KR102087174B1 - 피그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피그 장치에 관한 것으로, 배관 내부를 이동하는 메인 바디의 전단에 발열 기능을 갖는 발열부를 장착함으로써, 배관 내부의 축적물에 의해 메인 바디의 이동이 기준치 이하로 느려지거나 정지하는 경우, 발열부를 작동시켜 메인 바디의 전방에 축적된 축적물을 상변화시킬 수 있고, 이에 따라 배관의 절단, 용접, 수리 등의 부가 작업 없이 편리하고 신속하게 배관의 내부 청소 작업을 수행할 수 있고, 메인 바디를 전방 바디와 후방 바디로 분리 형성하고, 이를 압력 변화에 따라 상대 이동하도록 함으로써, 압력 변화를 통한 전방 바디와 후방 바디의 상대 이동을 통해 발열부의 작동 상태, 위치 등을 조절할 수 있어 구성을 더욱 단순화할 수 있고, 제작이 용이하며, 다양한 작동 방식으로 가동시킬 수 있는 피그 장치를 제공한다.

Description

피그 장치{Pig Apparatus for Pipeline}

본 발명은 피그 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 배관 내부를 이동하는 메인 바디의 전단에 발열 기능을 갖는 발열부를 장착함으로써, 배관 내부의 축적물에 의해 메인 바디의 이동이 기준치 이하로 느려지거나 정지하는 경우, 발열부를 작동시켜 메인 바디의 전방에 축적된 축적물을 상변화시킬 수 있고, 이에 따라 배관의 절단, 용접, 수리 등의 부가 작업 없이 편리하고 신속하게 배관의 내부 청소 작업을 수행할 수 있고, 메인 바디를 전방 바디와 후방 바디로 분리 형성하고, 이를 압력 변화에 따라 상대 이동하도록 함으로써, 압력 변화를 통한 전방 바디와 후방 바디의 상대 이동을 통해 발열부의 작동 상태, 위치 등을 조절할 수 있어 구성을 더욱 단순화할 수 있고, 제작이 용이하며, 다양한 작동 방식으로 가동시킬 수 있는 피그 장치에 관한 것이다.

국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 오일의 안정적인 생산과 공급이 전 지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.

이러한 이유로 최근에는 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발이 경제성을 가지게 되었다. 따라서, 해저 유정으로부터 원유를 안정적으로 생산하여 해상 설비에 효율적으로 이송하는 해저 생산 시스템에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.

해저 생산 시스템은 크리스마스 트리(X-mas Tree), 점퍼(Jumper), 매니폴드(Manifold), 파이프 라인(Pipeline), 라이저(Riser) 등으로 구성되는데, 이 중 파이프 라인, 라이저 등은 배관의 형태를 가지며 생산된 원유를 이송시키는 수송관의 역할을 수행하게 된다.

원유는 일반적으로 여러 가지 성분의 혼합물인데, 원유에 함유된 일부 성분은 특정 온도 및 압력 조건에서 왁스(wax)를 형성하여 수송관에 축적됨으로써, 원유의 관내 유동을 저해하는 요소로 작용한다. 또한, 원유에 물이 포함되어 있을 경우, 특정 압력 및 온도 조건에서는 하이드레이트(hydrate)가 형성되어 원유의 관내 유동을 저해하는 요소로 작용한다. 이러한 왁스와 하이드레이트는 주로 온도가 낮은 조건하에서 발생하는 특징을 갖는다.

따라서, 원유를 생산하는 과정에서 수송관 내부에는 왁스와 하이드레이트와 같은 다양한 축적물이 생성되므로, 수송관 내부는 주기적인 청소가 필요하다. 이와 같이 파이프 라인과 같은 배관의 내부를 청소하기 위해 일반적으로 피그(pig) 장치가 이용된다. 피그 장치는 배관의 끝단 또는 특정 위치에서 피그 론쳐(pig launcher)로부터 떠나 피그 리시버(pig receiver)로 이동하며, 이 과정에서 배관 내부에 쌓은 축적물을 긁어내어 청소하는 역할을 수행한다.

이때, 배관의 내부에 축적된 축적물의 양이 예상보다 많으면, 피그 장치는 이동 과정 중에 정지하는 경우가 발생할 수 있다. 즉, 피그 장치는 후단의 압력을 전단의 압력에 비해 상대적으로 높여 전단 및 후단에 작용하는 압력차에 의해 배관 내부를 이동하는데, 배관 내부에 예상했던 것보다 많은 양의 축적물이 있을 경우, 축적물에 의해 배관 내부가 막혀 피그 장치의 이동이 불가능한 경우가 발생한다. 이 경우, 피그 장치의 후단의 압력을 더욱 높여 피그 장치를 이동시킬 수 있으나, 이러한 압력 상승에 의한 피그 장치의 이동 가능성은 한계가 있으며, 특히, 배관 내부의 압력 수준을 높이는데에는 배관 자체의 내압력을 고려할 때 일정 수준 이상으로는 불가능하다는 한계가 있다.

따라서, 피그 장치가 배관 내부에서 축적물에 의해 정지하는 경우, 배관을 절단, 용접, 수리하는 등의 부가적인 작업을 수행해야 하는 어려움이 발생하고, 이로 인한 공정 지연 등 경제적인 큰 피해가 발생하는 문제가 있다.

국내실용신안등록 제20-0346302호

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 배관 내부를 이동하는 메인 바디의 전단에 발열 기능을 갖는 발열부를 장착함으로써, 배관 내부의 축적물에 의해 메인 바디의 이동이 기준치 이하로 느려지거나 정지하는 경우, 발열부를 작동시켜 메인 바디의 전방에 축적된 축적물을 상변화시킬 수 있고, 이에 따라 배관의 절단, 용접, 수리 등의 부가 작업 없이 편리하고 신속하게 배관의 내부 청소 작업을 수행할 수 있는 피그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 메인 바디를 전방 바디와 후방 바디로 분리 형성하고, 이를 압력 변화에 따라 상대 이동하도록 함으로써, 압력 변화를 통한 전방 바디와 후방 바디의 상대 이동을 통해 발열부의 작동 상태, 위치 등을 조절할 수 있어 구성을 더욱 단순화할 수 있고, 제작이 용이하며, 다양한 작동 방식으로 가동시킬 수 있는 피그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 배관 내부를 청소할 수 있도록 상기 배관 내부에 배치되며 전단 및 후단에 작용하는 압력차에 의해 상기 배관을 따라 이동하는 피그 장치에 있어서, 상기 배관을 따라 이동할 수 있도록 상기 배관의 내부에 삽입 배치되는 메인 바디; 및 상기 메인 바디에 장착되어 발열 기능을 수행하도록 작동하는 발열부를 포함하고, 상기 메인 바디는 진행 방향의 전방에 위치하는 전방 바디와, 상기 압력차의 크기 변화에 따라 상기 전방 바디에 대해 근접 또는 원격 방향으로 상대 이동 가능하도록 상기 전방 바디의 후방에 결합되는 후방 바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 피그 장치를 제공한다.

이때, 상기 전방 바디와 후방 바디는 외부 압력 변화에 따라 수축 팽창하여 길이가 조절되는 중간 연결 모듈에 의해 상호 이격되게 결합될 수 있다.

또한, 상기 중간 연결 모듈은 양단이 상기 전방 바디와 후방 바디에 각각 연결되도록 상기 전방 바디와 후방 바디 사이에 배치되는 탄성 스프링을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 중간 연결 모듈은 양단이 상기 전방 바디와 후방 바디에 각각 연결되도록 상기 전방 바디와 후방 바디 사이에 배치되는 유압 또는 가스 실린더를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 발열부는 상기 후방 바디가 상기 전방 바디에 대해 근접 이동함에 따라 상기 전방 바디의 전방에 돌출되도록 상기 후방 바디에 결합될 수 있다.

또한, 상기 발열부는 전원을 공급받아 발열하도록 작동할 수 있다.

또한, 상기 메인 바디에는 상기 발열부에 전원을 공급할 수 있도록 내부에 배터리가 장착될 수 있다.

또한, 상기 발열부는 상기 후방 바디에 결합되는 발열 블록; 및 전원을 공급받아 발열하며, 상기 발열 블록에 열을 전달하도록 상기 발열 블록에 삽입 접촉하는 히팅 코일을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 발열 블록은 전단 방향으로 갈수록 단면적이 작아지는 형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 발열 블록의 외주면에는 외측 방향으로 돌출되는 방열 돌기가 다수개 형성될 수 있다.

또한, 상기 메인 바디에는 상기 후방 바디가 상기 전방 바디에 대해 근접 이동함에 따라 상기 발열부를 작동시키도록 작동하는 작동 스위치가 장착될 수 있다.

또한, 상기 작동 스위치는 상기 전방 바디에 형성되는 고정 접점; 및 상기 후방 바디가 상기 전방 바디에 대해 근접 이동함에 따라 상기 고정 접점에 접촉하도록 상기 후방 바디에 형성되는 가동 접점을 포함하고, 상기 고정 접점과 가동 접점이 접촉함에 따라 상기 발열부에 전원이 공급될 수 있다.

한편, 본 발명은, 상기 피그 장치를 작동하는 피그 장치 작동 방법으로서, 상기 배관 내부에 상기 피그 장치를 삽입 배치하는 단계; 상기 피그 장치가 이동하도록 상기 배관에 압력을 공급하여 상기 피그 장치의 후단의 압력을 상승시키는 단계; 및 상기 피그 장치의 이동 속도가 기준치 이하로 느려지는 경우 상기 발열부를 작동시키는 단계를 포함하고, 상기 발열부를 작동시키는 단계는 상기 후방 바디가 상기 전방 바디에 대해 근접 이동하도록 상기 배관에 압력을 제공하여 상기 메인 바디의 후단의 압력을 기준치 이상으로 상승시키는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 피그 장치 작동 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 배관 내부를 이동하는 메인 바디의 전단에 발열 기능을 갖는 발열부를 장착함으로써, 배관 내부의 축적물에 의해 메인 바디의 이동이 기준치 이하로 느려지거나 정지하는 경우, 발열부를 작동시켜 메인 바디의 전방에 축적된 축적물을 상변화시킬 수 있고, 이에 따라 배관의 절단, 용접, 수리 등의 부가 작업 없이 편리하고 신속하게 배관의 내부 청소 작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 메인 바디를 전방 바디와 후방 바디로 분리 형성하고, 이를 압력 변화에 따라 상대 이동하도록 함으로써, 압력 변화를 통한 전방 바디와 후방 바디의 상대 이동을 통해 발열부의 작동 상태, 위치 등을 조절할 수 있어 구성을 더욱 단순화할 수 있고, 제작이 용이하며, 다양한 작동 방식으로 가동시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피그 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도,
도 2는 도 1에 도시된 피그 장치의 배터리 용량 조절 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 도 1에 도시된 피그 장치의 작동 상태를 개념적으로 도시한 개념도,
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 피그 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도,
도 5는 도 4에 도시된 피그 장치의 발열부에 대한 다양한 변형예를 예시적으로 도시한 도면,
도 6은 도 4에 도시된 피그 장치의 작동 구조 및 원리를 설명하기 위한 개념도,
도 7은 도 4에 도시된 피그 장치의 작동 상태를 동작 흐름에 따라 단계적으로 도시한 작동 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피그 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 피그 장치의 배터리 용량 조절 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 피그 장치의 작동 상태를 개념적으로 도시한 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피그 장치는 해저 생산 시스템의 파이프 라인과 같은 배관(10) 내부를 청소할 수 있도록 배관(10) 내부에 배치되어 전단 및 후단의 압력차(P1-P2)에 의해 배관(10)을 따라 이동하는 장치로서, 메인 바디(100)와 발열부(200)를 포함하여 구성된다.

메인 바디(100)는 배관(10) 내부에서 배관(10)을 따라 이동할 수 있도록 외주면의 직경이 배관(10)의 내경보다 작거나 같도록 형성되어 배관(10)의 내부에 삽입 배치되는 것으로, 원통형으로 형성될 수 있으나, 이와 달리 사용자의 필요에 따라 다양한 다각형 기둥 형태로 형성될 수도 있다.

이러한 메인 바디(100)의 내부에는 후술하는 배터리(300)가 삽입 장착될 수 있도록 배터리 결합부(101)가 형성될 수 있으며, 배터리 결합부(101)에는 배터리(300)가 삽입 장착된 상태에서 배터리 단자와 전기적으로 접촉할 수 있도록 배터리 연결 단자(102)가 형성될 수 있다. 또한, 메인 바디(100)의 내부에는 이러한 배터리 결합부(101) 이외에도 컨트롤러(400) 및 이동 감지 센서(500) 등이 장착될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

발열부(200)는 이러한 메인 바디(100)에 장착되는데, 도 1에 도시된 바와 같이 메인 바디(100)의 진행 방향 전단에 장착되는 것이 바람직하다. 이러한 발열부(200)는 자체 발열 기능을 수행하도록 구성되는데, 예를 들면, 전원을 공급받아 발열하는 형태로 구성될 수 있다.

이때, 발열부(200)에 전원을 공급하기 위해 메인 바디(100)에는 전술한 배터리 결합부(101)가 형성되고, 이러한 배터리 결합부(101)에 배터리(300)가 다수개 장착 가능하며, 배터리 결합부(101)에 장착된 배터리(300)를 통해 발열부(200)에 전원이 공급되도록 구성될 수 있다.

이러한 발열부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 메인 바디(100)의 전단에 결합되는 발열 블록(210)과, 전원을 공급받아 발열하며 발열 블록(210)에 열을 전달하도록 발열 블록(210)에 삽입 접촉하는 히팅 코일(220)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 발열 블록(210)은 외부 열발산이 효율적으로 이루어지도록 열전도성이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 피그 장치(20)는 배관(10) 내부에서 이동하는 과정 중 배관 내부의 축적물(30)에 의해 이동 속도가 크게 저하되거나 정지하는 경우, 발열부(200)를 작동시켜 축적물(30)을 가열함으로써, 고체 상태의 축적물(30)을 가스 상태 또는 액체 상태로 변화시킬 수 있고, 이를 통해 배관(10)에 대한 절단, 용접, 수리 등의 부가 작업 없이도 배관(10) 내부를 원활하게 이동할 수 있다.

좀 더 자세히 살펴보면, 피그 장치(20)는 배관(10) 내부에서 피그 장치(20)의 전단에 작용하는 전단 압력(P2)과 후단에 작용하는 후단 압력(P1)의 차이(P1-P2)에 의해 배관(10)을 따라 진행하게 된다. 이때, 배관(10)의 특정 위치에는 피그 장치(20)의 전단 및 후단에 압력을 공급할 수 있도록 피그 론쳐(pig launcher) 및 피그 리시버(pig receiver)가 장착되며, 이에 따라 피그 장치(20)는 피그 론쳐로부터 피그 리스버를 향하는 방향으로 이동한다.

이와 같은 방식으로 이동하는 피그 장치(20)는 이동하는 과정 중 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 배관(10) 내부에서 피그 장치(20)의 전방에 상대적으로 많은 양의 축적물(30)이 축적되는 경우, 축적물(30)에 의한 저항으로 인해 피그 장치(20)가 더이상 진행하지 못하고 정지할 수 있다.

이 경우, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 발열부(200)를 작동시켜 축적물(30)을 가열함으로써, 피그 장치(20)의 전방에 위치한 고체 상태의 축적물(30)을 가스 상태 또는 액체 상태로 변화시킬 수 있다. 이와 같이 축적물(30)이 가스 상태 또는 액체 상태로 변화하게 되면, 피그 장치(20)는 축적물(30)에 의한 저항이 사라지므로 다시 전방으로 진행할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 피그 장치(20)는 배관(10)의 중간에서 배관(10) 내부의 축적물에 의해 이동 정지되더라도 배관(10)에 대한 절단 수리 작업과 같은 부가 작업 없이도 단순히 발열부(200)를 작동시키는 방식으로 이동 과정을 재개할 수 있다.

이때, 축적물(30)의 종류 또는 상태에 따라 발열부(200)의 발열 성능은 달라질 수 있으며, 이를 위해 배터리(300)의 용량 또한 자유롭게 변경할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 메인 바디(100)의 배터리 결합부(101)는 다수개의 배터리(300)가 삽입 장착되도록 형성되며, 사용자의 필요에 따라 도 1 또는 도 3에 도시된 바와 같이 다수개의 배터리(300)가 삽입 결합되거나 그중 일부만 삽입 결합 가능하도록 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 발열부(200)의 발열 온도와 같은 발열 성능은 배관(10) 내부의 축적물(30)에 대한 상태를 파악하여 이를 기준으로 조절할 수 있는데, 예를 들면, 배관(10)이 해저 유정의 파이프 라인인 경우, 대상 유정의 왁스 및 하이드레이트 생성 조건을 반영하여 발열 온도 등을 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 메인 바디(100)에는 발열부(200)의 발열 온도가 조절되도록 발열부(200)를 동작 제어하는 별도의 컨트롤러(400)가 장착될 수 있다. 이러한 컨트롤러(400)는 발열부(200)의 발열 온도 조절 뿐만 아니라 발열부(200)의 작동 온/오프 기능 등 다양한 제어 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.

또한, 발열부(200)의 발열 성능을 향상할 수 있도록 발열부(200)의 발열 블록(210) 외주면에는 외측 방향으로 돌출되는 방열 돌기(211)가 다수개 형성될 수 있다. 이를 통해 발열 블록(210)을 통한 방열 기능이 향상되므로, 축적물(30)에 대한 가열 효율이 더욱 향상될 수 있다.

아울러, 발열부(200)는 자체 발열을 통해 피그 장치(20)의 전방에 쌓인 축적물(30)을 가열하는 기능 이외에도 피그 장치(20)의 진행을 원활하게 하는 기능을 아울러 수행할 수 있다. 즉, 발열부(200)의 발열 블록(210)은 메인 바디(100)의 전단에 배치되기 때문에, 메인 바디(100)의 진행 과정에서 배관 내부에 축적된 축적물(30)의 중심 부분으로 삽입될 수 있도록 전단 방향으로 갈수록 단면적이 작아지는 형태로 형성될 수 있으며, 이러한 형상을 통해 메인 바디(100)가 축적물(30)을 관통할 수 있어 메인 바디(100)의 이동이 더욱 원활해질 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 피그 장치(20), 좀더 구체적으로는 메인 바디(100)의 이동 속도가 정지 상태가 되는 경우에 컨트롤러(400)를 통해 발열부(200)를 작동시키는데, 이때, 메인 바디(100)의 이동 속도가 정지 상태인지 정상 속도 상태인지 여부를 알 수 있는 센서가 별도로 구비될 수 있다. 이를 위해 메인 바디(100)에는 메인 바디(100)의 이동 속도 또는 가속도를 측정할 수 있는 이동 감지 센서(500)가 장착될 수 있으며, 전술한 컨트롤러(400)는 이동 감지 센서(500)의 측정값에 따라 발열부(200)를 동작 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 이동 감지 센서(500)에 의해 메인 바디(100)의 이동 속도가 정지 상태로 측정된 경우, 컨트롤러(400)는 이러한 이동 감지 센서(500)의 측정값을 인가받아 발열부(200)가 작동하도록 동작 제어할 수 있다.

물론, 이와 달리 컨트롤러(400)는 메인 바디(100)의 전체 이동 과정에서 발열부(200)의 발열 온도가 미리 설정된 제 1 설정 온도로 유지되도록 발열부(200)를 동작 제어할 수도 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 피그 장치(20)는 전술한 바와 같이 이동 감지 센서(500)를 통해 메인 바디(100)가 이동 중 정지한 경우에만 발열부(200)가 작동하도록 제어될 수도 있고, 이와 달리 메인 바디(100)의 전체 이동 과정에서 계속해서 발열부(200)가 작동하도록 제어될 수도 있다. 정지한 경우에만 발열부(200)가 작동하는 경우, 에너지 효율 측면에서 유리하고, 계속해서 발열부(200)가 작동하는 경우에는 별도의 센싱 작업 없이 발열부(200)가 작동하므로 전체 이동 과정을 더욱 신속하게 수행할 수 있다는 점에서 유리할 것이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 피그 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 5는 도 4에 도시된 피그 장치의 발열부에 대한 다양한 변형예를 예시적으로 도시한 도면이고, 도 6은 도 4에 도시된 피그 장치의 작동 구조 및 원리를 설명하기 위한 개념도이고, 도 7은 도 4에 도시된 피그 장치의 작동 상태를 동작 흐름에 따라 단계적으로 도시한 작동 상태도이다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 피그 장치(20)는 전단 및 후단에 작용하는 압력차(P1-P2)에 의해 이동하는데, 전술한 바와 같이 배관(10)을 따라 이동할 수 있도록 배관(10)의 내부에 삽입 배치되는 메인 바디(100)와, 메인 바디(100)에 장착되어 발열 기능을 수행하도록 작동하는 발열부(200)를 포함하여 구성된다. 이러한 피그 장치(20)는 도 1 내지 도 3에서 설명한 피그 장치(20)와 그 작동 원리가 큰 틀에서 동일하므로, 여기에서는 차이점을 중심으로 살펴본다.

메인 바디(100)는 진행 방향의 전방에 위치하는 전방 바디(110)와, 전방 바디(110)의 후방에 결합되는 후방 바디(120)를 포함하여 구성된다. 이때, 후방 바디(120)는 압력차(P1-P2)의 크기 변화에 따라 전방 바디(110)에 대해 근접 또는 원격 방향으로 상대 이동 가능하도록 전방 바디(110)에 결합된다.

이러한 전방 바디(110)와 후방 바디(120)는 별도의 중간 연결 모듈(130)에 의해 상호 결합될 수 있으며, 중간 연결 모듈(130)은 외부 압력 변화에 의해 수축 팽창하여 그 길이가 변화하는 형태로 형성될 수 있다.

예를 들면, 중간 연결 모듈(130)은 양단이 전방 바디(110)와 후방 바디(120)에 각각 연결되도록 전방 바디(110)와 후방 바디(120) 사이에 배치되는 탄성 스프링(미도시)의 형태로 구성되거나 또는 유압 또는 가스 실린더(미도시)의 형태로 구성될 수도 있다. 물론, 유압 또는 가스 실린더 내부에 탄성 스프링이 장착된 조합 형태로 구성될 수도 있으며, 이외에도 외부 압력에 의해 수축 팽창하는 다양한 형태로 변형 가능하다.

한편, 메인 바디(100)의 내부에는 도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 같이 발열부(200)에 전원을 공급할 수 있는 배터리(300)가 장착될 수 있도록 배터리 결합부(101)가 형성되며, 배터리 결합부(101)는 배터리(300)의 장착 개수를 조절할 수 있도록 형성되고 배터리(300)가 장착된 상태에서 발열부(200)와 연결되도록 연결 단자(102)가 형성된다.

발열부(200)는 메인 바디(100)에 장착되는 배터리(300)를 통해 전원을 공급받아 발열하도록 구성될 수 있는데, 예를 들면, 후방 바디(120)에 결합되는 발열 블록(210)과, 전원을 공급받아 발열하며 발열 블록(210)에 열을 전달하도록 발열 블록(210)에 삽입 접촉하는 히팅 코일(220)을 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 발열부(200)는 후방 바디(120)가 전방 바디(110)에 대해 근접 이동함에 따라 전방 바디(110)의 전방에 돌출되도록 후방 바디(120)에 결합될 수 있다. 즉, 정상 상태에서는 도 4에 도시된 바와 같이 후방 바디(120)가 중간 연결 모듈(130)에 의해 지지되며 전방 바디(110)와 일정 간격 이격되게 유지되는데, 이때, 발열부(200)는 전방 바디(110)의 내부에 위치한다. 전방 바디(110)에는 발열부(200)의 전방 돌출을 위해 관통홀(111)이 형성되며, 도 6에 도시된 바와 같이 메인 바디(100)의 후단에 작용하는 압력이 P1+α로 증가하게 되면, 중간 연결 모듈(130)이 수축하여 후방 바디(120)가 전방 바디(110)에 근접하는 방향으로 이동하게 되고, 이에 따라 후방 바디(120)에 결합된 발열부(200)가 전방 바디(110)의 전방으로 돌출된다.

이러한 발열부(200)는 전단 방향으로 갈수록 단면적이 작아지는 형태로 형성될 수 있는데, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 발열부(200) 전체 구간에서 전단 방향으로 갈수록 단면적이 작아지는 형태로 형성되거나 또는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 발열부(200)의 전단부에서만 전단 방향으로 갈수록 단면적이 작아지는 형태로 형성될 수 있다.

또한, 이러한 발열부(200)는 발열 성능의 향상을 위해 발열 블록(210)의 외주면에 외측 방향으로 돌출되는 방열 돌기(230)가 다수개 형성될 수 있다.

한편, 메인 바디(100)에는 후방 바디(120)가 전방 바디(110)에 근접 이동함에 따라 발열부(200)를 작동시키도록 작동하는 작동 스위치(600)가 장착될 수 있다. 이러한 작동 스위치(600)는 전방 바디(110)에 형성되는 고정 접점(610)과, 후방 바디(120)가 전방 바디(110)에 대해 근접 이동함에 따라 고정 접점(610)에 접촉하도록 후방 바디(120)에 형성되는 가동 접점(620)을 포함하고, 고정 접점(610)과 가동 접점(620)이 접촉함에 따라 발열부(200)에 전원이 공급되도록 구성될 수 있다.

이와 같은 구성에 따라 도 6에 도시된 바와 같이 메인 바디(100)의 후단에 작용하는 압력이 P1 에서 P1+α로 증가하게 되면, 후방 바디(120)가 전방 바디(110)에 근접하는 방향으로 이동하게 되고, 이에 따라 고정 접점(610)과 가동 접점(620)이 접촉함으로써, 발열부(200)에 전원이 공급된다. 이때, 발열부(200)는 후방 바디(120)와 함께 이동하여 전방 바디(110)의 전방에 돌출된다.

도 7에는 이상에서 설명한 피그 장치(20)의 작동 상태가 도시되는데, 먼저, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 피그 장치(20)가 전단 및 후단의 압력차(P1-P2)에 의해 배관(10) 내에서 이동 중 축적물(30)에 막혀 이동이 정지하거나 기준치 이하의 속도로 느려지게 되면, 발열부(200)를 작동시켜 축적물(30)을 가열한다.

발열부(200)를 작동시키는 방식은 피그 론쳐 등을 이용하여 피그 장치(20)의 후단의 압력을 기준치 이상(P1+α)으로 증가시키는 방식으로 진행된다. 피그 장치(20)의 후단의 압력을 기준치 이상(P1+α)으로 증가시키면, 도 7의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 피그 장치(20)의 전단 및 후단의 압력차가 증가하게 되므로, 중간 연결 모듈(130)이 수축하여 후방 바디(120)가 전방 바디(110)에 근접하게 된다. 이 과정에서 발열부(200)는 후방 바디(120)와 함께 이동하여 전방 바디(110)의 전방에 돌출되고, 후방 바디(120)에 형성된 가동 접점(620)이 전방 바디(110)에 형성된 고정 접점(610)에 접촉하게 된다.

이와 같이 가동 접점(620) 및 고정 접점(610)이 접촉하는 방식으로 작동 스위치(600)가 작동하게 되면, 발열부(200)에 전원이 공급되어 발열부(200)가 발열하게 되고, 이에 따라 도 7의 (d) 및 (e)에 도시된 바와 같이 발열부(200) 주변의 축적물(30)이 가열에 의해 가스 상태 또는 액체 상태로 변화하게 된다.

축적물(30)이 가열에 의해 사라지게 되면, 도 7의 (f)에 도시된 바와 같이 전방 바디(110)가 전진 이동할 수 있고, 이에 따라 가동 접점(620) 및 고정 접점(610)의 접촉이 해제된다. 이러한 상태가 되면, 피그 장치(20)의 후단의 압력을 다시 P1 상태로 복귀시킨다. 이에 따라 후방 바디(120)는 전방 바디(110)로부터 멀어지는 방향으로 상대 이동하며, 원래 상태로 복귀하게 된다.

이와 같이 원래 상태로 복귀한 메인 바디(100)는 전단 및 후단에 각각 P1-P2 압력차가 발생하는데, 이 경우, 메인 바디(100)의 전방에는 축적물(30)이 사라진 상태이므로, 피그 장치(20)는 정상적인 이동 상태로 전방으로 진행하게 된다.

도 4 내지 도 7에서는 도 1 내지 도 3에서 설명한 컨트롤러, 이동 감지 센서 등에 대한 설명을 하지 않았으나, 설명하지 않은 구성들은 도 4 내지 도 7에서 설명한 피그 장치에도 마찬가지 방식으로 적용될 수 있을 것이다.

또한, 이상에서 설명한 피그 장치는 발열부를 통해 배관 내부의 축적물을 가열함으로써, 축적물을 가스 상태 또는 액체 상태로 변화시키는 것으로 설명하였는데, 이러한 방식은 해저 생산 시스템의 원유 수송관인 파이프 라인의 청소 작업에 적용되는 경우 더욱 유리할 것이다. 왜냐하면, 파이프 라인 내부에는 종래 기술에서 설명한 바와 같이 왁스 및 하이드레이트와 같은 축적물이 생성되기 쉬우며, 이러한 종류의 축적물은 발열부를 통해 가열함으로써, 손쉽게 상변화시킬 수 있기 때문이다. 그러나, 본 발명에 따른 피그 장치는 해저 생산 시스템의 파이프 라인 이외에도 해상이나 육상에서 일반적으로 사용하는 다양한 종류의 배관 라인에도 모두 동일한 방식으로 적용될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 배관 20: 피그 장치
30: 축적물 100: 메인 바디
101: 배터리 결합부 110: 전방 바디
120: 후방 바디 130: 중간 연결 모듈
200: 발열부 210: 발열 블록
220: 히팅 코일 300: 배터리
400: 컨트롤러 500: 이동 감지 센서
600: 작동 스위치 610: 고정 접점
620: 가동 접점

Claims (13)

1. 배관 내부를 청소할 수 있도록 상기 배관 내부에 배치되며 전단 및 후단에 작용하는 압력차에 의해 상기 배관을 따라 이동하는 피그 장치에 있어서,
   상기 배관을 따라 이동할 수 있도록 상기 배관의 내부에 삽입 배치되는 메인 바디; 및
   상기 메인 바디에 장착되어 발열 기능을 수행하도록 작동하는 발열부
   를 포함하고, 상기 메인 바디는
   진행 방향의 전방에 위치하는 전방 바디와, 상기 압력차의 크기 변화에 따라 상기 전방 바디에 대해 근접 또는 원격 방향으로 상대 이동 가능하도록 상기 전방 바디의 후방에 결합되는 후방 바디를 포함하며,
   상기 발열부는 상기 후방 바디가 상기 전방 바디에 대해 근접 이동함에 따라 상기 전방 바디의 전방에 돌출되도록 상기 후방 바디에 결합되는 것을 특징으로 하는 피그 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전방 바디와 후방 바디는 외부 압력 변화에 따라 수축 팽창하여 길이가 조절되는 중간 연결 모듈에 의해 상호 이격되게 결합되는 것을 특징으로 하는 피그 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 중간 연결 모듈은
   양단이 상기 전방 바디와 후방 바디에 각각 연결되도록 상기 전방 바디와 후방 바디 사이에 배치되는 탄성 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 피그 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 중간 연결 모듈은
   양단이 상기 전방 바디와 후방 바디에 각각 연결되도록 상기 전방 바디와 후방 바디 사이에 배치되는 유압 또는 가스 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 피그 장치.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 발열부는 전원을 공급받아 발열하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 피그 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 메인 바디에는 상기 발열부에 전원을 공급할 수 있도록 내부에 배터리가 장착되는 것을 특징으로 하는 피그 장치.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 발열부는
   상기 후방 바디에 결합되는 발열 블록; 및
   전원을 공급받아 발열하며, 상기 발열 블록에 열을 전달하도록 상기 발열 블록에 삽입 접촉하는 히팅 코일
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 피그 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 발열 블록은 전단 방향으로 갈수록 단면적이 작아지는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 피그 장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 발열 블록의 외주면에는 외측 방향으로 돌출되는 방열 돌기가 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 피그 장치.
11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 바디에는 상기 후방 바디가 상기 전방 바디에 대해 근접 이동함에 따라 상기 발열부를 작동시키도록 작동하는 작동 스위치가 장착되는 것을 특징으로 하는 피그 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 작동 스위치는
    상기 전방 바디에 형성되는 고정 접점; 및
    상기 후방 바디가 상기 전방 바디에 대해 근접 이동함에 따라 상기 고정 접점에 접촉하도록 상기 후방 바디에 형성되는 가동 접점
    을 포함하고, 상기 고정 접점과 가동 접점이 접촉함에 따라 상기 발열부에 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 피그 장치.
13. 제 11 항에 기재된 피그 장치를 작동하는 피그 장치 작동 방법으로서,
    상기 배관 내부에 상기 피그 장치를 삽입 배치하는 단계;
    상기 피그 장치가 이동하도록 상기 배관에 압력을 공급하여 상기 피그 장치의 후단의 압력을 상승시키는 단계; 및
    상기 피그 장치의 이동 속도가 기준치 이하로 느려지는 경우 상기 발열부를 작동시키는 단계
    를 포함하고, 상기 발열부를 작동시키는 단계는
    상기 후방 바디가 상기 전방 바디에 대해 근접 이동하도록 상기 배관에 압력을 제공하여 상기 메인 바디의 후단의 압력을 기준치 이상으로 상승시키는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 피그 장치 작동 방법.

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