KR102497002B1 - 모듈화된 해저 해수 담수화 시스템 - Google Patents
모듈화된 해저 해수 담수화 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 모듈화된 해저 담수화 시스템에 관한 것이다. 해저 담수화 템플릿은 해저 담수화 모듈 구역(41) 및 모듈 유체 커플링(46)을 포함한다. 담수 출구는 해저 담수화 모듈 구역에서 모듈 유체 커플링(46)과 유체 연결된다. 역삼투 카트리지(23)가 있는 해저 담수화 모듈(5)은 해저 템플릿 유체 커플링(47), 해수 입구 섹션 및 농축된 해수 출구 섹션과 유체 연결된다. 펌프 모듈(17)의 담수를 위한 운반 펌프 조립체(48)는 해저 담수화 템플릿(1) 및 담수화 모듈(5)과 유체 연결된다. 해수 순환 펌프(49)는 적어도 하나의 역삼투 카트리지(23)의 해수측과 유체 연결된다. 담수 파이프 라인(2)은 담수 운반 펌프 조립체(48)로부터 해수면 위의 위치로 유체를 이송한다. 더욱이, 본 발명은 해저 담수화 모듈(5) 및 서비스가 필요한 해저 담수화 모듈(5)을 교환하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 모듈식 해저 담수화 시스템에 관한 것이다. 시스템은 담수화, 펌핑, 제어, 화학 물질 주입 및 유체 운반을 위한 지정된 모듈이 있는 해저 템플릿을 포함한다. 본 발명은 또한 해저 담수화 모듈 및 그러한 모듈을 교환하는 방법에 관한 것이다.
역삼투(reverse osmosis)(RO) 멤브레인은 삼투압 π보다 큰 정수압을 제공하는 수심의 해수에 위치될 수 있다. 담수화 프로세스에서 π보다 큰 정수압을 사용하여 추가 압력이 필요 없이 물 분자를 RO 멤브레인을 통해 밀어낼 수 있다. 해저 담수화는, RO 멤브레인을 통해 유동을 제공하는 펌프가 RO 멤브레인의 하류에 위치되고, 이에 따라 해수의 전체 유동이 아닌 담수 유동만 펌핑할 수 있기 때문에 유리하다.
본 발명은 전술한 원리에 기초한다. 본 발명의 담수화 시스템은 해저면 상의 지정된 수심에 위치되도록 구성된다. 순환 펌프는 RO 멤브레인의 어레이를 통해 해수의 유동을 구동시킨다. RO 멤브레인으로부터의 농축물(농축된 해수)은 국부적으로 배출된다. 투과물(담수)은 운반 펌프를 이용하여 담수 수용 설비로 펌핑된다. 운반 펌프는 압력차를 생성한다. 이는 펌프의 입구 압력을 감소시키고, 이에 따라 RO 멤브레인의 투과물 압력은 운반 펌프의 입구 압력과 동일하다. 이는 역삼투를 구동하기 위해 RO 멤브레인에 필요한 차압을 제공한다. 이 설정을 통해, 주변 해수에 존재하는 정수압을 이용하여 해수를 담수화할 수 있다.
고용량 담수화 플랜트는 상당한 랜드 영역을 필요로 하며, 그러한 랜드 영역은 통상적으로 담수가 필요한 곳에 가까이에서는 이용 불가능하거나 비용이 많이 든다. 그러므로, 해저에 담수화 플랜트를 배치하는 것도 이점이 있다.
따라서, 본 발명은 해저 담수화 시스템에 관한 것이다. 해저 담수화 시스템은 적어도 하나의 해저 담수화 모듈 구역, 적어도 하나의 모듈 유체 커플링 및 적어도 하나의 모듈 유체 커플링과 유체 연결되는 템플릿 배관을 포함하는, 해저면 상에 위치되도록 구성된 해저 담수화 템플릿을 포함한다. 적어도 하나의 회수 가능한 해저 담수화 모듈은 해저 담수화 템플릿의 적어도 하나의 해저 담수화 모듈 구역에 위치되도록 구성되며, 해저 템플릿 유체 커플링을 포함하는 적어도 하나의 회수 가능한 해저 담수화 모듈은 적어도 하나의 모듈 유체 커플링에 연결되도록 구성된다. 적어도 하나의 역삼투 카트리지는 해저 템플릿 유체 커플링과 유체 연결된다. 적어도 하나의 해수 순환 펌프 조립체는 적어도 하나의 역삼투 카트리지의 해수측과 유체 연결된다. 순환 펌프 조립체는 적어도 하나의 역삼투 카트리지의 상류측 및 하류측 모두에 있을 수 있다. 적어도 하나의 담수 운반 펌프 조립체는 회수 가능한 해저 담수화 모듈의 적어도 하나의 역삼투 카트리지(23)의 담수측 및 적어도 하나의 담수 파이프 라인과 유체 연결된다. 적어도 하나의 회수 가능한 해저 워터 펌프 모듈은 담수 운반 펌프 조립체 중 적어도 하나, 및 적어도 하나의 해수 순환 펌프 조립체를 포함한다. 적어도 하나의 회수 가능한 해저 워터 펌프 모듈 상의 적어도 하나의 템플릿 유체 커플링은 펌프 모듈 구역이 있는 템플릿 상의 적어도 하나의 모듈 유체 커플링에 연결되도록 구성된다. 적어도 하나의 담수 파이프 라인은 해수면 위의 위치로 연장된다.
해저 담수화 시스템은 해저면 고정 요소에 고정된 영구적인 해저면 기저부를 더 포함할 수 있으며, 해저 담수화 템플릿은 영구적인 해저면 기저부의 상단에 위치되도록 구성될 수 있다.
해저 담수화 템플릿은 담수 파이프 라인 및 농축된 해수 출구와 유체 연결되는 추가의 베이스 템플릿 상에 위치되도록 구성될 수 있다. 템플릿은 템플릿 덕트를 포함하고 밸브를 포함할 수 있다.
추가 해저 베이스 템플릿은 영구적인 해저면 기저부의 상단에 위치되도록 구성될 수 있으며 템플릿 덕트 및 밸브를 포함할 수 있다.
해저 담수화 템플릿은 해저 담수화 템플릿에 고정된 해저면 고정 요소를 더 포함할 수 있다.
해저면 고정 요소는 흡입 앵커를 포함할 수 있다.
펌프 모듈 구역이 있는 템플릿은 담수화 템플릿일 수 있다.
적어도 하나의 해수 순환 펌프 조립체 및 적어도 하나의 담수 운반 펌프 조립체는 공통의 회수 가능한 해저 워터 펌프 모듈에 위치될 수 있다.
적어도 하나의 해수 순환 펌프 조립체는 회수 가능한 해수 순환 펌프 모듈에 위치될 수 있다. 적어도 하나의 담수 운반 펌프 조립체는 회수 가능한 해저 담수 운반 펌프 모듈에 위치될 수 있다. 이어서, 회수 가능한 운반 펌프 모듈은 담수 운반 펌프 모듈 구역에 위치되고 회수 가능한 해저 순환 펌프 모듈은 순환 펌프 모듈 구역에 위치된다.
적어도 하나의 회수 가능한 제어 모듈은 담수화 템플릿 상의 적어도 하나의 제어 모듈 구역에 위치된다.
적어도 하나의 해저 담수화 모듈은 적어도 하나의 역삼투 카트리지에 들어가는 해수를 여과하도록 배치된 해수 입구 필터를 더 포함할 수 있다.
해수 입구 필터는 적어도 하나의 해저 담수화 모듈의 상단에 위치될 수 있다.
펌프 모듈 구역이 있는 템플릿은 별도의 펌핑 템플릿일 수 있으며 담수 유로는 별도의 펌핑 템플릿과 해저 담수화 템플릿 사이에서 연장될 수 있다.
담수화 시스템은 별도의 여과 및 펌핑 스테이션을 더 포함할 수 있고 필터 및 순환 펌프 모듈의 순환 펌프 조립체는 템플릿 상류의 여과 및 펌핑 스테이션 상에 위치되며 담수화 템플릿과 유체 연결되어, 해수를 적어도 하나의 해저 담수화 모듈을 통해 펌핑한다.
적어도 하나의 펌핑 모듈이 있는 별도의 펌핑 템플릿은 해저 담수화 템플릿의 하류측에 위치될 수 있으며, 담수 입구 및 담수 출구를 포함하고, 이에 의해 적어도 하나의 펌핑 모듈이 있는 별도의 펌핑 템플릿은 물을 담수화 템플릿으로부터 상부측 설비로 이송한다.
더욱이, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 담수화 시스템을 위한 해저 담수화 모듈에 관한 것으로, 복수의 역삼투 카트리지, 농축된 해수 출구, 담수 출구, 해수 흡입구 및 담수화 템플릿 상의 적어도 하나의 모듈 유체 커플링에 연결되도록 구성된 해저 템플릿 유체 커플링을 포함한다.
더욱이, 본 발명은 해저 담수화 시스템 상에 설치된 해저 모듈을 서비스된 해저 모듈로 대체하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 다음 단계를 포함한다:
미리 정의된 파라미터를 기초로 하여 해저 모듈이 서비스가 필요한 지를 식별하는 단계;
해저 담수화 시스템 위에 선박을 제공하는 단계;
해저 모듈 리프팅 도구를 선택된 해저 모듈 위로 하강시키는 단계;
선택된 해저 모듈을 선박으로 들어올리는 단계;
서비스된 해저 모듈을 해저 템플릿 위로 하강시키는 단계;
서비스된 해저 모듈을 해저 템플릿에 고정하는 단계.
식별은 담수 유량, 해저 담수화 모듈을 통한 수압 강하, 담수 염도 및 규칙적인 시간 간격의 파라미터 그룹으로부터 선택된 파라미터에 기초할 수 있다. 방법은, 사용된 해저 담수화 모듈에 해저 담수화 모듈 리프팅 수단을 고정하는 단계, 사용된 해저 담수화 모듈을 해저 담수화 수단으로부터 해제하는 단계, 해저 담수화 모듈 리프팅 수단 및 사용된 해저 담수화 모듈을 선박 위로 들어올리는 단계, 해저 담수화 모듈 리프팅 수단 및 서비스된 해저 담수화 모듈을 해저 담수화 템플릿 위로 하강시키는 단계, 서비스된 해저 담수화 모듈을 해저 담수화 템플릿에 고정하는 단계, 및 서비스된 해저 담수화 모듈로부터 해저 담수화 모듈 리프팅 수단을 해제하는 단계를 더 포함한다.
리프팅 수단은 표준 리프팅 프레임, 해제 리프팅 도구, 작은 구멍이 있는 간단한 와이어 등일 수 있다.
모듈식 시스템에서 모듈(및 일부 경우 템플릿)의 회수 가능성은 확고하고 신뢰성 있는 시스템을 제공한다.
이 설계를 통해 시스템의 일부를 여러 개입 캠페인에서, 일련의 작업에서 또는 모든 모듈이 제자리에 있는 한 번의 작업으로 설치하고 회수할 수 있다. 이는 설치 선박 선택과 관련하여 유연성을 제공한다. 시스템의 일부는 밸브로 격리되고 나머지 시스템이 작동하는 동안 유지 보수를 위해 회수될 수 있다. 서비스 선박에 작동할 준비가 된 예비 모듈이 있는 경우, 회수된 모듈을 즉시 다른 모듈로 대체할 수 있다. 이는 가용성(가동 시간)을 증가시킨다. 모듈에 대한 유지 보수 및 서비스 작업은 공급 베이스 또는 다른 곳과 같은 다른 건물에서 수행될 수 있으며 유지 보수 작업의 위치와 관련하여 유연성을 제공한다.
동일한 기능을 가진 모듈이 표준화된다. 표준화된 모듈은 동일한 유형의 임의의 슬롯 간에 교체될 수 있다. 대체가 필요한 경우 예비 모듈이 임의의 슬롯 위치에 설치될 준비가 될 수 있다. 모듈식 설계는 또한 해저 플랜트의 수명 기간 동안 담수화 시스템의 총 생산 능력을 단계적으로 확장할 수 있는 기회를 제공한다.
모듈 프레임 상에 장착된 리프팅 커넥터, 안내 시스템, 템플릿 또는 템플릿들 상의 모듈 구역, 설치 또는 서비스 선박의 사용 등은 모듈(및 일부 경우 템플릿 및/또는 베이스 템플릿)을 설치하고 회수하는 빠르고 확고하며 신뢰할 수 있는 수단을 제공한다. 개입은 특정 간격으로 수행되거나 모니터링된 파라미터를 기초로 하는 이벤트에 의해 트리거된다.
도 1은 본 발명의 해저 담수화 시스템의 일부를 해저면 상에 설치하는 제1 단계의 개략도이고;
도 2는 도 1에서 시작된 설치의 제2 단계의 개략도이며;
도 3은 본 발명의 설치된 해저 담수화 시스템의 개략도이고;
도 4는 본 발명의 완전한 해저 담수화 시스템의 설치의 제1 단계의 개략도이며;
도 5는 12개의 담수화 시스템 템플릿을 갖는 본 발명의 해저 담수화 시스템의 개략도이고;
도 6은 3개의 템플릿을 갖는 도 5의 상세도를 도시하며;
도 7은 별도의 펌핑 템플릿을 갖는 본 발명의 담수화 시스템의 대안적인 구성의 개략도이고;
도 8은 부유식 담수 수용 설비를 갖는 대안 실시예의 담수화 시스템의 개략도이며;
도 9는 모듈 교환 단계 중에 도 8의 실시예를 도시하고;
도 10은 부유식 발전 유닛을 더 포함하는 도 8의 실시예를 도시하며;
도 11은 템플릿에 대해 원격 위치에 해수 입구를 갖는 본 발명의 대안 실시예를 도시하고;
도 12는 템플릿 위의 원격 위치에 해수 입구를 갖는 본 발명의 대안 실시예를 도시하며;
도 13은 별도의 여과 및 펌핑 스테이션에 해수 입구를 갖는 본 발명의 대안 실시예를 도시하고;
도 14는 물 담수화 템플릿과 별개인 담수 운반 펌프 템플릿을 갖는 본 발명의 대안 실시예를 도시하며;
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 담수화 시스템을 위한 담수화 모듈의 세부 사항을 도시하고;
도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 담수화 시스템을 위한 대안적인 담수화 모듈의 세부 사항을 도시하며;
도 17은 입면도 및 측면에서 9개의 모듈에 대한 3x3 구성의 해저 템플릿의 개략도이고;
도 18은 입면도 및 측면에서 18개의 모듈에 대한 3x6 구성의 해저 템플릿의 개략도이며;
도 19a 내지 도 19c는 본 발명의 워터 펌프 모듈의 개략도이고;
도 20은 템플릿, 담수화 모듈, 순환 모듈 및 운반 모듈 사이의 유동의 개략도이며;
도 21은 영구적인 해저면 기저부 상의 템플릿 및 모듈 사이의 점퍼를 갖는 해저 담수화 시스템의 개략도이고;
도 22는 영구적인 해저면 기저부 상에 위치된 베이스 템플릿에 담수화 템플릿 및 펌프 템플릿을 갖는 해저 담수화 시스템의 개략도이며;
도 23은 영구적인 해저면 기저부 상에 위치된 담수화 템플릿을 갖는 해저 담수화 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에서 시작된 설치의 제2 단계의 개략도이며;
도 3은 본 발명의 설치된 해저 담수화 시스템의 개략도이고;
도 4는 본 발명의 완전한 해저 담수화 시스템의 설치의 제1 단계의 개략도이며;
도 5는 12개의 담수화 시스템 템플릿을 갖는 본 발명의 해저 담수화 시스템의 개략도이고;
도 6은 3개의 템플릿을 갖는 도 5의 상세도를 도시하며;
도 7은 별도의 펌핑 템플릿을 갖는 본 발명의 담수화 시스템의 대안적인 구성의 개략도이고;
도 8은 부유식 담수 수용 설비를 갖는 대안 실시예의 담수화 시스템의 개략도이며;
도 9는 모듈 교환 단계 중에 도 8의 실시예를 도시하고;
도 10은 부유식 발전 유닛을 더 포함하는 도 8의 실시예를 도시하며;
도 11은 템플릿에 대해 원격 위치에 해수 입구를 갖는 본 발명의 대안 실시예를 도시하고;
도 12는 템플릿 위의 원격 위치에 해수 입구를 갖는 본 발명의 대안 실시예를 도시하며;
도 13은 별도의 여과 및 펌핑 스테이션에 해수 입구를 갖는 본 발명의 대안 실시예를 도시하고;
도 14는 물 담수화 템플릿과 별개인 담수 운반 펌프 템플릿을 갖는 본 발명의 대안 실시예를 도시하며;
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 담수화 시스템을 위한 담수화 모듈의 세부 사항을 도시하고;
도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 담수화 시스템을 위한 대안적인 담수화 모듈의 세부 사항을 도시하며;
도 17은 입면도 및 측면에서 9개의 모듈에 대한 3x3 구성의 해저 템플릿의 개략도이고;
도 18은 입면도 및 측면에서 18개의 모듈에 대한 3x6 구성의 해저 템플릿의 개략도이며;
도 19a 내지 도 19c는 본 발명의 워터 펌프 모듈의 개략도이고;
도 20은 템플릿, 담수화 모듈, 순환 모듈 및 운반 모듈 사이의 유동의 개략도이며;
도 21은 영구적인 해저면 기저부 상의 템플릿 및 모듈 사이의 점퍼를 갖는 해저 담수화 시스템의 개략도이고;
도 22는 영구적인 해저면 기저부 상에 위치된 베이스 템플릿에 담수화 템플릿 및 펌프 템플릿을 갖는 해저 담수화 시스템의 개략도이며;
도 23은 영구적인 해저면 기저부 상에 위치된 담수화 템플릿을 갖는 해저 담수화 시스템의 개략도이다.
도 1, 도 2, 도 4에 도시된 설치 순서는 모든 템플릿 및 모듈의 설치와 관련이 있다.
도 1은 해저 담수화 템플릿(1)의 제1 설치 단계를 도시한다. 해저 담수화 템플릿(1)은 설치/서비스 선박(6)으로부터 해저면을 향해 하강된다.
해저 담수화 템플릿(1)은 미리 제조되어 지정된 수심에 설치된다. 템플릿은 설치/서비스 선박(6)을 사용하여 해당 위치에 랜딩하는 일회성 이벤트로 설치된다. 템플릿은 설치 및 작업 도구 및 장비를 포함한 시스템의 총 중량을 지지하도록 설계된다. 템플릿은 내부 배관 또는 덕트, 케이블, 밸브 및 물, 전력, 데이터 및 화학 물질에 대한 연결부를 포함할 수 있다. 대안적으로, 템플릿은 영구적인 해저면 기저부 또는 베이스(도 1에 도시되지 않음) 상에 착륙되고 해저면 기저부는 이어서 설치 선박(6)을 사용하여 해당 위치에 일회성 이벤트로 설치된 구조를 나타낸다.
해저 담수화 템플릿(1) 또는 해저면 기저부는 해저면 상에 위치되도록 구성되며, 이는 모듈을 위한 설치 슬롯 또는 구역을 이용하여 해저면에 위치되는 영구적인 베이스 구조로서 해저 담수화 템플릿/기저부를 설계하는 것을 포함하고 모듈(담수화 모듈, 펌프 모듈, 입구 모듈, 화학 물질 모듈, 계측 및 제어 모듈을 포함)을 위한 랜딩 및 작동 베이스의 역할을 할 수 있다. 대안적으로, 템플릿은 템플릿 앞의 해저면에 설치된 별도의 영구적인 베이스 구조 상에 위치되도록 조절함으로써 해저면 상에 위치되도록 구성될 수 있다. 해저 담수화 템플릿(1)(또는 해저면 기저부)은 흡입 앵커로 해저면에 고정된다. 다른 고정 메커니즘(도시되지 않음)은 진흙 매트, 와이어, 콘크리트 덤프, 부하 또는 필러를 포함할 수 있다. 해저 담수화 템플릿(1)은 일반적으로 제자리에 영구적으로 또는 담수화 시스템의 작동 시간 또는 수명과 같이 장기간 동안 설치된다. 도 1의 해저 담수화 템플릿(1)은 모듈 없이 설치된 상태로 도시되어 있다.
대안적으로, 해저 담수화 템플릿(1)은 해저면 상에 해저 담수화 템플릿보다 앞서 설치된 해저면 기저부의 상단에 위치될 수 있다.
해저 담수화 템플릿(1)은 서비스 선박(6)에 의해 해저면에서 회수될 수 있다. 구조와 기저부는 실제 해저면 조건 및 요건에 따라 좌우된다.
다양한 해저 요소가 해저면에 설치 및 고정되면, 담수를 위한 운반 파이프 라인, 펌프 및 해저 장비용의 전력 및 데이터 케이블 및 화학 물질/공급 라인이 설치되고 템플릿에 연결될 수 있다.
해저 담수화 템플릿(1)은 파이프 라인과 케이블이 (미리) 연결된 상태로 해저면에 설치될 수 있다.
도 2는 해저면 상에 설치된 도 1의 해저 담수화 템플릿(1)을 도시한다. 해저 담수화 템플릿(1)은 템플릿의 기저부를 형성하는 흡입 앵커 또는 다른 적절한 요소를 포함한다. 담수화 모듈(5)을 포함하는 표준화된 모듈은 서비스 선박(6)(설치 선박)으로부터 해저 담수화 템플릿(1) 상으로 하강된다. 단계적 설치는 서비스 선박(6)의 요건을 완화시킨다. 설치는 또한 전력 라인과 담수 파이프 라인(2)을 포함하는 연결 라인을 해저 담수화 템플릿(1)으로부터 육상 담수 수용 설비(4)로 설치하는 것을 포함한다. 화학 물질을 세정하기 위한 라인이 또한 전력 라인과 담수 파이프 라인(2)을 포함하는 연결 라인과 함께 담수 수용 설비로부터 해저 담수화 템플릿(1)으로 연장될 수 있다. 담수화 시스템이 음용수를 생산해야 하는 경우, 담수 수용 설비(4)는 후처리 및 병입(bottling) 설비를 포함할 수 있다. 미네랄 및 기타 첨가제를 사용하여 더 맛있는 물을 제공할 수도 있다. 담수 수용 설비(4)는 펌핑 스테이션을 포함할 수 있다. 펌핑 시스템은 또한 해양 작업을 위한 곳으로서 담수를 다른 장소로 운반하기 위한 공급 베이스(7)를 포함할 수 있다. 담수는 농업 또는 산업 용례와 같은 다른 목적으로 사용될 수 있다. 템플릿으로부터 관형 또는 임의의 종류의 덕트 또는 채널이 있는 농축된 해수 출구(3)는 담수화 시스템 주변에서 염도의 증가를 방지하기 위해 농축된 해수를 담수화 시스템으로부터 멀리 유도한다.
담수 수용 설비(4)는 또한 템플릿에 전력 및 양방향 데이터 통신을 제공한다. 데이터 통신은 해저 담수화 템플릿(1)의 다양한 구성요소의 상태에 관한 신호, 및 해저 담수화 템플릿(1)의 작동 파라미터에 관한 신호를 포함할 수 있다.
모듈은 복수의 RO 필터 카트리지가 있는 적어도 하나의 담수화 모듈(5) 및 RO 필터 카트리지에 해수를 연속적으로 공급하기 위한 순환 펌프와 담수를 담수 수용 설비(4)로 펌핑하는 운반 펌프가 있는 하나의 펌핑 모듈을 포함한다. 담수화 모듈(5)을 포함하는 모듈은, 예를 들어 해저 탄화수소 생산 설비로부터 널리 공지된 스태브인(stab-in) 연결부를 이용하여 해저 담수화 템플릿(1)에 스태빙된다. 스태브인 연결부는 해저 담수화 템플릿(1) 상의 담수화 모듈 구역에 담수화 모듈(5)이 랜딩할 때 담수화 모듈(5)을 해저 담수화 템플릿(1)에 연결할 수 있다.
대안적으로, 이들 연결부는 ROV(Remotely Operated Vehicle)를 사용하여 연결된 연결부로 대체될 수 있다. RO 필터 카트리지가 있는 담수화 모듈의 경우, 연결부는 통상적으로 해수를 위한 연결부, 담수를 위한 연결부, 농축된 해수를 위한 연결부 및 모듈 상태에 관한 신호를 전송하기 위한 연결부를 포함한다. 화학 물질을 세정하기 위한 연결부도 포함될 수 있다.
ROV는 통상적으로 해저 담수화 템플릿(1) 상에 모듈의 설치 및 연결을 용이하게 하는 데에 사용된다.
연장된 배출 파이프 라인이 있는 농축된 해수 출구(3)는 해저 담수화 템플릿(1)과 함께 설치되어 농축된 해수를 담수화 시스템으로부터 멀리 유도한다. 담수화 모듈(5)과 펌프, 제어 및 화학 물질 모듈은, 예를 들어 서비스 선박(6)을 사용하여 해저면의 해저 담수화 템플릿(1) 상에 설치된다. 서비스 선박(6)은 해저면 상의 해저 담수화 템플릿(1)에 도달하기 위해 필요한 리프팅 용량을 갖는 크레인을 갖는다. 서비스 선박이 한번의 캠페인에서 여러 개의 모듈을 운반할 수 있는 능력을 갖는다면 유리하다.
해저 담수화 시스템에 대한 전력은 해저 전력 케이블을 통해 해안으로부터 또는 지역적 해양 발전, 예를 들어, 연료, 풍력, 태양광 또는 파력에 의해 공급된다. 전력 및 계측 케이블은 하나의 케이블 다발로서 연결 라인에 구축되거나 함께 배설될 수 있다. 해저 담수화 템플릿(1)은 해저면 위의 특정 거리에 템플릿을 국한시키기 위해 기저부의 스탠드 상에 위치되어 해저면으로부터의 진흙과 파편이 담수화 모듈로의 물 유동에 혼입되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 해저면 상에 설치된 해저 담수화 템플릿(1)과, 담수화 모듈(5) 및 기타 모듈을 갖는 해저 담수화 시스템을 도시한다. 운반 펌프 모듈(17a)의 펌프는 물 운반 라인의 형태인 담수 파이프 라인(2)을 포함하는 연결 라인을 따라 우측을 향하는 화살표로 나타낸 담수를 담수 수용 설비(4)로 펌핑한다. 연결 라인을 따라 좌측을 향하는 화살표는 운반 펌프 모듈(17a)의 펌프에 대한 전력을 나타낸다. 농축된 해수는 농축된 해수 출구(3)가 있는 농축된 해수 관을 통해 배출된다.
도 4는 해저 담수화 템플릿(1) 및 담수화 모듈(5)을 포함하는 모듈이 있는 완전한 해저 담수화 시스템을 서비스 선박(6)으로부터 단일 작업으로 설치하는 것을 포함하는 대안적인 설치 방법을 도시한다. 설치 방법은, 예를 들어 서비스 선박(6)의 허용 하중 등급에 따라 좌우된다. 펌프 모듈(17)은 담수를 위한 운반 펌프 및 담수화 모듈을 통해 해수를 펌핑하는 순환 펌프를 모두 포함할 수 있다.
도 5는 위에서 본 12개의 담수화 템플릿(1)이 있는 해저 담수화 플랜트를 도시한다. 각각의 담수화 템플릿(1)은 6개의 담수화 모듈(5), 펌프 모듈(17), 회수 가능한 제어 모듈(18) 및 회수 가능한 화학 물질 주입 모듈(29)의 9개의 모듈을 포함한다. 담수화 템플릿(1)은 담수 수용 설비로 담수를 이송하는 공통 담수 라인(2)으로 공급되는 담수 분기 파이프에 연결된다. 각각의 담수화 모듈(5)은 또한 전력 공급 케이블 및 제어 케이블에 연결된다. 농축된 해수 출구(3)가 있는 배출 관은 농축된 해수를 배출한다. 각각의 정사각형은 모듈을 나타낸다. 도 5는 플랜트가 다양한 용례로 쉽게 확장 가능하고 적용 가능하다는 것을 예시한다. 펌프 모듈(17)은 담수를 위한 운반 펌프 및 담수화 모듈을 통해 해수를 펌핑하는 순환 펌프를 모두 포함할 수 있다.
제어 모듈(18)은 담수화 시스템을 모니터링 및 제어하고, 상부측 제어실과 통신하며 명령을 실행하기 위한 전자 및 로직 회로를 포함한다. 제어 모듈(18)은 I/O(Input/Output)용 제어 케이블을 표면에 연결하는 전기 커넥터 및 I/O용 커넥터를 템플릿 상의 센서 및 장비에 연결하는 전기 커넥터를 포함한다. 각각의 제어 기능, 예를 들어 밸브의 개폐는 전용 제어 루프를 가질 것이다.
이는 간단한 개방 루프 제어 또는 센서 피드백이 있는 보다 고급 폐쇄 루프 제어일 수 있다.
위의 해저 담수화 제어 흐름도는 개방 루프 제어가 어떻게 설정될 수 있는 지를 보여준다.
제어 기능은 일반적으로 인간 조작자에 의해 상부측 제어실로부터 시작되지만 대안적으로 제어 시스템에 의해 완전히 자동화되고 실행될 수 있다. 제어 모듈(18)은 설치 깊이에서 정수압을 견디도록 설계된 하나의 대기압 용기에 모든 전자 기기를 수용한다. 제어 모듈(18)은 회수 가능하고, 상호 교환 가능하며 대체 가능하다.
세정을 위한 화학 물질은 랜드 또는 서비스 선박에 있는 화학 물질 저장조로부터 연장되는 화학 물질 라인(12)을 통해 공급될 수 있다. 일부 경우에, 지역 화학 물질 공급이 유리하거나 필요할 수 있다. 그러한 경우에, 화학 물질 주입 모듈(29)은 하나 또는 여러 개의 화학 물질 용기와 세정, 유지 보수 및 소독 목적을 위해 필요한 펌프, 배관/덕트, 계측 및 제어 시스템을 포함한다. 화학 물질은 세정, 유지 보수 및 소독 목적을 위해 담수 유동에 주입되고 혼합된다. RO 카트리지 또는 사전 필터 조립체가 있는 담수화 모듈을 역세척하기 위해 "현장 세정 솔루션"에 다양한 유형의 화학 물질이 사용된다. 화학 물질 주입 모듈(29)은 회수 가능하고, 상호 교환 가능하며 대체 가능하다.
제어 기능은 별도의 제어 모듈을 생략하도록 적어도 하나의 모듈에 통합될 수 있다.
도 6은 담수 파이프 라인(2)를 연결하는 담수 라인 커플링(32), 전력라인(14)을 연결하는 전력 라인 커플링(34), 화학 물질 라인(12)을 연결하는 화학 물질 라인 커플링(33), 및 배출 라인이 있는 농축된 해수 출구(3)를 각각 포함하는 3개의 담수화 템플릿(1)이 있는 도 5의 상세도에 대체로 대응한다. 그러나, 도 6에는 별도의 회수 가능한 운반 펌프 모듈(17a)과 별도의 회수 가능한 해수 순환 펌프 모듈(17b)이 있다. 화학 물질 주입 모듈(29)은 담수화 시스템을 세정하기 위해 제공된다. 6개의 개방된 정사각형은 담수화 모듈(5)을 나타낸다. 제어 시스템은 압력, 체적 유동, 염도, 전력 소비, 온도 등을 모니터링하는 센서를 포함할 수 있다.
위의 해저 담수화 흐름도는 담수화 필터/역삼투 여과의 하류에 순환 펌프가 있는 특정 실시예에서 담수화 시스템의 다양한 요소를 통해 물이 어떻게 유동하는 지를 보여준다.
운반 펌프가 있는 회수 가능한 운반 펌프 모듈(17a)은 수용 설비로부터 공급되는 전기에 의해 전력을 공급받는다. 대안 실시예(도 5)에서, 펌프 모듈(17)은 담수를 표면으로 운반하는 운반 펌프 및 RO 필터를 지나 해수의 유동을 생성하는 순환 펌프를 모두 포함한다. 스태브인 연결부는 담수 펌프, 펌프 전력 및 시그널링에 대한 연결부를 포함한다. 운반 펌프 모듈(17a)은 담수를 수용 표면 설비로 밀어낸다. 운반 펌프는 담수화 모듈의 하류에서 담수를 배출함으로써 RO 필터 카트리지에 배압이 없거나 거의 없게 한다. 운반 펌프 모듈(17a)의 운반 펌프는 삼투압보다 큰 압력차를 RO 필터에 걸쳐 제공한다.
운반 펌프 모듈(17a)은 수중 전기 모터 및 구동 샤프트/커플링에 의해 연결된 펌프를 포함한다. 펌프는 담수에 필요한 양정(head)을 제공한다. 전기 모터에 대한 전력은 연결부에서의 스태빙 대신에 전력 케이블 단말(도시되지 않음)로부터 전기 점퍼에 의해 제공될 수 있다. 그러한 점퍼는 ROV에 의해 연결 및 연결 해제될 수 있다. 펌프는 유체에 특정된 양정 및 유량을 제공하는 유압 기계가 있는 하우징을 포함한다. 펌프는 유체 입구와 유체 출구가 있는 템플릿 배관/덕트에 연결된다.
운반 펌프 모듈(17a)은 펌프 및 모터의 신뢰성 있는 작동을 보장하기 위한 보조 시스템 및 디바이스, 예를 들어 모터 냉각 시스템, 윤활 시스템, 밸브 및 모니터링 및 제어를 위한 계측기를 포함한다. 펌프 모듈(17)은 회수 가능하고, 상호 교환 가능하며 대체 가능하다. 펌프 모듈은 담수화 모듈(5)의 하류에 위치된다.
대안 실시예에서, 해수용 순환 펌프는 담수화 모듈의 상류쪽으로 또는 담수화 모듈의 상류에 배치된다.
도 7은 펌프 또는 제어 모듈 없이 여러 담수화 템플릿(20)의 역할을 하는 별도의 펌핑 템플릿(16)을 갖는 본 발명의 담수화 시스템의 대안적인 구성을 도시한다. 펌핑 템플릿(16)은 회수 가능한 화학 물질 주입 모듈(29), 회수 가능한 운반 담수 펌핑 모듈(17a), 회수 가능한 해수 순환 펌프 모듈(17b) 및 회수 가능한 제어 모듈(18)을 포함한다. 회수 가능한 해수 순환 펌프 모듈(17b) 및 운반 펌프 모듈(17a)은 별도의 회수 가능한 순환 펌프 모듈에 도시되어 있지만 도 5에 도시된 바와 같이 동일한 모듈에 위치될 수 있다. 후자의 경우, 4개의 구역이 있는 펌핑 템플릿은, 생산을 중단하지 않고 구성요소가 교환되게 할 수 있는 중복성이 구축된 안전 시스템을 제공하도록 해수 순환 펌프와 운반 펌프를 모두 각각 갖는 2개의 펌핑 모듈(17)을 수용할 수 있다. 담수화 템플릿(20)은 담수화 모듈(5)만을 포함한다. 배출 관이 있는 농축된 해수 출구(3)는 위에서 설명한 바와 같이 농축된 해수를 시스템으로부터 멀리 유도한다. 전력 라인(14), 제어 케이블(19) 및 담수 파이프 라인(2)이 있는 연결 라인은 서비스 선박 또는 상부측 설비의 담수 수용 설비로 연장된다. 펌핑 템플릿(16)은 해수 입구(3)와 해수 순환 펌프(11) 사이에 유로를 제공한다. 입구 관(8)은 별도의 펌핑 템플릿(16)로부터 담수화 템플릿(20)으로 해수를 위한 유로를 제공한다. 해수는, 해수 입구(9)로부터, 펌핑 템플릿(16)을 통해, 해수 순환 펌프(11)를 통해, 펌핑 템플릿(16)을 통해, 입구 관(8)을 통해, 담수화 템플릿(20)을 통해, 담수화 모듈(5)의 해수 필터를 통해, 그리고 RO 카트리지를 부분적으로 통과하여 펌핑되어 농축된 해수와 담수로 분리되며, 이에 의해 농축된 해수는 템플릿을 통해 농축된 해수 출구(3)로부터 유출된다. 담수는 담수화 템플릿(20), 담수 파이프 라인(2)과의 연결 라인으로, 펌프 템플릿(16)을 통해, 운반 펌프 모듈(17a)을 통해, 펌프 템플릿(16)을 통해, 담수 파이프 라인(2)을 통해 담수 수용 설비(도 7에 도시되지 않음)로 유동한다.
화학 물질 주입 모듈(29)은 담수화 모듈(5), 특히 카트리지를 통한 물의 유동을 감소시키거나 못하게 하는 오염물, 스케일링 등을 제거하기 위해 카트리지의 해수측에 주입될 화학 물질을 갖는 탱크 또는 여러 개의 탱크를 포함한다. 구연산과 같은 화학 물질은 또한 카트리지의 담수측에 주입되어 역유동 방향으로 카트리지를 세척할 수 있다.
도 7에서, 별도의 펌핑 템플릿(16)이 펌프 또는 제어 모듈 없이 3개의 담수화 템플릿(20)의 역할을 하지만, 더 많거나 더 적은 수의 담수화 템플릿이 명확하게 제공될 수 있다.
도 8은 부유식 담수 수용 설비(10)를 갖는 대안 실시예에서의 본 발명의 담수화 시스템을 도시한다. 담수는 담수 파이프 라인(2)을 통해 부유식 담수 수용 설비(10)로 펌핑된다. 화학 물질 라인(12), 전력 케이블(14) 및 제어 케이블(19)은 필요한 소모품을 담수화 모듈(5)이 있는 담수화 템플릿(1)으로 이송한다. 배출 관이 있는 농축된 해수 출구(3)는 농축된 해수를 담수화 템플릿(1)으로부터 멀리 떨어져서 그리고 농축된 해수가 지역 해양 생물에 부정적인 영향을 미치지 않을 위치로 유도한다.
도 9는 도 8의 실시예를 도시하고 부유식 담수 수용 설비(10)가 또한 서비스 및 유지 보수를 위해 담수화 모듈(5)과 같은 모듈을 교환하는 데에 사용될 수 있다는 것을 강조한다. 세정용 화학 물질은 화학 물질 라인(12)을 통해 이송된다. 농축된 해수는 배출 관이 있는 템플릿으로부터 멀리 농축된 해수 출구(3)에서 배출된다.
도 10은 별도의 부유식 발전 유닛(13)을 또한 도시하는 것을 제외하고는 도 8 및 도 9의 실시예를 도시한다. 발전 유닛(13)은 파도, 바람, 태양, 조류 등으로부터 신재생 에너지를 제공하는 시스템을 포함할 수 있다. 대안적으로, 발전 유닛(13)은 연소 엔진 및 발전기를 포함할 수 있다. 전력 라인은 부유식 발전 유닛(13)으로부터 해저면의 담수화 시스템까지 연장된다.
도 11은 해저 담수화 템플릿(1)에 대해 원격 위치에 해수 입구(38)가 있는 입구 관(8)에 연결된 담수화 템플릿(1)의 해수 입구를 갖는 본 발명의 대안 실시예를 도시한다. 해저 담수화 템플릿(1) 상의 해수 입구(9)에 연결된 입구 관(8)은 더 낮은 농도의 오염, 생물학적 물질, 염 또는 기타 원치않는 물질을 포함하는 보다 바람직한 품질의 해수를 담수화 모듈(5)에 제공하는 데에 사용될 수 있다. 농축된 해수 출구(3)는 농축된 해수가 해수 입구(38)로 들어가는 것을 방지하기 위해 해수 입구(38)로부터 멀리 위치된다. 담수 파이프 라인(2)을 통해 담수화 템플릿(1)에 연결된 해안 기반 담수 수용 설비(4)는 완전한 담수화 플랜트에 나누어진 작은 풋프린트를 필요로 한다.
도 12는 도 11의 실시예에 대응하는 대안 실시예를 도시하지만, 해수 입구(38)가 있는 입구 관(8)은 해저면으로부터 상승되고 입구 관(8)은 해저면에 정박된 부유식 부표에 고정된다.
도 13은 도 11 및 도 12의 실시예에 대응하는 대안 실시예를 도시하지만, 입구 관(8)은 별도의 해수 입구가 있는 별도의 여과 및 펌핑 스테이션(21)에 연결된다. 여과 및 펌핑 스테이션(21)은 하나 또는 여러 개의 입구 필터(22) 및 상류 해수 펌프를 갖는 별도의 여과 및 펌핑 템플릿에 하나 또는 여러 개의 모듈을 포함하고, 입구측으로부터 담수화 모듈을 통해 해수를 공급한다. 여과 및 펌핑 스테이션(21)은 해저 담수화 템플릿(1)으로부터 멀리 별도의 구조 또는 템플릿 상에 해수 입구가 있는 입구 유닛을 제공한다. 해수는 담수화 모듈로 들어가기 전에 사전 여과 또는 전처리를 위해 여과 및 펌핑 스테이션(21)을 통해 유동한다. 여과 및 펌핑 스테이션(21)은 하나 이상의 입구 모듈(도시되지 않음)을 포함한다. 각각의 입구 모듈은 해수의 여과 및 전처리를 위한 필터 조립체를 포함한다. 필터 조립체는 상이한 특성을 갖는 하나 이상의 필터를 포함한다. 입구 모듈은 회수 가능하고, 상호 교환 가능하며 대체 가능하다. 여과 및 펌핑 스테이션(21)은 또한 공급 펌프를 포함한다. 공급 펌프는 담수화 시스템의 순환 펌프로 작동하며 담수화 시스템으로부터 농축된 해수를 배출할 수 있게 한다. 공급 펌프는 회수 가능하고 대체 가능한 공급 펌프 모듈에 구축될 수 있다.
위의 해저 담수화 흐름도는 해수 흡입구/입구 및 사전 순환 필터와 담수화 필터/역삼투 여과의 상류에 있는 순환 펌프를 갖는 특정 실시예에서 담수화 시스템의 다양한 요소를 통해 물이 어떻게 유동하는 지를 보여준다.
도 14는 농축된 해수 출구(3) 및 담수화 모듈(5)이 있는 담수화 템플릿(1)의 하류에, 그리고 담수 수용 설비(4)의 상류에 위치되는, 담수용 운반 펌프 모듈(17a)이 있는 별도의 펌프 모듈 템플릿(16)을 갖는 도 7의 해결책을 도시한다. 회수 가능한 순환 펌프 모듈(17b)은 담수화 템플릿(1) 상에 위치된다.
도 15a, 도 15b, 도 15c는 본 발명의 담수화 시스템을 위한 담수화 모듈(5)의 세부 사항을 도시한다. 담수화 모듈(5)은 담수화 모듈(5) 내부의 어레이에 위치된 복수의 RO 카트리지(23)를 포함한다. 도 15b는 모듈의 길이를 연장하는 하나의 카트리지를 도시하고, 도 15b는 모듈의 길이를 연장하는 3개의 RO 카트리지(23)를 도시한다. 카트리지의 수와 크기는 상업적으로 이용 가능한 RO 카트리지 및 모듈의 설계 파라미터에 따라 좌우된다. 맞춤형 RO 카트리지도 사용될 수 있다. 주변 해수를 위한 입구 필터(22)는 모듈의 상단에 위치되며 입구 그리드(26)는 해수를 위한 입구 필터(22)를 보호한다. 입구 필터(22)는 RO 카트리지의 조기 막힘을 방지하도록 설계된다. 담수화 모듈(5)은 해저 모듈에 일반적으로 사용되는 외부 프레임(27) 및 상부 리프팅 커넥터(28)를 포함한다. 담수 출구(24) 및 농축된 해수 출구(25)는 모듈의 하단면(37)에 위치되며 템플릿과 연결하도록 구성된다. 이들 출구는 담수화 템플릿의 담수화 템플릿 구역에서 모듈 커플링에 스태빙되도록 설계된 템플릿 커플링(47)을 형성할 수 있다.
복수의 RO 필터 카트리지(23)를 갖는 담수화 모듈(5)은 하나(도 15b) 또는 하나 이상(도 15c)의 RO 필터 카트리지(23)가 직렬로 각각의 도관에 연결되는 곳에서 병렬로 배치된 도관의 조립체를 포함한다. 해수는 해수가 원하는 품질로 여과되는 사전 필터 조립체(22)를 통해 담수화 모듈로 들어간다. 그 다음, 사전 여과된 해수는 개별 도관의 RO 필터 카트리지(23)의 조립체로 들어가는 RO 조립체에 걸쳐 분배된다. 도관 내부에서, 해수는 RO 필터 카트리지(23)에 의해 담수 부분(투과물)과 농축된 해수 부분(농축물)으로 분리된다. 담수 부분과 농축된 해수 부분은 각각 별도의 출구(24, 25)를 통해 빠져나가고 각 부분은 자체 수집 배관 또는 매니폴드 시스템에 수집된다. 담수화 모듈(5)은 유동 커넥터를 통해 템플릿에 연결된다.
담수화 모듈(5)로부터의 담수는 수집되고 운반 펌프에 의해 표면으로 펌핑된다. 순환 펌프는, 충분한 해수가 담수화 모듈(5)에 지속적으로 유입되게 하고 농축된 해수가 모듈을 빠져나가 원하는 위치로 운반되어 바다로 배출될 수 있게 한다.
수질을 개선하는 사전 필터(22)는 RO 필터 카트리지(23)의 상류에 위치된다. 사전 필터(22)는 하나 이상의 필터 요소를 포함하는 조립체로서 형성된다. 사전 필터 조립체의 형상, 크기, 재료 조성, 층 수 및 정확한 기능은 지역 수질 조건, RO 필터 카트리지의 작동 요건 및 필요한 담수화 모듈의 변경 빈도에 따라 좌우된다. 사전 필터 조립체는 담수화 모듈의 일체화 부품으로 도시되어 있다.
이는, 별도의 사전 필터 조립체가 상이한 위치에 위치된 필터 모듈의 일부를 형성하는 도 13에 도시된 실시예와 대조적이다. 대안으로서, 사전 필터 조립체는 담수화 모듈과 동일한 템플릿에, 상이한 구조에, 상이한 템플릿에 또는 자체 템플릿 상의 별도의 유닛으로서 위치될 수 있다.
도 15d는 순환 펌프로부터의 해수가 담수화 모듈로 펌핑될 수 있도록 해저 템플릿 유체 커플링(47)에 해수 흡입구(31)를 갖는 본 발명의 담수화 모듈(5)의 실시예를 도시한다. 따라서, 이 실시예는 담수화 모듈의 상단에 해수 흡입구를 포함하지 않는다. 이 모듈은, 예를 들어 외부 유닛이 순환 펌프와 입구 사전 필터를 포함하고, 해수를 저압(삼투압 π 미만)으로 담수화 템플릿으로 펌핑하고 거기에서 해저 템플릿 유체 커플링(47)의 해수 흡입구(31)로 펌핑하는, 도 13에 도시된 구성에 적합하다.
마찬가지로, 도 16은 또한 담수화 모듈을 도시한다. 도 16은 담수 및 농축된 해수를 위한 여러 출구가 있는 실시예를 도시한다. 도 16a는 또한 모듈로부터 담수를 펌핑하는 대신에 해수가 담수화 모듈로 펌핑될 수 있게 하는 상단 캡(30)을 갖는 실시예를 도시한다. 담수화 모듈 프레임의 상단에 있는 표준화된 리프팅 연결부(28)는 설치 및 회수 목적을 위해 표준화된 리프팅 프레임이 담수화 모듈에 연결될 수 있게 한다. 상단 캡(30)은 여과된 해수가 상단 캡 및 RO 카트리지로 들어가게 하는 해수 입구 연결부(35)를 포함한다.
도 16a는 하나의 템플릿 커플링(47)을 도시하고 도 16b는 모듈의 하단면(37)에서 템플릿의 모듈 구역의 모듈 커플링에 연결되도록 구성된 3개의 별도의 템플릿 커플링(47)을 도시한다. 펌프 모듈은 유사한 커플링을 가질 수 있다.
순환 펌프는 또한 담수화 모듈의 상류에 위치될 수 있고 순환 펌프의 출구는 해수 입구 연결부(35)와 유체 연결될 수 있다.
도 17 및 도 18은 각각 9개 및 18개의 모듈을 위한 공간이 있는 담수화 템플릿(1)을 평면도 및 측면에서 도시한다. 템플릿은 해저면에 담수화 템플릿(1)을 고정하기 위한 4개의 흡입 앵커와 같은 해저면 고정 요소(40)를 포함한다. 농축된 해수 출구 커플링(32)은 템플릿의 일단부에 위치되며 담수화 파이프 라인(2)을 담수화 템플릿(1)에 연결한다. 전력 라인 커플링(34)은 전력 케이블(14)을 템플릿에 연결하고 화학 물질 라인 커플링(33)은 화학 물질 라인(12)을 템플릿에 연결한다. 템플릿의 정사각형은 모듈용 소켓 또는 커플링을 나타내며 각각의 정사각형에 하나의 모듈을 설치될 수 있다. X 표시된 정사각형은 기술적 기능을 위한 소켓이 있는 구역을 나타내고 X가 없는 정사각형은 담수화 모듈 구역(41)을 나타낸다. 기술 모듈용 소켓은 펌프 모듈 구역(42), 화학 물질 주입 모듈 구역(43) 및 제어 모듈 구역(44)을 포함할 수 있다. 각각의 구역은 모듈용 연결부가 있는 적어도 하나의 모듈 유체 커플링(46)을 포함한다. 적어도 하나 이상의 펌프 모듈 구역(42) 및 하나 이상의 담수화 모듈 구역(41)을 위한 모듈 유체 커플링(46)은 물 연결부를 포함한다. 하나 이상의 펌프 모듈 구역(42)은 전력 및 제어 케이블을 위한 모듈 유체(물) 커플링(46)을 포함한다. 제어 모듈 구역(44)은 다양한 센서에 대한 연결을 포함할 수 있으며 펌프 모듈의 전기 모터를 제어하기 위한 제어 하드웨어를 포함할 수도 있다. 제어 모듈은 또한 템플릿(도시되지 않음) 내부의 밸브를 제어하여 모듈 연결을 완전히 차단하여 해수가 담수 시스템으로 누설되지 않고 모듈을 교환할 수 있도록 한다. 제어 모듈은 또한 밸브를 제어하여 세정 유체를 구성요소로 허용하고, 밸브를 제어하여 담수화 모듈의 역세척을 허용하여 막힘을 방지한다. 제어 모듈은 또한 압력 센서와 유량 센서를 모니터링하여 담수화 모듈을 세척하거나 교환해야 하는 시기를 식별하고 염도 센서와 통신하여 담수 회로로의 원치 않는 해수 유입을 식별할 수 있다.
모듈은 해저면 상에 위치되어 있는 동안 "제자리에서 세정"될 수 있다. 세정 유체는 세정 모듈로부터 또는 표면에서 별도의 세정 유체 라인으로부터 템플릿을 통해 모듈로 펌핑된다. 다른 모듈이 작동하는 동안 모듈을 선별하고 세정할 수 있다.
도 17에 도시된 것 외에, 도 18은 순환 펌프 모듈용 소켓을 도시한다. 순환 펌프 모듈은 농축된 해수 출구(3)로부터 물을 펌핑할 수 있고, 이에 따라 해수가 담수화 모듈의 RO 필터를 지나 유동하게 할 수 있다. 대안적으로, 순환 펌프 모듈은 담수화 모듈에서 RO 필터의 상류에 위치될 수 있다. 밸브(36)가 있는 템플릿 배관 또는 덕트는 담수화 템플릿에 개략적으로 표시되어 있으며, 도면의 모든 템플릿은 모듈의 교환, 화학 물질을 이용한 세척, 작동하지 않는 모듈 우회 등을 비롯한 다양한 작동 모드 및 유동 상황을 수용하도록 일종의 밸브(36)가 있는 템플릿 배관 또는 덕트를 포함한다는 점을 인정한다. 밸브(36)가 있는 템플릿 배관은 템플릿에 통합되거나 템플릿 외부에서 부분적으로 또는 완전히 연장되며 개략도는 완전하지 않으며 밸브가 있는 실제 템플릿 배관을 나타내기 위한 것이 아니다.
도 19a 내지 도 19c는 모듈 프레임(27), 및 펌프 및 모터를 포함하는 밀봉된 전기 워터 펌프 조립체를 갖는 워터 펌프 모듈(17)을 도시한다. 표준화된 리프팅 연결부(28)는 모듈 프레임(27)에 고정된다. 해저 템플릿 커플링(47)은 유체 커플링을 제공하고 물 입구 및 물 출구 중 적어도 하나를 포함한다. 해저 템플릿 커플링(47)은 제어 연결부 및 전력 연결부를 더 포함할 수 있다. 연결부는 통상적으로 워터 펌프 모듈(17)의 하단면(37)에 위치된다. 연결부는 템플릿에 맞게 구성되며 템플릿의 모듈 구역과 펌프 모듈(17) 사이의 인터페이스를 형성할 수 있다. 워터 펌프 모듈은 도 19a에 도시된 바와 같이 담수 운반 펌프 조립체(48)를 갖는 담수 운반 펌프 모듈(17a), 도 19b에 도시된 바와 같이 해수 순환 펌프 조립체(49)를 갖는 해수 순환 펌프 모듈(17b), 또는 도 19c에 도시된 바와 같이 결합된 담수 운반 펌프 및 해수 순환 펌프 모듈(17ab)일 수 있다. 후자의 경우, 워터 펌프 모듈은 담수 운반 펌프 조립체(48)와 해수 순환 펌프 조립체(49)를 모두 포함한다.
도 20은 물의 유동을 나타내는 본 발명의 모듈화된 해저 해수 담수화 시스템의 개략도이다. 해수 입구는 RO 카트리지(23)가 있는 담수화 모듈(5) 위의 아래쪽을 가리키는 화살표로 표시된다. 담수화 모듈(5)로부터의 농축된 해수는, 해저 담수화 모듈 구역(41)의 모듈 유체 커플링(46)에 연결된 해저 템플릿 유체 커플링(47)을 통해, 담수화 템플릿(1)을 통해, 순환 펌프 조립체(49)가 있는 해저 순환 펌프 모듈(17b)을 통해 유동하고 좌측을 가리키는 화살표로 표시된 바와 같이 농축된 해수 출구 커플링(15)을 통해 담수화 템플릿(1)을 빠져나간다.
담수화 모듈(5)로부터의 담수는, 해저 담수화 모듈 구역(41)의 모듈 유체 커플링(46)에 연결된 해저 템플릿 유체 커플링(47)을 통해, 담수화 템플릿(1), 운반 펌프 조립체(48)가 있는 해저 운반 펌프 모듈(17a)을 통해 유동하고 우측을 가리키는 화살표로 표시된 바와 같이 담수 라인 커플링(32)을 통해 담수화 템플릿(1)을 빠져나간다.
담수화 모듈(5), 순환 펌프 모듈(17b) 및 운반 펌프 모듈(17a)은 담수화 템플릿의 각각의 모듈 구역(41, 45, 42)에 설치되어야 한다. 각각의 구역은 모듈 유체 커플링(46)을 포함하고 각각의 모듈은 템플릿 유체 커플링(47)을 포함한다.
담수화 템플릿(1)은 흡입 앵커, 파일 등과 같은 해저면 고정 요소(40)를 포함한다.
도 21은 담수화 템플릿(1)이 회수 가능하고 해저면 고정 요소(40)에 고정된 영구적인 해저면 기저부(50) 상에 위치되는 대안 실시예를 도시한다. 영구적인 해저면 기저부(50)는 유지 보수 및 서비스가 필요한 임의의 배관 또는 기타 피처를 포함하지 않는다. 영구적인 해저면 기저부(50) 상의 템플릿 유지 프레임(61)은 영구적인 해저면 기저부(50) 상에 담수화 템플릿(1)을 국한시킨다. 회수 가능한 담수화 템플릿(1)은 서비스 및 수리를 위해 회수될 수 있으며, 영구적인 해저면 기저부(50)는 담수화 템플릿(1)이 설치 후에 그 위치를 유지하도록 보장한다.
점퍼(62 및 63)는 담수화 모듈 구역(41)의 담수화 모듈(5), 순환 펌프 모듈 구역(45)의 순환 펌프 조립체(49)가 있는 순환 펌프 모듈(17b) 및 운반 펌프 모듈 구역(42)의 운반 펌프 조립체(48)가 있는 운반 펌프 모듈(17a)을 연결하고, 모든 연결부가 담수화 템플릿(1)과 함께 구성될 필요는 없음을 나타낸다.
도 22는 담수화 모듈 구역(41)을 갖는 담수화 템플릿(1)이 회수 가능하고 담수화 템플릿 구역이 있는 별도의 베이스 템플릿(55)의 상단에 위치되는 또 다른 실시예를 도시한다. 베이스 템플릿(55)은 배관(도시되지 않음)을 포함하고, 회수 가능하며 해저면 고정 요소(40)에 고정된 영구적인 해저면 기저부(50) 상에 위치된다. 템플릿 연결부(64)는 담수화 템플릿(1)과 베이스 템플릿(55) 사이의 인터페이스 및 연결부를 형성한다. 담수 출구 커플링(32) 및 농축된 해수 출구 커플링(15)은 베이스 템플릿(55) 상에 위치되며 베이스 템플릿(55) 내/상의 배관은 베이스 템플릿과 담수화 템플릿(1)을 연결한다. 베이스 템플릿(55) 상의 담수화 템플릿 유지 프레임(67)은 베이스 템플릿(55) 상에 담수화 템플릿(1)을 국한시킨다.
유사하게, 각각의 펌프 모듈 구역(45, 42)에 설치된 순환 펌프 모듈(17b) 및 운반 펌프 모듈(17a)이 있는 펌프 템플릿(68)이 펌프 템플릿 구역이 있는 베이스 템플릿(55) 상에 설치된다. 템플릿 연결부(54)는 펌프 템플릿(54)과 베이스 템플릿(55) 사이에 인터페이스 및 연결부를 형성한다. 영구적인 해저면 기저부(50) 상의 템플릿 유지 프레임(61)은 영구적인 해저면 기저부(50) 상에 베이스 템플릿(55)을 국한시킨다. 베이스 템플릿(55) 상의 펌프 템플릿 유지 프레임(67)은 베이스 템플릿(55) 상에 펌프 템플릿(68)을 국한시킨다.
도 23은 영구적인 해저면 기저부(50) 상에 위치된 담수화 템플릿(1)을 갖는 해저 담수화 시스템의 개략도이다. 담수화 템플릿(1)과 모듈(5, 17a, 17b) 사이의 모든 유체 연결부는 해저 템플릿 유체 커플링(47) 및 모듈 유체 커플링(46)을 통과한다. 전력 및 제어를 위한 추가 커플링도 템플릿을 거쳐 모듈에 연결된다. 영구적인 해저면 기저부(50) 상의 템플릿 유지 프레임(61)은 템플릿(1)을 제자리에 유지한다.
분명하게 모든 구성요소는 구성요소가 의도된 깊이에서 안정적으로 작동할 수 있게 하는 압력 등급으로 해저 사용을 위해 설계된다. 통상적으로 300 m 초과의 깊이는 전 세계의 일반적인 해수에 대해 삼투압 π를 극복하기에 충분한 약 30 bar의 정수압을 제공한다.
농축된 해수를 바다로 그리고 담수 생산 시스템으로부터 멀리 균일하게 분배하여 환경 친화적인 배출 해결책을 제공하는 것이 중요하다. 배출 해결책은 다수의 출구 또는 확산기가 있는 배출 파이프 또는 농축된 해수를 분배하기 위한 다수의 출구가 있는 배출 파이프와 튜브의 네트워크(도시되지 않음)에 연결된 농축된 해수 출구를 포함한다. 그러한 배출 해결책은 농축된 해수의 환경 영향을 제한하거나 감소시킨다.
배출 유닛(도시되지 않음)은 제어되고 잘 분산된 물 배출을 용이하게 하도록 템플릿 상에 위치된 맞춤형 배출 모듈을 포함할 수 있다. 배출 유닛은 담수 템플릿에 연결된다. 배출 모듈은 회수 가능하고 대체 가능하다.
동봉된 도면을 참조하여 위에서 설명된 담수화 시스템은 육상 제어 센터 또는 해양 수상 선박으로부터 원격으로 모니터링, 제어 및 작동된다. 제어 센터는 어디에나 있을 수 있으며 인터넷을 통해 담수화 시스템의 육상 제어 센터에 연결될 수 있다. 제어 센터는 해양 데이터 및 기기 케이블을 통해 해저 시스템에 연결된다. 모든 펌프, 전기 장비 및 계측기는 통상적으로 데이터 및 계측 케이블을 통해 또는 위성 및 부유식 부표를 통해 모니터링 및 제어된다. 부유식 부표와 위성 사이의 통신은, 예를 들어 해저 장비에 연결된 해면 상의 안테나/송신 수신 유닛을 통해 이루어질 수 있다.
전기 장비 및 계측기는 담수화 시스템을 작동하는 선박으로부터 모니터링 및 제어될 수 있다.
서비스 선박은 육상 공급 베이스와 해저 담수화 시스템의 위치 사이에서 이동할 수 있다. 육상 저장 공급 베이스는 선적 준비가 된 예비 담수화 모듈과 펌프 모듈이 있는 해저 담수화 시스템 근방에 위치될 수 있다. 담수화 모듈은 정기적으로 또는 특정 모듈에 문제가 있을 때마다 대체된다. 서비스 선박은 육상 공급 베이스로부터 해저 담수화 시스템의 위치까지 하나 또는 여러 개의 새로운/서비스된 담수화 모듈을 운반하고 하나 또는 여러 개의 담수화 모듈을 담수화 템플릿 상으로 하강시킬 수 있다. 이어서, 새로운/서비스된 담수화 모듈은 해저 템플릿 상에 설치되어 회수된 담수화 모듈을 대체한다. 이 작업은 선택한 모든 해저 모듈이 대체 담수화 모듈로 대체될 때까지 계속될 수 있다. 펌프, 제어 및 화학 물질 모듈의 대체도 동일한 방식으로 실행된다. 해저 펌프, 화학 물질 및 제어 모듈은 대체용 펌프, 화학 물질 또는 제어 모듈을 하강시키고 해저 템플릿에 설치하여 회수된 펌프 또는 제어 모듈을 대체하기 전에 공급 선박의 선상에 들어올려진다. 회수된 모든 모듈은 정비를 위해 육상의 공급 베이스로 옮겨진다.
본 발명의 상기 실시예는 특정 모듈 및 위치로 설명된다. 그러나, 다양한 해결책이 본 발명의 시스템에서 결합될 수 있는 것으로 의도된다. 예를 들어, 물 수용 설비로부터 화학 물질을 이송하는 라인을 가진 해결책 또는 해저면에서 화학 물질을 수용하는 하나 또는 여러 개의 탱크를 포함하는 모듈을 가진 해결책은 임의의 실시예와 결합될 수 있다. 유사하게, 모든 실시예는 전용 모듈에 순환 펌프를 포함하거나, 순환 펌프와 운반 펌프를 모두 갖춘 결합된 펌핑 모듈을 포함할 수 있다. 모든 실시예는 부유식 담수 수용 설비로서 또는 육상의 수용 설비로서 활용될 수 있으며, 모든 실시예는 원격 해수 입구 등을 활용할 수 있다. 모듈 구역 또는 템플릿 구역이 있는 다양한 템플릿도 마찬가지이다.
Claims (16)
- 해저 담수화 시스템으로서,
적어도 하나의 해저 담수화 모듈 구역(41), 적어도 하나의 모듈 유체 커플링(46) 및 적어도 하나의 모듈 유체 커플링(46)과 유체 연결되는 템플릿 배관(36)을 포함하는, 해저면 상에 위치되도록 구성된 해저 담수화 템플릿(1);
해저 담수화 템플릿(1)의 적어도 하나의 해저 담수화 모듈 구역(41)에 위치되도록 구성된 적어도 하나의 회수 가능한 해저 담수화 모듈(5)로서, 적어도 하나의 모듈 유체 커플링(46)에 연결되도록 구성된 해저 템플릿 유체 커플링(47), 및 해저 템플릿 유체 커플링(47)과 유체 연결되는 적어도 하나의 역삼투 카트리지(23)를 포함하는, 적어도 하나의 회수 가능한 해저 담수화 모듈(5);
적어도 하나의 역삼투 카트리지(23)의 해수측과 유체 연결되는 적어도 하나의 해수 순환 펌프 조립체(49);
회수 가능한 해저 담수화 모듈(5)의 적어도 하나의 역삼투 카트리지(23)의 담수측 및 적어도 하나의 담수 파이프 라인(2)과 유체 연결되는 적어도 하나의 담수 운반 펌프 조립체(48);
담수 운반 펌프 조립체(48) 중 적어도 하나, 및 적어도 하나의 해수 순환 펌프 조립체(49)를 포함하는 적어도 하나의 회수 가능한 해저 워터 펌프 모듈(17);
펌프 모듈 구역(42)이 있는 템플릿 상의 적어도 하나의 모듈 유체 커플링(46)에 연결되도록 구성된, 적어도 하나의 회수 가능한 해저 워터 펌프 모듈(17) 상의 적어도 하나의 템플릿 유체 커플링(47)을 포함하고;
적어도 하나의 담수 파이프 라인(2)은 해수면 위의 위치로 연장되도록 구성되고;
적어도 하나의 해수 순환 펌프 조립체(49)는 회수 가능한 해저 해수 순환 펌프 모듈(17b)에 위치되며;
적어도 하나의 담수 운반 펌프 조립체(48)는 회수 가능한 해저 담수 운반 펌프 모듈(17a)에 위치되고;
회수 가능한 운반 펌프 모듈(17a)은 담수 운반 펌프 모듈 구역(42)에 위치되고 회수 가능한 해저 순환 펌프 모듈(17b)은 순환 펌프 모듈 구역(45)에 위치되는, 해저 담수화 시스템. - 제1항에 있어서, 해저면 고정 요소(40)에 고정된 영구적인 해저면 기저부(50)를 더 포함하고, 해저 담수화 템플릿(1)은 영구적인 해저면 기저부(50)의 상단에 위치되도록 구성되는, 해저 담수화 시스템.
- 제1항에 있어서, 해저 담수화 템플릿(1)은 담수 파이프 라인(2) 및 농축된 해수 출구(3)와 유체 연결되는 추가의 베이스 템플릿(55) 상에 위치되도록 구성되는, 해저 담수화 시스템.
- 제3항에 있어서, 추가의 해저 베이스 템플릿(55)은 영구적인 해저면 기저부(50)의 상단에 위치되도록 구성되는, 해저 담수화 시스템.
- 제1항에 있어서, 해저 담수화 템플릿(1)은 해저 담수화 템플릿(1)에 고정된 해저면 고정 요소(40)를 더 포함하는, 해저 담수화 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 펌프 모듈 구역(42)이 있는 템플릿은 담수화 템플릿(1)인, 해저 담수화 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 해수 순환 펌프 조립체(49) 및 적어도 하나의 담수 운반 펌프 조립체(48)는 공통의 회수 가능한 해저 워터 펌프 모듈(17)에 위치되는, 해저 담수화 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 담수화 템플릿(1) 상의 적어도 하나의 제어 모듈 구역(44)에 위치된 적어도 하나의 회수 가능한 제어 모듈(18)을 더 포함하는, 해저 담수화 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 해저 담수화 모듈(5)은 적어도 하나의 역삼투 카트리지(23)에 들어가는 해수를 여과하도록 배치된 해수 입구 필터(22)를 포함하는, 해저 담수화 시스템.
- 제9항에 있어서, 해수 입구 필터(22)는 적어도 하나의 해저 담수화 모듈(5)의 상단에 위치되는, 해저 담수화 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 펌프 모듈 구역(42)이 있는 템플릿은 별도의 펌핑 템플릿(16)이고, 담수 유로가 별도의 펌핑 템플릿(16)과 해저 담수화 템플릿(1) 사이에서 연장되는, 해저 담수화 시스템.
- 제1항에 있어서, 별도의 여과 및 펌핑 스테이션(21)을 더 포함하고, 필터(22) 및 순환 펌프 모듈(17b)의 순환 펌프 조립체(49)는 상류의 여과 및 펌핑 스테이션(21) 상에 위치되며 담수화 템플릿(1)과 유체 연결되어, 해수를 적어도 하나의 해저 담수화 모듈(5)을 통해 펌핑하는, 해저 담수화 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 펌핑 모듈(17)이 있는 적어도 하나의 별도의 펌핑 템플릿(16)은 적어도 하나의 해저 담수화 템플릿(1)의 하류측에 위치되며, 담수 입구 및 담수 출구를 포함하고, 이에 의해 적어도 하나의 펌핑 모듈(17)이 있는 별도의 펌핑 템플릿(16)은 담수화 템플릿(1)으로부터 담수를 이송하도록 구성되는, 해저 담수화 시스템.
- 제1항의 담수화 시스템용의 해저 담수화 모듈(5)로서, 복수의 역삼투 카트리지(23) 및 담수화 템플릿 상의 적어도 하나의 모듈 유체 커플링에 연결되도록 구성된 해저 템플릿 유체 커플링(47)을 포함하는, 해저 담수화 모듈(5).
- 제1항의 해저 담수화 시스템 상에 설치된 사용된 해저 담수화 모듈(5)을 교환하는 방법으로서,
사용된 해저 담수화 모듈(5)이 정기적으로 예정된 간격 또는 담수 유량, 해저 담수화 모듈(5)을 통한 수압 강하, 및 담수 염도의 파라미터 그룹에서 선택된 파라미터에 기초하여 서비스가 필요한 지를 식별하는 단계;
해저 담수화 시스템 위에 선박(6)을 제공하는 단계;
사용된 해저 담수화 모듈(5) 위로 해저 담수화 모듈 리프팅 수단을 하강시키는 단계;
사용된 해저 담수화 모듈에 해저 담수화 모듈 리프팅 수단을 고정하는 단계;
사용된 해저 담수화 모듈(5)을 해저 담수화 템플릿(1)으로부터 해제하는 단계;
해저 담수화 모듈 리프팅 수단 및 사용된 해저 담수화 모듈을 선박 위로 들어올리는 단계;
해저 담수화 모듈 리프팅 수단 및 교환 해저 담수화 모듈을 해저 담수화 템플릿 위로 하강시키는 단계;
교환 해저 담수화 모듈(5)을 해저 담수화 템플릿(1)에 고정하는 단계; 및
교환 해저 담수화 모듈(5)로부터 해저 담수화 모듈 리프팅 수단을 해제하는 단계를 포함하는, 방법. - 삭제
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