KR20150040518A - 압력 용기 및 bop 장비 테스트용 압력 용기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고압의 유체를 저장할 수 있는 압력 용기 및 BOP 장비를 테스트하기 위해 BOP 장비를 투입할 수 있도록 형성되는 BOP 장비 테스트용 압력 용기에 관한 것으로, 내부 용기와 외부 용기를 갖는 다중 격벽 구조를 이용하여 내부 용기의 내압력을 향상시키고, 이를 통해 격벽 제작 두께를 감소시킬 수 있고 재료 선정의 다양성을 확보할 수 있으며, 또한, 내부 용기와 외부 용기를 상호 이격되게 지지하는 지지 모듈에 대해 원주 방향을 따라 특정 회전 각도로 배치된 상태에서만 내부 용기와 외부 용기가 상호 결합되도록 함으로써, 내부 용기와 외부 용기의 상호 결합 작업을 용이하게 수행할 수 있고, 정상적인 결합 여부를 용이하게 판단할 수 있으며, 아울러, 지지 모듈을 반경 방향을 따라 유동 가능하게 형성함으로써, 내부 용기와 외부 용기의 수축 팽창 변형에 따른 상대 이동을 가능하게 하고 이에 따라 압력 변형에 따른 손상 및 파손 등의 위험을 방지할 수 있고 안정적인 구조를 유지할 수 있는 압력 용기 및 BOP 장비 테스트용 압력 용기를 제공한다.

Description

압력 용기 및 BOP 장비 테스트용 압력 용기{Pressure Vessel for Testing BOP}
본 발명은 고압의 유체를 저장할 수 있는 압력 용기 및 BOP 장비를 테스트하기 위해 BOP 장비를 투입할 수 있도록 형성되는 BOP 장비 테스트용 압력 용기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 내부 용기와 외부 용기를 갖는 다중 격벽 구조를 이용하여 내부 용기의 내압력을 향상시키고, 이를 통해 격벽 제작 두께를 감소시킬 수 있고 재료 선정의 다양성을 확보할 수 있으며, 또한, 내부 용기와 외부 용기를 상호 이격되게 지지하는 지지 모듈에 대해 원주 방향을 따라 특정 회전 각도로 배치된 상태에서만 내부 용기와 외부 용기가 상호 결합되도록 함으로써, 내부 용기와 외부 용기의 상호 결합 작업을 용이하게 수행할 수 있고, 정상적인 결합 여부를 용이하게 판단할 수 있으며, 아울러, 지지 모듈을 반경 방향을 따라 유동 가능하게 형성함으로써, 내부 용기와 외부 용기의 수축 팽창 변형에 따른 상대 이동을 가능하게 하고 이에 따라 압력 변형에 따른 손상 및 파손 등의 위험을 방지할 수 있고 안정적인 구조를 유지할 수 있는 압력 용기 및 BOP 장비 테스트용 압력 용기에 관한 것이다.
일반적으로, 산업현장에서는 다양한 용도의 다양한 유체(액체 또는 가스)가 공급되어 사용되고 있으며, 이러한 다양한 유체를 고압 상태로 저장할 수 있는 압력 용기가 이용되고 있다. 또한, 과학기술의 발달과 더불어 액체 또는 가스의 사용량은 급속도로 증가하고 있으며, 이를 저장하는 압력 용기의 사용 범위 또한 급속도로 증가하고 있다.
이러한 압력 용기는 내부 유체의 누출을 방지할 수 있도록 안전성이 매우 중시되며, 최근에는 경제성 및 이동성의 향상을 위해 경량화에 대한 필요성도 매우 중요하게 인식되고 있다.
한편, 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, 최근에는 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 심해 유전의 개발이 더욱 활발하게 이루어지고 있다.
종래의 해저 시추에는 근해의 일 지점에 정박하여 시추 작업을 하는 고정식 플랫폼이 주로 사용되었으나, 최근에는 3,000m 이상의 심해에서 시추 작업이 가능한 부유식 시추 설비가 개발되어 해저 시추에 이용되고 있다.
이러한 시추 설비에는 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추할 수 있도록 데릭 시스템, 라이저, 드릴 스트링 등의 각종 시추 관련 장비들이 설치되어 있다.
심해 유전의 개발에서는 안전이 최우선 목표가 되어야 하는데, 유전의 폭발 사고를 방지할 수 있는 최후 안전수단으로 BOP(Blowout Preventer) 장비가 해저 유정의 상단에 설치된다. BOP 장비는 해상에 부유하는 시추선의 라이저에 연결되어 해저 유정의 상단 웰헤드에 안착 결합되는데, 유정 내부로부터 오일 또는 가스가 분출되는 것을 방지할 수 있도록 다수개의 램 장치 및 애뉼라가 장착되어 있다.
이러한 BOP 장비는 심해 환경에 적합한 형태로 수심 3,000 m (4,300 psi) 이상의 고압의 환경에서 내압으로는 15,000 psi 압력을 견디도록 설계된다. 그러나, 실제 심해 유정에 설치되기 전까지 실제와 같은 환경에서의 테스트 과정을 거치지 않기 때문에, 실제 설치 현장 작업시 여러가지 문제가 발생한다.
일반적으로 BOP 장비에 대한 테스트는 BOP 장비를 이루는 각 부품에 대해 각각 별도로 외압을 가하거나 내압을 가하는 방식으로 부분적인 테스트가 이루어지고 전체 조립된 상태에서는 이러한 테스트를 수행할 수 있는 장치가 전무한 상태로서, 실제 환경과 같은 조건에서 다양한 방식의 테스트를 수행할 수 있는 장치가 절실히 요구되고 있다.
특히, BOP 장비에 대한 일반적인 테스트가 실제 심해 환경에서 진행되는 것이 아니라 단순히 시추선 내에서 또는 지상에서 수행되고 있기 때문에, 테스트 결과에 대한 정확도 및 신뢰도가 크게 저하된다는 문제가 있었다.
국내등록특허 제10-1185286호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 내부 용기와 외부 용기를 갖는 다중 격벽 구조로서 내부 용기와 외부 용기를 상호 이격되게 지지하는 지지 모듈에 대해 원주 방향을 따라 특정 회전 각도로 배치된 상태에서만 내부 용기와 외부 용기가 상호 결합되도록 함으로써, 내부 용기와 외부 용기의 상호 결합 작업을 용이하게 수행할 수 있고, 정상적인 결합 여부를 용이하게 판단할 수 있는 압력 용기 및 BOP 장비 테스트용 압력 용기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 내부 용기와 외부 용기를 상호 이격되게 지지하는 지지 모듈을 반경 방향을 따라 유동 가능하게 형성함으로써, 내부 용기와 외부 용기의 수축 팽창 변형에 따른 상대 이동을 가능하게 하고 이에 따라 압력 변형에 따른 손상 및 파손 등의 위험을 방지할 수 있고 안정적인 구조를 유지할 수 있는 압력 용기 및 BOP 장비 테스트용 압력 용기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 BOP 장비를 테스트하기 위해 BOP 장비를 투입할 수 있도록 형성되는 BOP 장비 테스트용 압력 용기로서, 내부 용기와 외부 용기를 갖는 다중 격벽 구조를 이용하여 내부 용기 외부에 완충 챔버를 형성하고, 테스트 챔버와 완충 챔버의 압력을 서로 다르게 형성함으로써, 다중 격벽에 전달되는 압력의 크기를 테스트 챔버와 완충 챔버의 압력 차이를 이용하여 감소시킬 수 있어 고압력에도 안정적인 구조를 유지할 수 있고, 격벽 제작 두께를 감소시킬 수 있고 재료 선정의 다양성을 확보할 수 있는 BOP 장비 테스트용 압력 용기를 제공하는 것이다.
본 발명은, 내부에 고압의 유체를 저장할 수 있는 압력 용기에 있어서, 내부에 테스트 챔버가 밀봉되게 형성되는 내부 용기; 상기 내부 용기의 외부 공간에 완충 챔버가 밀봉되게 형성되도록 상기 내부 용기의 외부 공간을 이격되게 감싸는 외부 용기; 및 상기 내부 용기와 외부 용기를 서로 이격되게 지지하는 지지 모듈을 포함하고, 상기 지지 모듈은 상기 외부 용기의 내주면에 원주 방향을 따라 이격되게 배치되는 외부 서포트와, 상기 외부 서포트와 원주 방향을 따라 동일한 이격 간격을 갖도록 상기 내부 용기의 외주면에 이격되게 배치되어 상기 외부 서포트에 결합 지지되는 내부 서포트를 포함하고, 상기 내부 서프트와 외부 서포트는 상기 내부 용기 또는 외부 용기의 수축 팽창 변형시 반경 반향을 따라 일정 범위 이내에서 상대 이동 가능하게 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.
이때, 상기 내부 서포트와 외부 서포트의 적어도 어느 하나에는 반경 방향을 따라 길게 슬롯홀이 형성되고, 상기 내부 서포트와 외부 서포트는 상기 슬롯홀을 관통하는 체결구에 의해 반경 방향으로 상대 이동 가능하게 결합될 수 있다.
또한, 상기 외부 서포트에는 상면에 오목한 형태의 삽입홈이 형성되고, 상기 내부 서포트는 상기 내부 용기가 상기 외부 용기의 내부 공간으로 하향 투입됨에 따라 상기 삽입홈에 삽입 안착되며, 상기 슬롯홀은 상기 외부 서포트의 삽입홈 영역 및 상기 삽입홈에 삽입 안착되는 상기 내부 서포트의 삽입 영역 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.
한편, 본 발명은, BOP 장비를 테스트하기 위해 내부 공간에 상기 BOP 장비를 투입할 수 있도록 형성되는 BOP 장비 테스트용 압력 용기로서, 내부에 BOP 장비가 투입될 수 있도록 테스트 챔버가 밀봉되게 형성되는 내부 용기; 상기 내부 용기의 외부 공간에 완충 챔버가 밀봉되게 형성되도록 상기 내부 용기의 외부 공간을 이격되게 감싸는 외부 용기; 및 상기 내부 용기와 외부 용기를 서로 이격되게 지지하는 지지 모듈을 포함하고, 상기 지지 모듈은 상기 외부 용기의 내주면에 원주 방향을 따라 이격되게 배치되는 외부 서포트와, 상기 외부 서포트와 원주 방향을 따라 동일한 이격 간격을 갖도록 상기 내부 용기의 외주면에 이격되게 배치되어 상기 외부 서포트에 결합 지지되는 내부 서포트를 포함하고, 상기 내부 서프트와 외부 서포트는 상기 내부 용기 또는 외부 용기의 수축 팽창 변형시 반경 반향을 따라 일정 범위 이내에서 상대 이동 가능하게 상호 결합되고, 상기 테스트 챔버에는 고압의 액체가 저장되고 상기 완충 챔버에는 고압의 액체 또는 가스가 저장되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비 테스트용 압력 용기를 제공한다.
이때, 상기 내부 서포트와 외부 서포트의 적어도 어느 하나에는 반경 방향을 따라 길게 슬롯홀이 형성되고, 상기 내부 서포트와 외부 서포트는 상기 슬롯홀을 관통하는 체결구에 의해 반경 방향으로 상대 이동 가능하게 결합될 수 있다.
또한, 상기 내부 용기에는 상기 테스트 챔버에 액체를 공급할 수 있도록 일측에 내부 유입 포트가 형성되고, 상기 외부 용기에는 상기 완충 챔버에 액체 또는 가스를 공급할 수 있도록 일측에 외부 유입 포트가 형성될 수 있다.
또한, 상기 내부 유입 포트 및 외부 유입 포트가 별도의 외압 공급 유닛과 연결되고, 상기 외압 공급 유닛에 의해 상기 테스트 챔버에는 심해 압력이 공급되고, 상기 완충 챔버에는 상기 테스트 챔버에 공급된 압력보다 낮은 압력이 공급될 수 있다.
또한, 상기 내부 용기에는 상기 BOP 장비가 투입되어 안착 결합될 수 있도록 테스트 웰헤드가 고정 장착될 수 있다.
또한, 상기 내부 용기에는 상기 테스트 웰헤드와 연결되는 내압 공급 포트가 형성되고, 상기 내압 공급 포트는 상기 테스트 웰헤드를 통해 상기 BOP 장비에 내압이 공급될 수 있도록 별도의 내압 공급 유닛과 연결 가능하게 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 내부 용기와 외부 용기를 갖는 다중 격벽 구조로서 내부 용기와 외부 용기를 상호 이격되게 지지하는 지지 모듈에 대해 원주 방향을 따라 특정 회전 각도로 배치된 상태에서만 내부 용기와 외부 용기가 상호 결합되도록 함으로써, 내부 용기와 외부 용기의 상호 결합 작업을 용이하게 수행할 수 있고, 정상적인 결합 여부를 용이하게 판단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 내부 용기와 외부 용기를 상호 이격되게 지지하는 지지 모듈을 반경 방향을 따라 유동 가능하게 형성함으로써, 내부 용기와 외부 용기의 수축 팽창 변형에 따른 상대 이동을 가능하게 하고 이에 따라 압력 변형에 따른 손상 및 파손 등의 위험을 방지할 수 있고 안정적인 구조를 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, BOP 장비를 테스트하기 위해 BOP 장비를 투입할 수 있도록 형성되는 BOP 장비 테스트용 압력 용기로서, 내부 용기와 외부 용기를 갖는 다중 격벽 구조를 이용하여 내부 용기 외부에 완충 챔버를 형성하고, 테스트 챔버와 완충 챔버의 압력을 서로 다르게 형성함으로써, 다중 격벽에 전달되는 압력의 크기를 테스트 챔버와 완충 챔버의 압력 차이를 이용하여 감소시킬 수 있어 고압력에도 안정적인 구조를 유지할 수 있고, 격벽 제작 두께를 감소시킬 수 있고 재료 선정의 다양성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 구성을 개략적으로 도시한 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 지지 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 평면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 지지 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 절개 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 지지 모듈에 대한 또 다른 구성을 개략적으로 도시한 절개 사시도,
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 압력 용기의 지지 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 평면도,
도 6은 도 5에 도시된 압력 용기의 지지 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 BOP 장비 테스트용 압력 용기의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
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 압력 용기의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 지지 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 지지 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 절개 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기의 지지 모듈에 대한 또 다른 구성을 개략적으로 도시한 절개 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기(100)는 내부에 고압의 유체를 저장할 수 있는 용기로서, 내부 용기(101)와, 내부 용기(101)의 외부 공간을 감싸는 외부 용기(102)를 포함하는 다중 격벽 구조로 형성된다. 이때, 내부 용기(101)와 외부 용기(102)는 별도의 지지 모듈(110)에 의해 서로 이격되게 지지된다.
내부 용기(101)는 내부에 고압의 유체를 저장할 수 있도록 테스트 챔버(C)가 밀봉되게 형성되는데, 내부 용기 본체(101-1)와 내부 용기 커버(101-2)로 분리 형성된다. 내부 용기 본체(101-1)는 내부에 테스트 챔버(C)가 형성되도록 일면이 개방된 형태로 형성되고, 내부 용기 커버(101-2)는 내부 용기 본체(101-1)의 개방된 일면에 밀봉 결합되도록 형성된다.
외부 용기(102)는 내부 용기(101)의 외부 공간을 이격되게 감싸는 형태로 배치되며, 이에 따라 내부 용기(101)의 외부 공간, 즉, 내부 용기(101)와 외부 용기(102) 사이 공간에 완충 챔버(C1)가 형성된다. 이러한 외부 용기(102) 또한 외부 용기 본체(102-1)와 외부 용기 커버(102-2)로 분리 형성될 수 있으며, 외부 용기 본체(102-1)는 내부에 테스트 챔버(C)가 형성되도록 일면이 개방된 형태로 형성되고, 외부 용기 커버(102-2)는 외부 용기 본체(102-1)의 개방된 일면에 밀봉 결합되도록 형성된다.
지지 모듈(110)은 이러한 내부 용기(101)와 외부 용기(102)를 서로 이격되게 지지하도록 구성된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기(100)는 내부 용기(101)와 외부 용기(102) 사이에 완충 챔버(C1)가 형성되는 다중 격벽 구조를 가지며, 내부 용기(101)의 내부 테스트 챔버(C)에는 실제 저장 대상 유체인 고압 유체가 저장되고, 완충 챔버(C1)에는 내부 용기(101)의 내압력을 보완하기 위한 별도의 고압 유체가 저장될 수 있다. 즉, 완충 챔버(C1)에는 테스트 챔버(C)에 저장되는 유체의 압력보다 더 낮은 압력의 유체가 저장됨으로써, 실질적으로 고압의 유체가 저장되는 테스트 챔버(C)에 대한 내압력을 향상시킬 수 있다.
한편, 지지 모듈(110)은 이러한 내부 용기(101)와 외부 용기(102)를 서로 이격되게 지지하도록 구성되는데, 외부 용기(102)의 내주면에 원주 방향을 따라 이격되게 배치되는 외부 서포트(111)와, 이러한 외부 서포트(111)에 결합 지지되도록 내부 용기(101)의 외주면에 이격되게 배치되는 내부 서포트(112)를 포함하여 구성된다. 내부 서포트(112)는 외부 서포트(111)와 원주 방향을 따라 동일한 이격 간격을 갖도록 내부 용기(101)의 외주면에 이격되게 배치된다.
이때, 외부 서포트(111)에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상면에 오목한 형태의 삽입홈(113)이 형성되고, 내부 서포트(112)는 내부 용기(101)가 외부 용기(102)의 내부 공간으로 하향 투입됨에 따라 삽입홈(113)에 안착되어 삽입 결합되도록 구성된다.
이러한 구조에 따라 내부 용기(101)가 외부 용기(102)에 대해 수직 중심축을 중심으로 특정 회전 각도로 배치되는 경우에만 내부 서포트(112)가 외부 서포트(111)에 결합 지지될 수 있으므로, 내부 용기(101)와 외부 용기(102)를 상호 이격되게 결합 지지하는 작업을 더욱 용이하게 수행할 수 있으며, 정확하게 결합 지지되었는지 여부를 용이하게 확인할 수 있다.
한편, 외부 서포트(111)에 형성된 삽입홈(113)은 내부 서포트(112)가 삽입된 상태에서 내부 서포트(112)가 내부 용기(101)의 반경 방향으로 유동할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 내부 서포트(112)와 외부 서포트(111)는 내부 용기(101) 또는 외부 용기(102)의 수축 팽창 변형시 반경 방향을 따라 일정 범위 이내에서 상대 이동 가능하게 상호 결합되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 2의 확대도에 도시된 바와 같이 내부 서포트(112)의 외측 끝단은 삽입홈(113)의 외측 끝단면과 이격 간격(d)을 갖도록 형성되고, 외부 서포트(111)의 내측 끝단은 내부 용기(101)의 외주면과 이격 간격(d)을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 따라 내부 용기(101)의 팽창 수축에 따른 변형이 발생하더라도 내부 용기(101)의 변형이 이격 간격(d)을 통해 흡수될 수 있어 안정적인 구조가 유지될 수 있다.
즉, 내부 용기(101)의 테스트 챔버(C)에 고압의 유체가 저장되는 경우, 내부 용기(101)가 압력에 의해 팽창 변형할 수 있는데, 이때, 지지 모듈(110)이 내부 용기(101)를 변형 불가능하게 구속하게 되면, 내부 용기(101)는 팽창에 따른 영구 소성 변형이 발생할 수도 있고, 이는 외부 용기(102)에도 영향을 미치게 되며, 손상이나 파손 등의 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 모듈(110)은 내부 서포트(112)가 외부 서포트(111)에 결합된 상태에서 내부 용기(101)의 반경 방향으로 유동할 수 있도록 형성됨으로써, 내부 용기(101)의 팽창 변형을 일부 구간에서 허용하게 되고, 이에 따라 내부 용기(101)의 팽창 변형이 발생하더라도 안정적인 구조를 유지할 수 있다.
또한, 내부 용기(101)의 테스트 챔버(C)에 고압의 유체가 저장되어 내부 용기(101)가 팽창하는 경우, 내부 용기(101)는 반경 방향 팽창 이외에도 상하 방향(길이 방향)의 팽창 또한 아울러 발생하게 되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 모듈(110)은 이와 같은 상하 방향 팽창 변형을 일정 구간 범위 이내로 제한할 수 있도록 내부 서포트(112)의 상하 이동을 일정 범위 이내로 제한하는 상하 이동 구속 수단(111-1,111-2,111-3)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상하 이동 구속 수단은 도 4에 도시된 바와 같이 내부 서포트(112)가 외부 서포트(111)의 삽입홈(113)에 삽입된 상태에서 삽입홈(113)의 상단을 차단하는 형태로 외부 서포트(111)에 결합되는 차단 블록(111-2)의 형태로 구성될 수 있다. 차단 블록(111-2)은 별도의 결합 볼트(111-3)에 의해 결합될 수 있으며, 외부 서포트(111)에는 이러한 차단 블록(111-2)이 결합 볼트(111-3)에 의해 결합될 수 있도록 결합 체결부(111-1)가 형성될 수 있다.
한편, 내부 서포트(112)와 외부 서포트(111)는 전술한 바와 같이 단순히 내부 서포트(112)가 외부 서포트(111)의 삽입홈(113)에 유동 가능하게 삽입되는 형태로 상호 결합되도록 구성될 수도 있으나, 이와 달리 별도의 체결구(115)를 통해 상호 결합되도록 구성될 수도 있다. 이 경우에도, 내부 서포트(112)와 외부 서포트(111)는 내부 용기(101)의 반경 방향을 따라 일정 범위 이내에서 상대 이동 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 내부 서포트(112)가 외부 서포트(111)의 삽입홈(113)에 삽입된 상태에서 내부 서포트(112)와 외부 서포트(111)는 별도의 체결구(115)에 의해 상하 관통되는 형태로 상호 결합될 수 있다. 이때, 내부 서포트(112)와 외부 서포트(111)의 적어도 어느 하나에는 반경 방향을 따라 길게 슬롯홀(114)이 형성되고, 체결구(115)는 이러한 슬롯홀(114)을 관통하는 형태로 내부 서포트(112)와 외부 서포트(111)를 상호 결합시키도록 체결될 수 있다. 따라서, 내부 서포트(112)와 외부 서포트(111)는 슬롯홀(114)의 길이 범위에서 상호 상대 이동할 수 있다.
슬롯홀(114)은 내부 서포트(112)와 외부 서포트(111)의 상대 이동을 위한 것으로, 내부 서포트(112)와 외부 서포트(111) 중 어느 하나에만 형성되거나 또는 모두 형성될 수 있으며, 체결구(115)는 슬롯홀(114)을 관통하며 별도의 너트(미도시)를 통해 체결되는 볼트 형태로 구성될 수 있는데, 이외에도 슬롯홀(114)에 관통 삽입되는 단순 돌기 또는 바(bar) 형태로 형성될 수도 있는 등 다양하게 변경 가능할 것이다.
또한, 슬롯홀(114)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 외부 서포트(111)의 삽입홈(113) 영역 및 삽입홈(113)에 삽입되는 내부 서포트(112)의 삽입 영역 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.
한편, 내부 용기(101)에는 테스트 챔버(C)에 유체를 공급할 수 있도록 일측에 내부 유입 포트(101-3)가 형성되고, 외부 용기(102)에는 완충 챔버(C1)에 유체를 공급할 수 있도록 일측에 외부 유입 포트(102-3)가 형성된다. 내부 유입 포트(101-3)는 도 1에 도시된 바와 같이 내부 용기(101)로부터 연장되어 외부 용기(102)의 외부에 노출되도록 형성될 수 있다.
내부 유입 포트(101-3) 및 외부 유입 포트(102-3)는 별도의 외압 공급 유닛(400)과 연결되며, 외압 공급 유닛(400)을 통해 테스트 챔버(C)와 완충 챔버(C1)에 유체가 공급 저장된다.
외압 공급 유닛(400)은 테스트 챔버(C) 및 완충 챔버(C1)에 유체를 고압으로 공급하도록 작동하는 외압 공급 펌프(410)와, 외압 공급 펌프(410)로부터 내부 유입 포트(101-3) 및 외부 유입 포트(102-3)를 연결하는 외압 연결 라인(420)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 외압 공급 펌프(410)를 통해 테스트 챔버(C) 및 완충 챔버(C1) 모두에 대해 유체를 공급하도록 구성될 수도 있으나, 이와 달리 내부 유입 포트(101-3) 및 외부 유입 포트(102-3)가 각각 서로 다른 외압 공급 펌프(410)에 연결되도록 하여 각각 별도로 유체를 공급하도록 구성될 수도 있다.
또한, 내부 유입 포트(101-3) 및 외부 유입 포트(102-3)는 전술한 외압 연결 라인(420)을 통해 외압 공급 유닛(400)에 연결되는데, 이때, 외압 연결 라인(420)에는 외압 공급 유닛(400)에 의한 압력 공급을 차단할 수 있도록 각각 개폐 밸브(431,432)가 장착될 수 있다. 이러한 개폐 밸브(431,432)의 개폐 작동을 통해 테스트 챔버(C) 및 완충 챔버(C1)에 형성되는 유체의 압력을 조절할 수 있다.
이러한 압력 용기(100)의 테스트 챔버(C) 및 완충 챔버(C1)에 압력을 공급하는 방식을 살펴보면, 먼저, 개폐 밸브(431,432)를 개방 작동시킨 상태로 외압 공급 유닛(400)을 작동시켜 테스트 챔버(C) 및 완충 챔버(C1)에 액체(L)를 고압으로 공급하며, 이때, 테스트 챔버(C) 및 완충 챔버(C1)의 내부 압력이 제 1 압력(P1)에 도달하도록 유체를 공급한다. 이후, 외부 유입 포트(102-3)에 연결된 외압 연결 라인(420)의 개폐 밸브(432)를 폐쇄 작동시키고, 외압 공급 유닛(400)을 계속 작동시켜 테스트 챔버(C) 내부 압력이 제 1 압력(P1)보다 높은 제 2 압력(P2)에 도달하도록 유체를 공급한다.
이와 같이 완충 챔버(C1)에 제 1 압력(P1)의 유체가 공급 저장된 상태에서 테스트 챔버(C)에 제 1 압력보다 더 높은 제 2 압력(P2)의 유체가 공급되는 경우, 내부 용기(101)의 격벽에는 단일 격벽 구조와는 달리 P2 압력 전체가 전달되는 것이 아니라 P2-P1의 압력이 전달된다. 따라서, 단일 격벽의 압력 용기와 비교하여 상대적으로 더 낮은 설계 압력으로 제작할 수 있고, 이에 따라 격벽의 두께 또는 재료 선정과 같은 압력 용기에 대한 설계 자유도를 증가시킬 수 있다.
다시 말하면, 다중 격벽 구조를 통해 압력 용기(100)에 완충 챔버(C1)를 형성함으로써, 테스트 챔버(C)와 완충 챔버(C1)의 압력 차이를 이용하여 내부 용기(101)의 격벽에 작용하는 압력을 상대적으로 감소시킬 수 있고, 이에 따라 테스트 챔버(C)에 고압의 유체가 저장되는 경우에도 안정적인 구조를 유지할 수 있으며, 특히, 격벽의 제작 두께를 얇게 형성할 수 있으며, 재료 선정에 있어서도 다양성을 확보할 수 있다.
이러한 방식을 통해 압력 용기(100)에 압력을 공급함으로써, 압력 공급 과정에서도 내부 용기(101)의 격벽에는 P2 압력 전체가 전달되는 것이 아니라 P2-P1 압력이 전달되므로, 압력 용기(100)는 압력 공급 과정 중에도 항상 압력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 압력 용기(100)는 후술하는 바와 같이 해저 유전 개발에 사용되는 BOP 장비(200)를 테스트하기 위한 압력 용기로서 활용될 수 있으며, 이하에서는 도 7을 중심으로 BOP 장비 테스트용 압력 용기에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 BOP 장비 테스트용 압력 용기의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 BOP 장비 테스트용 압력 용기(100)는 도 1 내지 도 6에서 설명한 압력 용기를 BOP 장비 테스트용으로 활용한 것으로, 전술한 압력 용기와 기본적인 구성은 동일하므로, 여기서는 새롭게 추가된 구성을 중심으로 간략하게 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에 따른 BOP 장비 테스트용 압력 용기(100)는 내부에 테스트 챔버(C)가 형성되는 내부 용기(101)와, 내부 용기(101)의 외부 공간에 완충 챔버(C1)가 형성되도록 내부 용기(101)의 외부 공간을 이격되게 감싸는 외부 용기(102)를 포함하여 구성된다. 내부 용기(101)는 내부 용기 본체(101-1)와 내부 용기 커버(101-2)로 분리 형성되며, 외부 용기(102)는 외부 용기 본체(102-1)와 외부 용기 커버(102-2)로 분리 형성된다.
이때, 테스트 챔버(C)는 테스트 대상인 BOP 장비(200)가 투입되도록 형성되며, 이러한 테스트 챔버(C)에는 심해 환경과 유사한 환경에서 BOP 장비(200)에 대한 테스트를 수행할 수 있도록 내부에 고압의 액체(L)가 저장되고, 완충 챔버(C1)에는 내부 용기(101)의 격벽에 대한 내압력을 보완할 수 있도록 고압의 액체(L) 또는 가스가 저장된다. 이 경우, 완충 챔버(C1)의 압력이 테스트 챔버(C)의 압력보다 낮게 설정된다.
또한, 내부 용기(101)에는 테스트 챔버(C)에 액체(L)를 공급할 수 있도록 일측에 내부 유입 포트(101-3)가 형성되고, 외부 용기(102)에는 완충 챔버(C1)에 액체 또는 가스를 공급할 수 있도록 일측에 외부 유입 포트(102-3)가 형성된다.
내부 유입 포트(101-3) 및 외부 유입 포트(102-3)는 별도의 외압 공급 유닛(400)과 연결되며, 외압 공급 유닛(400)에 의해 테스트 챔버(C)에는 일정 압력, 예를 들면, 심해 압력인 경우 4,300 psi 이상의 압력이 공급되고, 완충 챔버(C1)에는 이러한 테스트 챔버(C) 압력보다 낮은 압력이 공급된다.
외압 공급 유닛(400)은 테스트 챔버(C) 및 완충 챔버(C1)에 유체를 고압으로 공급하도록 작동하는 외압 공급 펌프(410)와, 외압 공급 펌프(410)로부터 내부 유입 포트(101-3) 및 외부 유입 포트(102-3)를 연결하는 외압 연결 라인(420)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이 하나의 외압 공급 펌프(410)를 통해 테스트 챔버(C) 및 완충 챔버(C1) 모두에 대해 유체를 공급하도록 구성될 수도 있으나, 이와 달리 내부 유입 포트(101-3) 및 외부 유입 포트(102-3)가 각각 서로 다른 외압 공급 펌프(410)에 연결되도록 하여 각각 별도로 유체를 공급하도록 구성될 수도 있다. 외압 공급 펌프(410)는 일반적으로 액체를 공급하도록 구성되는데, 외부 유입 포트(102-3)와 연결되는 외압 공급 펌프(410)는 가스를 공급하는 컴프레셔 형태로 적용될 수도 있으며, 이를 통해 완충 챔버(C1)에 가스를 공급할 수도 있다.
또한, 외압 연결 라인(420)에는 외압 공급 유닛(400)에 의한 압력 공급을 차단할 수 있도록 각각 개폐 밸브(431,432)가 장착될 수 있고, 이러한 개폐 밸브(431,432)의 개폐 작동을 통해 테스트 챔버(C) 및 완충 챔버(C1)에 형성되는 유체의 압력을 조절할 수 있다.
이와 같은 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기(100)는 내부 용기(101)와 외부 용기(102)의 2중 격벽 구조로 그 사이 공간에 완충 챔버(C1)가 형성됨으로써, 자체 내압력이 향상되어 테스트 챔버(C)에 심해 환경과 같은 고압이 형성되더라도 상대적으로 안정적인 구조를 유지할 수 있다.
즉, 전술한 바와 같이 다중 격벽 구조를 통해 압력 용기(100)에 완충 챔버(C1)를 형성함으로써, 테스트 챔버(C)와 완충 챔버(C1)의 압력 차이를 이용하여 내부 용기(101)의 격벽에 작용하는 압력을 상대적으로 감소시킬 수 있고, 이에 따라 테스트 챔버(C)에 고압의 유체가 저장되는 경우에도 안정적인 구조를 유지할 수 있으며, 특히, 격벽의 제작 두께를 얇게 형성할 수 있으며, 재료 선정에 있어서도 다양성을 확보할 수 있다.
한편, 내부 용기(101)에는 BOP 장비(200)가 투입되어 안착 결합될 수 있도록 별도의 테스트 웰헤드(300)가 고정 장착될 수 있으며, 내부 용기(101)에는 테스트 웰헤드(300)와 연결되는 내압 공급 포트(101-4)가 형성될 수 있다. 내압 공급 포트(101-4)는 테스트 웰헤드(300)를 통해 BOP 장비(200)에 내압이 공급될 수 있도록 별도의 내압 공급 유닛(500)과 연결 가능하게 형성된다.
내압 공급 유닛(500)은 테스트 웰헤드(300)에 고압의 유체를 공급하도록 작동하는 내압 공급 펌프(510)와, 고압의 유체가 내압 공급 펌프(510)로부터 테스트 웰헤드(300)로 공급되도록 내압 공급 펌프(510)와 테스트 웰헤드(300)를 연결하는 내압 연결 라인(520)을 포함하여 구성될 수 있다. 내압 공급 펌프(510)는 액체를 공급하는 펌프의 형태로 적용될 수도 있고, 유정 내 고압의 가스 발생 상황을 재현하기 위해 액체와 가스를 동시에 공급할 수 있는 다상 펌프(multi-phase pump) 형태로 적용될 수도 있다.
또한, BOP 장비(200)는 내부 용기 커버(101-2)의 하단에 결합되어 내부 용기 커버(101-2)가 내부 용기 본체(101-1)에 결합되는 과정에서 테스트 챔버(C)에 투입되도록 구성될 수 있다. 즉, 내부 용기 커버(101-2)와 BOP 장비(200)가 일체로 운반되도록 상호 결합되고, 크레인에 의해 내부 용기 커버(101-2)를 내부 용기 본체(101-1)의 상면에 결합시킴으로써, 이와 동시에 BOP 장비(200)가 테스트 챔버(C)로 투입되도록 구성될 수 있다. 또한, 이때 BOP 장비(200)는 테스트 챔버(C)로 투입됨과 동시에 내부 용기 본체(101-1)의 내부 공간 하부에 위치한 테스트 웰헤드(300)에 안착 결합되도록 구성된다. 따라서, 내부 용기 커버(101-2)를 내부 용기 본체(101-1)에 밀봉 결합시키는 작업을 통해 BOP 장비(200)의 투입 작업 및 테스트 웰헤드(300)와의 결합 작업이 동시에 이루어질 수 있다.
한편, BOP 장비(200)는 실제 해저 유정에 설치되는 경우, 라이저를 통해 해상의 시추 설비와 연결되므로, 테스트 챔버(C)에 투입되는 BOP 장비(200)에는 별도의 라이저(220)를 연결하고, 이는 별도의 제어실(미도시)과 연결되도록 구성될 수 있다.
이러한 구조에 따라 BOP 장비(200)를 액체(L)에 잠기도록 테스트 챔버(C)에 투입하고, 이 상태에서 외압 공급 유닛(400)을 통해 테스트 챔버(C)에 일정 압력, 예를 들면, 4,300 psi 이상의 심해 압력을 제공함으로써, BOP 장비(200)에 대한 외압 테스트를 수행할 수 있다. 또한, 이 상태에서 내압 공급 유닛(500)을 통해 BOP 장비(200)에 내압을 제공함으로써, BOP 장비(200)에 대한 내압 테스트를 수행할 수 있다. 또한, 이러한 테스트 과정에서 제어실을 통해 BOP 장비(200)에 대한 동작 상태를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 외압 공급 유닛(400) 및 내압 공급 유닛(500)의 동작 상태 또한 제어할 수 있어 환경 조건 또한 다양하게 조절할 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.
100: 압력 용기 101: 내부 용기
102: 외부 용기 110: 지지 모듈
111: 외부 서포트 112: 내부 서포트
113: 삽입홈 114: 슬롯홀
115: 체결구 200: BOP 장비
300: 테스트 웰헤드 400: 외압 공급 유닛
500: 내압 공급 유닛

Claims (9)

  1. 내부에 고압의 유체를 저장할 수 있는 압력 용기에 있어서,
    내부에 테스트 챔버가 밀봉되게 형성되는 내부 용기;
    상기 내부 용기의 외부 공간에 완충 챔버가 밀봉되게 형성되도록 상기 내부 용기의 외부 공간을 이격되게 감싸는 외부 용기; 및
    상기 내부 용기와 외부 용기를 서로 이격되게 지지하는 지지 모듈
    을 포함하고, 상기 지지 모듈은
    상기 외부 용기의 내주면에 원주 방향을 따라 이격되게 배치되는 외부 서포트와, 상기 외부 서포트와 원주 방향을 따라 동일한 이격 간격을 갖도록 상기 내부 용기의 외주면에 이격되게 배치되어 상기 외부 서포트에 결합 지지되는 내부 서포트를 포함하고, 상기 내부 서프트와 외부 서포트는 상기 내부 용기 또는 외부 용기의 수축 팽창 변형시 반경 반향을 따라 일정 범위 이내에서 상대 이동 가능하게 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 서포트와 외부 서포트의 적어도 어느 하나에는 반경 방향을 따라 길게 슬롯홀이 형성되고,
    상기 내부 서포트와 외부 서포트는 상기 슬롯홀을 관통하는 체결구에 의해 반경 방향으로 상대 이동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 서포트에는 상면에 오목한 형태의 삽입홈이 형성되고,
    상기 내부 서포트는 상기 내부 용기가 상기 외부 용기의 내부 공간으로 하향 투입됨에 따라 상기 삽입홈에 삽입 안착되며,
    상기 슬롯홀은 상기 외부 서포트의 삽입홈 영역 및 상기 삽입홈에 삽입 안착되는 상기 내부 서포트의 삽입 영역 중 적어도 어느 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  4. BOP 장비를 테스트하기 위해 내부 공간에 상기 BOP 장비를 투입할 수 있도록 형성되는 BOP 장비 테스트용 압력 용기로서,
    내부에 BOP 장비가 투입될 수 있도록 테스트 챔버가 밀봉되게 형성되는 내부 용기;
    상기 내부 용기의 외부 공간에 완충 챔버가 밀봉되게 형성되도록 상기 내부 용기의 외부 공간을 이격되게 감싸는 외부 용기; 및
    상기 내부 용기와 외부 용기를 서로 이격되게 지지하는 지지 모듈
    을 포함하고, 상기 지지 모듈은
    상기 외부 용기의 내주면에 원주 방향을 따라 이격되게 배치되는 외부 서포트와, 상기 외부 서포트와 원주 방향을 따라 동일한 이격 간격을 갖도록 상기 내부 용기의 외주면에 이격되게 배치되어 상기 외부 서포트에 결합 지지되는 내부 서포트를 포함하고, 상기 내부 서프트와 외부 서포트는 상기 내부 용기 또는 외부 용기의 수축 팽창 변형시 반경 반향을 따라 일정 범위 이내에서 상대 이동 가능하게 상호 결합되고,
    상기 테스트 챔버에는 고압의 액체가 저장되고 상기 완충 챔버에는 고압의 액체 또는 가스가 저장되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비 테스트용 압력 용기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 내부 서포트와 외부 서포트의 적어도 어느 하나에는 반경 방향을 따라 길게 슬롯홀이 형성되고,
    상기 내부 서포트와 외부 서포트는 상기 슬롯홀을 관통하는 체결구에 의해 반경 방향으로 상대 이동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비 테스트용 압력 용기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 내부 용기에는 상기 테스트 챔버에 액체를 공급할 수 있도록 일측에 내부 유입 포트가 형성되고, 상기 외부 용기에는 상기 완충 챔버에 액체 또는 가스를 공급할 수 있도록 일측에 외부 유입 포트가 형성되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비 테스트용 압력 용기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 내부 유입 포트 및 외부 유입 포트가 별도의 외압 공급 유닛과 연결되고, 상기 외압 공급 유닛에 의해 상기 테스트 챔버에는 심해 압력이 공급되고, 상기 완충 챔버에는 상기 테스트 챔버에 공급된 압력보다 낮은 압력이 공급되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비 테스트용 압력 용기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 내부 용기에는 상기 BOP 장비가 투입되어 안착 결합될 수 있도록 테스트 웰헤드가 고정 장착되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비 테스트용 압력 용기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 내부 용기에는 상기 테스트 웰헤드와 연결되는 내압 공급 포트가 형성되고, 상기 내압 공급 포트는 상기 테스트 웰헤드를 통해 상기 BOP 장비에 내압이 공급될 수 있도록 별도의 내압 공급 유닛과 연결 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 BOP 장비 테스트용 압력 용기.
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