KR850001190B1 - 대형 빙상(氷床)의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

대형 빙상(氷床)의 제조방법

제1도는 초기 구성단계를 보인 빙상의 개략단면도.

제2도는 본 발명의 방법에 따라 제조되고 천공 또는 생산 플래트폼으로 사용하기 위한 빙상의 구조를 보인 개략단면도.

제3도는 본 발명의 방법에 따라 제조한 다른 실시형태의 빙상을 보인 개략단면도.

제4도는 빙상의 제조에 사용하기 위한 모울드의 평면도.

본 발명은 해양석유채굴 또는 생산시설을 위한 기초구조물 또는 대형 간척사업등을 위한 방파제로서 사용될 수 있는 빙상(氷床)의 구성방법에 관한 것으로, 물을 얼리는 실제의 제빙방법을 이용하여 빙상을 구성하며, 그 수직방향 크기를 해상(海床)에 가하여지는 하중이 크도록하여 빙상이 안정되게 지지되고 예를 들어 파도, 바람, 조류 등에 의한 어떠한 힘에도 충분히 견딜 수 있는 높이를 갖는 빙상의 구성방법에 관한 것이다.

해양작업, 즉 해상의 기초구조물을 세우거나 구축하는 데에 관련된 문제점은 매우 크다. 이는 특히 심해영역과 바람이 강하게 부는 해양에서는 보다 심하며 해양의 깊이가 예를 들어 60-70m 또는 그 이상으로 비교적 깊은 경우에는 더욱 심각하다. 해양작업을 위한 여러가지 구조물이 알려진 바 있다. 이러한 구조물의 하나로 작-업 플래트폼(dack-up platform)이 있다. 이는 데크(deck)에 대하여 수직방향으로 이동시킬 수 있는 지지각으로 구성되며 이 지지각이 해상에 고정되므로서 플래트폼이 파도위의 공간으로 상승되어 있다. 이러한 구조물은 부식에 약하며 매우 많은 비용이 소요되고, 더우기 이들은 초기 시추작업에만 적합할 뿐 고정된 석유 생산시설을 위한 구조물로서는 적합치 못하다. 또한 콘크리트 구조물이 알려진 바 있다. 이러한 구조물은 육지에서 만들어져 설치장소에 옮겨진 다음 부유탱크에 물이 채워지고 전체 구조물이 해상에 가라앉게 되어 있다. 이러한 플래트폼 구조물은 상당한 경비가 소요될 뿐만 아니라 침식을 받게되며, 이러한 형태의 지금까지 알려진 플래트폼을 위한 계산된 수명은 약 20년에 지나지 않았다. 이러한 기간중에 필요한 감가상각은 매우 클 뿐만 아니라 더 이상 사용할 필요가 없을 때에 이 시설물의 제거에 많은 노동력과 경비가 소요되게 된다.

방파제나 유사한 항구 시설물에는 수심이 깊은 경우 경비가 많이 소요되는 기초공사 또는 간척사업을 필요로 한다. 때로는 비용이 너무 많이 들어 요구된 공사를 수행하는 데 정책적으로나 경제적으로 이를 불가능하게 하는 경우가 있다.

이미 북극지방에서는 채굴 플래트폼으로 사용하기 위하여 빙상을 구성하는 것이 제안된 바 있다. 예를 들어 미국특허 제3,738,114호, 제3,750,412호, 제3,849,993호, 제3,863,456호 및 제4,048,808호 등을 들 수 있는데, 이들 모두는 북극지방의 얕은 바다에 인공적인 어름섬을 만드는 방법으로서 처음에는 자연적으로 얼려진 바다의 얼음을 사용하여 이에 해수를 분무하므로서 점차 더 얼려 보강하는 방법을 체택하고 있다. 그러나 무겁고 두꺼운 이러한 빙상이 실제로 구성될 수는 있으나 시간이 지남에 따라서 기후나 바람에 의해 빙상은 붕괴되고 말 것이다.

또한 북극 또는 남극지방에서 해양활동을 위한 천연빙상 또는 빙원을 이용하도록 한 시도가 있었다.

본 발명의 목적은 대형의 빙상을 구성할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명에 따라서는 높이가 200-300M에 달하고 표면적이 30,000-50,000㎡에 달하는 빙상을 구성하는 것이 가능할 것이다. 이러한 크기는 인공적인 빙산으로서 심해에서 시설물로 사용될 수 있으며 종래의 콘크리트나 강철 구조물에 비견할 수 있으나 그 제조비용이 현저히 낮고 동시에 빙대한 크기이므로 지상시설물에 설비하는 것보다 간단하고 비용이 적게드는 방법으로 채굴과 생산시설을 설치할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 이미 언급된 미국특허명세서에 기술된 것과는 다르게 기후나 바람에 관계없이 빙상의 산업적이고 제어된 구성을 위한 방법을 제공하고 기온이 차거나 약간 높더라도 20년 이상 얼려진 상태 그대로 유지될 수 있는 빙상을 구성하는 데 있다.

이러한 대형 빙상을 구성함에 있어서는 자보된 기술과 상당한 양의 에너지를 필요로 한다. 비록 본 발명의 방법에 있어서는 이러한 빙상을 많은 시간의 소모없이 효과적으로 구성할 수 있는 반면에 빙상의 구성에 요구된 에너지를 회수할 수 있는 기회가 주어진다.

또 다른 본 발명의 목적은 안정된 빙상을 구성하므로서 큰 압력에 의한 빙상의 점동(漸動) 현상이 일어나는 것을 피하거나 제어할 수 있는 방향으로 유지될 수 있도록 하는 방법을 제공하는 데 있다.

이러한 목적들은 본 발명에 따른 방법에 의하여 성취될 수 있는 것으로, 본 발명의 방법은 제빙기를 이용하여 얼음조각을 얻은 후 초냉각수, 냉각공기 또는 냉동물질에 의하여 물에 뜻는 모울드에서 일체가 되도록 얼리거나, 또는 낮은 온도에서 얼음조각사이로 물을 주입하여 일체가 되도록 얼려 빙상을 구성함을 특징으로 한다.

이러한 방법으로 빙상을 구성하는 것이 여러가지 잇점이 있다. 이러한 잇점중의 하나는 종래 기술에서 기초로 하고 있는 바와 같이 극한의 기후, 천연적으로 얼려진 엄을 등에 좌우되지 않는다는 점이다. 환언컨데 얼음이 해안에서 가까운 적당한 장소에서 제조될 수 있는 바, 이는 많은 주민 또는 적은 주민이 거주하는 장소에 가까운 곳에 고정된 제조시설을 설치할 수 있도록 하므로서 노동력이나 경비면에서 절감할 수 있는 잇점을 갖는 것이다. 육지에서 제조하는 경우 담수를 얻기가 비교적 용이하고 저렴한 전력을 이용할 수 있다. 이러한 자원은 노르웨이 해안에 가까운 평원과 같이 여러 장소에서 찾아볼 수 있으며 이에 상기와 같은 제조시설의 설립이 가능한 것이다. 육지에서 제조시 얼음을 얼리는 동안 상당량의 열이 생성되는 데 이는 다른 가열 목적, 즉 수중작물의 경작이나 새로운 전력생산의 기초로 사용될 수 있다.

얼음을 얼리기 위하여 담수를 사용하는 것은 해수를 사용하는 경우 발생되는 문제점과는 다르게 냉동기의 열교환기측에서 거의 문제점이 없다. 제조장소로는 매우 낮은 온도에서 빙하로부터 녹아내린 물이 사용될 수 있도록 하므로서 결빙과정을 최적화할 수 있는 장소가 선택될 수 있다.

또한 육지에서의 산업적인 제조는 제조시설의 설비에 있어서 세계 주요 냉동회사로부터 유용한 부품을 용이하게 입수할 수 있도록 한다.

대형 빙상의 제조에 관련된 한 문제점은 점동현상이 일어난다는 점이다. 빙상이 큰 압력을 받을 때에 이는 반유동적인 형태가 되어 저항이 가장 적은 방향으로 점진적으로 유동하게 된다. 해상(海床)상에 놓이고 예를 들어 그 놀이가 300m에 달하는 빙상은 수면가까이에서 비교적 큰 점동효과의 영향을 받게 될 것이다. 그러나 수면이하의 깊이에서는 외부수압으로 점동 효과가 부분적으로 상쇄될 것이다.

빙상의 상부에 설치되는 중장비 또는 대형 구조물은 빙상의 수면높이에서 점동 가능성을 증가시킬 것이다. 이는 대형구조물, 예를 들어 대형건물, 채굴탑 등을 빙상내부에서 수면이하의 깊은 곳에 고정시키는 본 발명의 한 실시형태에 따라서 해결될 수 있다. 따라서 이러한 대형 구조물은 외부수압으로 점동 경향이 가장 적은 빙상의 내부에 고정된다.

빙상을 수심이 얕은 곳으로 용이하게 띄워 통과시키기 위한 본 발명의 다른 실시형태에서, 빙상은 판상의 형태로 구성되고, 분리되어 띄워져 보내지고 이어서 상하로 조립되어 함께 고정된다. 이러한 기술을 좀 더 개발하여, 판상의 얼음사이에 가열부재가 기재되고 이 가열부재에 의하여 판상의 얼음사이가 녹아 서로 분리될 수 있도록 할 수 있다. 이러한 기술을 이용하는 경우 조립되어 있는 빙상구조물을 보다 용이하게 분리할 수 있을 것이다, 빙상구조물의 상부에 설치된 설비를 분리하여 물에 띄울 필요가 있는 경우 빙상구조물의 상층일부를 분리시킬 수 있다. 다른 채굴장소로 이동시키거나 표류하는 천연의 빙상과 충돌할 위험이 있어 이동시킬 필요가 있는 경우 빙상구조물의 상층부를 분리하여 물에 띄어 이동시키는 것이 바람직하다. 빙상구조물의 상층부를 물에 띄워 이동시키고 표류하는 빙상이 통과한 후에는 다시 빙상구조물의 상층부를 원위치로 복귀시켜 남아 있던 빙상구조물에 다시 결합시킬 수 있다.

본 발명에 따라 빙상을 구성함에 있어서는 가요성의 링형 모울드가 사용될 수 있는 바 이는 빙상의 둘레일부를 둘러싸게 될 것이다, 이 모울드는 방사상의 지지판으로 빙상에 고정될 수 있다. 또한 이러한 가요성 모울드에는 그 외부에 동심원상의 제2모울드가 배설되고 이들 모울드사이에 교압가스가 주입될 수 있다.

이러한 기술로 모울드는 빙상의 점동효과 일부를 담당하여 점동효과가 제한될 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 빙상의 상부로부터 저면부까지 통로가 연장될 수 있는 점이다. 빙상이 해상상에 놓였을 때에 채굴용 로우프가 이 통로를 하측으로 안내될 수 있다. 만약 이 통로가 충분히 넓다면 체굴장비 자체가 직접 해상에 설치될 수 있을 것이다.

본 발명에 따라서 외부수압을 차단시키기 위하여 빙상의 하측면에 수압차단용 스커어트(skirt)가 착설되며, 이 스커어트는 빙상이 하강될 때에 해상에 깊이 박히게 되고, 빙상하측부의 온도가 낮으므로 해상에 박힌 스커어트의 부위에는 영구 빙결대가 형성될 것이다, 이로써 해상은 스커어트가 박힌 부위에서 빙상과 일체가 되도록 결빙되어 높은 수압으로 물이 통로내부로 스며드는 것이 방지된다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따라서, 저면부(2)와 주연측부(3)으로 구성된 방수형의 부유골조(1)가 협만의 조용한 장소에서 조립된다. 이 골조는 목재나 금속과 같은 적당한 재료와 단열물질로 구성된다. 빙상(4)이 구성되어 감에 따라서 벽은 연결부재(5)를 이용하여 연장될 수 있다.

물을 얼리는 데에는 여러가지 방법이 있을 수 있다. 부근의 강 또는 호수로부터 담수를 제빙공장으로 끌어들여 작은 조각의 얼음으로 얼린다. 이들 얼음조각을 노즐(6)로 모울드에 쏟아 넣는다. 노즐(6)을 통하여 얼음조각을 쏟아 넣는 것과 동시에 가능하면 최저온도의 물을 노즐(6')로 분무한다. 제빙기에서 만들어진 얼음조각은 낮은 온도이므로 물은 얼음조각 사이에서 이들 얼음조각과 함께얼어 붙어 단일체가 될 것이다. 다른 방법으로서는 얼음조각을 이용하는 것 대신에 각각의 상부에서 나선형으로 밀집되게 중첩되어 나가는 형태의 얼음이 제빙기에서 제조될 수 있다. 빙상이 구성될 수 있도록 외면은 단연물질(8)로 단열되어야 한다. 수면의 상부에서는 이러한 단열물질이 태양열 반사가능과 보호기능의 외피를 갖는 초자면 또는 암면매트로 구성되나 이는 상기와 같은 물질로 상기 언급된 나선형 조직과 같이 구성될 수 있다. 수면의 하측으로 내려갈수록 압력이 높아지므로 단열물질은 수면상부와는 다른 방법으로 구성되어야 할 것이다. 예를 들어 단단히 보강된 포일(foil)로 구성되고 물이 채워진 하나 이상의 스커어트가 이용될 수 있을 것이다. 스커어트내의 물은 단혈효과를 가질 것이며, 이로써 빙상의 표면과 조류사이의 직접적인 접촉을 피할 수 있을 것이다. 이러한 기술은 상기 언급된 나선형 구성방법과 조합하여 이용될 수 있는 잇점을 가질 것이며, 완성된 빙상이 제조중에 바다에 가라 앉는 동안 스커어트가 점진적으로 플려내려가게 될 것이다. 스커어트에는 중량체가 매달리게 된다.

단열물질을 통하여 열리 침투되는 것을 방지하기 위하여, 단열체 내에는 빙상의 외면을 따라 일정한 간격을 두고 냉각부재(9)가 배설되어야 한다. 이들 냉각부재는 상기 언급된 나선형 구성의 일부를 이루는 냉각 파이프일 수 있다. 이들의 냉각효과는 빙상내에 매설된 온도감지기에 의하여 연속적으로 탐지되어 판독된 온도에 따라서 자동적으로 조절될 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 빙상의 구성시 다량의 열이 발생될 것이다. 이 열은 인근 빌딩의 열원으로 사용되거나, 어패류 양식에 이용할 수 있으며, 예를 들어 찬 협만의 물과 생산된 도열사이의 온도차를 이용한 발전소용의 기초열원으로 사용될 수 있다.

제조장소로부 터빙상을 물에 띄워 그 목적지로 이동시키기 위하여 빙상의 수직 높이는 수심이 얕은 곳으로도 이동시킬 수 있도록 낮아야 한다. 목적지에서는 그 수직 높이를 증가시켜 안정되고 조류, 파도, 바람등의 모든 힘에도 견딜 수 있도록 상당한 압력으로 해상에 얹힐 수 있어야 한다.

육지에서는 행할 수 없는 빙상위의 모든 설비가 목적지에서 설치될 수 있을 것이다. 빙상의 상부면에는 빌딩(11)이나 채굴탑(12)과 같은 다른 구조물이 세워질 수 있으며, 만약 빙상이 석유 생산설비와 관련되어 사용되는 경우 밸브나 적재탱크 등에 연결되는 석유 수송설비가 그 표면에 설치될 수 있다. 해양 구조물로서 빙상은 수평방향으로 상당한 크기를 가지므로 헬리곱터 터미날(13)이나 단거리 이착륙기 비행장의 건설을 가능하게 한다. 만약 빙상구조가 그 깊이에 있어 약 100m에 달하는 경우 그 직경은 약 250m 정도가 될 것이다. 개개인의 방, 생산실(14) 및 저장실(15)이 빙상의 내부에 위비할 수 있는데, 이는 남극의 탐험에서도 동일한 방법으로 이용될 수 있다.

따라서 사람들은 기후나 바람으로부터 보호될 수 있다. 저장실(15)과 같은 대형의 발라스트 탱크가 빙상을 다른 장소로 견인하여 옮기도록 하는데 이용될 수 있다. 만약 대형 저장실(15)이 빙상의 구성장소, 예를들어 육지에서 빙상내에 구성되는 경우 동일한 크기의 단일체로 된 빙상을 견인하는 것보다 적은 힘이 들 것이다. 저장실(15)은 수심이 얕은 곳이라 할지라도 빙상이 충분히 물에 뜰 수 있을 정도로 크게 만들 수 있다. 목적지에서 이 저장실(15)은 예를 들어 염분함유량이 높은 해수와 같은 초냉각 액체로 채워질 수 있는 바, 상기 언급된 해수의 온도는 약 -5--8℃이다. 따라서 이러한 빙상은 무거워지고 상당히 큰 압력으로 해상에 얹히게 되므로 충분히 안정될 수 있다. 이 저장실(15)에는 석유나 액화가스가 저장될 수도 있는 이 저장실에 석유가 채워지지 않는 경우에는 빙상이 충분한 하중을 갖도록 해수가 채워질 수 있다.

빙상의 상부로부터 저면부까지 통로(18)가 연장되는 경우에는 해상에 직접 접근할 수 있다. 빙상의 큰 하중에 의하여 주연의 스커어트(16)가 해상에 박히도록 하므로서 통로(18)를 외부수압으로부터 보호할 수 있다. 따라서 육지에서와 동일한 조건으로 석유를 채굴하거나 생산할 수 있다.

대형 구조물, 예를 들어 빌딩(11)이나 체굴탑(12) 등은 빙상이 점동되도록 영향을 줄 것이다. 이러한 점동현상을 수면높이에 해당하는 영역에서 가장 큰 데 이는 이 부분의 외측으로부터 반대압력이 거의 없기 때문에다. 따라서 이러한 빌딩 구조물은 빙상의 점동현상이 적은 수면이하의 깊이까지 지지체(23)로 연장하여 지지되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 지지체(23)가 연장된 부분에서 부하를 분산시키기 위한 지지판(24)에 지지체(23)가 고정된다.

빙상이 큰 압력을 받을 때에 이 빙상은 반유동체처럼 대응하여 점동현상이 일어나게 될 것이다. 이러한 빙상의 점동현상을 방지하기 위하여 적어도 수면둘레의 영역에서는 빙상이 모울드(19)내에서 제조된다(제4도). 이 모울드는 두 동심원상의 링(20)(21)으로 구성된다. 내부링(20)은 점동효과에 어느 정도 저항을 갖는 탄성체이다. 또한 이 링에는 빙상에 매립되는 방사상 지지판(25)형태의 고정부재가 구비되어 있다. 외부링(21)은 견고한 재질의 링이며, 두 링사이의 공간부(22)에는 고압가스가 주입되어 이로써 점동저항을 제어할 수 있다. 외부링은 빙상의 하측으로 미끌어져 내릴 정도로 무거웁다. 그러나 외부링이 하향되려고 하는 것은 이에 부유탱크를 달아 방지하거나 이 외부링의 형태를 약간 원추형으로 구성하여 빙상이 점동될 때에 상향력이 발생되도록 하므로서 방지할 수 있다.

빙상의 점동경향은 특히 수면부위, 파도에 의한 침식이 큰 영역에서 주로 일어나므로 콘크리트 절연상자를 사용하여 빙상의 둘레에 배설하고 강철 케이브로 모든 콘크리트상자를 묶어 내측으로 조여놓을 수 있다. 이와 같이 하므로서 방파효과를 얻고 동시에 단열의 효과를 얻으며 점동에 대한 반발력을 얻을 수있다.

또한 점동효과를 줄이기 위하여 빙상내에 모래나 톱밥과 같은 과립상 물질을 넣어 함께 얼릴 수 있다.

이러한 형태의 과립상 물질은 온도조절과 함께 점동경향의 감소효과를 갖도록 할 것이며, 경우에 따라서는 얼음보다 밀도가 크거나 작은 것을 선택함에 따라 발라스트 또는 부가적인 부력보조 수단으로서 작용토록 할 수 있다. 본 발명의 이러한 특징은 이미 언급된 바와 같이 그 제조방법과 조합되어 상하의 밀도가 다른 빙상의 제조를 가능하게 하는 바, 하측부를 상측부보다 밀도가 크게하므로서 빙상이 보다 안정되게 할 수 있으며 그 높이를 폭에 비하여 높게 할 수 있다. 또한 빙상 전체를 해수면 아래로 잠기게 하여 곡지부근의 심해에 통상의 석유채굴 또는 생산을 위한 영구빙결형의 토대로 이용할 수 있다. 또한 본 발명은 협만 또는 좁은 수로로 통하는 인공적인 관문을 건설하는 데 이용될 수 있다.

노르웨이의 현행 전력요금(kwh당 15웨러)으로는 1㎥의 얼음을 얼리는 데 약 7크로네가 소요된다. 콘크리트의 경우에는 1㎥당 400-500 크로네가 소요된다. 따라서 얼음을 이용하는 것이 매우 저렴하다.

또한 얼음은 천연자원이므로 얼음으로 만들어진 구조물은 더 이상 사용할 필요가 없는 경우 이를 자연으로 다시 환원시킬 수 있다. 이는 구조물상의 시설물을 제거하면 자연적으로 처음상태로 환원될 것이다.

이상과 같은 본 발명은 대형항만건설에도 이용할 수 있다. 대형 방파제의 건설 또는 간척사업등에도 빙상이 이용될 수 있다.

대형 장비의 하중을 균일하게 분산시키고 한 곳으로 압력이 집중되는 것을 피하기 위하여 빙상의 상부에는 프레스트레스 콘크리트 또는 강철 판재가 전체 또는 부분적으로 전개될 수 있다.

Claims (1)

1. 큰 하중으로 해상에 안정되게 지지되고 파도, 조류 등의 모든 힘에 견딜 수 있으며 해변에서 제조하고 원하는 설치장소로 부유운반하여 구성하는 대형빙상의 구성방법에 있어서, 제빙기로 얼음조각을 제조한 후 부유 모울드내에서 초냉각수, 냉각기체의 도움으로, 또는 얼음조각사이에 물을 주입하여 일체가 되도록 얼리어 판상의 빙상을 구성하여 이를 목적지에 운반하고 대형 구조물을 상면 또는 내부에 설치되도록 판상의 빙상을 상하로 조립하여 다시 일체가 되게 하며, 빙상의 하부에는 고정용 스커어트를 배설하여 빙상이 해상에 놓일 때 해상에 박히어 이 부위에서 영구빙결대가 형성되도록 함을 특징으로 하는 대형 빙상의 구성방법.

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