KR102029970B1 - 플렉서블 파이프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해저로부터 유체를 운반하기 위한 플렉서블 파이프에 있어서, 유체와 접촉하며 단면이 역T자형인 이형강선으로 구비되는 제1 보강재와, 인접하여 배치된 제1 보강재를 연결하도록 제1 보강재의 외측에 이형강선으로 구비되는 제2 보강재를 구비하는 보강구조체, 제1 보강재와 제2 보강재 사이에 구비되어 내부 유체에 의한 부식을 방지하는 실링부재, 보강구조체의 외부에 구비되고, 파이프에 발생하는 인장력에 저항하는 인장보강층 및 인장보강층의 외부에 구비되고, 해수에 의한 부식을 방지하기 위한 외부쉬스층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 파이프를 제공한다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 파이프는 단면이 역T자형인 이형강선으로 구비되는 제1 보강재와, 인접한 제1 보강재를 연결하는 이형강선으로 구비되는 제2 보강재를 구비하여 내부유체압력 및 파이프 길이방향의 압축력에 의한 파이프의 파단을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

플렉서블 파이프{FLEXIBLE PIPE}

본 발명은 해저로부터 유체를 운반하기 위한 플렉서블 파이프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파이프의 길이방향의 압축력을 받아주는 부재를 구비함으로써, 플렉서블 파이프가 길이방향의 압축력에 의해 파손을 저감시키는 플렉서블 파이프에 관한 것이다.

플렉서블 파이프(P)는 여러 층으로 구성된 유연성이 뛰어난 파이프이다. 가장 내측에는 외압에 의한 파이프의 파단을 방지하는 스테인레스 재질의 카커스(10)라는 굴곡 성형된 뼈대구조로 구성된다. 카커스(10)는 파이프의 최내측에서 내부에 흐르는 비정제된 오일 또는 가스와 직접 접촉하게 되는데 이때 부식에 저항할 수 있도록 스테인레스를 사용한다.

카커스(10)(Carcass)에 접촉하는 내부쉬스층(20)(Internal Sheath)은 폴리머를 사용하며 카커스(10)에서 완벽하게 막지 못하는 유체를 차단하게 된다.

그 외측에는 탄소강으로 구성되는 압력보강층(30)(Pressure Armor)이 위치하는데 이는 내부 유체압력에 저항하게 된다. 그 외측에 위치하는 인장보강층(Tensile Armor)은 역시 탄소강으로 제작되며 파이프에 발생하는 인장력에 저항하게 된다. 그 외측에는 외부쉬스층(External Sheath)가 위치하며 이는 해수에 의한 방식을 위해 두꺼운 폴리머 재질로 구성된다.

도 1에 종래의 플렉서블 파이프(P)의 단면 구조를 나타내었다. 카커스(10)의 절곡성형된 구조를 볼 수 있고, 압력보강층(30)은 이형(원형이 아닌 특이한 형상)으로 가공된 강선을 볼 수 있다. 또한 이를 감싸는 나선층(40)(Armor Layer)은의 단면은 직사각형에 가까운 스트립형 강선이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 카커스(10)는 파이프의 가장 중심부에 위치하게 되어 부식 저항성이 요구되는 스테인레스재질(STS)을 사용하게 되는데 재료가 고가이므로 1~2mm 이내의 박막을 이용하여 성형구조를 이루게 된다.

기존의 플레서블 파이프가 갖고 있는 각 층의 역할은 개별적으로 구분되어 외압, 내압, 인장 등의 역할을 맡게 되고, 파이프의 길이방향의 압축을 받아주는 부재가 없어 플렉서블 파이프(P)가 압축력에 의해 터지는 현상(Birdcaging 현상)이 발생할 수 있다.

대부분의 경우 인장력을 적절하게 유지하여 압축이 발생하지 않도록 시공, 설치하지만 가설시 사고상황에는 종종 나타나게 되어 문제를 일으킨다. Birdcaging현상이 한번 일어나면, 파이프 전체를 다시 시공하거나, 중간 부분을 잘라내고 그 부분을 다시 접속하는 방법을 사용하는데 두 가지 방법 모두 매우 큰 비용을 발생되는 문제점이 있다.

또한, 카커스(10)의 연결 부분에는 요철이 존재하고, 이러한 요철부분에 내부유체가 흐르면서 발생하는 와류(Vortex)는 얇은 카커스(10) 성형구조에 공진을 발생시켜 피로응력을 누진시키는 문제점이 있다.

또한, 해양에 설치된 파이프에서 소리를 발생시켜 주변 생태계에 악영향을 끼치는 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 플렉서블 파이프에서 발생되는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.

본 발명은 일 측면으로서, 와류 흐름현상(Vortex Shedding)의 요인인 카커스(Carcass)층을 없애고, 이를 다른 보강구조체로 대체함으로써 와류에 의한 공진으로 인한 피로응력의 누진을 방지하는 플렉서블 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 일 측면으로서, 파이프의 길이방향의 압축을 받아주는 부재를 구비함으로써, 플렉서블 파이프가 파이프 길이방향의 압축력에 의해 파손되는 현상(Birdcaging 현상)을 저감시키는 플렉서블 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 해저로부터 유체를 운반하기 위한 플렉서블 파이프에 있어서, 유체와 접촉하며 단면이 역T자형인 이형강선으로 구비되는 제1 보강재와, 인접하여 배치된 제1 보강재를 연결하도록 제1 보강재의 외측에 이형강선으로 구비되는 제2 보강재를 구비하는 보강구조체; 상기 제1 보강재와 제2 보강재 사이에 구비되어 내부 유체에 의한 부식을 방지하는 실링부재; 상기 보강구조체의 외부에 구비되고, 상기 파이프에 발생하는 인장력에 저항하는 인장보강층; 및 상기 인장보강층의 외부에 구비되고, 해수에 의한 부식을 방지하기 위한 외부쉬스층;을 포함하고, 상기 제1 보강재에는 제1 보강재의 하면과 측면 및 제2 돌출부를 둘러싸는 내식성부재가 부착되고, 상기 제1 보강재의 제1 돌출부와 제2 돌출부사이의 면에는 삽입홈이 구비되고, 상기 내식성부재는 상기 삽입홈까지 연장되어 설치되고, 상기 실링부재는 상기 삽입홈까지 연장된 내식성부재를 압착하는 압착부재를 포함하는 메탈실링으로 구비되고, 상기 제1 보강재는 중앙부의 제1 돌출부와 양단의 제2돌출부를 구비하고, 상기 제2 보강재는 양단에 제3 돌출부를 구비하고, 상기 제2 보강재의 제3 돌출부는 제1 보강재의 제1 돌출부 및 제2 돌출부의 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 파이프를 제공한다.

삭제

또한 바람직하게, 제1 보강재의 제1 돌출부와 제2 보강재의 제3 돌출부의 측면의 결합면은 파이프 길이방향에 직각으로 구비되어 파이프 길이방향의 압축력에 저항하도록 구비될 수 있다.

바람직하게, 제1 보강재의 제1 돌출부는 중심부로 갈수록 좁아지는 형태로 구비될 수 있다.

또한 바람직하게, 제1 보강재의 제1 돌출부와 제2 보강재의 제3 돌출부는 소정의 간격을 두고 배치되고, 서로 접촉하면서 파이프에 가해지는 압축력에 저항하도록 구비될 수 있다.

바람직하게, 제1 보강재 및 제2 보강재는 탄소강으로 이루어진 이형강선으로 구비될 수 있다.

삭제

바람직하게, 내식성부재는 스테인레스 재질로 구비될 수 있다.

삭제

이상에서와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단면이 역T자형인 이형강선으로 구비되는 제1 보강재와, 인접한 제1 보강재를 연결하는 이형강선으로 구비되는 제2 보강재를 구비하여 내부유체압력 및 파이프 길이방향의 압축력에 의한 파이프의 파단을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제1 보강재의 제1 돌출부는 중심부로 갈수록 좁아지는 형태로 구비함으로써, 파이프에 압축력작용시 제1 보강재로부터 제2 보강재가 이탈하는 것을 방지하여 파이프의 압축력에 대한 저항력을 강화할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 종래의 얇은 STS재질의 카커스 구조를 없애고 이를 역T형 보강재에 부착하여 내식성을 유지하도록 하면서, 요철부분에 내부유체가 흐르면서 발생하는 와류(Vortex)에 의한 얇은 카커스 성형구조에서 발생되는 공진으로 인한 피로응력을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 2개의 역T보강재 제1 보강재 사이를 제2 보강재를 이용하여 소정의 간격을 유지하면서 연결하여 압축력에 효율적으로 저항할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 플렉서블 파이프의 종단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보강구조체를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보강구조체를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 플렉서블 파이프의 종단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 파이프에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.

플렉서블 파이프(P)는 해저로부터 유체와 가스를 운반하기 위해 바다의 표면에서 부터 바다의 저면까지 설치되는 파이프로서, 매우 상이하게 변화하는 수압을 가지는 환경에 설치되는 파이프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 플레서블 파이프(P)는 카커스(10), 내부쉬스층(20), 압력보강층(30), 인장보강층(500) 및 외부쉬스층(600)을 포함하고, 추가적으로 나선층(40)을 포함하여 구성될 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 파이프(P)는 보강구조체(100), 실링부재(400), 인장보강층(500), 외부쉬스층(600)을 포함한다.

먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 보강구조체(100)에 관해서 살펴본다. 보강구조체(100)는 제1 보강재(200)와 제2 보강재(300)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 플레서블 파이프(P)는 카커스(10), 내부쉬스층(20), 압력보강층(30), 인장보강층(500) 및 외부쉬스층(600)을 포함하고, 추가적으로 나선층(40)을 포함하여 구성됨이 일반적이다.

보강구조체(100)는 종래의 플렉서블 파이프(P)의 카커스(10), 내부쉬스층(20), 압력보강층(30)을 대체하여, 내부유체압력 및 파이프 길이방향의 압축력에 의한 플레서블 파이프(P)의 파단을 방지하는 부재이다

또한, 보강구조체(100)는 종래의 플렉서블 파이프(P)의 경우 길이방향의 압축을 받아주는 부재가 없어 Birdcaging 현상이 발생하는 문제점 및 카커스(10)의 연결 부분에 존재하는 요철 부분으로 인한 와류에 의해 얇은 카커스(10) 성형구조에 공진이 발생하여 피로응력을 누적시키는 문제점을 해결하기 위해서 도입된 구조이다.

이러한 보강구조체(100)는 단면이 역T자형인 이형강선으로 구비되는 제1 보강재(200)와, 인접한 제1 보강재(200)를 연결하는 이형강선으로 구비되는 제2 보강재(300)를 구비하여 제1 보강재(200)와 제2 보강재(300)가 서로 접촉하면서 압축력에 저항할 수 있도록 구비될 수 있다.

다음으로, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 제1 보강재(200)에 관해서 살펴본다. 제1 보강재(200)는 제1 돌출부(210)와 제2 돌출부(220) 및 내식성부재(230)를 구비하고, 추가적으로 삽입홈(240)을 구비할 수 있다.

제1 보강재(200)는 플렉서블 파이프(P)의 중심방향에서 외측방향으로 돌출 형성된 제1 돌출부(210)와 제2 돌출부(220)를 구비한 원형의 단면이 아닌 역T형의 부재로서 제2 보강재(300)와 함께 플렉서블 파이프(P)에 가해지는 압축력에 저항하는 부재이다.

제1 보강재(200)는 유체와 접합되는 형태로 배치될 수 있고, 제1 보강재(200)의 내식성의 확보를 위해 후술되는 내식성부재(230)가 제1 보강재(200)의 하면과 측면 및 제2 돌출부(220)를 둘러싸는 형태로 구비될 수 있다.

제1 돌출부(210)는 제1 보강재(200)의 단면의 중앙부에 형성된 돌출부이고, 제2 돌출부(220)는 제1 보강재(200)의 단면의 양단에 형성된 돌출부이다.

내식성부재(230)는 제1 보강재(200)에 추가적으로 구비되어 내식성을 확보할 수 있게 하는 부재로서 제1 보강재(200)의 하면과 측면 및 제2 돌출부(220)를 둘러싸는 형태로 구비되고, 내식성이 높은 STS 소재로 형성될 수 있다.

삽입홈(240)은 제1 보강재(200)의 제1 돌출부(210)와 제2 돌출부(220)사이의 면에 구비되는 것으로서, 상기 삽입홈(240)까지 연장된 내식성부재(230)를 압착하여 실링하는 메탈실링(410)을 형성하기 위해 구비되는 부분이다.

다음으로, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 제2 보강재(300)에 관해서 살펴본다. 제2 보강재(300)는 제3 돌출부(310)를 구비한다.

제2 보강재(300)는 제1 보강재(200)를 연결하고, 제1 보강재(200)와 함께 플렉서블 파이프(P)에 가해지는 압축력에 저항하는 부재이다.

제2 보강부재는 도 2에 도시된 바와 같이, ㄷ형의 단면을 가지는 이형강선으로 구비될 수 있다.

제1 보강재(200)와 제2 보강재(300)의 결합에 의해 보강구조체(100)가 형성되어 플렉서블 파이프(P)에 가해지는 압축력에 저항하므로, 제1 보강재(200)와 제2 보강재(300)의 공통되는 사항에 대해서는 이하에서 함께 설명한다.

제1 보강재(200)는 단면의 중앙부의 제1 돌출부(210)를 구비하고, 양단에 제2돌출부를 구비할 수 있고, 제2 보강재(300)는 양단에 제3 돌출부(310)를 구비할 수 있다.

제1 돌출부(210)는 제1 보강재(200)의 단면의 중앙부에 형성된 돌출부이고, 제2 돌출부(220)는 제1 보강재(200)의 단면의 양단에 형성된 돌출부이고, 제3 돌출부(310)는 제2 보강재(300)의 단면의 양단에 형성된 돌출부이다.

도 3에 도시된 바와 같이 제1 돌출부(210)는 중심부로 갈수록 좁아지는 형태로 구비될 수 있다. 이와 같이, 제1 돌출부(210)의 측면에 구비된 경사면에 의해 제1 보강재(200)와 제2 보강재(300)가 접근하는 방향으로 힘을 받는바, 파이프 길이방향의 압축력에 효과적으로 저항할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 제1 보강재(200)의 제1 돌출부(210)의 측면과 상기 제2 보강재(300)의 제3 돌출부(310)의 측면의 결합면은 상기 파이프 길이방향에 직각으로 구비되어 파이프 길이방향의 압축력에 저항하도록 구비됨이 바람직하다. 이러한 구조를 가짐으로써 제1 보강재(200)의 제1 돌출부(210)의 측면과 상기 제2 보강재(300)의 제3 돌출부(310)의 측면은 평행한 구조를 가질 수 있고, 플렉서블 파이프(P)의 길이방향의 압축력은 효과적으로 지지될 수 있다.

또한, 제1 보강재(200)의 제1 돌출부(210)와 제2 보강재(300)의 제3 돌출부(310)는 소정의 간격을 두고 접촉하면서 파이프의 길이방향으로 가해지는 압축력에 유연하게 저항할 수 있다.

또한, 제1 보강재(200)와 제2 보강재(300)는 탄소강으로 이루어진 이형강선으로 구비하여 파이프의 길이방향으로 가해지는 압축력을 효과적으로 지지할 수 있다.

또한, 제1 보강재(200)의 하면과 측면 및 제2 돌출부(220)를 둘러싸는 형태로 내식성부재(230)가 구비될 수 있고, 내식성이 높은 스테인레스(STS) 재질로 형성될 수 있다.

또한, 제1 보강재(200)의 제1 돌출부(210)와 제2 돌출부(220)사이의 면에는 삽입홈(240)이 구비될 수 있고, 내식성부재(230)는 삽입홈(240)까지 연장설치될 수 있고, 삽입홈(240)까지 연장된 내식성부재(230)를 압착하여 실링하는 메탈실링(410)이 형성될 수 있다.

다음으로, 도 2 내지 도 3을 참조하여, 실링부재(400)에 관해서 살펴본다.

실링부재(400)는 제1 보강재(200)와 제2 보강재(300) 사이에 구비되어 제1 보강재(200)와 제2 보강재(300) 사이의 틈으로 유체가 침투하여 내부가 유체에 의해 부식되는 것을 방지하는 부재이다. 이는 종래의 내부쉬스층(20)과 유사한 역할을 하는 부분이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 실링부재(400)는 삽입홈(240)까지 연장되어 설치된 내식성부재(230)를 압착하는 압착부재(411)를 구비하는 메탈실링(410)으로 구비될 수 있다.

메탈실링(410)은 삽입홈(240)까지 연장되어 설치된 내식성부재(230)가 압착부재(411)에 의해 눌려지면서, 내식성부재(230)가 압착되어 제1 보강재(200)와 제2 보강재(300) 사이의 공간을 밀폐하는 형태로 구비될 수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하여, 인장보강층(500)에 관해서 살펴본다.

인장보강층(500)은 플렉서블 파이프(P)에 발생하는 인장력에 저항하는 부재로서, 상기 보강구조체(100)의 외부에 구비될 수 있다. 이러한 인장보강층(500)은 탄소강으로 제작될 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 인장보강층(500)은 상기 보강구조체(100)의 외주의 둘레의 방향에 복수의 층이 배열될 수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하여, 외부쉬스층(600)에 관해서 살펴본다.

외부쉬스층(600)은 해수 등이 보강층에 침투하는 것을 방지하여, 보강층 등의 부식을 방지하기 위한 부재로서, 상기 인장보강층(500)의 외부에 구비될 수 있다.

일 예로, 외부쉬스층(600)은 폴리에틸렌이나 폴리이미드계의 합성수지제 등의 내식성을 가지는 재질이 사용될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

P: 플렉서블 파이프 10: 카커스
20: 내부쉬스층 30: 압력보강층
40: 나선층 100: 보강구조체
200: 제1 보강재 210: 제1 돌출부
220: 제2 돌출부 230: 내식성부재
240: 삽입홈 300: 제2 보강재
310: 제3 돌출부 400: 실링부재
410: 메탈실링 411: 압착부재
500: 인장보강층 600: 외부쉬스층

Claims (9)

1. 해저로부터 유체를 운반하기 위한 플렉서블 파이프에 있어서,
   유체와 접촉하며 단면이 역T자형인 이형강선으로 구비되는 제1 보강재와, 인접하여 배치된 제1 보강재를 연결하도록 제1 보강재의 외측에 이형강선으로 구비되는 제2 보강재를 구비하는 보강구조체;
   상기 제1 보강재와 제2 보강재 사이에 구비되어 내부 유체에 의한 부식을 방지하는 실링부재;
   상기 보강구조체의 외부에 구비되고, 상기 파이프에 발생하는 인장력에 저항하는 인장보강층; 및
   상기 인장보강층의 외부에 구비되고, 해수에 의한 부식을 방지하기 위한 외부쉬스층;을 포함하고,
   상기 제1 보강재에는 제1 보강재의 하면과 측면 및 제2 돌출부를 둘러싸는 내식성부재가 부착되고,
   상기 제1 보강재의 제1 돌출부와 제2 돌출부사이의 면에는 삽입홈이 구비되고,
   상기 내식성부재는 상기 삽입홈까지 연장되어 설치되고,
   상기 실링부재는 상기 삽입홈까지 연장된 내식성부재를 압착하는 압착부재를 포함하는 메탈실링으로 구비되고,
   상기 제1 보강재는 중앙부의 제1 돌출부와 양단의 제2돌출부를 구비하고,
   상기 제2 보강재는 양단에 제3 돌출부를 구비하고,
   상기 제2 보강재의 제3 돌출부는 제1 보강재의 제1 돌출부 및 제2 돌출부의 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 파이프.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 보강재의 제1 돌출부와 상기 제2 보강재의 제3 돌출부의 측면의 결합면은 상기 파이프 길이방향에 직각으로 구비되어 파이프 길이방향의 압축력에 저항하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 파이프.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 보강재의 제1 돌출부는 중심부로 갈수록 좁아지는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 파이프.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 보강재의 제1 돌출부와 제2 보강재의 제3 돌출부는 소정의 간격을 두고 배치되고, 서로 접촉하면서 파이프에 가해지는 압축력에 저항하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 파이프.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 보강재 및 제2 보강재는 탄소강으로 이루어진 이형강선으로 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 파이프.
   
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 내식성부재는 스테인레스 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 파이프.
   
9. 삭제

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