KR101505566B1 - 하이드레이트 생성을 방지하는 수송관 - Google Patents

Abstract

본 출원은 하이드레이트의 생성을 방지할 수 있는 수송관에 관한 것으로서, 본 출원의 일 실시예에 따르면, 시추한 원유 또는 가스 등의 유체가 유동되는 주관, 상기 주관의 일측과 타측에 연통되며, 상기 주관 내의 유체가 일측의 유입구로부터 유입되어 타측의 유출구를 통해 주관내로 배출되는 지관 및 상기 지관 내의 유체를 가열하는 히터를 포함하여 이루어져, 상기 주관 내의 유체가 상기 지관으로 유입되어 상기 히터를 통해 가열된 후 주관으로 회귀되어 주관 내의 유체가 순환되는 하이드레이트 생성을 방지하는 수송관이 개시된다.

Description

하이드레이트 생성을 방지하는 수송관{Pipe Preventing Hydrate Forming}

본 발명은 원유의 수송관에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 내부에 하이드레이트의 생성을 방지할 수 있는 수송관에 관한 것이다.

원유 또는 천연가스를 유전으로부터 시추한 후에는 수송관을 통해 수송한다. 즉, 육지에서 시추한 원유 또는 가스는 육상수송관을 통해 수요처 및 처리장치로 운송되며, 해저의 유전에서 시추한 원유 또는 가스는 해저 수송관을 통해 플랜트 및 처리장치로 운송된다.

한편, 상기 수송관을 통해 운송되는 원유 또는 천연가스에는 물분자와 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등의 다양한 물질들이 혼합되어 있는데, 이러한 물질들이 특정한 조건이 되면 가스 하이드레이트(Gas hydrate)가 생성될 수 있다.

가스 하이드레이트란 특정 온도와 압력조건하에 물분자와 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등의 가스가 포획되어 얼음형태의 고체상 격자구조로 형성된 결합체를 뜻하는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 물질조성(예를 들어 염화나트륨(NaCl)의 농도)에 따라 온도가 낮을수록, 압력이 높을수록 생성되는 경향이 있다.

그런데, 상기 육상 수송관이 시베리아 등 저온 지역을 지나거나 또는 심해유전인 경우 수송관이 동토 또는 심해저등 저온환경에 배치될 수 밖에 없는데, 이러한 경우 온도는 낮고 압력은 높은 상태가 되어 가스 하이드레이트가 생성될 수 있는 조건이 되고 있다.

상기와 같은 수송관 내에서의 가스 하이드레이트의 생성은 수송관 내에 원유나 천연가스가 흐를 때에는 생성이 방지되나, 기상상황 또는 정비의 목적으로 수송관의 작동이 정지되어 내부에 원유나 천연가스가 흐르지 않고 정체될 경우 도 2에 도시된 바와 같이 수송관(10) 내부에 가스 하이드레이트(20)가 생성되어 수송관을 막아버리는 플러깅 현상등이 발생할 수 있으며, 이는 가스관의 폭발이나 시설물의 손상 등을 야기할 수 있는 문제점이 있다.

미국공개특허 US2010/0051279

본 출원은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수송이 정지되어 수송관 내부에 원유나 천연가스가 정체될 때에도 하이드레이트의 생성을 방지하는 수송관을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 출원의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 출원의 일 실시예에 따르면, 시추한 원유 또는 가스 등의 유체가 유동되는 주관, 상기 주관의 일측과 타측에 연통되며, 상기 주관 내의 유체가 일측의 유입구로부터 유입되어 타측의 유출구를 통해 주관내로 배출되는 지관 및 상기 지관 내의 유체를 가열하는 히터를 포함하여 이루어져, 상기 주관 내의 유체가 상기 지관으로 유입되어 상기 히터를 통해 가열된 후 주관으로 회귀되어 주관 내의 유체가 순환되는 하이드레이트 생성을 방지하는 수송관이 개시된다.

상기 지관은, 상기 주관의 하측에 위치될 수 있다.

상기 지관은, 상기 유입구로부터 하측으로 연장되어 주관의 유체가 유입되는 하강부 및 상기 하강부로부터 상측으로 상기 유출구까지 연장되어 상기 하강부로부터 유입된 유체가 상기 주관으로 배출되는 상승부를 포함할 수 있다.

상기 상승부는 상기 주관에 대해서 경사지게 형성될 수 있다.

상기 히터는 상기 지관의 상승부에 구비되어 상기 상승부의 유체를 가열할 수 있다.

상기 지관에는 상기 주관 내부의 유체가 흐를 때 상기 주관 내의 유체가 지관으로 흐르는 것을 방지하는 밸브가 더 구비될 수 있다.

본 출원의 하이드레이트 생성을 방지하는 수송관에 따르면, 원유 또는 천연가스의 수송이 정지되어 수송관 내부에 원유나 천연가스가 정체될 때에도 수송관 내부에 하이드레이트의 생성을 방지할 수 있어 수송을 재개할 때 정비의 필요성이 줄어들며, 플러깅 및 가스관의 폭발이나 시설물의 손상의 위험을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

본 출원의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

아래에서 설명하는 본 출원의 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 출원을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 온도 및 압력에 따라 특정성분에서 하이드레이트가 생성되는 조건을 도시한 그래프;
도 2는 수송관에서 생성된 하이드레이트의 모습을 도시한 사진;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트의 생성을 방지하는 수송관을 도시한 측면도; 및
도 4는 도 3의 단면을 도시한 단면도 이다.

이하 본 출원의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 출원의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에 따른 하이드레이트 생성을 방지하는 수송관은 도 3에 도시된 바와 같이, 주관(110)과 지관(120) 및 히터(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 주관(110)은 유전으로부터 시추한 원유 또는 가스 등의 유체가 흐르는 파이프일 수 있다.

상기와 같은 주관(110)은 육상에 위치될 수 있으며 또는 수면 아래의 해저에 위치될 수도 있다.

그리고, 상기 지관(120)은 상기 주관(110)의 일측과 타측에 각각 연통되며, 상기 주관(110)내의 유체를 상기 일측의 유입구(112)로부터 유입받아 타측의 유출구(114)를 통해 주관(110) 내로 배출하여 주관(110) 내의 유체를 순환시키는 구성요소이다.

즉, 상기 주관(110)의 일측에 연통된 부분을 유입구(112)라 칭하고, 주관(110)의 타측에 연통된 부분을 유출구(114)라 칭할 수 있다.

그리고, 상기 히터(130)는 지관(120) 내의 유체를 가열하여 가열된 유체가 대류현상에 의해 지관(120)내로 회귀되도록 하는 구성요소이다. 상기와 같은 히터(130)는 원유 또는 가스의 수송이 중지되어 상기 주관(110) 내의 원유 또는 가스 등의 유체의 흐름이 정지되었을 때 작동할 수 있다.

한편, 상기 지관(120)은 주관(110)의 하측에 위치될 수 있다. 그에 따라 상기 유입구(112)와 유출구(114) 또한 주관(110)의 하측면에 형성될 수 있다.

상기와 같은 지관(120)은 하강부(122)와 상승부(124)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 하강부(122)는 상기 유입구(112)로부터 하측으로 연장되어 주관(110)의 유체가 상기 유입구(112)로부터 유입되도록 이루어지고, 상기 상승부(124)는 상기 하강부(122)의 끝단으로부터 상측으로 상기 유출구(114)까지 연장되어 상기 하강부(122)로부터 유입된 유체가 상기 주관(110)으로 배출되도록 이루어질 수 있다.

즉, 주관(110) 내부의 유체는 상기 유입구(112)를 통해 상기 지관(120)의 하강부(122)로 유입되고, 상기 지관(120)의 상승부(124)를 거쳐 상기 유출구(114)를 통해 지관(120)내부로 회귀될 수 있다.

이 때, 상기 히터(130)는 상기 상승부(124)에 위치되어 상기 상승부(124) 내의 유체를 가열함으로써 대류 현상에 의해 상승하여 주관(110) 내부로 유출되도록 이루어질 수 있다. 더욱 자세하게는 상기 히터(130)는 상기 상승부(124)의 최저점을보다 약간 높은 위치를 가열하도록 이루어질 수 있다. 이는 상기 히터(130)에 의해 가열된 유체가 상기 하강부(122)로 유입되어 지관(120)내에서 유체가 역류하는 현상을 방지하기 위함이다.

따라서, 상기 주관(110)내부의 냉각된 유체는 상기 지관(120)의 하강부(122)로 유입되고, 유입된 유체는 상기 상승부(124)에서 가열되어 대류현상에 의해 상승되면서 주관(110)으로 회귀되며 이러한 과정이 반복되어 상기 주관(110) 내부의 유체가 순환되면서 하이드레이트의 형성이 방지될 수 있다.

한편, 상기 하강부(122) 또는 상승부(124) 중 어느 하나는 상기 주관(110)에 대해서 경사지게 각도를 이루도록 구비될 수 있다.

이는, 상기 지관(120)에 의해 유체가 순환되는 주관(110)의 영역이 상기 유입구(112)와 유출구(114) 사이이므로 상기 유입구(112)와 유출구(114) 사이를 이격시킬수록 상기 주관(110)의 지관(120)에 의해 유체가 순환되는 영역이 커질 수 있다.

그리고, 상기 원유 또는 가스의 수송이 재개되어 상기 수송관에 유체가 흐를 때 유동하는 유체가 상기 지관(120)으로 유입되지 않도록 상기 지관(120)의 유입구(112) 및 유출구(114)의 인근에 상기 지관(120)을 개폐하는 밸브(140)가 더 구비될 수 있다.

이상과 같이 본 출원에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 출원은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

110: 주관 112: 유입구
114: 유출구 120: 지관
122: 하강부 124: 상승부
130: 히터 140: 밸브

Claims (6)

1. 시추한 원유 또는 가스 등의 유체가 유동되는 주관;
   상기 주관의 일측과 타측에 연통되며, 상기 주관 내의 유체가 일측의 유입구로부터 유입되어 타측의 유출구를 통해 주관내로 배출되도록 지관의 하측에 위치되는 지관; 및
   상기 지관 내의 유체를 가열하는 히터;를 포함하되,
   상기 지관은,
   상기 유입구로부터 하측으로 연장되어 주관의 유체가 유입되는 하강부; 및
   상기 하강부로부터 상측으로 상기 유출구까지 연장되어 상기 하강부로부터 유입된 유체가 상기 주관으로 배출되는 상승부;를 포함하고,
   상기 히터는 상기 지관의 상승부의 유체를 가열하도록 상기 지관의 상승부에 위치되어,
   상기 주관 내의 유체가 상기 지관으로 유입되어 상기 히터를 통해 가열된 후 대류현상에 의해 상승되어 주관으로 회귀되어 주관 내의 유체가 순환되는 하이드레이트 생성을 방지하는 수송관.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 상승부는 상기 주관에 대해서 경사지게 형성되는 하이드레이트 생성을 방지하는 수송관.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 지관에는 상기 주관 내부의 유체가 흐를 때 상기 주관 내의 유체가 지관으로 흐르는 것을 방지하는 밸브가 더 포함되는 하이드레이트 생성을 방지하는 수송관.

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