KR101784814B1 - 무어링장치 및 무어링시스템 - Google Patents

무어링장치 및 무어링시스템 Download PDF

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조형욱
유동훈
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

무어링시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 해상에서 부유하며 해저에서 원유 또는 가스를 뽑아 올려 생산, 저장 및 하역하는 생산유닛, 부유체로 이루어져 상기 생산유닛의 측면 테두리를 둘러싸도록 이루어지는 프레임 및 적어도 2개 이상으로 구비되고, 일측 단부가 상기 프레임에 고정되고 타측 단부가 해저면에 고정되어 상기 프레임을 고정시키는 무어링라인을 포함하고, 상기 생산유닛은 상기 프레임 내부에서 수평방향의 직선이동은 저지되되 연직방향의 회전축을 기준으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 무어링시스템이 제공된다.

Description

무어링장치 및 무어링시스템{MOORING APPARATUS AND MOORING SYSTEM}
본 발명은 무어링장치 및 무어링시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 해상에서 부유하며 오일이나 가스를 뽑아올려 생산, 저장 및 하역하는 생산유닛생산유닛을 계류(mooring)하는데 사용되는 무어링장치 및 무어링시스템에 관한 것이다.
부유식 원유생산 저장 하역 설비(FPSO, Floating Production Storage Offloading)는 해상의 일정지역에 머물면서 해저에서 원유를 뽑아 올려 생산 저장 및 하역하는 설비이고, 액화천연가스설비(FLNG, floating liquid natural gas plant)는 해상의 일정지역에 머물면서 액화천연가스를 생산,저장 및/또는 하역하는 설비를 말한다.
이와 같이 부유식 오일/가스 생산설비(FPSO, FLNG 등)과 같은 부유유닛(Offshore Floating Unit)은 해당 해역에서 무어링시스템(Mooring System)에 의해 고정되어 운용된다. 특히, 환경 조건이 좋지 않은 해역에서는 바람 및 파도에 의한 저항 및 횡동요(Roll Motion)을 최소화하기 위하여 터렛 무어링 시스템(Turret Mooring System)이 적용되고 있다.
무어링시스템은, 선체의 내부에 터렛이 영구적으로 고정설치되는 내부 터렛 무어링 시스템(Internal Turret Mooring System), 선체 외부에 터렛이 고정 설치되는 외부 터렛 무어링 시스템(External Turret Mooring System), 선체와 해저면 간 무어링 라인(Mooring line)을 설치하여 부유유닛을 고정하는 스프레드 다점 계류 시스템(다점 무어링 시스템, Spread Mooring System)으로 구분할 수 있다.
내부 터렛 무어링 시스템은 터렛이 영구적으로 고정설치되어야 하는데, 터렛의 비용이 고가이고, 터렛이 선체 내부에 설치되므로 선체의 사이즈가 충분히 커져야 하며, 터렛 설치 공간으로 인해 적재공간이 상대적으로 줄어드는 문제점이 있다.
외부 터렛 무어링 시스템 또한 터렛이 고정설치되는데, 역시 터렛 비용이 고가인 문제점이 있다. 또한 무어링 로프(Mooring rope)와의 간섭을 피하기 위해 터렛 중심이 선수 앞쪽으로 많이 떨어져야 하는데, 이를 위하여 크고 중량의 구조물이 필요하고 아울러 취약한 구조를 갖게 되는 문제점이 있으며, 설계 제약 및 원가상승의 문제점을 유발한다.
다점 무어링 시스템은 해상상태가 양호한 곳에 적용되어야 하는 한계가 있으며, 부유유닛의 회전이 불가능한 제약이 따른다.
(0001) 대한민국등록특허 제10-1444854호(등록일: 2014.09.19) (0002) 대한민국등록특허 제10-1358140호(등록일: 2014.01.27)
본 발명의 목적은, 바람 및 파도에 의한 저항 및 횡동요가 심한 해역에서도 웨더베이닝(weather vaning)을 위한 별도의 터렛이 필요 없는 무어링장치 및 무어링시스템을 제공하는 것이다.
본 출원의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 해상에서 부유하며 해저에서 원유 또는 가스를 뽑아 올려 생산, 저장 및 하역하는 생산유닛, 부유체로 이루어져 상기 생산유닛의 측면 테두리를 둘러싸도록 이루어지는 프레임 및 적어도 2개 이상으로 구비되고, 일측 단부가 상기 프레임에 고정되고 타측 단부가 해저면에 고정되어 상기 프레임을 고정시키는 무어링라인을 포함하고, 상기 생산유닛은 상기 프레임 내부에서 수평방향의 직선이동은 저지되되 연직방향의 회전축을 기준으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 무어링시스템이 제공된다.
상기 프레임은, 평면도상 원형 고리 형태로 이루어져 원주방향을 따라 내주면의 반경이 일정하고, 상기 생산유닛의 전단 및 후단은 상기 프레임의 내주면과 동심원을 이루며 상기 프레임의 내주면과 밀착되도록 이루어질 수 있다.
상기 프레임은, 평면도상 원형 고리 형태로 이루어져 원주방향을 따라 내주면의 반경이 일정하고, 상기 생산유닛의 전단 및 후단은 상기 프레임의 내주면과 동심원을 이루며 상기 프레임의 내주면과 근접하고, 상기 프레임의 내주면에는 상기 생산유닛의 전단 및 후단 외측면에 밀착되어 회전하는 적어도 2개 이상의 회전체가 설치되거나, 상기 생산유닛의 전단 및 후단 외측면에는 상기 프레임의 내주면에 밀착되어 회전하는 적어도 2개 이상의 회전체가 설치될 수 있다.
상기 생산유닛의 회전중심에는 라이저(riser)가 상하 이동하는 라이저홀이 구비될 수 있다.
상기 생산유닛은 상기 프레임에 지지되어 승강할 수 있다.
본 발명에 의하면, 바람 및 파도에 의한 저항 및 횡동요(Roll Motion)가 심한 해역에서도 웨더베이닝(weather vaning)을 위한 별도의 터렛 무어링 시스템(Turret Mooring System)이 필요 없으며, 프레임이 생산유닛을 둘러싸도록 이루어짐으로써 생산유닛이 외부의 선박 및 구조물과 충돌하는 것을 방지할 수 있고 또한 파도에 의한 생산유닛의 충격을 방지할 수 있는 무어링장치 및 무어링시스템을 제공할 수 있게 된다.
또한, 라이저홀은 생산유닛의 하측방향으로 형성되면 되는 것이므로, 생산유닛의 데크(deck) 상에 무어링라인을 위한 별도의 장치가 필요없으며, 생산유닛 데크의 공간을 확보할 수 있는 무어링장치 및 무어링시스템을 제공할 수 있게 된다.
또한, 생산유닛과 외부 선박 간의 충돌 방지에 의하여 별도의 손상복원(damage stability)에 대한 고려가 필요치 않으며, 생산유닛 상에 추가적인 중량의 모듈 설치가 가능한 무어링장치 및 무어링시스템을 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 발명의 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 본 발명의 일 실시예에 따른 무어링장치를 개략적으로 도시한 평면도 및 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 생산유닛과 무어링시스템의 사용상태를 개략적으로 도시한 평면도 및 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 무어링시스템의 다른 사용상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무어링장치(1)를 개략적으로 도시한 평면도 및 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 생산유닛(100)과 무어링시스템(2)의 사용상태를 개략적으로 도시한 평면도 및 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 무어링시스템(2)의 다른 사용상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
본 발명에 따른 무어링장치(1)는 프레임(10) 및 무어링라인(20)을 포함하여 이루어진다.
그리고 본 발명에 따른 무어링시스템(2)은 생산유닛(100), 프레임(10) 및 무어링라인(20)을 포함하여 이루어진다. 즉, 무어링시스템(2)에서 생산유닛(100)이 배제된 상태가 무어링장치(1)를 이룬다.
생산유닛(100)은 해상에서 부유하며, 이에 따라 생산유닛(100)은 적어도 일부가 해수면(W) 위쪽으로 돌출된다.
생산유닛(100)은 해상에서 부유하며 해저로부터 원유 또는 가스를 뽑아 올려 생산, 저장 및 하역하는 구조물이며, 부유식 오일 생산설비(FPSO), 부유식 가스 생산설비(FLNG) 등이 이에 해당될 수 있다.
다만 본 발명에 따른 무어링장치(1) 및 무어링시스템(2)에서, 생산유닛(100)은 프레임(10)에 지지되면서 프레임(10) 내부에서 회전할 수 있도록 이루어지며, 이를 위하여 생산유닛(100)의 전단(101) 및 후단(102)은 원호를 이루도록 평면도상(상공에서 연직방향으로 생산유닛(100)을 바라보았을 때) 곡선형태로 이루어진다.
즉, 평면도상 생산유닛(100)의 중심에서 반경(r2)이 일정한 원호을 그렸을 때, 생산유닛(100)의 전단(101) 테두리 및 후단(102) 테두리는 이러한 원호에 일치하게 된다.
이때 평면도상 생산유닛(100)의 양 측면 테두리(103, 104)는 상기 원호의 영역(반경(r2)이 이루는 원 영역) 내에서 다양하게 이루어질 수 있다.
예컨대, 생산유닛(100)의 양 측면 테두리(103, 104)는, 도 2에 도시된 바와 같이 서로 평행한 직선을 이룰 수 있고, 또는 생산유닛(100)의 전단(101) 및 후단(102)과 같이 곡선 형태로 이루어질 수 있다.
후술하는 바와 같이, 생산유닛(100)은 프레임(10) 내부에서 고정되되, 연직방향의 회전축(C)을 중심으로 회전가능하게 이루어진다.
그리고 생산유닛(100)의 회전중심(회전축) 상에는 라이저홀(110)이 구비된다.
라이저홀(110)은 생산유닛(100)에서 하측방향으로 관통된 구멍이며, 이러한 라이저홀(110)을 통하여 라이저(riser)가 상하 이동할 수 있으며, 아울러 드릴 파이프(drill pipe)가 상하 이동할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 무어링시스템(2)에서는, 생산유닛(100)의 회전중심(C) 상에 라이저홀(110)이 구비됨으로써, 프레임(10)을 기준으로 한 생산유닛(100)의 회전시에도 라이저의 위치가 변동되지 않으므로 안정된 시추가 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 무어링장치(1)는 상술한 생산유닛(100)을 계류(mooring)하는데 사용되는 것이며, 프레임(10)은 부유체로 이루어져 생산유닛(100)을 측면 테두리를 둘러싸도록 이루어진다.
프레임(10)은 해상에서 부유할 수 있도록 이루어지며, 이에 따라 프레임(10)은 적어도 일부가 해수면(W) 위쪽으로 돌출된다.
프레임(10)은 생산유닛(100)을 안정적으로 지지하기 위하여 내구성 및 강성을 갖는 다양한 소재로 이루어질 수 있다.
프레임(10)은 평면도상 원형 고리 형태로 이루어지고, 특히 프레임(10)의 내주면이 원주방향을 따라 반경(r1)이 일정하게 이루어진다. 즉, 프레임(10)의 내주면은 완전한 원을 이룬다. 이에 따라 프레임(10) 내부에는 원형의 공간(S)이 구비되고, 이러한 공간(S) 상에 생산유닛(100)이 위치하게 된다.
본 발명에 따른 무어링장치(1) 및 무어링시스템(2)에서, 프레임(10) 중심(C)에서 내주면까지의 반경(r1)은, 상술한 생산유닛(100)의 반경(r2)과 동일하게 이루어질 수 있고, 또는 프레임(10) 내주면의 반경(r1)은 생산유닛(100)의 반경(r2)보다 약간 크게 이루어질 수 있다. 즉, 생산유닛(100)의 전단(101) 및 후단(102)이 프레임(10)의 내주면에 밀착될 수 있고, 또는 생산유닛(100)의 전단(101) 및 후단(102)이 프레임(10)의 내주면에서 약간 이격될 수 있다.
전자의 경우(r1=r2), 생산유닛(100)은 프레임(10) 내부에서 전후방향으로 이격되지 않으므로 전후방향으로 유격이 없으며, 다만 프레임(10) 내부에서 회전축을 중심으로 회전가능하게 된다.
후자의 경우(r1>r2), 생산유닛(100)은 프레임(10) 내부에서 전후방향으로 이격될 수 있으나, 이 경우에도 프레임(10) 내부에서 생산유닛(100)의 유격이 발생되는 것은 아니며, 이를 위하여 또한 생산유닛(100)의 원활한 회전을 돕기 위하여, 회전체(120)가 구비된다.
즉 후자의 경우(r1>r2), 생산유닛(100)의 전단(101) 및 후단(102)은 그 자체로 프레임(10)의 내주면에 밀착되는 것이 아니고, 회전체(120)를 매개로 하여 프레임(10) 내주면에 밀착된다.
이 경우 우선, 회전체(120)는 프레임(10)의 내주면 상에 결합되어 회전하는 형태로 이루어질 수 있다. 이때 회전체(120)는 프레임(10)의 내주면에서 프레임(10)의 내측방향으로 일부가 돌출된 형태로 이루어져 생산유닛(100)의 전단(101) 및 후단(102)에 접촉한다.
그리고 회전체(120)는 볼(ball) 형태로 이루어질 수 있고, 또는 롤러(roller) 형태로 이루어질 수 있다. 회전체(120)가 롤러 형태로 이루어지는 경우 회전체(120)의 회전축은 연직방향으로 이루어진다. 회전체(120)가 볼 형태로 이루어지는 경우, 회전체(120)는 구속되지 않은 다양한 방향으로 회전할 수 있음은 물론이다.
회전체(120)는 2 개 이상으로 구비되며, 바람직하게는 생산유닛(100)의 전단(101)에 동시에 접촉하는 회전체(120) 개수가 2개 이상이고, 아울러 생산유닛(100)의 후단(102)에 동시에 접촉하는 회전체(120) 개수가 2개 이상이 되도록, 충분한 개수로 이루어지는 것이 바람직하다.
회전체(120)는 프레임(10)의 내주면 전체에서 일정한 간격을 갖도록 배열될 수 있다.
상술한 바와 달리, 회전체(120)는 생산유닛(100)의 전단(101) 및 후단(102)에 결합되어 회전하는 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 회전체(120)는 생산유닛(100)에 결합되어 생산유닛(100)이 프레임(10)을 기준으로 회전시 프레임(10)의 내주면을 따라 밀착되어 이동하도록 이루어질 수 있다.
회전체(120)가 생산유닛(100)의 전단(101) 및 후단(102)에 결합되는 경우, 회전체(120)가 프레임(10) 내주면에 결합되는 경우와 비교하여 회전체(120)의 전체 개수를 줄일 수 있으므로, 이는 제조비용 측면에서 유리한 이점이 있다.
그리고 회전체(120)가 생산유닛(100)의 전단(101) 및 후단(102)에 결합되는 경우, 회전체(120)는 생산유닛(100)의 전단(101) 및 후단(102)에서 바깥쪽 방향으로 돌출된 형태로 이루어져 프레임(10)의 내주면에 접촉한다.
또한 이 경우에도 회전체(120)는 볼 형태로 이루어질 수 있고, 또는 롤러 형태로 이루어질 수 있다. 회전체(120)가 롤러 형태로 이루어지는 경우 회전체(120)의 회전축은 연직방향으로 이루어진다. 회전체(120)가 볼 형태로 이루어지는 경우, 회전체(120)는 구속되지 않은 다양한 방향으로 회전할 수 있음은 물론이다.
회전체(120)가 생산유닛(100)의 전단(101) 및 후단(102)에 결합되는 경우에도 역시, 회전체(120)는 2 개 이상으로 구비되며, 바람직하게는 생산유닛(100)의 전단(101)에 형성되는 회전체(120) 개수가 2개 이상이고, 아울러 생산유닛(100)의 후단(102)에 형성되는 회전체(120) 개수가 2개 이상이 되도록, 충분한 개수로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 이때, 각 회전체(120)는 등 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무어링장치(1) 및 무어링시스템(2)에서는 회전체(120)가 구비됨으로써, 생산유닛(100)은 프레임(10) 내부에서 연직방향의 회전축(C)을 기준으로 원활히 회전할 수 있으며, 프레임(10) 내부에서 회전방향 이외의 방향으로의 유격을 방지할 수 있다.
한편, 상술한 회전체(120)가 볼 형태로 이루어지면서 생산유닛(100)에 결합되는 경우, 회전체(120)는 프레임(10)을 기준으로 생산유닛(100)이 승강(상승 및 하강)함에 있어서 생산유닛(100)의 원활한 승강을 돕는다.
즉, 본 발명에 따른 무어링장치(1)는 생산유닛(100)의 수평방향 직선이동은 구속하되, 생산유닛(100)에 직접 설치되는 것이 아니므로 생산유닛(100)의 상하방향 이동은 허용하게 되는데, 볼 형태의 회전체(120)는 생산유닛(100)의 승강이 원활히 이루어지도록 돕는다.(도 3 참조)
이처럼, 본 발명에 따른 무어링장치(1) 및 무어링시스템(2)에서는 회전체(120)가 구비되도록 이루어짐으로써, 생산유닛(100)과 프레임(10)의 직접적인 마찰을 방지하여 생산유닛(100)의 회전 및 승강이 원활히 이루어지도록 할 수 있다.
무어링라인(20)은 적어도 2개 이상으로 구비되어, 일측 단부가 프레임(10)에 고정되고 타측 단부가 해저면에 고정되도록 이루어진다.
예컨대 무어링라인(20)은, 체인 및 체인의 하단부에 결합되는 앵커를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이에 의하여 프레임(10)이 해상에서 안정되게 계류될 수 있도록 한다.
바람직하게는 무어링라인(20)은 4개 이상으로 구비되는 것이 바람직하며, 프레임(10)의 원주방향을 따라 등 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 해상에서 안정적으로 계류하는 무어링장치(1) 내부에 생산유닛(100)이 삽입되어 구속되되 연직방향의 회전축(C)을 기준으로 원활히 회전할 수 있도록 이루어짐으로써, 바람 및 파도에 의한 저항 및 횡동요(Roll Motion)가 심한 해역에서도 웨더베이닝(weather vaning)을 위한 별도의 터렛 무어링 시스템(Turret Mooring System)이 필요 없으며, 안정적인 시추가 이루어질 수 있다.
또한, 프레임(10)이 생산유닛(100)을 둘러싸도록 이루어짐으로써 생산유닛(100)이 외부의 선박 및 구조물과 충돌하는 것을 방지할 수 있고, 파도에 의한 생산유닛(100)의 충격을 방지할 수 있다.
또한, 라이저홀(110)은 생산유닛(100)의 하측방향으로 형성되면 되는 것이므로, 생산유닛(100)의 데크(deck) 상에 무어링라인(20)을 위한 별도의 장치가 필요 없으며, 생산유닛(100) 데크의 공간을 확보할 수 있다.
또한, 생산유닛(100)과 외부 선박 간의 충돌 방지에 의하여 별도의 손상복원(damage stability)에 대한 고려가 필요치 않으며, 생산유닛(100) 상에 추가적인 중량의 모듈 설치가 가능하게 된다.
이상과 같이 본 발명에 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.
1 : 무어링장치 2 : 무어링시스템
10 : 프레임 20 : 무어링라인
100 : 생산유닛 110 : 라이저홀
120 : 회전체

Claims (5)

  1. 해상에서 부유하며 해저에서 원유 또는 가스를 뽑아 올려 생산, 저장 및 하역하는 생산유닛;
    부유체로 이루어져 상기 생산유닛의 측면 테두리를 둘러싸도록 이루어지는 프레임; 및
    적어도 2개 이상으로 구비되고, 일측 단부가 상기 프레임에 고정되고 타측 단부가 해저면에 고정되어 상기 프레임을 고정시키는 무어링라인을 포함하고,
    상기 프레임은 평면도상 원형 고리 형태로 이루어져 원주방향을 따라 내주면의 반경이 일정하고, 상기 생산유닛의 전단 및 후단은 상기 프레임의 내주면과 동심원을 이루며 상기 프레임의 내주면과 근접하며,
    상기 프레임의 내주면에는 상기 생산유닛의 전단 및 후단 외측면에 밀착되어 회전하는 적어도 2개 이상의 회전체가 설치되거나, 상기 생산유닛의 전단 및 후단 외측면에는 상기 프레임의 내주면에 밀착되어 회전하는 적어도 2개 이상의 회전체가 설치되어,
    상기 생산유닛은 상기 프레임 내부에서 수평방향의 직선이동은 저지되되 연직방향의 회전축을 기준으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 무어링시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 생산유닛의 회전중심에는 라이저(riser)가 상하 이동하는 라이저홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 무어링시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 생산유닛은 상기 프레임에 지지되어 승강하는 것을 특징으로 하는 무어링시스템.
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