며, 터렛 설치 공간으로 인해 적재공간이 상대적으로 줄어드는 문제점이 있다.
외부 터렛 무어링 시스템 또한 터렛이 고정설치되는데, 역시 터렛 비용이 고가인 문제점이 있다. 또한 무어링 로프(Mooring rope)와의 간섭을 피하기 위해 터렛 중심이 선수 앞쪽으로 많이 떨어져야 하는데, 이를 위하여 크고 중량의 구조물이 필요하고 아울러 취약한 구조를 갖게 되는 문제점이 있으며, 설계 제약 및 원가상승의 문제점을 유발한다.
다점 무어링 시스템은 무어링 관련 장비가 선체의 데크 상에 설치되어야 함으로써 선체 데크의 공간확보에 불리하고, 파도가 직접 선체에 충격을 가하게 되므로 선체의 충격 방지에 취약하며, 외부의 선박 및 구조물과 충돌시 충격완화를 위한 별도의 대책이 필요하다.
(0001) 대한민국등록특허 제10-1444854호(등록일: 2014.09.19) (0002) 대한민국등록특허 제10-1358140호(등록일: 2014.01.27)
본 발명의 목적은, 생산유닛의 무어링이 안정적으로 이루어지면서 생산유닛의 흘수(draft) 변경에 따른 상하 수직운동이 가능하도록 하고, 생산유닛의 손상을 방지할 수 있는 무어링장치 및 무어링시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 해상에서 부유하며 해저로부터 원유 또는 가스를 뽑아 올려 생산, 저장 및 하역하는 생산유닛을 계류(mooring)하는데 사용되는 무어링장치에 있어서, 부유체로 이루어져 상기 생산유닛의 측면 테두리를 둘러싸도록 이루어지는 프레임 및 적어도 2개 이상으로 구비되고, 일측 단부가 상기 프레임에 고정되고 타측 단부가 해저면에 고정되어 상기 프레임을 고정시키는 무어링라인을 포함하여 상기 생산유닛을 상기 프레임 내부에서 수평방향의 직선이동은 저지하되 상하방향으로 이동가능하도록 한 것을 특징으로 하는 무어링장치가 개시된다.
상기 프레임은 상기 생산유닛의 테두리 전체에서, 상기 생산유닛과 밀착되거나 상기 생산유닛과의 간격이 일정하게 유지될 수 있다.
상기 프레임의 내측면에는, 상기 생산유닛의 외측면에 밀착되는 2개 이상의 펜더가 설치될 수 있다.
상기 펜더는, 수평방향의 회전축을 기준으로 회전가능하도록 롤러 형태로 이루어지고, 외주면에는 탄성변형되는 탄성체가 구비될 수 있다.
상기 프레임에는, 상기 생산유닛의 라이저(riser)가 상하 이동하는 라이저홀이 구비될 수 있다.
본 발명에 의하면, 프레임이 생산유닛을 둘러싸도록 이루어짐으로써 생산유닛이 외부의 선박 및 구조물과 충돌하는 것을 방지할 수 있고 또한 파도에 의한 생산유닛의 충격을 방지할 수 있으며, 생산유닛의 데크(deck) 상에 무어링라인을 위한 별도의 장치가 필요 없으므로, 생산유닛 데크의 공간을 확보할 수 있는 무어링장치 및 무어링시스템을 제공할 수 있다.
또한, 스프레드 다점 계류 시스템(다점 무어링 시스템, Spread Mooring System)을 대체할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 발명의 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무어링장치를 개략적으로 도시한 평면도 및 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 무어링시스템에서 무어링장치와 생산유닛의 관계를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 무어링시스템의 다른 사용상태를 개략적으로 도시한 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 무어링시스템의 다른 사용상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무어링장치(1)를 개략적으로 도시한 평면도 및 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무어링시스템(2)에서 무어링장치(1)와 생산유닛(100)의 관계를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 무어링시스템(2)의 다른 사용상태를 개략적으로 도시한 측면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 무어링시스템(2)의 다른 사용상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
본 발명에 따른 무어링장치(1)는 프레임(10) 및 무어링라인(20)을 포함하여 이루어진다.
그리고 본 발명에 따른 무어링시스템(2)은 생산유닛(100), 프레임(10) 및 무어링라인(20)을 포함하여 이루어진다. 즉, 무어링시스템(2)에서 생산유닛(100)이 배제된 상태가 무어링장치(1)를 이룬다.
생산유닛(100)은 해상에서 부유하며, 이에 따라 생산유닛(100)은 적어도 일부가 해수면(W) 위쪽으로 돌출된다.
생산유닛(100)은 원유 또는 가스를 시추하는데 사용되는 구조물이며, 부유식 오일 생산설비(FPSO), 부유식 가스 생산설비(FLNG) 등이 이에 해당될 수 있다.
본 발명에 따른 무어링장치(1) 및 무어링시스템(2)에서, 생산유닛(100)은 프레임(10)에 지지되면서 프레임(10)을 상대로 수평방향의 직선이동은 저지되도록 이루어지되, 프레임(10) 내부에서 상하방향으로 이동할 수 있도록 이루어진다.
이를 위하여 생산유닛(100)의 평면도상(상공에서 연직방향으로 생산유닛(100)을 바라보았을 때) 외측면 테두리 형상 및 크기는, 프레임(10)의 평면도상 내측면 형상 및 크기(내부공간(S)의 형상 및 크기)에 대응되도록 이루어진다.
예컨대, 생산유닛이 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 사각형으로 이루어지는 경우 프레임 또한 이를 수용하는 사각형 형태로 이루어질 수 있고, 생산유닛이 마름모형, 타원형 등의 형태로 이루어지는 경우 프레임 또한 마름모형, 타원형 등의 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 무어링장치(1) 및 무어링시스템(2)에서 프레임(10)이 생산유닛(100)과 동일한 형태로 이루어지는 것이 바람직하나, 다만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 생산유닛(100)의 수평방향 이동을 저지할 수 있는 범위 내에서 프레임(10)은 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 무어링장치(1)는 상술한 생산유닛(100)을 계류(mooring)하는데 사용되는 것이며, 프레임(10)은 부유체로 이루어져 생산유닛(100)을 측면 테두리를 둘러싸도록 이루어진다.
프레임(10)은 해상에서 부유할 수 있도록 이루어지며, 이에 따라 프레임(10)은 적어도 일부가 해수면(W) 위쪽으로 돌출된다.
프레임(10)은 생산유닛(100)을 안정적으로 지지하기 위하여 내구성 및 강성을 갖는 다양한 소재로 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이 프레임(10)은, 평면도상 사각형, 마름모형 또는 타원형 등의 고리 형태로 이루어지고, 프레임(10) 내부에는 공간(S)이 구비되며, 이러한 공간(S) 상에 생산유닛(100)이 위치하게 된다.
본 발명에 따른 무어링장치(1) 및 무어링시스템(2)에서, 생산유닛(100)의 테두리는 프레임(10)의 내측면에 밀착될 수 있고, 또는 약간 이격될 수 있다.
즉, 생산유닛(100)이 도 1 및 도 2 도시된 바와 같이, 직사각형 형태로 이루어질 때, 생산유닛(100)의 전후방향 폭이 A1(101과 102 사이의 거리), 좌우방향 폭이 B1(103과 104 사이의 거리), 프레임의 내측공간(S)의 전후방향 폭 A2, 좌우방향 폭 B2라고 할 때, A1=A2 및 B1=B2 이거나, 또는 A1<A2 및 B1<B2로 이루어질 수 있다.
전자의 경우(A1=A2 및 B1=B2), 생산유닛(100)은 프레임(10) 내부의 모든 방향에서 이격되지 않으므로 수평방향으로 유격이 없으며, 다만 프레임(10) 내부에서 상하방향으로 이동가능하게 된다.
후자의 경우(A1<A2 및 B1<B2), 생산유닛(100)은 프레임(10) 내부에서 이격될 수 있으나, 이 경우에도 프레임(10) 내부에서 생산유닛(100)의 유격(수평방향 이동)이 발생되는 것은 아니며, 이를 위하여 또한 생산유닛(100)의 원활한 승강(상승 및 하강)을 돕기 위하여, 펜더(30)가 구비된다.
즉 후자의 경우(A1<A2 및 B1<B2), 생산유닛(100)의 테두리(101, 102, 103, 104)는 그 자체로 프레임(10)의 내측면에 밀착되는 것이 아니고, 펜더(30)를 매개로 하여 프레임(10) 내측면에 밀착된다.
펜더(30)는 생산유닛(100)과 프레임(10) 간의 유격을 방지할 수 있도록 이루어짐은 물론, 생산유닛(100)과 프레임(10) 간의 충격을 완화할 수 있도록 이루어지며, 이를 위하여 펜더(30)의 외측면(특히, 생산유닛(100)과 접촉하는 쪽 면)에는 탄성체가 구비된다. 여기서 탄성체는 탄성고무와 같은 소재를 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 펜더(30)는 프레임(10)의 내측면 상에 결합되어 회전하는 형태로 이루어질 수 있다. 이때 펜더(30)는 프레임(10)의 내측면에서 프레임(10)의 내측방향으로 일부가 돌출된 형태로 이루어져 생산유닛(100)의 각 테두리(101, 102, 103, 104)에 접촉한다.
그리고 펜더(30)는 볼(ball) 형태로 이루어질 수 있고, 또는 롤러(roller) 형태로 이루어질 수 있다. 펜더(30)가 롤러 형태로 이루어지는 경우 펜더(30)의 회전축은 수평방향으로 이루어진다.
펜더(30)는 2 개 이상으로 구비되며, 바람직하게는 생산유닛(100)의 각 테두리(101, 102, 103, 104) 접촉하는 각각의 펜더(30) 개수가 2개 이상이 되도록, 충분한 개수로 이루어지는 것이 바람직하다.
펜더(30)는 프레임(10)의 내주면 전체에서 일정한 간격을 갖도록 배열될 수 있다.
상술한 바와 달리, 펜더(30)는 생산유닛(100)의 테두리(101, 102, 103, 104)에 결합되는 형태(또는 결합되어 회전하는 형태)로 이루어질 수 있다. 즉, 펜더(30)는 생산유닛(100)에 결합되고, 생산유닛(100)이 프레임(10)을 기준으로 승강시 프레임(10)의 내측면에 밀착되어 이동하도록 이루어질 수 있다.
펜더(30)가 생산유닛(100)의 각 테두리(101, 102, 103, 104)에 결합되는 경우, 펜더(30)는 생산유닛(100)의 각 테두리(101, 102, 103, 104)에서 바깥쪽 방향으로 돌출된 형태로 이루어져 프레임(10)의 내측면에 접촉한다.
또한 이 경우에도 펜더(30)는 볼 형태로 이루어질 수 있고, 또는 롤러 형태로 이루어질 수 있다. 펜더(30)가 롤러 형태로 이루어지는 경우 펜더(30)의 회전축은 수평방향으로 이루어진다.
펜더(30)가 생산유닛(100)의 각 테두리(101, 102, 103, 104)에 결합되는 경우에도 역시, 펜더(30)는 2 개 이상으로 구비되며, 바람직하게는 생산유닛(100)의 각 테두리(101, 102, 103, 104)에 형성되는 펜더(30) 개수가 각각 2개 이상이 되도록, 충분한 개수로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 이때, 각 펜더(30)는 등 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무어링장치(1) 및 무어링시스템(2)에서는 펜더(30)가 구비됨으로써 생산유닛(100)과 프레임(10)의 직접적인 마찰을 방지하고, 또한 펜더(30)가 롤러 형태로 이루어짐으로써 생산유닛(100)은 프레임(10) 내부에서 연직방향의 원활히 이동할 수 있으며, 프레임(10) 내부에서 연직방향 이외의 방향으로의 유격을 방지할 수 있다.
무어링라인(20)은 적어도 2개 이상으로 구비되어, 일측 단부가 프레임(10)에 고정되고 타측 단부가 해저면에 고정되도록 이루어진다.
예컨대 무어링라인(20)은, 체인 및 체인의 하단부에 결합되는 앵커를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이에 의하여 프레임(10)이 해상에서 안정되게 계류될 수 있도록 한다.
바람직하게는 무어링라인(20)은 4개 이상으로 구비되는 것이 바람직하며, 프레임(10)을 안정적으로 지지할 수 있도록 프레임(10)을 중심으로 상하 및 좌우 대칭된 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.(무어링라인(20)의 개수는 4의 배수로 이루어지는 것이 바람직하다.)
무어링라인(20)에 의하여 프레임(10)은 해상에서 고정된 위치를 유지한다. 즉, 프레임(10)의 흘수(draft) 변화가 없게 된다. 그리고 이에 따라 무어링라인(20)의 장력은 거의 일정하게 유지될 수 있다.
이에 반하여, 생산유닛(100)은 프레임(10)을 기준으로 상하방향 이동할 수 있으며, 생산유닛(100)의 흘수(draft) 변경에 따른 상하 수직운동이 이루어진다. 특히, 상술한 바와 같이 롤러 형태의 펜더가 구비됨으로써 생산유닛(100)의 수직운동은 더욱 용이하게 이루어지는데, 이에 따라 생산유닛(100)과 프레임(10) 간에 작용하는 충격을 완화할 수 있으며, 생산유닛(100) 및 프레임(10)에 발생할 수 있는 손상을 방지할 수 있다.(프레임(10)을 상대로 한 생산유닛(100)은 승강이 저지되는 경우, 생산유닛(100)을 승강시키거나 하강시키는 작용이 이루어질 때, 생산유닛(100)과 프레임(10) 간에 강한 하중이 작용하며, 이는 생산유닛(100) 및 프레임(10)을 손상시킬 수 있음)
다만, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무어링장치(1) 및 무어링시스템(2)에서, 수직운동을 제외한 롤링(Rolling), 피칭(Pitching), 스웨이(Sway) 등의 운동시에는 생산유닛(100)과 프레임(10)이 함께 움직일 수 있다.
프레임(10)에는 라이저홀(11)이 구비된다. 라이저홀(11)은 다수 개로 구비될 수 있으며, 프레임(10)에서 좌우 대칭된 형태로 구비될 수 있다.
라이저홀(11)은 프레임(10)에서 하측방향으로 관통된 구멍이며, 이러한 라이저홀(11)을 통하여 생산유닛의 각 라이저(riser, 110)가 상하 이동할 수 있으며, 아울러 드릴 파이프(drill pipe)가 상하 이동할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 무어링시스템(2)에서는, 프레임(10) 상에 라이저홀(11)이 구비됨으로써, 프레임(10)은 라이저 보호구(riser protector) 역할을 할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 해상에서 안정적으로 계류하는 무어링장치(1) 내부에 생산유닛(100)이 삽입되어 수평방향의 직선이동은 구속되되 연직방향으로 원활히 승강할 수 있도록 이루어짐으로써, 생산유닛(100)의 흘수(draft) 변경에 따른 상하 수직운동이 가능하게 된다.
또한, 프레임(10)이 생산유닛(100)을 둘러싸도록 이루어짐으로써 생산유닛(100)이 외부의 선박 및 구조물과 충돌하는 것을 방지할 수 있고, 파도에 의한 생산유닛(100)의 충격을 방지할 수 있다.
또한, 라이저홀(11)이 프레임(10) 상에 형성되므로, 생산유닛(100)의 데크(deck) 상에 무어링라인(20)을 위한 별도의 장치가 필요 없으며, 생산유닛(100) 데크의 공간을 확보할 수 있다.
또한, 생산유닛(100)과 외부 선박 간의 충돌 방지에 의하여 별도의 손상복원(damage stability)에 대한 고려가 필요치 않으며, 생산유닛(100) 상에 추가적인 중량의 모듈 설치가 가능하게 된다.
또한, 프레임(10)의 상단면을 작업공간으로 사용할 수 있으며, 외부 선박의 도움 없이 생산유닛(100) 및 라이저(110) 수리가 가능하다.
또한, 프레임(10)은 외부 지원선박의 접안 및 승하선시설로도 활용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
1 : 무어링장치 2 : 무어링시스템
10 : 프레임 11 : 라이저홀
20 : 무어링라인 30 : 회전체
100 : 생산유닛 110 : 라이저

Claims (5)

  1. 해상에서 부유하며 해저로부터 원유 또는 가스를 뽑아 올려 생산, 저장 및 하역하는 생산유닛을 계류(mooring)하는데 사용되는 무어링장치에 있어서,
    부유체로 이루어져, 상기 생산유닛의 테두리 전체에 밀착되거나 간격이 일정하게 유지되도록 상기 생산유닛의 측면 테두리를 둘러싸는 프레임;
    적어도 2개 이상으로 구비되고, 일측 단부가 상기 프레임에 고정되고 타측 단부가 해저면에 고정되어 상기 프레임을 고정시키는 무어링라인;
    상기 생산유닛의 외측면에 밀착되도록 상기 프레임의 내측면에 2개 이상으로 설치되며, 수평방향의 회전축을 기준으로 회전 가능하도록 롤러 형태로 이루어지고 외주면에는 탄성변현되는 탄성체가 구비되는 펜더; 및
    상기 프레임에 다수 개가 좌우 대칭된 형태로 구비되며, 상기 생산유닛의 라이저(riser)가 상기 프레임 상에서 상하 이동할 수 있도록 상기 프레임을 관통하는 구멍인 라이저홀을 포함하여,
    상기 펜더에 의해 상기 생산유닛과 상기 프레임 사이의 직접적인 마찰이 방지되고, 상기 생산유닛은 상기 프레임 내부에서 연직방향으로 이동하되 상기 프레임 내부에서 연직방향 이외의 방향으로의 유격은 방지되도록 배치됨으로써, 상기 프레임 내부에서 상기 생산유닛의 수평방향의 직선이동은 저지되되 롤링(Rolling), 피칭(Pitching), 스웨이(Sway) 운동 시에는 상기 생산유닛과 상기 프레임이 함께 운동하게 하며, 상기 라이저는 상기 라이저홀을 통하여 상하이동되며 보호되는 것을 특징으로 하는 무어링장치.
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