KR101627662B1

KR101627662B1 - 반잠수식 해양 구조물의 밸러스트 시스템

Info

Publication number: KR101627662B1
Application number: KR1020140032895A
Authority: KR
Inventors: 도경민; 나창현
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2016-06-07
Also published as: KR20150109727A

Abstract

선체 보강 물량을 줄여 해양 구조물의 중량과 원가 절감에 기여할 수 있는 반잠수식 해양 구조물의 밸러스트 시스템을 제공한다. 반잠수식 해양 구조물의 밸러스트 시스템은 폰툰 내부에 설치되는 폰툰 밸러스트 탱크와, 컬럼 내부에 설치되는 컬럼 밸러스트 탱크와, 갑판 상부에서 선외의 해수 펌프와 연결되며 컬럼 밸러스트 탱크를 거쳐 폰툰 밸러스트 탱크로 이어지는 해수 이송관을 포함한다.

Description

반잠수식 해양 구조물의 밸러스트 시스템 {BALLAST SYSTEM FOR SEMI-SUBMERSIBLE MARINE STRUCTURE}

본 발명은 반잠수식 해양 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폰툰과 컬럼 내부에 설치되어 해양 구조물의 균형을 잡는 밸러스트 시스템에 관한 것이다.

컬럼 안정화 유닛(column stabilized unit) 또는 반잠수식 플랫폼(semi-submersible platform) 등으로 불리는 반잠수식 해양 구조물은 컬럼(column)에 의해 갑판(deck)과 폰툰(pontoon)이 연결된 구조로 이루어진다. 반잠수식 해양 구조물은 작업 중 적정한 부력 확보와 자세 유지를 위해 밸러스트 탱크를 해수로 채워 폰툰 전체와 컬럼 일부가 잠기는 반잠수 상태를 유지한다.

밸러스트 탱크는 폰툰과 컬럼 내부에 위치하며, 통상적으로는 선저부 근처의 해수 유입구(sea chest)를 통해 해수를 제공받는다. 그러나 최근에는 안전사고 예방을 위해 수면 하부에 잠기는 구역에서는 개구를 없애고 선외의 잠수형 펌프를 이용하여 갑판 상부로부터 이송 배관을 통해 밸러스트 탱크에 해수를 공급하는 배관 구성이 적용되고 있다.

갑판 상부로부터 선저부의 폰툰 밸러스트 탱크까지 직접 연결되는 이송 배관을 이용하는 경우, 폰툰 밸러스트 탱크의 선체 구조 치수(hull structure scantling)는 폰툰 밸러스트 탱크용 통기 배관의 상부 끝단까지 해수가 채워진 것을 기준으로 결정된다. 통기 배관의 상부 끝단은 갑판 상부에 위치하므로, 선체 보강 물량이 늘게 되어 해양 구조물의 중량이 커지고 원가가 높아지게 된다.

본 발명은 선체 보강 물량을 줄여 해양 구조물의 중량과 원가 절감에 기여할 수 있는 반잠수식 해양 구조물의 밸러스트 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반잠수식 해양 구조물의 밸러스트 시스템은 폰툰 내부에 설치되는 폰툰 밸러스트 탱크와, 컬럼 내부에 설치되는 컬럼 밸러스트 탱크와, 갑판의 상부에서 선외의 해수 펌프와 연결되며 컬럼 밸러스트 탱크를 거쳐 폰툰 밸러스트 탱크로 이어지는 해수 이송관을 포함한다.

해수 펌프가 퍼올린 해수는 컬럼 밸러스트 탱크에 채워질 수 있고, 컬럼 밸러스트 탱크에 채워진 해수는 중력에 의해 폰툰 밸러스트 탱크로 낙하하여 폰툰 밸러스트 탱크에 채워질 수 있다.

컬럼 밸러스트 탱크 상부의 해수 이송관에 제1 밸브가 설치될 수 있고, 컬럼 밸러스트 탱크 하부의 해수 이송관에 제2 밸브가 설치될 수 있다. 제1 밸브와 제2 밸브는 동시에 열리지 않도록 제어될 수 있다.

폰툰 밸러스트 탱크는 복수개로 구비될 수 있고, 해수 이송관은 제3 밸브가 설치된 분기관을 통해 복수의 폰툰 밸러스트 탱크와 연결될 수 있다. 밸러스트 시스템은 양단이 해수 이송관의 상측 및 하측과 연결되는 해수 교환관과, 해수 교환관에 설치되는 밸러스트 펌프를 더 포함할 수 있다.

컬럼 밸러스트 탱크, 폰툰 밸러스트 탱크, 해수 이송관, 및 해수 교환관은 제1 구역과 제2 구역 각각에 설치될 수 있다. 제1 구역의 폰툰 밸러스트 탱크의 해수는 해수 교환관 및 해수 이송관의 상측 부분을 통해 제2 구역의 컬럼 밸러스트 탱크로 이동할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 통기 배관의 상부 끝단이 아닌 컬럼 밸러스트 탱크의 상부를 기준으로 폰툰 밸러스트 탱크의 선체 구조 치수(hull structure scantling)를 정할 수 있다. 따라서 선체 보강 물량을 상?량 줄일 수 있으므로 반잠수식 해양 구조물의 중량 및 원가 절감에 효과적으로 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트 시스템을 구비한 반잠수식 해양 구조물의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트 시스템의 개략도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트 시스템을 구비한 반잠수식 해양 구조물의 개략도이다.

도 1을 참고하면, 반잠수식 해양 구조물(100)은 예를 들어 반잠수식 시추선(semi-submersible drilling rig)일 수 있으며, 기본적으로 갑판(10)과 두 개의 폰툰(pontoon)(20) 및 복수의 컬럼(column)(30)으로 구성된다. 반잠수식 해양 구조물은 일반 선박에 비해 물에 닿는 면적이 매우 작아 파도의 영향을 적게 받으므로 수직 운동이 크게 줄어드는 장점이 있다.

폰툰(20)은 부력을 만드는 역할을 하며, 반잠수식 해양 구조물(100)이 이동할 때에는 상부가 약간 노출되고, 시추 작업 중에는 저항을 최소화하기 위해 완전히 해수에 잠긴다. 폰툰(20) 내부에는 복수의 폰툰 밸러스트 탱크가 위치하며, 폰툰(20) 외부에는 자동위치제어(dynamic positioning)를 위한 스러스터(thruster)와, 선체의 외판이 해수에 의해 부식되는 것을 막기 위해 전기를 흘려주는 장치가 설치된다.

컬럼(30)은 폰툰(20)과 갑판(10)을 연결하는 역할을 하며, 물에 닿는 면적을 줄여 파도의 영향을 최소화하기 위해 복수개로 나누어 설치된다. 컬럼(30) 내부의 아래쪽에는 컬럼 밸러스트 탱크가 위치하고, 컬럼(30) 내부의 위쪽에는 시추에 필요한 기름 등이 저장되는 다른 탱크가 위치한다.

갑판(10)에는 시추에 필요한 각종 장비들이 설치된다. 갑판(10)에는 문풀(moonpool)이 뚫려 있고, 문풀 상부에 데릭(derrick)(40)이 위치한다. 데릭(40)은 시추 작업 시 굴착 파이프(driiling pipe)와 케이싱(casing) 및 라이저(riser) 등 해저로 내려지는 것들을 연결하고 잡는 역할을 한다.

밸러스트 시스템은 폰툰 밸러스트 탱크와 컬럼 밸러스트 탱크로 적정량의 해수를 유입시켜 반잠수식 해양 구조물(100)이 해상에서 균형을 유지하도록 하는 기능을 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트 시스템의 개략도이다.

도 2를 참고하면, 본 실시예의 밸러스트 시스템(50)은 폰툰 밸러스트 탱크(51)와, 폰툰 밸러스트 탱크(51)보다 높게 위치하는 컬럼 밸러스트 탱크(52)와, 갑판(10) 상부로부터 컬럼 밸러스트 탱크(52)를 거쳐 폰툰 밸러스트 탱크(51)로 이어지는 해수 이송관(53)을 포함한다. 갑판(10) 상부의 해수 이송관(53)은 선체 외부의 해수 펌프(54)와 연결된다.

폰툰 밸러스트 탱크(51)는 폰툰(20) 내부에서 복수개로 설치되며, 컬럼 밸러스트 탱크(52)는 각 컬럼(30)마다 하나 또는 복수개로 설치된다. 해수 이송관(53)은 각 컬럼 밸러스트 탱크(52)마다 하나씩 구비되며, 갑판(10) 상부로부터 컬럼 밸러스트 탱크(52)를 거쳐 분기관을 통해 복수의 폰툰 밸러스트 탱크(51)와 연결될 수 있다. 복수의 해수 이송관(53)은 갑판(10) 상부에서 일체로 연결된다.

여기서, 해수 이송관(53)이 컬럼 밸러스트 탱크(52)를 거쳐 폰툰 밸러스트 탱크(51)로 이어진다는 것은 해수 이송관(53)이 갑판(10) 상부와 컬럼 밸러스트 탱크(52) 사이의 제1 부분(또는 상측 부분)과, 컬럼 밸러스트 탱크(52)와 폰툰 밸러스트 탱크(51) 사이의 제2 부분(또는 하측 부분)으로 구성되는 것을 의미한다.

컬럼 밸러스트 탱크(52) 상부의 해수 이송관(53)에 제1 밸브(61)가 설치되고, 컬럼 밸러스트 탱크(52) 하부의 해수 이송관(53)에 제2 밸브(62)가 설치된다. 제1 밸브(61)는 컬럼 밸러스트 탱크(52)의 해수 유입을 제어하며, 제2 밸브(62)는 컬럼 밸러스트 탱크(52)의 해수 배출을 제어한다.

제1 밸브(61)와 제2 밸브(62)는 동시에 열리지 않도록 제어된다. 예를 들어, 제1 밸브(61)와 제2 밸브(62)는 인터락 제어부(70)와 전기적으로 연결되어 전기적인 신호에 의해 동시에 열리지 않도록 제어되거나, 서로 기계적으로 연결되어 물리적인 작동 방식에 의해 동시에 열리지 않도록 제어될 수 있다.

폰툰 밸러스트 탱크(51)와 이어지는 해수 이송관(53)의 분기관에 제3 밸브(63)가 설치된다. 제3 밸브(63)는 폰툰 밸러스트 탱크(51)의 해수 유입을 제어한다. 제3 밸브(63)는 분기관마다 하나씩 설치될 수 있다.

컬럼 밸러스트 탱크(52)와 폰툰 밸러스트 탱크(51) 각각에는 통기 배관이 설치된다. 통기 배관(55)은 갑판(10) 상부까지 뻗어 있으며, 컬럼 및 폰툰 밸러스트 탱크(52, 51)에 해수가 채워질 때 탱크 내부의 공기를 빼내는 역할을 한다.

해수 이송관(53)이 갑판(10) 상부에서 선체 외부의 해수 펌프(54)와 연결됨에 따라, 해수 펌프(54)가 퍼올린 해수는 먼저 컬럼 밸러스트 탱크(52)에 채워진다. 이때 제1 밸브(61)는 개방되어 컬럼 밸러스트 탱크(52)로 해수를 유입시키고, 제2 밸브(62)는 닫힌 상태를 유지한다.

컬럼 밸러스트 탱크(52)가 해수로 가득 채워지면 해수 펌프(54)의 작동을 중지시키고, 제1 밸브(61)를 닫은 후 제2 밸브(62)와 제3 밸브(63)를 개방시킨다. 그러면 컬럼 밸러스트 탱크(52)의 해수는 중력에 의해 낙하하여 해수 이송관(53)을 타고 폰툰 밸러스트 탱크(51)로 이동한다.

폰툰 밸러스트 탱크(51)와 컬럼 밸러스트 탱크(52)의 높이 차이는 수 내지 수십 미터이므로 동력 사용 없이 해수의 중력 만으로 폰툰 밸러스트 탱크(51)에 해수를 채울 수 있다. 통상의 경우 컬럼 밸러스트 탱크(52)의 용적이 폰툰 밸러스트 탱크(51)의 용적보다 작으므로 전술한 과정을 여러번 반복하여 폰툰 밸러스트 탱크(51)에 적정량의 해수를 채울 수 있다.

전술한 구성의 밸러스트 시스템(50)에서는 통기 배관(55)의 상부 끝단이 아닌 컬럼 밸러스트 탱크(52)의 상부를 기준으로 폰툰 밸러스트 탱크(51)의 선체 구조 치수(hull structure scantling)를 정할 수 있다. 따라서 선체 보강 물량을 상?량 줄일 수 있으므로 반잠수식 해양 구조물(100)의 중량 및 원가 절감에 효과적으로 기여할 수 있다.

또한, 제1 밸브(61)와 제2 밸브(62)는 인터락 제어부(70)에 의해 동시에 열리지 않도록 제어되므로 안전한 동작이 가능해진다.

한편, 반잠수식 해양 구조물(100)의 자세 유지를 위해 서로 다른 구역의 폰툰 밸러스트 탱크(51)간 해수를 이동시키는 경우도 있다. 밸러스트 시스템(50)은 양단이 해수 이송관(53)의 상측 및 하측과 연결되는 해수 교환관(56)과, 해수 교환관(56)에 설치되는 밸러스트 펌프(57)를 포함한다.

해수 교환관(56)의 상단은 컬럼 밸러스트 탱크(52) 상부의 해수 이송관(53)에 연결된다. 밸러스트 펌프(57) 상측과 하측의 해수 교환관(56)에 제4 밸브(64)가 설치될 수 있으며, 해수 교환관(56)은 해수 이송관(53)마다 하나씩 설치된다.

도 2를 기준으로 좌측을 제1 구역이라 하고, 우측을 제2 구역이라 가정한다. 제1 구역의 폰툰 밸러스트 탱크(51)의 해수를 제2 구역의 폰툰 밸러스트 탱크(51)로 이송하고자 하는 경우, 제1 구역의 폰툰 밸러스트 탱크(51)의 해수를 제2 구역의 컬럼 밸러스트 탱크(52)로 이동시킨다.

구체적으로, 제1 구역의 제3 밸브(63)와 제4 밸브(64) 및 제2 구역의 제1 밸브(61)를 열고, 제1 구역의 밸러스트 펌프(57)를 작동시켜 제1 구역의 폰툰 밸러스트 탱크(51)의 해수를 해수 교환관(56) 및 해수 이송관(53)의 갑판(10) 상측 부분을 통해 제2 구역의 컬럼 밸러스트 탱크(52)로 이동시킨다.

이후 제2 구역의 제1 밸브(61)를 닫고, 제2 구역의 제2 밸브(62)와 제3 밸브(63)를 열어 제2 구역의 컬럼 밸러스트 탱크(52)에 채워진 해수를 중력에 의해 낙하시켜 제2 구역의 폰툰 밸러스트 탱크(51)로 유입시킨다. 이와 같이 서로 다른 구역의 폰툰 밸러스트 탱크(51)간 해수를 이송하는 경우에 있어서도 컬럼 밸러스트 탱크(52)와 해수의 중력을 이용하여 해수를 이동시킨다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 반잠수식 해양 구조물 10: 갑판
20: 폰툰 30: 컬럼
40: 데릭 50: 밸러스트 시스템
51: 폰툰 밸러스트 탱크 52: 컬럼 밸러스트 탱크
53: 해수 이송관 54: 해수 펌프
55: 통기 배관 56: 해수 교환관
57: 밸러스트 펌프
61, 62, 63, 64: 제1, 제2, 제3, 제4 밸브

Claims

갑판과 폰툰이 컬럼에 의해 연결되는 반잠수식 해양 구조물의 밸러스트 시스템에 있어서,
상기 폰툰 내부에 설치되는 폰툰 밸러스트 탱크;
상기 컬럼 내부에 설치되는 컬럼 밸러스트 탱크; 및
상기 갑판의 상부를 통해 선외의 해수 펌프와 연결됨과 아울러 상기 갑판의 상부와 상기 컬럼 밸러스트 탱크 사이에 위치하는 제1 부분과, 상기 컬럼 밸러스트 탱크와 상기 폰툰 밸러스트 탱크 사이에 위치하는 제2 부분을 포함하여 상기 해수 펌프와 상기 컬럼 밸러스트 탱크 및 상기 폰툰 밸러스트 탱크를 일렬로 연결하는 해수 이송관을 포함하며,
상기 선외의 해수 펌프가 퍼올린 해수는 상기 제1 부분을 거쳐 상기 컬럼 밸러스트 탱크에 채워지고, 상기 컬럼 밸러스트 탱크에 채워진 해수는 상기 제2 부분을 거쳐 중력에 의해 상기 폰툰 밸러스트 탱크로 낙하하는 반잠수식 해양 구조물의 밸러스트 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 부분에 제1 밸브가 설치되고,
상기 제2 부분에 제2 밸브가 설치되며,
상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브는 동시에 열리지 않도록 제어되는 반잠수식 해양 구조물의 밸러스트 시스템.
제1항에 있어서,
상기 폰툰 밸러스트 탱크는 복수개로 구비되고,
상기 해수 이송관은 제3 밸브가 설치된 분기관을 통해 상기 복수의 폰툰 밸러스트 탱크와 연결되는 반잠수식 해양 구조물의 밸러스트 시스템.
제1항, 제3항, 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
양단이 상기 해수 이송관의 상측 및 하측과 연결되는 해수 교환관; 및
상기 해수 교환관에 설치되는 밸러스트 펌프
를 더 포함하는 반잠수식 해양 구조물의 밸러스트 시스템.
제5항에 있어서,
상기 컬럼 밸러스트 탱크, 상기 폰툰 밸러스트 탱크, 상기 해수 이송관, 및 상기 해수 교환관은 제1 구역과 제2 구역 각각에 설치되며,
상기 제1 구역의 상기 폰툰 밸러스트 탱크의 해수는 상기 해수 교환관 및 상기 해수 이송관의 상측 부분을 통해 상기 제2 구역의 상기 컬럼 밸러스트 탱크로 이동하는 반잠수식 해양 구조물의 밸러스트 시스템.