KR101909296B1 - 유체 이송 시스템 - Google Patents

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KR101909296B1
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Abstract

수(W) 중에서 이격되어 배열된 셔틀 탄화수소 이송 용기(2)와 GBS(1) 간의 연결을 위한 탄화수소 선적 호스(4)는 이의 중간 영역에 부력 수단(5)을 포함하고 이의 자유 단부 영역에 하나 이상의 부력 요소(7a, 7b)를 포함한다.

Description

유체 이송 시스템
본 발명은 일반적으로, 셔틀 탱커 또는 이와 유사한 것과 같은 해양(offshore) 선적 시스템 및 셔틀 탱커와 생산 또는 저장 설비사이에 배열된 관련 제품 유동선 장치를 통해 탄화수소 제품을 이송하기 위한 제품 이송 시스템에 관한 것이다.
심층수 작업 중에, 특정 작업상 고려사항에 따라 직접적으로 또는 소위 CALM 부이(Catenary Anchored Leg Mooring, CALM)를 통하여 예컨대 셔틀 탱커와 같은 해양 선적 시스템으로 호스를 연장하여 생산 또는 저장 설비로부터 탄화수소를 적재하는 것이 바람직하다. 심층수 설비, 예를 들어, 약 300미터 초과의 깊이에서는 호스가 해저를 따라 이어지기보다는 생산 또는 저장 설비와 셔틀 탱커 사이에서 매달릴 필요가 있다.
종래 기술은 선박-기초 제조 및 보관 유닛으로부터 동적으로 배열된 셔틀 탱커로 적재물을 이송시키기 위한 시스템을 설명하는 문헌 제 WO 0208116A1호를 포함한다. 시스템은 사용중이 아닐 때 선박-기초 유닛 상에 보관되고, 선적 작업 중에는 탱커 상의 선수 매니폴드와 선박-기초 유닛의 단부 사이에서 연장되는 선적 호스를 포함한다. 탱커가 선적될 때, 선적 호스는 탱커 상의 매니폴드와 용기 사이에서 현수선 형상으로 매달린다. 이러한 종래 기술의 시스템에서, 용기와 탱커 사이의 간격(거리)은 전형적으로 약 80미터이다.
주요하게 안전 고려사항 및 작동상 유연성으로 인해 선박 소유자와 작업자는 셔틀 탱커와 탄화수소 생산 및 저장 설비 간의 간격을 상당히 증가시킬 필요가 있다. 약 250 미터 내지 300 미터의 분리 거리가 논의된다. 이러한 증가된 분리 거리는 호스의 중량을 증가시킬 것이며 선적 호스 현수선에 의해 이용되는 적재물을 처리하기 위하여 탱커 내에 보강 풀-인(reinforced pull-in) 및 연결 설비를 필요로 한다.
본 출원인은 종래 기술의 단점을 극복하고 추가 이점을 수득하기 위하여 본 발명을 고찰하고 구성한다.
본 발명은 독립항을 기초 및 특징으로 하며, 종속항은 본 발명의 그 외의 다른 특징을 기술한다.
따라서, 수중에서 이격되어 배열된 제1 구조물 및 제2 구조물을 포함하고, 상기 제1 구조물 및 제2 구조물 사이의 연결을 위한 호스를 포함하는 유체 이송 시스템을 제공하며, 상기 구조물은 호스의 각각의 단부에 매달기 위한 각각의 수단을 포함하고, 호스는 호스의 중간 섹션에서 부력 수단을 포함하고 호스의 단부 영역에 하나 이상의 부력 요소를 포함한다.
일 실시 형태에서, 제1 구조물 상에 호스를 매달기 위한 수단은 저장 릴을 포함하고, 상기 저장 릴 상에 호스가 보관될 수 있다.
일 실시 형태에서, 호스는 제2 구조물 상에 커플링 및 서스펜션 수단을 연결하기 위한 호스 커플링이 제공된 자유 단부를 포함하고, 하나 이상의 부력 요소가 호스 커플링의 주변 그리고 자유 단부의 영역에서 호스에 연결되며 이에 따라 호스의 자유 단부는 수면에서 부유하거나 수면 근처에서 부유할 수 있다.
바람직하게는, 부력 요소와 부력 수단은 호스의 일부분 주위에 배열되고 호스가 부력 요소를 제거할 필요 없이 저장 릴 상에 감길 수 있도록 형성된다.
일 실시 형태에서, 부력 요소와 부력 수단은 밸러스트 재료가 삽입될 수 있는 격실을 포함한다.
일 실시 형태에서, 제1 구조물은 해저 상에 배치되는 탄화수소 생산 또는 저장 설비를 포함하고, 제2 구조물은 셔틀 탱커를 포함한다. 커플링 및 서스펜션 수단은 셔틀 탱커의 선수 영역(bow region)에 배열된다.
일 실시 형태에서, 부력수단이 지지하는 호스의 중량에 대해 상기 부력 수단은 상기 호스가 물속에 있을 때 호스의 중간 섹션이 잠수되는 크기의 부력을 가진다.
서로 이격되어 수중에 배열되는 탄화수소 생산 또는 저장 설비와 탄화수소 이송 선박을 연결하는 탄화수소 선적용 호스가 제공되며, 상기 저장 설비와 이송 용기는 서로 이격되어 수중에 배열되고, 부력 수단은 상기 호스의 중간 섹션에 배열되고 하나 이상의 부력 요소는 호스의 단부 영역에 배열된다.
일 실시 형태에서, 호스는 이송 선박 상에서 커플링 및 서스펜션 수단에 연결을 위한 호스 커플링을 갖는 자유 단부를 포함하고, 하나 이상의 부력 요소는 호스 커플링의 주변에 그리고 자유 단부의 영역에서 호스에 연결되며, 자유 단부는 수면에서 부유하거나 수면 근처에서 부유할 수 있다.
본 발명에 따른 장치에 따라 대략 80 미터로부터 250 내지 300 미터의 거리로 선박들 간의 거리가 증가됨에 따라 표준 셔틀 탱커를 사용할 수 있다. 따라서 종래의 현수선 형상에 따라 필수적일 수 있는 셔틀 탱커 상의 풀-인 및 연결 설비를 보강할 필요가 없다. 또한, 호스가 셔틀 탱커로부터 신속히 분리되는 위급한 상황에서도 호스 커플링(호스의 자유 단부)은 수면에서 부유하거나 수면 근처에서 부유하여 용이하게 회수될 수 있다.
본 발명은, 거친 바다-상태(예를 들어, 3 m를 넘는 상당한 파도 높이)가 부이를 가진 모든 호스, 즉 수면에 부유하는 호스의 사용을 방해하는 해양 조건에서 이용될 수 있다.
본 발명을 따르는 호스의 양쪽 단부가 셔틀 탱커 및 탄화수소 생산 또는 저장 설비에 매달릴 때, 호스의 각 단부는 수중으로 잠수하지만 호스의 중간 섹션에 위치한 부력 수단에 의해 수중에서 W-형상을 가진다. 호스의 단부가 셔틀 탱커로부터 분리될 때, 호스의 자유 단부에 있는 부력 요소는 호스의 자유 단부가 수중으로 빠져 들어가는 것을 방지한다.
본 발명의 이들 및 그 외의 다른 특징은 첨부된 예시적인 도면에 따른 비-제한적인 예로 주어진 선호되는 실시 형태의 하기 기술 내용으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 통상 거리로 이격된 셔틀 탱커와 저장 설비 간에 매달린 선적 호스를 도시하는 본 발명에 따른 시스템의 실시 형태의 측면도.
도 2는 분리 거리가 통상 거리 미만인 도 1과 유사한 측면도.
도 3은 분리 거리가 통상 거리를 초과하는 도 1과 유사한 측면도.
도 4는 호스가 분리되고 수면에서 부유하는, 도 1과 유사한 측면도.
도 5는 호스의 자유 단부에 연결된, 즉 호스 커플링 근처에 있는 부력 요소의 두 가지의 변형예의 측면도.
도 6은 호스의 중간 섹션에 연결되는 부력 요소의 변형예의 측면도.
도 1은, 물(W) 아래의 해저(B)에 배열된 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)(예를 들어, 중력 기반 구조물, GBS)를 도시한다. 상기 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)는 공지된 기술에 따라 호스(4)를 위한 저장 릴(3)을 포함한다. 그러므로, 상기 호스(4)는 상기 저장 릴(3)로부터 매달려 있고 아래를 향해 물속으로 연장되며 잠수상태로 셔틀 탱커(2)까지 형성되며, 상기 호스(4)의 단부는 셔틀 탱커의 선수 영역(bow area)에서 호스 커플링(6)에 의해 상기 셔틀 탱커(2)의 커플링 및 서스펜션 수단(10)에 대해 매달리고 유체 연결된다. 상기 셔틀 탱커(2)는, 해저(B)에 대해 정박되거나 동적 배치 설비(dynamic positioning equipment)를 이용할 수 있다. 도 1에서 상기 셔틀 탱커(2)는 상기 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)로부터 통상 거리(d1)(예를 들어, 250 미터)에 배열된다.
다수의 부력 수단(5)들이 호스(4)의 중간 섹션에 배열되어 호스의 중간 섹션은 수면을 향하여 위로 만곡되며 물속에서 "완만한 W 형상" 또는 "완만한 현수선(soft catenary) 형상"을 형성한다. 상기 호스의 중간 섹션이 수면 아래에 유지되도록 최종 부력(net buoyancy)이 형성된다. 상기 "완만한 W 형상"을 형성하기 위해 상기 호스(4)에 부력 수단(5)들이 배열되는 방식이 도 1에 도시된다. 대부분의 부력 수단(5)들이 호스의 중간 섹션 주위에 배열되어 상기 중간 섹션은 상대적으로 큰 부력을 가지며 상기 중간 섹션의 양쪽 측부에 상대적으로 적은 갯수의 부력수단들이 배열되어 상대적으로 적은 부력이 제공된다. 호스(4)의 자유 단부에 연결되는 (하기 설명되는)부력 요소를 제외하면, 셔틀 탱커(2)와 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)까지 연장되는 호스 부분들에 부력 수단이 연결되지 않는다. 그러므로, 도 1에 도시된 호스(4)는 부력이 작용하는 중간 섹션, 부력이 작용하지 않는 단부 섹션 및 상대적으로 적은 부력이 작용하는 개재 섹션을 포함한다.
상기 호스 커플링(6)과 근접한 영역에서 한 개이상의 부력 요소(7a,7b)들이 상기 호스(4)에 연결된다.
도 1에 도시된 시스템과 동일한 시스템을 도시한 도 2를 참고하면, 상기 셔틀 탱커(2)가 도 1에 도시된 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)보다 가깝게 이동하고 예를 들어, 상기 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)로부터 상대적으로 작은 통상 거리(d2)(예를 들어, 150m)로 이동할 때 물속에서 호스(4)가 거동하는 방식이 도시된다.
도 1에 도시된 시스템과 동일한 시스템을 도시한 도 3을 참고하면, 상기 셔틀 탱커(2)가 도 1에 도시된 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)보다 더 멀리 이동하고 예를 들어, 상기 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)로부터 상대적으로 큰 통상 거리(d3)(예를 들어, 310m)로 이동할 때 물속에서 호스(4)가 거동하는 방식이 도시된다. (도 1, 도 2 및 도 3에 도시된) 모든 상태에서, 상기 호스(4)는 수면 또는 수면 근처에서 부유하지 못한다.
상기 셔틀 탱커(2)가 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)로부터 탄화수소를 적재하기 위한 위치로 이동할 때, 상기 셔틀 탱커는 소위 픽업구역으로 이동하고 (도면에 도시되지 않는) 공압 라인 스로어(neumatic line thrower)가 상기 셔틀 탱커로 라인을 슈팅한다(shoot). 상기 라인은 상기 저장 릴(3) 상의 호스에 연결되고 상기 셔틀 탱커 상의 메신저 라인(messenger line)에 연결된다. 다음에 상기 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)에 배열된 상기 저장 릴(3)의 호스가 회전되어 풀리고 상기 호스 커플링(6)이 상기 셔틀 탱커의 커플링 및 서스펜션 수단(10)으로 보내지고 연결된다. (도 1에 도시된) 상태에서, 탄화수소의 적재 과정이 개시될 수 있다. 적재과정이 완료되면, 상기 과정은 반대로 수행되고, 즉 상기 호스(4)는 상기 저장 릴(3)위에 감긴다. 상기 호스(4)가 상기 저장 릴(3)에 저장될 때에도 상기 부력 수단(5)과 부력요소(7a,7b)가 상기 호스(4)상에 유지되도록 부력 수단과 부력 요소가 구성된다.
(예를 들어, 긴급 상태로 인한) 특정 경우에, 상기 호스(4)는 상기 라인을 이용하지 않고도 상기 셔틀 탱커(2)의 커플링 및 서스펜션 수단(10)으로부터 순간적으로 분리(소위 신속 분리)된다. 상기 신속 분리 과정에서 호스(4)의 자유 단부는 물(W)속으로 자유롭게 낙하한다. 도 4를 참고하면, 호스가 신속 분리된 후에 상기 호스(4)가 수중에서 평형 상태를 가질 때 호스(4)가 부유하는 방식이 도시된다. 호스의 자유 단부에 위치한 부력 요소(7a,7b)에 의해 상기 자유 단부(및 호스 커플링(6))는 수면 또는 수면 근처에서 부유하고, 상기 자유 단부는 수면 또는 수면 근처로부터 회수될 수 있다. 자유 단부의 부력 요소(7a,7b)에 의해, 상기 호스가 유동선(flowline), 상기 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)와 연결된 다른 설비 또는 상기 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)와 충돌할 수 있는 물속으로 상기 호스(4)는 가라앉지 못하게 된다.
도 6은, 원통형 형태를 가지며 호스(4)의 일부분을 둘러싸는 부력 수단(5)의 변형예를 도시한다. 도 5는 부력 요소에 관한 두 개의 변형예들을 도시한다. 제1 부력 요소(7a)는 원통형 형상을 가지며 호스(4)의 일부분을 둘러싼다. 제2 부력 요소(7b)는 원통형 형상을 가지며 호스(4)의 일부분을 둘러싼다.
상기 부력 수단(5)과 부력요소(7a,7b)는 적용되는 상태에 대해 적합한 밀도를 가지도록 설계된다. 예를 들어, 상기 부력 수단과 부력 요소는 400 kg/m3의 부력을 가질 수 있다. 상기 부력 수단과 부력 요소는 탄성을 가지며 릴 형상에 대해 적합하고 상기 호스가 상기 저장 릴에 저장될 때 접촉력을 견디도록 설계된다.
상기 부력 수단과 부력 요소는 내부 밸러스트 격실(internal ballast compartment)(9)을 포함하고, 최초 설치 과정 동안 필요한 경우 부력을 조정하기 위해 상기 내부 밸러스트 격실속으로 예를 들어, 고체 밸러스트가 삽입될 수 있다. 상기 부력 수단과 부력 요소는, 예를 들어 적합한 리세스(8) 내에 위치하는 (도면에 도시되지 않는) 스트랩(strap)과 같은 적합한 장치에 의해 상기 호스(4) 주위에 결합되는 두 개의 동일한 부분들을 포함한다.
당업자는, 상기 호스(4)가 상기 설명한 것처럼 셔틀 탱커의 선수에 연결되는 대신에 선체 중앙의 매니폴드에 연결될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 이 경우, 상기 호스는 표준 밸브 연결부 및 호스 단부에 부착되는 별도의 부력 요소를 포함한다.
선호되는 실시예에 관한 상기 설명이 상기 호스에 관한 것이지만, 당업자는, 본 발명이 일반적으로 강재질의 관형 파이프 라인 및 복합 재료로 제조된 접합식 및 비-접합식 가요성 유동선에 동일하게 적용될 수 있는 것을 이해할 것이다.

Claims (11)

  1. 유체 이송 시스템에 있어서,
    물(W)속에 위치하고 서로 떨어져 배열된 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)와 셔틀 탱커(2)를 포함하고,
    상기 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1) 및 셔틀 탱커(2)를 서로 연결하는 호스(4)를 포함하며, 상기 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)와 셔틀 탱커(2)는 상기 호스(4)의 각 단부를 매달기 위한 수단을 포함하고, 상기 호스(4)는
    상기 호스(4)가 물속에서 W 형상 또는 현수선 형상을 형성하도록 호스의 중간 섹션에서 다수의 부력 수단(5)들을 포함하고, 상기 호스(4)의 중간 섹션이 수면 아래에 유지되도록 최종 부력(net buoyancy)이 형성되며,
    상기 셔틀 탱커(2) 상에서 커플링 및 서스펜션 수단(10)에 연결되고 호스 커플링(6)을 가진 자유 단부를 포함하고,
    상기 호스 커플링(6)과 근접한 호스의 자유 단부에서 한 개이상의 부력 요소(7a,7b)들을 추가로 포함하고, 상기 호스(4)의 자유 단부가 상기 셔틀 탱커(2)로부터 분리된 후에 상기 호스의 자유 단부는 수면(S)에 부유하거나 수면 근처에서 부유하며,
    탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)에 상기 호스(4)를 매달기 위한 수단은 저장 릴(3)을 포함하고, 상기 저장 릴위에 상기 호스(4)가 저장되며, 상기 부력 요소(7a,7b)는 상기 호스(4)의 일부분 주위에 배열되고 상기 호스는 상기 부력요소(7a,7b)를 제거하지 않고도 저장 릴(3) 위에 감기도록 형성되고,
    상기 부력 요소(7a,7b)와 부력 수단(5)은 내부 밸러스트 격실(9)을 포함하고, 상기 내부 밸러스트 격실속으로 고체 밸러스트가 삽입되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 호스(4)의 자유 단부는 상기 셔틀 탱커(2)의 커플링 및 서스펜션 수단(10)에 연결되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 한 개이상의 부력 요소(7a,7b)들이 상기 호스(4)의 일부분 주위에 배열되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 부력 요소(7a,7b)들의 갯수는 상기 부력수단(5)의 갯수보다 작은 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)에 상기 호스(4)를 매달기 위한 수단은 저장 릴(3)을 포함하고, 상기 저장 릴위에 상기 호스(4)가 저장되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 부력 수단과 부력 요소는 탄성을 가지며 상기 저장 릴 형상에 대해 적합하고 상기 호스가 상기 저장 릴에 저장될 때 접촉력을 견디도록 설계되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 탄화수소 생산 또는 저장 설비(1)는 사용하는 동안 해저(B)상에 위치하는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 커플링 및 서스펜션 수단(10)은 셔틀 탱커(2)의 선수 영역에 배열되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 부력수단이 지지하는 호스(4)의 중량에 대해 상기 부력 수단(5)은 상기 호스(4)가 물속에 있을 때 호스의 중간 섹션이 잠수되는 크기의 부력을 가지는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템.
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