KR20210103485A - 광활한 수역에서 탄화수소생산설비의 건설 및 개발방법과 관련 개발설비 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄화수소생산설비의 건설 및 개발방법에 관한 것으로, 현장에 하이브리드 냉각시스템(34)을 포함하는 기능모듈(16A, 16B)을 공급하는 단계, 현장에서 기능모듈(16A, 16B)의 장비의 개발을 검증하는 단계, 기능모듈(16A, 16B)을 지지구조물에 착설하는 단계, 지지구조물을 광활한 수역의 개발현장으로 이동시키는 단계를 포함한다. 감증단계는 냉각될 흐름을 하이브리드 냉각시스템(34)의 공기냉각기를 통과시키는 단계를 포함하고, 흐름은 하이브리드 냉각시스템(34)의 공기냉각기를 순환하는 흐름에 의하여 전적으로 냉각된다. 광활한 수역에서 탄화수소를 개발하는 단계는 냉각될 흐름을 하이브리드 냉각시스템의 물냉각기를 통과시키는 단계를 포함하고, 흐름은 물냉각기를 순환하는 수역으로부터의 물과의 열교환에 의하여 냉각된다.
Description
본 발명은 수역(水域)에서 탄화수소생산설비의 건설 및 개발방법에 관한 것으로, 다음의 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
- 건설현장에 장비를 포함하는 하나 이상의 기능모듈과 직렬 또는 병렬로 배열되는 공기냉각기와 물냉각기를 포함하는 하나 이상의 하이브리드 냉각시스템을 공급하는 단계;
- 현장에서 기능모듈의 장비의 기능을 검증하는 단계;
- 수역에서 적어도 부분적으로 잠수된 지지구조물에 기능모듈을 설치하는 단계;
- 수역에서 기능모듈을 적재한 지지구조물을 개발현장으로 이동시키는 단계; 및
- 수역에서 탄화수소를 개발하는 단계.
설비는 예를 들어 부유식 생산저장하역설비(FPSO), 부유식 액화천연가스설비(FLNG), 또는, 보다 일반적으로, 예를 들어, 텐션 레그 플렛폼(TLP, Tension Leg Platform)인 반잠수형 플렛폼, 언로딩 브이(unloading buoy), 부유식 수직컬럼 또는 선박과 같은 해양설비이다. 변형된 형태의 설비로서는 고정형의 견고한 플렛폼 구조물 또는 예를 들어 중력기반구조물(GBS, Gravity Based Structure)과 같은 "중력" 타입의 구조물이 있다.
일반적으로 상기 언급된 형태의 부유식 유닛은 상호연결된 다량의 장비가 적재된 부유선체를 포함한다. 이러한 장비는 예를 들어 파이프, 전선과 같은 기능성 라인, 수압수송라인 및/또는 정보전송라인에 의하여 서로 연결된다.
이러한 유닛의 제작을 위하여, 선체를 조립하고, 별도로 사전제작된 여러 모듈을 선체에 배치하는 것이 알려져 있다. 모듈은 선체에 배치되었을 때 여러 설비시스템의 구성을 위하여 서로 연결된다.
이러한 방식의 결점은 모듈 사이에 많은 연결부를 필요로 한다는 것이다. 일반적으로 이러한 연결부는 구조물의 무게나 크기를 증가시킨다.
아울러, 이러한 구조물의 설계와 건설은 복잡하고 시간이 많이 소요되며 비용이 많이 든다. 이는 각각의 모듈이 건설현장에서 별도로 제작될 수는 있으나 이들 모듈이 현장에서는 서로 분리되어 있어 기능을 할 수 없기 때문이다. 각 모듈에서 수행될 필요가 있는 시운전과 시험의 장점은 모듈이 이들을 위한 지지구조물에 연결된 후에나 수행될 수 있다는 것이다.
따라서, 각 모듈의 기능은 모든 모듈이 설치되었을 때 매우 한정적이고 상호의존적인 환경에서만 시험될 수 있다.
따라서, 어느 한 모듈에서 특정오작동이 일어나는 경우, 다른 모듈에서 수행되어야 하는 시험이 방해를 받아 설비의 생산개시가 상당히 지연될 수 있다.
다른 한편으로, 이들 시험의 일부는 냉각시스템을 작동시키기 위한 해수의 이용을 필요로 한다. 전형적으로 이러한 해수의 이용은 최종목적지에 배치되어야 하는 해양구조물을 필요로 하여 이들 시험의 마무리는 생산개시전 최종 순간까지 지연된다.
특허문헌 AU2013202033에는 모듈이 직접 해양의 현장에서 시험되고 부유식 지지구조물에 적당히 배치되는 상기 언급된 형태의 방법이 기술되어 있다.
본 발명의 목적은 건설과 시운전에 요구되는 시간을 현저히 줄일 수 있는 반면에 공간조건이 최적화되고 최대효율이 제공되는 유체생산설비의 건설과 개발방법을 제공하는 것에 있다.
이를 위하여, 본 발명은 기능모듈의 장비의 개발에 관한 현장검증이 하이브리드 냉각시스템의 공기냉각기를 통하여 냉각될 하나 이상의 흐름이 통과하는 단계를 포함하고, 흐름은 하이브리드 냉각시스템의 물냉각기의 활성화없이 전적으로 공기냉각기를 통하여 순환하는 공기흐름에 의하여 냉각되며, 수역에서 탄화수소의 개발은 물냉각기를 통하여 냉각될 하나 이상의 흐름의 통과를 포함하고, 흐름은 물냉각기를 통하여 순환하는 수역으로부터 취한 물과의 직접 또는 간접적인 열교환에 의하여 냉각됨을 특징으로 하는 상기 언급된 형태의 방법을 목적으로 한다.
현장검증단계가 전적으로 공기냉각을 이용하여 수행되고 개발단계가 혼합된 공기-물 냉각을 이용하여 수행되는 하이브리드 냉각시스템의 특별한 이용은 현장시험에 필요한 시간을 줄여주는 반면에, 공간조건을 제한하고 개발 중에 효율을 증가시킨다.
본 발명에 따른 방법은 단독으로 또는 기술적인 조합이 이루어지는 다음의 하나 이상의 특징을 포함한다.
- 직접 열교환은 물, 특히, 수역으로부터의 해수와 접촉이 없는 열교환이거나, 또는 간접열교환은 물, 특히, 수역으로부터의 해수에 의하여 냉각되는 담수폐쇄루프를 통하여 수행된다.
- 수역에서 탄화수소를 개발할 때, 냉각될 흐름은 공기냉각기를 통하여 순환하는 공기흐름에 의한 냉각없이 물냉각기를 통하여 순환하는 물에 의하여 전적으로 냉각된다.
- 냉각될 흐름은 개발된 탄화수소 흐름이거나 또는 개발된 탄화수소 흐름과 열교환관계가 이루어질 수 있게 된 냉각제 유체흐름이다.
- 기능모듈은 하나 이상의 전처리유닛, 발전설비, 유틸리티, 액화유닛 및/또는 탄화수소저장관리유닛을 포함하는 단일기능모듈이다.
- 설비는 다수의 기능모듈을 포함하고, 방법은 다수의 기능모듈을 지지구조물에 설치하는 단계와, 기능모듈과 하나 이상의 다른 기능모듈 사이의 하나 이상의 연결라인을 포함하는 연결인터페이스에 의하여 기능모듈을 서로 연결하는 단계를 포함하며, 연결라인은 개발되는 유체를 수송하는 유체수송라인, 전력수송라인, 수압유체수송라인 및/또는 정보전송라인이다.
- 연결인터페이스는 최대한 50개의 연결라인을 포함한다.
- 하나의 기능모듈은 고온 기능모듈이고 하나 이상의 기능모듈은 고온 기능모듈에 연결된 저온 기능모듈이다.
- 고온 기능모듈은 탄화수소 전처리유닛, 발전설비 및/또는 유틸리티를 포함한다.
- 저온 기능모듈은 액화유닛 및/또는 탄화수소저장관리유닛을 포함한다.
- 기능모듈은 발전설비 및/또는 유틸리티를 포함한다.
- 하이브리드 냉각시스템은 냉각될 유체의 압축기의 유출구에 연결되고, 방법은 현장검증중 및/또는 개발중에, 하이브리드 냉각시스템에서 냉각전에 압축기에서 냉각될 유체를 압축하는 단계를 포함한다.
- 기능모듈은 기능모듈의 장비와 특별히 상호작용할 수 있는 하나 이상의 기술동(technical building), 특히 전기실 또는 계기실을 포함하고, 기능모듈의 장비의 기능을 검증하는 현장검증단계는 기능모듈에 특화된 기술동의 활성화단계를 포함한다.
- 장비기능의 현장검증은 기능모듈이 지지구조물에 설치되기 전에 수행된다.
- 지지구조물은 선체를 포함하고, 설비는 FPSO 또는 FLNG이거나 또는 지지구조물이 플렛폼, 특히 SPAR 또는 GBS 플렛폼이다.
- 하나의 기능모듈, 유리하게는 각 기능모듈은 토치(torch)를 포함한다.
- 하나 이상의 기능모듈은 6,000 톤 이상, 특히 10,000 톤 이상, 더욱 특히로는 20,000 톤 이상의 질량을 갖는다.
본 발명은 그 목적으로써 수역에서 탄화수소를 생산하기 위한 설비를 제공하는바, 본 발명의 설비는 다음의 구성을 포함한다.
- 지지구조물.
- 하나 이상의 기능모듈은 장비를 포함하고 하나 이상의 하이브리드 냉각시스템은 직렬 또는 병렬의 공기냉각기와 물냉각기를 포함하며 기능모듈이 지지구조물상에 설치된다.
- 기능모듈에 흐름을 공급하기 위한 하나 이상의 조립체를 포함하고, 흐름은 물냉각기 및/또는 하이브리드 냉각시스템의 공기냉각기를 통하여 통과하기 적합하다.
- 수역으로부터의 물을 물냉각기에 순환시키고 물냉각기를 통과하는 냉각될 흐름을 냉각시키기 위하여, 하이브리드 냉각시스템의 하나 이상의 공기냉각기가 하이브리드 냉각시스템의 물냉각기를 활성화함이 없이 냉각될 흐름을 냉각시키도록 선택적으로 활성화되는 건설현장에서 기능모듈의 기능을 검증하기 위한 구성과, 물냉각기가 수역의 물에 연결된 수역에서 탄화수소 개발을 위한 구성 사이에 배치되는 하이브리드 냉각시스템을 제어하기에 적합한 제어유닛을 포함한다.
본 발명에 따른 설비는 단독으로 또는 기술적인 조합이 이루어지는 다음의 하나 이상의 특징을 포함한다.
- 하나 이상의 기능모듈은 6,000 톤 이상, 특히 10,000 톤 이상, 더욱 특히로는 20,000 톤 이상의 질량을 갖는다.
- 기능모듈은, 냉각시스템의 상류측에서, 냉각시스템에서 냉각될 흐름을 압축할 수 있게 된 하나 이상의 압축기를 포함한다.
본 발명은 건설과 시운전에 요구되는 시간을 현저히 줄일 수 있는 반면에 공간조건이 최적화되고 최대효율이 제공되는 유체생산설비의 건설과 개발방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 탄화수소생산설비의 개략평면도.
도 2는 도 1에서 보인 설비의 제1 기능모듈을 개략적인 사시도.
도 3은 도 1에서 보인 설비의 각 기능모듈과, 두 개의 기능모듈 사이의 인터페이스를 보인 개략적인 부분확대평면도.
도 4는 도 1의 설비에 사용된 제1 하이브리드 냉각시스템의 개략구성도.
도 5는 도 1의 설비에 사용된 제2 하이브리드 냉각시스템을 보인 도 4와 유사한 개략구성도.
도 6은 도 1의 설비에 사용된 제3 하이브리드 냉각시스템을 보인 도 4와 유사한 개략구성도.
도 7은 도 1의 설비의 건설 및 개발방법의 여러 단계를 설명하는 흐름도.
도 8은 탄화수소생산설비의 변형예를 보인 도 1과 유사한 개략평면도.
도 9는 탄화수소생산설비의 다른 변형예를 보인 도 1과 유사한 개략평면도.
도 2는 도 1에서 보인 설비의 제1 기능모듈을 개략적인 사시도.
도 3은 도 1에서 보인 설비의 각 기능모듈과, 두 개의 기능모듈 사이의 인터페이스를 보인 개략적인 부분확대평면도.
도 4는 도 1의 설비에 사용된 제1 하이브리드 냉각시스템의 개략구성도.
도 5는 도 1의 설비에 사용된 제2 하이브리드 냉각시스템을 보인 도 4와 유사한 개략구성도.
도 6은 도 1의 설비에 사용된 제3 하이브리드 냉각시스템을 보인 도 4와 유사한 개략구성도.
도 7은 도 1의 설비의 건설 및 개발방법의 여러 단계를 설명하는 흐름도.
도 8은 탄화수소생산설비의 변형예를 보인 도 1과 유사한 개략평면도.
도 9는 탄화수소생산설비의 다른 변형예를 보인 도 1과 유사한 개략평면도.
수역(12)에 설치된 제1 탄화수소생산설비(10)가 도 1 내지 도 6에서 설명된다.
설비(10)는 예를 들어 부유식 생산저장하역설비(FPSO), 부유식 액화천연가스설비(FLNG), 또는, 예를 들어, 텐션 레그 플렛폼(TLP, Tension Leg Platform)인 반잠수형 플렛폼, 오프로딩 브이(offloading buoy), 부유식 수직컬럼 또는 선박과 같은 해양설비이다. 변형된 형태로서 설비(10)는 고정형의 견고한 플렛폼 구조물 또는 예를 들어 중력기반구조물(GBS, Gravity Based Structure)과 같은 "중력" 타입의 구조물이다.
수역(12)은 예를 들어 호수, 바다 또는 해양이다. 설비(10)의 부근에서 수역(12)의 깊이는 예를 들어 50m ~ 3000m 사이, 또는 4000m에 이른다.
도 1에서, 설비(10)는 수역(12)의 수중에 일부가 잠기는 지지구조물(14)과, 하나 이상의 기능모듈, 즉, 여기에서는 지지구조물(14)에 적재된 적어도 제1 기능모듈(16A)과 제2 기능모듈(16B)을 포함한다.
설비(10)는 또한 기능모듈(16A, 16B) 사이를 연결하기 위한 인터페이스(18)를 포함한다. 유리하게, 이러한 설비는 또한 지지구조물(14)에 적재된 생활관(20)을 포함한다.
지지구조물(14)은 수역(12)상에 부유하거나, 수역(12)에서 고정적으로 설치되어 있다. 이러한 구조물은 예를 들어 수역(12) 상에서 부유하는 선체(22)로 구성된다.
지지구조물(14)은 데크를 구성하는 상부면(24)을 가지며 이에 기능모듈(16A, 16B)이 착설된다. 이는 선택적으로 수역(12)에 대하여 상부면(24)의 높이를 조절하고 상부면(24)에 가하여지는 부하가 불균일한 경우나, 조류의 변화에 관계없이 상부면(24)이 실질적으로 수평을 유지할 수 있도록 하는 제어시스템(도시하지 않았음)을 포함한다. 이러한 제어시스템은 예를 들어 선택형의 밸러스팅 시스템(ballasting system)이다.
유리하게, 지지구조물(14)은 상부면(24)의 아래에 유체저장조를 수용한다.
각 기능모듈(16A, 16B)은 어떠한 기능을 수행하기 위하여, 특히 탄화수소 개발방법의 구현을 위한 하나 이상의 유닛을 구성할 수 있도록 통합형식으로 기능할 수 있는 장비로 분류된다.
각 기능모듈(16A, 16B)은 기능을 수행할 수 있도록 한 모든 장비를 포함하므로 상당히 큰 질량을 갖는다. 각 기능모듈(16A, 16B)의 질량은 유리하게는 6,000 톤 이상, 특히 10,000 톤 이상, 더욱이는 20,000 톤 이상이다. 기능모듈(16A, 16B)은 "초대형 모듈(mega-module)"이라 할 수 있다.
도 2에서, 각 기능모듈(16A, 16B)은 지지프레임(30)과 기능수행을 위하여 프레임(30)에 의하여 지지된 장비(32)를 포함한다.
하나 이상의 기능모듈(16A, 16B)은 건설중에 그리고 기능모듈(16A, 16B)의 개발중에 선택적으로 사용하기 위한 하이브리드 냉각시스템(34)을 포함한다. 도 2 및 도 3에서 보인 예에서, 각 기능모듈(16A, 16B)은 전기실 및/또는 계기실로 구성되는 기술동(36)을 포함한다.
장비(32)는 예를 들어 기계적인 장비(오버헤드 크레인, 모노레일, 카트)와 같은 기능시스템, 캐패시티 류, 압축기, 열교환기, 팽창튜브, 팽창밸브, 유량이나 온도 또는 레벨이나 압력제어밸브, 펌프, 유체수송라인, 또는 전력수송라인이나 수압유체수송라인 및/또는 정보전송라인과 같은 기능라인을 포함한다.
기술동(36)은 장비(32)의 활용과 모니터링이 이루어질 수 있도록 기능모듈(16A, 16B)의 장비(32)에 연결되고, 기능의 수행을 위하여 장비(32)에 대한 제어명령을 수신하기 위하여 하나 이상의 기능모듈(16A, 16B)에 공통인 제어실(38)(도 3 참조)에 연결된다.
도 1 내지 도 3에서 보인 예에서, 설비(10)는 제1 "고온" 기능모듈(16A)과 제2 "저온" 기능모듈(16B)을 포함한다.
도 3에서 고온 기능모듈(16A)은 하나 이상의 전처리유닛(40), 발전설비(42) 및 유틸리티(44)를 포함한다.
전처리유닛(40)은 예를 들어 탄화수소 흐름을 정제하고 탄화수소 흐름에서 바람직하지 않은 화합물을 제거하거나 양을 감소시키기 위하여 심토로부터 추출된 하나 이상의 탄화수소 흐름을 처리할 수 있게 되어 있다. 바람직하지 않은 화합물은 예를 들어 물, 이산화탄소, 메르캅탄과 같은 황화합물, 또는 5 개 이상의 탄소 원자를 갖는 탄화수소와 같은 중질 탄화수소이다.
따라서, 전처리유닛(40)은 유리하게는 하나 이상의 증류컬럼 및/또는 정제조 및/또는 냉각시스템 및/또는 바람직하지 않은 화합물을 흡착할 수 있는 흡착수단을 포함한다.
발전설비(42)는 전처리유닛(40)에서 소비되는 필요한 전력을 생산할 수 있게 되어 있다. 이는 하나 이상의 발전기 및 유리하게는 냉각시스템을 포함한다.
유틸리티(44)는 유틸리티 유체 소스를 포함한다. 유틸리티 유체의 예로는 물, 증기, 공기, 질소가 있다.
유틸리티(44)는 유틸리티 유체를 준비하고 상태를 조절하며 원하는 속도로 전처리유닛(40)에 공급하기에 적합하다.
저온 기능모듈(16B)은 하나 이상의 액화유닛(46), 액화유체저장관리유닛(48), 발전설비(42) 및/또는 유틸리티(44)를 포함한다.
액화유닛(46)은 탄화수소 흐름, 특히 가스형태로 50% 이상의 메탄을 포함하는 천연가스흐름을 수용하고 이를 액화하기 위하여 흐름을 냉각시킬 수 있게 되어 있다.
유리하게는, 도 4에서 보인 바와 같이, 액화유닛(46)은 기체상 탄화수소 흐름(59)을 압축하기 위한 압축시스템(54)과, 탄화수소 흐름을 냉각하기 위한 것으로 각각 냉각유체(60, 62)(도 5 및 도 6에 각각 부분적으로 도시됨)를 포함하는 하나 이상의 열사이클(56, 58)을 포함한다. 냉각유체(60, 62)는 하나 이상의 열교환기(도시하지 않았음)에서 탄화수소 흐름과 접촉하지 않고 열교환 관계가 이루어질 수 있게 되어 있다.
도 4에 도시된 예에서, 압축시스템(54)은 탄화수소 흐름을 수용하기 위한 압축기(64)와, 압축기(64)의 하류측에 배치되는 하이브리드 냉각시스템 (34)을 포함한다.
도 5에 예시된 예에서, 제1 냉각유체(60)는 탄화수소 혼합물로 구성된다.
제1 열사이클(56)은 제1 냉각유체(60)를 압축하기 위한 제1 압축기(66)와, 제1 압축기(66)의 유출구 측의 하이브리드 냉각시스템(34)을 포함한다. 또한 이는 분리탱크(68), 제2 압축기(70)와, 제2 압축기(70)의 하류측에 배치된 다른 하이브리드 냉각시스템(34)을 포함한다.
도 6에 도시된 예에서, 제 2 냉각유체(62)는 또한 탄화수소 혼합물이다.
제2 열사이클(58)은 제1 압축기(66)와 이후의 공기냉각기(72)를 포함한다. 이는 공기냉각기(72)의 하류에 배치된 제2 압축기(70)와 제2 압축기(70)의 하류에 배치된 하이브리드 냉각시스템(34)을 포함한다.
점선으로 보인 도 6의 변형예에서, 공기냉각기(72)는 또 다른 하이브리드 냉각시스템(34)을 형성하기 위하여 물냉각기(74)가 보충된다.
도 4 내지 도 6에서, 각 하이브리드 냉각시스템(34)은 직렬로 연결된 공기냉각기(72)와 물냉각기(74)를 포함한다.
각 냉각기(72, 74)는 냉각될 흐름을 수용하고 그 흐름과 열교환하여 냉각시킬 수 있게 되어 있다.
따라서, 공기냉각기(72)는 기체상 흐름, 특히 공기흐름을 순환시켜 기체상 흐름이 냉각기(72)를 통하여 순환하여 냉각될 흐름과 접촉없이 열교환이 이루어질 수 있도록 하는데 적합하다.
물냉각기(74)는 냉각기(74)를 통하여 순환하는 흐름이 수역(12)으로부터 취수한 물과 접촉없이 열교환이 이루어질 수 있도록 하는데 적합하다.
냉각은 수역(12)에서 취수한 해수와 직접 열교환에 의하거나 또는 수역(12)의 해수에 의하여 자체적으로 냉각되는 담수폐쇄루프를 통한 간접 열교환에 의하여 이루어질 수 있다. 해수공급은 각 모듈(16A, 16B)에서 전적으로 이루어진다.
도면에 도시된 예에서, 각 하이브리드 냉각시스템(34)은 공기냉각기(72)와 물냉각기(74) 사이에 연결되어 냉각된 흐름의 일부를 공기냉각기(72) 측으로 전환하여 이를 공기냉각기(72)의 하류측에 배치된 각 압축기(64, 66, 70)의 상류측으로 재도입될 수 있도록 하는 잉여유체제거라인(76)을 포함한다.
각 하이브리드 냉각시스템(34)은 공기냉각기(72)가 물냉각기(74)의 활성화없이 공기냉각기(72)를 통과하는 흐름을 냉각시키도록 선택적으로 활성화되는 건설현장에서 기능모듈(16A, 16B)의 기능을 검증하기 위한 구성과, 물냉각기(74)가 수역(12)의 물에 연결되는 수역(12)에서 탄화수소 개발을 위한 구성 사이에 배치되는 하이브리드 냉각시스템(34)을 제어하기에 적합한 제어유닛(78)을 포함한다.
제어유닛은 공기냉각기(72)와 물냉각기(74)를 통과하는 공기와 물 흐름을 제어하기에 적합한 하나 이상의 차단밸브, 좋기로는 다수의 차단밸브를 포함한다.
이후 상세히 설명되는 바와 같이, 이는 수역(12)의 해수를 이용할 필요가 없이 다른 기능모듈(16A, 16B)에 독립적으로 각 기능모듈(16A, 16B)의 기능, 특히 현장검증단계에서 압축기(64, 66, 70)를 자체적으로 검증할 수 있는 기능을 시험할 수 있도록 한다. 대신에, 탄화수소를 생산하는 동안에는, 최대의 냉각효율을 얻어 생산성을 증가시키기 위하여 적어도 물냉각기(74)에 수역(12)으로부터의 물이 공급된다.
도 4 내지 도 6에서 보인 특정예에서, 액화유닛(46)의 압축기(64, 66, 70)의 하류측에서 단 4개의 하이브리드 냉동시스템(34)이 설비(10)내에서 사용된다.
연결을 위한 인터페이스(18)는 기능모듈(16A)과 기능모듈(16B) 사이에 하나 이상의 연결라인을 포함한다. 이러한 연결라인은 사용되는 유체를 이송하기 위한 유체이송라인(80), 전력수송라인(82), 수압유체수송라인(84) 및/또는 정보전송라인(86)이다.
기능모듈(16A, 16B)에서 장비(32)의 구성과 다른 기능모듈(16A, 16B)에 대한 각 기능모듈(16A, 16B)의 자율성이 주어지면, 두 기능모듈(16A, 16B)를 서로 연결하는 연결라인(라인 80 및/또는 라인 82 내지 86)의 총수는 적다.
이 수는 예를 들어, 50 이하, 특히 30 이하, 특히 5 ~ 20 사이이다.
이와 같이, 기능모듈(16A, 16B)이 지지구조물(14)상에 배열된 후에 기능모듈(16A, 16B)을 함께 연결하는 것은 매우 간단하다.
이하, 수역(12)에서 탄화수소생산설비(10)를 건설하고 운영하는 방법을 설명한다.
초기에, 방법은 하나 이상의 내륙현장에서 서로 독립적으로 각 기능모듈(16A, 16B)을 제작하는 단계를 포함한다.
이러한 제작단계중에, 장비(32)가 지지프레임(30)에 조립된다. 하이브리드 냉각시스템(34)은 존재하는 경우 지지프레임(30)에 설치된다. 유사하게, 기술동(36)은 기능모듈(16A, 16B)에서 개발될 수 있도록 설치된다.
따라서,이 단계(100)에서, 기능모듈(16A, 16B)이 하나 이상의 내륙현장에 제공된다.
다음으로, 방법은 현장에서 기능모듈(16A, 16B)의 장비 (32)의 개발을 검증하는 단계(102)를 포함한다. 특히, 기능모듈(16A, 16B)이 압축기(64, 66, 70)를 포함할 때, 압축기가 작동되기 시작한다. 시험유체가 압축기(64, 66, 70)를 통과한다.
이러한 시험동안에, 제어유닛(78)은 임의의 물냉각기(74)를 활성화하지 않고 공기냉각기(72)를 선택적으로 활성화하기 위하여 각 냉각시스템(34)을 제어한다. 물냉각기(74)는 수역(12)에 연결되지 않는다.
특히, 모듈(16B)의 액화유닛(46)에서, 압축기(64, 66, 70)의 토출냉각은 물냉각기(74)를 사용하지 않고 각 공기냉각기(72)에 의하여 이루어진다.
냉각되어야 하는 흐름은 공기냉각기(72)와 물냉각기(74)를 통과하지만 공기 순환에 의하여 공기냉각기(72)에서만 냉각된다.
각 압축기(64, 66, 70)는 모듈(16A, 16B)을 서로 조립하거나 또는 지지구조물(14)에 조립할 필요없이 독립적으로 작동한다.
따라서, 각 기능모듈(16A, 16B)의 장비 (32)의 기능을 확인하는 단계가 다른 모듈(16A, 16B)에서 수행되는 확인과는 독립적으로 수행될 수 있다. 하나의 모듈(16A, 16B)의 장비(32)에서 고장 또는 결함이 발생하는 경우, 이는 다른 모듈(16A, 16B)에서 수행되는 검사를 늦추게 하지 않는다.
따라서, 각 모듈(16A, 16B)이 지지구조물(14)에 설치되기 전에, 각 하이브리드 냉각시스템(14)은 물냉각기(74)가 활성화되지 않은 상태에서 공기냉각기(72)에 의하여 전적으로 작동한다.
다음으로, 단계(104)에서, 각 기능모듈(16A, 16B)이 지지구조물(14)에 착설된다. 이를 위하여, 지지구조물(14)이 작업현장 근처로 이동된다. 각 기능모듈(16A, 16B)은 예를 들어 크레인에 의하여 지지구조물(14)상으로 이동되거나, 중량이 너무 큰 경우, 본원 출원인의 출원 WO 2018/141725에 설명된 것과 같은 배치 방법에 의하여 이동된다.
각 기능모듈(16A, 16B)은 지지구조물(14)에 부착된다. 이후에 기능모듈(16A, 16B) 사이에 연결을 위한 인터페이스(18)가 설치된다.
단계(106)에서, 각 인터페이스(18)의 기능이 시험되고, 기능모듈(16A, 16B)이 인터페이스(18)에 의해 연결되면 시스템(10)의 전체 기능도 시험된다.
이전과 같이, 각 하이브리드 냉각시스템(34)의 제어유닛(78)은 각 공기냉각기(72)가 활성화되도록 제어하고, 물냉각기(74)는 비활성 상태로 유지되고 수역에 연결되지 않는다.
다음으로, 방법은 수역(12)을 통하여 각 기능모듈(16A, 16B)이 적재된 지지구조물(14)을 개발현장으로 이동시키는 단계(108)를 포함한다.
그리고 설비(10)는 해저에 배치된 탄화수소생산정 또는 탄화수소 탱크와 같은 탄화수소 공급원에 연결된다.
그 다음, 방법은 수역(12)에서 탄화수소 개발단계(110)를 포함한다. 이 단계에서, 탄화수소 흐름은 기능모듈(16A)로 공급되어 전처리유닛(40)에서 전처리된다. 이후에, 전처리된 탄화수소 흐름은 모듈(16B)의 액화유닛(46)으로 공급 될 수 있ㄷ도록 인터페이스(18)를 통하여 이송된다.
모듈(16B)에서, 탄화수소 흐름은 압축시스템(54)에서 압축되고 열사이클 (56, 58)을 통해 순환하는 냉각유체(60, 62)와의 비접촉 열교환에 의하여 액화된다.
그리고 액화된 흐름은 저장관리유닛(48)으로 보내져 설비(10)의 하나 이상의 탱크에 저장되고 이로부터 배출되거나 탄화수소 수송바지선으로 이송될 수 있다.
이러한 개발단계(110) 중에, 각 물냉각기(74)는 수역(12)에 연결된다.
제어유닛(78)은 각각의 물냉각기(74)를 제어하여 이를 그 탄화수소 개발구성으로 전환함으로써 수역(12)으로부터의 물과의 열교환으로 냉각이 이루어지도록 한다. 이는 탄화수소 흐름을 사전냉각하고 압축기(66, 70)으로부터 나오는 냉각유체(60, 62)를 냉각시켜 탄화수소 흐름을 액화시킨다.
유리하게 수역(12)의 깊은 곳으로부터 얻은 물에 의한 냉각은 더 낮은 냉각온도, 특히 20℃ 이하가 되게 한다.
이는 냉각수의 온도가 차갑고 안정적이기 때문에 특히 천연가스의 액화에 적합하다. 따라서 액화천연가스의 생산이 최대화된다.
따라서 설비(10)에서 구현되는 본 발명에 따른 방법은 설비(10)을 구성하는 각 모듈(16A, 16B)의 독립적인 구축 및 검증을 허용하고, 설비(10)가 개발중일 때최대의 생산성을 제공하는 반면에 지연을 제한하기 때문에 특히 효율적이다.
도 8에 도시된 설비(10)는 3개 이상의 기능모듈, 여기서는 4 개의 기능모듈(16A, 16B, 16C, 16D)을 포함한다. 제1 기능모듈(16A)은 다른 모듈(16B, 16C, 16D)에 의해 사용되는 발전설비(42) 및/또는 유틸리티(44)를 포함한다.
설비(10)는 또한 하나 이상의 전처리유닛(40)을 포함하는 고온 모듈(16B)과, 각각 하나 이상의 액화유닛(46)을 포함하는 저온 모듈(16C, 16D)을 더 포함한다.
도 8에 도시된 예에서, 설비(10)는 각각 하나 이상의 액화유닛(46)을 포함하는 2개 이상의 저온 기능모듈(16C, 16D)을 포함한다.
도 9에서 보인 실시예에서, 설비(10)는 하나 이상의 전처리유닛(40), 하나 이상의 액화유닛(46), 하나 이상의 발전설비(42), 하나 이상의 유틸리티(44)와 저장관리유닛(48)을 포함하는 단일의 기능모듈(16A)을 포함한다.
한 실시형태에서, 저온 기능모듈(16B)은 대형추출유닛 및/또는 질소제거유닛을 포함한다.
다른 실시형태에서, 하나 이상의 기능모듈(16A, 16B), 유리하게는 다수의 또는 각 기능모듈(16A, 16B)은 토치를 포함한다.
이 실시형태는 모듈 사이의 상호연결이 최소화될 수 있도록 한다.
도시되지 않은 다른 실시형태에서, 본 발명에 따른 설비는 내륙의 탄화수소 생산설비이다.
이러한 설비는 특히 석유 및/또는 천연가스와 같은 탄화수소의 개발을 위한 것으로, 탄화수소는 심토에 수집된다.
이러한 설비는 예를 들어 호수, 바다 또는 해양과 같은 수역(12)의 근처에 배치한다. 특히, 이 설비는 수역의 10km 이내에 위치한다. 이 경우에 있어서, 설비는 수역(12)으로부터 물을 취하기 위한 하나 이상의 파이프와, 설비에서 가열된 물을 수역(12)으로 배출하기 위한 파이프를 포함한다.
냉각은 수역(12)으로부터 취한 물과의 직접적인 열교환 또는 수역(12)으로부터의 물에 의해 자체적으로 냉각되는 담수의 폐쇄루프를 통한 간접적인 열교환에 의하여 이루어질 수 있다.
수역(12)으로부터 물을 취하는 대신에, 대안으로 냉각수 루프를 포함하는 냉각시스템에 주위공기를 공급할 수도 있다. 냉각시스템은 예를 들어 주위공기가 냉각루프의 물을 냉각시키는 하나 이상의 공기냉각타워(또는 냉각탑)를 포함한다.
이전의 경우와 같이, 상기 언급된 예의 경우, 설비는 직렬로 연결된 공기냉각기(72)와 물냉각기(74)를 갖는 하나 이상의 하이브리드 냉각시스템(34)을 포함한다.
각 냉각기(72, 74)는 냉각될 흐름을 수용하고 이 흐름을 냉각시키기 위하여 이 흐름과 열교환할 수 있도록 되어 있다.
따라서, 공기냉각기(72)는 이러한 냉각기(72)를 통해 순환하는 기체상 흐름을 냉각될 흐름과 비접촉 열교환 관계가 이루어질 수 있도록 하는데 적합하다.
물냉각기(74)는 이러한 냉각기(74)를 통하여 순환하는 흐름이 수역(12)으로부터 취한 물 또는 주위공기로 냉각되는 냉각수루프로부터의 물과 비접촉 열교환이 이루어지도록 하는 것이 적합하다.
물 공급은 전적으로 각 모듈(16A, 16B)에서 이루어질 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 건설 및 개발방법은 설비의 건설현장에서 기능모듈(16A, 16B)의 장비(32)의 개발을 확인하는 단계(102)를 포함한다. 특히, 기능모듈(16A, 16B)이 압축기(64, 66, 70)를 포함할 때, 압축기(64, 66, 70)가 작동하게 된다. 시험유체가 압축기(64, 66, 70)를 통과한다.
이러한 시험중에, 제어유닛(78)은 물냉각기(74)를 활성화하지 않고 공기냉각기(72)를 선택적으로 활성화하도록 각 냉각시스템(34)을 제어한다. 물냉각기(74)는 수역(12)이나 주위공기로 냉각되는 냉각루프를 포함하는 냉각시스템에도 연결되지 않는다.
상기 언급된 바와 같이, 기능모듈(16A, 16B)은 지지구조물(14) 상에 배치된다. 유리하게, 지지구조물(14)은 기능모듈(16A, 16B)의 수상수송을 위한 부유식 수송바지선이다. 변형예에서, 특히 소형의 기능모듈(16A, 16B)의 경우, 지지구조물(14)은 모듈(16A, 16B)의 육상용 운송트럭이다.
다음으로, 방법은 각 기능모듈(16A, 16B)이 적재된 지지구조물(14)을 육상의 개발현장으로 이동시키는 단계(108)를 포함한다.
그리고 기능모듈(16A, 16B)은 지지구조물(14)로부터 하역되고 설비(10)의 구성을 위하여 하나 이상의 다른 기능모듈(16A, 16B)과 조립된다.
이후에 설비(10)는 지중에 배치된 탄화수소생산정 또는 탄화수소 탱크와 같은 탄화수소 공급원에 연결된다.
그리고 방법은 내륙의 탄화수소 개발단계(110)를 포함한다.
이러한 개발단계(110)에서, 각 물냉각기(74)는 수역(12) 또는 주위공기로 냉각되는 냉각수 루프를 포함하는 냉각시스템에 연결된다.
제어유닛(78)은 각 물냉각기(74)를 제어하여 수역(12) 또는 냉각수 루프로부터의 물과의 열교환에 의하여 냉각이 이루어지는 탄화수소 개발구성으로 전환시킨다.
이는 선택적으로 탄화수소 흐름을 사전냉각시키고 각 압축기(66, 70)를 나오는 냉각유체(60, 62)를 냉각시켜 탄화수소 흐름을 액화시킨다.
10: 탄화수소생산설비, 12: 수역, 14: 지지구조물, 16A, 16B, 16C, 16D: 기능모듈, 18: 인터페이스, 20: 생활관, 22: 선체, 24: 상부면, 30: 지지프레임, 32: 장비, 34: 하이브리드 냉각시스템, 36: 기술동, 38: 제어실, 40: 전처리유닛, 42: 발전설비, 44: 유틸리티, 46: 액화유닛, 48: 저장관리유닛, 54: 압축시스템, 56, 58: 열사이클, 60, 62: 냉각유체, 64: 압축기, 66: 제1 압축기, 68: 분리탱크, 70: 제2 압축기, 72: 공기냉각기, 74: 물냉각기, 76: 잉여유체제거라인, 78: 제어유닛, 80: 유체이송라인, 82: 전력수송라인, 84: 수압유체수송라인, 86: 정보전송라인, 100, 102, 104, 106, 108, 110: 단계.
Claims (20)
- - 건설현장에 장비(32)를 포함하는 하나 이상의 기능모듈(16A, 16B)과 직렬 또는 병렬로 배열되는 공기냉각기(72)와 물냉각기(74)를 포함하는 하나 이상의 하이브리드 냉각시스템(34)을 공급하는 단계(100);
- 현장에서 기능모듈(16A, 16B)의 장비(32)의 기능을 검증하는 단계(102);
- 기능모듈(16A, 16B)을 지지구조물(14)에 설치하는 단계(104);
- 기능모듈(16A, 16B)을 적재한 지지구조물(14)을 개발현장으로 이동시키는 단계(108); 및
- 탄화수소를 개발하는 단계(110)를
포함하는 탄화수소생산설비(10)의 건설 및 개발방법에 있어서,
기능모듈(16A, 16B)의 장비(32)의 개발에 관한 현장의 검증단계(102)가 하이브리드 냉각시스템(34)의 공기냉각기(72)를 통하여 냉각될 하나 이상의 흐름이 통과하는 단계를 포함하고, 흐름은 하이브리드 냉각시스템(34)의 물냉각기(74)의 활성화없이 전적으로 공기냉각기(72)를 통하여 순환하는 공기흐름에 의하여 냉각되며, 탄화수소의 개발단계(110)는 물냉각기(74)를 통하여 냉각될 하나 이상의 흐름이 통과하는 단계를 포함하고, 흐름은 물냉각기(74)를 통하여 순환하는 수역으로부터 취한 물 또는 주위공기로 냉각되는 냉각수루프를 포함하는 냉각시스템으로부터의 물과 직접 또는 간접적인 열교환에 의하여 냉각됨을 특징으로 하는 탄화수소생산설비의 건설 및 개발방법. - 제1항에 있어서, 직접 열교환이 물, 특히, 수역으로부터의 해수와 접촉이 없는 열교환이거나, 또는 간접 열교환이 물, 특히, 수역으로부터의 해수에 의하여 냉각되는 담수폐쇄루프를 통하여 수행됨을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄화수소의 개발단계(110) 중에 냉각될 흐름이 공기냉각기를 통하여 순환하는 공기흐름에 의한 냉각없이 물냉각기(74)를 통하여 순환하는 물에 의하여 전적으로 냉각됨을 특징으로 하는 방법.
- 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 냉각될 흐름은 개발된 탄화수소 흐름이거나 또는 개발된 탄화수소 흐름과 열교환관계가 이루어질 수 있게 된 냉각제 유체흐름임을 특징으로 하는 방법.
- 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 기능모듈(16A, 16B)이 하나 이상의 전처리유닛(40), 발전설비(42), 유틸리티(44), 액화유닛(46) 및/또는 탄화수소저장관리유닛(48)을 포함하는 단일 기능모듈(16A, 16B)임을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 설비(10)가 다수의 기능모듈(16A, 16B)을 포함하고, 방법이 다수의 기능모듈(16A, 16B)을 지지구조물(14)에 설치하는 단계와, 기능모듈(16A, 16B)과 하나 이상의 다른 기능모듈(16A, 16B) 사이의 하나 이상의 연결라인을 포함하는 연결 인터페이스(18)에 의하여 기능모듈(16A, 16B)을 서로 연결하는 단계를 포함하며, 연결라인은 개발되는 유체를 수송하는 유체수송라인(80), 전력수송라인(82), 수압유체수송라인(84) 및/또는 정보전송라인(86)임을 특징으로 하는 방법.
- 제6항에 있어서, 연결 인터페이스가 최대한 50개의 연결라인을 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 하나의 기능모듈(16A)이 고온 기능모듈이고 하나 이상의 기능모듈(18B)이 고온 기능모듈(16A)에 연결된 저온 기능모듈임을 특징으로 하는 방법.
- 제8항에 있어서, 고온 기능모듈(16A)이 탄화수소 전처리유닛(40), 발전설비(42) 및/또는 유틸리티(44)를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 저온 기능모듈(16B)이 액화유닛(46) 및/또는 탄화수소 저장관리유닛(48)을 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제6항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 기능모듈(16A, 16B)이 발전설비(42) 및/또는 유틸리티(44)를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 하이브리드 냉각시스템(34)이 냉각될 유체의 압축기(64; 66; 70)의 유출구에 연결되고, 방법이 현장검증중 및/또는 개발중에, 하이브리드 냉각시스템(34)에서 냉각전에 압축기(64; 66; 70)에서 냉각될 유체를 압축하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 기능모듈(16A, 16B)이 기능모듈(16A, 16B)의 장비(32)와 특별히 상호작용하기에 적합한 이상의 기술동(36), 특히 전기실 또는 계기실을 포함하고, 기능모듈(16A, 16B)의 장비(32)의 기능을 현장에서 검증하는 검증단계(102)가 기능모듈(16A, 16B)에 대응하는 기술동(36)의 활성화단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 장비(32)의 기능을 현장에서 검증하는 검증단계(102)가 기능모듈(16A, 16B)을 지지구조물(14)에 설치하기 전에 수행됨을 특징으로 하는 방법.
- 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 탄화수소생산설비(10)가 수역(12)에 설치되고, 지지구조물(14)이 부분적으로 수역(12)에 잠기며, 기능모듈(16A, 16B)이 적재된 지지구조물(14)의 이동단계(108)가 수역(12)에서 수행되고, 탄화수소 개발단계(110)가 수역(12)에서 수행되며 냉각될 하나 이상의 흐름을 물냉각기(74)를 통하여 통과시키는 단계를 포함하고, 흐름이 물냉각기(74)를 통하여 순환하는 수역(12)으로부터의 물과 직접 또는 간접적으로 열교환되어 냉각됨을 특징으로 하는 방법.
- 제15항에 있어서, 지지구조물(14)이 선체를 포함하고, 설비(10)는 FPSO 또는 FLNG이거나 또는 지지구조물(14)이 플렛폼, 특히 SPAR 또는 GBS 플렛폼임을 특징으로 하는 방법.
- 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 탄화수소생산설비(10)가 수역(12)의 부근 및/또는 냉각시스템의 부근에서 내륙에 배치되며, 주위공기로 냉각되는 냉각수루프를 포함하고, 기능모듈(16A, 16B)이 적재된 지지구조물(14)의 이동단계(108)가 내륙에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
- 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 하나의 기능모듈(16A, 16B), 유리하게는 각 기능모듈(16A, 16B)이 토치를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- - 지지구조물(14);
- 장비(32)와 직렬 또는 병렬로 배열되는 공기냉각기(72) 및 물냉각기(74)를 포함하는 하나 이상의 하이브리드 냉각시스템(34)을 가지며 지지구조물(14) 상에 착설되는 하나 이상의 기능모듈(16A, 16B); 및
- 물냉각기(74) 및/또는 하이브리드 냉각시스템(34)의 공기냉각기(72)를 통과하는데 적합한 흐름을 기능모듈(16A, 16B)에 공급하기 위한 하나 이상의 조립체;를 포함하고,
- 하이브리드 냉각시스템(34)을 제어할 수 있게 된 제어유닛(78)을 포함하며, 제어유닛이 하이브리드 냉각시스템(34)의 하나 이상의 공기냉각기(72)가 하이브리드 냉각시스템(34)의 물냉각기(74)를 활성화함이 없이 냉각될 흐름을 냉각시키도록 선택적으로 활성화되는 건설현장에서 기능모듈(16A, 16B)의 기능을 검증하기 위한 구성과, 물냉각기(74)를 통과하는 냉각될 흐름이 물냉각기(74)에서 냉각되는 탄화수소 개발을 위한 구성 사이에 배치되는 하이브리드 냉각시스템(34)을 제어할 수 있게 되어 있고, 물냉각기(74)가 수역(12)으로부터의 물이 물냉각기(74)로 순환할 수 있도록 수역(12)으로부터의 물에 연결되거나 또는 냉각시스템으로부터 물이 물냉각기(74)로 순환할 수 있도록 주위공기로 냉각되는 냉각수루프를 포함하는 냉각시스템으로부터의 물에 연결됨을 특징으로 하는 수역(12)에서 탄화수소를 생산하기 위한 탄화수소생산설비(10). - 제19항에 있어서, 수역(12)에 배치되고, 탄화수소 개발이 수역(12)에서 수행됨을 특징으로 하는 탄화수소생산설비(10).
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