KR20170065940A - 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼 및 그 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법 - Google Patents

수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼 및 그 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼 및 그 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법에 관한 것으로, 수직의 텐돈을 이용하여 계류되고, 플랫폼 선체의 부력에 의해서 인장이 유지되고, 플랫폼의 측면에는 추가 부력체를 업다운 가능하게 설치하고 외부의 환경적 하중에 의해서 플랫폼의 옵셋과 셋 다운 발생하는 경우에 추가 부력체의 부력을 이용하여 플랫폼의 수평 운동성능을 보상할 수 있으므로, 안정적인 계류를 구현할 수 있다.

Description

수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼 및 그 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법{HORIZONTAL MOTION PERFORMANCE COMPENSATION TYPE OFFSHORE PLATFORM AND HORIZONTAL MOTION PERFORMANCE COMPENSATION METHOD}
본 발명은 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 플랫폼의 측면에 추가 부력체를 업다운 가능하게 설치하고 플랫폼의 옵셋과 셋 다운 발생시 추가 부력체의 부력을 이용하여 플랫폼의 수평 운동성능을 보상할 수 있는 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼 및 그 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법에 관한 것이다.
일반적으로 해저 유정의 개발에 사용되는 구조물은 고정식 구조물과 부유식 구조물로 나눌 수 있다.
또한, 심해에 적용되는 부유식 구조물에는 텐션 레그 플랫폼(TLP: Tension Leg Platform), 반잠수식 리그(semi-submersible rigs), FPSO(Floating Production Storage and Offloading) 등이 있다.
텐션 레그 플랫폼은 해저에 앵커로 고정된 파운데이션에 연결되는 수직의 텐돈(tendon)을 이용하여 계류된다. 텐돈은 부분적으로 잠수되어 있는 텐션 레그 플랫폼 선체의 부력에 의해 인장 된다.
텐션 레그 플랫폼은 초기 인장력(Pre-tension)을 받는 텐돈을 이용해서 해상에서 동적 안정성을 유지하는 해저 생산 플랫폼 중 하나로서, 배수량(displacement)을 조절하기 위해 구조물 자체의 부유선(natural floatation line)보다 더 낮은 위치에 흘수 (draught)를 유지하고, 이로 인해 발생하는 잉여 부력을 텐돈에 의해 구속하게 된다. 이러한 텐션 레그 플랫폼 계류계의 구조적 특성에 의해 다른 부유식 구조물과 비교해 수직동요(heave) 운동 특성이 아주 우수하다.
하지만, 텐션 레그 플랫폼 계류계의 특성상 외력에 의해 발생하는 수평 운동(surge and sway motion)의 성분은 수직 운동에 비해 상대적으로 크게 발생하고, 이로 인한 수평방향 운동성능은 취약한 단점이 있다.
도 1은 종래 텐션 레그 플랫폼을 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래 텐션 레그 플랫폼(10)은 중심부에 문풀(moonpool)이 형성되고, 문풀을 통해서 드릴링 라이저(drilling riser), 프로덕션 라이저(production riser) 등과 같은 라이저(12)가 해저 바닥으로 접근할 수 있도록 설치되며, 계류 시스템으로서 텐돈(13)이 가장자리에 위치하는 포치(porch)에 연결되어 해저 바닥에 고정된다.
이와 같은 텐돈(13)은 해저 바닥에서부터 수면상의 텐션 레그 플랫폼(10)까지 초기 인장력을 가하여 설치되고, 이러한 초기 인장력에 의해 텐션 레그 플랫폼(10)이 외력에 견디면서 플랫폼의 고정 위치를 유지하도록 한다.
그러나 종래 텐션 레그 플랫폼은 텐돈에 의해서 수직방향의 계류는 안정적으로 유지되지만, 외부 환경적인 하중에 의해서 수평방향 운동이 심하게 발생하여 수평방향 계류가 매우 취약한 문제가 있다.
국내 공개특허 제10-2012-0074094호 국내 공개특허 제10-2014-0120154호
본 발명은 수직의 텐돈을 이용하여 계류되고, 플랫폼 선체의 부력에 의해서 인장이 유지되고, 플랫폼의 측면에는 추가 부력체를 업다운 가능하게 설치하고 외부의 환경적 하중에 의해서 플랫폼의 옵셋과 셋 다운 발생하는 경우에 추가 부력체의 부력을 이용하여 플랫폼의 수평 운동성능을 보상할 수 있으므로, 안정적인 계류를 구현할 수 있는 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼 및 그 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼 및 그 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법을 제공한다.
본 발명의 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼은 해상에 부유하는 플랫폼; 플랫폼을 해저에 고정하기 위한 계류 유닛; 플랫폼의 수평방향 운동성능을 보상하기 위하여 플랫폼에 업다운 가능하게 설치되는 부력체; 플랫폼의 옵셋과 셋 다운을 감지하는 감지부; 및 부력체를 업 다운시키기 위한 부력체 업다운 유닛;을 포함한다.
계류 유닛은 플랫폼을 해저에 연결하기 위하여 수직으로 설치되는 텐돈; 텐돈을 해저에 연결하는 텐돈 버텀 연결부; 및 텐돈 버텀 연결부를 해저에 고정하는 텐돈 앵커;를 구비한다.
본 발명의 일 예에 따른 부력체 업다운 유닛은 플랫폼의 양 측면에 회동 가능하게 설치되며, 끝단 부에 부력체를 홀딩하기 위한 홀딩 부가 형성되는 아암; 및 아암의 힌지 부를 중심으로 아암을 회동시키는 아암 구동부;를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 예에 따른 부력체 업다운 유닛은 플랫폼의 양 측면에 형성되며 부력체가 삽입되기 위한 절개 홈이 형성되는 부력체 장착 부; 부력체를 상하로 업다운 시키기 위하여 부력체에 설치되는 랙; 랙과 결합하도록 장착 부에 설치되는 피니언 기어; 및 피니언 기어를 구동하기 위한 회전 모터;를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법은 플랫폼의 옵셋과 셋 다운을 감지하는 단계; 플랫폼의 옵셋과 셋 다운이 기설정 값 이내로 유지되는 지를 판단하는 단계; 플랫폼의 옵셋과 셋 다운이 기설정 값 이상으로 발생하는 경우, 추가의 부력체를 하강하여 플랫폼의 부력을 상승시켜서 플랫폼의 수평방향 운동성능을 보상하는 단계; 및 플랫폼의 옵셋과 셋 다운이 설정 값 이내로 유지되는 경우, 부력체를 상승하여 원위치시키는 단계;를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 수직의 텐돈을 이용하여 계류되고, 플랫폼 선체의 부력에 의해서 인장이 유지되고, 플랫폼의 측면에는 추가 부력체를 업다운 가능하게 설치하고 외부의 환경적 하중에 의해서 플랫폼의 옵셋과 셋 다운 발생하는 경우에 추가 부력체의 부력을 이용하여 플랫폼의 수평 운동성능을 보상할 수 있으므로, 안정적인 계류를 구현할 수 있다.
도 1은 종래 해양 플랫폼을 보인 정면도
도 2는 본 발명에 따른 해양 플랫폼을 보인 정면도
도 3은 본 발명에 따른 해양 플랫폼에서 부력체의 하강을 보인 정면도
도 4는 본 발명에 따른 해양 플랫폼에서 부력체에 의한 수평방향 운동성능 보상을 설명하는 정면도
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부력체 업다운 유닛을 보인 평면도
도 6은 본 발명에 따른 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법을 설명하는 블록도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼 및 그 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 해양 플랫폼을 보인 정면도, 도 3은 본 발명에 따른 해양 플랫폼에서 부력체의 하강을 보인 정면도, 및 도 4는 본 발명에 따른 해양 플랫폼에서 부력체에 의한 수평방향 운동성능 보상을 설명하는 정면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼(100)은 해상에 부유하는 플랫폼(110); 플랫폼(110)을 해저에 고정하기 위한 계류 유닛(120); 플랫폼(110)의 수평방향 운동성능을 보상하기 위하여 플랫폼(110)에 업다운 가능하게 설치되는 부력체(130); 플랫폼(110)의 옵셋(offset)과 셋 다운(setdown)을 감지하는 감지부(140); 및 부력체(130)를 업 다운시키기 위한 부력체 업다운 유닛(150)을 포함한다.
계류 유닛(120)은 플랫폼(110)을 해저에 연결하기 위하여 수직으로 설치되는 텐돈(121), 텐돈(121)을 해저에 연결하는 텐돈 버텀 연결부(122), 및 텐돈 버텀 연결부(122)를 해저에 고정하는 텐돈 앵커(123)를 구비한다.
감지부(140)는 플랫폼(110)에 설치되는 위치센서는 물론 인공위성 감시 시스템 등을 모두 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 부력체 업다운 유닛(150)은 플랫폼(110)의 양 측면에 회동 가능하게 설치되며, 끝단 부에 부력체(130)를 홀딩하기 위한 홀딩 부(151a)가 형성되는 아암(151); 및 아암(151)의 힌지 부(151b)를 중심으로 아암(151)을 회동시키는 아암 구동부(152)를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 부력체 업다운 유닛(150)은, 아암 구동부(152)의 구동력을 이용하여 힌지 부(151b)를 중심으로 아암(151)을 회동시켜서 하강시키거나 상승시킬 수 있다. 아암 구동부(152)는 유압 실린더 등을 포함한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부력체 업다운 유닛을 보인 평면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부력체 업다운 유닛(250)은 플랫폼(110)의 양 측면에 형성되며 부력체(130)가 삽입되기 위한 절개 홈(251a)이 형성되는 부력체 장착 부(251), 부력체(130)를 상하로 업다운 시키기 위하여 부력체(130)에 설치되는 랙(252), 랙(252)과 결합하도록 장착 부(251)에 설치되는 피니언 기어(253), 및 피니언 기어(253)를 구동하기 위한 회전 모터(254)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 부력체 업다운 유닛(250)은, 회전 모터(254)의 구동력을 이용하여 피니언 기어(253)와 랙(252)의 결합에 의해서 부력체(130)가 상하로 업다운할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법을 설명하는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법은 플랫폼(110)의 옵셋과 셋 다운을 감지하는 단계(S 110); 플랫폼(110)의 옵셋과 셋 다운이 기설정 값 이내로 유지되는 지를 판단하는 단계(S 120); 판단결과, 플랫폼(110)의 옵셋과 셋 다운이 기설정 값 이상으로 발생하는 경우, 추가의 부력체(130)를 하강하여 플랫폼(110)의 부력을 상승시켜서 플랫폼(110)의 수평방향 운동성능을 보상하는 단계(S 130); 및 플랫폼(110)의 옵셋과 셋 다운이 설정 값 이내로 유지되는 경우, 부력체(130)를 상승하여 원위치시키는 단계(S 140)를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법의 원리를 설명하면 아래와 같다.
플랫폼(110)은 다수의 텐돈에 의해서 수직방향으로 지지 상태를 유지한다. 외부의 환경적 영향으로 인하여 플랫폼(110)이 수평방향으로 이동하는 경우, 옵셋(Offset)과 셋다운이 발생한다. 이때, 옵셋(Offset)이 계속 증가하면, 텐돈(tendon) 및 라이저(riser)의 운용 한계를 초과할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 감지부(140)는 옵셋(Offset)과 셋다운을 감지하고, 플랫폼(110)의 옵셋과 셋 다운이 기설정 값 이내로 유지되는 지를 판단한다.
판단결과, 플랫폼(110)의 옵셋과 셋 다운이 기설정 값 이상으로 발생하는 경우, 추가의 부력체(130)를 하강하여 플랫폼(110)의 부력을 상승시켜서 플랫폼(110)의 수평방향 운동성능을 보상한다. 수평방향 운동성능 보상 원리를 식으로 나타내면 아래와 같다.
수평방향 운동성능 보상을 설명하는 식:
Figure pat00001
L = 텐돈 초기길이(tendon initial length)
n = 텐돈의 개수(number of tendons)
T0 = 텐돈 초기장력(Tendon pretension) = [TLP 배수량(Displacement)-(TLP weight + Riser Tension)]/n
△T1 = 옵셋(Offset)에 의해 발생하는 텐돈 텐션(tendon tension) 변화량, 셋다운(setdown)에 의해 TLP의 흘수가 바뀌고 그로 인해 부력이 증가하여, 텐돈 텐션(tendon tension)의 증가를 야기한다.
△T2 = 옵셋(Offset)이 증가하면, 텐돈(tendon) 및 라이저(riser)의 운용 한계를 초과할 수 있기 때문에, 수평 방향 운동 복원력을 높이기 위하여, 추가의 부력체를 수면 아래로 내리고, 이로 인해 발생하는 텐돈 텐션의 변화량을 말한다.
△L = 텐돈 길이(tenson length) 변화량
EA = 텐돈 축 방향 강성(tendon axial stiffness)
K11 = TLP x 방향 motion에 의해 발생하는 x 방향 stiffness(강성)
K31 = TLP x 방향 motion(상승)에 의해 발생하는 z 방향 stiffness(강성)
그리고 위에서 언급한 바와 같이, 추가 부력에 의해서 플랫폼(110)의 옵셋과 셋 다운이 설정 값 이내로 유지되는 경우, 부력체(130)를 상승하여 원위치시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 수직의 텐돈을 이용하여 계류되고, 플랫폼 선체의 부력에 의해서 인장이 유지되고, 플랫폼의 측면에는 추가 부력체를 업다운 가능하게 설치하고 외부의 환경적 하중에 의해서 플랫폼의 옵셋과 셋 다운 발생하는 경우에 추가 부력체의 부력을 이용하여 플랫폼의 수평 운동성능을 보상할 수 있으므로, 안정적인 계류를 구현할 수 있다.
100: 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼
110: 플랫폼
120: 계류 유닛
130: 부력체
140: 감지부
150: 부력체 업다운 유닛
121: 텐돈
122: 텐돈 버텀 연결부
123: 텐돈 앵커

Claims (5)

  1. 해상에 부유하는 플랫폼;
    상기 플랫폼을 해저에 고정하기 위한 계류 유닛;
    상기 플랫폼의 수평방향 운동성능을 보상하기 위하여 상기 플랫폼에 업다운 가능하게 설치되는 부력체;
    상기 플랫폼의 옵셋과 셋 다운을 감지하는 감지부; 및
    상기 부력체를 업 다운시키기 위한 부력체 업다운 유닛;을 포함하는 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 계류 유닛은
    상기 플랫폼을 해저에 연결하기 위하여 수직으로 설치되는 텐돈;
    상기 텐돈을 해저에 연결하는 텐돈 버텀 연결부; 및
    상기 텐돈 버텀 연결부를 해저에 고정하는 텐돈 앵커;를 구비하는 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 부력체 업다운 유닛은
    상기 플랫폼의 양 측면에 회동 가능하게 설치되며, 끝단 부에 상기 부력체를 홀딩하기 위한 홀딩 부가 형성되는 아암; 및
    상기 아암의 힌지 부를 중심으로 상기 아암을 회동시키는 아암 구동부;를 포함하는 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 부력체 업다운 유닛은
    상기 플랫폼의 양 측면에 형성되며 상기 부력체가 삽입되기 위한 절개 홈이 형성되는 부력체 장착 부;
    상기 부력체를 상하로 업다운 시키기 위하여 상기 부력체에 설치되는 랙;
    상기 랙과 결합하도록 상기 장착 부에 설치되는 피니언 기어; 및
    상기 피니언 기어를 구동하기 위한 회전 모터;를 포함하는 수평 운동성능 보상형 해양 플랫폼.
  5. 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법에 있어서,
    상기 플랫폼의 옵셋과 셋 다운을 감지하는 단계;
    상기 플랫폼의 옵셋과 셋 다운이 기설정 값 이내로 유지되는 지를 판단하는 단계;
    상기 플랫폼의 옵셋과 셋 다운이 기설정 값 이상으로 발생하는 경우, 추가의 부력체를 하강하여 상기 플랫폼의 부력을 상승시켜서 상기 플랫폼의 수평방향 운동성능을 보상하는 단계; 및
    상기 플랫폼의 옵셋과 셋 다운이 설정 값 이내로 유지되는 경우, 상기 부력체를 상승하여 원위치시키는 단계;를 포함하는 해양 플랫폼의 수평 운동성능 보상방법.
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