KR20100052197A - Stress monitoring system and method for pipelines during underwater pipelaying - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파이프라인의 부설장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해상의 작업선(부설선)에서 작업된 파이프라인을 수중으로 침강시켜 해저 파이프라인을 부설하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for laying pipelines, and more particularly, to an apparatus for laying a subsea pipeline by submerging a pipeline worked in an offshore working vessel (submarine) into water.
일반적으로, 송유관, 가스관, 상수도관 등은 육상에서뿐만 아니라, 하천이나 강 또는 바다를 횡단하여 강바닥이나 해저에 파이프라인을 부설하게 된다.In general, oil pipelines, gas pipes, water pipes, etc. are not only on the land but also to install pipelines on riverbeds or seabeds across rivers, rivers or seas.
이와 같이 부설되는 송유관, 가스관, 상수도관, 발전소 취수관 등에 사용되는 파이프라인은 통상 지름이 0.5 ~ 1.0 m 또는 그 이상이고 그 길이가 대략 수백 미터에서 수십 킬로미터에 달하는 규모가 크고 수상 또는 해상에서 작업이 이루어지므로 자연조건에 의하여 부설되는 작업에 많은 제약이 뒤따르게 된다.Pipelines used in such oil pipelines, gas pipes, water pipes, power plant intake pipes, etc., are usually 0.5 to 1.0 m or more in diameter, and are several hundred meters to tens of kilometers in length and work on water or sea. Because of this, many restrictions are placed on the work laid under natural conditions.
예컨대, 종래 해저 파이프라인의 설치 방법에는 육상에서 제작 완료된 비교 적 짧은 길이의 파이프를 바다의 작업선(부설선, 포설선)을 이용하여 해상으로 이동한 후 짧은 길이의 파이프를 용접 접합하고 이와 동시 작업선을 이동시키면서 해저로 파이프를 침하시켜 설치하여가는 방법(lay barge method)이 대표적이다.For example, in the conventional method of installing a subsea pipeline, a comparatively short length of pipe manufactured on land is moved to the sea by using a sea work line (laying line, laying line), and then a short length pipe is welded and joined at the same time. The lay barge method is typical of sinking pipes to the sea floor while moving the work line.
하지만, 도 1에 도시된 바와 같이, 해상 작업선에서 시공되는 긴 길이의 파이프인(P)은 수중 혹은 해저로 침강할 시에는 침강 위치 차이에 의한 하중과 부력, 파랑, 조류 및 작업선의 운동(흔들림 또는 위치불안정) 등의 이유로 작업선으로부터 해저까지 침강하는 동안 파이프라인에는 많은 응력을 받게 되며, 이러한 응력은 작업선으로부터 이탈되어 해저를 향해 침강하는 파이프라인의 길이방향 및 그 둘레를 따라 위치변화에 따른 많은 응력변화가 형성되며, 이러한 응력변화는 파이프라인의 침강과 연동하여 지속적으로 변화하게 된다.However, as shown in Figure 1, the long length of the pipe-in (P) is constructed in the marine work ship when the submerged position or the buoyancy, wave, wave, and movement of the working ship (when settling underwater or seabed) During sedimentation from the working line to the seabed for reasons such as shaking or instability), this stress is displaced along the length and circumference of the pipeline from the working line and settles towards the sea floor. Many stress changes are formed, and these stress changes continuously change in conjunction with the sedimentation of the pipeline.
한편, 종래 파이프라인의 응력을 측정하기 수단으로는 '검사 피그(inspection pig)'라는 장비를 이용하는 경우가 있는데, 이 검사 피그는 이동성 지그의 한 형태로서, 파이프라인 내 유체의 흐름에 따라 파이프라인의 한 쪽에서 다른 쪽으로 이동할 수 있게 구성되며, 이러한 피그에는 파이프라인을 따라 이동하는 거리 및 속도를 결정할 수 있게 하고, 적어도 하나 이상의 센서가 파이프 내경에 밀착되도록 구성되어, 이동 중인 파이프라인의 내경에 대한 전체적인 응력을 계측할 수 있도록 하고 있다. (대한민국 등록번호 10-0853110호 참조)On the other hand, as a means of measuring the stress of a conventional pipeline, there is a case of using an equipment called an 'inspection pig'. The pigtail is configured to be able to move from one side to the other, and the pigs can determine the distance and speed of travel along the pipeline, and the at least one sensor is configured to be in close contact with the inner diameter of the pipeline being moved. The overall stress can be measured. (See Republic of Korea Registration No. 10-0853110)
하지만, 상기 검사 피그는, 설치 완료된 파이프라인에 대해 그 내경을 주행하며, 설치 후 파이프라인의 최종 안전 검사를 위한 것으로, 실질적으로 해상으로부터 해저를 향해 파이프라인의 부설 작업 중에는 그 사용이 불가하였다.However, the inspection pig, which runs the inner diameter of the installed pipeline, is for the final safety inspection of the pipeline after installation, and practically it cannot be used during the laying of the pipeline from the sea to the sea floor.
그리고 비록 종래 파이프라인의 내경 혹은 외경에 고정식 센서를 부착하여 침강 중인 파이프라인의 응력 정보를 획득하는 경우도 아주 드물게 있으나, 해상으로부터 수중으로 주입되는 파이프라인의 길이방향을 따라 응력정보 또한 연속하여 변화되는 것으로, 침강 중인 파이프라인에 대한 실시간으로 신속하고 정확한 응력정보를 획득하기는 곤란하였다.Although it is very rare to obtain the stress information of the sedimentation pipeline by attaching a fixed sensor to the inner or outer diameter of the conventional pipeline, the stress information also changes continuously along the longitudinal direction of the pipeline injected into the water from the sea. As a result, it was difficult to obtain fast and accurate stress information in real time on the pipeline being settled.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 해상의 작업선으로부터 해저로 침강되는 파이프라인의 부설 중 외력(파이프하중, 파랑, 조류 등)으로부터 파이프라인에 작용하는 응력 정보를 실시간으로 획득하여, 안정된 허용응력의 범위 내에서 부설작업을 수행할 수 있도록 하는 응력 계측방법 및 응력 계측장치를 제공함에 있다.Therefore, the present invention is to solve the conventional problems as described above, the object is the stress acting on the pipeline from the external force (pipe load, wave, tide, etc.) during the laying of the pipeline settled from the sea working line to the sea floor The present invention provides a stress measuring method and a stress measuring device for acquiring information in real time and performing laying work within a stable allowable stress range.
또한, 본 발명은 전기신호를 쓰기 어렵고, 수백에서 수천 미터 떨어진 원거리 지점의 응력 측정값을 안정성으로 확보할 수 있는 감지수단을 구비하는 응력 계측장치를 제공함에 있다.In addition, the present invention is to provide a stress measuring device having a sensing means that is difficult to write an electrical signal, and can secure a stress measurement value of a remote point hundreds to thousands of meters away.
상기한 바와 같은 과제를 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 해상의 작업선을 이동하여가며, 미리 제작된 파이프라인을 수중으로 침강 주입시켜 해저에 파이프라인을 부설 시, 작업선으로부터 해저를 향해 부설 중인 파이프라인의 내부에 배치되며, 그 길이방향 및 원주방향에 대해 다수개의 센서를 구비하는 감지파이프를 이용하여, 부설 중인 파이프라인과 연동하는 감지파이프의 응력정보로부터 파이프라인의 실제 응력정보를 실시간으로 획득하도록 한 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above-mentioned problems and to remove the conventional drawbacks is to move the work line of the sea, and to sediment injection of the pre-fabricated pipeline into the water when laying the pipeline on the seabed, from the sea line The actual stress of the pipeline from the stress information of the sensing pipe interlocked with the pipeline being laid by using the sensing pipe disposed inside the pipeline laid in the direction and having a plurality of sensors in its longitudinal and circumferential directions. Characterized in that the information is obtained in real time.
이때, 상기 센서는, 침강하는 파이프라인의 곡률변화와 연동하는 감지파이프 의 곡률변화에 따른 신장 또는 수축량을 측정하는 광섬유센서에 의해 파이프라인의 응력 정보를 획득하도록 한다.At this time, the sensor, so as to obtain the stress information of the pipeline by the optical fiber sensor for measuring the amount of elongation or shrinkage according to the change in curvature of the sensing pipe in conjunction with the change in curvature of the sinking pipeline.
상기와 같은 수단으로부터 본 발명은 해상으로부터 해저로 침강 중인 파이프라인의 길이방향 및 원주방향에 대한 위치별 응력 정보를 실시간으로 수집함으로서, 부설 작업 시 파이프라인의 안정된 응력을 지속적으로 구현할 수 있어, 부설 작업 중 파이프라인에 발생될 수 있는 손상을 미연에 예방할 수 있으며, 이로 인해 부설 작업의 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 것이다.From the above means, the present invention collects the stress information for each position in the longitudinal direction and the circumferential direction of the pipeline being settled from the sea to the sea floor in real time, so that the stable stress of the pipeline during the laying operation can be continuously implemented, laying It is possible to prevent damage to the pipeline during operation, which can further improve the efficiency of laying work.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 해저 파이프라인의 부설작업을 보이는 개략도를, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 감지파이프의 종단면도(a)와 횡단면도(b)를 도시한 것으로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 파이프라인의 응력계측은, 파이프라인(P)의 부설이 완료된 이후가 아닌 파이프라인(P)의 부설 중 발생되는 응력을 실시간으로 감지할 수 있도록 하는 것으로, 본 발명에 따른 응력 계측장치는, 해상의 작업선(1:도 1참조)으로부터 파이프라인(P)을 침강시키기 전, 파이프라인(P)의 선단에 위치 고정하고, 부설(침강) 중인 파이프라인(P)의 내부에 위치하 는 감지파이프(20)를 구비하도록 한다.2 is a schematic view showing the laying of the subsea pipeline according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a longitudinal cross-sectional view (a) and a cross-sectional view (b) of the detection pipe according to an embodiment of the present invention, 2 and 3, the stress measurement of the pipeline according to the present invention, so that it is possible to detect in real time the stress generated during the laying of the pipeline (P) rather than after the laying of the pipeline (P) According to the present invention, the stress measuring device according to the present invention is fixed to the tip of the pipeline P before being settled from the sea working line (see FIG. 1), and is being laid (sedimented). It is to be provided with a
본 발명에 따른 감지파이프(20)는 해상의 작업선(1)으로부터 해저에 부설(침강)완료된 파이프라인(P)까지 도달할 수 있는 만큼의 여유 길이를 가지도록 한다. 이러한 감지파이프(20)는 해상의 작업선(1)에 한쪽이 고정되고, 부설(침강) 중인 파이프라인(P)의 내부에 위치하는 다른쪽 선단(20a)은 부설(침강)완료되어 해저에 위치되는 파이프라인(P)까지 연장된 자유단으로 구성한다.The
즉, 본 발명에 따른 해상의 작업선(1)으로부터 이탈되어 해저를 향하는 부설(침강) 중인 파이프라인(P)의 응력 계측은 파이프라인(P)과 연동하는 감지파이프(20)를 구비함으로서, 상기 감지파이프(20)의 응력정보를 획득함으로서, 이렇게 감지파이프(20)의 응력정보로부터 부설 중인 파이프라인(P)의 실제 응력정보를 연산 처리하여 획득하게 되는 것이다.That is, the stress measurement of the pipeline P being laid (settled) away from the working line 1 of the sea according to the present invention toward the sea floor is provided with a
이때, 해상의 작업선(1)에는 감지파이프(20) 통해 부설(침강) 중인 파이프라인(P)에 대한 특정 지점(원주방향 및 길이방향)에 대한 응력변화를 지속적으로 수집하고, 이를 연산 처리, 표시하는 제어부(30)를 포함하게 된다.At this time, the work line 1 of the sea continuously collects the stress change for a specific point (circumferential direction and longitudinal direction) for the pipeline (P) being laid (settled) through the
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 감지파이프(20)에는 그 길이방향 및 원주방향을 따라 다수개의 센서(10)를 구비하게 된다. 이러한 센서(10)는 그 정확성, 정밀성에 상응하게 그 길이방향 및 원주방향에 대한 설치개수는 비례하는 것으로 각 센서(10)들의 설치 간격은 크게 한정하지 않는다.As shown in FIG. 3, the
이러한 감지파이프(20)는 초기 파이프라인(P)의 중심위치에 배치되어 파이프라인(P)의 침강속도와 동일하게 수중으로 주입되다가, 자유단인 그 선단(20a)이 해 저에 근접하여 부설(침강) 완료된 파이프라인(P)까지 연장되게 주입된 이후에는 감지파이프(20)의 주입을 중지하고, 이렇게 해상의 작업선(1)과 해저 파이프라인(P)사이에 위치하게 되는 감지파이프(20)를 이용하여, 이후 작업선(1)의 이동과 연동하여 지속적으로 부설(침강)되는 파이프라인(P)의 응력정보를 획득하게 된다.The
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 부설 중 많은 응력변화를 유발하게 되는 "A" 혹은 "B"지점에서는 부설(침강)하는 파이프라인(P)의 휘어진(곡률변화)정도에 따라 그 내부에 위치하는 감지파이프(20) 또한 연동하여 파이프라인(P)의 내주면 일 측으로 근접하거나 밀착하여 위치하게 된다.For example, as shown in Figure 2, at the "A" or "B" point that causes a lot of stress changes during laying, depending on the degree of deflection (curvature change) of the pipeline (P) to lay (settling) therein Sense
즉, 도 4는 이와 같이 많은 곡률변화 즉, 응력변화를 보이게 되는 지점에서의 감지파이프의 형태를 보이는 종단면도(a) 및 횡단면도(b)를 도시한 것으로, 전술한 바와 같이, 파이프라인(P)의 변형정도와 대응하여 변형이 이루어지는 감지파이프(20)는 그 길이방향 및 원주방향에 대해 설치된 센서(10)를 통해 감지파이프(20)의 신장 혹은 수축량에 대한 정보를 수집하게 되며, 이렇게 수집된 정보로부터 해상 작업선(1)의 제어부(30)는 감지파이프(20)의 응력정보로부터 파이프라인(P)의 응력정보를 비교 획득할 수 있는 것이다.That is, Figure 4 shows a longitudinal cross-sectional view (a) and a cross-sectional view (b) showing the shape of the sensing pipe at the point where such a large curvature change, that is, a stress change, as shown above, the pipeline (P) The
이러한 감지파이프(20)의 센서(10)를 통한 응력정보는 연속하여 해저를 향해 부설(침강) 중인 파이프라인(P)의 길이방향 및 원주방향에 대한 응력정보를 지속적으로 획득하게 된다.The stress information through the
상기 감지파이프(20)에 구비되어 감지파이프(20)의 신장 혹은 수축량의 변화 정도를 측정하는 센서(10)로는 다양한 센서들이 구비될 수 있으나, 바람직하게는 감지파이프(20)의 길이방향으로 이어진 광섬유에 구비되는 광섬유센서를 이용하도록 함이 바람직하다. 즉 길이방향에 대한 설치가 용이한 광섬유센서를 감지파이프(20)의 내주면에 원주방향으로 다수개를 설치 구성함으로서, 감지파이프(20)에 대한 길이방향 및 원주방향에 대한 특정 지점에 대한 신장 혹은 수축량을 획득할 수 있다.Various sensors may be provided as the
이러한 광섬유센서는 외력(파이프라인의 곡률(d)변화)에 의해 신장되면 광섬유의 단면적이 감소하게 되고, 이로 인한 빛의 통과량의 정도를 감지하는 방식(LAM : light attenuation method)으로 그 정확성에 의해 정밀 산업분야에서 많이 사용되고 있다. 이러한 광섬유센서의 채택으로 인해 본 발명에 따른 상기 제어부(30)에는 광신호 발생기, 광신호 수집 및 광신호 처리기가 부수적으로 포함되어야 할 것이다. 아울러 주지, 관용으로 사용되고 있는 광섬유센서에 의한 부가 상세설명은 생략하기로 한다.When the optical fiber sensor is extended by an external force (change in the curvature (d) of the pipeline), the cross-sectional area of the optical fiber is reduced, and thus the degree of light passage is detected (LAM: light attenuation method). It is widely used in the precision industry. Due to the adoption of the optical fiber sensor, the control unit 30 according to the present invention should additionally include an optical signal generator, an optical signal collector, and an optical signal processor. In addition, the detailed description by the optical fiber sensor that is used for the common, conventional will be omitted.
이상적으로, 본 발명에 따른 감지파이프(20)의 직경은 파이프라인(P)의 내경과 대략 일치하도록 형성함으로서 그 원주방향으로 등 간격 배치된 센서(10)들을 통해 파이프라인(P)의 응력변화와 일치하게 연동하는 감지파이프(20)의 보다 정확한 응력정보를 수집할 수 있도록 할 수 있으나, 이러한 감지파이프(20)의 하중이 더해져 부설되는 파이프라인(P)의 응력변화를 가중시키게 되거나 그 설치 및 제거작업의 애로사항을 적절히 고려하여 감지파이프(20)의 직경이 결정되어야 할 것이 다.Ideally, the diameter of the
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 파이프라인의 횡단면 개략도를 보이는 것으로, 본 발명에 따른 감지파이프(20)에는, 파이프라인(P)의 부설(침강) 시 파이프라인(P)의 내주면과 접촉되는 감지파이프(20)의 손상을 예방하고, 차후 부설 완료된 파이프라인(P)으로부터 감지파이프(20)의 분리, 회수작업을 용이하게 수행할 수 있도록 파이프라인(P)과 구름 접촉할 수 있는 롤러(21)들을 그 외주면 원주방향과 길이방향으로 구비하도록 함이 바람직하다.On the other hand, Figure 5 shows a cross-sectional schematic diagram of the pipeline according to another embodiment of the present invention, the
이상과 같은 구조에 의한 파이프라인의 응력 계측장치를 이용한 그 작업단계를 설명하면 다음과 같다.Referring to the working steps using the stress measuring device of the pipeline according to the above structure as follows.
먼저, 미리 제작된 짧은 길이의 파이프를 해상으로 이동시킨 후, 해저 파이프라인(P)의 설치 시작위치에 작업선을 위치시킨 후, 초기 부설(침강)되는 파이프라인(P)의 중심에 감지파이프(20)의 선단(20a)을 위치시킨다.First, after moving the pre-fabricated short length pipe to the sea, the work line is positioned at the installation start position of the subsea pipeline P, and then the detection pipe at the center of the pipeline P initially laid (settled). The
이후, 작업선의 작업자는 짧은 길이의 파이프를 용접 접합시키며 파이프라인(P)을 제작하는 동시 작업선의 위치 이동과 연계하여 지속적으로 파이프라인(P)을 수중으로 침강시키게 되는데, 이와 함께 센서(10)가 내장된 감지파이프(20) 또한 파이프라인(P)의 침강속도와 동일하게 수중으로 주입되는데, 이때 감지파이프(20)는 파이프라인(P)의 큰 응력이 발생하는 부분, 즉 부설(침강) 중인 파이프라인(P)의 응력정보를 획득할 수 있을 만큼인 해상에서 해저까지의 응력정보만을 취급하게 되는 것으로, 이상과 같이 초기 파이프라인(P)과 함께 주입되는 감지파이 프(20)는 자유단인 그 선단(20a)이 부설(침강) 완료된 해저 파이프라인(P)에 도달하는 순간 더 이상의 주입을 중지하고, 작업선(1)에 고정된 상태를 이루게 된다.Subsequently, the worker of the working ship welds and joins a short length of pipe and continuously sinks the pipeline P in water in connection with the movement of the position of the simultaneous working ship that manufactures the pipeline P, together with the
이렇게 위치 고정된 상태를 이루는 감지파이프(20)는 이후, 계속하여 부설(침강)되는 파이프라인(P)의 응력정보(곡률(d)변화)와 대응하여 응력변화를 유발하게 되며, 이러한 감지파이프(20)의 응력변화를 센서(10)는 계속하여 실시간으로 수집하여, 이렇게 수집된 값으로부터 부설(침강) 중인 파이프라인(P)의 길이방향 및 원주방향에 대한 실제 응력정보를 연속하여 획득하게 되는 것이다.The
이렇게 부설(침강) 중인 파이프라인(P)의 응력정보가 수집되는 제어부(30)는 미리 설정된 한계 정보로부터 파이프라인(P)의 해당 부위가 응력의 안정(허용)범위를 지나치게 될 경우, 작업자는 작업선(1)의 이동속도, 파이프라인(P)의 수중 주입속도 등 파이프라인(P)의 부설작업을 조정하여 부설 중인 파이프라인(P)의 손상발생을 미연에 방지할 수 있도록 하며, 심각한 상황이 초래될 염려가 있는 경우에는 부설작업을 긴급 정지하도록 한다.In this way, the control unit 30 in which the stress information of the pipeline P being laid (settled) is collected is the operator when the corresponding portion of the pipeline P exceeds the stable (allowable) range of the stress from preset limit information. By adjusting the laying work of the pipeline P such as the moving speed of the work line 1 and the underwater filling speed of the pipeline P, the damage of the pipeline P being laid can be prevented in advance. If there is a concern that the situation may be caused, the laying work should be stopped immediately.
이후, 해저 파이프라인(P)의 부설이 완료된 다음 본 발명에 따른 감지파이프(20)는 윈치 등을 이용하여 해저에 부설 완료된 파이프라인(P)으로부터 분리, 회수하게 된다.Subsequently, after the laying of the subsea pipeline P is completed, the
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
도 1은 종래의 해저 파이프파인의 부설작업을 보이는 개략도1 is a schematic view showing the installation work of the conventional subsea pipe pine
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 해저 파이프라인의 부설작업을 보이는 개략도Figure 2 is a schematic diagram showing the laying work of the subsea pipeline according to an embodiment of the present invention
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 감지파이프의 단면 개략도3 is a schematic cross-sectional view of a sensing pipe according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명에 실시예에 의한 감지파이프의 작동상태에 따른 단면 개략도Figure 4 is a schematic cross-sectional view according to the operating state of the detection pipe according to an embodiment of the present invention
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 파이프라인의 횡단면 개략도5 is a cross-sectional schematic diagram of a pipeline according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
(P) : 파이프라인(P): pipeline
(1) : 작업선(포설선)(1): Working ship (laying ship)
(10) : 센서10.sensor
(20) : 감지파이프(20): detection pipe
(21) : 롤러21: roller
(30) : 제어부30: control unit
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