KR20140101892A - 해양 플랜트의 플레어 시스템용 스위블 조인트 - Google Patents

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KR20140101892A
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Abstract

본 발명은 스위블 조인트에 관한 것으로 보다 구체적으로는 한번의 그리스 주입으로 반영구적으로 작동시킬 수 있는 해양 플랜트의 플레어 시스템용 스위블 조인트에 관한 것이다.
본 발명에서 제안하는 해양 플랜트의 플레어 시스템용 스위블 조인트는 원통형 바디와, 상기 원통형 바디의 양측에 각각 결합되는 제 1 및 제 2 연결부재로 이루어지며, 상기 제 1 연결부재는 체결 부재의 개입에 의하여 일측이 상기 원통형 바디의 일측과 결합하는 원통형의 제 1 커버와, 일측이 상기 원통형의 제 1 커버의 타측과 결합되는 제 1 엘보우 부재와, 상기 엘보우 부재의 타측과 결합되며 배관이 연결되는 제 1 플랜지를 포함하며, 상기 제 2 연결부재는 중앙에 원형 개구부가 형성되어 있는 원판타입의 제 2 커버와, 일측이 상기 제 2 커버의 내경부와 결합되는 원통형의 샤프트와, 일측이 상기 원통형의 샤프의 타측과 결합되는 제 2 엘보우 부재와, 상기 엘보우 부재의 타측과 결합되며 선회 운동하는 배관과 연결되는 제 2 플랜지를 포함하며, 상기 원통형 바디 내경부에는 상기 내경부를 따라 일주하는 소정의 격벽이 형성되어 있으며, 상기 격벽을 중심으로 우측에는 외경부가 소정의 단차를 갖도록 형성된 도넛 형상의 제 1 베어링이 삽입되어 안착되고, 상기 격벽을 중심으로 좌측에는 상기 제 1 베어링과 대칭적인 형상을 갖는 제 2 베어링이 안착되며, 상기 제 1 커버와 상기 제 1 베어링 사이에 개입되어 상기 원통형 바디 내부에 안착되는 베어링 커버가 제공되며, 상기 원통형의 샤프트에는 상기 원통형 바디에 상기 제 2 연결부재가 결합된 상태에서 그리스 주입을 하고 O-링으로 밀봉되는 플러그가 형성되어 있다.
본 발명에 따른 스위블 조인트는 초기에 그리스를 주입하여 밀봉한 상태에서 사실상 반영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

Description

해양 플랜트의 플레어 시스템용 스위블 조인트{Swivel joint for flare system of offshore plant}
본 발명은 스위블 조인트에 관한 것으로 보다 구체적으로는 한번의 그리스 주입으로 반영구적으로 작동시킬 수 있는 해양 플랜트의 플레어 시스템용 스위블 조인트에 관한 것이다.
일반적으로, 고정식, 부유식, 또는 유연식 구조물로 이루어지는 해양플랜트는 일반 선박과는 달리 유전 또는 가스 채굴지점에 설치된 이후 약 3년에서 많게는 30년까지 운용되므로 이에 따른 설계상의 고려조건도 상당히 까다로운 편이며, 바람이나 파도 등의 기후적 영향과 해상의 특수한 환경적 상황은 물론 석유제품의 생산으로 화재 및 폭발에 대한 안정성 확보와 관련된 다양하고 난이도 높은 기술이 요구되고 있다.
최근에는 1,000m 이상의 심해역에서의 석유자원 개발에 대한 수요증가로 인해 관련 기술의 확보 및 개발이 다양하게 진행되고 있으며, 기존의 단일 기능의 단순 목적용에서 시추, 생산, 저장 등을 동시에 수행할 수 있는 다목적용 해양플랜트에 대한 수요와 개발에 관심이 점증하고 있는 추세이다.
현재 국내 산업기반과 기술수준에서 그 실현성이 상대적으로 높은 석유, 가스 자원용 해양플랜트 설계기술과 해양공간이용을 위한 해양플랜트 기술이 시기적으로 가장 먼저 확보되어야 하며, 이러한 기술은 해양플랜트 엔지니어링 기술 확보라는 공통된 지향점을 가지고 있으므로 기술투자의 집중도 및 그 파급효과가 높을 것으로 예상되고 있다.
본 발명은 이러한 시대적 요구에 부응하여 해양 플랜트를 구성하는 수많은 장치, 시스템, 모듈 중에서 특히 플레어(flare) 시스템에 적용되고 있는 스위블 조인트에 새로운 구조를 제안하고자 한다.
도 1은 일반적인 플레어 시스템의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 플레어 시스템은 물 분사 노즐, 스위블 조인트, 시 패스닝(sea fastening) 구조물, 파운데이션 등으로 이루어진다.
업계에 주지된 바와 같이, 플레어 시스템의 스위블 조인트는 헐(hull) 쪽의 라인과 플레어 시스템의 라인을 상호 연결하는 부재로서, 해저에서 분출되는 오일, 가스 등의 폐유, 폐가스 등이 바람의 영향을 받는 것을 고려하여 플레어 시스템이 바람의 방향에 따라 0도 ~ 180도까지 스윙 이동 가능하게 하는 역할을 수행한다.
즉, 스위블 조인트는 배관과 배관을 연결하는 장치로 버너붐(burner boom)이 회전을 하게 될 경우에도 안정적으로 가스 및 유체를 흘려보낼 수 있도록 제작되는 장비이다.
그런데, 현재 해외 선진사로부터 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 플레어 시스템용 스위블 조인트는 그리스(grease)를 주입하는 형식으로, 주기적인 사후관리 불편함과 더불어 니플(Nipple)의 오염물질 이입으로 인해 다량의 녹이 발생한다는 문제점을 안고 있다.
예들 들어, 현재 수입 판매되고 있는 대부분의 스위블 조인트(특히, 고압용 스위블 조인트(working pressure : 500 bar 이상))의 경우 소량 생산 주문시 인도 기간이 대략 6개월 이상으로 장기간 소요됨은 물론 대당 수입 가격이 대략 3억 ~ 5억원 정도의 고가라는 문제점이 있으며, 아울러, 조선소의 자재품질 및 설계에서는 장시간 사용시 오일 공급문제 발생, 니플(Nipple)의 불량으로 인한 녹 발생으로 인해 유지보수 비용이 증가하여 선주들로부터의 많은 클레임을 받고 있는 실정이다.
특허문헌: 출원번호 10-1998-0703119, 발명의 명칭: 유체 스위블 커넥터
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, Oilless 고압~저압 Line의 스위블 조인트를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에서 개발하려는 스위블 조인트는 Oil-less 베어링을 채택하여 Oil의 공급으로 인한 불량을 줄이고, 무오일 채택으로 유지보수 비용을 감소의 효과를 거두고자한다.
본 발명에서 제안하는 해양 플랜트의 플레어 시스템용 스위블 조인트는 원통형 바디와, 상기 원통형 바디의 양측에 각각 결합되는 제 1 및 제 2 연결부재로 이루어지며,
상기 제 1 연결부재는 체결 부재의 개입에 의하여 일측이 상기 원통형 바디의 일측과 결합하는 원통형의 제 1 커버와, 일측이 상기 원통형의 제 1 커버의 타측과 결합되는 제 1 엘보우 부재와, 상기 엘보우 부재의 타측과 결합되며 배관이 연결되는 제 1 플랜지를 포함하며,
상기 제 2 연결부재는 중앙에 원형 개구부가 형성되어 있는 원판타입의 제 2 커버와, 일측이 상기 제 2 커버의 내경부와 결합되는 원통형의 샤프트와, 일측이 상기 원통형의 샤프의 타측과 결합되는 제 2 엘보우 부재와, 상기 엘보우 부재의 타측과 결합되며 선회 운동하는 배관과 연결되는 제 2 플랜지를 포함하며,
상기 원통형 바디 내경부에는 상기 내경부를 따라 일주하는 소정의 격벽이 형성되어 있으며, 상기 격벽을 중심으로 우측에는 외경부가 소정의 단차를 갖도록 형성된 도넛 형상의 제 1 베어링이 삽입되어 안착되고, 상기 격벽을 중심으로 좌측에는 상기 제 1 베어링과 대칭적인 형상을 갖는 제 2 베어링이 안착되며, 상기 제 1 커버와 상기 제 1 베어링 사이에 개입되어 상기 원통형 바디 내부에 안착되는 베어링 커버가 제공되며, 상기 원통형의 샤프트에는 상기 원통형 바디에 상기 제 2 연결부재가 결합된 상태에서 그리스 주입을 하고 O-링으로 밀봉되는 플러그가 형성되어 있다.
본 발명에 있어서, 상기 베어링 커버와 상기 제 1 커버 사이에 밀폐 구조 형성을 위한 O링이 개입되고, 상기 제 2 베어링 및 상기 제 2 베어링이 상호 접하는 상기 격벽사이에 밀폐 구조 형성을 위한 O링이 개입되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 스위블 조인트는 초기에 그리스를 주입하여 밀봉한 상태에서 사실상 반영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 해양 플랜트를 구성하는 종래 플레어 시스템의 일부이다.
도 2는 본 출원인이 설계 및 제작중인 플레어 시스템의 전체 설계도이다.
도 3은 도 2에서 붉은색으로 표시된 스위블 조인트 부분에 대한 확대도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 붉은색으로 표시된 스위블 조인트 부분에 대한 세부 확대도이다.
도 5 내지 8은 본 발명에서 제안하는 스위블 조인트의 외관 사시도, 정면도, 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에서 제안하는 해양플랜트의 플레어 시스템에 적용되는 스위블 조인트의 일 실시예에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 출원인이 설계 및 제작중인 플레어 시스템의 전체 설계도이고, 도 3은 도 2에서 붉은색으로 표시된 스위블 조인트 부분에 대한 확대도이고, 도 4는 도 2 및 도 3에 붉은색으로 표시된 스위블 조인트 부분에 대한 세부 확대도이다.
본 발명에서 제안하는 스위블 조인트는 플레어 시스템의 정상적인 작동을 위하여 플랜트 및 플레어 시스템에 연결에 사용되는 각종 라인(예컨대, Choke & Kill Line, Oil Line)을 상호 연결하는 부재이다.
일반적으로, 스위블 조인트의 수량 및 사양의 결정은 Drilling 시에 나오는 가스(이산화황 등), Oil 등으로 결정되는데 주요 Line의 수는 최소 7개 ~ 최대 12개 정도가 된다.
종류로는 하기와 같다.
a) Oil Well Line, b) Sea Water Line(Flare & Water Shield), c) Ignition Line, d) Pilot Gas Line, e) Fuel Line, f) Choke & Kill Line, g) Compressive Air Line, h) H2S Line
각각의 Line들은 조선소의 Drilling용 Pipe Practice의 사양에 따라서 주요한 스위블 조인트의 사양을 결정할 수 있고, Line중에서 Well Test Line인 Choke & Kill Line, Oil Well Line 등이 주로 고압이면서 NACE 및 Sour Gas Service를 충족하는 스위블 조인트가 사용된다.
스위블 조인트의 제작 시에 유의해야 할 사항은 두께가 19mm이상의 자재의 용접시의 모재의 판의 온도와 용접시의 온도를 차이로 인해 용접의 불량이 발생하므로 용접전의 Preheating와 용접후의 응력재거를 위해 Post Heating이 중요하다.
아울러, 용접후의 용접부의 열영향부 및 용접부의 결함의 확인(비파괴 검사) 과 경도를 측정하여 강도를 확인하여야 한다.
고압의 가스 및 유체가 외부로 빠져 나가지 않도록 packing 및 o-ring을 통해 밀봉을 한다.
밀봉이 잘 이루어지지 않을 경우 인명 및 재산상 피해가 발생 할 우려가 있기 때문에 스위블 조인트의 한쪽을 막고 다른 쪽으로 고압의 가스를 흘려서 정확한 밀봉이 이루어지는지 테스트를 통해 안정성을 평가할 필요가 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명에서 제안하는 해양플랜트의 플레어 시스템에 적용하고자 하는 스위블 조인트의 구성요소에 대하여 설명하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스위블 조인트는 원통형의 바디(1)와, 바디(1)의 일측 종단부에 삽입되어 결합되는 제 1 연결부재와, 바디(1)의 타측 종단부에 결합하는 제 2 연결부재로 이루어진다.
제 1 연결부재는 체결부재(16)의 개입에 의하여 일측이 원통형 바디(1)의 일측과 결합하는 원통형의 커버(3)와, 일측이 상기 원통형의 커버(3)의 타측과 결합되는 90도 엘보우 부재(18)와, 90도 엘보우 부재(18)의 타측과 결합되며 외부 배관이 연결 또는 체결되는 플랜지(6-1)를 포함한다.
다음, 제 2 연결부재는 중앙에 원형 개구부가 형성되어 있는 원판타입의 커버(4)와, 일측이 원판 타입 커버(4)의 내경부와 결합되는 원통형의 샤프트(2)와, 일측이 원통형의 샤프(2)의 타측과 결합되는 90도 엘보우 부재(7-1)와, 엘보우 부재(7-1)의 타측과 결합되며 선회 운동하는 외부 배관과 연결되는 (6-1)플랜지를 포함한다.
이하에서는 각각의 구성 요소에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
바디(1)는 외형이 원통형으로 이루어진 몸체로 그 내경부에는 베아링(8-1, 8-1)이 각각 밀착되어 안착되며 샤프트(2)를 보호하는 기능을 가짐과 아울러, 외부의 고정 배관과 연결되는 제 1 연결부재(원통형의 커버(3), 90도 엘보우(7-2), 및 플랜지(6-2))와 용접 등의 방식으로 결합된다.
샤프트(2)는 유체가 흐르는 유로가 형성되어 있는 원통형의 회전축으로 베아링(8-1)의 내경부에 삽입되어 원할한 회전과 편심 발생을 방지하는 기능을 수행한다.
샤프트(2)는 90도 플랜지(7-1) 및 플랜지(6-1)와 순차 결합되며 플랜지(6-1)의 종단부는 회전 또는 스윙 운동을 하는 외부 배관과 연결된다.
원통형의 커버(3)는 바디(1) 내부에 베어링(8-2) 및 베어링 커버(5)가 삽입 장착된 후 고정부인 제 1 연결부재 사이와의 틈새를 씰링하고 누수를 방지하는 기능을 각는다. 베어링 커버(5)는 바디(1)내부에 삽입된 베아링(8-2)를 밀착 지지하는 역할을 갖는다.
원통형의 커버(3)는 복수개의 관통홀이 외경부와 내경부 사이에 형성되어 있으며, 체결부재(16)에 의하여 상호 결합된다.
체결부재(16)로는 축 방향으로 결합하기 위한 볼트 등이 사용될 수 있으며, 스프링 와셔 등을 삽입하여 풀림을 방지할 수도 있다.
베어링 커버(5)와 원통형 커버(3) 사이에는 O링을 개입시켜 밀폐구조를 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 90도 엘보우(7-2)는 그림과 같이 플랜지(6-2)와 연결된다.
참고로, 플랜지(6-2)는 고정된 외부 배관과 연결되며 플랜지(6-1)는 회전 또는 스윙 운동(선회 운동)하는 배관과 연결된다.
다음, 제 2 연결부재를 구성하는 원판형의 커버(3)는 베어링(8-1)을 바디(1) 내부로 압착하는 기능을 수행한다.
도시된 바와 같이, 샤프트(2)와 연결된 90도 엘보우(7-1)은 프랜지와 연결되어 있다.
다음, 바디(1) 내경부에 안착되는 베어링(8-1, 8-2)는 바람직하게는 "SPHERICAL ROLLER THRUST BEARING"으로 이루어진다.
구면 롤러를 이용한 이러한 스라스트 베아링(8-1, 8-2)을 안착시키는 경우 바디91) 내경부의 설치 오차나 축의 휨등에 강건하며, 이들 베어링(8-1, 8-2)의 외경부는 바디(1)의 내경부에 밀착되도록 장착되어 유체 압력에 의한 축 방향 힘을 지지해준다.
샤프트(2)의 종단부에는 실 부재(9) 장착을 위한 공간이 가공되어 있으며 크롬코팅을 하여 부식을 방지하는 것이 바람직하다.
실부재(9)는 커버(3)와 샤프트(2)의 종단부의 틈새를 씰링하여 샤프트 내부로 흐르는 유체가 외부로 유출되지 않도록 한다.
더불어, 유동하는 유체가 고압인 경우 실 부재(9)를 받쳐주는 백업 링(BACKUP RING) 등을 사용할 수도 있다.
한편, 본 발명에서 사용된 O링(11, 12, 13, 14)는 커버(4)의 일측에 형성된 플러그를 통하여 바디(1) 내부로 최초 주입되어 공급된 그리스가 산화되지 않도록 하는 밀폐 구조를 형성하는 역할을 한다.
본 발명의 경우 그리스 충진 후 제품 수명이 다할 때까지 재충진을 필요로 하지 않는다.
본 발명에 있어서, 그리스 충진 후 플러그(19)는 O링(14)으로 밀봉된다.
도면에서, 세트 스크류(15, SET SCREW)는 베어링(5)과 샤프트가(2)가 조립된 후 풀림을 방지하기 위하여 스크류 박음으로 고정하는 부품이며, 릴리프 피팅(17, RELIEF FITTING)은 압력 누수에 의한 제품의 파손을 방지하기 위한 부품으로, 실 부재(9)가 예기치 않게 파손되어 누수가 발생할 경우 외부로 유체가 배출되도록 높은 압력을 낮추어 줌으로써 바디(1) 내부의 구성 요소를 안저하게 보호하는 역할을 수행하며, 렌치 플러그(18, Wrench Plug)는 최초 본 제품의 조립 후 기밀시험시 누수 여부를 확인하기 위한 검사 구멍의 역할을 하는 탭나사가 있는 구멍으로 검사 완료 후 밀봉 부재로 밀봉하며, 커버(4)에 형성되어 있는 플러그(9)는 초기에 Grease 충진용 홀로 사용되며 충진 후에는 O링(14)으로 밀봉된다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 전체적인 구성을 설명하기로 한다.
본 발명의 스위블 조인트를 구성하는 원통형 바디(1) 내경부에는 내경부를 따라 일주하는 소정의 격벽이 형성되어 있으며, 상기 격벽을 중심으로 우측에는 외경부가 소정의 단차를 갖도록 형성된 도넛 형상의 베어링(8-2)이 삽입되어 안착되고, 상기 격벽을 중심으로 좌측에는 베어링(8-2)과 대칭적인 형상을 갖는 베어링(8-1)이 안착된다.
커버(3)와 베어링(8-2) 사이에는베어링 커버(5)가 개입되어 바디(1)내에 안착되며, 원통형 샤프트(2)에는 상기 원통형 바디(1)에 제 2 연결부재가 완전 결합된 상태에서 그리스 주입을 하고 O-링(14)으로 밀봉되는 플러그(19)가 형성되어 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 베어링 커버(5)와 커버(3) 사이에는 밀폐 구조 형성을 위한 O링(11)이 개입되고, 베어링(8-1) 및 베어링(8-1)이 상호 접하는 상기 격벽사이에 밀폐 구조 형성을 위한 O링(12)이 개입되어 그리스의 외부 누출을 방지하고 외기와 접촉하여 산화되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 스위블 조인트는 초기에 그리스를 주입하여 밀봉한 상태에서 사실상 반영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
1. 원통형 바디
2. 원통형 샤프트
3. 커버
4. 커버
5. 베어링 커버
6-1, 6-2. 플랜지
7-1, 7-2. 엘보우
8-1, 8-2. 베어링
9. 실(seal) 부재
10. 백업 링
11, 12, 13, 14. 오링(O-ring)
15. 세트 스크류
16 체결부재
17. 릴리프 피팅
18. 렌치 플러그
19. 플러그

Claims (2)

  1. 해양 플랜트의 플레어 시스템용 스위블 조인트에 있어서,
    원통형 바디와,
    상기 원통형 바디의 양측에 각각 결합되는 제 1 및 제 2 연결부재로 이루어지며,
    상기 제 1 연결부재는
    체결 부재의 개입에 의하여 일측이 상기 원통형 바디의 일측과 결합하는 원통형의 제 1 커버와,
    일측이 상기 원통형의 제 1 커버의 타측과 결합되는 제 1 엘보우 부재와,
    상기 엘보우 부재의 타측과 결합되며 배관이 연결되는 제 1 플랜지를 포함하며,
    상기 제 2 연결부재는
    중앙에 원형 개구부가 형성되어 있는 원판타입의 제 2 커버와,
    일측이 상기 제 2 커버의 내경부와 결합되는 원통형의 샤프트와,
    일측이 상기 원통형의 샤프의 타측과 결합되는 제 2 엘보우 부재와,
    상기 엘보우 부재의 타측과 결합되며 선회 운동하는 배관과 연결되는 제 2 플랜지를 포함하며,
    상기 원통형 바디 내경부에는
    상기 내경부를 따라 일주하는 소정의 격벽이 형성되어 있으며,
    상기 격벽을 중심으로 우측에는 외경부가 소정의 단차를 갖도록 형성된 도넛 형상의 제 1 베어링이 삽입되어 안착되고,
    상기 격벽을 중심으로 좌측에는 상기 제 1 베어링과 대칭적인 형상을 갖는 제 2 베어링이 안착되며,
    상기 제 1 커버와 상기 제 1 베어링 사이에 개입되어 상기 원통형 바디 내부에 안착되는 베어링 커버가 제공되며,
    상기 원통형의 샤프트에는 상기 원통형 바디에 상기 제 2 연결부재가 결합된 상태에서 그리스 주입을 하고 O-링으로 밀봉되는 플러그가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트의 플레어 시스템용 스위블 조인트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 커버와 상기 제 1 커버 사이에 밀폐 구조 형성을 위한 O링이 개입되고,
    상기 제 2 베어링 및 상기 제 2 베어링이 상호 접하는 상기 격벽사이에 밀폐 구조 형성을 위한 O링이 개입되는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트의 플레어 시스템용 스위블 조인트.
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