KR101631060B1 - 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해저저장탱크 내에 저장되는 유체(원유)를 순환시키는 순환라이저를 형성하여 유체를 순환시킴으로써, 유체의 고체화에 의한 라이저의 막힘 현상을 예방하는 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템에 관한 것이다.

Description

대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템{Transportation Pipeline Heating System Through the Circulation of the Fluid Stored in Large Undersea Storage Tank}

본 발명은 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해저저장탱크 내에 저장되는 유체(원유)를 순환시키는 순환라이저를 형성하여 유체를 순환시킴으로써, 유체의 고체화에 의한 라이저의 막힘 현상을 예방하는 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템에 관한 것이다.

파이프라인이 설치되지 않은 해상유정(offshore well)에서 생산되는 원유 또는 가스는 일반적으로 부유식 설비에 임시 저장되고, 원유운반선을 포함하는 셔틀 탱커(shuttle tanker)등에 의해 육지로 운송된다.

최근에는 해상유정의 위치가 연안에서 심해로 이동되고 있으며, 심해유정으로부터 원유 및 가스를 저장하기 위한 심해의 해저저장탱크는 심해유정에서의 원유 및 가스의 생산과 운송을 크게 개선할 수 있다.

상기 해저저장탱크는 대한민국 등록특허공보 제10-1327476호("대용량 해저저장탱크 및 그의 제작 및 설치방법, 2013.11.04.)에 제시되었다.

상기 대용량 해저저장탱크 및 그의 제작 및 설치방법에서 제시된 대용량 해저저장탱크를 이용한 원유 및 가스의 운송 시스템은 생산유정에서 생산된 유정유체는 2상 분리기에서 원유성분과 물성분으로 분리된다.

상기 물성분은 물주입유정으로 주입되며, 원유성분은 해저펌프를 통해 대용량 해저저장탱크로 보내져 저장되게 되며, 상기 대용량 해저저장탱크는 일정기간 원유를 저정하다가 원유운반선 등이 도달하였을 때, 부스터펌프를 이용하여 라이저 및 부유체를 거쳐 원유운반선으로 공급하여 육지로 이송할 수 있게 한다.

그러나 상기의 시스템은 원유운반선으로 원유를 공급한 후, 다음 원유운반선이 도착하기까지 라이저 내부로 유체(원유)의 이동이 없으므로, 일정시간 라이저가 일정 온도 이하로 냉각되게 된다.

상기와 같이 라이저가 일정 온도 이하로 냉각되는 경우, 원유의 고체화로 인해 라이저 내부를 막는 문제가 발생할 수 있으며, 이는 대용량 해저저장탱크를 이용한 유체의 수송을 방해하는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 라이저 내부의 수리 또는 보수에 소모되는 비용 및 시간이 증대되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1327476호("대용량 해저저장탱크 및 그의 제작 및 설치방법, 2013.11.04.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 해정유정에서 생산된 유체를 육지로 운송하기 위한 대용량 해저저장탱크를 이용한 수송배관 시스템에 있어서, 유체(원유)가 유동하는 라이저가 일정 온도 이하로 냉각되는 것을 예방하는 시스템을 형성함으로써, 유체의 고체화에 의한 라이저 내부의 막힘 현상을 방지하는 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템은 유정으로부터 유체를 공급받아 저장하는 해저저장탱크; 상기 해저저장탱크로부터 유체를 공급받아 유체운반선으로 유체를 공급하는 부유체; 일단이 상기 해저저장탱크와 연결되고, 타단이 상기 부유체에 연결되어 형성되며, 부스터펌프에 의해 상기 해저저장탱크의 유체를 상기 부유체로 공급하는 공급라이저; 및 일단이 상기 부유체와 연결되고, 타단이 상기 해저저장탱크에 연결되도록 형성되며, 상기 부유체로 공급되는 유체를 다시 상기 해저저장탱크로 공급하는 순환라이저;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 부유체는 상기 공급라이저로부터 공급되는 상기 해저저장탱크의 유체의 이동경로를 제어하는 제어밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부유체는 상기 해저저장탱크로부터 순환되는 유체의 열교환을 위한 열교환기가 구비되는 열교환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 부유체는 상기 해저저장탱크로부터 순환되는 유체의 고체화 및 수화물(hydrate) 형성 방지를 위한 약품을 공급하는 약품공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 공급라이저는 일단이 상기 해저저장탱크의 높이방향 중앙 일측에 형성되어 유체를 흡입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 순환라이저는 타단이 상기 해저저장탱크의 높이방향 중앙 타측, 높이방향 하부 중 선택되는 어느 하나 이상에서 형성되어 유체를 토출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템은 라이저가 일정 온도 이하로 냉각되는 것을 방지하여 유체(원유)의 고체화 및 수화물 형성을 방지함으로써, 라이저 내부의 고체물질에 의한 막힘 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템은 해저저장탱크의 유체를 부유체로 공급하기 위한 라이저가 2개 이상으로 형성된 경우에는 어느 하나의 라이저는 공급라이저로 형성하고, 나머지 다른 라이저는 순환라이저로 형성하여 유체를 순환시킬 수 있음으로써, 라이저의 추가 설치가 필요 없는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템은 라이저 내부의 막힘 현상을 방지함으로써, 해저저장탱크에 저장된 유체를 부유체로 공급하기 위한 부스터펌프의 용량을 줄일 수 있는 장점이 있다.

아울러, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템은 대용량 해저저장탱크내부의 유체가 냉각되어 왁스상태 또는 수화물(하이드레이트)이 형성되었을 때, 유체의 순환을 통해 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 대용량 해저저장탱크를 이용한 수송배관 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 제1실시예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 제2실시예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 제3실시예를 나타낸 도면.

이하, 상기한 바와 같은 특징을 가지는 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 대용량 해저저장탱크를 이용한 수송배관 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 제1실시예를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 제2실시예를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 제3실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템은 해저유정에서 생산된 유체를 육지로 운송하기 위한 대용량 해저저장탱크를 이용한 수송배관 시스템에 있어서, 해저저장탱크(100)와 상기 해저저장탱크(100)에 저장된 유체를 부유체(400)로 공급하기 위한 라이저(300) 내부의 막힘 현상을 방지하는 가열 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

좀 더 상세히 설명하자면, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템은 유정으로부터 유체를 공급받아 저장하는 해저저장탱크(100), 상기 해저저장탱크(100)로부터 유체를 공급받아 유체운반선(500)으로 공급하도록 해수면에 형성되는 부유체(400), 일단이 상기 해저저장탱크(100)에 연결되도록 형성되며, 타단이 상기 부유체(400)와 연결되도록 형성되어 부스터펌프(200)에 의해 상기 해저저장탱크(100)의 유체를 상기 부유체(400)로 공급하는 공급라이저(310) 및 일단이 상기 부유체(400)와 연결되고, 타단이 상기 해저저장탱크(100)에 연결되도록 형성되어 상기 부유체(400)로 공급되는 유체를 다시 상기 해저저장탱크(100)로 공급하는 순환라이저(320)를 포함한다.

이 때, 상기에 기재된 유체는 해저유정에서 생산되는 원유 또는 가스를 포함할 수 있으며, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템에서는 해저유정에서 생산된 원유를 육지로 운송하기 위한 것을 주요 목적으로 한다.

다만, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템은 상기의 원유의 운송에 한정하지 않고, 천연가스 및 이산화탄소 등 다양한 실시예가 가능함은 물론이다.

상기 해저저장탱크(100)는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 생산유정으로부터 생산된 유정유체를 2상 분리기에서 물성분과 원유성분으로 분리한 후, 물성분은 물주입유정으로 주입되고 원유성분은 상기 해저저장탱크(100)로 공급되어 저장된다.

상기 해저저장탱크(100)는 일정기간 유체를 저장하고 있다가 유체운반선(500)(본 발명에서의 원유를 운반하기 위한 원유운반선)이 유체를 육상으로 운송하기 위해 도착하였을 경우, 상기 부유체(400)로 공급하는 역할을 하며, 상기 유체는 상기 부유체(400)를 거쳐 유체운반선(500)으로 공급되어 육상으로 운송될 수 있다.

상기 공급라이저(310)는 상기에 기재된 바와 같이, 일단이 상기 해저저장탱크(100)와 연결되어 형성되고, 타단은 부유체(400)와 연결되도록 형성되어 부스터펌프(200)에 의해 상기 해저저장탱크(100) 내부에 저장된 유체를 상기 부유체(400)로 공급하는 역할을 한다.

상기 순환라이저(320)는 상기에 기재된 바와 같이, 일단이 상기 부유체(400)와 연결되어 형성되며, 타단은 상기 해저저장탱크(100)와 연결되도록 형성됨으로써, 상기 해저저장탱크(100)에서 상기 부유체(400)로 공급되는 유체를 다시 해저저장탱크(100)로 순환시킨다.

즉, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템은 유체운반선(500)이 도착할 때까지의 기간 동안 상기 공급라이저(310)와 순환라이저(320)를 통해 상기 해저저장탱크(100)와 부유체(400)간에 유체를 순환시킴으로써. 라이저(300)의 냉각에 의한 유체의 고체화 및 수화물 형성을 방지하여 라이저(300) 내부가 고체물질에 의한 막힘 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

다시 말해, 해저유정이 심해에 있는 경우 또는 기온의 변화로 인해 라이저(300)가 일정 온도 이하로 냉각되어 발생할 수 있는 막힘 현상을 방지하도록 상기라이저(300)를 상기 공급라이저(310)와 순환라이저(320)로 형성하고, 상기 공급라이저(310)와 순환라이저(320)를 통해 유체를 순환시킴으로써, 라이저(300) 내부의 막힘 현상을 예방할 수 있다.

좀 더 상세히 설명하자면, 상기 해저저장탱크(100) 내부에 저장된 유체는 매우 큰 열용량을 가지는 것을 특징으로 하며, 이는 냉각되는 속도가 느리기 때문에, 상기 해저저장탱크(100) 내에 저장된 유체를 순환시킴으로써, 라이저(300)의 냉각을 방지할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 상기 부유체(400)는 상기 공급라이저(310)로부터 공급되는 상기 해저저장탱크(100)의 유체의 이동 경로를 제어하는 제어밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.

즉, 상기 제어밸브는 유체운반선(500)이 도착하여 유체운반선(500)으로 유체를 공급해야 하는 상황 또는 다음 유체운반선(500)이 도착하기까지의 시간 동안 상기 순환라이저(320)로 유체를 공급하여 순환시켜 라이저(300) 내부의 막힘 현상을 방지하는 상황을 제어하는 역할을 한다.

이 때, 상기 제어밸브는 자동제어 또는 수동제어 모두 가능할 뿐만 아니라, 밸브의 종류 및 특성은 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템이 설치되는 주변환경 또는 목적에 따라 다양한 실시예가 가능하므로 한정하지는 않는다.

<본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 제1실시예>

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 상기 부유체(400)는 상기 해저저장탱크(100)로 순환되는 유체의 열교환을 위한 열교환기가 구비된 열교환부(410)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 해저저장탱크(100) 내에 저장된 유체가 일정량 이상 냉각되는 경우에는 유체의 순환에 의한 상기 라이저(300) 내부의 냉각을 예방하기 어려우므로, 상기 해저저장탱크(100)로 공급되는 유체에 부족한 열량을 열교환부(410)에서 보충하도록 함으로써, 유체의 순환에 의한 라이저(300) 냉각 예방 효율을 높일 수 있다.

<본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 제2실시예>

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 상기 부유체(400)는 상기 해저저장탱크(100)로 순환되는 유체의 고체화 및 수화물(hydrate) 형성 방지를 위한 약품을 공급하는 약품공급부(420)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 공급라이저(310)와 순환라이저(320)를 통해 순환되는 유체에 유체의 고체화 및 수화물 형성 방지를 위한 약품을 주입함으로써, 라이저(300) 내부의 막힘 현상 방지를 효율적으로 할 수 있다.

상기 약품에는 유체의 고체화 방지를 위한 TWI(thermodynamic wax inhibition)와 Pour point depressant가 대표적이며, 수화물 형성 방지를 위한 약품으로는 메탄올과 모노에틸렌글리콜(mono ethylene glycol, MEG) 등이 있다.

물론, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열시스템의 제2실시예에서 사용되는 약품은 상기에 기재되지 않고 다양한 실시예가 가능함은 물론이다.

<본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 제3실시예>

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 공급라이저(310)는 일단이 상기 해저저장탱크(100)의 높이방향 중앙 일측에 형성되어 원유를 흡입하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 순환라이저(320)는 타단이 상기 해저저장탱크(100) 높이방향 중앙 타측 또는 높이방향 하부 중 선택되는 어느 하나 이상에서 형성되며, 선택되어 형성된 위치에서 유체를 토출하는 것을 특징으로 한다.

좀 더 상세하게 설명하자면, 평상 순환운전 시에는 상기 해저저장탱크(100) 하부(가장자리)부분에서 토출하여 탱크 전체의 열을 이용하도록 한다.

반면에, 장시간 운전 정지로 인해 상기 해저저장탱크(100)의 온도가 하강한 경우에는 상기 해저저장탱크(100) 높이방향 중앙부분에 토출하도록 하는데, 이는 본 발명에 따른 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템의 제1실시예와 제2실시예에 따른 상기 부유체(400)에서의 열교환된 유체 또는 약품이 투입된 유체를 상기 해저저장탱크(100) 중간부분에서 토출하도록 함으로써, 상기 해저저장탱크(100)의 유체 가열이 중간부분부터 효과적으로 가열될 뿐만 아니라, 고체물질 또는 수화물을 효과적으로 제거하기 위함이다

100 : 해저저장탱크
200 : 부스터펌프
300 : 라이저
310 : 공급라이저
320 : 순환라이저
400 : 부유체
410 : 열교환부
420 : 약품공급부
500 : 유체운반선

Claims (6)

1. 유정으로부터 유체를 공급받아 저장하는 해저저장탱크(100);
   상기 해저저장탱크(100)로부터 유체를 공급받아 유체운반선(500)으로 유체를 공급하는 부유체(400);
   일단이 상기 해저저장탱크(100)와 연결되고, 타단이 상기 부유체(400)에 연결되어 형성되며, 부스터펌프(200)에 의해 상기 해저저장탱크(100)의 유체를 상기 부유체(400)로 공급하는 공급라이저(310); 및
   일단이 상기 부유체(400)와 연결되고, 타단이 상기 해저저장탱크(100)에 연결되어 형성되며, 상기 부유체(400)로 공급되는 유체를 다시 상기 해저저장탱크(100)로 공급하는 순환라이저(320);를 포함하되,
   상기 부유체(400)는 상기 해저저장탱크(100)로부터 순환되는 유체의 열교환을 위한 열교환기를 포함하는 열교환부(410) 또는 상기 해저저장탱크(100)로부터 순환되는 유체의 고체화와 수화물 형성 방지를 위한 약품을 공급하는 약품공급부(420)가 형성되는 것을 특징으로 하는 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 부유체(400)는
   공급라이저(310)로부터 공급되는 상기 해저저장탱크(100)의 유체의 이동 경로를 제어하는 제어밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 공급라이저(310)는 일단이 상기 해저저장탱크(100)의 높이방향 중앙 일측에 형성되어 유체를 흡입하는 것을 특징으로 하는 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 순환라이저(320)는 타단이 상기 해저저장탱크(100)의 높이방향 중앙 타측, 높이방향 하부 중 선택되는 어느 하나 이상에서 형성되어 유체를 토출하는 것을 특징으로 하는 대용량 해저저장탱크 내의 유체 순환을 통한 수송배관 가열 시스템.

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