KR101283408B1

KR101283408B1 - 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치

Info

Publication number: KR101283408B1
Application number: KR1020110075911A
Authority: KR
Inventors: 김득락; 조강희; 임훈택; 여창현; 김정규; 권영철
Original assignee: (주)건우기술; 한국석유공사
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-07-08
Also published as: KR20130013954A

Abstract

탑차에 고압수를 생성하는 파워팩과, 상기 파워팩에서 생성된 고압수와 연마재를 선혼합하는 연마재 혼합장치와, 상기 연마재 혼합장치에서 혼합된 연마재혼합액이 유류관까지 저속이동할 수 있도록 하는 고압호스과, 상기 노즐의 끝단무에 연결되며 유류관의 절단부위를 회전하며 상기 연마재혼합액을 분사할 수 있도록 하는 절삭장치와, 상기 탑차의 일측에 위치하며 상기 파워팩, 혼합장치, 고압호스 및 절삭장치를 제어할 수 있도록 하는 콘트롤러를 포함함으로서,
장비가 탑재된 탑차를 현장으로 이동시킨 후 절삭하고자 하는 유류관의 원주면에 따라 절삭장치를 장착하여 360°회전하여 연마재혼합액을 분사함으로서 최소 비용으로 최단 기간에 작업을 완료할 수 있는 효과를 도모할 수 있으며, 연마재와 고압수를 연마재 혼합장치에 혼합하여 연마재혼합액을 분사하므로 공기가 유입되지 않아 별도의 안전조치 없이 유증기에 의한 화재 및 폭발 등 안전사고를 예방할 수 있는 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치에 관한 것이다.

Description

선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치{Cold Cutting Device using Water Abrasive Suspension Jet}

본 발명은 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치에 관한 것으로, 초고압 펌프에서 생성된 제트수에 연마재를 최적의 상태로 선혼합시킨 혼합물을 고압호스를 통해 저속이동하여 가이드레일에 따라 배관의 원주방향으로 360°회전하는 노즐헤드를 통해 고속분사함으로서 유류배관을 냉각절단하는 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치를 제공하는 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 원유를 취급하는 석유저장시설 및 정유회사 등에는 저장탱크를 연결하거나 해상의 유조선으로의 이송을 위해 대부분 대구경의 장거리 배관으로 중간의 차단밸브가 거의 없이 매설되어 있으며, 보통 지중에 매설된 원유 송유관 상에 공장증설 등으로 인한 분기관 및 밸브를 설치하기 위해서는 메인 송유관(또는 분기송유관)을 절단한 다음 양 측면에 플랜지를 용접으로 부착하고 여기에 "티이(T)"형 이음관이나 밸브를 조립하여 설치하고 있다.

지금까지 대구경의 원유 수송관의 절단작업을 실시하기 위해서는 내부의 원유를 제거한 후에 고가의 기계적 절단 작업이나, 배관 세정작업(Pigging)을 실시하여 내부의 인화성 가스를 완전히 제거한 후에 전 구간을 불활성가스로 퍼지하고 절단하는 방법을 선택했으나 원유의 특성상 점성이 높아 배관 내부벽에 뭍은 원유의 완전한 제거가 매우 어렵기 때문에 작업 방식이 까다롭고 작업기간이 오래 소요되며 매우 비경제적인 문제점이 있었다.

기계적 절단 및 세정(Pigging) 작업 후 배관 절단을 하더라도 원유 가스는 그 잔여량이 남아있게 되고 그 잔여량은 절단 작업중 발생하는 정전기 및 스파크 등으로 인해 화재가 발생하여 폭발할 위험성이 있는 바, 스파크로 인한 화재 발생을 미연에 방지하고 경제적인 작업방법이 절실히 요구되고 있다.

또한, 일반적으로 대ㆍ소구경 송유관은 장거리에 걸쳐 설치되어 있으므로 종래의 방법인 배관내부 세정(Water Flushing), 피깅(Pigging) 및 질소 충진 등의 방법으로는 다양한 배관 구성에 따라 작업에 한계성이 있으며, 특히 원유배관 내벽에 장기간 밀착된 유분 등으로 인해 완벽하게 유증기를 제거하기 어려우며, 소요비용 과다 발생하는 등의 문제점이 있음에 따라, 기존 공법을 대체할 안전성, 시공성 및 경제성이 우수한 신기술 적용이 요구되는 실정에 있다.

따라서, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 유류관을 Cold Cutting 하는 방법으로 유류배관 컷팅 부근에 Hot Tapping으로 다수개의 천공을 한 후 가스 차단튜브 삽입하여, 워터미스트 장비로 물을 분무하거나 질소가스 충진한 다음, 컷팅 포인트에 직소톱을 이용한 Cold Cutting 하는 방법이다.

그러나 종래의 Cold Cutting 방법은 먼저 사전 준비작업이 과다(Spool Piece 4개 제작, 용접 및 Hot Tapping 장비를 이용한 천공 4개소, 외국 제품인 차단튜브 다수 준비, 질소 및 Water Mist 장비 설치 및 작업기간 동안 지속 사용)하고, 밸브 박스 내부 등 현장여건에 따라 Hot Tapping 장비 설치 공간 부족으로 적용 불가 또는 공간 확보를 위한 과다 비용 발생 문제점이 있으며, 컷팅 작업중 가스 차단튜브 후단부에 유증기압이 상승할 경우 유증기가 컷팅 포인트 부위로 새어 나오거나 나이론 재질로 미세 이물질에도 쉽게 터지는 튜브가 밀려나와 찢어지는 현상이 발생되므로 질소 압력 조절 및 수시 가스농도 측정등의 관리 요소가 증가한다. 또한, Water Mist 노즐이 미세 이물질에 의해 막히는 현상이 작업중 발생하는 경우가 있어 근본적으로 Cold Cutting 작업방법으로 진행하여야 하며, Hot Tapping 작업 비용, Water Mist 장비비 및 질소 주입 비용과 고가의 외산 차단 튜브(납기 약 50일 소요) 비용 등이 증가하는 문제점이 있었다.
대표적인 종래기술로서 일본공개특허 7-186049호에 수중, 특히 깊은 심도에서 양호한 절단작업을 행할 수 있도록 "워터젯식 수중절단방법 및 그 장치"가 개시되어 있다.
이 종래의 기술에 의한 "워터젯식 수중절단방법 및 그 장치"는 연마재입자를 포함한 고속유체를 수중에서 대상물에 대하여 분사하여 해당 대상물을 절단하는 방법으로서 고속유체는 물보다 점성이 큰 매질(고분자수용액이 바람직하다) 중에 연마재 입자(입자직경 0.3mm 이하가 바람직하다)가 부유한 유동체를 포함한다. 또한, 상기 유동체를 고압수와 함께 대상물에 대해 분사하는 분사수단과, 수중에 설치되고, 분사수단에 공급되는 유동체를 일시적으로 저유하는 저유수단을 구비한 절단수단을 개시한다.
이 종래의 기술에 의한 "워터젯식 수중절단방법 및 그 장치"는 수중에서 해양구조물을 절단하므로 절단 작업중 발생하는 정전기 및 스파크 등으로 인해 화재가 발생하여 폭발할 위험성이 없지만, 연마재 입자가 부유하는 물보다 점성이 큰 매질(고분자 수용액)로 된 유동체를 사용하여 고분자 수용액을 제조하여야 하기 때문에 경제성이 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 그 목적은 연마재와 고압수를 선혼합하여 원유, 제품유 저장시설 및 해상 입출하 시설 등의 유류 이송배관에 신설배관을 연결(Tie-in)하거나 밸브 등의 추가 설비를 설치 또는 기존 송유관 철거작업을 위해 배관내 유류를 비운 후 Cold Cutting 작업중 발생되는 마찰열 등을 냉각시키기 위한 충분한 물 주입 미흡 등의 부주의로 스파크 및 정전기에 의한 화재 및 폭발등의 중대재해를 유발하는 유증기가 잔류하고 있는 상태에서도 별도의 안전조치 없이 Water Jet로 필요 개소에 신속, 정확하게 냉각절단(Cold Cutting) 이 이루어 질 수 있도록 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해 구현된다.

본 발명은 탑차(10)에 고압수를 생성하는 파워팩(Power Pack, 20)과, 상기 파워팩(20)에서 생성된 고압수와 연마재를 선혼합하는 연마재 혼합장치(30)와, 상기 연마재 혼합장치에서 혼합된 연마재혼합액이 유류관까지 저속이동할 수 있도록 하는 고압호스(40)과, 상기 노즐(40)의 끝단무에 연결되며 유류관(200)의 절단부위를 회전하며 상기 연마재혼합액을 분사할 수 있도록 하는 절삭장치(50)와, 상기 탑차(10)의 일측에 위치하며 상기 파워팩(20), 혼합장치(30), 고압호스(40) 및 절삭장치(50)를 제어할 수 있도록 하는 콘트롤러(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 연마재 혼합장치(30)는 상기 파워팩(20)에서 발생하는 고압수와 연마재를 9 : 1의 비율로 선혼합하는 것을 특징으로 한다.

상기 절삭장치(50)는 절삭하고자 하는 유류관(200)외 외주면에 장착하는 가이드레일(51)과, 상기 가이드레일(51)의 상면에 안착하여 360°회전할 수 있도록 하는 이동장치(52)와, 상기 이동장치(52)의 상면에 고정되며, 상기 고압호스(40)에 연결고정되는 노즐헤드(53)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 이동장치(52)는 상기 가이드레일(52)의 폭에 맞추어 일정간격 이격하여 형성된 지지판(521)와, 상기 지지판(521)의 하부에 형성된 롤러(523)을 포함하며,

상기 지지판(521)는 상면에 노즐헤드고정부를 형성하여 노즐헤드(53)가 고정될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐헤드(53)는 상기 노즐(40)로부터 이동된 연마재혼합액을 유류관의 컷팅 포인트(Cutting Point)에 근접하여 원주방향으로 분사될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치는 장비가 탑재된 탑차를 현장으로 이동시킨 후 절삭하고자 하는 유류관의 원주면에 따라 절삭장치를 장착하여 360°회전하여 연마재혼합액을 분사함으로서 최소 비용으로 최단 기간에 작업을 완료할 수 있는 효과를 도모할 수 있으며, 연마재와 고압수를 연마재 혼합장치에 혼합하여 연마재혼합액을 분사하므로 공기가 유입되지 않아 별도의 안전조치 없이 유증기에 의한 화재 및 폭발 등 안전사고를 예방할 수 있는 효과를 도모할 수 있다.

도 1은 종래의 Cold Cutting에 관한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치에 대한 구성도
도 3은 도1에 있어서 연마재 혼합장치의 물과 연마재 혼합방법을 개략적으로 도시한 도면
도 4는 발명의 일 실시예에 따른 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치의 절삭장치에 관한 사시도

이하에서는 본 발명에 따른 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치에 대한 구성도이고, 도 3은 도1에 있어서 연마재 혼합장치의 물과 연마재 혼합방법을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 발명의 일 실시예에 따른 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치의 절살장치에 관한 사시도이다.

냉각 절단 장치(100)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 탑차(10)에 고압수를 생성하는 파워팩(Power Pack, 20)과, 상기 파워팩(20)에서 생성된 고압수와 연마재를 선혼합하는 연마재 혼합장치(30)와, 상기 연마재 혼합장치에서 혼합된 연마재혼합액이 유류관까지 저속이동할 수 있도록 하는 고압호스(40)과, 상기 노즐(40)의 끝단무에 연결되며 유류관(200)의 절단부위를 회전하며 상기 연마재혼합액을 분사할 수 있도록 하는 절삭장치(50)와, 상기 탑차(10)의 일측에 위치하며 상기 파워팩(20), 혼합장치(30), 고압호스(40) 및 절삭장치(50)를 제어할 수 있도록 하는 콘트롤러(60)를 포함한다.

상기 파워팩(Power Pack, 20)은 초고압 Pump를 구동시키는 주 동력원인 엔진(출력 : 186kw)과 고속/고압의 제트수를 발생시키는 고압력펌프(최대수압 : 3,000bar, 물량 : 27ℓ/min)를 포함한다.

상기 연마재 혼합장치(30)는 상기 파워팩(Power Pack, 20)에서 발생하는 고압수와 연마재를 9 : 1의 비율로 선혼합하는 것으로서, 상기 연마재 혼합장치(30)는 대략 40ℓ의 연마재를 수용할 수 있는 것으로 압력이 2,000bar까지 허용된다.

한편, 일반적으로 워터젯(Water Jet)은 분사류의 생성방식과 연마재 첨가 유무 등에 따라, 순수 워터젯, 연마재 워터젯, 펄스식 워터젯, 캐비테이팅 워터젯의 4가지 유형으로 분류되며, 연마재 워터젯은 연마재 혼합방식에 따라, 노즐 혼합형 연마재 워터젯(Water Abrasive Injection Jet)과 선혼합형 연마재 워터젯(Water Abrasive Suspension Jet)으로 구분된다.

상기 노즐 혼합형 연마재 워터젯(WAIJ)은 워터젯이 발생된 후 혼합챔버를 통해서 다시 노즐로 흡입되는 과정에서 챔버내에 저압이 형성되고 이 챔버내로 다량의 공기가 유입되는 구조이고,

상기 선혼합형 연마재 워터젯(WASJ)은 노즐 이전에 공기 유입이 없이 물과 연마재만이 혼합되는 특징을 갖고 있다.

상기 노즐 혼합형 연마재 워터젯(WAIJ)와 선혼합형 연마재 워터젯(WASJ)의 차이를 구체적으로 살펴보면, 노즐 혼합형 연마재 워터젯(WAIJ)은 연마재를 대기압하에서 주입되어 95%의 공기, 4%의 물 그리고 1%의 연마재로 워터젯 구성비를 갖는 반면,

상기 선혼합형 연마재 워터젯(WASJ)은 작동압력(Working Pressure)에서 혼합되므로 대약 90%의 물과 10%의 연마재로 구성되어 있어, 더 효과적인 연마재 가속 프로세스와 더 높은 워터젯 안정성 및 더 뛰어난 컷팅 효율을 가져다 주는 특징이 있다.

그러므로 선혼합형 연마재 워터젯(WASJ)은 실제적으로 공기를 흡입하지 않으므로 절삭과정 중 컷팅 부위에 열영향이나 스파크가 전혀 없이 모든 기계적인 재질을 컷팅 할 수 있는 효과를 도모할 수 있다.

상기 고압호스(40)은 상기 연마재 혼합장치(30)에서 고압수와 연마재를 혼합한 연마제혼합액을 절단하고자 하는 유류관까지 저속이동시킬 수 있도록 하는 것으로, 상기 고압호스(40)는 Field에서 원거리의 대상물도 컷팅이 가능하도록 길이 조정이 가능하다.

상기 절삭장치(50)는 도 4에 도시된 바와 같이, 절삭하고자 하는 유류관(200)외 외주면에 형성된 가이드레일(51)과, 상기 가이드레일(51)의 상면에 안착하여 360°회전할 수 있도록 하는 이동장치(52)와, 상기 이동장치(52)의 상면에 고정되며, 상기 고압호스(40)에 연결고정되는 노즐헤드(53)을 포함한다.

상기 가이드레일(51)은 상기 이동장치(52)에 포함하는 롤러(523)를 가이드하여 상기 이동장치(52)가 360°회전할 수 있도록 하는 가이드역할을 한다.

상기 이동장치(52)는 상기 가이드레일(52)의 폭에 맞추어 일정간격 이격하여 형성된 지지판(521)와, 상기 지지판(521)의 하부에 형성된 롤러(523)을 포함한다.

상기 지지판(521)은 상면에 노즐헤드고정부(미도시)를 형성하여 후술되는 노즐헤드(53)가 고정되어 상기 노즐(40)로부터 이동된 연마재혼합액을 상기 노즐헤드(53)를 통해 컷팅 포인트(Cutting Point)에 근접하여 원주방향으로 분사될 수 있도록 한다. 또한, 상기 지지판(521)은 볼트 및 너트를 통해 고정시킬 수 있도록 한다.

상기 롤러(523)는 상기 지지판(521)의 하부에 위치하며 상기 가이드레일(51)에 따라 회전이동할 수 있도록 한다.

상기 컨트롤러(60)는 상기 탑차(10)의 일측에 위치하며 상기 파워팩(20), 혼합장치(30), 고압호스(40) 및 절삭장치(50)의 on/off, 연마재혼합액 분사횟수, 분사시간 등을 운전자가 조작할 수 있도록 한다.

따라서, 운전자는 탑차(10)를 절삭하고자 하는 유류관(200)의 근처에 주차시킨 후 상기 컨트롤러(60)를 조작하여 상기 파워팩(20)를 작동시킴으로서 고압수를 생성한 다음, 상기 파워팩(20)에서 생성된 고압수와 연마재를 상기 연마재 혼합장치(30)에서 대략 9 :1 의 비율로 혼합하여 상기 노즐(40)을 통해 분사한다.

이때, 유류관(200) 컷팅 포인트(Cutting Point)에 근접하여 절삭장치(50)를 고정함으로서, 원주방향으로 설치된 가이드 레일(51)상의 이동장치(52)를 운전자가 조작하는 컨트롤러(60)에 의해 절삭물의 재질, 형상, 두께 등의 조건에 맞추어 장착된 노즐헤드(53)의 이송속도를 조절하면서　석유류 및 가스 배관내에 잔존하는 유증기에 의한 화재, 폭발 등을 방지하기 위한 배관세정, 피깅 및 질소치환 등의 별도의 안전조치 없이 냉각 절단( Cold Cutting) 작업을 수행한다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 탑차 20 : 파워팩
30 : 연마재 혼합장치 40 : 고압호스
50 : 절삭장치 60 : 콘트롤러
100 : 냉각 절단 장치 200 : 유류관

Claims

탑차(10)에 고압수를 생성하는 파워팩(Power Pack, 20)과,
상기 파워팩(20)에서 생성된 고압수와 연마재를 9 : 1의 비율로 선혼합하는 연마재 혼합장치(30)와,
상기 연마재 혼합장치에서 혼합된 연마재혼합액이 유류관까지 저속이동할 수 있도록 하는 고압호스(40)와,
노즐(40)의 끝단부에 연결되며 유류관(200)의 절단부위를 회전하며 상기 연마재혼합액을 분사할 수 있도록 하는 절삭장치(50)와,
상기 탑차(10)의 일측에 위치하며 상기 파워팩(20), 혼합장치(30), 고압호스(40) 및 절삭장치(50)를 제어할 수 있도록 하는 콘트롤러(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 절삭장치(50)는 절삭하고자 하는 유류관(200)외 외주면에 장착하는 가이드레일(51)과, 상기 가이드레일(51)의 상면에 안착하여 360°회전할 수 있도록 하는 이동장치(52)와, 상기 이동장치(52)의 상면에 고정되며, 상기 고압호스(40)에 연결고정되는 노즐헤드(53)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치.
제3항에 있어서,
상기 이동장치(52)는 상기 가이드레일(51)의 폭에 맞추어 일정간격 이격하여 형성된 지지판(521)과, 상기 지지판(521)의 하부에 형성된 롤러(523)을 포함하며,
상기 지지판(521)은 상면에 노즐헤드고정부를 형성하여 노즐헤드(53)가 고정될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치.
제3항에 있어서,
상기 노즐헤드(53)는 상기 노즐(40)로부터 이동된 연마재혼합액을 유류관의 컷팅 포인트(Cutting Point)에 근접하여 원주방향으로 분사될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 선혼합형 연마재 워터젯을 이용한 석유류 및 가스 배관 냉각 절단 장치.