KR20050076684A - 단열 파이프라인 - Google Patents

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KR20050076684A
KR20050076684A KR1020050005253A KR20050005253A KR20050076684A KR 20050076684 A KR20050076684 A KR 20050076684A KR 1020050005253 A KR1020050005253 A KR 1020050005253A KR 20050005253 A KR20050005253 A KR 20050005253A KR 20050076684 A KR20050076684 A KR 20050076684A
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삐에르 미샬스키
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가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈
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Abstract

본 발명은 내부로부터 외부로 제 1 밀봉 파이프(1), 제 1 단열층(2), 제 2 밀봉 파이프(3), 제 2 단열층(4), 밸러스트(5), 및 밀봉형 내충격식 보호 케이스(6)를 포함하는 단열 파이프라인(P)에 관한 것이다.

Description

단열 파이프라인 {THERMALLY INSULATED PIPELINE}
본 발명은 액화 천연 가스의 수송, 특히 해저 수송을 목적으로 하는 단열 파이프라인, 상기 단열 파이프라인의 용도 및 상기 파이프라인을 포함하는 해상 터미널에 관한 것이다.
부두를 끼고 있는 메탄 탱커와 지상 저장 탱크 사이에서 액화 가스의 육상 수송을 위해 스테인레스 스틸 또는 니켈 합금을 이용하는 것이 공지되어 있다. 이러한 파이프라인이 가동될 때, 주위 온도(ambient temperature)로부터 예를 들어, 정상 기압에서 액체 메탄의 경우에 -162℃에 이르는 매우 낮은 온도로의 파이프라인의 냉각은 파이프라인을 구성하는 물질의 수축에 의해 이루어된다. 극심한 수축으로 인한 파이프라인의 손상을 방지하기 위해, 루프 형태, 즉 U자형 측면 이탈부를 구비하는 파이프 부분 또는 보정기 형태, 즉 벨로우즈 방식으로 주름진 파이프 부분의 열 수축 보상 메커니즘이 제공된다.
더 나아가, 파이프라인은 액화 가스의 가열을 방지하여 액화 가스의 증발을 제한하기 위해 반드시 단열재를 포함하여야 한다.
프랑스 특허 출원 FR-A 2 748 545호는 액화 천연 가스 수송용 단열 파이프라인을 개시한다. 이러한 파이프라인은 2개의 동축 튜브, 제어식 산업용 진공하에서 이러한 튜브 사이에 위치되는 관형 공간, 및 밸러스트로서 작용하는 외측 콘크리트 코팅부를 포함한다. 내부 튜브가 불변강으로 제조되는 반면에 외부 튜브는 강(steel)으로 이루어진다.
종래의 밸러스트 처리된 파이프라인에서, 만약 외측 밸러스트가 부서지면 파이프라인은 국부적으로 물보다 밀도가 낮아져서 바닥으로부터 떨어져 부양된다. 이러한 현상이 일단 개시되면, 파이프라인을 따라 자연적으로 전달되어 표면으로 휘거나 부상하게된다.
더 나아가, 프랑스 특허 출원 FR-A-2 746 891호는 석유 제품 수송용 단열 파이프라인을 개시한다. 이러한 파이프라인은 2개의 동축 튜브 및 제어식 산업용 진공하에서 상기 2개의 튜브 사이에 위치되는 관형 공간을 부분적으로 충전하는 단열재를 포함한다.
본 발명의 목적은 여러 특징을 나타내는 새로운 단열 파이프라인을 제안하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 높은 레벨의 단열 효과 및 작업 안전성을 가지는 파이프라인을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 주요 내용은, 내부로부터 외부로
- 제 1 밀봉 파이프,
- 제 1 단열층,
- 제 2 밀봉 파이프,
- 절연 재료로 만들어진 제 2 단열층, 및
- 해수의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 재료로 만들어진 밸러스트를 포함하는 단열 파이프라인에 있어서, 상기 제 1 단열층이 절연 재료로 만들어지고, 상기 파이프라인이 상기 밸러스트 외부에 밀봉형 내충격식 보호 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이중 단열층으로 인해, 제 2 파이프가 종속되는 열적 사이클의 진폭을 최소화함과 동시에 액체에 의한 제 1 단열재의 침범으로부터 제 2 단열재가 콘크리트 밸러스트 및 강 케이스를 단열 상태로 유지시키는 것이 가능하게 된다.
2개의 파이프의 중첩 및 보호 케이스의 중첩으로 인해, 본 발명은 이러한 적용예 및 그 외 다른 유사한 적용예 모두를 위해 향상된 안전성을 구비하는 설비를 제공한다.
밸러스트 파손의 경우에도, 밸러스트가 케이스에 의해 제 위치에 유지되어 결과적으로 파이프라인의 겉보기 중량은 변화되지 않으며, 이로써 파이프라인이 부상하거나 깨지는 것이 방지된다.
바람직하게는, 제 1 파이프, 제 2 파이프 및 보호 케이스로 구성되는 그룹으로부터의 하나 이상의 부재는 다음의 기계적 특징을 갖는다.
Re > E.α.ΔT
- 여기서, E는 구성 재료의 탄성율이며,
- α는 구성 재료의 열 팽창 계수,
- ΔT는 상기 부재의 서비스 온도와 주위 온도 사이의 차이이며,
- 그리고, Re는 상기 부재의 서비스 온도에서 재료의 내력 강도이다.
상응하는 부재들과의 관계에 있어서, 이러한 특징들로 인해 열 수축을 보상하는 시스템 없이도 가능하게 된다. 따라서, 다른 유사한 산업상의 적용예의 경우와 마찬가지로 액체 가스 수송의 경우에, 본 발명은 열 팽창을 수용하는 현저하게 간단한 방법을 제안한다.
유리하게는, 2개의 파이프가 이러한 특징을 나타낸다.
유리하게는, 하나 이상의 상기 밀봉된 파이프는 높은 니켈 성분의 합금으로 구성된다. 예를 들어, 불변강과 같은 이러한 합금으로 인해 상기 기계적인 특징을 얻는 것이 가능하다.
일 실시예에 따라, 제 2 밀봉 파이프는 폴리머 레진계 혼합물(polymer resin-based composite)로 만들어진다. 제 2 밀봉 파이프를 생산하기 위해 이러한 재료를 이용함으로써 파이프라인에 대한 제조 비용이 현저하게 감소된다. 더 나아가, 상기 혼합물은 상술된 기계적 특성을 나타내도록 밀봉될 수 있다.
유리하게는, 2개의 파이프 및 외부 케이스는, 열 수축 보상을 위한 어떠한 시스템도 갖추고 있지 않을 수 있는 파이프라인을 생산하는 것을 가능하게 하는 이러한 기준에 부합한다.
또 다른 특정 실시예에 따라, 하나 이상의 상기 파이프에는 열 수축을 보상하는 하나 이상의 시스템이 제공된다. 이러한 시스템은 열 효과의 개선된 수용(take-up)을 허용한다.
바람직하게는, 열 수축을 보상하는 상기 시스템은 하나 이상의 반경 방향 주름부를 포함하는 슬리브 형태를 취한다.
바람직한 것으로서, 제 1 파이프, 제 2 파이프 및 보호 케이스로 구성되는 그룹으로부터의 하나 이상의 부재는 그 단부에서, 상기 부재가 종속되는 열 응력을 수용하는 고정 접합부에 부착된다.
유리하게는, 밸러스트는 액체, 분말 또는 과립 형태로 주조되어 제 2 단열층과 보호 케이스 사이에 위치되는 원통형 체적을 이룰 수 있는 재료로 구성된다. 바람직하게는, 상기 밸러스트는 보호 케이스 내부에 콘크리트를 포함한다. 이것은 콘크리트가 주조하기에 용이하기 때문이며, 상기 케이스가 형틀로서 작용한다. 더 나아가, 콘크리트는 우수한 내충격성 및 완벽한 밀봉성을 제공하는 강 케이스에 의해 외부 환경으로부터 보호된다.
파이프의 구성 및 재료 본질의 선택은 본 발명의 신속한 실행 및 이용에 기여한다. 구체적으로, 콘크리트의 이용으로 인해 종래의 생산 기술에서 부딪쳤던 조립시의 제약을 극복할 수 있다. 콘크리트를 강 케이스로 주조함으로써, 강의 우수한 기계적 탄성으로부터 최적의 이익을 얻어 파이프라인의 충격 감도를 감소시킴과 동시에 부식 지점을 탐지하기 위해 케이스의 시각적 조사가 가능하다.
훨씬 바람직하게는, 보호 피막이 콘크리트 밸러스트와 상기 제 2 단열층 사이에 배열된다. 보호 피막은 주조 공정 동안 콘크리트 레이턴스(laitance)가 제 2 단열층을 침범하는 것을 방지하는 역할을 한다.
유리하게는, 상기 밸러스트는 배수 및 통기를 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 중공 덕트를 포함하며, 상기 중공 덕트는 상기 밸러스트 내에 제공된다. 바람직하게는, 중공 덕트는 길이 방향으로 상기 파이프라인의 전체 길이에 걸쳐서 배열된다. 추가적으로, 중공 덕트는 건조 과정 동안 콘크리트로부터 스며나오는 물을 배출하고 해수의 침범을 탐지하는 것을 가능하게 한다. 적절하다면, 불활성 가스를 순환시키는 것도 가능하다.
바람직하게는, 하나 이상의 단열층은 주위 온도에서 20.10-3W.m-1.K-1 이하의 열 전도도, 바람직하게는 -160℃에서 16.10-3W.m-1.K-1 이하의 열 전도도를 갖는 재료로 만들어진다. 에어로겔이 일반적으로 이러한 기준을 만족한다.
이러한 단열재로, 상기 제어식 산업용 진공은 만족스런 단열 보장이 강제되지 않으며, 이는 제어식 산업용 진공이 설치될 수 있도록 파이프라인의 크기를 특별히 정해야 하는 것을 방지할 뿐 아니라 감압 장치를 제공해야 하는 것을 방지한다. 따라서, 본 발명은 고성능 절연 재료를 사용함으로써 전술된 제어식 산업용 진공이 없이도 가능하며, 이에 따라 파이프라인의 이용 및 실행을 간소화 한다.
유리하게는, 하나 이상의 단열층은 에어로겔 타입의 나노 다공성 물질(nanoporous material)로 만들어진다. 에어로겔은 극 미세 및 고 다공성(90%에 이르는)인 구조를 가지는 저밀도 고체 재료이다. 에어로겔은 예를 들어, 실리카, 알루미나, 탄화하프늄 및 다양한 폴리머를 포함하는 다수의 재료로부터 제조될 수 있다. 만약, 가스 분자에 의해 이동된 평균 거리 및 이에 따라 상기 가스 분자 내의 질량 및 에너지의 이송이 감소된다면, 에어로겔의 나노크기의 구조는 독특한 단열재 특성을 나타낸다. 에어로겔은 예를 들어, 고체 또는 절연 포옴 형태의 다른 단열재의 열 전도도보다 2배 내지 4배 하락한 열 전도도를 제공한다.
본 발명의 하나의 구체적 실시예에 따라, 하나 이상의 단열층은 직물 형태이다. 본 발명의 또 다른 구체적 실시예에 따라, 하나 이상의 단열층은 분말 또는 과립 형태로 제공되며, 여기서 상기 분말 또는 과립 형태는 상기 형태를 수용하는 체적으로 주조되는 것을 허용한다. 예를 들어, 이와 같은 단열층은 비드 형태일 수 있다. 분말 또는 과립 재료의 이용은 특히 종래의 생산 기술보다 작은 정도 공차(precise tolerance)를 부여함으로써 파이프라인의 조립을 용이하게 할 수 있다. 구체적으로, 이러한 재료는 불연속적 절연을 유발함이 없이 파이프 사이의 위치 선정 오차를 허용한다.
보다 바람직하게는, 분말 또는 과립 형태의 이러한 단열층 또는 복수의 단열층은 절연 재료로 제조되는 차단 장치에 의해, 2개의 길이 방향 단부에서 종결되는 하나 이상의 부분을 포함한다. 이러한 차단 장치는 가스 투과성일 수 있다. 이러한 차단 장치는 적절하다면, 예를 들어 유리 섬유 타입의 가스-투과성 필터에 의해 봉해지는 구멍에 의해 길이 방향으로 횡단될 수 있다. 가스 투과성으로 인해 예를 들어, 질소 플러싱을 실행하는 것이 가능하다.
유리하게는, 분말 또는 과립 형태의 상기 단열층은 절연 재료로 제조되는 하나 이상의 스페이스 바아를 포함하며, 상기 스페이스 바아는 상기 파이프라인에 평행하게 배열되고 상기 단열층의 두께와 거의 동일한 두께를 갖는다. 스페이스 바아는 가스 투과성일 수 있다.
본 발명의 구체적 실시예에 따라, 예를 들어, 광섬유 일 수 있는 누설 탐지 장치는 제 1 파이프와 보호 케이스 사이에서 상기 파이프라인의 전체 길이에 걸쳐 길이 방향으로 배열된다.
유리하게는, 파이프라인은 단부에 결합될 수 있는 조립식 부분에 의해 형성된다. 이러한 결합 영역에서, 단열층은 유리하게는 직물 형태이다. 케이스 및 밀봉 파이프는 추가 부분을 통해 또는 용접 비드에 의해 직접 결합될 수 있다.
훨씬 더 유리하게는, 상기 부분은 하나 이상의 계단식 단부를 가지며, 상기 부분의 구성 요소 재료는 외측 반경 방향으로 상대적으로 감소하는 길이 방향 신장부를 갖는다. 상기 부분의 이러한 구성은 상기 부분의 조립을 용이하게 하는 릴리프(relief)를 형성한다.
또한, 본 발명은 저온 유체의 이송을 위해 전술한 파이프라인의 용도를 제공한다. 저온 유체는 예를 들어, 액화 가스일 수 있다.
구체적인 일 실시예에서, 불활성 가스는 하나 이상의 단열층을 통해 순환된다. 그러나, 불활성 가스의 순환은 단열재 내에 포함되는 공기와 접촉을 일으키게 되는 발생될 수 있는 균열로부터의 가스에 의해 야기되는 폭발성 혼합물의 형성을 방지하기 위해 바람직한 일 실시예에서 제안된다. 불활성 가스는 대기압 이상의 압력에서 순환될 수 있다.
본 발명의 또 다른 주요 내용은 액화 가스 수송용 해상 터미널이며, 상기 해상 터미널은 본 발명에 따른 하나 이상의 파이프라인에 의해 지상 시설과 결합되는 로딩 및 언로딩 스테이션을 포함하며, 상기 파이프라인의 단부가 고정식 접합부에 부착될 수 있는 것을 특징으로 한다. 지상 시설은 예를 들어, 액화 가스 저장소이다.
본 발명은 보다 잘 이해될 것이며, 본 발명의 다른 목적, 상세, 특징 및 장점들이, 첨부된 개략도를 참조하여 순수하게 설명적이고 비-제한적인 예시를 들어 본 발명의 다수의 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 통해 보다 명백해질 것이다.
도 1 내지 도 6을 참조하여, 이제부터 제 1 실시예에 따른 파이프라인(C)의 부분(T)이 설명될 것이다. 부분(T)은 내측에서부터 외측으로, 제 1 밀봉 파이프(1), 주 단열층(2)으로 불리는 제 1 단열층, 제 2 밀봉 파이프(3), 보조 단열층(4)으로 불리는 제 2 단열층, 보호 피막(13), 콘크리트 코팅(5) 및 보호 케이스(6)를 구비하는 다층 구조를 갖는다.
도 1, 2 및 3은 부분(T)의 단부(E)에 대한 구성을 도시한다.
도 2에 따라, 부분(T)은 원통형 원형 단면의 제 1 파이프(1)를 포함한다. 상기 제 1 파이프(1)는 밀봉되며 낮은 팽창 계수를 갖는 재료로 구성된다. 예를 들어, 특히 임피 얼로이(Imphy Alloys) 사로부터 이용 가능한 불변강으로 구성될 수 있다.
제 1 파이프(1)는 바람직하게는 액화 가스인 수송 유체가 상기 파이프의 보어(7)를 통해 흐를 수 있도록 한다. 제 1 파이프는 수송 유체에 대해 제 1 밀봉 캐리어를 구성한다.
주 단열층(2)은 제 1 파이프의 외부면 전체에 걸쳐 제 1 파이프(1)를 에워싼다. 이러한 주 단열층(2)은 주 파이프(1)보다 길이 방향으로 짧게 신장된다. 주 단열층(2)은 낮은 열 전도도, 즉 주위 온도에서 20.10-3W.m-1.K-1 이하의 열 전도도를 갖는 재료로 구성된다. 이러한 재료는 예를 들어, -160℃에서 열전도도가 16.10-3W.m-1.K-1 이하인 에어로겔일 수 있다.
바람직하게는, 이러한 단열층(2)에 사용되는 에어로겔은 비드 형태이다. 적합한 에어로겔 비드는 특히 캐벗(Cabot Corporation)사로부터 이용 가능하다.
원환체의 차단 장치(8)는 부분(T)의 각각의 단부(E)에서 주 단열층(2)의 단부를 차지한다.
도 4, 5 및 6에서 볼 수 있듯이, 주 단열층(2)은 방위각 방향으로 유지되는 한 쌍의 길이 방향 스페이스 바아(14)를 포함한다. 도 4 및 5에 따라, 이러한 바아(14)는 거의 90°의 각도를 이루며 놓여 있고 주 단열층(2)의 하부 생성선(generating line)의 양편에 위치된다. 도 6에 따라, 각각의 부분(T)는 5 쌍의 스페이스 바아(14)를 구비한다. 차단 장치(8) 및 스페이스 바아(14)는 바람직하게는 열 전도도가 상기 층(2)의 열 전도도에 근접하는 가스 투과성 재료로 구성된다. 이러한 재료는 예를 들어, 페놀 포옴(phenolic foam) 또는 폴리우레탄 포옴일 수 있다.
결과적으로, 상기 부분(T)의 제 1 파이프(1)와 그 외 다른 부재 사이에서 어떠한 열교(thermal bridge)도 형성되지 않는다.
변형례로서, 스페이스 바아(14)는 상이한 각도로 위치될 수 있으며 방위면에서의 배열, 개수, 크기, 및 형상에 있어 다양할 수 있다. 주 단열층(2)의 하부 생성선을 따르는 스트립의 길이 방향 단일 정렬의 형태를 취하는 스페이스 바아(14)를 고려하는 것도 가능하다.
주 단열층(2)은 외부 환경으로부터 제 1 파이프(1)를 향하는 열의 공급을 제한하는 역할을 한다.
차단 장치(8)는 주 단열층(2) 내에서 에어로겔 비드를 한정할 수 있다. 제 1 차단 장치(8)는 주 단열층(2)의 단부 중 하나에 위치되어 밀봉 리셉터클을 형성한다. 제 2 차단 장치(8)는 주 단열층(2)이 에어로겔 비드로 충전된 후에 상기 주 단열층(2)의 타단부에 위치된다.
마지막으로, 제 1 파이프(1)는 주 단열층(2)에 있는 하나 이상의 스페이스 바아, 즉 도시된 예에서 한 쌍의 스페이스 바아(14)에 의해 제 2 파이프(3)에 의해 지지된다. 구체적으로, 상기 스페이스 바아(14)는 주 단열층(2)에 손상을 가함이 없이 제 2 파이프(3)에 제 1 파이프(1)의 자중(self-weight)을 전달할 수 있다.
차단 장치(8)는 바람직하게는, 질소일 수 있는 불활성 가스를 주 단열층(2) 내에서 순환시킬 수 있는 가스-투과성을 띠며, 제 1 파이프(1)의 밀봉의 손실의 경우에 공기와 접촉하게 되는 수송 유체로 인한 폭발성 혼합물의 형성을 방지한다. 주 단열층(2)은 주 단열층(2)의 단부 중 하나에서 주입 질소(N2)에 의해 불활성 가스로 플러싱될 수 있다. 불활성 가스는 주 단열층(2)의 단부 중 하나에서 압력을 가하거나 다른 단부에서 배출시킴으로써 순환될 수 있다. 주 단열층(2)을 비활성화 시킴으로써, 주 단열층(2)에 있는 가스를 모니터링하고 결과적으로 소정의 누설을 탐지하는 것이 가능하다.
도 1에 따라, 각각의 차단 장치(8)는 8개의 구멍(9)에 의해 길이 방향으로 관통된다. 이러한 구멍(9)은 가스-투과성 재료에 의해 폐쇄된다. 그러나, 만약 차단 장치(8)가 가스-투과성이라면, 구멍(9)은 선택적이다. 개수 및 배열이 차단 장치(8)에서 다양할 수 있고 접착 유리 섬유(bonded glass fabric)와 같은 가스 투과성 재료에 의해 폐쇄되는 구멍(9)은 주 단열층(2), 즉 에어로겔 비드가 새지 않도록 하는 동안 불활성 가스의 순환을 용이하게 하도록 사용된다.
역시 밀봉되고 원형 단면을 가지는 제 2 파이프(3)는 제 1 파이프(1)와 동축으로 주 단열층(2) 주위에 배열된다. 이러한 실시예에서, 제 2 파이프(3)는 동일한 재료로 구성되고 제 1 파이프(1)와 동일한 두께를 갖는다. 제 2 파이프는 각각의 단부(E)에서 제 1 파이프(1)보다 길이 방향으로 보다 짧게 신장된다는 점이 제 1 파이프(1)와 상이하다. 제 2 파이프(3)가 하부에 있는 주 단열층(2)과 동일한 길이를 갖는다는 것 역시 볼 수 있다. 이것은 상응하는 릴리프가 제 1 파이프(1)와 제 2 파이프(3) 사이에 제공된다는 것을 암시한다.
또한, 이러한 제 2 파이프(3)는 제 1 파이프(1)의 누설에 따른 가스에 의해 주 단열층(2)의 침범의 경우에 수송 액체에 대한 밀봉 캐리어를 구성한다. 또한, 제 2 파이프(3)는 종래 파이프라인과 비교하여 파이프라인(C)의 수축을 감소시키는 역할을 한다. 구체적으로는, 제 2 파이프가 제 1 파이프(1)처럼 불변강과 같은 팽창 계수가 낮은 재료로 구성되기 때문에, 제 1 파이프(1)처럼 다른 금속보다 훨씬 적게 팽창되며 팽창 응력을 보상하는 수단, 예를 들어 루프형 또는 벨로우즈형 보상기를 설치할 필요가 없게 된다.
제 2 단열층(4)은 제 2 파이프(3)를 에워싼다. 이러한 제 2 단열층(4)은 내부층(41)과 외부층(42)으로 이루어진 2개의 중첩층으로 구성된다. 상기 중첩층들은 예를 들어, -160℃에서 12.10-3W.m-1.K-1 의 열 전도도를 갖는 에어로겔, 바람직하게는 직물 형태의 에어로겔로 만들어지는 나노 다공성 물질일 수 있는 낮은 열전도도를 갖는 재료로 구성된다. 또한, 이러한 재료는 유리하게는 가스-투과성일 것이다. 적합한 에어로겔 직물은 특히 에스펜 에어로겔스(Aspen Aerogels) 사로부터 이용 가능하다. 내부층(41) 또는 외부층(42) 각각은 도 9에 도시된 층(141, 142)과 유사한 방식으로 2개의 반원-셸로 구성된다. 구체적인 일 실시예에 따라, 내부 단열층(41)의 두께는 19.2mm이고, 외부층(42)의 두께는 22.4 mm이다. 외부층(42)을 형성하는 반원-셸은 특히 두께에 있어, 외부층(42)을 구성하는 2개의 반원-셸의 하부 접합부에서 상기 부분(T)의 전체 길이에 걸쳐 부분(T)을 통과하여 길이 방향으로 지나는 원형 단면의 중공 덮개(15)를 수용하도록 크기가 정해진다. 이러한 덮개(15)는 누설을 탐지하고 위치를 파악하기 위해 광섬유 또는 소정의 다른 시스템을 수용하는 것을 목적으로 한다. 덮개(15)는 인접 부분(T)의 덮개(15)의 타단부(16b)에 결합하는 벨 소켓의 형태인 돌출 단부(16a)를 갖는다. 보조 단열층(4)은 제 2 파이프(3)보다 길이 방향으로 덜 신장된다. 이것은 보조 단열층(4)과 제 2 파이프(3) 사이에 추가 릴리프가 제공된다는 것을 의미한다. 보조 단열층(4)은 상이한 개수의 층을 포함할 수 있으며 다른 재료를 포함할 수도 있고 두께 내에 광섬유용 덮개(15)를 수용하지 않을 수도 있다.
보조 단열층(4)은 제 2 파이프(3)에 대한 외부 환경으로부터의 열 공급을 제한하기 위해 사용된다. 또한, 제 2 파이프(3)의 외측면을 단열시키기 위해 사용되며, 제 1 파이프(1)의 누설에 종속하는 액화 가스에 의해 주 단열층(2)의 침범의 경우에 외측 보호 코팅(6)의 과도한 냉각을 방지한다. 보조 단열층(4)은 바람직하게는 가스 투과성이다. 이것은 단열층(2)에 대해 전술한 것과 유사한 목적으로 이러한 단열층(4) 내에서, 질소일 수 있는 불활성 가스를 순환시키는 것 역시 가능하다는 것을 의미한다.
광섬유(도시되지 않음), 바람직하게는 덮개(15) 내에 위치되는 광섬유는 누설-탐지 장치의 일부를 형성한다. 누설을 탐지하고 위치를 파악하는 이러한 장치는 액화 가스의 누설로 인한 외부층(42) 내의 비정상적 냉점을 탐지하고 위치를 파악하기 위해 사용되는 선형 광섬유식 온도 센서(DTS : 분산 온도 센서)이다. 일단 파이프라인(C)이 조립되면, 광섬유는 덮개(15) 내에 위치된다. 광섬유는 예를 들어, 아라미드 섬유를 사용하여 파이프라인을 따라 당겨지거나 압축 공기를 사용함에 따라 가압될 수 있다. 광섬유는 설치되었던 방식과 동일한 방식으로 예를 들어, 파이프라인을 따라 동일한 아라미드 섬유를 사용하여 가압함으로써 파이프라인(C)의 개입 없이 교체될 수 있다. 또한, 상기 부분을 결합할 때, 이러한 누설-위치 탐지 장치를 설치하는 것을 고려해 볼 수 있다. 보조 단열층(4)의 외부 층(42)에 광섬유를 위치시키는 것이 여러모로 바람직하다. 먼저, 누설이 있는 경우에, 이러한 위치에서 광섬유가 현저한 진폭의 변화를 탐지하며, 광섬유는 작동에 손상을 입힐 수 있는 대규모 열적 사이클에 종속되지 않는다. 마지막으로, 이러한 위치에서, 광섬유 신호의 진폭은 저온에도 불구하고 수용 가능하도록 유지된다.
역시 원형 단면인 보호 케이스(6)는 보조 단열층(4)으로부터 일정 간격을 두고 상기 보조 단열층(4) 주위에 동심으로 배열된다. 보호 케이스(6)에는 그 생성선에 걸쳐 승강 장치(61)가 제공된다. 도 9에 따라, 승강 장치(61)는 길이가 상기 부분(T)의 길이보다 짧은 바아의 형태이며, 이러한 바아는 각각의 단부(E) 사이에서 상기 부분(T)의 길이 방향으로 중간 지점에 배열된다. 승강 장치(61)는 오리피스(62)에 의해 가로 방향으로 관통된다. 보호 케이스(6)는 과도한 두께 및 해수에 의한 부식을 제한하기 위한 반-부식 코팅이 도포되는 강으로 제조된다. 또한, 과도한 두께로 인해 외부 충격으로부터 파이프라인(C)을 보호하는 것이 가능하다.
본연의 역할을 위해, 승강 장치(61)는 파이프라인(C)이 오리피스(62)에 의해 상승되고 조정되도록 한다. 보호 케이스(6)는 보조 단열층(4)보다 길이 방향으로 덜 신장되며, 이는 파이프라인(C)과 보조 단열층(4) 사이에 추가 릴리프를 발생시킨다.
보조 단열층(4)이 콘크리트에 의해 침범당하는 것을 방지하기 위해 보호 피막(13)이 보조 단열층(4) 주위에 위치될 수 있다.
콘크리트 코팅(5)이 주조되어 파이프라인의 중심부[파이프(1), 단열층(2), 파이프(3), 단열층(4) 및 보호 피막(13)]와 보호 케이스(6) 사이에 위치되는 관형 공간을 메우게된다. 중공 덕트(12)는 상기 부분(T)의 전체 길이에 걸쳐 길이 방향으로 배열된다. 이러한 중공 덕트(12)는 원형 단면을 가질 수 있다.
콘크리트 코팅(5)으로 인해 해수의 밀도보다 높은 총 밀도를 빈 파이프에 부여하는 것이 가능하고, 이에 따라 파이프라인(C)은 자연적으로 빈 상태[파이프(3) 주위에 부가된 콘크리트의 밀도]에서 해저 상에 놓이게 된다. 물에 잠긴 파이프의 겉보기 질량은 미터당 10 kg 를 초과하여야 한다. 이는 파이프라인(C)에 의해 행해지는 이동을 제한하여 손상을 제한한다. 중공 덕트(12)는 콘크리트 코팅(5)을 에워싸는 보호 케이스(6)의 여하한 누설에 따른 콘크리트 코팅(5)에 대한 해수의 침투를 방지할 뿐 아니라, 주조 콘크리트의 건조로 인한 물의 배출 및 적절하다면 불활성 가스를 순환시킨다. 중공 덕트(12)의 기능은 파이프라인의 배수 및 통기이다.
보조 설치 층(4) 주위에 선택적으로 위치되는 보호 피막(13)은 보호 케이스(6)로 주조될 때 콘크리트(5)의 레이턴스에 의한 침투로부터 보조 단열층(4)을 보호하는 기능을 가진다. 또한, 콘크리트 코팅(5)의 연마 효과 및 액체 가스의 유동 동안의 열 수축 차이로 인한 보조 단열층(4)과 콘크리트 코팅(5) 사이의 마찰로부터 보조 단열층(5)을 보호해야 한다.
파이프라인(C)은 단부(E)에서 단부로부터 단부로 연결되는 부분(T)을 형성한다. 상기 부분(T)은 예를 들어, 4 m의 길이를 갖는다. 상기 부분은 요구되는 길이, 예를 들어 5000 m의 길이를 갖는 파이프라인(C)을 형성하기 위해 일단부로부터 타단부로 연결된다. 상기 부분(T)의 길이 및 개수는 적용예에 따라 다양해질 수 있다. 전술된 것처럼, 상기 부분(T)을 형성하는 다양한 부재들은 서로에 대해 상대적으로 외측 반경 방향으로 감소되는 길이 방향 신장부를 갖는다. 상기 부분(T)의 단부에 있어 이러한 계단식 구조로 인해, 여러 부분(T)이 함께 용접되는 작업이 보다 용이하게 된다. 구체적으로, 이러한 구조는 예를 들어, 제 1 파이프(1)와 같은 가장 깊은 구조물에의 접근을 용이하게 하는 릴리프를 생성한다. 따라서, 생성되는 릴리프로 인해, 용접 작업을 위한 추가 부분 공급 및 결합 영역에서 절연 재료층의 위치 선정이 가능하다.
2개의 상기 부분(T) 사이의 결합 구조가 도 7, 8 및 9에 도시된다.
2개의 인접 부분(T1, T2)의 제 1 파이프(1)는 용접 비드에 의해 일단부로부터 타단부까지 용접된다.
그 후, 2개의 주 단열층(102), 즉 내부 주 단열층(121) 및 외부 주 단열층(122)이 제 1 파이프(1)의 용접부 주위에 배열된다. 내부 및 외부 주 단열층(121, 122)은 예를 들어, 에어로겔일 수 있는 직물 형태의 절연 재료로 구성되는 도 9에 도시된 한 쌍의 반원-셀에 의해 각각 형성된다. 2쌍의 반원 셀의 교차 평면은 서로 수직을 이룬다.
다음으로, 상기 2개의 부분(T1, T2)의 제 2 파이프(3)는 도시된 실시예에 따라서는 반원-셀(103)의 형태이지만 또한 분리된 링의 형태일 수도 있는 추가 부분의 보조를 받아 서로 용접된다. 불변강으로 만들어지는 2개의 반원-셀(103)로 인해, 둘레 용접 비드에 의해 제 2 파이프(3)에 그리고 길이 방향 용접 비드에 의해 상기 반원-셀들 끼리 밀봉식으로 용접된다.
그 후, 2개의 보조 단열층(104), 즉 내부 보조 단열층(141) 및 외부 보조 단열층(142)은 제 2 파이프(3)를 연결하는 반원-셀(103) 주위에 배열된다. 내부 및 외부 보조 단열층(141, 142)은 전술된 내부 및 외부 단열층(121, 122)과 동일한 구성을 갖는다. 외부 보조 단열층(142)은 덮개(15)가 2개의 반원-셀의 하부 결합부 영역을 통과하도록 허용한다. 더 나아가, 광섬유의 덮개(15)는 반원-셀(103)을 용접한 후에 상기 결합부 내로 활주되어 용접부에 손상을 가하지 않는다. 주 단열층(102) 및 보조 단열층(104)을 위해 처리된 반원-셀 쌍의 사용으로 인해, 단열재의 조작 및 설치 작업이 보다 간소화 될 수 있다. 상이한 색상의 반원-셀 쌍의 사용으로 상기 셀의 설치를 보다 간소화 할 수 있다.
그 후, 한 쌍의 콘크리트 반원-셀(105)이 보조 단열층(104) 주위에 배열된다. 각각의 반원-셀(105)은 상부 생성선 전체에 걸쳐 중공 덕트(112)에 의해 길이 방향으로 관통된다. 하부 반원-셀 내의 중공 덕트(112)로 인해, 연속적인 부분(T1, T2)의 중공 덕트(12)를 결합하는 것이 가능하다.
도 9에 도시되지 않은 보호 피막(13)이 보조 단열층(104)과 콘크리트 반원-셀(105) 사이에 선택적으로 추가될 수 있다.
결국, 2개의 상기 부분(T1, T2)의 보호 코팅(6)은 유리하게는 보다 큰 직경의 인접 튜브(6)와 쌍을 이루는 분리 링(106)의 형태인 외부 추가 부분의 보조하에 결합된다. 분리 링(106)은 상기 링이 결합부의 레벨에 이를 때까지 상기 부분들 중 하나의 길이 방향을 따라 놓여져 2개의 밀봉식 둘레 용접 비드에 의해 인접 부분(T1, T2)의 보호 코팅(6)의 단부에 용접된다.
치수화의 구체적인 실례
제 1 파이프(1)의 내부 직경은 800 mm이고 그 두께는 3 mm이다. 내부 직경은 압력 강하의 제 1 추산에 의해 정당화된다. 제 1 파이프(1)의 두께는 메탄 탱커의 정체 압력의 함수로서 3 mm로 측정되며 이는 내력 강도의 66%에 이르는 응력을 허용한다.
주 단열층(2)의 두께는 40 mm이다. 제 2 파이프(3)는 892 mm의 외부 직경을 가지며 제 1 파이프(1)보다 길이 방향으로 덜 신장되어 각각의 단부(E)에서 상기 제 1 파이프보다 150 mm 짧다.
역시 40 mm의 두께를 가지는 보조 단열층(4)은 제 2 파이프(3)보다 길이 방향으로 덜 신장되어 각각의 단부(E)에서 상기 제 2 파이프보다 100 mm 짧다.
보호 케이스(6)는 약 16 mm의 두께를 갖는다.
콘크리트 코팅(5)은 약 55 mm의 두께를 가지며 중공 덕트(12)는 약 40 mm의 직경을 갖는다.
4000 mm의 부분(T)는 제 1 파이프(1)의 길이가 4000 mm, 주 단열층(2) 및 제 2 파이프(3)의 길이가 3700 mm이고, 보조 단열층(4), 보호 피막(13) 및 보호 케이스(6)의 길이가 3500 mm, 콘크리트 코팅의 길이가 3480 mm이다.
도 10에서 도시된 것처럼, 해상 터미널에 대한 설명이 주어질 것이며, 이러한 해상 터미널에서 전술된 파이프라인(C)이 로딩 및 언로딩 스테이션(P)과 지상 시설(I) 사이에 액화 가스를 운반하도록 사용된다. 도면 부호 "75"로 해면을 나타낸다.
로딩 및 언로딩 스테이션(P)이 고정식 근해 시설을 나타낸다. 로딩 및 언로딩 스테이션(P)은 이동 아암(71), 및 지주(70)에 의해 지지되고 상기 이동 아암(71)을 지지하는 플랫폼(24)을 포함한다. 고정식 콘크리트 타워(25)가 플랫폼(24) 아래에 건조된다. 이동 아암(71)은 종래 기술에 따라 메탄 탱커의 로딩/언로딩 라인에 연결될 수 있는 슬리브(도 10에 도시되지 않음)를 운반한다. 이동 아암(71)은 고정식 타워(25) 내부에서 플랫폼(24)과 해저(F) 사이에서 연장하는 연결 파이프(23)에 연결된다. 고정식 타워(25)의 바닥에서, 연결 파이프(23)는 콘크리트(26) 내포되는 고정식 접합부(B)에 의해 파이프라인(C)에 연결된다.
로딩 및 언로딩 스테이션(P)은 메탄 탱커의 모든 게이지에 적용되는 선회식 이동 아암(71)을 통해 메탄 탱커(도시되지 않음)에 액체를 로딩하거나 상기 메탄 탱커로부터 액체를 언로딩할 수 있다.
유사하게, 지상 시설(I)은 연결 파이프(23a)를 포함하며, 상기 연결 파이프는 액화 가스 저장 탱크(도시되지 않음)에 연결되고 고정식 타워(25a) 내부의 해저(F)까지 신장된다. 상기와 유사하게 연결 파이프(23a)는 고정식 타워(25a)의 바닥에서, 콘크리트(26)에 내포된 고정식 접합부(B)에 의한 파이프라인(C)에 연결된다. 비-침수식 연결 파이프(23, 23a)는 종래 기술에 따라, 예를 들어 적합한 단열재가 정렬되고 보상 시스템이 제공되는 스테인레스 스틸 파이프의 형태로 설계될 수 있다.
파이프라인(C)의 단부는 로딩 또는 언로딩 스테이션(P) 및 지상 시설(I)에서 고정식 접합부(B)에 부착된다.
로딩 및 언로딩 스테이션(P)과 지상 시설(I)을 연결하는 파이프라인(C)은 해저(F)에 놓인다. 파이프라인(C)은 액화 가스가 예를 들어, 5 km에 이르는 먼 거리에 걸쳐 로딩 또는 언로딩 스테이션(P)과 지상 시설(I) 사이에서 운송될 수 있도록 하며, 이는 상기 스테이션(P)이 해변으로부터 먼 거리에 위치될 수 있도록 한다. 상기 예에 따라 치수가 정해진 2개의 파이프라인(C)은 144000 m3 메탄 탱커 화물이 12시간 내에 이송될 수 있도록 6000 m3/h의 유속으로 액화 가스를 이송할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 파이프라인(C)은 로딩 및 언로딩 스테이션(P)과 지상 시설(I) 사이에 제공되어 증기 형태의 가스를 운반할 수 있다. 이는 액화 가스를 운반하는 전술된 2개의 파이프라인과 물리적으로 동일하다는 것을 제외하고 전술된 파이프라인과 상이하다. 메탄 탱커의 언로딩 동안, 이러한 파이프라인은 언로딩될 액체 가스의 체적을 대체할 필요가 있는 증기 형태의 가스 체적을 메탄 탱커를 향해 운반하기 위해 이용된다.
파이프라인(C)의 층상 구조화는 지상에 상기 부분(T)을 예비 조립하는 단계, 그 후에 예비 조립된 부분(T)을 해상에서 조립하는 단계 및 파이프라인(C)을 고정식 접합부(B)에 결합하는 단계를 포함한다. 해상에서의 조립 작업 횟수를 최소화하기 위해, 예를 들어 40 내지 60 미터의 유니트에서 4 미터 짜리 부분(T)의 예비 조립이 실행될 수 있다. 그 후, S-레이 바지선(S-lay barge)으로부터 미리 조립된 40 내지 60 미터 부분(T)을 조립하는 것이 고려될 수 있다. 바지선은 해저(F)와 바지선 사이에 부유되는 파이프라인(C) 부분을 지지하기 위해 스팅어(stinger)가 설치되어야 한다. 지상으로부터의 설치 역시 고려될 수 있다.
고정식 접합부(B)에 대한 파이프라인(C)의 결합이 도 11에 도시된다. 각각의 고정식 접합부(B)는 다양한 부재, 즉 내부 클램프(17), 외부 클램프(18) 및 커버(19)로 구성된다.
내부 클램프(17)는, 내부면이 숄더(17c)를 구비하고 외부면이 반경 방향으로 돌출하는 둘레 칼라(17a)를 구비하는 파이프(17b)를 포함한다. 외부 직경은 칼라(17a)로부터 커버(19)와 대면하는 단부를 향해 감소한다.
외부 클램프(18)는 3 부분, 즉 파이프(18b), 커버(19)와 대면하는 단부의 외측 반경 방향 둘레 칼라(18a) 및 파이프(18b)의 2개의 단부 사이의 내측 반경 방향 환형 칼라(18c)를 포함한다. 환형 칼라(18c)의 내부 직경은 칼라(17c)와 파이프라인(C)과 대면하는 단부 사이에 위치되는 파이프 부분(17b)의 외부 직경과 거의 일치한다. 외부 클램프(18)는 커버(19)와 대면하는 칼라(18c)의 표면 상에 배열되는 일련의 나사산식 핀(18d)을 포함한다. 외부 클램프(18)의 외부 직경은 칼라(18a)와 파이프라인(C)의 보호 케이스에 연결되는 단부(S3) 사이에 포함되는 부분에서 약간 감소한다.
커버(19)는 상기 커버의 회전 축선과 동심을 이루는 원 전반에 걸쳐 배열되는 오리피스(19b)에 의해 길이 방향으로 뚫려 있는 개략적인 디스크 모양을 갖는다. 또한, 커버(19)는 중심 개구(19c)를 구비하며, 상기 개구의 직경은 파이프(17b)의 외부 직경과 거의 일치한다. 또한, 커버(19)는 외부 클램프(18)로부터 떨어진 상기 커버면으로부터 돌출하는 립(19a)을 구비하며, 이러한 립은 열교환을 촉진시킬 뿐 아니라 커버(19)를 경화한다.
마지막으로, 콘크리트(26)는 파이프(18b)의 외부면 및 상기 콘크리트가 연결되는 파이프라인(C)의 단부의 외부면을 에워싼다.
이제, 파이프라인(C)이 고정식 접합부(B)에 조립되는 방식에 대해 설명될 것이다.
파이프라인(C)의 단부(E)는 바람직하게는 물 밖에서 고정식 접합부(B)에 조립되며, 그 후, 스톱퍼를 피팅한 다음 상기 조립체를 침수시켜 콘크리트에 고정시킬 수 있다. 무엇보다도, 파이프라인(C)의 단부(E)는 숄더(17c)에 도달되지 않고, 내부 클램프(17)의 파이프(17b)의 보어 내로 가압된다. 제 1 파이프(1)의 단부는 단부(S1)와 숄더(17c) 사이에서 파이프(17b)의 내부면에 용접된다. 일부에 대해 제 2 파이프(3)는 단부(S2)와 외부 클램프의 반경 방향 내부 칼라(18c) 사이에서 파이프(17b)의 외부면에 용접되며, 이 부분에 걸친 파이프(17b)의 두께는 제 1 파이프(1)와 제 2 파이프(3) 사이에 위치되는 두께와 정확하게 일치한다.
절연 부재(22)는 칼라(18c)와 보조 단열층(4) 및 콘크리트 코팅(5)의 단부 사이에서 형성되는 공간에 위치된다. 절연 부재(22)로 인해, 보조 단열층(4)의 절연 및 콘크리트 코팅(5)의 절연이 외부 클램프(18) 내에서 확장될 수 있다.
내부 클램프(17)는 내부 클램프(17)의 반경 방향 외부 칼라(17a)와 반경 방향 내부 칼라(18c) 사이의 제 1 위치 선정 쐐기(20a)를 삽입함으로써 외부 클램프(18)에 대해 길이 방향으로 위치된다. 외부 클램프(18)와 보호 케이스(6)를 고정하는 단부(S3)에 용접이 이루어진다. 제 2 위치 선정 쐐기(20b)는 제 1 위치 선정 쐐기(20a)로부터 떨어져 있는 칼라(17a)에 맞닿아 위치된다.
그 후, 커버(19)는 오리피스(19b)를 통해 핀(18d)을 고정함으로써 반경 방향 외부 칼라(18a) 및 제 2 위치 선정 쐐기(20b)에 맞닿아 위치된다. 그 후, 커버(19)는 핀(18d)에 나사 조임되는 너트(21)에 의해 베어링 접촉이 유지된다. 쐐기(20b)에 맞서 지지하는 커버(19)는 외부 클램프(18) 내의 내부 클램프(17)를 고정시킨다.
또한, 물 속에서 고정식 접하부(B)를 장착하는 것도 고려할 수 있다.
따라서, 고정식 접합부(B)에서 파이프라인(C)의 2개의 단부(E)의 이러한 부착의 결과로서, 파이프라인(C)은 열 수축 보상 장치 없이도, 로딩 및 언로딩 스테이션(P)과 지상 시설(I) 사이의 텐션 하에 위치될 수 있다. 이로써, 압력 강하의 감소 및 이송 유속의 개선의 결과를 가져온다. 고정식 접합부(B)는 액화 가스의 이송으로 인한 열 수축에 저항하는 방식으로 설계되고 고정된다. 따라서, 고정식 접합부(B)는 열 부하를 수용하는 부재를 포함한다. 파이프(1, 3)의 냉각 및 적합하다면, 외부 케이스(6)의 냉각- 주위 환경의 온도에 따르는 온도-에 따른 장력은 유동 단면에 적용되는 파이프(1)의 압력 강하에 일치하는 바닥 효과(bottom effect)에 의해 언로딩 작업 동안 부분적으로 보상된다. 그러나, 바닥 효과로 인한 응력은 재료의 수축으로 인한 응력에 비해 낮다.
전술된 예에서 개시된 치수는 물론, 필수적인 것도 아니고 제한적인 것도 아니며 적용예에 의해 부과되는 제약에 따라 변경된다.
이제 내부 또는 외부 압력에 종속되는 원형 단면의 튜브를 치수화하기 위한 방법이 주어지며, 이러한 튜브는 파이프라인(C)의 경우에 밀봉 튜브(1, 3) 및 보호 케이스(6)가 된다.
튜브가 종속되는 내부 압력(Pint) 및 외부 압력(Pext)은 공지되어 있다. 따라서, 아래 함수를 사용하여 최소 두께(eMin)를 계산하는 것이 가능하다.
여기서, Peff = ｜(Pint - Pext)｜
Rpe = Re/S 이며,
d : 튜브의 내부 직경 (mm),
Peff : 차압 (MPa),
Rpe : 재료의 실재 인장 강도 (MPa),
Re : 재료의 내력 강도 (MPa),
S : 안전 계수 > 1,
A : 튜브 형성 방법에 따른 조립 계수,
C : 부식 허용도 (mm).
예시 : 첨부된 표 1은 수심 35 m 에서 해저 파이프라인(C)의 치수화의 예시이다.사용된 내부 치수화된 압력은 액체를 운반하는 메탄 탱커 펌프의 정체 압력에 1.5배인 압력, 즉 15 bar이다. 이러한 15 bar의 압력은 제 1 파이프(1)가 견뎌내야 하며, 만약 제 1 파이프(1)가 견디지 못하는 경우 제 2 파이프(3)가 이러한 압력을 견뎌야 한다. 보호 케이스(6)는 두배의 침수 압력, 즉 약 7 bar의 압력을 견뎌야 한다. 파이프(3)와 케이스(6) 사이에 위치되는 공간이 접합부(B)를 통해 대기와 소통되기 때문에 물 속에서 보호 케이스(6)의 내부 압력은 대기압이다. 5 m에 이르는 조수 범위 및 30 m에 이르는 수심으로 인해, 보호 케이스의 외부 압력은 약 3.5 bar이다.
각각의 파이프에서 내부 압력을 견디기 위해 계산되는 최소 두께(eMin)는 제 1 파이프(1)에 대해 1.49 mm 이고, 제 2 파이프(3)에 대해 1.75 mm 이다. 파이프라인(C)이 수심 30 m 에 있을 때, 보호 케이스(6)에 대해 예상되는 최소 두께는, 2.63 mm 이다.
그러나, 실재에 있어 안전상의 이유로, 전술한 수치적 예시에서, 제 1 파이프(1) 및 제 2 파이프(3)에 대해서는 3 mm, 그리고 보호 케이스(6)에 대해서는 16 mm의 두께가 선택된다.
액체 메탄의 해저 수송을 위해 사용된, 전술한 수치적 예시에 따라 파이프라인(C)의 두께 내에서 온도 프로파일이 도 12에 도시된다. 이러한 도표는 파이프라인(C)의 중심으로부터의 거리(mm 단위)의 함수로서 서비스 온도(℃ 단위)를 나타난다. 서비스 온도는 액체 가스 운송시 파이프라인의 다양한 부재 내부의 온도이다. 곡선(72)은 파이프라인(C) 외부 온도가 4℃ 인 경우를 나타낸다. 곡선(73)은 파이프라인(C) 외부 온도가 30℃ 인 경우를 나타낸다.
2개의 상기 곡선은 동일한 전반적인 경로를 갖는다. 온도는 파이프라인(C)의 중심으로부터 외부를 향해 증가한다. 각각의 곡선은 6개의 점으로 구성된다. 각 곡선의 제 1 점은 약 -160℃ 의 제 1 파이프(1) 내부의 온도를, 제 2 점은 제 1 파이프(1)의 외부 온도를, 제 3 점은 제 2 파이프(3)의 내부 온도를, 제 4 점은 제 2 파이프(3)의 외부 온도를, 제 5 점은 콘크리트 코팅(5)의 외부 온도를, 그리고 제 6 점은 보호 케이스(6)의 외부 온도, 즉 주위 바다의 온도를 나타낸다.
곡선(72, 73)의 제 2 점과 제 3 점 사이에서, 온도 구배가 가파르다. 이는 주 단열층(2)이 단열이라는 제 기능을 효율적으로 수행하고 있음을 의미한다.
곡선(72, 73)의 제 3 점 및 제 4 점에서, 온도는 제 1 곡선(72)에 있어서 약 -100℃ 및 제 2 곡선(73)에 있어서 약 -85℃이다. 이를 통해, 제 2 파이프(3) 영역에서의 온도가 여전히 매우 낮다는 것을 알 수 있다.
곡선(72, 73)의 제 4 점과 제 5 점 사이에서, 온도 구배는 주 단열층(2)에서 보다 더 가파르다는 것을 알 수 있다. 이는 보조 단열층(4)이 주 단열층(2)보다 조금 더 효율적이라는 것을 의미한다.
마지막으로, 곡선(72, 73)의 제 5 점 및 제 6점에서, 온도 구배는 거의 0에 가깝다. 이는 콘크리트 코팅(5) 및 케이스(6)가 파이프라인(C)의 절연에 있어 실질적으로 어떠한 역할도 못한다는 것을 의미한다.
이제, 파이프라인(C)의 제 2 실시예가 주어질 것이며, 여기서 액화 가스의 수송 동안, 제 1 파이프(1) 또는 제 2 파이프(3) 상의 열 수축 효과는 파이프라인(C)을 따라 보상 메카니즘에 의해 수용된다.
제 2 실시예에 따른 상기 부분(T)의 구성은 제 1 실시예에 따른 상기 부분(T) 의 구성과 동일하다. 제 2 실시예에 따른 상기 부분(T)의 구성은 이에 따라 도 1 내지 5에 의해 도시된다.
제 2 실시예에 따른 파이프라인(C)은 제 1 파이프(1) 및/또는 제 2 파이프(3)를 상호 연결하는 열 수축 보상 시스템(30)을 포함하기 때문에 제 1 실시예의 연결부와 상이한 부분들 사이의 연결부를 포함한다.
열 수축 보상 시스템(30)이 도 13에 부분적으로 도시된다. 이는 양 단부에서, 연결될 제 2 파이프(3)의 외부 직경 또는 제 1 파이프(1)의 외부 직경에 상응하는 내부 직경을 가지는 관형 슬리브(31)이다. 이러한 특성으로 인해, 슬리브(31)가 제 1 파이프(1)의 단부 또는 제 2 파이프(3)의 단부를 수용할 수 있게 된다. 따라서, 슬리브(31)의 단부(34)는 제 1 파이프(1) 또는 제 2 파이프(3)의 표면에 밀봉 둘레 용접 비드에 의해 용접된다. 도 13에서, 슬리브(31)는 2개의 인접 부분(T1, T2)에 속하는 2개의 제 1 파이프(1) 또는 2개의 제 2 파이프(3)를 연결한다.
슬리브(31)는 예를 들어, 접착식 결합 또는 용접에 의해 인접 파이프(3)와 맞춤 조립이 가능한 재료로 구성된다. 슬리브는 그 중심 위치에서 아코디언 형태를 가진 하나 이상의 반경 방향 둘레 주름부(32), 즉 도시된 예에서 3개의 주름부(32)를 구비한다. 액화 가스의 수송 동안, 주름부(32)에 의해 형성된 구조는 신장되고 온도 변화에 의한 상응하는 파이프의 변형에 맞춰 주름을 형성한다. 따라서, 슬리브(31)는 국부적으로 열 효과를 수용하는 부재로 구성된다.
제 2 실시예의 연결부에서, 열 수축 보상 시스템(30)은 2개의 인접 부분(T1, T2)의 제 2 파이프(3)를 지지하기 위해, 즉 제 1 실시예의 추가 부분(103)의 위치에 및/또는 제 1 파이프(1) 사이에 배열된다. 연결부를 형성하는 다른 부재[주 단열층(102), 보조 단열층(104), 콘크리트 코팅(105) 및 보호 케이스의 분리 링(106)]들은 제 1 실시예의 부재들과 동일하다.
파이프라인(C)의 제 2 실시예는 제 1 파이프(1) 및/또는 제 2 파이프(3)가 제 1 실시예와 대조적으로 낮은 팽창 계수를 갖지 않는 재료, 예를 들어 스테인레스 스틸, 다양한 합금, 또는 복합물과 같은 재료로 구성될 수 있다는 점이 장점이다. 이는 경제적 이점을 가져온다. 이러한 경우에, 보상 시스템은 스테인레스 스틸 또는 다른 팽창성 재료로 제조되는 파이프에 사용된다. 낮은 팽창 계수를 가지는 재료로 구성되지 않은 파이프는 냉각에 따라 집중적인 길이 방향 수축을 나타내며, 이는 적합한 보상이 없을 경우에, 부착부가 파이프라인(C)의 단부로부터 멀어지는 방향으로 수축되거나 부착부가 이러한 응력에 견디지 못하는 경우 파이프 자체가 파열되는 결과를 가져올 수 있다.
그러나, 팽창성 재료로 제조되는 파이프에서, 도 7 내지 9에 따른 연결부 역시 보상 시스템(30)의 대안으로 사용될 수 있다. 제 2 파이프(3)를 용접하기 위한 반원-셀 쌍이 반드시 낮은 열 팽창을 가질 필요는 없으나 상기 조립 방법과 양립 가능한 재료로 제조된다는 사실과는 별도로, 보상 시스템(30)이 없는 연결부의 구조는 제 1 실시예의 구조와 동일하다.
제 2 실시예에서, 불변강 파이프(1, 3)를 사용하는 것 역시 가능하다. 이러한 제 2 실시예에서, 파이프(1, 3) 중 하나는 낮은 팽창 계수를 갖는 재료로, 그리고 다른 하나는 그렇지 않은 재료로 제조되는 파이프라인(C)을 설계하는 것을 고려하는 것 역시 가능하다. 한정된 부재를 사용하는 완벽한 계산으로 인해, 국부적으로 열 효과가 수용될 필요가 있는지 여부를 사안에 따라 결정하는 것 역시 가능하다.
또한, 제 2 실시예에 따른 파이프라인(C)의 단부는 도 10 및 11과 관련하여, 제 1 실시예와 동일한 방식으로 고정식 접합부(B)에 의해 로딩 및 언로딩 스테이션(P)과 지상 시설(I)에 부착된다.
이제, 도 14에 도시된 제 3 실시예가 설명된다.
치수화된 상기 예에서, 제 2 파이프(3)가 펌프의 정체 압력의 1.5배를 견딜 수 있을 필요가 있다고 고려된다. 이러한 요구는 너무 엄격하여 실재 고려되어야 하는 파이프(1)의 작은 구멍 영역 또는 가능한 균열을 제외하고는 제 1 파이프(1)의 완전한 파열은 발생하기 불가능한 것으로 보일 수 있다.
따라서, 제 2 파이프(3)를 보다 알맞게 치수화 하는 것이 가능하며, 예를 들어 0.2 MPa의 유효 치수화 압력(effective dimensioning pressure)이 고려될 수 있다. 복합물로 제조되는 특정 튜브는 이러한 요건을 용이하게 충족할 수 있다.
이러한 제 3 실시예에서, 파이프라인은 복합물로 제조되는 제 2 파이프(3)를 포함한다는 점에서 전술된 실시예들에서 개시된 파이프라인과 상이할 수 있다. 이러한 마지막 실시예에 따라, 인접한 제 2 파이프(3)의 단부는 예를 들어, 트리플렉스(Triplex)(등록 상표)와 같은 가요성 복합물로 제조되는 커버(203)에 의해 연결되며, 상기 커버의 단부(204a)는 인접한 제 2 파이프(3) 단부의 외측면에 접착식으로 결합되고 포개어진다.
복합물은 예를 들어, 선택적으로 직조되는 유리 섬유 또는 탄소 섬유로 강화된 폴리에스터 또는 에폭시 레진과 같은 예를 들면 섬유 강화 폴리머 레진(fiber reinforced polymer resin)으로 구성된다. 더 나아가, 복합물은 이하의 기준을 입증하는 기계적 특성을 나타내도록 구성될 수 있다 : Re > E. α. ΔT.
트리플렉스는 3개의 층, 즉 유리 섬유 편물로 이루어진 2개의 외층 및 금속 박판으로 이루어진 중간층으로 구성되는 물질이다. 트리플렉스는 특히 허친슨(Hutchinson)에 의해 판매된다.
파이프라인의 그 외 다른 동일한 특성은 전술된 실시예들과 동일한 도면 부호로 표시된다. 다양한 부재의 일반적 구성 및 파이프라인의 이용은 본 실시예에서 변경되지 않고 유지된다.
복합물로 제조되는 제 2 파이프(3)의 이용으로 인해 파이프라인 제조에 드는 비용이 현저하게 절감될 수 있다.
비록, 본 발명이 다수의 특정 실시예들에 대해 설명되고 있지만, 이는 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에 있는 한, 본 발명은 그 결합물과 함께 설명된 수단들의 기술적 동등물들 모두를 포함한다.
본 발명은 파이프의 중첩 및 단열재의 중첩을 통해 높은 수준의 단열 효과 및 작업 안전성 등을 구비하는 파이프라인을 제공함으로써, 액화 가스의 수송 등과 같은 다양한 용도에의 이용 및 이러한 파이프라인을 포함하는 해상 터미널 형성을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 일부의 단부에 대한 측면도.
도 2는 축선 Ⅱ-Ⅱ를 따르는 도 1에 따른 파이프라인 부분의 길이 방향 부분의 부분도.
도 3은 Ⅲ에 의해 표시되는 도 2의 영역에 대한 확대도.
도 4는 라인 Ⅳ-Ⅳ를 따르는 도 2의 파이프라인 부분의 단면도.
도 5는 Ⅴ에 의해 표시되는 도 4의 영역에 대한 확대도.
도 6은 도 1의 파이프라인 부분의 내부 파이프로서 차단 장치 및 스페이스 바아를 도시하는 내부 파이프의 사시도.
도 7은 2개의 파이프라인 부분 사이의 결합 영역에서의 제 1 실시예에 따른 파이프라인의 단면도.
도 8은 도 7의 라인 Ⅷ-Ⅷ을 따르는 결합부의 길이 방향 부분에 대한 부분 확대도.
도 9는 파이프라인 부의 단부의 결합부를 구성하기 위해 추가된 다양한 부재들의 확대 사시도.
도 10은 제 1 실시예에 따른 파이프라인을 포함하는 액화 가스 수송용 해상 터미널의 구송을 나타내는 도면.
도 11은 고정식 접합부에 부착되는 도 10의 파이프라인의 일 단부에 대한 길이 방향 부분 절단도.
도 12는 도 10의 파이프라인 상의 상이한 점에서 온도 프로파일을 나타내는 도표.
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 파이프라인의 열 수축을 보상하는 시스템에 대한 부분 단면도.
도 14는 라인 ⅩⅣ-ⅩⅣ를 따르는 길이 방향 부로서 도 7의 결합부에 대한 또 다른 실시예에 대한 부분 확대도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
1 : 제 1 밀봉 파이프 2 : 주 단열층
3 : 제 2 밀봉 파이프 4 : 보조 단열층
5 : 콘크리트 코팅 6 : 보호 케이스
7 : 보어 8 : 차단 장치
9 : 구멍 12 : 중공 덕트
15 : 중공 덮개 16a : 돌출 단부
16b : 타단부

Claims (21)

  1. 내부로부터 외부로,
    - 제 1 밀봉 파이프(1),
    - 제 1 단열층(2),
    - 제 2 밀봉 파이프(3),
    - 단열 재료로 제조되는 제 2 단열층(4), 및
    - 해수의 밀도보다 큰 밀도를 갖는 재료로 제조되는 밸러스트(5)를 포함하는, 단열 파이프라인(T, C)에 있어서,
    상기 제 1 단열층(2)이 단열 재료로 제조되며, 상기 파이프라인이 상기 밸러스트(5) 외측에 밀봉형 내충격식 보호 케이스(6)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 파이프(1), 상기 제 2 파이프(3) 및 상기 보호 케이스(6)로 이루어진 그룹으로부터의 하나 이상의 부재가,
    방정식 Re > E. α. ΔT 를 만족하는 기계적 특징을 가지며,
    상기 방정식에서,
    E 는 구성 재료의 탄성율이며,
    α는 구성 재료의 열 팽창 계수이며,
    ΔT 는 상기 부재의 서비스 온도와 주위 온도 사이의 차이며,
    Re 는 상기 부재의 서비스 온도에서 재료의 항복 강도인 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파이프(1, 3) 중 하나 이상에 하나 이상의 열 수축 보상용 시스템(30)이 제공되는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  4. 제 3 항에 있어서,
    열 수축 보상용 상기 시스템(30)이 하나 이상의 반경 방향 주름부(32)를 포함하는 슬리브(31)의 형태를 취하는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 파이프(1), 상기 제 2 파이프(3) 및 상기 보호 케이스(6)로 이루어진 그룹으로부터의 하나 이상의 부재가 상기 하나 이상의 부재의 단부에서 고정식 접합부(B)에 부착되며, 상기 고정식 접합부(B)는 상기 부재가 종속되는 열 응력을 수용하는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열층(2, 4) 중 하나 이상이 주위 온도에서 20.10-3W.m-1.K-1 이하, 바람직하게는 -160℃에서 16.10-3W.m-1.K-1 이하의 열전도도를 갖는 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단열층(2, 4) 중 하나 이상이 에어로겔-형 다공성 나노물질로 제조되는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 파이프(1, 3) 중 하나 이상이 높은 니켈 함유량의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 밀봉 파이프(3)가 폴리머 레진계 복합물로 제조되는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸러스트(5)가 상기 제 2 단열층(4)과 상기 보호 케이스(6) 사이에 위치되는 원통형 체적 내에서 액체, 분말 또는 과립 형태로 주조될 수 있는 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 밸러스트(5)가 콘크리트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 밸러스트(5)가 내부에 제공되는 하나 이상의 중공 덕트(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열층(2, 4) 중 하나 이상은, 수용될 체적 내에서 주조될 수 있는 분말 또는 과립 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  14. 제 13 항에 있어서,
    분말 또는 과립 형태의 상기 단열층(2, 4)이, 절연 재료로 제조되는 차단 장치(8)에 의해 상기 단열층의 길이 방향 2개의 단부에서 종결되는 하나 이상의 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    분말 또는 과립 형태의 상기 단열층(2, 4)이 절연 재료로 제조되는 하나 이상의 스페이스 바아(14)를 포함하며, 상기 스페이스 바아가 상기 파이프라인에 평행하게 배열되고 상기 단열층(2, 4)의 두께와 실질적으로 동일한 두께를 가지는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단부 대 단부로 연결될 수 있는 예비 조립식 부분(T)으로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 부분(T)이 하나 이상의 계단식 단부(E)를 가지며, 반경 방향 외측으로 갈수록 상기 부분(T)의 구성 부재들이 상대적으로 감소하는 길이 방향 신장부를 가지는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    누설 탐지 장치가 상기 파이프라인(C)의 전체 길이에 걸쳐 길이 방향으로 상기 제 1 파이프(1)와 상기 보호 케이스(6) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    단열 파이프라인.
  19. 저온 유체 수송을 위한,
    제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 파이프라인(C)의 용도.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 단열층(2, 4) 중 하나 이상을 통해 불활성 가스가 순환되는,
    파이프라인의 용도.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 파이프라인에 의해 지상 시설(I)에 연결되는 로딩 및 언로딩 스테이션(P)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액화 가스 수송용 해상 터미널.
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