KR101334032B1 - 해양용 수직 유연관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양용 수직 유연관 시공 방법 및 이를 위한 해양용 수직 유연관에 관한 것으로, 특히 채취된 해저 광물이나 심층수 등을 선상으로 상승시키기 위하여 사용하는 해양용 수직 유연관 시공 방법 및 이를 위한 해양용 수직 유연관을 개시한다.
본 발명은 수직관로를 금속이 아닌 합성수지로 된 유연관으로 대체함에도 불구하고 조류나 파도에 의한 휨으로 전단력 및 진동이 발생되는 상황에서도 안전하게 필요한 길이 만큼 조립하여 시공하거나 분리하여 이송 및 재조립이 가능하도록 할 수 있도록 하여서 된 것이다.
이에 따라 본 발명은 수직 유연관의 조립 과정이나 부력재 설치 과정이 안전하고 효율적으로 진행될 수 있는 것이어서 수직 유연관 설치 과정에서 작업자를 보호하고 경제적인 손실을 최소화할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

Description

해양용 수직 유연관{Vertical Flexible Tube for Marine}

본 발명은 해양용 수직 유연관에 관한 것으로, 특히 채취된 해저 광물이나 심층수 등을 선상으로 상승시키기 위하여 사용하는 해양용 수직 유연관에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 심해 해저면까지 수직관로를 설치하여 해저의 광물이나 심층수 등을 채취하도록 하기 위하여 주로 금속 재질로 된 수직관로를 사용하게 된다.

이러한 종래의 수직관로는 금속으로 된 것으로, 적정 길이의 수직관로의 양단에 체결을 위한 플랜지를 구비하여서 된 것이다.

이러한 수직관로는 설치될 심해 해저면의 깊이에 따라 적정 개수의 수직관로를 준비하고, 바지선이나 작업선에서 크램프를 이용하여 하나의 수직관로를 수직으로 세우고 크램프의 물림 상태를 조절하여 수직으로 내리면서 상단부에 다른 수직관로 하단의 플랜지를 나사 체결한 다음 크램프를 풀고 체결된 수직관로를 내리면서 상단부에 다른 수직관로 하단의 플랜지를 나사 체결하는 작업을 반복함으로써 원하는 깊이의 해저면에 수직관로가 도달하도록 하는 방법으로 시공완료하게 되며, 이러한 과정에서 길이가 매우 길게 된 수직관로의 하중을 줄여 주기 위하여 퍼들에 부력재를 연결하여 주게 되는 것이다.

이에서 살펴본 바와 같은 수직관로는 조류나 파도에 의하여 변형, 손상됨을 방지하여야 하므로 금속 재질의 두께를 두텁게 하여야 하며 고인성의 재질로 제작되어야 하므로 제작 비용이 많이 드는 문제점이 있다.

그러므로, 수년전부터 폴리에틸렌등을 주재하여 유연관을 제작하였으며, 그 대표적인 예를 대한민국 특허 제459911호(발명의 명칭: 고강도 다층 유연관의 제조 방법; 이하 '인용발명1'이라 함)에 의하여 살펴 볼 수 있다. 이는 도1로 보인 바와 같이 열가소성 플라스틱 내관(1)의 상부 외주연에 특수소재 벨트(2)를 축 방향으로 부착시키는 단계(S10),

그 상면에 강재 코일(3)을 원주 방향으로 권선시키며 전동롤러(9)가 이동되게 하는 단계(S20),

상기 내관(1)의 중앙부에는 내관(1)의 열변형 방지를 위한 냉각수순환관(5)이 관통되게 하는 단계(S30),

상기 벨트(2)와 코일(3)이 결합된 내관(1)이 외관(4)과 일체화되도록 예열기(6)를 통과시켜 예열되게 하는 단계(S40),

예열된 상기 내관(1)의 외주연에는 압출구(10)로부터 압출되는 외관성형용 플라스틱을 압출 성형시켜 상기 내관(1)

과 외관(4)이 일체화 되게 하는 단계(S50),

상기 일체화된 내외관(1,4)을 외관냉각장치(11) 내로 통과시키는 단계(S60)로 완성된 것이다.

이러한 인용발명1에 의한 고강도 다층 유연관의 제조 방법은 해양개발 및 육상건설 등에 필수적인 고강도 유연관을 효과적으로 제조하여 육상 및 해양에서 유체의 수송이나 중요 선로의 보호 등을 위한 자재로서 다양한 해양개발에 활용될 수 있을 것으로 기대되는 것이며, 이러한 인용발명1에 의하면 강관이 아닌 유연관을 사용함으로써 조류나 파도에 의하여 변형, 손상됨을 최소화할 수 있게 되는 장점이 있는 것이다.

아울러, 유연관의 다른 실시예로서 도2로 도시한 바와 같이 대한민국 특허제765884호(발명의 명칭: 현장 제작형 고강도 유연관의 제작 및 설치방법; 이하 '인용발명2'라 함)이 제안된 바 있다. 이는 첫째 해수에 의한 부식을 방지하기 위하여 와이어로프를 폴리에틸렌(PE) 스프레이에 의하여 보호하는 것이며, 둘째는 해수부식에 대하여 보호된 와이어로프를 폴리에틸렌파이프와 일체화 시키는 공법으로써, 일정한 간격으로 밴드를 이용하여 와이어로프와 폴리에틸렌파이프를 결합시키는 공법을 사용한다. 아울러, 셋째는 결합된 취수관을 선상에서 연속적인 과정에 의하여 부설선박을 통하여 직접 부설하는 공법으로, 첫째와 둘째 과정에서 발생하

는 파이프 재료들이 별도의 제작 및 이동 과정을 거치지 않고 결합과 동시에 부설하는 것이다. 이러한 인용발명은 안전성, 기능성 및 경제성을 확보할 수 있는 고강도, 고비중 유연관을 실현할 수 있는 관재로써 그 제작 및 설치방법이 제공됨으로써 다양한 해양개발 및 유체이송에 활용되는 것인바, 해양심층수 개발용 취수관을 해저면 위에 안전하고 경제적으로 부설하기 위한 방안으로, 저비용, 고효율의 취수관 부설작업이 수행되어질 수 있고 향후 해양심층수 뿐만 아니라, 해양석유 운반용 파이프라인 부설작업, 이산화탄소(CO2) 배출을 위한 파이프라인 부설작업 등 다양한 분야에도 적용이 기대되는 것이다.

반면에 이러한 인용발명1과 인용발명2는 유연관의 채택에 의한 위에 열거한 많은 장점에도 불구하고 효과적인 연결 수단을 제시하지 못하여 그 용도가 제한되고 있는 문제점이 있으며, 특히 인용발명2는 이러한 문제 해결을 위하여 선상에서 필요한 길이의 유연관을 직접 제조하여 선상에서 바로 투입하는 방법을 제안하고 있으나, 선상이나 해안에서 유연관을 제조할 수 없는 많은 경우에는 적용하기 어려운 문제점이 있는 것일 뿐만 아니라, 유연관 전체가 하나로 된 것이므로 다른 장소로 옮기기가 사실상 불가능하고 다른 장소에서 사용시 그 길이가 일치하지 않는 경우가 대부분이므로 재활용이 극히 어렵다는 치명적인 문제점이 있을 안고 있는 것이다.

대한민국 특허 제459911호(발명의 명칭: 고강도 다층 유연관의 제조 방법) 대한민국 특허 제765884호(발명의 명칭: 현장 제작형 고강도 유연관의 제작 및 설치방법)

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 수직관로를 금속이 아닌 합성수지로 된 유연관으로 대체함에도 불구하고, 조류나 파도에 의한 휨으로 전단력 및 진동이 발생 되는 상황에서도 안전하게 필요한 길이 만큼 조립하여 시공하거나 분리하여 이송 및 재조립이 가능하도록 할 수 있도록 하여서 된 해양용 수직 유연관을 제안한다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 유연관의 양단에 상부 플랜지와 하부플랜지를 설치하되, 상부 플랜지에는 퍼들을 추가로 설치하고 작업선이나 바지선 등의 선상에 설치된 크램프와 크레인을 이용함으로써 조류나 파도에 의하여 시공 중인 유연관에 휨에 의한 전단력이나 진동이 발생하더라도 안전하게 손상됨이 없이 해양용 수직 유연관을 시공할 수 있도록 한 해양용 수직 유연관 시공 방법 및 파도나 조류에 의하여 발생되는 전단력에도 불구하고 그 재질을 강성과 충분한 인성을 구비한 금속으로 된 플랜지와 합성수지의 응력이 집중되는 연결 부위에 접촉면적을 증대시키기 위한 요철부를 구비하여서 된 결속패드와, 이러한 결속패드와 유연관의 일단 그리고 플랜지를 체결하기 위한 볼트 및 너트로 대표되는 체결수단을 구비하여서 된 해양용 수직 유연관을 제공한다.

이와 같이 하여 본 발명은 조류나 파도에 의하여 유연관에 휨에 의한 전단력, 진동이 발생되더라도 수직 유연관의 조립 과정이나 부력재 설치 과정이 안전하고 효율적으로 진행될 수 있는 것이어서 수직 유연관 설치 과정에서 작업자를 보호하고 경제적인 손실을 최소화할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다. 뿐만 아니라, 본 발명은 유연관의 길이가 제한되어 있어서 운반이 용이하며 시공 장소에 최적화된 길이의 수직관로를 시공할 수 있게 되고 필요에 따라 플랜지 부분을 해체하여 용이하게 운반하여 보관하거나 원하는 개소에 재시공할 수 있게 되므로 시공이 용이하게 됨과 아울러 재활용에 의하여 시공 비용도 절감할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

도1은 인용발명1에 의하여 제조된 종래의 고강도 다층 유연관을 보인 일부 절결 사시도.
도2는 인용발명2에 의하여 제조된 현장 제작형 고강도 유연관의 제작 방법을 보인 흐름도.
도3은 본 발명에 의하여 제작된 수직 유연관의 주요 구성을 보인 사시도.
도4는 본 발명에 사용되는 결속패드를 보인 사시도.
도5는 본 발명에 의하여 조립된 유연관과 상부 플랜지 및 하부플랜지의 조립 상태 사시도.
도6은 본 발명에 의하여 조립된 상부 플랜지와 하부플랜지의 조립 상태 종단면도.
도7내지 도12는 본 발명에 의한 시공 방법을 보이는 설명도.
도13내지 도15는 본 발명에 의한 시공 방법의 주요 상태 사시도.
도16은 본 발명에 의한 유연관 내부의 구조를 보인 실시예.

이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 설정된 길이로 제작된 단위 해양용 수직 유연관을 도3으로 보였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명은 합성수지로 된 유연관(11)의 상하단에 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30)를 고정하되, 상부플랜지(20) 하방에는 부력재(40)의 고정 및 상,하부플랜지(30) 조립 작업과 부력재(40) 설치 작업을 위한 부력재(40)를 부착할 수 있도록 하여서 된 것이다.

아울러, 본 발명은 상기 유연관(11)과 상,하부 플랜지(20,30) 사이에 관통공(50)을 형성하고, 체결공(61)을 갖는 유연관(11) 내부 둘레에 결속패드(60)를 밀착시킨 상태에서 상기 관통공(50)과 체결공(61)을 볼트(22)로 관통시키고 상,하부 플랜지(20,30) 외부로 돌출된 볼트(22)에 너트(23)를 채워 체결하여서 된 것이다.

즉, 이러한 본 발명에서의 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30)에는 상하로 다수개의 유연관(11)과 반복 체결하기 위한 관통공(50)이 다수 설치되어 있고, 유연관(11)의 상단과 하단 둘레가 끼워지는 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30)의 둘레에는 관통공(50)이 형성되어 있으며, 그 내부 둘레에 결속패드(60)를 밀착시킨 후 볼트(22)를 끼우고 외부 둘레에 너트(23)로 된 체결수단을 사용하여 체결하는 것이다.

환언하면, 본 발명은 유연관(11)의 상단 및 하단 둘레에 관통공(50)을 형성하고 상부플랜지(20) 및 하부플랜지(30)의 둘레에 형성된 관통공(50)이 일치하도록 한 후 도4로 보인 바와 같은 체결공(61)을 갖는 결속패드(60)가 유연관(11)의 상단 및 하단 둘레에 밀착되도록 한 다음 이러한 결속패드(60)의 체결공(61)과 유연관(11) 및 플랜지의 관통공(50)이 일치하도록 한 상태에서 내측에서 볼트(22)를 끼워 상부플랜지(20) 및 하부플랜지(30)의 외측으로 볼트(22)가 노출되도록 한 후 너트(23)를 채워 견고한 체결상태가 되도록 하면 도5로 보인 상태로 되는 것이며, 다수의 결속패드(60) 및 볼트(22), 너트(23)에 의하여 견고하게 체결된 상태를 도6의 단면도로 보였다.

특히, 이러한 본 발명에 의한 해양용 수직 유연관은 다음에서 설명하는 바와 같은 단계로 시공되는 것이며 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

이러한 시공 방법을 구현하기 위하여 본 발명은 먼저 작업선이나 바지선(100) 위의 덱크에 문풀(102)(Moon Pool)을 설치하고, 문풀(102) 주변에 크레인(90)을 설치하며, 문풀(102)의 상단에는 크램프(70)를 설치하여 유연관(11)의 상,하단에 고정된 상부플랜지(20)가 얹혀져서 시공 작업을 실시할 수 있도록 하여야 한다.

즉, 본 발명은 도7로 보인 바와 같이 크레인(90)으로 수직 유연관(80)의 상부플랜지(20)를 잡고 상부플랜지(20) 하방에 설치된 퍼들(21) 저면이 크램프(70) 상면에 오도록 한 후 크램프(70)를 전진시켜 고정시키는 단계를 실시한다.

이어서, 측면도인 도8 및 사시도인 도13으로 보인 바와 같이 미리 준비되어 있던 1차 후속 수직 유연관(81)의 상부플랜지(20)를 크레인(90)으로 잡고 1차 후속 수직 유연관(81)의 하부플랜지(30) 관통공(50)과 이미 크램프(70)에 얹어져 고정된 수직 유연관(80)의 상부플랜지(20) 관통공(50)이 일치하도록 위치 조정하는 단계를 실시한다.

이어서 크램프(70)에 고정된 수직 유연관(80)의 상부플랜지(20)와 1차 후속 수직 유연관(81)의 하부플랜지(30)의 관통공(50)이 일치하도록 한 상태를 유지하면서 볼트(22)와 너트(23)로 체결하여 고정시키는 단계를 실시한다.

이와 같이 하여 수직 유연관(80)과 1차 후속 수직 유연관(81)이 체결되도록 한 다음 측면도인 도9 및 사시도인 도14로 보인 바와 같이 크램프(70)를 후퇴시키고 크레인(90)으로 잡고 있는 1차 후속 수직 유연관(81) 상부플랜지(20)를 하강시켜 1차 후속 수직 유연관(81)의 하부와 체결된 수직 유연관(80)의 상부플랜지(20) 저면을 크램프(70) 상면에 접근시킨 후 크레인(90)에 의한 하강 동작 정지시키는 단계를 실시한다.

이와 같이 한 후 측면도인 도10 및 사시도인 도15로 보인 바와 같이 크램프(70)를 전진시켜 수직 유연관(80)의 상부플랜지(20) 하방을 고정시킨다.

이러한 상태에서 상부플랜지(20)의 퍼들(21)에 부력재(40)를 연결하여 고정시키는 단계를 실시한다.

이어서, 도11로 보인 바와 같이 크램프(70)를 후퇴시킨 다음 크레인(90)으로 1차후속 수직 유연관(81)의 상부프랜지(20)를 잡은 상태에서 1차 후속 수직 유연관(81) 및 이와 연결된 수직 유연관(80)이 하강하도록 하는 것이며, 이때 수직 유연관(80)의 퍼들(21)에 고정된 부력재(40)는 수중에서 부력을 받아 수직 유연관(80)에 부력을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 1차 후속 수직 유연관(81)의 하강으로 그 상부플랜지(20)의 퍼들(21) 저면이 크램프(70) 상면에 오도록 올려 놓고 크램프(70)를 전진시켜 고정시키는 단계를 수행한다. 아울러, 크레인(90)의 1차 후속 수직 유연관(81) 상부플랜지(20) 물림 상태를 해제하고 2차 후속 수직 유연관(82)의 상부플랜지(20)를 잡고 2차 후속 수직 유연관(82)의 하부플랜지(30) 관통공(50)과 크램프(70) 상면에 얹어져 고정된 1차 후속 유연관(81)의 상부플랜지(20)의 관통공(50)이 일치하도록 위치 조정하는 전술한 도8의 단계 이하를 반복 실시함으로써 연속적으로 수직 유연관을 조립하여 문풀(102)을 통하여 배출함으로써 해저의 광물이나 심층수 등을 채취할 수 있게 되는 것이다.

이에 따라, 본 발명에서는 다수의 유연관(11)이 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30)에 의하여 상호 연결되는 것이며, 이들이 해수중에서 조류와 파도 등에 의하여 상하는 물론 좌,우로 움직이는 횡모멘트에 의한 전단력이 발생한다. 그러므로, 이러한 전단력은 유연관(11) 상단부에 고정된 상부플랜지(20)에 집중적으로 가하여 지는 것이며, 유연관(11)과 상부플랜지(20) 사이를 결착시키고 있는 결속패드(60)를 거쳐서 후속하여 체결되는 유연관(11)의 하부플랜지(30)에 까지 전달되는 것이기는 하나, 1차로 결속패드(60)에서 전단력이 분산되고, 이러한 전단력은 덱크(101)에 견고하게 고정된 크램프(70)에 전달되어 분산되므로 유연관(11)의 상부플랜지(20)에 후속하여 체결되는 유연관(11)의 하부플랜지(30)를 결속하는 일련의 작업이 안전하게 진행될 수 있는 것이다.

아울러, 본 발명에서는 결속패드(60)의 구체적인 예를 도4로 보였다. 이러한 실시예에서 보는 바와 같이 본 발명은 유연관(11)의 상단과 하단 바깥 둘레에 체결되는 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30)를 결속패드(60)를 거쳐서 볼트(22) 및 너트(23)로 체결하되, 특히 결속패드(60)의 유연관(11) 내부 둘레면에 접촉되는 둘레면에 다수의 경사면(62)을 형성함으로써 전단력이 결속패드(60)에 의하여 분산되도록 하고 있다.

아울러, 본 발명의 다른 실시예로 도16으로 보인 바와 같이 결속패드(60)가 결착되는 유연관(11)의 내부 둘레면에 결속패드(60)에 형성된 다수의 경사면(62)에 대응하는 경사면(62)을 형성하여 줄 수도 있으며, 이러한 실시예에 의하면 결속패드(60)와 체결시에 더욱 넓은 면적에 걸쳐서 맞물려 전단력이 분산된 후 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30)에 전달되도록 함으로써 유연관(11)의 손상을 방지하는 기능을 강화할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에서는 결속패드(60)의 상,하부에 사면(63)이 형성되도록 하였으며, 이에 따라 광물이나 심층수등이 유연관(11) 내부를 통과하는 과정에서 받게 되는 유체 저항을 최소화되도록 하였으며, 도6으로 보인 바와 같이 결속패드(60)에 체결되는 볼트(22)의 두부 역시 둥글게 처리함으로써 유연관(11) 내부를 이동하는 물체가 받게 되는 유체 저항을 최소화할 수 있게 된다.

이상과 같은 본 발명은 본 발명이 의도하는 요지 및 개념을 공유하면서 공지된 여러 수단들을 다양한 형태로 조합하여 변형 실시할 수 있음은 물론이다.

11:유연관 20:상부플랜지
21:퍼들 22:볼트
23:너트 30:하부플랜지
40:부력재 50:관통공
60:결속패드 61:체결공
62:경사면 63:사면
70;크램프 80:수직 유연관
81:1차 후속 수직 유연관 82:2차 후속 수직 유연관
90:크레인 100:작업선, 바지선
101:덱크 102:문풀

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 합성수지로 된 유연관의 상하단에 상부플랜지와 하부플랜지를 고정하되, 상부플랜지 하방에는 부력재 고정 및 상,하부플랜지 조립 작업과 부력재 설치 작업을 위한 부력재를 부착할 수 있고,
   상기 유연관과 상,하부 플랜지 사이에 관통공이 형성되며, 체결공을 갖는 유연관 내부 둘레에 결속패드를 밀착시킨 상태에서 상기 관통공과 체결공을 볼트로 관통시키고 상,하부 플랜지 외부로 돌출된 볼트에 너트를 채워 체결하여서 됨을 특징으로 하는 해양용 수직 유연관.
4. 청구항3에 있어서,
   상기 결속패드의 상,하부에 경사면이 형성되도록 함을 특징으로 하는 해양용 수직 유연관.
5. 청구항3에 있어서,
   상기 결속패드의 유연관 내부 둘레면에 접촉되는 둘레면에 다수의 경사면을 형성하여서 됨을 특징으로 하는 해양용 수직 유연관.
6. 청구항5에 있어서,
   상기 결속패드가 결착되는 유연관의 내부 둘레면에 결속패드에 형성된 다수의 경사면에 대응하는 경사면을 형성하여서 됨을 특징으로 하는 해양용 수직 유연관.

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