KR101871250B1 - Ｓｐｍ 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치 및 방법 - Google Patents

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박병재
김현석
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Abstract

본 발명은 SPM(Single Point Mooring) 시스템에서 라이져(riser)의 손상을 방지하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 라이져의 양단부에서 SPM 부이 및 PLEM(Pipeline end manifold)의 매니폴드(manifold) 위치를 감지하여 라이져의 응력이 설정 응력 이하임과 아울러 라이져의 굽힘 반지름이 최소 굽힘 반지름 보다 크도록 6자유도 운동 가능한 헥사포드 모듈(hexapod module)을 제어하는, ＳＰＭ 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

ＳＰＭ 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PREVENTING DAMAGE OF RISER IN SPM SYSTEM}
본 발명은 SPM(Single Point Mooring) 시스템에서 라이져(riser)의 손상을 방지하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 라이져의 양단부에서 SPM 부이 및 PLEM(Pipeline end manifold)의 매니폴드(manifold) 위치를 감지하여 라이져의 응력이 설정 응력 이하임과 아울러 라이져의 굽힘 반지름이 최소 굽힘 반지름 보다 크도록 6자유도 운동 가능한 헥사포드 모듈(hexapod module)을 제어하는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상, 흘수가 깊은 대형 유조선이 항내에 입항하기 어려운 경우에는 SPM 시스템을 외해에 설치하여 대형 유조선과의 일점계류를 통해 유류를 이송한다. SPM 시스템 중 현수계류를 적용하는 CALM(Catenary Anchor Leg Mooring) 시스템이 일반적으로 사용되며, 본 CALM 시스템은 4~8가닥의 현수계류삭으로 수면 상 정위치를 유지한다.
수면 변화 및 바람, 파도 등의 해양 환경에 의해 SPM 부이가 과도하게 움직일 경우, SPM 부이 하단과 해저면의 PLEM까지를 연결하는 라이져(유류 제품을 이송하는 수직 배관 및 호스)에 과도한 응력이 발생할 수 있고 최소 굽힘 반지름(MBR; Minimum bend radius) 이하의 굽힘 변형 발생으로 라이져의 안전성에 문제가 발생할 수 있다. 특히 조수간만의 차가 큰 해역에서는 최고위차와 최저위차 수심에서 동일하게 안정적일 수 있는 라이져의 형상 설계가 어렵다.
국내 특허 등록 제1511360호 공보에는 파도, 바람 및 해수의 흐름 등 해양의 거친 환경 조건을 만족시키면서도 항상 폭발의 위험성을 갖고 있는 오일 또는 가스를 이송할 수 있도록 설치 환경조건에 용이하게 적용할 수 있도록 하는 에스피엠용 프로세싱 장치가 개시되어 있다.
그러나 이와 같은 종래의 에스피엠용 프로세싱 장치는 끝단 매니폴드와 라이저 유니트 사이의 압차가 설정된 값을 벗어나는 경우 끝단 매니폴드와 라이저 유니트 사이의 유체 흐름을 차단하는 방식이므로 유사시에 유체 누출로 인한 사고를 방지하기 위한 장치에 불과하며, 해양의 거친 환경 조건을 견뎌야 하는 SPM 시스템 자체의 개선 방안은 아니라는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 해양의 거친 환경 조건에서 라이져의 손상을 방지함으로써 SPM 시스템을 안정적으로 운영할 수 있게 하는, SPM 시스템에서 라이져의 손상 방지 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시형태에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치는 해저에 고정되는 PLEM(Pipeline end manifold), 상기 PLEM에 의해 정박위치가 정해져 해상에 부유되는 SPM(Single Point Mooring) 부이, 및 상기 PLEM과 상기 SPM 부이를 연결하여 유체가 유동하도록 하는 라이져를 포함하는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치로서: 상기 PLEM은 해저에 고정되는 고정형 플레이트, 상기 고정형 플레이트의 상부에 장착되는 상부 플레이트, 상기 고정형 플레이트와 상기 상부 플레이트를 연결하는 6자유도 운동 가능한 헥사포드 모듈, 및 상기 상부 플레이트 상면에 장착되어 상기 라이져와 지상으로부터의 파이프라인을 연결시키는 매니폴드를 포함하며; 상기 라이져의 양단부에 설치되어 상기 SPM 부이 및 매니폴드의 위치를 감지하는 모션 감지부; 상기 모션 감지부로부터 감지된 SPM 부이 및 매니폴드의 위치를 이용하여 라이져의 응력 및 굽힘 반지름을 계산하고 상기 라이져의 응력이 설정 응력이하가 됨과 아울러 상기 라이져의 굽힘 반지름이 최소 굽힘 반지름(MBR: Minimum Bend Radius) 보다 크도록 상기 헥사포드 모듈을 제어하는 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 제어신호를 입력받아 스위칭 동작되어 상기 헥사포드 모듈의 구동을 제어하도록 구성된 헥사포드 모듈 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실시형태에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치에 있어서, 상기 파이프라인과 상기 매니폴드는 플랙셔블 호스에 의해 연결될 수 있다.
상기 실시형태에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치에 있어서, 상기 파이프라인의 일단부는 ㄱ자 형상의 스풀피이스가 형성될 수 있다.
상기 실시형태에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치에 있어서, 상기 모션 감지부는 상기 라이져의 상단부에 설치되어 상기 SPM 부이의 위치를 감지하는 제 1 모션 감지부, 및 상기 라이져의 하단부에 설치되어 상기 매니폴드의 위치를 감지하는 제 2 모션 감지부를 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치에 있어서, 상기 헥사포드 모듈은 4개 또는 6개의 복수 실린더로 구성되고, 상기 복수 실린더 각각의 신장 및 압축으로 상기 상부 플레이트의 위치를 변화시킬 수 있다.
상기 실시형태에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치에 있어서, 상기 복수 실린더 단부는 볼베어링과 같은 회전 가능 관절로 구성되어 상기 상부 플레이트의 6자유도 움직임 구현을 더욱 용이하게 할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시형태에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 방법은 모션 감지부에 의해 SPM 부이 및 매니폴드의 위치가 감지되는 단계; 제어부가 상기 모션 감지부로부터 감지된 상기 SPM 부이 및 매니폴드의 위치를 이용하여 라이져의 응력 및 굽힘 반지름을 계산하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 라이져의 응력이 설정 응력이하가 됨과 아울러 상기 라이져의 굽힘 반지름이 최소 굽힘 반지름(MBR: Minimum Bend Radius) 보다 크도록 헥사포드 모듈을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시형태에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치 및 방법에 의하면, 모션 감지부로부터 감지된 SPM 부이 및 매니폴드의 위치를 이용하여 라이져의 응력 및 굽힘 반지름을 계산하고 라이져의 응력이 설정 응력이하가 됨과 아울러 라이져의 굽힘 반지름이 최소 굽힘 반지름(MBR: Minimum Bend Radius) 보다 크도록 헥사포드 모듈을 제어하여 PLEM의 매니폴드를 운동시킴으로써, 해양의 거친 환경 조건에서 라이져의 손상을 방지하여 SPM 시스템을 안정적으로 운영할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치의 상세 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치에 의해 구현되는 라이져의 손상 방지 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치의 측면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치의 상세 회로도이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 적용되는 SPM(Single Point Mooring) 시스템에 대해서 설명한다. SPM 시스템은, 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 해저에 고정되는 PLEM(Pipeline end manifold)(30), PLEM(30)에 의해 정박위치가 정해져 해상에 부유되는 SPM 부이(10), 및 PLEM(30)과 SPM 부이(10)를 연결하여 유체가 유동하도록 하는 라이져(20)를 포함한다.
PLEM(30)은 해저에 앵커파일(Anchor pile)(P)에 의해 고정되는 고정형 플레이트(36), 고정형 플레이트(36)의 상부에 장착되는 상부 플레이트(34), 고정형 플레이트(36)와 상부 플레이트(34)를 연결하는 6자유도 운동[X축, Y축, Z축, 피치(Pitch), 롤(roll), 요(yaw)] 가능한 헥사포드 모듈(Hexapod module)(38), 및 상부 플레이트(34) 상면에 장착되어 라이져(20)와 지상으로부터의 파이프라인(40)을 연결시키는 매니폴드(32)를 포함한다.
헥사포드 모듈(38)은 4개 또는 6개의 복수 실린더로 구성되고, 복수 실린더 각각의 신장 및 압축으로 상부 플레이트(34)의 위치를 변화시키는 역할을 한다. 복수 실린더 단부는 볼베어링과 같은 회전 가능한 관절로 구성되어 상부 플레이트(34)의 6자유도 움직임 구현을 더욱 용이하게 한다.
파이프라인(40)과 매니폴드(32)는 플랙셔블 호스(50)에 의해 연결되므로, 파이프라인(40)이 고정식이지만 헥사포드 모듈(38)의 6자유도 운동에 의해 연동되는 상부 플레이트(34)의 움직임을 자유롭게 한다. 파이프라인(40)의 일단부는 ㄱ자 형상의 스풀피이스(spoolpiece)(40a)가 형성되어 있으므로 해저에 설치된 파이프라인(40)과 상부 플레이트(34) 상면에 설치된 매니폴드(32)를 용이하게 연결한다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치는, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 모션 감지부(100), 제어부(200), 헤사포드 모듈 구동부(300)를 포함하며, 이들 구성요소들 간에는 서로 유, 무선 통신가능하다.
모션 감지부(100)는 라이져(20)의 양단부(A)에 설치되어 SPM 부이(10) 및 매니폴드(32)의 위치를 감지하는 역할을 하며, 자이로센서, 적외선센서 등의 모션센서가 사용될 수 있다. 모션 감지부(100)는 라이져(20)의 상단부에 설치되어 SPM 부이(10)의 위치를 감지하는 제 1 모션 감지부(110), 및 라이져(20)의 하단부에 설치되어 매니폴드(32)의 위치를 감지하는 제 2 모션 감지부(120)를 포함한다.
제어부(200)는 모션 감지부(100)로부터 감지된 SPM 부이(10) 및 매니폴드(32)의 위치를 이용하여 라이져(20)의 응력 및 굽힘 반지름을 계산하고, 라이져(20)의 응력이 설정 응력이하가 됨과 아울러 라이져(20)의 굽힘 반지름이 최소 굽힘 반지름(MBR: Minimum Bend Radius) 보다 크도록 헥사포드 모듈(38)을 제어하는 신호를 헥사포드 모듈 구동부(H)에 출력하는 역할을 하며, 마이크로컴퓨터가 사용될 수 있다. 제어부(200)의 설치 위치는 PLEM(30) 또는 SPM 부이(10)가 될 수 있으며 특별히 제한되지는 않는다.
헥사포드 모듈 구동부(300)는 제어부(200)로부터 제어신호를 입력받아 스위칭 동작되어 헥사포드 모듈(H)의 구동을 제어하는 역할을 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치를 이용하여 라이져의 손상을 방지하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치에 의해 구현되는 라이져의 손상 방지 방법을 설명하기 위한 플로우챠트로서, 여기서 S는 스텝(step)을 의미한다.
먼저, 모션 감지부(100)에 의해 SPM 부이(10) 및 매니폴드(32)의 위치가 감지된다(S10).
이어서, 제어부(200)가 모션 감지부(100)로부터 감지신호를 입력받고 감지된 SPM 부이(10) 및 매니폴드(32)의 위치를 이용하여 라이져(20)의 응력 및 굽힘 반지름을 계산한다(S20).
이후, 제어부(200)가 상기 스텝(S20)에서 계산된 라이져(20)의 응력이 설정 응력이하가 됨과 아울러 라이져(20)의 굽힘 반지름이 최소 굽힘 반지름(MBR: Minimum Bend Radius) 보다 크도록 헥사포드 모듈(38)을 제어한다(S30). 이에 따라 상부 플레이트(34)의 움직임 및 매니폴드(32)의 움직임이 조정된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치 및 방법에 의하면, 모션 감지부로부터 감지된 SPM 부이 및 매니폴드의 위치를 이용하여 라이져의 응력 및 굽힘 반지름을 계산하고 라이져의 응력이 설정 응력이하가 됨과 아울러 라이져의 굽힘 반지름이 최소 굽힘 반지름(MBR: Minimum Bend Radius) 보다 크도록 헥사포드 모듈을 제어하여 PLEM의 매니폴드를 운동시킴으로써, 해양의 거친 환경 조건에서 라이져의 손상을 방지하여 SPM 시스템을 안정적으로 운영할 수 있다.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: SPM 부이
20: 라이져
30: PLEM
32: 매니폴드
34: 상부 플레이트
36: 고정형 플레이트
38: 헥사포드 모듈
40: 파이프라인
40a: 스풀피이스
50: 플랙셔블 호스
A: 모션 감지부 부착위치
100: 모션 감지부
110: 제 1 모션 감지부
120: 제 2 모션 감지부
200: 제어부
300: 헥사포드 모듈 구동부
H: 헥사포드 모듈

Claims (10)

  1. 해저에 고정되는 PLEM(Pipeline end manifold), 상기 PLEM에 의해 정박위치가 정해져 해상에 부유되는 SPM(Single Point Mooring) 부이, 및 상기 PLEM과 상기 SPM 부이를 연결하여 유체가 유동하도록 하는 라이져를 포함하는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치로서:
    상기 PLEM은 해저에 고정되는 고정형 플레이트, 상기 고정형 플레이트의 상부에 장착되는 상부 플레이트, 상기 고정형 플레이트와 상기 상부 플레이트를 연결하는 6자유도 운동 가능한 헥사포드 모듈, 및 상기 상부 플레이트 상면에 장착되어 상기 라이져와 지상으로부터의 파이프라인을 연결시키는 매니폴드를 포함하며;
    상기 라이져의 양단부에 설치되어 상기 SPM 부이 및 매니폴드의 위치를 감지하는 모션 감지부;
    상기 모션 감지부로부터 감지된 SPM 부이 및 매니폴드의 위치를 이용하여 라이져의 응력 및 굽힘 반지름을 계산하고 상기 라이져의 응력이 설정 응력이하가 됨과 아울러 상기 라이져의 굽힘 반지름이 최소 굽힘 반지름(MBR: Minimum Bend Radius) 보다 크도록 상기 헥사포드 모듈을 제어하는 신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 제어신호를 입력받아 스위칭 동작되어 상기 헥사포드 모듈의 구동을 제어하도록 구성된 헥사포드 모듈 구동부를 포함하는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이프라인과 상기 매니폴드는 플랙셔블 호스에 의해 연결되는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이프라인의 일단부는 ㄱ자 형상의 스풀피이스가 형성되는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모션 감지부는
    상기 라이져의 상단부에 설치되어 상기 SPM 부이의 위치를 감지하는 제 1 모션 감지부, 및
    상기 라이져의 하단부에 설치되어 상기 매니폴드의 위치를 감지하는 제 2 모션 감지부를 포함하는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 헥사포드 모듈은 4개 또는 6개의 복수 실린더로 구성되고, 상기 복수 실린더 각각의 신장 및 압축으로 상기 상부 플레이트의 위치를 변화시키는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수 실린더 단부는 회전 가능 관절로 구성되어 상기 상부 플레이트의 6자유도 움직임 구현을 더욱 용이하게 하는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치.
  7. 제 1 항에 기재된 SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 장치를 이용하여 라이져의 손상을 방지하는 방법으로서:
    모션 감지부에 의해 SPM 부이 및 매니폴드의 위치가 감지되는 단계;
    제어부가 상기 모션 감지부로부터 감지된 상기 SPM 부이 및 매니폴드의 위치를 이용하여 라이져의 응력 및 굽힘 반지름을 계산하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 라이져의 응력이 설정 응력이하가 됨과 아울러 상기 라이져의 굽힘 반지름이 최소 굽힘 반지름(MBR: Minimum Bend Radius) 보다 크도록 헥사포드 모듈을 제어하는 단계를 포함하는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 모션 감지부는
    상기 라이져의 상단부에 설치되어 상기 SPM 부이의 위치를 감지하는 제 1 모션 감지부, 및
    상기 라이져의 하단부에 설치되어 상기 매니폴드의 위치를 감지하는 제 2 모션 감지부를 포함하는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 헥사포드 모듈은 4개 또는 6개의 복수 실린더로 구성되고, 상기 복수 실린더 각각의 신장 및 압축으로 상부 플레이트의 위치를 변화시키는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수 실린더 단부는 회전 가능 관절로 구성되어 상기 상부 플레이트의 6자유도 움직임 구현을 더욱 용이하게 하는, SPM 시스템에서 라이져의 손상을 방지하는 방법.
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