TLP Tendon 의 초기 사이즈 결정 및 장비의 특성

Abstract

전 세계의 오일 생산량은 꾸준히 증가하고 있으며, 곧 하루 8 천만 베럴의 오일을 생산하게 될 것으로 예상된다. 육상 및 연안의 오일 매장량이 줄어듦에 따라 오일을 시추하고 생산하는 회사들은 더욱 깊은 심해로 진출하고 있다. 심해 유전을 개발하는 방법은 여러 가지가 개발되어 왔다. 그 중 FPSO, TLP, Spar, Semi-Submersible 이 대표적으로 사용된다. 이 중 TLP 의 경우 tendon 이라는 pipe 를 이용해, 부유 구조물과 해저면을 연결하여 매우 안정적인 모션특성을 가지고 있다. 현재까지 약 30 기의 TLP 가 건설 또는 설치 되었고, 국내 제작사의 경우 이 중 11 기의 제작에 참여하였으나, TLP 의 핵심 부품인 tendon 의 제작에 참여한 실적은 없었다. 따라서 향후 지속적인 발주가 예상되는 TLP 공사의 고부가가치 부품인 tendon 의 설계 및 제작을 위해 자료 및 연구가 필요하다고 느꼈으며, 본 논문에서는 초기 설계에 필요한 tendon 의 사이즈 결정 및 주요 부품들의 특성을 연구하여 앞으로 발주 될 TLP 공사에 이용하고자 하였다. 구조물의 중량, heave 고유 주기 및 수심 등을 고려한 간단한 계산 방법과 Hull 의 상하 운동과 tendon 의 axial stiffness 를 고려한 발전 된 계산 방법을 개발하였으며, 실제 data 와 비교를 통해 결과를 검증 하였다. 연구를 통해 tendon 의 stiffness 가 사이즈 결정의 주요한 요인임을 알 수 있었다. TLP Tendon 시스템은 Top connector Assembly, Intermediate Connector, Tendon Pipe, Bottom Connector Assembly 로 구성되어 있으며, 매우 고가의 장비이다. 제작할 수 있는 업체가 한정되어 있어, 프로젝트 초기부터 각 장비의 특성을 잘 이해하고, 요구사항, 작동 조건, 실험 및 테스트 조건, 과거 실적 등의 특징을 파악하고 업체를 선정하여 납기 및 설계에 참여시키는 것이 중요하다. 본 논문에서 각 주요 장비들의 특성, 제조사 정보 및 설계 및 제작 요구사항을 정리하였으며, 이 정보들은 향후 국내 업체들의 TLP 및 tendon 의 초기설계, 설계 및 제작 시 이용할 수 있을 것이다.

The world's oil production has been steadily increasing, and is expected to soon become 80 million barrels per day. Depleting oil sources at onshore and shallow water makes oil companies move deeper and deeper to find oil reservoirs. Several options of floating production structures have been used to develop deepwater oil fields. TLP is one of the most well-known options. By using tendons which are made from steel pipe, floating structure and seafloor can be connected. About 30 units of TLPs are constructed or installed but, there is no track record of participating in the production or engineering of the TLP tendon in Korea. Therefore, it is necessary to do research and collect information for the production and engineering of tendon because tendon is the key component of TLP and high value-added component. In this thesis, basic sizing of TLP tendon system for early engineering stage (FEED) or Pre-FEED using in-house software was developed. Simple sizing method considers weight of structure, natural frequency of heave, water depth and advanced sizing method additionally considers heave motion of hull and tendon axial stiffness. The calculation result was verified from the actual project data. From calculation, it was found that axial stiffness of tendon pipe is dominant factor to determine tendon size (approximately 94 % of total stiffness) and stiffness from heave motion of hull is relatively small. Tendon system consists of top connector assembly, tendon pipe, tendon intermediate connector and bottom connector assembly. Each component has unique function and stringent requirements for engineering and manufacturing. Since failure of any tendon component will cause total collapse of the structure, tendon components should be carefully considered in the early stage of engineering. When selecting tendon components, many things shall be considered such as, project specifications, operation requirements, fatigue lifetime, manufacturer certifications, and previous project records and so on. Above considerations are included from early engineering stage of project. Information from previous projects and industrial standards is summarized in this thesis and this will be used for future engineering work in Korea.