KR20150142494A

KR20150142494A - 스위블 스택

Info

Publication number: KR20150142494A
Application number: KR1020140071508A
Authority: KR
Inventors: 양승호; 김영광; 김은경; 김지운; 김학만; 박진우; 박찬후; 배성우; 오환엽; 유영호; 조택현; 한익승
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2015-12-22
Also published as: KR101616848B1

Abstract

부유식 구조물의 터렛에 제공될 수 있는 스위블 스택이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 스위블 스택은, 수직방향으로 적층되는 복수의 스위블, 상하 방향으로 연장되며 상기 복수의 스위블 중 적어도 2개 이상의 스위블의 외측부에 연결되는 연결부재 및 일측은 상기 부유식 구조물에 연결되고 타측은 상기 연결부재에 연결되는 토크암을 포함할 수 있다. 상기 부유식 구조물이 상기 터렛을 중심으로 회전할 때, 상기 연결부재에 의해 연결된 스위블의 외측부는 상기 부유식 구조물과 함께 회전할 수 있다.

Description

스위블 스택{SWIVEL STACK}

본 발명은 스위블 스택에 관한 것이다.

일반적으로 해저에서 가스 또는 원유를 채취하는 FPSO(부유식 원유 생산하역저장설비)는 채취를 보조하기 위한 터렛(turret)을 구비하고 있다.

터렛은 보통 선박의 한쪽 선단부, 통상 선수부에 마련된 수직 개구부 또는 문풀(moon pool)에 장착되고, 체인 등에 의해 해저에 고정되어 이에 의해 선박이 해저에 계류(mooring)된다.

또한, 터렛은 선박이 터렛을 중심으로 하여 회전이 가능하도록 설치된다. 즉, 터렛은 해저의 광구 플랫폼에 고정되고, 터렛과 선박의 수직 개구부(문풀) 사이에는 미끄럼 운동을 하는 베어링이 개재되어 바람, 조류 또는 파랑의 작용에 의해 선박은 터렛을 중심으로 자연스럽게 회전할 수 있다. 이를 통해, 시추작업을 하는 동안 바람, 조류 또는 파랑이 작용하여도 가스 또는 원유는 고정된 터렛 내부의 파이프 등을 통하여 선박 측으로 안정적으로 이송될 수 있다.

한편, 터렛에는 복수의 스위블(swivel)을 포함하는 스위블 스택(swivel stack)이 제공될 수 있다. 각 스위블은 탑과 같이 수직방향으로 배치되며, 해저의 가스정 또는 유정으로부터 채취된 가스 또는 원유는 이러한 스위블 스택을 거쳐 선박의 각 파트로 이송될 수 있다. 각 스위블의 내측부는 터렛과 함께 고정된 상태를 유지하게 되며, 외측부는 선체와 연결되어 선박이 터렛을 중심으로 회전할 때 함께 회전할 수 있다. 여기서, 외측부에는 가스 또는 원유를 선박으로 이송하기 위한 배관이 연결된다.

통상의 경우, 스위블의 외측부에는 토크암(torque arm)이 연결되고, 이로써 스위블의 외측부가 선박과 함께 회전할 때 배관 연결 부위에 하중이 적게 전달될 수 있다. 이에 의해, 배관 연결 부위의 파손에 대한 위험성이 낮아지는 바, 스위블의 외측부는 안정적으로 회전할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래기술은 다음과 같은 문제가 있다.

스위블 스택에는 다수 개의 토크암이 선체에 연결되어 있으므로, 스위블 스택의 전체적인 구조가 복잡한 바 생산성이 떨어진다.

또한, 토크암은 고가의 제품이므로, 다수 개가 제공될 경우 스위블 스택의 제작 비용이 증가한다는 문제가 있다.

미국 공개특허공보 US6093068

본 발명의 실시예는 단순화된 구조의 스위블 스택을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 실시예는 자재 비용을 절약할 수 있는 스위블 스택을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 실시예는 스위블의 유지보수를 용이하게 할 수 있는 스위블 스택을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 부유식 구조물의 터렛에 제공되는 스위블 스택은, 수직방향으로 적층되는 복수의 스위블, 상하 방향으로 연장되며 상기 복수의 스위블 중 적어도 2개 이상의 스위블의 외측부에 연결되는 연결부재 및 일측은 상기 부유식 구조물에 연결되고 타측은 상기 연결부재에 연결되는 토크암을 포함할 수 있고, 상기 부유식 구조물이 상기 터렛을 중심으로 회전할 때, 상기 연결부재에 의해 연결된 상기 스위블의 외측부는 상기 부유식 구조물과 함께 회전할 수 있다.

또한, 상기 연결부재와 상기 스위블은 서로에 대하여 수직방향으로 슬라이딩 가능할 수 있다.

이를 위해, 상기 스위블의 외측부에는 함몰부가 형성되고, 상기 연결부재는 상기 함몰부에 삽입되는 돌출부를 포함하며, 상기 함몰부에는 상기 연결부재와 상기 스위블의 슬라이딩 운동을 지지하는 베어링부가 배치될 수 있다.

또한, 상기 연결부재에는 함몰부가 형성되고, 상기 스위블의 외측부는 상기 함몰부에 삽입되는 돌출부를 포함하며, 상기 함몰부에는 상기 연결부재와 상기 스위블의 슬라이딩 운동을 지지하는 베어링부가 배치될 수 있다.

또한, 상기 베어링부는, 상기 돌출부의 좌측, 우측 및 선단부측에 각각 배치되는 3개의 베어링 부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 단순화된 구조의 스위블 스택을 제공할 수 있다.

또한, 자재 비용을 절약할 수 있는 스위블 스택을 제공할 수 있다.

또한, 스위블의 유지보수를 용이하게 할 수 있는 스위블 스택을 제공할 수 있다.

도 1은 일반적인 스위블 스택의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위블 스택의 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위블 스택의 평면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위블 스택의 평면도.

이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 스위블 스택이 선박에 설치되는 터렛에 제공되는 것으로 설명할 것이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들에 따른 스위블 스택은 선박뿐 아니라 해양플랜트 등 각종 부유식 구조물에 동일하게 적용될 수 있다.

본 발명에 대한 구체적인 설명에 앞서 터렛과 터렛을 중심으로 한 선박의 동작 등에 대하여 설명하기로 한다.

터렛은 해저에서 가스 또는 원유를 시추하는 부유식 구조물, 예를 들어 시추선이나 FPSO(Floating Production Storage and Offloading, 부유식 원유 생산하역저장 설비) 등에 구비될 수 있다. 선체의 어느 지점에 구비되느냐에 따라 내부 터렛(internal turret) 또는 외부 터렛(external turret)으로 구분될 수도 있다.

터렛은 가스 또는 원유가 이송되는 동안 바람, 조류 또는 파랑의 작용에 의해 선박이 유동하는 경우, 선박으로 하여금 터렛을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 하는 바, 가스 또는 원유는 선박의 유동에도 불구하고 터렛 내부의 배관 등을 통하여 선박 측으로 안정적으로 이송될 수 있다. 예를 들면, 라이저(riser) 등의 각종 배관이 선박의 유동에 의해 꼬일 염려가 없는 것이다.

내부 터렛의 경우, 선박 내부에는 선체를 관통하는 수직 개구부(문풀)가 형성될 수 있고, 터렛은 이러한 수직 개구부에 설치될 수 있다. 수직 개구부에는 터렛을 중심으로 하여 선체가 회전 가능하도록 다수의 베어링이 마련될 수 있다. 즉, 각 베어링의 일측 및 타측은 선체 및 터렛에 각각 접촉하여 구름 운동을 함으로써 선체와 터렛의 상대적인 회전운동을 매끄럽게 구현하는데 도움을 줄 수 있다.

터렛은 아래부터 위의 순서로, 하부터렛, 상부터렛, 파이핑 데크(piping deck), 매니폴드 데크 (manifold deck), 상하부 갠트리 등을 포함할 수 있다. 상부 갠트리의 내부에는 스위블 스택과 이에 연결되는 유틸리티 파이프 등이 설치될 수 있다. 유틸리티 파이프는 파이핑 데크와 매니폴드 데크에 의해 지지될 수 있고, 일측은 선박의 각 파트와 연결되어 시추된 원유 또는 가스를 선박의 각 파트로 이송할 수 있다. 유틸리티 파이프의 타측은 터렛 내에 설치되는 라이저(riser)에 연결될 수 있다. 라이저는 해저 광구 플랫폼에 연결되어 있어서 광구로부터 채취된 가스 또는 원유는 라이저를 통해 유틸리티 파이프로 이송될 수 있다.

도 1은 일반적인 스위블 스택의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 스위블 스택은 복수 개의 스위블이 수직방향으로 배치되어 있다. 가장 아래에 위치한 스위블은 프로덕션(production) 스위블(10)일 수 있다. 터렛에 설치된 라이저로부터 원유 또는 가스를 전달 받아 유틸리티 파이프를 통해 선체로 이송할 수 있다. 프로덕션 스위블(10) 위로는 물 주입(water injection) 스위블(20), 가스 엑스포트(gas export) 스위블(30), 가스 리프트 및 주입(gas lift and injection) 스위블(40) 등 다양한 스위블이 배치될 수 있다. 도 1에 도시되지 않은 것으로, 유틸리티(utility) 스위블, 테스트(test) 스위블, 전기/광학(electrical/optical) 스위블, 전력/신호(power/signal) 스위블 등이 있을 수 있다. 이처럼, 스위블 스택에 포함되는 각 스위블은 각자 맡은 기능을 수행하며, 해저로부터 시추된 원유 또는 가스를 선체로 안전하게 이송할 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 프로덕션 스위블(10)에는 제 1 토크암(11)이, 물 주입 스위블(20)에는 제 2 토크암(21)이, 가스 리프트 및 주입 스위블(40)에는 제 3 토크암(41)이 각각 연결될 수 있다. 이러한 토크암(11, 21, 41)은 스위블(10, 20, 40)과 선체(주로, 선체와 연결된 스위블 지지구조 또는 갠트리 구조)와 연결되어 있다. 후술하는 바와 같이, 스위블의 외측부는 이러한 토크암에 의해 선체와 연결되었기 때문에 선체가 터렛을 중심으로 회전할 때 선체와 함께 회전할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 보통 각 스위블마다 토크암이 설치되고 있기 때문에 전체적인 구조가 복잡해지고 자재 비용이 상승될 수 있다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결할 수 있으며, 자세한 사항은 뒤에서 설명하기로 한다.

도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 사시도로서, 스위블(40)의 외부 및 내부를 모두 도시하기 위해 스위블(40) 일부를 절개하여 도시하였다.

가장 중심에는 내부 코어(inner core)(41)가 위치할 수 있다. 내부 코어(41)는 터렛 및 터렛에 설치된 각종 배관들과 마찬가지로 선박의 회전 시 함께 회전하지 않는다. 이러한 내부 코어(41)에는 시추된 가스 또는 원유의 이송을 위한 제 1 유로(42)가 위치할 수 있다. 또한, 내부 코어(41) 외주면에는 내부링(intermediate ring)(43)이 배치될 수 있다. 내부링(43) 역시 선박의 회전 시 회전하지 않는 요소로서, 이하에서는 내부코어(41), 내부링(43) 등의 고정 요소들을 스위블의 내측부라고 하기로 한다.

내부링(43)의 외주면에는 외부링(outlet ring)(44)이 배치될 수 있다. 외부링(44)은 토크암을 통해 선체와 연결되어 있기 때문에, 선박이 회전할 때 선박과 함께 회전하게 된다. 내부링(43) 및 외부링(44)의 상대적인 회전은 베어링(46)에 의해 구현될 수 있다. 이하에서는 선박과 함께 회전하는 요소를 스위블의 외측부라고 하기로 한다.

한편, 내부링(43)과 외부링(44)은 모두 각기 서로 멀어지는 방향으로 소정 거리 함몰될 수 있고, 이에 의해 내부링(43)과 외부링(44) 사이에는 제 2 유로(45)가 형성될 수 있다. 제 1 유로(42)를 통해 스위블(40)로 공급된 원유 또는 가스는 제 2 유로(45)로 유입되어 유동하다가 외부링(44)의 배관 연결부(47)에 연통되는 유틸리티 파이프를 통해 선박의 각 파트로 이송될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위블 스택(100)의 사시도이다. 설명의 편의를 위해, 유사한 형태가 반복되는 스위블 스택(100)의 일부 구성은 생략 도시하였다. 따라서, 가장 아래에 배치된 제 1 스위블(110)의 아래에 또 다른 스위블이 추가로 배치될 수 있고, 가장 위에 배치된 제 4 스위블(140) 위에 역시 또 다른 스위블이 추가로 배치될 수 있다. 이하에서 설명하는 제 1 내지 4 스위블(110, 120, 130, 140)은 본 발명을 설명하기 위한 예에 불과하다.

본 실시예에 따른 스위블 스택(100)은 복수의 스위블을 포함할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 4개의 스위블(110, 120, 130, 140)로 예시하기로 하며, 이 중 제 1 스위블(110)과 제 3 스위블(130)에는 선박의 각 파트로 연결되는 유틸리티 파이프가 연결될 수 있는 배관 연결부(115, 135)가 각각 형성될 수 있다. 이 역시 예시일 뿐이며, 제 1 내지 4 스위블(110, 120, 130, 140) 모두에 배관 연결부가 형성되어 유틸리티 파이프와 연통될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 스위블 스택(100)는 연결부재(150)를 포함할 수 있고, 이러한 연결부재(150)는 복수의 스위블(110, 120, 130, 140) 중 적어도 2개의 스위블(여기에서는 4개의 스위블 모두)의 외측부에 연결될 수 있다. 이에 따라 복수의 스위블(110, 120, 130, 140)은 상호 연결될 수 있고, 특히 이들의 각 외측부는 연결부재(150)를 매개로 일체로 운동(회전)할 수 있다.

본 실시예에서는 각 스위블마다 토크암을 연결하는 것이 아니라, 위와 같은 연결부재(150)에 토크암(160)을 연결할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 토크암(160)의 일측은 선체(1) 측에 연결되고, 이 토크암(160)의 타측은 각 스위블(110, 120, 130, 140)의 외측부에 각각 연결된 연결부재(150)에 연결될 수 있다.

위와 같은 구성에 의하여, 선체(1)가 터렛을 중심으로 회전할 때, 복수의 스위블(110, 120, 130, 140) 각각의 외측부는 선체(1)와 함께 회전이 가능하다. 종래의 경우, 스위블마다 별도의 토크암을 연결해야 했어서 그 구조가 매우 복잡해지고 자재 비용이 상승하는 불합리가 있었으나, 본 실시예에 따른 스위블 스택(100)에 의하면 하나 혹은 최소한의 토크암만을 설치하면 되기 때문에 구조가 훨씬 간단해지고 경제적이 이점도 크다.

한편, 도 3에는 각 스위블(110, 120, 130, 140)이 모두 같은 직경을 가지는 원통 구조로 예시되었으나, 스위블 스택에 포함되는 복수의 스위블의 경우, 상부로 갈수록 스위블의 직경이 점점 작아질 수 있다. 이러한 경우에는, 상기 연결부재(150)는 도 3에 도시된 바와 같은 일자형 부재가 아니라, 스위블의 직경 차이에 적응하는 형상, 예를 들어, 상부로 갈수록 ㄱ 자로 꺾여 들어가는 형상의 부재로 마련될 수 있다. 또는, 연결부재(150)는 일자형으로 마련되어 직경이 가장 큰 스위블에는 직접 접하도록 배치되고, 직경이 작은 스위블에는 수평으로 배치되는 별도의 보조 연결부재(미도시)를 통해 연결될 수도 있을 것이다.

한편, 연결부재와 각 스위블은 서로에 대하여 수직방향으로 슬라이딩 가능할 수 있다. 이로써, 스위블의 안정적인 설치가 가능하고, 유지보수가 필요한 때에도 안정적으로 스위블을 탈착할 수 있으며, 유지보수의 종료 후의 스위블을 재설치 역시 별도의 얼라이먼트 확인 작업의 필요 없이 용이하게 이루어질 수 있다. 이를 설명하기 위해 도 4를 제시한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위블 스택(200)의 평면도이다.

도시된 바와 같이, 스위블(240)과 연결부재(250)는 서로에 대하여 슬라이딩 가능할 수 있다. 구체적으로, 스위블(240), 더 정확히는 스위블(240)의 외측부에는 스위블(240)의 내측 방향으로 함몰 형성되는 함몰부(245)가 형성될 수 있다. 또한, 연결부재(250)에는 스위블(240) 측으로 돌출 형성되는 돌출부(255)가 형성될 수 있다. 연결부재(250)의 돌출부(255)는 스위블(240)의 함몰부(245)로 삽입될 수 있고, 돌출부(255)와 함몰부(245) 표면과의 이격 공간은 베어링부에 의해 지지될 수 있다.

베어링부는 함몰부(245) 내에 배치되어 연결부재(250)와 스위블(240)의 슬라이딩 운동을 원활하게 지지할 수 있는데, 본 실시예에서는 상기 베어링부는 스위블(240)의 함몰부(245) 표면에 설치되는 3개의 베어링 부재(270, 271, 272)를 포함할 수 있고, 이들 베어링 부재(270, 271, 272)는 연결부재(250)의 돌출부(255)를 3점 지지할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 돌출부(255)의 삽입 방향을 기준으로 보았을 때, 돌출부(255)의 좌측 및 우측에 두 개의 베어링 부재(270, 271)가 각각 배치될 수 있고, 돌출부(255)의 선단부측에 나머지 하나의 베어링 부재(272)가 배치될 수 있다.

도 4에서, 위와 같은 베어링 부재(270, 271, 272)는 롤러 베어링으로 구현하였으나, 이는 예시에 불과한 것이고, 볼 베어링 등을 통해 베어링부를 구성할 수도 있을 것이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위블 스택(300)의 평면도이다. 본 실시예는 도 4과 유사한 취지에 근거한 실시예로서, 역시 스위블(340)과 연결부재(350)의 상호 슬라이딩 가능 구조를 나타내고 있다.

본 실시예의 경우, 도 4와는 반대로, 연결부재(350)에 함몰부(355)가 형성될 수 있고, 스위블(340)의 외측부에 돌출부(345)가 형성될 수 있다. 스위블(340)의 외측부에 형성된 돌출부(345)는 연결부재(350)의 함몰부(355)에 삽입되어 베어링부에 의한 지지를 받으며 슬라이딩 운동이 가능하다.

본 실시예도 도 4의 실시예와 마찬가지로 3개의 롤러 베어링(370, 371, 372)을 포함하는 베어링부가 예시되었으며, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 전술한 바와 같다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이고, 그와 같은 실시는 모두 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

1: 선체 100: 스위블 스택
110, 120, 130, 140: 스위블 115, 135: 배관 연결부
150: 연결부재 160: 토크암

Claims

부유식 구조물의 터렛에 제공되는 스위블 스택에 있어서,
수직방향으로 적층되는 복수의 스위블;
상하 방향으로 연장되며, 상기 복수의 스위블 중 적어도 2개 이상의 스위블의 외측부에 연결되는 연결부재; 및
일측은 상기 부유식 구조물에 연결되고, 타측은 상기 연결부재에 연결되는 토크암을 포함하고,
상기 부유식 구조물이 상기 터렛을 중심으로 회전할 때, 상기 연결부재에 의해 연결된 상기 스위블의 외측부는 상기 부유식 구조물과 함께 회전하는 스위블 스택.
제 1 항에 있어서,
상기 연결부재와 상기 스위블은 서로에 대하여 수직방향으로 슬라이딩 가능한 스위블 스택.
제 2 항에 있어서,
상기 스위블의 외측부에는 함몰부가 형성되고, 상기 연결부재는 상기 함몰부에 삽입되는 돌출부를 포함하며, 상기 함몰부에는 상기 연결부재와 상기 스위블의 슬라이딩 운동을 지지하는 베어링부가 배치되는 스위블 스택.
제 2 항에 있어서,
상기 연결부재에는 함몰부가 형성되고, 상기 스위블의 외측부는 상기 함몰부에 삽입되는 돌출부를 포함하며, 상기 함몰부에는 상기 연결부재와 상기 스위블의 슬라이딩 운동을 지지하는 베어링부가 배치되는 스위블 스택.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 베어링부는, 상기 돌출부의 좌측, 우측 및 선단부측에 각각 배치되는 3개의 베어링 부재를 포함하는 스위블 스택.