KR20150086282A - 생산 지원 및 저장 선박 - Google Patents

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Abstract

생산 지원 및 저장 선박이 제공되고, 또한 그러한 선박을 이용하여 해저로부터 채집된 광석과 같은 물질을 처리하는 방법이 제공된다. 생산 지원 및 저장 선박은 해저로부터의 광석을 받아들여, 처리하고, 벌크 저장 사일로에 광석을 저장하는 시설을 가진다. 또한, 생산 지원 및 저장 선박은 선박을 완전 작업 흘수선 아래까지 균형 잡는 밸러스트 능력 및 시스템을 가진다. 필요한 경우, 일반적으로 대략 일주일 단위로, 운송 선박이 생산 지원 및 저장 선박에 계선되어, 생산 지원 및 저장 선박이 컨베이어 시스템을 이용하여 저장된 광석을 옮겨싣는다.

Description

생산 지원 및 저장 선박{PRODUCTION SUPPORT AND STORAGE VESSEL}
본 발명은 생산 지원 및 저장 선박(PSSV)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 해저 채굴 활동을 위한 생산 지원 및 저장 선박으로서, 채굴 및 처리 설비와 채집된 해저 물질을 위한 벌크 저장소 및 자체 양하 능력을 포함하는 선박에 관한 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 배경기술을 참조하는 것은 그러한 기술이 호주 또는 그 외 지역에서 흔한 일반 지식을 구성한다고 인정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
해저 채굴 작업은 해저 물질을 채집하고 이 물질을 표면으로 이송하는 것을 포함한다. 전형적으로, 해저 물질은 채집되어 대개 라이저(riser)를 통해 표면상의 지원 선박으로 펌핑된다. 지원 선박은 해저 물질을 허용가능한 수송가능 수분 한도까지 탈수시키고, 그런 다음 해저 물질은 소형 벌크선 또는 바지선과 같은 운송 선박으로 넘겨진다. 표면상의 지원 선박은 버퍼(buffer)를 제공하는데 사용되는 상대적으로 작은 해저 광석 저장 시설을 포함한다. 버퍼의 저장능력은 전형적으로 일일 생산량을 초과하지 않는다.
운송 선박은 채집된 해저 물질을 위한 벌크 저장소를 포함하는 저장 선박으로 해저 물질을 운송한다. 대안적으로, 해저 채굴 작업이 육지에 근접한 정도에 따라 운송 선박은 해저 물질을 육지에 있는 저장 시설로 직접 운송할 수 있다. 어느 쪽이든, 지원 선박에서 저장 선박 또는 시설로 채집된 해저 물질을 운송하기에 충분한 수용력을 제공하기 위하여 전형적으로 2대 또는 3대의 운송 선박이 이용되어야 하고, 더 먼 거리에 대해서는 더 많은 선박이 이용되어야 한다. 일단 충분한 광석이 저장되면, 광석을 시장으로 가지고 가는 수출 선박 상으로 광석이 선적된다.
따라서, 해저 물질을 수용하여 운송함에 있어서 물류는 충분한 선박의 선단을 필요로 한다. 이것은 채집된 해저 물질을 원산지로부터 시장으로 운송하는 비용 및 복잡성을 증가시킨다. 또한, 어떤 경우에 연간 500회 이상, 선박 사이의 많은 계선(mooring) 작업이 요구된다. 각각의 계선 작업은 선박 충돌 및 설비 손상의 가능성을 가진다.
많은 수의 계선 작업은 효율성을 감소시키고 비용을 증가시킬 뿐만 아니라, 계선 작업은 개인 상해가 발생하는 상대적으로 고위험의 절차로 생각되고, 따라서 각각의 계선 작업은 현저한 작업장 건강 및 안전 위험을 제공한다. 선박 사이에서 화물이 처리될 때마다 환경 오염 위험도 존재한다.
본 발명의 목적은 전술한 단점 또는 문제점 중 하나 이상을 극복하거나 개선하거나, 또는 적어도 유용한 대안을 제공하는 생산 지원 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 바람직한 목적은 이하 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명의 일양태에 따르면, 수역 상에서 사용되기 위한 생산 지원 선박이 제공되는데, 상기 생산 지원 선박은 아래의 구성을 포함한다:
상기 수역의 표면 아래로부터 해저 물질을 받아들이는 해저 물질 리시버;
상기 해저 물질 리시버로부터의 해저 물질을 처리하는 해저 물질 프로세서;
상기 해저 물질 프로세서로부터의 처리된 해저 물질을 저장하는 하나 이상의 벌크 저장 사일로;
처리된 해저 물질을 상기 벌크 저장 사일로로 분배하도록 구성된 로딩 시스템; 및
상기 벌크 저장 사일로에서 상기 생산 지원 선박 옆에 계선된 운송 선박으로 처리된 해저 물질을 옮겨 싣도록 구성된 언로딩 시스템.
바람직하게는, 상기 벌크 저장 사일로는 상기 생산 지원 선박의 선체에 의해 형성된 내부 공간의 상당한 부분, 바람직하게는 과반 부분을 차지한다. 상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로는 바람직하게는 일주일치 생산량보다 더 많은 조합된 수용력을 가지고, 바람직하게는 광석 20,000 톤 이상, 더 바람직하게는 광석 30,000 톤 이상, 더욱더 바람직하게는 광석 40,000 톤 이상의 조합된 수용력을 가진다.
바람직한 형태에서, 광석 40,000 내지 50,000 톤, 바람직하게는 대략 45,000 톤의 조합된 수용력을 가진 4개의 벌크 저장 사일로가 제공된다. 4개의 벌크 저장 사일로는 바람직하게는 인접한 2쌍의 벌크 저장 사일로에 배치된다. 한 쌍의 인접한 벌크 저장 사일로는 바람직하게는 고물(aft) 쪽에 위치하고, 다른 한 쌍의 인접한 벌크 저장 사일로는 바람직하게는 이물(bow) 쪽에 위치한다. 벌크 저장 사일로는 바람직하게는 선박의 종축을 따라 정렬되어 있다.
로딩 시스템은 바람직하게는 해저 물질, 바람직하게는 광석을 상기 해저 물질 프로세서로부터 상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로로 분배한다. 바람직하게는, 로딩 시스템은 광석을 벌크 저장 사일로로 분배하기 위하여, 바람직하게는 하나 이상의 스크래퍼 또는 체인 컨베이어를 포함하는 하나 이상의 로딩 컨베이어를 포함한다. 바람직한 형태에서, 단일의 로딩 시스템이 광석을 벌크 저장 사일로 중에서 어디 곳으로도 분배할 수 있다. 바람직하게는, 로딩 시스템은 또한 저장 사일로를 우회하여 광석을 생산 지원 선박 옆에 계선된 운송 선박으로 직접 전달하는 능력을 가진다. 바람직하게는, 로딩 시스템은 광석을 벌크 저장 사일로로 분배하는 종방향 및 횡방향 컨베이어를 포함한다. 바람직하게는, 광석은 각각의 벌크 저장 사일로에 균등하게 분배하여, 저장되는 부피를 최대화하고, 선박 선적 밸러스트 및 안정성 고려를 제공한다.
언로딩 시스템은 바람직하게는 적어도 하나의 언로딩 컨베이어 시스템을 더 포함하고, 상기 언로딩 컨베이어 시스템은 상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로로부터 해저 물질, 바람직하게는 광석을 회수하여 운송 선박으로 양하한다. 바람직하게는, 언로딩 컨베이어 시스템은 적어도 하나의 스쿠퍼(scooper), 더 바람직하게는 적어도 하나의 종방향 스쿠퍼 및 적어도 하나의 횡방향 스크퍼를 포함한다. 언로딩 시스템은 또한 바람직하게는, 스쿠퍼로부터 물질을 받아들이는 수직 리프터(lifter), 바람직하게는 버킷 엘리베이터(bucket elevator), 및 수직 리프터로부터 물질을 받아들이는 붐 컨베이어(boom conveyor)를 포함한다. 붐 컨베이어는 바람직하게는 해저 물질을 일반적으로 운송 선박으로 옮겨 싣도록 구성된다.
대안적 형태에서, 언로딩 컨베이어 시스템은 적어도 하나의 기계적 그랩(grab)을 포함하고, 이 그랩은 광석을 수직 리프터 시스템을 공급하는 호퍼(hopper)로 전달한다. 언로딩 시스템은 또한 바람직하게는, 그랩과 호퍼로부터 물질을 받아들이는 수직 리프터, 바람직하게는 C자형 컨베이어, 및 수직 리프터로부터 물질을 받아들이는 붐 컨베이어를 포함한다. 붐 컨베이어는 바람직하게는 해저 물질을 일반적으로 운송 선박으로 옮겨싣도록 구성된다.
바람직한 형태에서, 2개의 언로딩 컨베이어 시스템이 제공되고, 제1 언로딩 컨베이어 시스템은 인접한 제1 쌍의 벌크 저장 사일로로부터 광석을 회수하고, 제2 언로딩 컨베이어 시스템은 인접한 제2 쌍의 벌크 저장 사일로로부터 광석을 회수한다. 제1 언로딩 컨베이어 시스템의 일부는 바람직하게는 인접한 제1 쌍의 벌크 저장 사일로의 각각의 벌크 저장 사일로 사이에 위치하고, 제2 언로딩 컨베이어 시스템의 일부는 바람직하게는 인접한 제2 쌍의 벌크 저장 사일로의 각각의 벌크 저장 사일로 사이에 위치한다. 바람직한 형태에서, 각각의 언로딩 컨베이어 시스템은 벌크 저장 사일로의 각 쌍에 종방향 및 횡방향 스쿠퍼, 벌크 저장 사일로의 각 쌍 사이에 버킷 엘리베이터 또는 C자형 컨베이어, 및 붐 컨베이어를 포함한다.
해저 물질 리시버는 바람직하게는 라이저의 적어도 일부분을 포함하고, 해저 물질 프로세서는 바람직하게는 탈수 플랜트를 포함한다. 해저 물질 프로세서는 석회 저장 및 주입 시스템(lime storage and dosing system)을 포함할 수 있다.
생산 지원 선박은 바람직하게는 적어도 하나의 크레인을 더 포함한다. 바람직한 형태에서, 생산 지원 선박은 2개의 크레인, 즉 전방 크레인 및 후방 크레인을 포함하고, 이 크레인들은 바람직하게는 선박의 동일한 측면에 위치한다.
크레인은 바람직하게는 선박의 대부분, 바람직하게는 관리 및 수용 부분을 제외한 실질적으로 선박의 모든 부분을 커버하는 작업가능 범위를 가진다. 관리 및 수용 부분은 바람직하게는 다리를 포함하고, 바람직하게는 선박의 전방 단부에 위치한다. 헬리패드(helipad)는 바람직하게는 관리 및 수용 부분 위에 또는 인접하여 제공된다. 수용 부분은 바람직하게는 100명 이상, 더 바람직하게는 150명 이상, 더욱더 바람직하게는 대략 180명을 위한 수용 시설을 가진다.
본 선박은 바람직하게는 해저 차량을 저장하도록 구성된 하나 이상의 차량 베이(bay)를 더 포함한다. 해저 차량은 바람직하게는 차량 베이를 통해 선박으로부터 양하되고 선적되는 해저 채굴 차량이다. 바람직하게는 리프트 윈치 및/또는 유입 파워 유닛(HPU)이 각각의 해저 채굴 차량을 양하하고 선적하기 위하여 제공된다. 차량 베이는 해저 비축 벌크 커터(seafloor stockpiling bulk cutter), 해저 보조 커터(seafloor auxiliary cutter), 및/또는 해저 수집 기계(seafloor collecting machine)를 위해 제공될 수도 있다. 바람직한 형태에서, 차량 베이 및 대응되는 윈치와 HPU가 해저 비축 벌크 커터, 해저 보조 커터, 및 해저 수집 기계 각각을 위해 제공된다.
본 선박은 바람직하게는 선박의 적어도 일부분을 통해 수직하게 연장되는 문풀(moon pool)을 더 포함한다. 문풀은 바람직하게는 선박의 중앙부에, 바람직하게는 선박의 중심선을 따라 위치한 개방 문풀이다. 문풀은 바람직하게는 실질적으로 정사각형 또는 직사각형이다. 바람직한 형태에서, 문풀은 10 m × 10 m의 정사각형이다. 바람직하게는 데릭(derrick)이 문풀에 인접하여 위치한다. 바람직한 형태에서, 데릭은 문풀의 바로 위에 위치한다.
본 선박은 바람직하게는 동적 위치설정 시스템을 더 포함한다. 동적 위치설정 시스템은 바람직하게는 복수의 추진기(thruster)를 포함한다. 바람직한 형태에서, 동적 위치설정 시스템은 이물, 전방 방위각 및 후방 방위각 추진기를 포함한다. 동적 위치설정 시스템은 바람직하게는 국제해사기구(IMO) 클래스 2 또는 바람직하게는 클래스 3 이상에 균등한 예비 시스템이다.
본 선박은 선박을 만재 위치(fully laden position)까지 균형 잡기에 충분한 수용력을 가진 밸러스트 시스템을 가진다. 밸러스트 시스템은 바람직하게는 어떠한 선적 및 양하 작업 또는 어떠한 진수 및 회복 작업 동안에도 실질적으로 일정한 흘수(draft) 및 건현(freeboard)이 가능하도록 연속적으로 조정될 수 있다.
바람직한 형태에서, 본 선박은 150 내지 250 m, 바람직하게는 180 내지 230 m, 더 바람직하게는 200 내지 220 m, 가장 바람직하게는 대략 210 m의 수선간(between perpendiculars; BP) 길이를 가진다. 이러한 바람직한 형태에서, 본 선박은 20 내지 60 m, 바람직하게는 30 내지 50 m, 더 바람직하게는 35 내지 45 m, 가장 바람직하게는 대략 40 m의 전폭(breadth)을 가진다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법이 제공되는데, 이러한 방법은 다음의 단계를 포함한다:
수역 아래에서 작업하는 하나 이상의 해저 채굴 차량을 이용하여 해저 물질을 채집하는 단계;
채집된 해저 물질을 표면 선박으로 전달하는 단계;
상기 채집된 해저 물질을 상기 표면 선박 상에서 처리하는 단계;
처리된 해저 물질을 상기 표면 선박 상의 하나 이상의 벌크 저장 사일로로 분배하는 단계;
상기 표면 선박 상에서 처리된 해저 물질을 상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로에 저장하는 단계; 및
처리된 해저 물질을 상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로에서 운송 선박으로 이송하는 단계.
상기 선박은 바람직하게는 본 명세서에서 설명된 생산 지원 선박이다. 채집된 해저 물질을 표면 선박으로 전달하는 단계는, 라이저를 이용하여 채집된 해저 물질을 표면 선박으로 이송하는 단계를 포함한다. 채집된 해저 물질을 표면 선박 상에서 처리하는 단계는, 바람직하게는 처리된 해저 물질을 상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로로 분배하는 단계 이전에, 채집된 해저 물질을 탈수하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 본 방법은 어떠한 선적 및 양하 작업 또는 어떠한 진수 및 회복 작업 동안에도 실질적으로 일정한 흘수 및 건현을 유지하도록 밸러스트를 조정하는 단계를 더 포함한다.
선박 상에서 처리된 해저 물질을 저장하는 단계는, 바람직하게는 적어도 꼬박 하루치의 생산량, 더 바람직하게는 적어도 3일치 생산량, 더욱더 바람직하게는 적어도 5일치 생산량을 저장하는 단계를 포함한다. 바람직한 형태에서, 선박 상에서 처리된 해저 물질을 저장하는 상기 단계는 적어도 일주일치 생산량을 저장하는 단계를 포함하고, 일주일치 생산량은 바람직하게는 대략 45,000 톤의 처리된 해저 물질이다.
본 방법은 해저 채굴 차량을 선박 상으로 이송하고, 하나 이상의 해저 채굴 차량을 선박으로부터 해저로 내려놓는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 하나 이상의 해저 채굴 차량을 해저로부터 회수하고, 해저 채굴 차량을 선박 상에 위치시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 바람직하게는 해저는 해수면 아래로 500 m보다 더 깊이, 더 바람직하게는 해수면 아래로 1,000 m보다 더 깊이, 더욱더 바람직하게는 해수면 아래로 2,000 m보다 더 깊이 있고, 해저 채굴 차량을 내려놓고 회수하는 상기 단계는 적어도 500 m의 거리, 더 바람직하게는 1,000 m의 거리, 더욱더 바람직하게는 2,000 m의 거리에 걸쳐 차량을 내려놓고 회수하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 저장된 해저 물질을 상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로에서 운송 선박으로 이송하는 단계는 저장된 해저 물질을 운송 선박으로 바다에서 운송하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 해저 물질은 하나 이상의 스쿠퍼, 하나 이상의 버킷 엘리베이터 또는 C자형 컨베이어, 및 하나 이상의 붐 컨베이어를 이용하여 운송된다. 저장된 해저 물질을 운송하는 상기 단계는, 바람직하게는 스쿠퍼를 이용하여 상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로로부터 상기 저장된 해저 물질을 회수하고, 상기 해저 물질을 상기 운송 선박으로 옮겨싣는 붐 컨베이어로 상기 해저 물질을 전달하는 버킷 엘리베이터에 회수된 해저 물질을 위치시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 오직 예시로서 첨부된 도면을 참조하여 이하 더욱더 완전하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일양태에 따른 생산 지원 선박의 부분적으로 투명한 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 생산 지원 선박의 평면도이다.
도 3은 운송 선박이 계선되어 있는 도 1에 도시된 생산 지원 선박의 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 생산 지원 선박의 갑판을 보여주는 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 생산 지원 선박의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일양태에 따른 방법의 개요의 흐름도이다.
도 1 내지 5는 채굴 및 처리 설비 부분(120)과 관리 및 수용 부분(180)을 지지하는 선체(110)를 가진 생산 지원 선박(100)을 도시하고 있다. 본 선박(100)은 해저 채굴 설비(미도시)에 연결된 라이저(riser; 200) 형태의 해저 물질 리시버를 가지고, 이 해저 물질 리시버는 일반적으로 해저 채굴 작업 시, 해수면 아래로 1,000 내지 2,500 미터 이상의 깊이에서 작동한다.
탈수 플랜트(300) 형태의 해저 물질 프로세서는 라이저(200)로부터 받아들인 해저 물질을 처리하고, 일단 처리되면 해저 물질을 4개의 벌크 저장 사일로(400, 420, 440, 460) 중 하나로 이송하도록 제공된다. 석회 저장 및 주입 플랜트(302)가 또한 분광(fines ore)의 산화를 감소시키기 위하여 해저 물질의 처리를 가능하도록 제공된다.
생산 지원 선박(100)의 채굴 처리 설비 부분(120)은 2개의 크레인, 즉 전방 크레인(122) 및 후방 크레인(124)을 포함한다. 전방 크레인(122) 및 후방 크레인(124)은 둘 다 선박(100)의 포트 측면에 위치하고, 도 2에 도시된 바와 같이 전방 작업가능 범위(122') 및 후방 작업가능 범위(124')를 가진다. 전방 및 후방 작업가능 범위(122', 124')는 관리 및 수용 부분(180)을 제외하고는 선박(100)의 대부분을 커버한다.
생산 지원 선박(100)의 채굴 및 처리 설비 부분(120)은 해저 채굴 작업에 사용되는 해저 채굴 차량을 저장하기 위한 3개의 차량 베이를 가지는데, 이 차량 베이는 비축 벌크 커터(SBC) 차량 베이(126), 보조 커터(AC) 차량 베이(128), 및 수집 기계(CM) 차량 베이(130)를 포함하고, SBC(126'), AC(128'), 및 CM(130')을 수용한다. 해저 차량, 즉 SBC(126'), AC(128'), 및 CM(130')은 각각 생산 지원 선박(100)의 자신 개개의 차량 베이(126, 128, 130)로부터 선적되고 양하된다.
SBC 차량 베이(126)에 인접하여 SBC 리프트 윈치(132) 및 SBC 유압 파워 유닛(134)이 있고, AC 차량 베이(128)에 인접하여 AC 리프트 윈치(136) 및 AC 유압 파워 유닛(138)이 있고, CM 차량 베이(130)에 인접하여 CM 리프트 윈치(140) 및 CM 유압 파워 유닛(142)이 있다. 리프트 윈치(132, 136, 140) 및 유압 파워 유닛(134, 138, 142)는 선박(100)으로부터 SBC(126'), AC(128'), 및 CM(130')을 선적하고 양하하는데 사용될 수 있다.
데릭(144)은 10 제곱미터의 문풀(146) 위로 수직하게 연장되도록 제공되고, 문풀은 도 1에 도시된 바와 같이 선박(100)의 선체(110)를 통해 수직하게 연장된다. 라이저(200)는 문풀(146)을 통해 해저 채굴 작업 시 해저에 또는 해저에 가까이 위치하는 설비까지 지나간다. 문풀(146)은 선박(100) 상에 대체적으로 중앙에 위치하고, 선박의 중심선(10)에 대해 중앙에 있다. 문풀(146)에 인접하여 데릭 하부 구조물(144')이 있다.
생산 지원 선박(100)의 관리 및 수용 부분(180)은 관리 및 수용 공간을 제공하는 복수의 층을 가진다. 바람직한 실시예에서, 대략 180명을 위한 수용 및 시설이 제공된다. 다리(182)가 관리 및 수용 부분(180)의 최상층에 위치하고, 그 위에 헬리패드(184)가 위치한다.
벌크 광석 저장 사일로(400, 420, 440, 460) 및 선박(100)에 파워를 제공하는 파워 플랜트(112)를 포함하는 다른 서비스가 선체 부분(110)에 위치한다. 선박(100)의 선체 부분(110)은 해저 채굴 작업 동안 실질적으로 일정한 건현, 즉 해수면 위 갑판의 높이를 유지하도록 구성된 밸러스트(111)를 포함하는 큰 밸러스트 수용력을 가진다. 선박(100)의 밸러스트 수용력은 바람직하게는 선적 및 양하 작업 동안 일정한 흘수 및 건현이 가능하도록 하기 위하여 만재 상태까지 균형 잡기에 충분하다.
본 선박(100)은 동적 위치설정 시스템을 가지고, 이 동적 위치설정 시스템은 복수의 방위각 추진기, 즉 후방 방위각 추진기(114), 전방 방위각 추진기(116), 및 이물 방위각 추진기(118)를 포함한다. 동적 위치설정 시스템은 국제해사기구(IMO) 클래스 2 또는 클래스 3에 균등한 예비 시스템이고, 이것은 일반적으로 미리 정해진 환경 제약 내에서 자동 및 수동 위치와 방향 제어를 제공할 수 있고, 예컨대 화재나 범람에 의한 구획의 손실을 제외하고 구성 요소 고장을 허용하는 여부를 가진다.
생산 지원 선박(100)은 로딩 컨베이어(150)를 포함하는 로딩 시스템을 가지고, 이 로딩 컨베이어는 바람직하게는 탈수 플랜트(300)에서 벌크 저장 사일로(400, 420, 440, 460)로 처리된 광석을 분배하는 횡방향 체인 컨베이어를 포함한다. 로딩 컨베이어(150)는 벌크 저장 사일로(400, 420, 440, 460) 중 어디로도 처리된 광석을 선택적으로 분배할 수 있다.
생산 지원 선박(100)은 2개의 언로딩 컨베이어 시스템을 포함하는 언로딩 시스템을 가지고, 각각의 언로딩 컨베이어 시스템은 인접한 쌍의 벌크 저장 사일로(400, 420, 440, 460)로부터 광석을 회수한다. 후방 언로딩 컨베이어 시스템은 벌크 저장 사일로(400)에 위치한 종방향 스쿠퍼(402) 및 횡방향 스쿠퍼(미도시), 벌크 저장 사일로(420)에 위치한 종방향 스쿠퍼(422) 및 횡방향 스쿠퍼(미도시), 후방 쌍의 벌크 저장 사일로(400, 420) 사이에 위치한 버킷 엘리베이터(430) 형태의 수직 리프터, 및 붐 컨베이어(432)를 포함한다. 전방 언로딩 컨베이어 시스템은 후방 언로딩 컨베이어 시스템과 유사하고, 벌크 저장 사일로(440)에 위치한 종방향 스쿠퍼(442) 및 횡방향 스쿠퍼(미도시), 벌크 저장 사일로(460)에 위치한 종방향 스쿠퍼(462) 및 횡방향 스쿠퍼(미도시), 전방 쌍의 벌크 저장 사일로(440, 460) 사이에 위치한 버킷 엘리베이터(450) 형태의 수직 리프터, 및 붐 컨베이어(452)를 포함한다.
붐 컨베이어(432, 452)는 도 2 및 3에 도시된 각각의 오프로드(offload) 범위(432', 452')를 가진다. 구체적으로 도 3에서, 운송 선박(50)이 생산 지원 선박(100)에 계선된 것으로 도시된다. 운송 선박(50)은 복수의 카고 홀드(cargo hold)(52)를 가지고, 각각의 카고 홀드는 붐 컨베이어(432, 452)의 오프로드 범위(432', 452')에 의해 적어도 부분적으로 커버된다. 바람직한 실시예에서, 운송 선박(50)은 대략 30,000 톤 DWT의 전체 운반 용량을 가진다.
붐 컨베이어(432, 452)는 선박(50)의 선창(52) 안으로 및 선창 밖으로 토공 기계(earth moving machine)(미도시)를 올리고 내리는 능력을 가진다. 토공 기계는 선박(50)의 선창(52)에 운반된 물질을 레벨링(levelling)할 수 있다. 이러한 레벨링은 선창(52)에서 처리된 물질의 완전한 운송을 보장한다. 토공 기계(미도시)는 선박(100)의 갑판 상에 저장된다.
바람직한 실시예에서, 생산 지원 선박(100)은 대략 210 m의 수선간(BP) 길이, 대략 227 m의 전장(OA), 및 대략 40 m의 전폭을 가진다. 생산 지원 선박(100)의 치수는 매우 신중하게 선택되고, 구성요소의 레이아웃이 신중하게 설계되어, 해저 채굴 작업의 모든 표면 지원 측면을 지원하는 단일의 선박(100)을 제공한다.
사용 시, 생산 지원 선박은 SBC(126'), AC(128'), 및 CM(130') 차량을 운반하여 원하는 지역으로 이동한다. 이 차량은 해저 물질을 채집하는(도 6의 단계 1000) 해저 채굴 작업을 시작하는 해저에 내려진다. 채집된 해저 물질은 라이저(200)를 통해 일반적으로 해수면 아래 1,000 m 이상의 해저로부터 생산 지원 선박(100)으로 전달되고, 거기에서 해저 물질은 탈수 플랜트(300)에 의해 처리되고(도 6의 단계 1200), 벌크 저장 사일로(400, 420, 440, 460)로 분배된다(도 6의 단계 1300). 그런 다음, 처리된 해저 물질은 벌크 저장 사일로(400, 420, 440, 460)에 저장되고(도 6의 단계 1400), 후속적으로 벌크 저장 사일로(400, 420, 440, 460)에서 운송 선박(50)으로 이송된다(도 6의 단계 1500). 벌크 저장 사일로(400, 420, 440, 460)의 수용력이 상대적으로 크기 때문에, 광석은 운송 선박(50)으로 양하되기 전에 대략 일주일 동안 벌크 저장 사일로(400, 420, 440, 460)로 전달되어 거기에 저장된다.
벌크 저장 사일로(400, 420, 440, 460)로부터 광석을 양하할 때, 스쿠퍼(402, 422, 442, 462)는 벌크 저장 사일로(400, 420, 440, 460)에 저장된 광석의 최상단으로부터 광석을 긁어내어 버킷 엘리베이터(430, 450)로 이송한다. 그런 다음, 버킷 엘리베이터(430, 450)는 광석을 붐 컨베이어(432, 452)로 이송하고, 붐 컨베이어는 광석을 운송 선박(50)의 선창(52)으로 옮겨싣는다. 그런 다음, 운송 선박(50)은 광석을 원하는 지역, 예컨대 시장으로 운송하고, 생산 지원 선박(100)은 계속하여 해저 채굴 작업으로부터 광석을 받아들여 처리하고 저장한다.
유리하게는, 생산 지원 선박(100)은 운송이 가능하고, 해저 채굴 차량, SBC(126'), AC(128'), 및 CM(130')을 운송하고 배치하는 것을 포함하는 해저 채굴 작업의 모든 측면을 담당할 수 있어서, 채집된 해저 물질을 받아들여 처리하고, 처리된 해저 물질을 위해 벌크 저장을 제공하여, 사일로 선박 또는 육지와 같은 추가적인 저장 위치에 해저 물질을 축적할 필요없이, 상대적으로 큰 운송 선박(50)이 후속적으로 해저 물질을 받아들여 시장 등으로 직접 가져갈 수 있게 한다.
전통적인 생산 지원 선박에 비해 감소된 수의 계선 작업은 효율성을 현저하게 증가시키면서, 충돌, 개인 상해, 또는 환경 오염 발생의 위험도 감소시킨다. 대체적으로, 인력 운송, 부패가능 운송, 및 급유 작업이 적기 때문에 안전과 효율성이 또한 증가된다.
생산 지원 선박(100)의 큰 밸러스트는, 특히 운송 선박(50)으로 매우 많은 양의 저장된 물질을 옮겨싣는 경우에, 채굴 설비의 진수와 회복과 선박 계선 작업 사이의 충격을 감소시킨다. 밸러스트는 또한 선박(100)이 선박(100)에 의해 또는 선박과 함께 수행되는 작업에 맞추어 흘수선 또는 트림(trim) 및/또는 경사선(heel)을 조정하게 해준다. 선박의 흘수선 및 건현이 선적과 양하 작업, 및 계선 작업 동안 일정하게 유지되게 함으로써, 계선 및 리프팅 작업이 단순화되어 안전이 증가되고, 2개의 선박 사이의 상대적 건현의 변화로 인한 사고의 위험도 감소된다. 밸러스트는 최대 여름철 만재 흘수선에 건현을 유지하도록 조정될 수 있어서, 채굴 기계의 진수 및 회복을 포함하는 모든 리프팅 작업 동안 및 이러한 리프팅 중 위험을 감소시키고 안전을 증가시키기 위한 해저 리프트 동안 일정한 건현을 유지한다. 낮고 일정한 건현을 유지함으로써, 선박 갑판에서 수면까지의 거리가 최소화되고, 이것은 리프트를 더욱 조절할 수 있게 한다.
또한, 생산 지원 선박(100)이 큰 밸러스트 용량으로 높게 유지될 수 있는 상대적으로 큰 질량을 가지기 때문에, 선박(100)은 더욱 안정하며, 감소된 움직임을 가져서, 그 결과 동적 위치설정 시스템이 선박(100)을 제 위치에 유지하기 위하여 더 적은 연료를 소모한다. 증가된 질량은 유리하게는 선박의 움직임을 감소하여, 선원의 안정감과 안전을 개선한다.
생산 지원 선박(100)은 유리하게는, 상당히 더 높은 파워 요구사항 또는 갑판을 서비스하기 위한 2개의 크레인(122, 124) 이상을 요구할 만큼 크지 않으면서, 해저 채굴 작업을 위해 필요한 설비를 수용하기에 충분한 사이즈로 설계되고, 운송 선박(50)으로 대략 일주일마다 옮겨싣는 충분한 벌크 저장 수용력을 제공하도록 설계된다. 효율적이고 관리가능한 사이즈이면서 올인원(all-in-one) 선박을 제공하도록 신중한 설계와 배치가 수행되었다.
본 명세서에 설명된 바람직한 배치를 가진 선박을 선적하고 양하하는데 사용될 수 있는 설비의 수개의 변형예가 있다. 설명된 로딩 및 언로딩 시스템은 선적 및 양하 설비가 차지하는 공간을 최소화하여 광석 저장을 위한 부피가 최대화될 수 있기 때문에 바람직하다.
본 명세서에서 해저 등으로 언급한 것은 오직 편의성을 위한 것이고, 예컨대 호수바닥을 가진 호수 등과 같은 다른 수역에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 명세서에서, 제1 및 제2, 좌측 및 우측, 최상단 및 바닥 등과 같은 형용사는 반드시 어떠한 실질적인 그러한 관계 또는 순서를 요구하거나 함축하기 않고, 오직 하나의 요소 또는 동작을 다른 하나의 요소 또는 동작과 구별하기 위하여 사용될 수 있다. 문맥상 허용되는 곳에서, 정수 또는 구성요소 또는 단계(기타 등등)을 언급하는 것은 그러한 정수 또는 구성요소 또는 단계 중 오직 하나에 한정되는 것으로 해석되는 것이 아니라, 하나 이상의 그러한 정수 또는 구성요소 또는 단계 등일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예의 전술한 설명은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위한 목적으로 제공된다. 모든 내용을 나타내거나, 본 발명을 개시된 단일의 실시예에 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 다양한 대안예와 변형예는 상기 교시로부터 통상의 기술자에게 명백하게 될 것이다. 따라서, 어떤 실시예는 구체적으로 논의된 반면, 다른 실시예는 통상의 기술자에게 명백하거나 통상의 기술자에 의해 상대적으로 용이하게 발전될 것이다. 본 발명은 본 명세서에서 논의된 본 발명의 모든 대안예, 수정예, 및 변형예와 전술한 발명의 사상과 범위 내에 속하는 다른 실시예를 포함하는 것으로 의도된다.
본 명세서에서, "포함한다", "가진다" 또는 유사한 용어는 비배타적인 포함을 의미하는 것으로 의도되어, 나열된 요소를 포함하는 방법, 시스템, 또는 장치는 그러한 요소를 단독으로 포함하는 것이 아니라, 나열되지 않은 다른 요소도 포함할 수 있다.

Claims (38)

  1. 수역 상에서 사용하기 위한 생산 지원 선박으로서,
    상기 수역의 표면 아래로부터 해저 물질을 받아들이는 해저 물질 리시버;
    상기 해저 물질 리시버로부터의 해저 물질을 처리하는 해저 물질 프로세서;
    상기 해저 물질 프로세서로부터의 처리된 해저 물질을 저장하는 하나 이상의 벌크 저장 사일로;
    처리된 해저 물질을 상기 벌크 저장 사일로로 분배하도록 구성된 로딩 시스템; 및
    상기 벌크 저장 사일로로부터 상기 생산 지원 선박 옆에 계선된(moored) 운송 선박으로 처리된 해저 물질을 옮겨 싣도록 구성된 언로딩 시스템
    을 포함하는 생산 지원 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벌크 저장 사일로는 상기 생산 지원 선박의 선체에 의해 형성된 내부 공간의 과반 부분을 차지하는, 생산 지원 선박.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 해저 물질은 광석(ore)이고, 상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로는 일주일치 생산량보다 더 많은 조합된 수용력을 가지는, 생산 지원 선박.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 벌크 저장 사일로의 상기 조합된 수용력은 광석 20,000 톤보다 더 큰, 생산 지원 선박.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로는 4개의 벌크 저장 사일로로 구성되는, 생산 지원 선박.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 4개의 벌크 저장 사일로는 광석 40,000 내지 50,000 톤의 조합된 수용력을 가지는, 생산 지원 선박.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벌크 저장 사일로는 상기 생산 지원 선박의 종축을 따라 정렬되어 있는, 생산 지원 선박.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    단일의 로딩 시스템이 광석을 복수의 벌크 저장 사일로 중 어디로도 분배하도록 제공되는, 생산 지원 선박.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로딩 시스템은 광석을 상기 벌크 저장 사일로로 분배하는 종방향 및 횡방향 컨베이어를 포함하는, 생산 지원 선박.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 언로딩 시스템은 적어도 하나의 언로딩 컨베이어 시스템을 포함하고, 상기 언로딩 컨베이어 시스템은 상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로로부터 저장된 해저 물질을 회수하여 상기 운송 선박으로 양하(unload)하는, 생산 지원 선박.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 언로딩 컨베이어 시스템은 적어도 하나의 스쿠퍼(scooper)를 포함하는, 생산 지원 선박.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 언로딩 시스템은 수직 리프터(lifter)를 포함하는, 생산 지원 선박.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수직 리프터는 버킷 엘리베이터(bucket elevator)인, 생산 지원 선박.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 수직 리프터는 C자형 컨베이어인, 생산 지원 선박.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 언로딩 시스템은 상기 해저 물질을 상기 운송 선박으로 옮겨 싣도록 구성된 붐 컨베이어(boom conveyor)를 포함하는, 생산 지원 선박.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개의 언로딩 컨베이어 시스템이 제공되고, 제1 언로딩 컨베이어 시스템은 인접한 제1 쌍의 벌크 저장 사일로로부터 광석을 회수하고, 제2 언로딩 컨베이어 시스템은 인접한 제2 쌍의 벌크 저장 사일로로부터 광석을 회수하는, 생산 지원 선박.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해저 물질 리시버는 라이저(riser)의 적어도 일부분을 포함하는, 생산 지원 선박.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해저 물질 프로세서는 탈수 플랜트를 포함하는, 생산 지원 선박.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해저 물질 프로세서는 석회 저장 및 주입 시스템(lime storage and dosing system)을 포함하는, 생산 지원 선박.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    해저 차량을 저장하도록 구성된 하나 이상의 차량 베이(vehicle bay)를 더 포함하는, 생산 지원 선박.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 해저 차량은 상기 차량 베이를 통해 상기 생산 지원 선박으로부터 양하(unload)되고 선적(load)되는 해저 채굴 차량인, 생산 지원 선박.
  22. 제21항에 있어서,
    각각의 해저 채굴 차량을 양하하고 선적하기 위하여 리프트 윈치(lift winch) 및 유압 파워 유닛(HPU)이 제공되는, 생산 지원 선박.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생산 지원 선박의 적어도 일부분을 통해 수직하게 연장되어 있는 문풀(moon pool)을 더 포함하는, 생산 지원 선박.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 문풀에 인접하여 위치한 데릭(derrick)을 더 포함하는, 생산 지원 선박.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생산 지원 선박을 만재 위치(fully laden position)까지 균형 잡기에 충분한 수용력을 가진 밸러스트 시스템을 더 포함하는, 생산 지원 선박.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸러스트 시스템은 어떠한 선적 및 양하 작업 또는 어떠한 진수 및 회복 작업 동안에도 실질적으로 일정한 흘수(draft) 및 건현(freeboard)이 가능하도록 연속적으로 조정될 수 있는, 생산 지원 선박.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생산 지원 선박은 150 내지 250 m의 수선간(between perpendiculars; BP) 길이, 및 20 내지 60 m의 전폭(breadth)을 가지는, 생산 지원 선박.
  28. 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법으로서,
    수역 아래에서 작업하는 하나 이상의 해저 채굴 차량을 이용하여 해저 물질을 채집하는 단계;
    채집된 해저 물질을 표면 선박으로 전달하는 단계;
    상기 채집된 해저 물질을 상기 표면 선박 상에서 처리하는 단계;
    처리된 해저 물질을 상기 표면 선박 상의 하나 이상의 벌크 저장 사일로로 분배하는 단계;
    상기 표면 선박 상에서 처리된 해저 물질을 상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로에 저장하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로에서 운송 선박으로 처리된 해저 물질을 이송하는 단계
    를 포함하는, 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    어떠한 선적 및 양하 작업 또는 어떠한 진수 및 회복 작업 동안에도 실질적으로 일정한 흘수 및 건현이 가능하도록 밸러스트를 조정하는 단계를 더 포함하는, 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서,
    채집된 해저 물질을 표면 선박으로 전달하는 단계는, 라이저를 이용하여 상기 채집된 해저 물질을 상기 표면 선박으로 이송하는 단계를 포함하는, 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법.
  31. 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채집된 해저 물질을 상기 표면 선박 상에서 처리하는 단계는, 상기 채집된 해저 물질을 탈수하는 단계를 포함하는, 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법.
  32. 제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채집된 해저 물질을 상기 표면 선박 상에서 처리하는 단계는, 상기 해저 물질의 산화를 감소시키기 위하여 상기 표면 선박 상의 석회 저장 및 주입 플랜트를 이용하는 단계를 포함하는, 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법.
  33. 제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해저 채굴 차량을 상기 표면 선박 상으로 운송하고, 상기 해저 채굴 차량을 상기 표면 선박으로부터 상기 해저로 내려놓는 단계를 더 포함하는, 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    하나 이상의 해저 채굴 차량을 상기 해저로부터 회수하고, 상기 해저 채굴 차량을 상기 표면 선박 상에 위치시키는 단계를 더 포함하는, 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법.
  35. 제28항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해저는 해수면 아래로 500 m보다 더 깊이 있는, 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법.
  36. 제28항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로에서 운송 선박으로 저장된 해저 물질을 이송하는 단계는, 상기 저장된 해저 물질을 상기 운송 선박으로 바다에서 이송하는 단계를 포함하는, 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법.
  37. 제28항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    저장된 해저 물질을 이송하는 단계는, 스쿠퍼를 이용하여 상기 하나 이상의 벌크 저장 사일로로부터 상기 저장된 해저 물질을 회수하고, 상기 해저 물질을 상기 운송 선박으로 옮겨 싣는 붐 컨베이어로 상기 해저 물질을 전달하는 버킷 엘리베이터에 회수된 해저 물질을 위치시키는 단계를 포함하는, 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법.
  38. 제28항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 선박은 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 따른 생산 지원 선박인, 해저로부터 채집된 물질을 처리하는 방법.
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