KR20160006622A - 실시간으로 모니터링된 선체 일체 데이터 세트를 이용한 해상 lng 선의 지향 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

flng 선으로부터 근해 lng 생산 시스템이 개시된다. 상기 시스템은, 선체 및 갑판을 가지는 해상 lng 선과; 상기 flng 선의 상기 선체의 상기 갑판에 또는 위에 설치되는 상측 탄화수소 처리 설비와; 상기 flng 선의 선체 내에 설치되며 하나 이상의 절연처리된 flng 선 극저온 저장 탱크들을 포함하는 flng 선 화물 구속 시스템과; 상기 flng 선상의 반동 추진 엔진들로 이루어진 시스템과 작동적으로 연계되어 lng 생산 작동을 하는 동안 정거 유지 지점 부근에서 바람직한 지향으로 상기 flng 선을 유지시키는 동적 위치 제어시스템과; 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트를 수신하기 위한 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 상기 컴퓨터 프로세서는, (i) 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트를 데이터 저장 수단에 있는 저장된 설정 포인트들 세트와 비교하고, (ii) 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트가 상기 flng 선에 대한 상기 저장된 설정 포인트들의 하나 이상의 세트를 초과하거나 그 아래로 떨어질 때 지향 제어 보정 신호를 생성하고, (iii) 상기 동적 위치 제어시스템으로 상기 지향 제어 보정 신호를 전송하도록 수학 알고리듬으로 프로그램되며; 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는 상기 flng 선의 선체가 겪는 변형 정도에 관계된 실시간 모니터링된 선체 일체 데이터 세트를 포함하며, 상기 데이터 저장 수단에 있는 상기 저장된 설정 포인트들 세트는 선체 일체 설정 포인트들의 세트를 포함한다.

Description

실시간으로 모니터링된 선체 일체 데이터 세트를 이용한 해상 LNG 선의 지향 제어 시스템 및 그 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR HEADING CONTROL OF FLOATING LNG VESSEL USING A SET OF REAL-TIME MONITORED HULL INTEGRITY DATA}
본 발명은 일반적으로 정거 유지 지점에 위치한 상기 FLNG선을 가지는 천연가스 수신 시스템에 연결된 FLNG선으로부터의 근해 LNG 생산 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 FLNG선 선체가 겪는 변형 정도에 관계된 실시간 모니터링된 선체 무결성 데이터 세트를 이용하는 FLNG선에 대한 지향 제어를 제공하기 위하여 동적 위치 모드에서 작동되는 FLNG선에 관한 것이다.
액화 천연가스는, 보통 약어 'LNG'로 일컬어 진다. 최근 수년간 LNG는, 점점 더 수요가 많아지는 에너지 자원이 되었다. 천연가스는, 에너지 자원으로서 상당한 정도까지 석유를 대체할 것으로 기대된다.
수출 전용 육상 터미널에서 LNG를 생산하기 위하여 천연가스를 약 -163℃까지 냉각시키는 것은 잘 알려져 있다. 또한 전세계의 전용 수용 터미널로 대략 대기압 상태에서 상기 LNG를 수송하기 위하여 특별히 건설된 LNG 탱커로 LNG를 하역하는 것도 알려져 있다. 한동안 해상 액화 선박들과 같은 해상 근해 구조물들(기술분야에서'FLNG선들'로 일컬어지는)은, 이때 선박이 생산에 투입되지 않더라도, 천연가스를 액화시키는데 이용될 수 있다고 제안되었다.
FLNG선은, '다점 계류 시스템(spead mooring system)'을 이용하여 바람직한 생산 위치에서 해저에 영구히 계류되도록 제안되었다. 다점 계류 시스템은, 웨더베이닝(weathervaning)이 발생할 수 없도록 보장하기 위하여 무거운 계류 라인들이나 또는 체인들을 상기 FLNG선의 선체에 부착시키고, 상기 체인을 해저에 고정시키는 것을 필요로 한다. 그러나, 다점 계류 시스템은, 우세 기후가 높은 지향성인 것으로 알려진 비교적 온화한 위치들에서 선택사항일 뿐이다. 그러한 위치들은 흔치 않다.
대안으로서, 일련의 계류 라인들(일반적으로 체인들이나 와이어들)을 거쳐 이를 해저에 연결하는 단일 지점 계류시스템을 이용하여 바람직한 생산 위치에서 FLNG선을 해저에 영구적으로 계류시키는 것이 제안되었다. 상기 계류 라인들은, 해수면 아래의 대양저까지 연장되어 대략 수억 US 달러의 비용이 들 수 있다. 단일 지점 계류시스템은, FLNG선 내에 또는 인접하여 위치된다. 상기 단일 지점 계류시스템은, 해저의 웰(well)에 연결된 하나 이상의 생산 수직도관(riser)들을 통과하여 단일 지점 계류로 전달되는 탄화수소 스트림(stream)을 받도록 설계되었다. 이에 더하여, 웰 라이저들(well risers), 엄빌리컬(umbilicals) 및 상기 FLNG선의 작동에 필요한 다른 해저 서비스들과 그에 연계된 피드(feed) 가스 구조는, 상기 단일 지점 계류를 관통한다. 이러한 기능을 수행하는 것 외에도, 종래 기술의 단일 지점 계류시스템들은, 상기 FLNG선이 상기 단일 지점 계류 부근에서 자유로이 웨더베인하는 것을 허용하는 반면에, 사전 설정 경도 및 위도 상에서 또는 부근에서 상기 FLNG선을 계류시키는 크기로 만들어지고 설계되었다. 그와 같은 단일 지점 계류 터릿들(turrets)은, 상기 FLNG선의 생산 수명 동안 상기 FLNG선이 항상 상기 단일 지점 계류에 고정되어 있도록 하기 위하여 10000년에 한 번 있을 수 있을 수 있는 폭풍의 힘을 견디고, 상기 FLNG선이 상기 단일 지점 계류시스템 주변에서 웨더베인 하고 계류상태로 있게 하는 크기로 설계되었다. 따라서, 상기 제안된 FLNG선은, 자체-추진 수단이 없도록 설계되어 그 결과로 선박보다는 바지선에 더 유사하게 작동한다.
FLNG선들을 이용하기 위해 현재 제안된 상기 단일 지점 계류 시스템들을 이용하게 되면, 상기 제안된 FLNG선은, 상기 적합한 크기의 단일 지점 계류시스템에 의하여 정거 유지 지점에 유지되며, 상기 FLNG선의 방향 또는 '지향'은, 주로 기후조건들, 해류방향, 풍향 및 파도방향에 의해 좌우된다. 그와 같은 단일 지점 계류시스템들은, 대단히 크고, 대단히 복잡하며, 대단히 비싸서 대략 5억 내지 9억 US 달러의 비용이 든다. 만일 상기 FLNG선을 웨더베이닝 지향과 다른 지향으로 유지하고자 한다면, 지향 제어를 제공하기 위하여 상기 FLNG선의 선체에 부분적으로 밀거나 또는 당기는 힘을 가하는데 사용되는 예인선과 같은 독립된 자체-추진선과 조합하거나 또는 단독으로, 상기 FLNG선이 상기 단일 지점 계류시스템 주의로 회전하도록 하기 위해서, 상기 FLNG선은 상기 단일 지점 계류시스템의 후부에 위치한 추진기를 갖추어야 한다.
LNG를 생산하는 동안 FLNG선의 지향제어를 위한 대체 시스템의 필요성은 여전히 남아있다.
본 발명의 목적은, LNG를 생산하는 동안 FLNG선의 지향제어를 위한 대체 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1측면에 따르면, 본 발명은, FLNG선으로부터의 근해 LNG 생산을 위한 시스템을 제공하며, 상기 시스템은:
선체 및 갑판을 가지는 해상 LNG 선;
상기 FLNG선의 상기 선체의 상기 갑판에 또는 상기 갑판 위에 설치되는 상측 탄화수소 처리 설비;
상기 FLNG선의 상기 선체 내에 설치되며 하나 이상의 단열된 FLNG선 극저온 저장 탱크들을 포함하는 FLNG선 화물 구속 시스템;
상기 FLNG선 상의 추진기들로 이루어진 시스템과 작동적으로 연계되어 LNG 생산 작동을 하는 동안 정거 유지 지점 부근에서 바람직한 지향으로 상기 FLNG선을 유지시키는 동적 위치 제어시스템; 및
실시간 모니터링된 환경 데이터 세트를 수신하기 위한 컴퓨터 프로세서를 포함하며, 상기 컴퓨터 프로세서는:
(i) 상기 실시간 모니터링된 환경데이터 세트를 데이터 저장 수단에 있는 저장된 설정 포인트들 세트와 비교하고;
(ii) 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트가 상기 FLNG선에 대한 상기 저장된 설정 포인트들의 하나 이상의 세트를 초과하거나 그 아래로 떨어질 때 지향 제어 보정 신호를 생성하고; 그리고
(iii) 상기 동적 위치 제어시스템으로 상기 지향 제어 보정 신호를 전송하는; 수학 알고리듬으로 프로그램되며,
상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 상기 FLNG선의 선체가 겪는 변형 정도에 관계된 실시간 모니터링된 선체 무결성 데이터 세트를 포함하고, 상기 데이터 저장 수단에 있는 상기 저장된 설정 포인트들 세트는 선체의 무결성 설정 포인트들의 세트를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 상기 FLNG선의 선체가 겪는 변형 정도에 관계된 실시간 모니터링된 선체 무결성 데이터 세트를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 실시간 모니터링된 선체 무결성 데이터 세트는, 다음의 선체의 무결성 센서들 중 하나 이상에 의하여 부분적으로 또는 전부 생성된다 : FLNG선체 변형 게이지, FLNG선 드래프트 센서(vessel draft senseor), FLNG선 트림 센서(trim sensor), FLNG선 피치 센서(pitch sensor), FLNG선 요 센서(yaw sensor), FLNG선 롤 센서(roll sensor), FLNG선 서지 센서(surge sensor) 및 FLNG선 히브 센서(heave sensor).
일 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터 프로세서는, 원격 사용자가 일주일에 7일, 하루 24시간 동안 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트를 볼 수 있도록 실행 대시보드를 형성하기 위하여 네트워크와 통신하는 소스(source) 또는 실행 명령들을 가진다.
일 실시예에 따르면, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 외부 데이터 공급자로부터 공급받은 해양환경(metocean) 데이터 세트를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 환경 조건들에서 예상되는 변화에 대한 전방 경보를 제공하기 위하여 상기 거점 유지 지점에서 떨어져 있는 감지 위치로부터 공급받는다.
일 실시예에 따르면, 상기 시스템은, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트의 일부분 또는 전부를 생성하기 위하여 환경 센서들의 세트를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 환경 센서들의 세트는, 다음의 환경 조건 데이터 센서들 중 하나 이상을 포함한다 : 윈드 센서, 파도 센서, 조류 센서, 너울 센서, 온도 센서, 원격 파도 부표, 또는 이의 조합들.
일 실시예에 따르면, 상기 FLNG선의 선체는, 200 내지 600 미터의 범위의 길이를 갖는 강(steel) 단일 선체 또는 강 이중-선체이다.
일 실시예에 따르면, 상기 FLNG선의 선체는, 40 내지 90 미터의 범위의 폭을 가진다.
일 실시예에 따르면, 상기 FLNG선의 선체는, 직사각형 또는 선박-형태의 풋프린트(footprint)를 갖고, 상기 FLNG선은 선수 및 선미를 가지며, 상기 추진기 시스템은, 하나 이상의 선수 추진기들과 하나 이상의 선미 추진기들을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 추진기 시스템은, 하나 이상의 터널(tunnel) 또는 포드(pod) 추진기들을 포함하고, 각각의 터널(tunnel) 또는 포드(pod) 추진기들은 조절 가능한 추진기 출력을 갖고, 상기 동적 위치 제어 시스템은, 상기 선수 추진기 및 선미 추진기 중의 하나 또는 둘 다의 출력을 조절하여, LNG 생산 작동을 하는 동안 상기 FLNG선을 정거 유지 지점 부근에서 바람직한 지향으로 유지시킨다.
일 실시예에 따르면, 상기 추진기 시스템은, 하나 이상의 아지무스 추진기들을 포함하고, 각각의 아지무스 추진기는, 조절가능한 추진기 출력과 조절가능한 추진기 각을 갖고, 상기 동적 위치 제어 시스템은, 복수 개의 아지무스 추진기들 중 적어도 하나의 각과 출력 중의 하나 또는 둘 다를 조절함으로써 LNG 생산 작동들을 하는 동안 정거 유지 지점 부근에서 바람직한 지향으로 상기 FLNG선을 유지시킨다.
일 실시예에 따르면, 상기 추진기들의 시스템은, 각각이 조절가능한 추진기 출력을 가지는 하나 이상의 터널 또는 포드 추진기들과, 각각이 조절가능한 추진기 출력과 조절 가능한 추진기 각을 가지는 하나 이상의 아지무스 추진기들을 포함하며, 본 발명의 상기 동적 위치 제어 시스템은, (i) 상기 복수 개의 아지무스 추진기들 중의 적어도 어느 하나의 출력 및 각; 및 (ii) 상기 터널 또는 포드 추진기의 출력 중의, 하나 또는 둘 다를 조절함으로써 상기 FLNG선의 지향 제어를 획득한다.
일 실시예에 따르면, 상기 동적 위치 제어 시스템 및 상기 상측 탄화수소 처리 설비 사이에서 전력을 공유하기 위하여 전력 생산 및 분배 시스템을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 전력 생산 및 분배 시스템은, 상기 상측 탄화수소 처리 설비가 오프피크 부하 조건을 겪을 때, 상기 동적 위치 제어 시스템을 위한 배터리 뱅크를 충전하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 FLNG선은, 지향제어에 더하여 정거 유지를 위한 동적 위치 모드에서 작동된다.
일 실시예에 따르면, 상기 동적 위치 제어 시스템은, 상기 FLNG선에 위치한다.
상기 실시간 모니터링된 환경 데이터는, 상기 FLNG선을 위한 유지 스케쥴을 알리기 위한 가이드라인을 제공하기 위하여 상기 FLNG선의 작동 수명 동안 상기 FLNG선이 겪는 누적 부하 시간들의 측정을 제공하기 위하여 저장된다.
일 실시예에 따르면, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터는, 상기 수학적 알고리듬을 업데이트 하기 위하여 또는 상기 저장된 설정 포인트들의 값을 재설정하기 위하여 분석된다.
본 발명의 제2측면에 따르면, 본 발명은, 본 발명의 제 1측면의 어느 일 실시예의 시스템을 사용하는 FLNG선으로부터의 근해 LNG 생산방법이 제공한다.
본 발명에 따르면, 지향 제어 보정 신호는, 강풍 또는 심한 싸이클론이 있을 때와 같이, 과도한 피치(pitch), 요우(yaw), 롤(roll), 서지(surge), 스웨이(sway) 및 히브(heave)를 겪는 상기 FLNG선에 대해 예측하여, 하나 이상의 원격 감지 위치들에서 공급받은 상기 실시간 모니터링된 데이터에 반응하여 시작될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터는, 환경 조건들에서의 변화가 실제로 상기 정거 유지 지점에 도달하기 전에, LNG 생산 작동을 하는 동안 상기 동적 위치 제어 시스템으로 상기 지향 제어 보정 신호에서의 변화를 전송하는 전방 응답 예측 방식으로 사용된다.
본 발명의 본질에 대한 좀 더 상세한 이해를 용이하게 하기 위하여, 본 발명에 대한 여러 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예로서, 상세하게 기술된다.
도 1은, 상기 갑판에 또는 그 상부에 액화 설비 및 가스 전처리 설비를 포함하는 상측 탄화수소 처리 설비 및 상기 선체 내에 탄화수소 생산 터릿(turret)을 구비한 FLNG선을 보여주는 본 발명의 일 실시예의 개략적인 상면도이며, LNG 화물 하역을 위한 상기 FLNG선과 나란히 배치된 LNG 탱커(tanker)를 보여준다.
도 2는, 명확성을 위해 생략되었던 상기 LNG 탱커가 있는 도 1의 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 3은, 선체의 외부에서의 탄화수소 생산 터릿과 선외 가스 사전처리 설비를 구비한 액화 설비를 포함하는 상측 탄화수소 처리 설비를 구비한 FLNG선으로서, 전용 추진 시스템을 포함하는 상기 FLNG선을 보여주는 본 발명의 일 실시예의 개략적인 상면도이며, LNG 화물을 직렬식으로 하역하기 위한 FLNG선과 함께 선수에서 선미까지 배치된 LNG 탱커를 보여준다.
도 4는, 명확성을 위해 생략되었던 상기 LNG 탱커를 구비한 도 3의 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예의 개략적인 상면도이며, 원형 풋프린트를 가지며, 액화 설비, 즉 상기 고정된 구조에 선외 가스 사전처리 설비를 포함하고 갑판에 또는 갑판 상부에서의 상측 탄화수소 처리 설비와; 상기 FLNG선의 선체의 원주 둘레를 따라서 배치된 아지무스 추진기들의 시스템을 가지는 FLNG선을 보여준다; 그리고,
도 6은, 컴퓨터 프로세서 및 저장 수단들을 보여주는 상기 시스템의 일 실시예의 개략도이다.
도면들은, 단지 본 발명의 바람직한 실시예들을 도시하며, 이것이 다른 동일한 효과적인 실시예들을 인정하는 바와 같이 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다. 유사한 참조 번호들은, 유사한 부분들을 나타낸다. 도면들에서의 구성요소들은, 스케일을 고려할 필요가 없으며, 대신 본 발명의 원리를 도시함에 있어서 강조된다. 더욱이, 모든 도면들은, 개념들을 전달하기 위한 것으로, 상대 크기들, 형태들 및 다른 상세한 특성들은 문자그대로 또는 정확하게 보다 개략적으로 도시될 수 있다.
이하 본 발명의 특정 실시예들이 기술된다. 여기에서 사용된 용어는 특정 실시예들만을 기술하기 위함이고, 본 발명의 범위를 제한하고자 함이 아니다. 다르게 정의되지 않는 한, 여기에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은, 본 발명의 속하는 분야에서 통상적인 기술을 가진 자라면 일반적으로 이해될 수 있는 동일한 의미들을 갖는다.
'천연가스'라 함은 적은 양의 에탄, 프로판, 부탄 및 수 퍼센트의 더 무거운 성분들을 가지는 메탄가스를 주로 나타낸다. 약어 'LNG'는 본 명세서 및 청구항들 전체에서 액화 석유 가스를 나타내는데 사용된다.
약어 'LPG'는 본 명세서 및 청구항들 전체에서 액화 석유 가스를 나타내는데 사용된다. 약어 'FLNG'는 본 명세서와 청구항들 전체에서 '해상 액화 천연가스'를 나타내는데 사용된다. 따라서 'FLNG선'이라 함은 상기 선박 선상에서 천연가스 자원을 수용하여 LNG를 생산하는 해상 액화 천연 가스 선박을 의미한다. 'LNG 탱커'라 함은 LNG 화물을 수용하여, 상기 화물이 수용되었던 위치에서 멀리 떨어져 있는 위치까지 상기 LNG 화물을 수송하는 LNG 캐리어(Carrier)와 같은 선박을 나타내는데 사용된다. 약어 'DP'는 본 명세서와 청구항들 전체에서 동적 위치를 나타내는데 사용된다.
용어 '환경 조건들'은, 풍향, 풍속, 파도 방향 및 파고를 포함하는 날씨 조건들의 크기에 의한 조합된 효과를 나타내는데 사용되며, 또한 해류 방향 및 해류 속도, 공기온도, 공기압력 및 기타 등등과 같은 해양환경(metocean) 조건들도 포함한다.
용어 '단일 지점 계류시스템'은, 두 개의 주요한 기능들을 수행하는 시스템을 나타내는데 사용된다. 상기 단일 지점 계류시스템의 제1주요기능은, 상기 선박이 그 주변에서 웨더베인하도록 허용하면서, 바람직한 정거 유지 지점에 또는 부근에 선박을 계류하는 기능이다. 제2주요기능은, 해저에 있는 웰(well)에 연결된 하나 이상의 생산 라이저(risers)들을 통과하여 상기 단일 지점 계류시스템에 전달된 탄화수소의 스트림을 수용하는 기능이다. 이에 더하여, 웰 라이저들(well risers), 엄빌리컬(umbilicals)들 및 상기 FLNG선 및 그의 연계된 가스 공급 구조의 작동에 필요한 다른 해저 서비스들은, 상기 단일 지점 계류 시스템을 관통한다.
용어 '탄화수소 생산 터릿'은, 본 명세서 및 청구항들 전체에서, 해저에 있는 웰(well)들에 연결된 하나 이상의 생산 라이저들을 통과하여 상기 터릿에 전달된 탄화수소 스트림을 수용하는 단일 주요기능을 수행하는 장치를 나타내는데 사용된다. 이에 더하여, 웰 라이저들, 엄빌리컬들 및 상기 FLNG선 및 그의 연계된 가스 공급 구조의 작동에 필요한 다른 해저 서비스들은, 상기 탄화수소 생산 터릿을 관통한다. 상기 탄화수소 생산 터릿은, 상기 FLNG선의 지향에서의 변화들을 수용하는 스위블(swivel)을 포함한다. 단일 지점 계류 시스템과는 대조적으로, 탄화수소 생산 터릿(본 명세서와 청구항들에서 정의된 바와 같이)은, 바람직한 정거 유지 지점에서 또는 부근에서 선박을 계류하는 주요기능을 수행하도록 디자인되지 않았으며 크기를 가지지 않는다. 따라서, 탄화수소 생산 터릿은, 상기 선박을 바람직한 정거 유지 지점에 또는 부근에 위치시키는 것을 보조할 수도 있으나 이것이 그의 주요한 기능들 중의 하나는 아니다.
본 발명의 시스템을 상세하게 설명하기 전에, 본 발명의 시스템(10) 및 방법에 포함되기에 적합한 FLNG선의 실시예들은, 도 1 내지 도 4를 참조하여 첫 번째로 기술된다. 상기 FLNG선(12)은, 선체(14) 및 갑판(16)을 갖는다. 상기 FLNG선에 의하여 근해 LNG 생산이 용이하도록 하기 위하여, 상기 FLNG선은, 상기 FLNG선의 상기 선체의 갑판에 또는 상기 갑판 위에 설치되는 상측 탄화수소 처리 설비(18)와, 상기 선체 내에 설치되며 복수 개의 단열된 FLNG선 극저온 저장 탱크들을 포함하는 FLNG선 화물 구속 시스템을 갖는다. 상기 상측 탄화수소 처리 설비는, 상기 FLNG선이 탄화수소 저장소와 상대적으로 가까우며 독립형 방식으로 판매품질의 LNG(선택적으로 LPG 및 응축물)를 생산할 수 있게 하는 복 수개의 상호 연결된 시스템들로 구성된다. 상기 상측 탄화수소 처리 설비는, 상기 FLNG선이 한 해에 5천만 내지 7백만 톤의 LNG 범위 내에서, 보다 바람직하게는 한 해에 일백만 내지 4백만 톤의 LNG 범위 내에서 예상 생산 능력을 갖도록 설계되고 크기를 가진다. 상기 상측 탄화수소 처리 설비는, 건조한 양질의 천연가스의 유입 스트림(26)을 수용하고, LNG 의 배출 스트림(28)을 형성하도록 배치된 액화 설비(24)를 적어도 포함한다. 상기 액화 설비는, 직렬 또는 병렬로 배치된 하나 이상의 극저온 열교환기들(30)을 포함한다. 각각의 극저온 열교환기는, 나권형 열교환기 또는 브레이징된 알루미늄 열교환기이다. 상기 액화 설비는, 브레이징된 알루미늄 열교환기와 병렬 또는 직렬로 사용되는 나권형 열교환기를 포함할 수 있다. 상기 액화 설비들은 다음을 포함하는 리스트로부터 선택된 사이클을 사용하여 작동한다 : 질소사이클; 단일 혼합 냉매 사이클; 2중 혼합 냉매 사이클; 캐스캐이드 냉매 사이클; 하이브리드 액화 사이클, 즉 이산화탄소 및 질소 액화 사이클, 또는 다른 천연가스 액화 사이클. 그러한 액화 사이클들은, LNG 생산 기술분야들에서 잘 알려져 있고, 상기 선택된 액화 사이클이 본 발명의 부분을 형성하지 않기 때문에 여기에 기술할 필요가 없다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 상측 탄화수소 처리 설비(18)는, 가스 사전처리 설비(32)를 포함한다. 상기 가스 사전처리 설비는, 사워(sour) 천연가스(36) 스트림을 수용하여 스위트 천연가스(38) 스트림을 생산하기 위한 산성가스 제거 설비(34)와, 습성 천연가스(42) 스트림을 수용하여 건성 천연가스(44) 스트림을 생산하기 위한 탈수 설비(40)를 포함한다. 상기 상측 탄화수소 처리 설비는, 사전 냉각 설비(46)를 더 포함하여, 이에 의해 상기 액화 설비(24)에 공급된 건성 스위트 천연가스의 유입 스트림(26)은, 상기 사전 냉각 설비에 의하여 생산된 사전 냉각된 건성 스위트 가스 스트림(48)이다. 추가로, 상기 가스 사전처리 설비는, 습성 사워(sour) 천연가스의 스트림(54)을 생산하기 위하여 탄화수소 저장 유체들(52)의 유입 스트림으로부터 액체들과 고체들을 제거하기 위한 웰헤드(wellhead) 가스 분리기(50)를 포함할 수도 있다. 상기 가스 사전처리 설비는, 응축물로서 판매를 위해 저장되거나, LPG를 생산하기 위하여 더 처리될 수 있는 펜탄(pentane), 프로판(propane), 및 부탄(butane)을 포함하는 응축물(58)의 흐름을 제거하기 위하여 응축물 제거 설비(56)를 더 포함할 수도 있다. 상기 가스 사전처리 설비는, 상기 액화 설비의 상류(upstream)에서 수은을 제거하기 위한 수은 제거 설비(60)를 포함한다. 다양한 종류의 적합한 가스 사전처리 설비는, 기술분야에서 잘 알려져 있고, 가스 사전처리 설비의 타입 및 종류는, 본 발명의 부분을 형성하기 않으므로 여기에서 상세하게 기술되지 않는다.
도 1 및 도 2에서 도시된 실시예에서, 상기 상측 탄화수소 처리 설비(18)는, 상기 FLNG선의 선상에 상기 가스 사전처리 설비(32)와 상기 액화 설비(24)를 포함한다. 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 대체 실시예들에서, 상기 액화 설비는, 상기 상측 탄화수소 처리 설비의 부분으로서 상기 FLNG선의 선상에 위치하고, 반면에 상기 가스 사전처리 설비는, 선외 가스 사전처리 설비(62)이다. 도 3에 도시된 실시예에서, 상기 선외 가스 사전처리 설비는, 해상 구조(68) 위에 배치된다. 상기 해상 구조는, 해상 가스 사전처리선박, 반-잠수식 플랫폼, 텐더-보조 자립 구조물, 텐션-레그(tension-leg) 플랫폼, 보통의 무인 플랫폼, 위성 플랫폼 또는 스파(spar)가 될 수 있다. 필요하다면, 상기 해상 구조(68)는, 작동하는 동안 항상 안전 분리 거리를 유지하는 것을 보조하기 위하여 상기 FLNG선의 상기 동적 위치 제어 시스템(하기에 상세하게 기술되는)과 통신하는 제2동적 위치 제어 시스템을 구비할 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에서, 상기 선외 가스 사전처리 설비는, 상기 FLNG선의 상기 정거 유지 포락선(envelope) 외부의 가스 생산 위치(66)에 있는 고정 구조(64) 위에 배치된다. 상기 고정 구조는, 상기 가스 생산 위치의 해저의 깊이 및 등고선들과 같은 관련 요소들에 따라 고정 플랫폼, 텐션-레그 플랫폼, 고정 자켓(jacket) 구조, 또는 중력 기반 구조가 될 수 있다.
상기 FLNG선(12)의 상기 액화 설비(24)의 LNG 배출 스트림(28)은, 상기 FLNG선 화물 구속 시스템(20)으로 흐르도록 유도될 수도 있다. 대체로서, 만일 복수 개의 LNG 탱커 극저온 저장 탱크들(74)을 포함하는 LNG 탱커 화물 구속 시스템을 구비한 LNG 탱커(70)가 LNG 화물을 수용하는데 이용될 수 있으면, 상기 FLNG선의 상기 액화 설비의 LNG 배출 스트림은, 상기 LNG 탱커 화물 구속 시스템으로 흐르도록 유도될 것이다. 각각의 FLNG선 단열된 극저온 저장 탱크들(22)은, 대기압에서 유지되는 멤브레인 저장 탱크, 또는 각형 타입의 구속 시스템, 또는 모스(Moss)형 탱크, 또는 이의 결합이 될 수 있다. 상기 LNG 저장 탱크들에 대한 단열은, LNG의 일부를 시간이 경과하면서 데워져서 그의 가스 형태(기술 분야에서 '증발하다'로 일컬어지는 과정)로 환원되는 것을 허용한다. 상기 증발된 가스의 제거가 상기 잔존 LNG가 지속적인 저온, 즉 통상적으로 -163°에서 액체 형태로 유지되는 것을 허용하는 방식으로, 상기 저장 탱크들은, 작동된다. 복수 개의 FLNG선 극저온 저장 탱크들은 각각 서로 연결될 수 있지만, 서로 독립적인 것이 바람직하다. 상기 FLNG선 화물 구속 시스템은, 상기 상측 LNG 생산 설비들의 생산 능력을 포함하는 관련 요소들의 수에 따라, 90,000m3 - 300,000m3 의 범위에서 저장 용량을 갖는다.
복수 개의 부가적 시스템들(일반적으로 참조번호 76에 의하여 지시된)은, 상기 FLNG선 안에 및/또는 위에 설치될 수도 있다. 상기 복수 개의 부가적 시스템들은 다음을 포함할 수 있다 : 전기 설비 시스템들, 화물 구속 시스템들 및 연계된 펌프들; 상기 상측 탄화수소 처리 설비와 연계된 팬들 또는 다른 기기; 조명 시스템들; 숙소; 통신 시시템들; 공기 공급 시스템들; 상수도 시스템들; 및 폐기물 처리 시스템들 및 크레인들(cranes) 또는 리프팅(lifting) 시스템들. 상기 상측 탄화수소 처리 설비와 복수 개의 부가적인 시스템들을 수용하기 위하여, 상기 FLNG선은, 200 내지 600 미터의 범위의 길이를 갖고 40 내지 90 미터의 범위의 폭(또는 "빔")을 갖는 강(steel) 단일 선체 또는 강 이중-선체 선박이 될 수도 있다. 그에 비해, 현재 가동중인 종래 기술의 LNG 탱커는, 최대 선체길이 또는 대략 350 미터의 선체길이와 55 미터의 최대 폭을 갖는다. 상기 상측 탄화수소 처리 설비의 복잡도와 상기 FLNG선의 예상 생산 능력에 따라, 상기 FLNG선은, LNG 화물들을 수용하고 수송하는데 사용되는 종래 기술의 LNG 탱커보다 크기에 있어서 더 커지거나 또는 훨씬 더 커질수도 있을 것이다.
천연가스 원과 연결되는 시스템으로서, FLNG선으로부터의 근해 LNG 생산을 위한 시스템 및 방법의 다양한 실시예들은, 지금부터 상세하게 기술된다. 상기 시스템과 방법은, LNG 생산 작동을 하는 동안 상기 FLNG선이 정거 유지 지점(100)에 위치되고, 상기 FLNG선이 상기 FLNG선에 지향 제어를 제공하는 동적 위치(DP) 모드에서 작동된다는 점에서 특징이 있다. 상기 시스템(10)은, 상기 FLNG선의 선상에 추진기들(104) 시스템과 작동적으로 연계된 동적 위치 제어 시스템(102)을 포함하고, 이에 의해 상기 동적 위치 제어 시스템은 LNG 생산 작동을 하는 동안 상기 정거 유지 지점 부근에서 바람직한 지향으로 상기 FLNG선을 유지시킨다. 상기 추진기들(104)의 시스템은, 상기 FLNG선의 선상에 위치되어야만 하는 반면에, 상기 DP 제어 시스템(102)은, 상기 FLNG선 자체에 위치될 수도 있고 또는 원격 DP 작동 위치(106)에서부터 작동될 수도 있다.
상기 FLNG선의 선체가 직사각형 또는 '선박모양'의 풋프린트(도 1 내지 도 4에 도시된 실시예들에서 도시된 바와 같이)를 가질 때, 상기 FLNG선은, 선수(108) 및 선미(110)를 가지며, 상기 추진기들(104)의 시스템은, 하나 이상의 선수 추진기들(112)과 하나 이상의 선미 추진기들(114)을 포함할 수 있다. 상기 추진기들의 시스템은, 하나 이상의 터널 또는 포드 추진기들(116)을 포함할 수 있다. 각각의 터널 또는 포드 추진기는, 조절 가능한 추진기 출력을 갖는다. 대체로서 또는 추가로, 상기 추진기들 시스템은, 하나 이상의 아지무스 추진기들(118)을 포함할 수 있으며, 각 아지무스 추진기들(118)는 조절가능한 추진기 출력과 조절가능한 추진기 각을 가질 수 있다. 상기 추진기들 시스템은, 하나 이상의 터널 또는 포드 추진기들과 하나 이상의 아지무스 추진기들을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 상기 FLNG선(12)의 상기 선체(14)는, 직사각형 풋프린트를 갖고, 상기 선수(108)에서 하나의 터널 추진기(116)와, 상기 선미(110)에서 3개의 아지무스 추진기들(118)을 구비한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 상기 FLNG선의 선체는 직사각형 풋프린트를 갖고 상기 추진기들의 시스템은, 상기 선미(110)에서 터널 추진기(116)와 아지무스 추진기(118), 및 상기 선수(108)에서 두 개의 아지무스 추진기들(118)을 포함한다. 이러한 실시예들을 이용하여, 본 발명의 상기 동적 위치 제어 시스템은, (i)상기 복수 개의 아지무스 추진기들 중의 적어도 하나의 상기 출력 및 상기 각; 및 (ii) 상기 터널 추진기의 출력 중 하나 또는 모두를 조절함으로써, 상기 FLNG선의 지향 제어를 획득한다. 포드 추진기들은, 이 실시예에서 상기 터널 추진기들을 대신하여 동일하게 이용될 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서, 상기 추진기들의 시스템은, 복수 개의 아지무스 추진기들을 포함한다. 도 5를 참조하면, 단지 도면으로서, 상기 FLNG선(12)의 상기 선체(14)는, 상기 선체의 원주 부근에 배치된 6개의 아지무스 추진기들을 가지는 원형 풋프린트를 갖는다. 상기 아지무스 추진기들의 수는, 변할 수 있다는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 추진기들의 시스템을 이용하여, 본 발명의 상기 동적 위치 제어 시스템은, 상기 복수 개의 아지무스 추진기들 중의 적어도 하나의 출력과 상기 각 중의 하나 또는 둘 다를 조절함으로써 상기 FLNG선의 지향제어를 획득한다.
도 6을 참조하면, 상기 시스템(10)은, 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트(122)를 수신하기 위한 컴퓨터 프로세서(120)를 포함하고, 상기 컴퓨터 프로세서는 다음의 수학 알고리즘을으로 프로그램된다 :
(i) 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트를 데이터 저장 수단(126)에 있는 저장된 설정 포인트들(124) 세트와 비교하고;
(ii) 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트가 상기 FLNG선에 대한 상기 저장된 설정 포인트들의 하나 이상의 세트를 초과하거나 그 아래로 떨어질 때 지향 제어 보정 신호(128)를 생성하고; 그리고
(iii) 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터에 반응하여 상기 FLNG선의 지향을 최적화하기 위해 LNG 생산 작동들을 하는 동안 상기 동적 위치 제어시스템(102)으로 상기 지향 제어 보정 신호를 전송한다.
상기 컴퓨터 프로세서는, 상기 FLNG선 선상에서 직접 모니터링 될 수 있다. 대체로서 또는 추가로, 상기 컴퓨터 프로세서는, 원격 사용자(134)가 일주일에 7일, 하루 24시간 동안 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트를 볼 수 있도록 실행 대시보드(132)를 형성하기 위하여 네트워크(130)와 통신하는 소스(source) 또는 실행 명령들을 가질 수 있다. 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터는, 상기 FLNG선의 작동 수명이 끝날 때까지, 생산 작동을 하는 동안 상기 FLNG선이 겪는 누적 부하 시간들의 측정을 제공하기 위하여 저장될 수 있다. 상기 누적 부하 시간들은, 상기 FLNG선을 위한 유지 스케쥴을 알리기 위한 가이드라인으로 이용될 수 있다. 대체로서 또는 추가로, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터는, 상기 수학적 알고리듬을 업데이트 하기 위하여 또는 상기 저장된 설정 포인트들(124)의 세트의 값을 재설정하기 위하여 분석될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 해양환경(metocean) 데이터(136) 세트이며, 해양환경(metocean) 데이터(136) 세트는 해양환경(metocean) 데이터(136)를 모으기로 계약된 기상청 또는 제3자와 같은 외부 데이터 제공자로부터 공급받는다. 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 상기 거점 유지 지점에 인접한 환경으로부터 즉시 공급받을 필요가 없다. 대체로서 또는 추가로, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 환경 조건들에서 예상되는 변화에 대한 전방 경보 제공의 목적으로 상기 거점 유지 지점(100)으로부터 떨어져 있는 하나 이상의 원격 감지 위치(138)들로부터 공급받을 수 있다. 이러한 방식으로, 원격 감지 위치로부터 획득된 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 상기 FLNG선이 심한 기후 현상을 피하기 위하여 재위치될 필요가 있을 때, 상기 FLNG선의 선상에서 발생한 생산 작동들이 시기적절한 방식으로 축소되고, 최적화되거나 또는 중단될 수 있도록 하기 위하여 미리 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 지향 제어 신호에 있어서의 변화는, 강풍 또는 심한 싸이클론이 있는 동안과 같이, 과도한 피치(pitch), 요우(yaw), 롤(roll), 서지(surge), 스웨이(sway), 또는 히브(heave)를 겪는 상기 FLNG선의 예측에서 시작될 수 있다.
유익하게도, 지향 제어 보정 신호(128)는, 강풍 또는 심한 싸이클론이 있는 동안과 같이, 과도한 피치, 요우, 롤, 서지, 스웨이, 또는 히브를 겪는 상기 FLNG선을 예측하여 하나 이상의 원격 감지 위치들(138)로부터 공급받은 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터에 반응하여 시작될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터는, 환경 조건들에서의 변화가 실제로 상기 정거 유지 지점(100)에 도달하기 전에 LNG 생산 작동을 하는 동안 상기 지향 제어 보정 신호에서의 변화를 상기 동적 위치 제어 시스템(102)으로 전달하는 전방 응답 예측 방식으로 이용된다.
대체로서 또는 추가로, 상기 시스템(10)은, 환경 데이터의 외부 소스들에 의존하기보다는 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트 전부 또는 일부를 생성하기 위한 환경 센서들 세트(140)를 포함한다. 이는, 상기 FLNG선이 멀리 떨어진 위치에서 작동하고 있을 때 특히 이롭다. 상기 환경 센서들 세트는, 하나 이상의 다음의 환경 조건 데이터 센서들을 포함할 수 있다 : 바람 센서, 파도 센서, 해류 센서, 놀 센서, 온도 센서, 원격 파도 부표 또는 이의 조합들.
이의 작동 수명 동안 상기 FLNG선의 선체의 무결성를 모니터하기 위하여, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 실시간 선체 무결성 데이터 세트(142), 예를 들어, 상기 FLNG선의 선체가 겪는 변형 정도에 관계된 실시간 선체 변형 데이터 세트를 포함할 수 있다. 상기 선체 무결성 데이터 세트는, 하나 이상의 다음의 선체의 무결성 센서들(144)에 의하여 일부 또는 전부 생성될 수 있다 : FLNG 선체 변형 게이지, FLNG선 드래프트 센서, FLNG선 트림 센서, FLNG선 피치 센서, FLNG선 요우 센서, FLNG선 롤 센서, FLNG선 서지 센서, 및 FLNG선 히브 센서. 그러므로 상기 데이터 저장 수단에 저장된 상기 저장된 설정 포인트들 세트는, 선체의 무결성 설정 포인트들 세트(146)가 될 수 있다. 이 실시예를 이용하여, 상기 컴퓨터 프로세서는, 선체 무결성 데이터 세트를 수신하고 상기 컴퓨터 프로세서는 다음과 같이 수학 알고이듬으로 프로그램된다 :
(i) 상기 실시간 모니터링된 선체 무결성 데이터 세트를 데이터 저장 수단에 있는 선체의 무결성 설정 포인트들의 저장된 세트의 세트와 비교하고,
(ii) 상기 실시간 선체 무결성 데이터 세트가 상기 FLNG선에 대한 상기 선체의 무결성 설정 포인트들의 저장된 세트의 하나 이상의 세트를 초과하거나 그 아래로 떨어질 때 지향 제어 보정 신호를 생성하고,
(iii) 생산 작동을 하는 동안 상기 FLNG선의 선체가 겪는 상기 실시간 변형을 줄이기 위하여 상기 동적 위치 제어시스템으로 상기 지향 제어 보정 신호를 전송한다.
각각의 상기 FLNG선 극저온 저장 탱크는, 피로 하중에 민감하다. 또한, 각각의 상기 FLNG선 극저온 저장 탱크는, 상기 환경 조건들이 부정적인 선체 움직임들을 유발할 때, 특히 상기 탱크가 부분적으로 채워진 탱크일 때, 화물의 출렁거림(sloshing)으로 인한 손상에 민감하다. 본 발명은, 상기 선체에 대한 하중의 균형을 잡거나 상기 FLNG선 화물 구속 시스템에서 출렁거림을 감소시키기 위하여, 바람, 파도들 및 해류에 대한 최적의 각에서 상기 FLNG선의 지향을 제어하는 탱크 및/또는 선체 움직임 측정 기술을 사용함으로써, 극저온 탱크 출렁거림 손상 및 피로 하중을 경감시키도록 부분적으로 개발되었다. 작동 수명 동안 상기 FLNG선 화물 구속 시스템의 무결성을 모니터하기 위하여, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 상기 FLNG선의 상기 화물 구속 시스템이 겪는 변형 정도에 관계된 실시간 화물 구속 시스템 변형 데이터(148) 세트를 포함할 수 있다. 상기 실시간 화물 구속 시스템 변형 데이터 세트는, 다음과 같은 하나 이상의 화물 구속 시스템 변형 센서들(150)에 의하여 일부 또는 전부로 생성될 수 있다 : 저장 탱크 변형 게이지, 저장 탱크 압력 센서, 저장 탱크 수준 지시계, 저장 탱크 온도 센서; 저장 탱크 로딩율 센서; 저장 탱크 하역율 센서; 저장 탱크 슬로싱(출렁거림) 센서; 저장 탱크 화물 로드 센서, 또는 저장 탱크 가속도계. 상기 데이터 저장 수단에 있는 상기 저장된 설정 포인트들 세트는, 화물 구속 무결성 설정 포인트들 세트(152)를 포함한다. 이 실시예를 이용하여, 상기 컴퓨터 프로세서는, 실시간 화물 구속 시스템 변형 데이터 세트를 수신하고, 상기 컴퓨터 프로세서는 다음과 같은 수학 알고리듬으로 프로그램된다 :
(i) 상기 실시간 화물 구속 시스템 변형 데이터 세트를 데이터 저장 수단에 있는 화물 구속 시스템 무결성 설정 포인트들의 저장된 세트의 세트와 비교하고;
(ii) 상기 실시간 화물 구속 시스템 변형 데이터 세트가 상기 FLNG선에 대한 상기 화물 구속 시스템 무결성 설정 포인트들의 저장된 세트의 하나 이상의 세트를 초과하거나 그 아래로 떨어질 때 지향 제어 보정 신호를 생성하고; 그리고,
(iii) 상기 FLNG선의 상기 화물 구속 시스템이 겪는 상기 실시간 변형을 줄이기 위하여 상기 동적 위치 제어시스템으로 상기 지향 제어 보정 신호를 전송한다.
대체로서 또는 추가로, 상기 데이터 저장 수단에 있는 상기 저장된 설정 포인트들 세트는, 화물 구속 슬로싱 설정 포인트들의 세트(154)를 포함할 수 있다. 이 실시예를 이용하여, 상기 컴퓨터 프로세서는, 실시간 화물 구속 시스템 변형 데이터 세트를 수신하고 상기 컴퓨터 프로세서는 다음과 같은 수학 알고리듬으로 프로그램된다 :
(i) 상기 실시간 화물 구속 시스템 변형 데이터 세트를 데이터 저장 수단에 있는 화물 구속 시스템 슬로싱 설정 포인트들의 저장된 세트의 세트와 비교하고;
(ii) 상기 실시간 화물 구속 시스템 변형 데이터 세트가 상기 FLNG선에 대한 상기 화물 구속 시스템 슬로싱 설정 포인트들의 저장된 세트의 하나 이상의 세트를 초과하거나 그 아래로 떨어질 때 지향 제어 보정 신호를 생성하고; 그리고,
(iii) 생산 작동을 하는 동안 상기 FLNG선의 상기 화물 구속 시스템이 겪는 상기 슬로싱을 줄이기 위하여 상기 동적 위치 제어시스템으로 상기 지향 제어 보정 신호를 전송한다.
상기 상측 탄화수소 처리 설비는, FLNG선 움직임들에 의하여 유사하게 영향을 받을 수 있는 복수 개의 상측 처리 기기들을 포함한다. 이는 액체 수준 제어 문제들 또는 '불균일 분포'를 초래할 수 있는데, 이는 부분적으로 채워진 화물 구속 탱크에서의 상기 슬로싱(sloshing) 경험과 유사하지만 상기 메인 극저온 열교환기 내에서와 같이 가스/액체 인터페이스(interface)를 수반할 수도 있다. 환경적 충격에 반응하는 FLNG선 운동들은, 프로세스(process) 제어 또는 프로세스 신뢰성에 대한 불리한 영향을 가질 수 있는 상기 상측 처리 기기 내에서 유동 제어 문제들을 또한 일으킬 수 있다. 복수 개의 상측 처리 기기들은, 또한 상기 실시간 환경 조건들의 누적된 충격의 작용과 같은 선박 움직임들의 결과로서 기계적 피로 또는 부식 피로에 놓일 수 있다. 상기 FLNG선의 상기 동적 위치 제어 시스템은, 최적의 지향으로 상기 FLNG선이 향하도록 돕는 선박 움직임 측정 기술을 사용함으로써, 복수 개의 상측 처리 기기들의 신뢰성 및 무결성에 대한 FLNG선 움직임의 영향을 완화시키는데 이용될 수 있다. 일반적으로 풍력이 종래 기술의 FLNG선을 단일 지점 계류 시스템 부근에서 웨더베인하게 하는 동시에, 풍력 및 수력은 다른 방향들에서 작용할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 다음에서 상세히 설명할 방식으로 상기 FLNG선의 지향을 설정하는 동적 위치 제어 시스템을 이용하면, 넓은 범위의 대기 조건들 및 바다 상태들에 대해 상기 FLNG선의 지향이 최적화 되도록 하고, 그리하여 상기 상측 처리 기기가 좀 더 효과적으로 작동되도록 하여, 상기 상측 탄화수소 생산 설비 내에서 상기 상측 처리 기기의 신뢰성 및 무결성을 증대하도록 한다.
작동 수명 동안 상기 FLNG선의 상기 상측 탄화수소 생산 설비가 겪는 부하를 줄이기 위하여, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 상기 FLNG선 선상에 있는 상기 상측 탄화수소 생산 설비와 연계된 실시간 LNG 생산 데이터(156) 세트를 포함할 수 있다. 상기 LNG 생산 데이터 세트는, 다음의 LNG 생산 센서들 중 하나 이상에 의하여 일부 또는 전부 생성될 수 있다 : 상기 액화 설비의 배출 스트림을 위한 유속 센서; LNG 온도 센서; 각각 복수 개의 FLNG선 극저온 저장 탱크를 위한 부하율 센서; 각각의 복수 개의 FLNG선 극저온 저장 탱크들을 위한 압력 센서; 각각의 복수 개의 FLNG선 극저온 저장 탱크들을 위한 하역율 센서. 상기 데이터 저장 수단에 있는 상기 저장된 설정 포인트들 세트는, 상측 탄화수소 생산 설비 무결성 설정 포인트들 세트(160)이다. 이 실시예를 이용하여, 상기 컴퓨터 프로세서는, 실시간 LNG 생산 데이터 세트를 수신하고, 상기 컴퓨터 프로세서는 다음의 수학 알고리듬으로 프로그램된다 ;
(i) 상기 LNG 생산 데이터 세트를 데이터 저장 수단에 있는 상측 탄화수소 생산 설비 무결성 설정 포인트들의 저장된 세트의 세트와 비교하고;
(ii) 상기 LNG 생산 데이터 세트가 상기 FLNG선에 대한 상기 상측 탄화수소 생산 설비 무결성 설정 포인트들의 저장된 세트의 하나 이상의 세트를 초과하거나 그 아래로 떨어질 때 지향 제어 보정 신호를 생성하고; 그리고,
(iii) 상기 FLNG선의 상기 상측 탄화수소 생산 설비가 겪는 상기 누적 부하을 줄이기 위하여 상기 동적 위치 제어시스템으로 상기 지향 제어 보정 신호를 전송한다.
대체로서 또는 추가로, 상기 데이터 저장 수단에 있는 상기 저장된 설정 포인트들 세트는, 상측 탄화수소 생산 설비 액체 수준 또는 흐름 제어 설정 포인트들(160)의 세트이다. 이 실시예를 이용하여, 상기 컴퓨터 프로세서는, 실시간 LNG 생산 데이터 세트를 수신하고, 상기 컴퓨터 프로세서는 다음과 같은 수학 알고리듬으로 프로그램된다 :
(i) 상기 LNG 생산 데이터 세트를 데이터 저장 수단에 있는 상측 탄화수소 생산 설비 액체 수준 또는 흐름 제어 설정 포인트들의 저장된 세트의 세트와 비교하고;
(ii) 상기 LNG 생산 데이터 세트가 상기 FLNG선에 대한 상기 상측 탄화수소 생산 설비 액체 수준 또는 흐름 제어 설정 포인트들의 저장된 세트의 하나 이상의 세트를 초과하거나 그 아래로 떨어질 때 지향 제어 보정 신호를 생성하고; 그리고,
(iii) 상기 FLNG선의 상기 상측 탄화수소 생산 설비에 의한 효율성 또는 신뢰성 중의 하나 또는 둘 다를 최적화하기 위하여 상기 동적 위치 제어시스템으로 상기 지향 제어 보정 신호를 전송한다.
온화한 환경에서 FLNG선의 계류를 위한 일반적인 배치들은, 생산 단계 동안에 항상 상기 FLNG선의 위치와 지향을 고정하는 '다점 계류'에 의존한다. 다른 모든 덜 온화한 환경에서, FLNG선의 계류를 위해 제안된 일반적인 배치는, 상기 단일 지점 계류 시스템 부근에서 상기 FLNG선이 웨더베인하게 하는 바람의 크기와 방향 또는 파도의 크기와 방향에 의하여 주로 지배되는 상기 FLNG선의 방향으로 대형 기계식 단일 지점 계류 시스템을 경유하여 거점 유지에 의존한다. 이러한 환경하에서 지향 제어는, (i) 선미 추진기들의 이용, 또는 (ii) 상기 FLNG선의 선체에 부분적으로 밀거나 또는 당기는 힘을 가하는 예인선과 같이, 독립된 자체-추진선의 개입을 이용하여 획득되는 웨더베닝 없는 지향으로 고가의 대형 기계식 단일 지점 계류 시스템의 이용하여 상기 LNG 선을 정거 유지 지점에 유지될 필요가 있다. 그에 반해서, 여기서 청구된 발명의 상기 시스템은, 환경 조건들 세트에 대하여 상기 FLNG선의 지향을 최적화하기 위해 필요한 필수 균형력을 생성하기 위하여 상기 동적 위치 제어 시스템에 대한 지향 제어 신호를 생성한다. 상기 지향 제어 신호는 상기 단일 지점 계류 시스템 및 예인선 조합, 또는 종래 기술의 상기 단일 지점 계류 시스템과 선미 추진기 조합을 이용하여 획득된 것과 다른 지향을 상기 FLNG선이 가지도록 할 수도 있다. 상기 FLNG선이 수직, 양-방향, 또는 여러-방향 해상 상태를 겪을 경우에, 상기 FLNG선이 종래 기술의 단일 지점 계류 시스템 부근에서 자유로이 웨더베인하도록 허용하는 것과 비교하면 본 발명의 상기 시스템은 특히 이롭다.
바람직하다면, 상기 FLNG선은 지향 제어에 더하여 정거 유지를 위하여 동적 위치 모드에서 작동될 수도 있다. 상기 추진기들의 시스템(104)은 상기 정거 유지 지점(100)에 있는 상기 FLNG선(12)을 위해 정거 유지를 획득하기에 충분하고, 이러한 방식으로, 상기 추진기들의 시스템은, 정거 유지 포락선(162) 내에서 제1위치에서 제2위치까지 상기 FLNG선의 단거리들의 이동을 위한 추진 시스템의 기능을 수행하는 상기 동적 위치 제어 시스템과의 조합으로 작동한다. 상기 동적 위치 제어 시스템은, 선택적으로 메인 추진 엔진(166) 및 프로펠러(168)의 형태의 FLNG선 전용 추진 시스템을 포함할 수도 있다. 상기 메인 추진 엔진은, 듀얼 연료 가스 터빈 시스템, 듀얼 연료 디젤 모터 시스템, 듀얼 연료 디젤-전기 시스템, 증기 터빈 시스템, 직접 구동 디젤 모터 시스템, 및 디젤-엔진-동력 전기 모터 시스템과 같이, 기술 분야에서 알려진 임의의 선박 추진 시스템이 될 수 있다. 상기 프로펠러는, 가변 피치 프로펠러 또는 나사 고정 프로펠러들이 될 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서, 상기 FLNG선은, 상기 정거 유지 포락선 내에서 제1위치에서 제2위치로 상기 FLNG선의 단거리 이동을 위한 전용 추진 시스템을 포함한다. 도 1 및 도 2에서 도시된 실시예에서, 상기 FLNG선은, 전용 추진 시스템을 포함하지 않지만, 대신에 상기 FLNG선을 상기 정거 유지 포락선 내에서 제1위치에서 제2위치로 이동시키기 위하여 상기 동적 위치 제어 시스템의 제어 하에 작동되는 추진기들의 시스템에 의존한다.
상기 시스템(10)은, 상기 동적 위치 제어 시스템(102)과 상기 상측 탄화수소 처리 설비(18) 사이에서 전력을 공유하기 위한 전력 생산 및 분배 시스템을 포함한다. 상기 전력 생산 및 분배 시스템은, 또한 다수개의 부가적인 시스템들(76)에 전력을 공급할 수 있다. 상기 FLNG선에 전용 추진 시스템(164)가 구비될 때, 상기 전력 생산 및 분배 시스템은, 상기 동적 위치 제어 시스템, 상기 상측 탄화수소 처리 설비, 및 상기 전용 추진 시스템 사이에서 전력을 공유하도록 구성된다.
상기 동적 위치 제어 시스템(102)을 위한 전력 요건들은, 낮은 전력 소비(약 10MW 보다 적은)의 긴 주기들과, 비교적 짧고 극한의 바다 및 대기 조건에서 매우 높은 전력 소비(약 20MW 내지 50MW의 범위에서)의 짧은 주기들에 특징이 있다. 도 5에 도시된 실시예에서, 상기 전력 생산 및 분배 시스템(170)은, 상기 전용 추진 시스템(164) 및 상기 상측 탄화수소 처리 설비(18)의 하나 또는 둘 다 오프피크 부하 상태를 겪을 때, 상기 동적 위치 제어 시스템(102)을 위한 배터리 뱅크(172)를 충전하도록 구성된다. 심한 해상 및 대기 조건들에서 상기 동적 위치 제어 시스템을 위한 전력을 증가를 필요로 하면서, 상기 전력 분배 시스템은, 상기 상측 탄화수소 처리 설비에서 이용된 것과 같은 덜 중대한 기기부터 부하를 줄임으로서 부하를 재분배한다.
지금까지 본 발명의 여러 실시예들이 상세하게 기술되었고, 관련 기술에서 숙련된 자라면 상기의 상세한 설명에 의한 많은 다양한 변형들이 가능하다는 것이 자명하다 할 것이다. 그와 같은 모든 변경 및 변형들은 본 발명의 범주에 속하는 것으로 간주되며, 발명의 본질은 전술한 설명과 첨부된 청구범위에 의해 결정된다.
여기에 다수의 선행기술 문헌이 참조되었다 하더라도, 이러한 참조가 호주 또는 어떤 다른 나라에서 이들 문헌이 속하는 기술분야의 공통의 일반적인 지식을 형성한다는 것을 인정하는 것은 아니다. 후술하는 본 발명의 요약, 설명 및 청구범위에서, 언어나 필요한 내용을 표현하기 때문에 문맥이 다르게 요구하는 경우를 제외하고, "포함하는" 및 "포함하다" 또는 "포함하고 있는"과 같은 변형들의 단어는 포괄적인 의미, 즉, 기술된 특징들의 존재를 특정하며, 본 발명의 다양한 실시예들에 있는 추가적인 특징들의 존재 혹은 추가를 배제하는 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 천연 가스 수용 시스템과 연결되며 FLNG선으로부터의 근해 LNG 생산을 위한 시스템으로서,
    선체 및 갑판을 가지는 해상 LNG 선;
    상기 FLNG선의 상기 선체의 상기 갑판에 또는 상기 갑판 위에 설치되는 상측 탄화수소 처리 설비;
    상기 FLNG선의 상기 선체 내에 설치되며 하나 이상의 단열된 FLNG선 극저온 저장 탱크들을 포함하는 FLNG선 화물 구속 시스템;
    상기 FLNG선 상의 추진기들로 이루어진 시스템과 작동적으로 연계되어 LNG 생산 작동을 하는 동안 정거 유지 지점 부근에서 바람직한 지향으로 상기 FLNG선을 유지시키는 동적 위치 제어시스템; 및
    실시간 모니터링된 환경 데이터 세트를 수신하기 위한 컴퓨터 프로세서를 포함하며,
    상기 컴퓨터 프로세서는:
    (i) 상기 실시간 모니터링된 환경데이터 세트를 데이터 저장 수단에 있는 저장된 설정 포인트들 세트와 비교하고;
    (ii) 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트가 상기 FLNG선에 대한 상기 저장된 설정 포인트들의 하나 이상의 세트를 초과하거나 그 아래로 떨어질 때 지향 제어 보정 신호를 생성하고; 그리고
    (iii) 상기 동적 위치 제어시스템으로 상기 지향 제어 보정 신호를 전송하는; 수학 알고리듬으로 프로그램되며,
    상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 상기 FLNG선의 선체가 겪는 변형 정도에 관계된 실시간 모니터링된 선체 무결성 데이터 세트를 포함하고, 상기 데이터 저장 수단에 있는 상기 저장된 설정 포인트들 세트는 선체의 무결성 설정 포인트들의 세트를 포함하는 FLNG선으로부터의 근해 LNG 생산을 위한 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실시간 모니터링된 선체 무결성 데이터 세트는, 다음의 선체의 무결성 센서들 중 하나 이상에 의하여 부분적으로 또는 전부 생성되는 시스템 : FLNG선체 변형 게이지, FLNG선 드래프트 센서(vessel draft senseor), FLNG선 트림 센서(trim sensor), FLNG선 피치 센서(pitch sensor), FLNG선 요 센서(yaw sensor), FLNG선 롤 센서(roll sensor), FLNG선 서지 센서(surge sensor) 및 FLNG선 히브 센서(heave sensor).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로세서는, 원격 사용자가 일주일에 7일, 하루 24시간 동안 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트를 볼 수 있도록 실행 대시보드를 형성하기 위하여 네트워크와 통신하는 소스(source) 또는 실행 명령들을 가지는 시스템.
  4. 상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트는, 외부 데이터 공급자로부터 공급받은 해양환경(metocean) 데이터 세트를 포함하는 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 해양환경 데이터 세트는, 환경 조건들에서 예상되는 변화에 대한 전방 경보를 제공하기 위하여 상기 거점 유지 지점에서 떨어져 있는 감지 위치로부터 공급받는 시스템.
  6. 상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은, 상기 실시간 모니터링된 환경 데이터 세트의 일부분 또는 전부를 생성하기 위하여 환경 센서들의 세트를 포함하는 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 환경 센서들의 세트는, 다음의 환경 조건 데이터 센서들 중 하나 이상을 포함하는 시스템 : 윈드 센서, 파도 센서, 조류 센서, 너울 센서, 온도 센서, 원격 파도 부표, 또는 이의 조합들.
  8. 상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 FLNG선의 선체는, 200 내지 600 미터의 범위의 길이를 갖는 강(steel) 단일 선체 또는 강 이중-선체인 시스템.
  9. 상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 FLNG선의 선체는, 40 내지 90 미터의 범위의 폭을 갖는 시스템.
  10. 상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 FLNG선의 선체는, 직사각형 또는 선박-형태의 풋프린트(footprint)를 갖고, 상기 FLNG선은 선수 및 선미를 가지며, 상기 추진기 시스템은, 하나 이상의 선수 추진기들과 하나 이상의 선미 추진기들을 포함하는 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추진기 시스템은, 하나 이상의 터널(tunnel) 또는 포드(pod) 추진기들을 포함하고, 각각의 터널(tunnel) 또는 포드(pod) 추진기들은 조절 가능한 추진기 출력을 갖고, 상기 동적 위치 제어 시스템은, 상기 선수 추진기 및 선미 추진기 중의 하나 또는 둘 다의 출력을 조절하여, LNG 생산 작동을 하는 동안 상기 FLNG선을 정거 유지 지점 부근에서 바람직한 지향으로 유지시키는 시스템.
  12. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추진기 시스템은, 하나 이상의 아지무스 추진기들을 포함하고, 각각의 아지무스 추진기는, 조절가능한 추진기 출력과 조절가능한 추진기 각을 갖고, 상기 동적 위치 제어 시스템은, 복수 개의 아지무스 추진기들 중 적어도 하나의 각과 출력 중의 하나 또는 둘 다를 조절함으로써 LNG 생산 작동들을 하는 동안 정거 유지 지점 부근에서 바람직한 지향으로 상기 FLNG선을 유지시키는 시스템.
  13. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추진기들의 시스템은, 각각이 조절가능한 추진기 출력을 가지는 하나 이상의 터널 또는 포드 추진기들과, 각각이 조절가능한 추진기 출력과 조절 가능한 추진기 각을 가지는 하나 이상의 아지무스 추진기들을 포함하며, 본 발명의 상기 동적 위치 제어 시스템은, (i) 상기 복수 개의 아지무스 추진기들 중의 적어도 어느 하나의 출력 및 각; 및 (ii) 상기 터널 또는 포드 추진기의 출력 중의, 하나 또는 둘 다를 조절함으로써 상기 FLNG선의 지향 제어를 획득하는 시스템.
  14. 상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동적 위치 제어 시스템 및 상기 상측 탄화수소 처리 설비 사이에서 전력을 공유하기 위하여 전력 생산 및 분배 시스템을 포함하는 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 전력 생산 및 분배 시스템은, 상기 상측 탄화수소 처리 설비가 오프피크 부하 조건을 겪을 때, 상기 동적 위치 제어 시스템을 위한 배터리 뱅크를 충전하도록 구성되는 시스템.
  16. 상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 FLNG선은, 지향제어에 더하여 정거 유지를 위한 동적 위치 모드에서 작동되는 시스템.
  17. 상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동적 위치 제어 시스템은, 상기 FLNG선에 위치하는 시스템.
  18. 상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실시간 모니터링된 환경 데이터는, 상기 FLNG선을 위한 유지 스케쥴을 알리기 위한 가이드라인을 제공하기 위하여 상기 FLNG선의 작동 수명 동안 상기 FLNG선이 겪는 누적 부하 시간들의 측정을 제공하기 위하여 저장되는 시스템.
  19. 상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실시간 모니터링된 환경 데이터는, 상기 수학적 알고리듬을 업데이트 하기 위하여 또는 상기 저장된 설정 포인트들의 값을 재설정하기 위하여 분석되는 시스템.
  20. 상기 선행 청구항들 중 어느 한 항의 상기 시스템을 이용하여 FLNG선으로부터의 근해 LNG 생산을 위한 방법.
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