R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201717CTAP-C114946-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 불규칙 해저 지형 대응을 위한 부유식 수중 파이프라인 해석 기술 연구 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-06-24 ~ 2018-06-23 | |||||
| 연구책임자 | 원덕희 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
11명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 50,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 50,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 100,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 100,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 한국해양과학기술원 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
※ 주요 내용 : 육상 및 천해 자원의 고갈과 에너지 수요의 증가에 따라 심해 해저배관 건설시장이 급속히 성장하고 있음. 해양에서 채취된 석유나 천연가스를 수송하기 위한 수단으로 해저 배관에 의한 수송이 가장 효율적이기 때문에 전세계적인 가스이송 루트가 계획 및 시행되고 있음. 그러나 수심이 깊고 해저 지형이 불규칙할 경우에는 기존의 침매방식의 해저 파이프라인의 경우 좌굴 및 응력 집중 등의 구조적인 문제가 발생할 가능성이 매우 크며, 또한 수심이 깊을 경우에는 고압의 수중 펌프가 많이 필요하기 때문에 이를 극복할 새로운 방식의 대수심 ？ 불규칙 해저 지형에 대응하기 위한 장거리 부유식 파이프라인 기술이 필요함. - 석유가스 플랜트 산업 : 석유가스를 육상 및 해상 광구에서 개발 및 생산하기 위한 설비, 그리고 파이프라인 , 부유식 생산저장 하역설비(FPSO) 같이 수송 및 저장 설비, 그리고 정제 및 가스액화설비와 같은 가공처리 등에 필요한 일체의 설비 산업을 총칭함. → 파이프 라인은 대표적인 플랜트 산업임. - 육상 및 천해 자원의 고갈과 에너지 수요의 증가에 따라 심해 해저배관 건설시장이 급속히 성장하고 있음. 해양에서 채취된 석유나 천연가스를 수송하기 위한 수단으로 해저 배관에 의한 수송이 가장 효율적임. - 설계 측면에서 국내의 해저배관 설계는 정적하중을 기초로 하는 분야에 일부 참여하였을 뿐이며, 핵심설계는 전적으로 외국 엔지니어링사에 의하여 수행됨. 해저배관은 육상배관과 다른 해양 환경의 영향을 감안해야 하므로, 해저배관 설계 및 운용 규격에 대한 완벽한 이해와 관련 자료 확보 및 평가시스템 구축이 필요함. 영향평가 대상으로는 진원도, 수심, 퇴적량, 버클링, 해저면 안정성, 자유경간, 충격, 피로 등이 있음. - 기존의 해저에 설치되는 침매방식의 파이프라인은 아래의 그림들과 같이 해저바닥에 설치될 경우 해저지형에 따라서 좌굴 및 응력집중이 발생할 가능성이 매우 큼. 또한 수심이 매우 깊은 협곡의 경우 파이프라인 설치가 매우 어려움. - 기존의 부유식 파이프라인과 해저 침매식 파이프라인의 단점을 극복하기 위해서는 부분적으로 부유식 파이프라인을 도입하여 그 단점을 극복하는 것이 필요함. 육상에서 교량에 해당하는 기술로서 전체 대체 혹은 부분적인 대체가 가능할 것으로 예상됨. [최종목표] 비전 : 수중 파이프라인은 장거리 파이프라인 이송 기술의 핵심기술로서 선도적 해석 기술 확보 통해 관련기술의 자립화 및 독창적인 World Best급 기술을 확보 - 불규칙 해저 지반 대응을 위한 부유식 수중파이프라인 설계 기술 확보를 위해서는 설계외력, 계류방식, 동적거동, 단면설계, 기초 설계, 접합부 설계 등의 기술이 필요함. 본 과업에서는 주로 부유식 수중 파이프라인 해석 기술에 대하여 연구할 예정임. ● 부유식 수중 파이프라인 설계 및 해석을 위한 외력 산정 ● 부유식 수중 파이프라인 최적 계류 방식 제시 ● 부유식 수중 파이프라인 단면 설계 및 동적거동 분석을 위한 해석 기술 확보 [연구내용 및 범위] ○ 국내·외 심해 및 불규칙 지형 대응 파이프라인 이송 기술의 활성화를 위한 기술 개발 중요 - 육상 및 천해 자원의 고갈과 에너지 수요의 증가에 따라 심해 해저배관 건설시장이 급속히 성장하고 있음. 해양에서 채취된 석유나 천연가스를 수송하기 위한 수단으로 해저 배관에 의한 수송이 가장 효율적임. - 국외적으로 Trans Adriatic Pipeline route, Trans Alaska Pipeline route, Trans Canada Pipeline route, Trans Caspian Pipeline route 등이 있음. - 이러한 장거리 자원이송 파이프라인 기술에서 심해횡단 및 불규칙해저지반 대응 위한 신기술 및 공법의 개발은 사업의 성공여부에 핵심적인 사항임. → 세계 기술 및 시장을 주도하기 위한 기술경쟁력 확보가 필요함. ○ 부유식 수중 파이프라인 설계 및 해석을 위한 외력 산정 - 부유식 수중 파이프라인 설계 시 입력 하중의 정량화 및 하중 조합 연구 - 부유식 수중 파이프라인 거동에 영향을 미치는 하중 선정 - 선정 하중에 의한 부유식 수중 파이프라인 시스템 거동 제어 아이디어 도출 → 합리적인 해석 및 설계를 위한 외력 산정 ○ 부유식 수중 파이프라인 최적 계류 방식 제시 - 해저지반 및 수심에 따른 계류 방식 제시 - 조건별 구조 거동 면에서 안정한 계류 방식 선정 → 안정한 계류 방식 제시 및 선정 ○ 부유식 수중 파이프라인 단면 설계 및 동적거동 특성 분석을 위한 해석 기술 확보 - 부유식 수중 파이프라인 단면 설계 방법 제시 및 해석 기술 확보 - 범용 프로그램을 이용한 동적거동 해석 방법 제시 - 외력 작용 시 부유식 수중 파이프라인의 상세 거동 평가 (FSI 해석) → 단면 설계 및 거동 제어를 위한 해석 기술 확보 본 연구에서 불규칙 해저 지형 대응을 위한 부유식 수중 파이프라인 해석 기술을 정립하기 위해서 4단계의 연구개발 추진 전략을 세웠음. - 1단계, 아이디어 도출 : 수중 파이프라인 적용 가능 현장 및 형식 사례 조사를 통하여 새로운 방식의 부유식 수중 파이프라인 구상 - 2단계, 외력 및 하중 조합 : 수중 파이프라인 해석 및 설계를 하기 위해서는 외력 및 하중조합의 제시가 반드시 필요함. 본 단계에서는 해양외력 조사, 입력하중의 정량화 및 하중 조합 연구를 수행함. - 3단계, 계류방식 제시 : 부유식 수중 파이프라인은 계류방식이 가장 중요함. 계류를 시작하는 시점의 경계조건도 매우 중요하기 때문에 이때의 선행 연구 살계를 먼저 조사하고 그에 맞는 해저 지반 및 수심에 따른 계류 방식을 적절하게 제시함. - 4단계, 정적 및 동적 해석 기법의 정립 : 부유식 수중 파이프라인 해석 방법을 정립하기 위해서 제안된 입력 하중 및 하중조합의 적용 방안을 제시하며, 이에 맞는 정적 및 동적 거동 해석 방법을 제시함. 또한 파이프라인의 경우 내부의 열이 거동에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 열응력 해석 및 거동 영향성을 분석함. 이러한 해석 기법을 이용하여 상세 거동 평가를 수행함. |
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| 색인어 | 한글 | 부유식 | 수중 | 파이프라인 | 해저지형 | 해석 |
| 영문 | Floating | Submerged | Pipeline | Submarine topography | Analysis | |
| 최종보고서 | 최종보고서 Final(180903).pdf | |||||