KR101370525B1 - 준 고정식 해양구조물 및 그 준 고정식 해양구조물의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 준 고정식 해양구조물은 데크 박스의 하부에 역 원추형 중성부력 구조물이 설치되며, 상기 역 원추형 중성부력 구조물의 하부는 해저 면에 고정된 피봇 서포트에 연결되는 구조로서, 중성부력 원리를 이용하여, 접근성이 어려운 천해역에서 적용 가능하고, 빙해역에서의 빙 하중을 최소화할 수 있으며, 육상에서의 전체 구조물을 완성 가능하기 때문에 설치 및 해체가 매우 용이하며, 상부 구조물에 대하여 비교적 넓은 작업 공간 확보 가능하며, 중성 부력을 사용하여 해저 면에서의 반력을 최소화할 수 있고, 부유 체로서 유빙이나 파도, 조류 등의 외부 하중에 대하여 충분한 복원성을 갖게 되어 안정성을 높일 수 있다.

Description

준 고정식 해양구조물 및 그 준 고정식 해양구조물의 시공방법{Gravity Based Offshore Structure Using Neutral Buoyancy and Construction Method of the Same}

본 발명은 준 고정식 해양구조물에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 중력기반구조와 부유식 구조의 복합형태로서 부력을 이용하여 해저 지반에서의 반력을 최소화시키는 동시에, 부유체(浮遊體)로서 주위의 유빙(遊氷)이나 조류, 파도에 의한 외부 하중에 대하여 충분한 복원성을 갖는 준 고정식 해양구조물 및 그 준 고정식 해양구조물의 시공방법에 관한 것이다.

육상에서 채굴 가능한 천연 자원의 고갈에 따라, 해양에서의 천연 자원의 채굴 및 생산에 많은 관심이 집중되었다. 조류, 바람 그리고 파도 등 다양한 환경조건이 공존하는 해양에서 자원을 채굴하기 위해서는 이러한 환경조건을 이겨낼 수 있는 해양구조물이 필요하다.

원유관련 해양설비(offshore facilities)는 고정식 또는 부유식 해양 플랫폼(platforms), 석유 시추 설비(oildrilling platforms), 시추선(drilling rig) 등을 포함한다.

원유관련 해양설비의 구성을 살펴보면, 통상 물밑에 잠기는 부분에 해당하는 하부 선체설비(hullside)와, 상측에 위치한 각종 드릴장비, 오일 처리장비, 숙소, 작업장 등으로 이루어진 상부설비(topside)와, 하부 선체설비와 상부설비를 연결시켜주는 인터페이스설비(interface)로 구분할 수 있다.

특히, 해양설비는 유전 또는 유정 주위에 상존할 수 있는 상상을 뛰어넘는 고속의 바다 바람, 무서운 파도, 폭풍우, 육중한 부유 빙산 등과 같은 가혹한 자연 환경에서도 안정되게 유지되고, 전복될 염려가 없는 것 중에서 중력기반형구조물(GBS : Gravity Base Structure)이 있다. 중력기반형 구조물은 설비 자체의 육중한 무게로 안정성을 유지하도록, 대륙붕 등과 같은 해저에 고착된 기초부분에서 세워진 복수개의 콘크리트 기둥을 갖는다.

종래 극지나 천해역에서 사용되는 콘크리트 형태의 GBS는 큰 중량으로 인하여 운송 및 설치가 어렵고, 상부구조물이 선체구조물에 비하여 작아서 작업 공간에대한 제약도 상대적으로 큰 단점이 있다.

종래 극한지 선박 또는 해양구조물은 밀려오는 유빙이 선박 또는 해양구조물의 본체에 직접 충돌하지 않을 뿐만 아니라 수면하부로 내려갈 수 있도록, 장력 케이블이 본체에서 외부로 일정 간격 이격되어 역경사진 형태로 설치되도록 구성된다.

그러나, 종래 극한지 선박 또는 해양구조물은 장력 케이블을 별도로 설치해야 하고, 유빙이나 조류, 파도 등의 외부 하중에 대하여 충분한 복원성을 갖지 못하여 안정성이 취약한 문제점이 있다.

한국 공개번호 제10-2010-0101424호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중력기반구조(Gravity Based offshore Structure)와 부유식 구조(Floating Structure)의 복합형태로, 갑판 하부에 역 원추형 중성부력 구조물을 형성하고, 그 역 원추형 구조물의 하단부를 해저 면에 고정된 피봇 서포트 상에 안착시킴으로써, 부력을 이용하여 해저지반에서의 반력을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 설치 및 해체가 용이하며, 동시에 부유 체로서 유빙이나 조류, 파도 등의 외부 하중에 대하여 충분한 복원성을 갖는 준 고정식 해양구조물 및 그 준 고정식 해양구조물의 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 준 고정식 해양구조물은 데크 박스의 하부에 역 원추형 중성부력 구조물이 설치되며, 상기 역 원추형 중성부력 구조물의 하부는 해저 면에 고정된 피봇 서포트 위에 설치된다.

상기 역 원추형 중성부력 구조물은 상부에서부터 순차적으로 저장탱크, 발라스트 워터, 콘크리트가 설치될 수 있다.

상기 역 원추형 중성부력 구조물의 하단부는 상기 피봇 서포트 위에 안착된다.

상기 역 원추형 중성부력 구조물에 유빙이나 파도에 의한 외부 충격하중이 가해지는 경우, 상기 역 원추형 중성부력 구조물의 하단부를 중심으로 회전하여 복원성을 갖도록 구성된다.

한편, 본 발명의 준 고정식 해양구조물의 시공방법은 데크 박스의 상부에 상부 구조물이 설치되고, 상기 데크 박스의 하부에 역 원추형 중성부력 구조물이 설치된 준 고정식 해양구조물을 시공하는 방법으로, 상기 준 고정식 해양구조물을 육상에서 제조하고, 해저 면에 피봇 서포트를 고정한 후에 상기 준 고정식 해양구조물을 해상의 설치위치로 견인하는 단계; 및 상기 준 고정식 해양구조물의 발라스트 워터 내부로 해수를 유입하여 상기 준 고정식 해양구조물의 하단부를 일부 가라앉히고(Lowering), 상기 준 고정식 해양구조물의 하단부를 해저 면에 고정한 피봇 서포트 위에 안착시키는 단계;를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 상부 구조물, 저장탱크, 발라스트 워터, 콘크리트, 해저지반의 피봇 서포트의 구성으로 이루어진 해양구조물로서 중성부력 원리를 이용하여, 접근성이 어려운 천해역에서 적용 가능하고, 빙해역에서의 빙 하중을 최소화할 수 있으며, 육상에서의 전체 구조물을 완성 가능하기 때문에 설치 및 해체가 매우 용이하다.

또한, 본 발명은 상부 구조물에 대하여 비교적 넓은 작업 공간 확보 가능하며, 중성 부력을 사용하여 해저 면에서의 반력을 최소화할 수 있고, 부유 체로서 유빙이나 파도, 조류 등의 외부 충격하중에 대하여 충분한 복원성을 갖게 되어 안정성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물을 보인 정면도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물에 유빙에 의한 외부 하중이 가해지는 경우 유빙의 굽힘 하중을 보인 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물에 외부 하중이 가해지는 경우 복원성을 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물의 시공방법을 설명하는 도면
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물의 시공방법을 설명하는 블록도

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물 및 그 준 고정식 해양구조물의 시공방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물을 보인 정면도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물에 유빙에 의한 외부 하중이 가해지는 경우 유빙의 굽힘 하중을 보인 도면 그리고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물에 외부 하중이 가해지는 경우 복원성을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물(100)은 데크 박스(110)의 상부에 상부 구조물(Topsides)(120)이 설치되고 데크 박스(110)의 하부에 역 원추형 중성부력 구조물(130)이 설치된다.

상기 역 원추형 중성부력 구조물(130)의 하단부는 해저 면에 고정된 해저 기초물, 즉 피봇 서포트(Pivot Support)(140) 위에 안착도록 구성된다. 피봇 서포트(Pivot Support)(140)는 고 하중의 역 원추형 중성부력 구조물(130)을 충분히 지지할 수 있도록 고강도 합금강 등을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 피봇 서포트(Pivot Support)(140)와 상기 역 원추형 중성부력 구조물(130)의 하단부 사이에 해저생물, 예를 들어 따개비 등이 유입될 수 있으므로, 해저 면보다 높게 피봇 서포트(140)를 설치하거나, 도면에 도시하지 않은 다른 유입 방지막을 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 역 원추형 중성부력 구조물(130)의 하단부의 형상은 너무 뾰족하면 마모가 심하게 되므로, 마모방지와 회전 복원성을 위해서 타원형상을 갖도록 할 수도 있다.

상기 역 원추형 중성부력 구조물(130)은 상부에서부터 순차적으로 저장탱크(131), 발라스트 워터(Ballast Water)(132), 콘크리트(Concrete)(133)가 설치될 수 있다.

상기 역 원추형 중성부력 구조물(130)의 하단부는 상기 피봇 서포트(140) 위에 안착되도록 구성된다.

상기 역 원추형 중성부력 구조물(130)에 유빙이나 파도, 조류에 의한 외부 하중이 가해지는 경우, 상기 역 원추형 중성부력 구조물(130)의 하단부를 중심으로 회전하여 복원성을 갖도록 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물(100)은 역 원추형 중성부력 구조물(130)을 가지며, 중성부력 원리를 이용하여 주위의 외부하중, 유빙, 파도, 조류 등에 대하여 충분한 복원성을 갖도록 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물(100)의 역 원추형 중성부력 구조물(130)은 부유체(浮遊體)로서 극지 등과 같은 환경에서도 외부의 빙 하중에 대하여 빙 내부에 굽힘 하중을 발생시킬 수 있도록 아래쪽으로 경사진(Slant) 구조를 갖는다.

육상에서의 전체 해양구조물을 완성 가능하기 때문에 설치 및 해체가 매우 용이하다. 그리고 상부 구조물(120)에 대하여 비교적 넓은 작업 공간을 이룰 수 있도록 구성된다.

참고로, 중성부력(Neutral Buoyancy)이란 부력과 중력의 힘이 동일한 상태로, 중성부력을 유지하면 물에서 뜨지도 가라앉지도 않는 상태를 말하며, 부력체의 평균밀도(비중)와 주위 해수의 평균밀도가 균형을 이루게 되는 것을 말한다.

한편, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물의 시공방법을 설명하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물의 시공방법을 설명하는 블록도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물의 시공방법은, 데크 박스(110)의 상부에 상부 구조물(Topside)(120)가 설치되고 상기 데크 박스(110)의 하부에 역 원추형 중성부력 구조물(130)이 설치된 준 고정식 해양구조물(100)을 육상에서 제조하고, 해저 면에 피봇 서포트(140))를 고정한 후에, 선박 등을 이용하여 준 고정식 해양구조물을 해상의 설치위치로 견인한다. 그 다음, 준 고정식 해양구조물(100)의 하단부를 해저 면에 고정한 피봇 서포트(140) 위에 안착시키는 방법이다.

좀더 구체적으로 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준 고정식 해양구조물의 시공방법은, 우선 단계(S 10)에서는, 데크 박스(110)의 상부에 상부 구조물(Topside)(120)가 설치되고 데크 박스(110)의 하부에 역 원추형 중성부력 구조물(130)이 설치된 준 고정식 해양구조물(100)을 육상에서 제조한다. 그 다음, 해저 면에 피봇 서포트(140)를 고정하고 준 고정식 해양구조물(100)을 선박 등으로 해상의 설치 위치로 견인한다(도 4의 (a)(b) 참조).

단계(S 20)에서는, 준 고정식 해양구조물(100)을 피봇 서포트(140)의 수직선상에 일치시킨 상태에서 준 고정식 해양구조물(100)의 발라스트 워터(132) 내부로 해수를 유입하여 준 고정식 해양구조물(100)의 하단부를 일부 낮춘다(Lowering)(도 4의 (c) 참조). 그리고 준 고정식 해양구조물(100)의 하단부를 해저 면의 피봇 서포트(140) 위에 안착시켜서 시공을 완료한다(도 4의 (d) 참조).

준 고정식 해양구조물(100)을 이동시키고자 하는 경우에는, 발라스트 워터(132)에서 배수하여 준 고정식 해양구조물(100)을 부양시켜서 준 고정식 해양구조물(100)의 하단부가 피봇 서포트(140)와 이격되도록 한 후에 준 고정식 해양구조물(100)을 이동시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 상부 구조물(Topsides), 저장탱크, 발라스트(Ballast Water), 콘크리트(Concrete), 해저지반의 피봇 서포트(Pivot Support)의 구성으로 이루어진 해양구조물로서 중성부력 원리를 이용하여, 접근성이 어려운 천해역에서 적용 가능하고, 빙해역에서의 빙 하중을 최소화할 수 있으며, 육상에서의 전체 구조물을 완성 가능하기 때문에 설치 및 해체가 매우 용이하다.

또한, 본 발명은 상부 구조물에 대하여 비교적 넓은 작업 공간 확보 가능하며, 중성 부력을 사용하여 해저 면에서의 반력을 최소화할 수 있고, 부유 체로서 유빙이나 파도, 조류 등의 외부 충격하중에 대하여 충분한 복원성을 갖게 되어 안정성을 높일 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

100: 준 고정식 해양구조물
110: 데크 박스
120: 상부 구조물
130: 역 원추형 중성부력 구조물
131: 저장탱크
132: 발라스트 워터
133: 콘크리트
140: 피봇 서포트

Claims (5)

1. 데크 박스의 하부에 역 원추형 중성부력 구조물이 설치되며, 상기 역 원추형 중성부력 구조물의 하부는 해저 면에 고정된 피봇 서포트에 설치하되,
   상기 역 원추형 중성부력 구조물에 외부 하중이 가해지는 경우, 상기 역 원추형 중성부력 구조물의 하단부를 중심으로 회전하여 복원성을 갖도록 구성되며,
   상기 역 원추형 중성부력 구조물의 하단부의 형상은 타원형상을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 준 고정식 해양구조물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 역 원추형 중성부력 구조물은 상부에서부터 순차적으로 저장탱크, 발라스트 워터, 콘크리트가 설치되는 것을 특징으로 하는 준 고정식 해양구조물.
3. 삭제
4. 삭제
5. 데크 박스의 상부에 상부 구조물이 설치되고 상기 데크 박스의 하부에 역 원추형 중성부력 구조물이 설치된 준 고정식 해양구조물의 시공방법에 있어서,
   상기 준 고정식 해양구조물을 육상에서 제조하고, 해저 면에 피봇 서포트를 고정한 후에 상기 준 고정식 해양구조물을 해상의 설치위치로 견인하는 단계; 및
   상기 준 고정식 해양구조물의 발라스트 워터 내부로 해수를 유입하여 상기 준 고정식 해양구조물의 하단부를 일부 가라앉히고, 상기 준 고정식 해양구조물의 하단부를 해저 면에 고정한 피봇 서포트 위에 안착시키는 단계;를 포함하되,
   상기 역 원추형 중성부력 구조물에 외부 하중이 가해지는 경우, 상기 역 원추형 중성부력 구조물의 하단부를 중심으로 회전하여 복원성을 갖도록 구성되며,
   상기 역 원추형 중성부력 구조물의 하단부의 형상은 타원형상을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 준 고정식 해양구조물의 시공방법.

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