KR20140028502A - 이중 배관 팽창 구속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 배관 팽창 구속장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고온 또는 고압의 유체가 흐르는 내관에 대한 열팽창을 구속하되 이를 위한 열팽창 구속부재 설치 작업이 용접을 통해 이루어지도록 함으로써 작업에 대한 편의성 및 경제성이 향상되도록 한 이중 배관 팽창 구속장치에 관한 것이다.
이를 위해, 고온 또는 고압의 유체가 흐르는 내관(carrier pipe)과, 내관의 외주면을 둘러싸되 내관의 길이에 비해 짧게 형성된 외관(casing pipe)을 포함하여 구성된 이중 배관의 외관 단부와 내관 사이에 설치되어 내관의 열팽창을 구속하는 팽창 구속장치에 있어서, 상기 팽창 구속장치는, 외관으로부터 튀어나온 내관의 둘레면을 따라 용접된 제1링부재와, 외관의 단부 둘레를 따라 용접된 제2링부재와, 제1링부재와 제2링부재를 서로 연결시킨 보강재(stiffener)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 배관 팽창 구속장치를 제공한다.

Description

이중 배관 팽창 구속장치{Pipe-in-Pipe expansion restraint}

본 발명은 이중 배관 팽창 구속장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고온 또는 고압의 유체가 흐르는 내관의 열팽창을 구속하기 위한 장치에 대한 작업성과 경제성을 높인 이중배관 팽창 구속장치에 관한 것이다.

온도를 가지고 있는 모든 물체는 열평형상태를 유지하려 하며, 이런 이유로 온도차가 있는 주변환경이나 다른 물체 사이에서 열전달(heat transfer)이 일어나게 된다.

열이 전달되는 방식은 열이 전달되는 매개물의 차이 및 유무에 따라 전도, 대류, 복사 세가지 방식으로 구분되며, 열은 반드시 고온부에서 저온부로 이동하는 특성을 가진다.

위의 세가지 열전달 방식에 따라 저온의 물체가 고온의 물체로부터 열을 받아 온도가 상승하게 되면, 거의 모든 물체가 온도의 상승에 따라 팽창을 하는데 이를 열팽창(Thermal expansion)이라 한다.

한편, 해저에 설치되는 파이프라인은 해저에서 시추된 유체를 일정 장소로 운송시키는 역할을 하며, 설치 환경에 따라 그 길이가 다양하게 제공된다.

이러한 파이프라인에 흐르는 유체는 고온(high temperature) 및 고압(high pressure)의 형태로 운송된다.

상기 파이프라인은 고온의 유체가 흐르는 내관(carrier pipe)과, 내관을 둘러싸는 보온재(poly urethane foam)와, 보온재를 둘러싸는 외관(casing pipe)과, 내관과 외관 사이의 간격을 유지시키는 스페이서로 구성된 이중배관(pipe in pipe)이 사용된다.

이때, 고온의 유체가 지나가는 경로인 내관은 고온의 유체로부터 열을 전달받아 온도가 상승하고, 이로 인하여 열팽창을 하게 된다.

반면에, 외관은 해수에 접해 있으므로 내관과는 달리 열팽창은 거의 발생하지 않으며 형태 및 크기는 거의 변화되지 않게 된다.

온도가 상승하는 내관은 원주방향 및 길이방향으로 팽창하게 되는데, 그 중 원주방향으로의 팽창은 내관의 외부를 둘러싸는 보온재, 스페이서 및 외관 등에 의해서 저항을 받으므로 그 양이 크지 않다.

반면, 길이방향으로의 팽창은 내관의 팽창을 길이방향으로 구속하는 주변장치 및 수단이 없으며, 길이방향으로 팽창량이 계속 누적되기 때문에 열팽창에 의해 늘어나는 길이를 별도로 보상해주지 않을 경우에는 내관와 외관 사이에 설치된 스페이서를 비롯한 여러 구조물이 변형 및 파손될 가능성이 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 슬립조인트나 벨로우즈를 이용한 방식 "등록특허 10-0656876"이 제공되었으나, 시공이 복잡하고 시공비용이 많이 드는 문제가 있었다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 내관(10)과 외관(20)의 단부에 열팽창구속장치를 설치하여, 내관(10)이 길이 방향으로 열팽창하는 것을 구속하고 내관(10)에 대한 열팽창 힘을 외관측으로 분산시킬 수 있도록 하였다.

도 1은 열팽창구속장치(30)를 주물로 제작하여 이중배관을 일체화한 것으로서, 내관(10)이 열팽창되는 과정에서 외관과 일체화된 열팽창구속장치(30)에 막혀 열팽창이 최소화될 수 있으며 열팽창이 이루어지더라도 내관(10)으로부터 외관(20)으로 열팽창 힘이 분산되기 때문에 내관(10)과 외관(20)의 밸런스가 유지될 수 있게 된다.

하지만, 상기한 종래의 이중 배관 열팽창 구속장치는 다음과 같은 문제가 있었다.

종래의 이중 배관 열팽창 구속장치는 주물 제작이 이루어져야 하므로, 발주 과정이 필요하고 발주에 따른 납기 문제로 시공 기간이 길어지는 문제가 발생되며, 또한 자재의 현장 수정이 불가한 문제가 있어 시공성이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 외부 업체 발주에 따른 비용 증가로 경제성이 떨어지는 문제가 있었다.

대한민국등록 10-0656876

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내관에 대한 열팽창이 구속될 수 있도록 하되 제작이 용이하고 경제성이 향상된 이중 배관 팽창 구속장치를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 고온 또는 고압의 유체가 흐르는 내관(carrier pipe)과, 내관의 외주면을 둘러싸되 내관의 길이에 비해 짧게 형성된 외관(casing pipe)을 포함하여 구성된 이중 배관의 외관 단부와 내관 사이에 설치되어 내관의 열팽창을 구속하는 팽창 구속장치에 있어서, 상기 팽창 구속장치는, 외관으로부터 튀어나온 내관의 둘레면을 따라 용접된 제1링부재와, 외관의 단부 둘레를 따라 용접된 제2링부재와, 제1링부재와 제2링부재를 서로 연결시킨 보강재(stiffener)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 배관 팽창 구속장치를 제공한다.

이때, 상기 보강재 중, 제2링부재에 연결된 단부는 제1링부재에 연결된 단부에 비해 너비가 크게 형성된 것이 바람직하다.

본 발명을 도입함으로써 다음과 같은 개선 효과를 가져올 수 있다.

열팽창이 다른 내관(carrier pipe) 및 외관(casing pipe) 사이에 열팽창 구속부재를 설치하되 상기 열팽창구속부재를 내관과 외관 사이에 일체화되도록 용접함으로써 내관이 길이 방향으로 열팽창되는 것을 경제적으로 최소화할 수 있다.

이에 따라, 고온 또는 고압의 유체가 내관을 따라 유송되더라도, 내관의 열팽창에 따른 이중 배관의 손상을 방지할 수 있다.

특히, 열팽창구속부재의 설치가 용접을 통해 이루어짐으로써, 내관의 열팽창 구속을 위해 외부 업체에 별도로 발주할 필요없이 일반적인 자재를 이용하여 자체적인 설비 작업이 가능해짐으로써, 비용이 적게 들어 경제성이 높을 뿐만 아니라, 납기일을 고려해야하는 등의 번거로운 일이 발생하지 않게 되어 작업 생산성이 높아지는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 이중 배관의 요부를 나타낸 반 단면 사시도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중 배관의 요부를 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중 배관을 나타낸 측단면도
도 4는 도 3의 I-I 단면도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중 배관 팽창 구속 장치에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

이중 배관은 고온 및 고압의 유체 열손실을 최소화하고 심해저에서 외부 충격으로부터 배관을 보호하기 위한 목적으로 배관을 이중으로 제작한 구조물로서 배관의 구조 안정성을 확보하기 위해 열팽창이 다른 내관과 외관의 단부를 일체화하여 고온 및 고압의 유체가 흐르는 내관이 길이 방향으로 열팽창하는 것을 최대한 구속하고 내관과 외관 사이에 설치된 구조물들에 대한 파손을 방지하기 위한 장치인 팽창구속장치의 설치를 간편하게 한 기술적 특징이 있다.

이중 배관(Pipe-in-Pipe)은 해저에서 고온 또는 고압의 유체를 열손실을 최소화하고 외부로부터 보호하여 유체를 운송할 목적으로 배관을 이중으로 제작한 구조물로서 해저에 설치된다.

이중 배관은 도 2 내지 도 4를 통해 알 수 있듯이, 내관(100)과, 외관(200)과, 팽창구속장치(300)를 포함하여 구성된다.

내관(carrier pipe)(100)은 고압 또는 고온의 유체가 흐르는 관로를 형성하며, 강관의 파이프로 이루어진다.

이때, 내관(100)은 일정 길이의 배관 단관이 복수로 제공되어 서로 용접을 통해 결합되어 연장된다.

다음으로, 외관(200)은 내관(100)이 해수와 접촉됨으로써 발생될 수 있는 유체의 열손실 방지 및 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 한다.

외관(200)의 직경은 내관(100)의 직경에 비해 크게 형성되며, 강관의 파이프로 이루어진다.

이때, 외관(200)의 길이는 내관(100)의 길이에 비해 짧게 형성됨이 바람직하다.

이는, 내관(100)의 단부가 외관(200)으로부터 튀어나온 상태가 되도록 함으로써, 연결 용접시 작업성이 용이하도록 하기 위함이며, 또한 이중배관의 끝부분에서 내관(100)의 튀어나온 부위에 후술하는 팽창구속장치(300)를 설치하기 위함이다.

한편, 앞서 말한 바와 같이 내관(100)과 외관(200)의 직경이 서로 다름으로 인해, 내관(100)과 외관(200) 사이에는 공간이 형성된다.

이때, 공간에는 내관(100)의 외주면을 따라, 외관(200)을 지지하기 위한 복수의 스페이서(S)가 설치된다.

그리고, 내관(100)과 외관(200) 사이의 공간에는 폴리 우레탄 폼(poly urethane foam)으로 충진되는 것이 바람직하다.

다음으로, 팽창구속장치(300)는 내관(100)이 길이 방향으로 열팽창되는 것을 구속하는 역할을 하며, 내관(100)과 외관(200)의 길이 차로 인해 외부로 노출된 내관(100)의 돌출된 부위에 설치된다.

팽창구속장치(300)는 내관(100)의 돌출된 부위 및 외관(200)의 단부에 용접을 통해 설치되어 내관(100)과 외관(200)을 일체화하게 된다.

이에 따라, 팽창구속장치(300)는 내관(100)이 길이 방향으로 열팽창되는 것을 구속할 수 있게 된다.

팽창구속장치(300)는 한 쌍의 링부재(310)와, 보강재(320)로 이루어짐이 바람직하다.

링 부재(310)는 내관(100)의 돌출된 부위에 용접된 제1링부재(311)와, 외관(200)의 단부에 용접된 제2링부재(312)로 이루어진다.

제1링부재(311)는 내관(100)의 외주면을 따라 링 형태로 이루어지며, 외관(200)의 단부로부터 일정 거리 이격된 위치에 용접된다.

제2링부재(312)는 외관(200)의 단부, 정확하게는 단면 둘레를 따라 용접되며, 외관(200)과 내관(100) 사이에 형성된 공간을 차폐시킨다.

그리고, 보강재(320)는 한 쌍의 링부재(310)를 연결하여 일체화시키며, 내관(100)이 열팽창하는 힘에 대한 제1링부재(311)의 강성을 보강하는 역할을 한다.

즉, 이와 같은 구성에 의해 제1링부재(311)는 내관(100)이 길이 방향으로 열팽창되는 것을 잡아 지지하는 역할을 하게 되고, 제2링부재(312)는 외관(200)의 형태를 계속 유지시키면서 제1링부재(311)가 밀리지 않도록 버티는 역할을 함으로써 내관(100)의 길이가 열팽창에 의해 밀려 늘어나는 것이 방지될 수 있는 것이다.

그리고, 보강재(320)는 내관(100)이 열팽창되는 과정에서 발생하는 힘에 대하여 제1링부재(311)와 제2링부재(312)를 연결함으로써 제1링부재(311)가 버틸수 있도록 잡아주고, 제1링부재(311)에 집중되는 응력을 제2링부재(312)로 분산시킬 수 있도록 도와준다.

이때, 보강재(320)에 대한 역할이 극대화될 수 있도록, 제2링부재(312)에 용접된 보강재(320)의 단부는 제1링부재(311)에 용접된 보강재(320)의 단부에 비해 너비가 크게 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 이중 배관의 열팽창 구속 거동 작용에 대하여 살펴보도록 한다.

해저에 복수의 이중배관이 길이 방향으로 서로 결합되어 설치된다.

이때, 이중 배관의 이음부는 방수부재에 의해 기밀이 유지(watertight)되고, 기밀이 유지된 부위는 링 형태의 마감부재(미도시)에 의해 마감된다.

그리고, 외관(200)의 둘레면에는 해저 안전성을 확 보하기 위해 필요시 콘트리트 시공이 이루어지게 된다.

이와 같이 이중 배관의 시공이 완료되면, 내관을 통해 유체를 운송시킨다.

이때, 유체는 고온 및 고압의 형태로 운송됨에 따라, 내관(100)은 열팽창을 하게 되는데 팽창구속장치(300)가 이를 구속하게 된다.

즉, 제1링부재(311)는 내관(100)이 길이 방향으로 열팽창되는 것을 잡아 구속하며, 제2링부재(312)는 열팽창이 발생하지 않는 외관(200)에 용접되어 있고 보강재(320)는 제1링부재(311)와 제2링부재(312)를 일체로 연결하고 있으므로 상기 제1링부재(311)가 내관(100)과 연동되어 밀려나가지 않도록 잡아 지지하는 것이다.

이에 따라, 내관(100)을 통해 고온 또는 고압의 유체가 운송되더라도 내관(100)이 열팽창되는 것을 구속할 수 있으며, 이로 인해 이중 배관을 구성하는 구조물들에 대한 판손이 발생하지 않게 되는 것이다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 내관 200 : 외관
300 : 팽창구속장치 310 : 링부재
311 : 제1링부재 312 : 제2링부재
320 : 보강재

Claims (2)

1. 고온 또는 고압의 유체가 흐르는 내관(carrier pipe)과, 내관의 외주면을 둘러싸되 내관의 길이에 비해 짧게 형성된 외관(casing pipe)을 포함하여 구성된 이중 배관의 외관 단부와 내관 사이에 설치되어 내관의 열팽창을 구속하는 팽창 구속장치에 있어서,
   상기 팽창 구속장치는,
   외관으로부터 튀어나온 내관의 둘레면을 따라 용접된 제1링부재와,
   외관의 단부 둘레를 따라 용접된 제2링부재와,
   제1링부재와 제2링부재를 서로 연결시킨 보강재(stiffener)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 배관 팽창 구속장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 보강재 중, 제2링부재에 연결된 단부는 제1링부재에 연결된 단부에 비해 너비가 크게 형성된 것을 특징으로 하는 이중 배관 팽창 구속장치.
   
   
   
   

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