KR101071850B1 - 해양 구조물의 완충구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부유식 해양구조물의 완충구조에 관한 것으로, 특히 부교, 부유 공항, 석유시추선 등 부유체에 의해 바다에 떠있는 부유식 해양구조물의 완충 구조에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 모듈 거동구조에 대하여 20년 이상의 운영 기간 동안 완충 구조물의 역할뿐만 아니라 문제 발생시 쉽게 유지보수가 가능하도록 하며, 즉, 거동 구조 접촉면에 직접적인 접촉 없이 슬라이딩 상태를 유지하고, 해양 구조물의 운영기간 동안 슬라이딩에 의한 도장 마모를 방지하고 녹이 발생되지 않도록 하기 위한 해양구조물의 완충구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 해양 구조물의 완충을 위한 완충구조에 있어서,
하부 지지 구조물인 한 모듈과 다른 모듈 사이의 인필 플레이트를 구비하고, 상기 모듈들 위에 데크 플레이트가 설치되며, 상기 인필 플레이트의 한쪽 부분의 하부면은 PTFE(사불화 폴리 에틸렌) 필름을 적용하고, 상기 하부면에 접하는 한 모듈의 상부면은 마모에도 견딜 수 있도록 하드 코팅 시공을 하고, 상기 다른 모듈의 상부 스틸 면에 일반 도장 시공 후 네오프렌 고무를 설치하는 구조로 된 것을 특징으로 한다.
해양 구조물, 모듈, 완충 구조, PTFE, 네오프렌 고무

Description

해양 구조물의 완충구조{Infill Structure for Offshore Structure}
본 발명은 부유식 해양구조물의 완충구조에 관한 것으로, 특히 부교, 부유 공항, 석유시추선 등 부유체에 의해 바다에 떠있는 부유식 해양구조물의 완충구조에 관한 것이다.
해양자원 개발의 중요성이 증가됨에 따라 선박 외에 여러 형태의 해양구조물이 해상에 설치되고 있다.
대부분의 해양구조물은 부유체에 의해 바다에 떠있는 형태를 이루고 있다
수심이 깊은 심해에서 자원을 생산하는 공장 설비를 가지고 있는 플로터 타입(floater type)의 해양구조물에서 하부지지구조 위에 설치되는 상부구조물(Topside Module)은 그 역할에 따라 수 개의 단위 모듈로 구성이 되고 이들 사이는 약 600mm ~ 1200mm의 간격을 두고 떨어져 설치되게 된다. 상기 해양 구조물의 상부 구조물은 항상 파도, 조류 및 바람에 의해 하부 부유체(Hull)의 거동(Hull Motion)이 발생하게 되고, 이로 인한 관성력을 항상 받게 된다. 또한, 헐 거동 및 헐 및 상부 탑사이드 구조에 부가되는 하중 조건에 따라서 헐 처짐현상 (Hull Deflection)이 발생하게 된다. 문제는 이러한 헐 거동이 상부 탑사이드 각 모듈들 에서는 여러 형태로 반응을 하게 되는데 이로 인하여 탑사이드 모듈들 사이에는 지속적으로 밀고 당기는 형태의 상대 운동이 발생하게 된다. 그래서 이러한 상대 변위를 자연스럽게 흡수할 수 있는 완충제 역할을 하는 추가적인 장치가 필요한데 이를 인필 스트럭쳐(infill structure)가 담당하게 된다.
또한 완충의 역할을 하는 인필 스트럭쳐는 해상에서 작업자 와 각종 장비 및 설비들이 항상 자유롭게 모듈 사이를 건너 다닐 수 있도록 하는 역할을 동시에 수행하고 있어 모듈 간 지지구조 위에 충분한 강도를 가진 인필 플레이트가 설치되어야 한다.
해양구조물의 거동과 중장비의 이동에 의해 모듈 지지구조 위에 설치된 인필 플레이트는 슬라이딩과 이로 인한 마찰 현상 발생으로 인필 플레이트와 모듈 지지구조의 접촉면에 시공된 도료가 쉽게 마모되고, 최종에는 상하 구조물간 직접 접촉에 의한 부식이 발생한다. 그리고 위의 구조는 해양에서 작업이 진행되는 특징이 있어 해풍이나 해수 등 외기에 직접적으로 노출되어 마모 이후 급격한 부식현상이 발생된다.
위와 같은 부식을 그대로 방치할 경우 모듈을 지지하는 구조의 경우 부식에 의해 지지 구조물 및 인필 플레이트의 두께가 감소되고, 강도저하 현상으로 구조물의 안전에 심각한 영향을 미치게 된다.
또한 슬라이딩 운동에 수반되는 완충역할의 저하는 결국 응력집중현상이 발생하게 되고 결국 구조물의 국부손상을 일으키게 된다.
해양구조물의 생산 활동기간 동안 녹 발생으로 인해 주기적으로 이 위치에 유지/보수 활동을 해야 하며 즉, 주기적인 인필 플레이트 교체와 지지구조 재 도장이 필요하게 되고, 이로 인해 생산을 일시 중단해야 하는 사태도 발생할 수 있다.
특히 해양구조물은 운영 기간이 20년 이상임을 감안할 경우 상기 문제에 대한 해결이 심각한 상태이고, 최근 주문주도 상기와 같은 위치의 녹 발생 억제를 강력히 요구하는 추세에 있다.
본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로서, 모듈 거동구조에 대하여 20년 이상의 운영 기간 동안 완충구조물의 역할뿐만 아니라 문제 발생시 쉽게 유지보수가 가능하도록 하며, 즉, 거동 구조 접촉면에 스틸 과 스틸이 직접 접촉 없이 슬라이딩 상태를 유지하고, 해양 구조물의 운영기간 동안 슬라이딩에 의한 도장 마모를 방지하고 녹이 발생되지 않도록 하기 위한 해양구조물의 완충구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 해양 구조물의 완충을 위한 완충구조에 있어서,
하부 지지 구조물인 한 모듈과 다른 모듈 사이의 인필 플레이트를 구비하고, 상기 모듈들 위에 데크 플레이트가 설치되며, 상기 인필 플레이트의 한쪽 부분의 하부면은 PTFE(사불화 폴리 에틸렌) 필름을 적용하고, 상기 하부면에 접하는 한 모듈의 상부면은 마모에도 견딜 수 있도록 하드 코팅 시공을 하고, 상기 다른 모듈의 상부 스틸 면에 일반 도장 시공 후 네오프렌 고무를 설치하는 구조로 된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 주문주가 요구하는 인필 플레이트 마찰면에 운영 기간(20년 이상) 동안에도 녹이 발생하지 않도록 보장하며, 인필 플레이트의 교체 및 수리 가 필요한 경우 용이하게 인양 및 이동이 가능하도록 설계 및 제작할 수 있으며, 운영기간 동안 구조물의 안정성을 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 일 실시 예를 구체적으로 설명한다.
도 1은 헐 데크 위의 탑사이드 모듈 배치를 도시한 도면이다.
도면에서 P1, P2...P8, R1, R2...R8 및 S1, S2...R8은 모듈 넘버이다. 도면에서 10(대표적으로 하나만 도면 부호를 부여함)은 모듈 사이 인필 플레이트가 설치되는 지역이다.
도 2의 왼쪽 그림은 탑 사이드 모듈의 등방도인데, 도면에서 10'가 모듈 사이 인필 플레이트가 설치되는 지역이며, 탑 사이드 모듈에 통상 총 1000m의 길이로 형성된다. 도 2의 오른쪽 그림은 탑사이드 모듈의 일 부분의 단면도이다. 인필 플레이트(21)는 모듈(20)과 모듈(20) 사이에 설치된다. 인필 플레이트(21)와 하부 지지구조 즉 모듈(20) 사이의 슬라이딩은 한쪽에서만 발생하도록 하고, 운영기간 동안 슬라이딩으로 인한 마모에도 견딜 수 있도록 하드 코팅(24) 시공하고, 인필 플레이트(21) 하부면은 PTFE(사불화 폴리 에틸렌) 필름(23)을 적용한다. PTFE 필름의 하부 도포길이는 고정부 끝단부 까지 이나 하부 전면에 도포해도 문제는 없다. 26은 볼트로 고정되는 부분이다. 볼팅으로 고정되는 반대쪽 면(25)은 지지구조의 스틸 면에 도장 시공 후 네오프렌 고무(Neoprene Rubber)를 설치하게 된다. 한쪽에서 슬라이딩이 가능하게 함으로써 기능적으로 양쪽에 슬라이딩을 할 수 있게 하는 것보다 인필 플레이트 위치 유지가 용이하고, 기능적으로도 문제가 전혀 없으 며, 시공비용이 저렴한 장점이 있다. 도면에서 도면부호 22는 데크 플레이트이다.
또한 인필 플레이트의 보수를 위해 이송할 때, 리프팅 설비가 필요한데, 이 설비를 위해 인필 플레이트에 U-타입 러그(도시 않음)가 미리 부착되어 있다. 또한 인양을 위한 고리는 인필 플레이트 상부 돌출이 최소화될 수 있도록 다양한 방법이 적용 가능하다.
인필 플레이트(21)의 폭은 모듈(20) 사이의 간격인 600 ~ 1200mm 사이이고, 길이는 수리 시 리프팅 및 이동이 용이하도록 본 발명에서는 최대 4m로 등분하여 설치된다. 이 경우 한 개의 인필 플레이의 중량은 100 ~ 300kg이 되어 플랫폼에서 보유하고 있는 이동식 스몰 크레인(SWL 500kg)으로 인양 및 이동이 가능하다.
그러나 해양구조물 건조단계에서 인필 플레이트(21)는 인양 장비의 인양 능력 설계에 따라 사이즈와 무게가 달라질 수 있다. 또한 인필 플레이트의 유지/보수를 위하여 인필 플레이트(21)를 작업자 또는 플랫폼이 기 보유하고 있는 이동식 스몰 크레인으로 들어 이동이 가능한 크기로 등분되어 있고, 인양이 가능하도록 손잡이 등이 장착되어 있다. 도면에서 도면 부호 24는 운영 기간동안 슬라이딩으로 인한 마모에도 견딜 수 있도록 하드 코팅을 시공하는 부분이다.
전술한 바와 같이 인필 플레이트(21)의 하부면에는 슬라이딩시 고하중 시에도 마모도를 유지하고, 마찰계수가 낮은 테프론판(PETE Film)을 부착하고 모듈(20)의 상부면에는 시공된 하드 코팅이 20년 이상 슬라이딩 및 마찰로 인해 100% 도장 마모가 발생하지 않도록 마모 강도를 체크하여 외기에 구조물이 직접적인 노출이 일어나지 않도록 아래와 같이 하드 코팅을 시공한다.
모듈 상부면에 코팅되는 도료의 두께와 코팅 횟수는 해양구조물의 상부구조물의 하중과 사용 연한에 따라 결정될 수 있는데 아래 값은 실선 적용된 값으로 해양구조물 전처리 기준 Sa2-1/2를 따르며 도막 두께 값으로 20년 기준으로 설계된 값이다.
제 1도막 하도 : interzinc 22, 120 Micron
제 2도막 연결도막 : intergard 269, 30 Micron
제 3도막 상도
1차 상도도막 - interzone 1000, 800 Micron
- interzone 1000, 800 Micron
2차 상도도막 - interthane 990, 60 Micron
5차 코팅 총 1810 Micron(여기서 interzinc 22, intergard 269, interzone 1000, interthane 990은 페인트 명이다.)이 도포된다.
도막의 구성은 보호하고자 하는 부재를 직접적으로 보호하는 하도 도막과 방청과 오염방지와 슬라이딩 유지와 마모도 확인을 주 기능으로 하는 상도와 하도와 상도를 연결하는 연결 도막으로 구성되어진다.
상도의 경우 1차 도막과 2차 도막으로 구분 되며, 모두 기본적으로는 방청과 슬라이딩 유도기능을 가지고 있다. 1차 도막의 경우 두께로써 슬라이딩을 유도하며 내후성의 약한 하도막을 보호하게 되며 2차 도막에 비해 상대적으로 내구성은 약하다. 이는 해양구조물의 운용 중에 부재 위에 도포된 도막의 파손 정도를 파악하여 마모가 하도까지 미치기 전에 교체를 할 수 있도록 하기 위한 기능이다. 외부에 노 출되는 2차 상도 도막은 뛰어난 내후성과 슬라이딩 유도기능을 가지는 특징을 가지고 있으며 슬라이딩과 외부환경에 대부분의 기간 동안 저항하게 된다. 각 도막들은 설계에 따라 도막 층의 수는 다양하게 가져 갈 수 있으나 성능을 유지할 수 있는 두께를 넘어선 과도한 도막층 형성은 도리어 크렉이 발생하거나 비경제적인 구성될 수 있다.
상기 제시된 도막 중 제1 도막은 interzinc 계열로 도장 시스템중 가장 부식 방지의 설계 수명 내구연한이 긴 사양의 도료로서 상위 도료의 도막이 어떤 마찰이나 데미지에 손상되더라도 모재를 발청으로부터 보호하기 위하여 무기질계 도료로 설계되며, 도료가 무기질 계열로 동일 도료간 부착력이 떨어지며 내후성도 약하다. 이에 연결도막인 intergard 계열로 상도와 연결하게 된다. 상기 연결도료는 하도 inorganic zinc silicate(무기질 도료)와 glass flake epoxy(유기질 도료) 사이의 부착력을 견고히 하기 위한 tie coat 역할을 한다. 상도 도막은 1차,2차 도막층으로 구성되어지며 interzone 계열과 interthane 계열로 이루어져 있으며, interzone 계열로 이루어진 1차 도막층은 방청과 데미지를 막기 위한 것으로 플레이트의 중량과 마찰에 의한 마모 또는 이물질에 의한 데미지로부터 모재에 발생할 수 있는 발청과 데미지를 막기 위한 도료로서 도막층의 두께로 마모,발청,슬라이딩을 유도하게 된다. 외부에 노출되는 2차 도막에 사용되어지는 도료는 interthane 계열로 경화구조로 내후성과 내마모성이 뛰어난 도막이 적용된다.
상도의 경우 1차 및 2차 도료가 정도의 차이일 뿐 기본적으로 방청기능을 유사하며, 마모성에 대한 저항에 대한 차이가 있다. 이에 설계기준에 따라 1차 도막 층만을 다수층을 구성하여 적용 가능하다.단, 전체적으로 동일한 기능을 가지는 도막층이 과도한 두께로 도포되는 사항으로 일반적으로 한번에 도장 하는 것보다 다층으로 여러 번 도장 해서 규정 도막을 올리는 것이 방청성 및 도막의 조밀도가 달라 진다. 즉 조밀도 차이에 방청성의 성능이 각 층마다 차이가 발생하는 단점이 발생되게 된다.
모듈 지지구조에 의해 도포되는 도료는 방청성능 유지와 원활한 A/S를 위하여 기존 해양 구조물에 사용되는 도료를 최대한 이용한 것으로 도료가 가지고 있는 특성에 따라 도막두께와 적용되는 층을 운영기간과 슬라이딩 횟수에 대비하여 기존 도포 기존에 비해 다소 두꺼운 도막 두께를 갖고 있다. 이는 상기 구조물의 목적인 방청기능을 유지하면서 슬라이딩에 의한 마모를 최소화하는 방법을 적용하였다.
도 3a는 도 2의 오른쪽 도면의 주요 부분에 대한 확대도로서, 데크 플레이트(22), 인필 플레이트인 무빙 플레이트(21) 그리고 모듈로서 빔(20)을 포함한다. 데크 플레이트(22)와 무빙 플레이트 사이의 간격은 3cm ~ 3.5cm의 간격을 두어 해양구조물의 파도나 스월로 인한 거동 시 탑 사이드 모듈과 모듈 사이 간격이 변하는 것을 대비한 것이다. 즉 이 간격이 제로인 상태로 인필 플래이트를 설치하게 되면 두 개 모듈 사이 간격이 좁아졌을 때 상호 충돌이 발생하므로 이 충돌을 방지 하고자 간격을 떨어지게 한다.
도 3b는 테프론 종류인 두께 2mm의 PTFE 막의 제조 과정을 도시하는 도면이다.
먼저 불소성분을 제거한 다음에 접착제를 도포하는 단계(S10)가 수행된 다 음, 압착 및 경화가 수행되고(S20), PTFE 코너 에칭이 수행되고(S30), 마지막으로 코너 페인팅이 수행된다(S40).
본 발명에 의하면, 일반적인 해양 구조물에서 완충구조물은 이전의 구성요소와 동일하게 인필 구조의 양단부에서의 경계조건(구속 조건)을 심플 서포티드 타입(simple supported type)으로 설계하는 식으로 구현할 수 있는데, 본 발명에서는 유지보수기능을 포함시키기 위해 한쪽은 볼트 연결을 적용하여 핀 조인트(pin joint)로 만들고 반대편은 슬라이딩 컨디션을 주어 자유롭게 거동할 수 있게 한다. 그리고 블라스트 로딩을 고려하여 인필 구조 하부에서 상 방향으로 작용하는 블라스트 하중으로 인하여 떨어져 나가려는 현상을 방지하기 위하여 슬라이딩 엔드 하부에 브라켓(도시 않음)을 추가하여 위와 같은 현상을 방지하는 장치를 추가하였으며, 또한 인필 스트럭쳐의 각 상부/하부구간 마찰에 있어서 해상에서 운영기간(20년 이상)에 하부지지구조물의 거동으로 인한 인필 플레이트 마찰면에 녹이 발생하지 않도록 특수한 장치와 유지 보수를 위한 구조로 구성하고 운영 기간에 발생할 수 있는 최대 마찰 회수를 예상하여 이 회수의 마찰에도 상부에 가해지는 하중도 견디면서 도료의 기본적인 방청이 유지되게 함으로써 주문주가 요구하는 인필 플레이트 마찰 면에 운영 기간(20년 이상) 동안에도 녹이 발생하지 않도록 보증이 가능하고, 인필 플레이트 교체 및 수리가 필요할 경우 용이하게 인양 및 이동이 가능하도록 설계 할 수 있으며, 운영 기간 동안 구조물의 안정성을 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명 은 이에 한정되지 않으며, 이하의 부속 청구범위의 사상 및 영역을 일탈하지 않는 범위 내에서 당 업자에 의해 여러 가지로 수정 및 변형 실시될 수 있으며 이와 같은 수정 및 변형은 본 발명의 영역에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 헐 데크 위의 탑사이드 모듈 배치를 도시한 도면이다.
도 2의 왼쪽 그림은 탑 사이드 모듈의 등방도이다.
도 3a는 도 2의 오른쪽 도면의 주요 부분에 대한 확대도이다.
도 3b는 테프론 종류인 두께 2mm의 PTFE 막의 제조 과정을 도시하는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 인필 플레이트 설치 지역 20: 모듈
21: 인필 플레이트 22: 데크 플레이트
23: PTFR 필름 24: 하드 코팅
26: 볼트 고정 부분

Claims (5)

  1. 해양 구조물의 완충을 위한 완충구조에 있어서,
    하부 지지 구조물인 한 모듈과 다른 모듈 사이의 인필 플레이트를 구비하고, 상기 모듈들 위에 데크 플레이트가 설치되며, 상기 인필 플레이트의 한쪽 부분의 하부면은 PTFE(사불화 폴리 에틸렌) 필름을 적용하고, 상기 하부면에 접하는 한 모듈의 상부면은 마모에도 견딜 수 있도록 하드 코팅 시공을 하고, 상기 다른 모듈의 상부 스틸 면에 일반 도장 시공후 네오프렌 고무를 설치하는 구조로 된 것을 특징으로 하는 해양 구조물 완충 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부면에 접하는 한 모듈의 상부면에 도포되는 도료와 도막규격은
    하도의 경우 interzinc 계열로 1회 도포 기준으로 50~150 Micron;연결도막은 intergard 계열로 1회 도포 기준으로 40~100 Micron; 상도의 경우 1차 도막은 interzone 계열로 1회 도포 기준으로 200~1500 Micron; 상도 2차 도막은 interthane 계열로 1회 도포 기준으로 50~125 Micron을 적용하는 것을 특징으로 하는 해양 구조물 완충 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다른 모듈과 상기 인필 플레이트 사이는 볼트로 고정하고 한 모듈과 상 기 인필 플레이트 사이는 슬라이딩 구조로 하며, 슬라이딩 끝 부분에 브라켓을 장착한 것을 특징으로 하는 해양 구조물 완충 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PTFE 필름의 제조는
    먼저 불소성분을 제거한 다음에 접착제를 도포하는 단계가 수행된 다음, 압착 및 경화가 수행되고, PTFE 코너 에칭이 수행되고, 코너 페인팅이 수행이 되는 것을 특징으로 하는 해양 구조물 완충 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인필 플레이트와 상기 데크 플레이트 사이는 3~3.5cm 이격되는 것을 특징으로 하는 해양 구조물 완충 구조.
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