KR20140091681A - 해저에 인접한 한 위치로부터 해수면에 인접한 한 위치로 슬러리를 운송하기 위한 라이저 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해저로부터 해수면으로 슬러리를 운송하기 위한 라이저 시스템에 관한 것이다. 이 라이저 시스템은 제 1 및 제 2 라이저; 상기 라이저들 중 하나 위로 슬러리를 운송하기 위한 슬러리 펌프 시스템(17); 및 라이저들 중 하나 아래로 폐수를 반환하기 위한 폐수 펌프 시스템(107)을 구비한다. 슬러리 펌프 시스템과 폐수 펌프 시스템이 각각의 라이저에 선택적으로 연결될 수 있어 각 라이저가 슬러리 라이저(1) 또는 폐수 라이저(2) 중 하나가 되게 한다. 이런 배열로, 슬러리 라이저가 그 길이를 따라 다소 누출을 나타내면, 폐수회수 라이저는 동작이 계속될 수 있도록 슬러리 라이저로 변환될 수 있다.

Description

해저에 인접한 한 위치로부터 해수면에 인접한 한 위치로 슬러리를 운송하기 위한 라이저 시스템{A RISER SYSTEM FOR TRANSPORTING A SLURRY FROM A POSITION ADJACENT TO THE SEABED TO A POSITION ADJACENT TO THE SEA SURFACE}

본 발명은 해저에 인접한 한 위치로부터 해수면에 인접한 한 위치로 슬러리를 운송하기 위한 라이저 시스템에 관한 것이다.

WO 2010/000289에 해저를 채광하기 위한 방법 및 기기가 개시되어 있다. 이는 해저를 가로지르며 이동하기 위한 크롤러 차량으로 구성되며, 상기 차량은 퇴적물을 휘젓고 이를 흡입한다. 결과로서 얻은 슬러리는 그런 후 다른 공정을 위해 라이저 시스템 위의 수상선박으로 운송된다.

라이저 시스템은 약간의 가동휴지시간도 상당한 손실을 나타낼 것이므로 가능한 한 신뢰할 수 있는 수면으로 슬러리를 운송할 수 있어야 한다. 동시에, 라이저 시스템은 크롤러 차량과 수상선박을 따라 바다속을 헤치고 이동하도록 되어 있고 따라서 가능한 한 가볍고 프로파일이 낮은 것이 필요하다.

본 발명은 이들 환경 하에서 효과적으로 동작될 수 있는 라이저 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 태양에 따르면, 해저에 인접한 위치로부터 해수면에 인접한 위치로 슬러리를 운송하기 위한 라이저 시스템으로서, 제 1 및 제 2 라이저; 상기 라이저들 중 하나 위로 슬러리를 운송하기 위한 슬러리 펌프 시스템; 및 라이저들 중 하나 아래로 폐수를 반환하기 위한 폐수 펌프 시스템을 구비하고, 슬러리 펌프 시스템과 폐수 펌프 시스템이 각각의 라이저에 선택적으로 연결될 수 있어 각 라이저가 슬러리 라이저 또는 폐수 라이저 중 하나가 되게 하는 라이저 시스템이 제공된다.

이 배열로, 슬러리 라이저가 그 길이를 따라 다소 누출을 나타내면, 폐수회수 라이저는 동작이 계속될 수 있도록 슬러리 라이저로 변환될 수 있다. 이들 환경 하에서, 누출 슬러리 라이저는 작은 물의 누출이 허용될 될 수 있기 때문에 폐수회수라인으로 변환될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 하나 이상의 추가 라이저들이 후술된 바와 같이 나타내질 수 있다. 이 배열은 생산시 추가적인 가요성을 제공한다.

바람직하기로, 시스템은 슬러리 펌프 시스템 및 폐수회수펌프 시스템이 선택적으로 연결될 수 있는 제 3 라이저를 더 구비한다. 이 제 3 라이저는 가령 제 2 슬러리 라이저로서 동작하도록 정상 사용시 동작중에 있을 수 있다. 대안으로, 이는 유휴일 수 있다. 라이저가 문제를 나타냈는가에 따라, 슬러리 펌프 시스템과 폐수 펌프 시스템은 누출 라이저가 유휴이거나 폐수회수반환을 위해 사용되도록 3개 라이저들에 선택적으로 연결될 수 있다.

보다 바람직하기로, 슬러리 펌프 시스템과 폐수 펌프 시스템이 선택적으로 연결될 수 있는 제 4 라이저가 있다. 4개의 라이저들로, 2개의 슬러리 라이저들과 2개의 폐수 라이저들 또는 2개의 슬러리 라이저들, 하나의 폐수 라이저 및 하나의 유휴 라이저를 가질 수 있다. 라이저가 누출을 나타내는가에 따라, 시스템은 누출 라이저가 유휴이거나 폐수 라이저들 중 하나가 되도록 재구성될 수 있다.

필요하다면 추가 슬러리 라이저 또는 폐수 라이저를 제공하기 위해 4개 이상의 라이저들이 나타날 수 있다.

슬러리 펌프는 단일 펌프의 형태일 수 있다. 그러나, 바람직하기로, 각 슬러리 펌프 시스템은 라이저의 길이를 따라 이격된 복수의 펌프들로 구성된다.

이는 해저에 인접한 위치로부터 해수면에 인접한 위치로 슬러리를 운송하기 위한 라이저 시스템으로서, 복수의 라이저들을 구비하고, 각 라이저는 상기 라이저를 따라 슬러리를 펌핑하기 위한 펌프 시스템을 포함하며; 각 펌프 시스템은 라이저를 따라 이격된 복수의 펌프들을 포함하는 가장 광범위한 의미로 정의될 수 있는 본 발명의 제 2 태양을 형성한다.

이런 식으로 라이저를 따라 많은 펌프들을 분포시킴으로써 공지의 펌프 기술이 사용되게 한다. 무게의 분포는 바다를 통해 더 쉽게 이동될 수 있는 밸런스 라이저를 제공한다.

펌프들은 라이저 시스템의 상단을 향해 그룹화될 수 있으며, 이 경우, 얕은 워터펌프가 사용될 수 있음이 입증된다. 그러나, 이는 붕괴에 저항하기 위해 더 두꺼운 벽부분들을 필요로 하는 라이저 시스템의 상단에 큰 압력미달을 야기한다. 이는 라지어 시스템을 더 무겁게 하고 비용을 증가시킨다. 그러므로, 펌프는 바람직하게는 실질적으로 라이저를 따라 균일하게 이격되어 있다. 이는 또한 더 얕은 바다를 채광하기 위해 더 적은 펌프들을 가진 더 짧은 라이저 섹션이 초기에 이용되고, 관련된 펌프들과 더불어 추가 라이저들이 연이어 추가될 수 있는 더욱더 '모듈식' 시스템을 가능하게 한다.

각 펌프에는 바람직하게는 슬러리 라이저에 피봇 연결이 제공되고 일단 슬러리 라이저에 피봇식으로 장착된 후에, 피봇 주위로 피봇운동으로 인해 펌프 상의 유입구 및 배출구 포트들이 라이저 시스템의 해당 포트들과 결합되도록 배열된다. 이런 구조는 펌프가 구조가 회전되어 들어갈 때, 펌프상의 포트들이 자동으로 정렬되고 슬러리 라이저상의 포트들과 짝을 이루는 이와 같은 위치에 ROV에 의해 간단히 회전되어 들어가게 한다.

슬러리 펌프를 이전 폐수회수라인이었던 곳에 고정시키기 용이하게 하기 위해, 각 폐수회수라인에는 바람직하게는 유입구 및 배출구 포트들이 펌프에 부착될 수 있도록 구성된 펌프용 지역과 상기 유입구 및 배출구 포트 사이에 탈착식으로 연결된 우회 파이프가 제공된다. 이런 우회 파이프는 폐수회수모드 동작시 물이 폐수회수라인을 통해 아래로 흐르게 한다. 폐수회수라인을 슬러리 라이저로 전환시키는 것이 바람직할 경우, 우회 파이프가 제거되고 펌프는 바람직하게는 상기 언급한 피봇 연결을 이용해 적소에 고정된다.

라이저 및 회수라인들이 바람직하게는 라이저 시스템의 길이를 따라 배열된 복수의 지지체들과 서로 연결되며, 각 지지체는 실질적으로 수평면에 위치되어 있다. 이런 지지체들은 이동방향 및 해류에 무관하게 신뢰할 수 있고 일관된 지지를 제공하기 때문에 물속을 헤치며 이동하도록 설계된 언테서드 라이저(untethered riser)에 잘 맞는다.

각 라이저 또는 폐수회수라인은 하나의 연속 파이프일 수 있다. 그러나, 바람직하기로, 라이저 시스템은 슬러리 라이저와 폐수회수라인을 형성하기 위해 끝과 끝이 각각 연결된 복수의 라이저 모듈들로 구성된다. 각 모듈은 2개는 슬러리 라이저로 2개는 폐수회수라인으로 만들어진 4개의 도관들로 구성된다. 필요하다면 4 이상의 도관들이 사용될 수 있음을 알아야 한다. 본 명세서에서 설명은 단지 필요한 최소의 덕트 개수를 기술하도록 되어 있다. 또한, 짝수의 덕트들이 기술되어 있으나, 이는 또한 반드시 그럴 필요가 없는데, 가령 3개 라이저와 2개의 폐수라인이 있을 수 있기 때문이다.

바람직하기로, 2개의 다른 모듈 타입들, 즉, 측면 포트들이 전혀 없는 적어도 4개의 덕트들을 포함한 덕트 모듈과 덕트들 중 적어도 하나에 측면 유입구와 배출구 포트들이 제공된 것을 제외하고는 구성이 유사한 펌프 모듈이 라이저 시스템을 구성한다. 이들 포트들은 슬러리 라이저의 경우에 펌프에 연결될 수 있거나, 폐수회수라인의 경우에 우회 파이프에 연결될 수 있다. 따라서, 단지 2개의 모듈로, 전체 라이저 시스템이 만들어질 수 있으며, 충분한 펌프 모듈들이 소정의 펌프 개수들을 수용하도록 라이저의 길이를 따라 이격되어 있다. 실제로, 슬러리 라이저에서 조차도, 우회 파이프가 유입구 및 배출구 중 일부에 연결되어 추가 펌프들이 필요하거나 기존 펌프가 이동될 필요가 있는 경우에 여분을 제공할 수 있다.

바람직하기로, 라이저는 적어도 부분적으로 부력탱크에 매달려 있다.

본 발명은 또한 상단에는 이동식 수상선박에 그리고 하단에는 이동식 해저 채광공구에 결합된 상기 본 발명의 어떤 태양에 따른 라이저 시스템을 포함한 채광 시스템으로 확장된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 적어도 2개의 슬러리 라이저와 적어도 2개의 폐수회수라인을 구비한 라이저 시스템으로서, 끝과 끝이 연결된 복수의 모듈들을 구비하고, 각 모듈은 적어도 한 쌍의 슬러리 라이저 덕트들과 한 쌍의 폐수회수덕트들을 구비하며, 상기 모듈은 측면 포트들이 전혀 없는 적어도 4개의 포트들을 포함하는 덕트 모듈 및 상기 덕트들 중 적어도 하나는 펌프의 연결을 위해 측면 유입구 포트와 측면 배출구 포트들을 갖는 펌프 모듈 중에서 선택되는 라이저 시스템이 제공된다.

라이저 재료와 슬러리의 무게로 인해 야기된 라이저에 대한 스트레스를 줄이기 위해, 라이저에 부력을 제공하는 것이 바람직하다.

모듈 구성을 위해, 모듈들 중 일부에는 부력탱크가 제공되고, 필요한 만큼 많은 이들 부력 모듈들이 이용된다. 이는 부력탱크가 제공된 상기 언급된 덕터 또는 펌프 모듈들 중 어느 하나에 의해 실행될 수 있다. 그러나, 최대의 융통성을 위해, 바람직하게는 부력탱크가 제공된 부력 모듈이라고 할 제 3 타입의 모듈이 있다.

부력탱크가 펌프 모듈에 제공될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 부력 모듈은 효과적으로 덕트 모듈과 부력탱크의 조합이다. 이는 측면 포트들과 부력탱크들 간의 어떤 있을 수 있는 간섭을 방지한다.

바람직하기로, 라이저 덕트들만큼이나 많은 부력탱크들이 있고, 부력탱크들은 인접한 덕트들 사이에 배치된다.

본 발명은 또한 라이저 위로 슬러리를 운송하기 위한 펌프 시스템을 각각 갖는 한 쌍의 슬러리 라이저 및 폐수회수라인 아래로 폐수를 반환하기 위한 폐수펌프를 각각 갖는 한 쌍의 폐수회수라인들을 포함한 라이저 시스템 구성방법으로서, 폐수회수라인들 중 하나로부터 폐수펌프시스템을 연결해제하는 단계, 및 슬러리 펌프 시스템을 폐수회수라인에 연결해 이로써 상기 폐수회수라인을 슬러리 라이저로 바꾸는 단계를 포함하는 라이저 시스템 구성방법에까지 확장된다. 폐수가 몇몇 다른 수단에 의해 폐기될 수 없다면, 가령, 폐수를 해저로 반환할 의무가 전혀 없다면, 상기 방법은 바람직하게는 슬러리 라이저들 중에 하나에서 펌프 시스템을 연결해제하는 단계, 및 이 라이저에 폐수 펌프 시스템을 연결해 이를 폐수회수라인으로 바꾸는 단계를 또한 포함한다.

라이저 시스템은 언테서드 라이저 시스템이다. 이는 유정(wellhead)과 같은 고정된 해저구조에 부착되기보다는 오히려 이동식 해저차량에 부착되는 것을 의미한다.

본 발명의 내용에 포함됨.

첨부도면을 참조로 본 발명에 따른 라이저 시스템 및 방법의 일예를 설명한다:
도 1은 라이저 시스템의 펌프 모듈의 일부분의 사시도이다.
도 2는 부착된 펌프 또는 바이패스가 없는 수평면으로 라이저 시스템을 지나는 횡단면이다.
도 3은 유입구 및 배출구를 포함한 라이저 시스템의 일부분의 수직면의 횡단면이다.
도 4는 유입구/배출구 포트 및 펌프 간의 인터페이스를 지나는 횡단면이다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 각각 덕트 모듈의 수평면의 횡단면, 측면도 및 사시도이다.
도 6a, 도 6b, 및 도 6c는 부력모듈의 유사 도면들이다.
도 7a 내지 도 7c는 안전밸브의 동작을 도시한 개략도이다.
도 8은 전체 채광시스템의 개략도이다.

수상선박 및 해저 채광차량을 포함한 전체 시스템이 전체적으로 WO 2010/000289에 기술되어 있다. 전체 시스템의 개략도가 도 9에 주어져 있다.

전체 시스템은 해수면(102)에 있는 수상선박(100)과 해저로부터 퇴적물을 파올리기 위해 해저(4)를 커버하고 가요성 라이저(105)를 따라 흡입되는 슬러리를 형성하는 하나 이상의 채광차량(103)을 포함한다. 차량은 계류중인 출원(대리인 문서번호 P113709GB00)에 기술되어 있다. 가요성 라이저(105)는 해저 위로 약 200미터 위치까지 뻗어 있는 각각의 슬러리 라이저(1)에 회전식 볼과 소켓 조인트에 의해 연결되어 있다. 문제가 닥칠 경우 슬러리가 라이저(1)로부터 내버려지게 하는 덤핑밸브(106)가 여기서 중요하다. 이들 밸브(106)는 물 분사용 해수회수라인들에서 개방된다. 디퓨저가 각 라이저의 하단에 위치되어 물의 배출 속도를 감소시킨다. 간헐적으로 라이저(1)를 따라 하기에 더 상세히 기술된 펌프들(17)이 있다. 라이저(1)와 나란히 (다시 하기에 더 상세히 기술된) 하나 이상의 해수회수라인들(2)이 있고, 상기 라인 아래로 폐수회수펌프(107)들이 슬러리로부터 뽑아낸 물을 버린다. 이는 채광차량(103)을 구동하는데 이용될 수 있다. 해수회수라인들은, 필요하다면, 가요성 라이저(105)에 연결시키는 허브들이 있다. 그러나, 해수회수라인으로 구성될 경우, 이들 허브들은 차단된다. 라이저(1) 및 해수회수라인들(2)로 구성된 라이저 번들은 상하동요감쇠시스템(heave compensation system)(109)에 의해 수상선박(100) 아래에 매달린 환형 부력탱크(108)에 지지된다. 라이저 번들은 환형 지지체(110)에 의해 탱크(108) 내에 지지된다. 각 라이저(1)의 상단에 가요성 연결부에 의해 연결되고 문풀(moon pool)을 통해 슬러리 처리설비(113)에 이르는 가요성 슬러리 호스(가령, 고무준설호스)(111)가 있다. 각 해수회수라인(2)의 상단에 문풀(112)을 통해 펌프(107)에 연결한 가요성 해수회수호스(114)가 있다. 채광차량(103)용 런치 및 회수 시스템(115)이 선박의 선미(船尾)에 제공된다.

라이저 시스템으로 돌아가서, 이는 대략적으로 한 쌍의 슬러리 라이저(1) 및 한 쌍의 폐수회수라인들(2)을 포함한다. 이들은 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이 슬러리 라이저 쌍이 서로 반대되고 폐수회수라인 쌍도 서로 반대되는 일반적으로 정사각형 형태로 배열되어 있다. 본 발명은 2 이상의 슬러리 라이저들 또는 폐수회수라인들에도 동일하게 적용될 수 있으며, 이들이 쌍으로 있을 필요가 없다.

라이저 시스템은 끝과 끝이 연결된 많은 모듈들로 이루어진다. 모듈의 3가지 다른 타입들, 즉, 도 5에 도시된 덕트모듈(3), 도 1에 도시된 펌프모듈(4), 및 도 6에 도시된 부력모듈(5)이 이용된다.

하기에 더 상세히 각 모듈의 개별 특성들을 설명한다.

그러나, 각각의 모듈에는 덕트모듈(3)에 있는 많은 공통특징들이 제공된다. 이를 설명할 것이고 이어서 부력 및 펌프모듈에 필요한 추가 특징들을 설명한다.

각각의 모듈은 각각 슬러리 라이저(1) 또는 해수회수라인(2)을 형성하는 4개의 덕트(6)로 구성된다. 각 덕트의 끝에 가장 위의 그리고 가장 아래의 모듈들의 경우에 인접한 구성요소에 연결을 위한 플랜지(7) 또는 인접한 구성요소용 커플링이 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 플랜지는 볼트 연결에 적합하다. 4개의 덕트들(6)이 복수의 이격된 측면 커넥터들(8)에 의해 함께 결합된다. 이들은 4개의 연결된 스플릿 링들이 있고, 각 스플릿 링은 덕트를 수용하고 상기 덕트 주위로 볼트 체결하도록 배열되어 있다. 제조 허용오차는 링과 덕트 간에 충분한 접촉 면적을 유지하도록 매우 엄격하게 컨트롤된다. 라이저가 받는 힘은 이동 및 해수 흐름 방향이 어떠한지 간에 전반적으로 일정하게 유지되기 때문에 설계의 일반적 대칭 특성이 이점적이다.

부력모듈(5)은 도 6a 및 도 6c에 도시된 바와 같이 복수의 부력 캡슐들(10)이 제공된 것을 제외하고는 기본적으로 라이저 모듈(3)과 같다. 4개의 이런 캡슐들(10)이 각 모듈에 제공되고 각 라이저 쌍(1)과 회수라인(2) 간에 포개져 도 6a에 도시된 컴팩트한 구성을 제공한다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 캡슐(10)은 인접한 모듈들 간의 연결과 간섭하지 않도록 플랜지(7)에 못미쳐 멈춘다. 커넥터(8)와 유사하나 캡슐(10)에 추가 스플릿 링들이 제공된 변형된 커넥터(8')가 사용될 수 있다. 또한, 보강된 안정성을 제공하기 위해 가령 티타늄과 네오프렌 고무로 된 하나 이상의 밴드들(11)이 번들 주위로 감싸질 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참조로 펌프모듈(4)을 설명한다.

모듈의 기본 구조는 상호교환가능 펌프세트의 부착을 가능하게 하는 추가된 보강물이 달린 상술한 라이저 모듈과 같다. 모듈상의 각 덕트(6)에 한 쌍의 측면부들, 즉, 배출구 포트(15)와 상기 배출구 포트(15) 위에 유입구 포트(16)가 제공된다.

배출구 포트(15)에서 포트의 명칭은 라이저가 슬러리 라이저로서 구성될 경우 슬러리가 포트를 나와 펌프(17)로 흐르는 포트임을 의미한다. 마찬가지로, 유입구 포트(16)는 러이저가 슬러라 라이저로 구성될 경우 슬러리가 펌프(17)로부터 포트를 통해 다시 덕트(6)로 역류하는 포트이다. 라이저가 폐수회수라인(2)으로 구성될 경우, 흐름이 실제로 유입구 포트(16)를 나와 포트(15 및 16)에 연결된 우회덕트(18) 그리고 배출구 포트(15)를 통해 라이저로 돌아가도록 흐름이 반대이다. 그러나, 용어의 일치를 위해, 포트들이 펌프 구성에 있다면, 배출구 포트(15) 및 유입구 포트(16)를 포트들이라 할 것이다.

도 2에서 가장 명확히 알 수 있는 바와 같이, 배출구 포트(15)는 덕트(6)와 직선으로 있다. 그러나, 유입구 포트(16)는 유입구 매니폴드(19)를 통해 덕트(6)로부터 측면으로 오프세트되어 있다. 이는 유입구 포트(16)로부터 간섭없이 위에서 하부의 배출구 포트(15)에 접근하게 한다.

펌프(17)는 원심준설펌프이다. 펌프는 전기모터에 의해 구동된다. 펌프는 ㅈ전형적인 4.00 ㎥/s 유출량과 478kpa의 헤드를 갖는다.

펌프 및 모터는 모듈을 형성하기 위해 지지 프레임(24)에 함께 만들어진다. 글랜드 펌프와 오일압력 보상시스템이 펌프 프레임(24)에 끼워진다. 각 펌프는 컨트롤 및 모니터링을 위해 자신의 개별 엄빌리컬(umbilical)을 갖는다. 각 엄빌리컬은 수상선박의 데크에 설치된 개별 엄빌리컬 핸들링 윈치에 적재된다. 펌프 속도는 생산 선박에 탑재된 주파수 구동기를 이용해 제어된다.

펌프가 심해에 있기 때문에, 공동현상(cavitation)이 문제가 될 것으로 생각되지 않는다. 그러나, 소형 가스 포켓들로 인해 펌핑 효율이 약간 떨어질 수 있다. 각 개별 펌프의 속도 컨트롤은 주파수 구동기를 이용해 주파수를 가변시킴으로써 수면으로부터 제어된다. 각 펌프 및 모터의 성능, 부하 및 조건은 속도, 석션 및 압력 면에 대한 펌프 압력, 펌프 진동, 오일보상 탱크 수위, 모터 온도 및 모터 진동용 센서들에 의해 모니터된다. 센서 신호들은 모터 엄빌리컬을 통해 전해진다.

전기원심펌프에 대한 대안으로, 라이저 펌프는 가령 기계적으로 구동되는 원심펌프 또는 수압을 기반으로 한 펌프구동시스템일 수 있다.

펌프 프레임(24)에는 상단에 후크(25)가 제공되어 있다. 펌프 프레임(24)은 후크(25)가 덕트(6) 상의 피봇(26)과 결합하도록 와이어 라인에서 적소에 내려진다. 펌프는 그런 후 펌프 유입구에 이르는 펌프 유입구 덕트(27)와 접선방향 펌프 배출구로부터 보내지는 펌프 배출구 덕트가 도 4에 도시된 바와 같이 펌프 배출구 포트(15) 및 유입구 포트(16)와 각각 만난다. 포트(15,16)는 일반적으로 단면이 구형인 반면, 각각의 유입구/배출구 덕트(27,28)는 플레어형 단부(29)를 가져 펌프(17)와 덕트(6) 사이에 발생할 수 있는 임의의 작은 오정렬을 수용한다. 연결에 또한 고무밀봉요소들이 제공된다. 펌프 모듈은 ROV 도킹스테이션이 있어 모듈이 위치지정을 위한 ROV 추진력에 의해 조정되게 한다. 펌프 모듈은 상하동요 보상 크레인을 이용해 와이어에 걸려있다. ROV가 와이어의 연결/단절 및 커플링의 연결/단절을 거든다.

폐수펌프는 폐수회수라이저(2)에서 물을 펌프하기 위해 사용되는 수상선박(100)의 데크 상의 전기구동 원심펌프세트(107) 형태를 취한다. 폐수회수라인이 슬러리 라이저로서 사용하기 위해 개조된 경우, 이들 펌프들(107)은 기존 가요성 워터호스(114)로부터 단절되고 실질적으로 폐수회수라인으로 사용되는 어느 덕트이더라도 연결된다.

라이서 시스템을 구성하기 위해, 라이저 섹션들이 수상선박에 데크 핸들링 설비로부터 하나씩 수직으로 크레인으로부터 배치된다. 각 섹션은 섹션 아래에 연결되는 동안 수직으로 지탱된다. 결합된 구조는 무거워지고 문풀을 통해 가라앉는다. 각 라이저 섹션은 데크 영역에서 핸들링에 적합한 길이 및 무게를 가져야 한다. 각 섹션의 길이는 일반적으로 12 내지 18 미터 길이이며 최대 핸들링 무게는 선박 핸들링 설비에 의해 정의된다. 바다로 가라앉기 때문에 라이저 길이가 증가하면, 부력 모듈(5)이 있기 때문에 배치 후크 하중이 감소된다.

완전한 라이저 번들이 무게의 대부분을 지탱하는 부력탱크(108)에서 떨어진다. 이 탱크는 차례로 상하요동 보상 시스템(109)에 의해 생산 선박에 지지된다. 부력탱크가 액티브 보상 시스템과 스러스터에 끼워져 수직축 주위로 전체 라이저 시스템의 회전을 가능하게 하여 라이저를 데릭(derrick) 센터라인과 정렬시키고 동작동안 탱크 방향을 컨트롤한다. 라이저 시스템이 정확한 각위치로 돌아온 후에, 펌프는 상기와 같이 설치된다. 부력탱크(108)는 누출 또는 손상에 대한 몇몇 보호를 제공하도록 칸막이식으로 되어 있고 공압 밸러스트된다. 물 분사를 이용해 부력이 컨트롤될 수 있으나 탱크가 떠오르게 할 정도로 충분한 부력이 결코 있을 수 없도록 탱크가 설계된다.

시스템을 개시하기 위해, 라이저 및 펌프는 해수로 채워진다. 해저차량의 펌프들을 포함한 모든 펌프들은 차량이 슬러리를 흡입하기 시작할 때까지 천천히 속도가 증가된다. 원심펌프용 컨트롤 시스템은 펌프 하중을 기록하고 각 펌프의 속도를 개별적으로 컨트롤해 슬러리 밀도가 천천히 증가하는 시작 주기 동안 가장 효율적인 방식으로 슬러리를 펌핑시킨다.

한 펌프(17)가 고장나면, 일반적으로 상기 라이저에 있는 나머지 펌프들이 슬러리를 수면으로 펌핑하기 위한 충분한 헤드를 발생시킬 수 없는 경우가 될 것이다. 이는 영향받은 라이저의 생산이 중단되는 것을 의미한다. 고장난 펌프의 교체를 하기 위해 유효한 라이저는 깨끗한 바닷물이 플러싱되어야 한다. 플러싱(flushing) 후에, 펌프는 교체될 수 있고 펌핑이 개시될 수 있다.

라이저 플러싱을 하기 위해, 일련의 컨트롤 밸브들이 라이저에 설치된다. 펌프 고장시의 라이저 플러싱이 아래에 기술되어 있다.

정규적인 보수가 필요한 경우, 이는 깨끗한 해수만을 생산하도록 해저차량을 주행시켜 라이저를 플러싱함으로써 방지될 수 있다. 슬러리 밀도가 천천히 감소됨에 따라, 라이저에 있는 나머지 펌프들은 위에서 아래로 라이저를 플러시할 수 있어야 한다. 이 공정을 용이하게 하기 위해, 펌프는 고장난 원심펌프가 현장에 남아 있는 동안 슬러리가 펌프되어지게 하기 위해 충분히 높은 출력 정격을 가질 것이다.

원심준설펌프는 슬러리 밀도 변화에 대한 오차를 허용하며 상대적으로 평평한 동작 곡선을 갖는다. 층구조 변화, 현장밀도 변화, 해저차량의 속도, 해저차량의 조종 및 차량의 구성 변화에 의해 야기된 변화들의 결과로서 생산 동안 슬러리 밀도 변화가 연속으로 발생할 것이다.

펌프에 사용된 임펠러(22)는 꽤 큰 통로가 있기 때문에, 가스 하이드레이트와 같이 심지어 큰 입자들도 쉽게 통과될 것이다. 준설펌프는 준설된 슬러리에서 이런 입자들이 준설 산업에 통상적이기 때문에 이를 위해 특별히 설계된다. 라이저의 가장 아래 펌프는 충격시 하이드레이트의 더 큰 부분들을 분쇄하는 경향이 있다. 펌프들이 수심 위로 분포되어 있기 때문에, 라이저에서의 주요 압력은 라이저의 하단에 모든 펌프들을 갖는 시스템에 비해 덜하다. 이는 시스템에 들어가는 임의의 가스 하이드레이트가 수면으로 승인 동안 압력감소의 영향을 받아 해리하기 시작할 것이다. 이 해리는 모든 입자들이 큰 표면적 대 부피 비를 갖는 사실에 의해 가속화될 수 있다.

펌프마다 전후로, 안전밸브(30,31)가 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이 끼워져 있다. 정상동작 동안 양 안전밸브(30,31)가 닫혀져 있다(도 8a). 펌프가 차단된 경우, 펌프 앞의 안전밸브는 과압을 야기하는 슬러리의 충격을 방지하는데 이용된다(도 8b). 슬러리 속도가 펌프의 부적절한 기능으로 인해 너무 낮을 경우, 슬러리가 라이저에 가라앉지 않도록 안전밸브와 펌프가 개방된다(도 8c). 펌프 앞의 안전밸브는 이 경우 라이저에서의 압력미달을 방지하는데 사용된다. 효과적으로, 안전밸브는 라이저에서 과압 또는 압력미달을 방지하기 위해 라이저를 비우는데 사용된다.

라이저 압력미달/과압이 모니터되고 인라인 안전밸브의 동작시 개개의 펌프속도 변화의 조합을 통해 컨트롤된다. 이와 연계해, 라이저에서 발생한 슬러리 밀도의 가변성으로 인한 라이저 부력에서의 임의의 변화들은 안정적 부유를 유지하기 위해 상기 언급된 보상 시스템 및 부력탱크의 조합을 통해 컨트롤된다.

Claims (16)

1. 해저에 인접한 위치로부터 해수면에 인접한 위치로 슬러리를 운송하기 위한 라이저 시스템으로서,
   제 1 및 제 2 라이저;
   상기 라이저들 중 하나 위로 슬러리를 운송하기 위한 슬러리 펌프 시스템; 및
   라이저들 중 하나 아래로 폐수를 반환하기 위한 폐수 펌프 시스템을 구비하고,
   슬러리 펌프 시스템과 폐수 펌프 시스템이 각각의 라이저에 선택적으로 연결될 수 있어 각 라이저가 슬러리 라이저 또는 폐수 라이저 중 하나가 되게 하는 라이저 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   슬러리 펌프 시스템과 폐수 펌프 시스템이 선택적으로 연결될 수 있는 제 3 라이저를 더 구비하는 라이저 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   슬러리 펌프 시스템과 폐수 펌프 시스템이 선택적으로 연결될 수 있는 제 4 라이저를 더 구비하는 라이저 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항 있어서,
   각 슬러리 펌프 시스템은 라이저의 길이를 따라 이격된 복수의 펌프들로 구성되는 라이저 시스템.
5. 해저에 인접한 위치로부터 해수면에 인접한 위치로 슬러리를 운송하기 위한 라이저 시스템으로서,
   복수의 라이저들을 구비하고, 각 라이저는 상기 라이저를 따라 슬러리를 펌핑하기 위한 펌프 시스템을 포함하며; 각 펌프 시스템은 라이저를 따라 이격된 복수의 펌프들을 포함하는 라이저 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,
   각 펌프에는 슬러리 라이저에 피봇 연결이 제공되고 슬러리 라이저에 피봇식으로 장착된 다음, 상기 피봇 주위로 피봇 운동으로 인해 펌프 상의 유입구 및 배출구 포트들이 라이저 시스템 상의 해당 포트들과 결합되도록 배열되는 라이저 시스템.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   각 폐수회수라인에 펌프에 부착될 수 있게 구성된 유입구 및 배출구 포트와 상기 유입구 및 배출구 포트 사이에 탈착식으로 연결된 바이패스 파이프를 갖는 펌프용 장소가 제공되는 라이저 시스템.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   라이저 및 회수라인들이 라이저 시스템의 길이를 따라 배열된 복수의 지지체들과 함께 서로 연결되고 각 지지체는 실질적으로 수평면에 위치되는 라이저 시스템.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   라이저 시스템은 슬러리 라이저와 폐수라인을 형성하기 위해 끝과 끝에 각각 연결된 복수의 라이저 모듈들로 구성되는 라이저 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    2개의 다른 모듈 타입들, 즉, 측면 부분이 전혀 없는 적어도 4개의 포트들을 갖는 덕트 모듈과 적어도 4개의 덕트를 포함하고 적어도 하나의 덕트에 측면 유입구 및 배출구 포트들이 제공된 펌프 모듈이 라이저 시스템을 구성하는 라이저 시스템.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    라이저들이 적어도 부분적으로 매달려 있는 부력탱크를 더 포함하는 라이저 시스템.
12. 상단이 이동 수상선박에 그리고 하단이 이동 수상선박 채광공구에 결합되는 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 라이저 시스템에 따른 채광 시스템.
13. 적어도 2개의 슬러리 라이저와 적어도 2개의 폐수회수라인을 구비한 라이저 시스템으로서,
    끝과 끝이 연결된 복수의 모듈들을 구비하고, 각 모듈은 적어도 한 쌍의 슬러리 라이저 덕트들과 한 쌍의 폐수회수덕트들을 구비하며, 상기 모듈은 측면 포트들이 전혀 없는 적어도 4개의 포트들을 포함하는 덕트 모듈 및 상기 덕트들 중 적어도 하나는 펌프의 연결을 위해 측면 유입구 포트와 측면 배출구 포트들을 갖는 펌프 모듈 중에서 선택되는 라이저 시스템.
14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모듈들 중 일부에는 부력탱크들이 제공되는 라이저 시스템.
15. 라이저 위로 슬러리를 운송하기 위한 펌프 시스템을 각각 갖는 한 쌍의 슬러리 라이저 및 폐수회수라인 아래로 폐수를 반환하기 위한 폐수펌프를 각각 갖는 한 쌍의 폐수회수라인들을 포함한 라이저 시스템 구성방법으로서,
    폐수회수라인들 중 하나로부터 폐수펌프시스템을 연결해제하는 단계, 및
    슬러리 펌프 시스템을 폐수회수라인에 연결해 이로써 상기 폐수회수라인을 슬러리 라이저로 바꾸는 단계를 포함하는 라이저 시스템 구성방법.
16. 제 15 항에 있어서,
    슬러리 라이저들 중 하나로부터 펌프 시스템을 연결해제하는 단계, 및
    이 라이저에 폐수 펌프 시스템을 연결해 이를 폐수회수라인으로 바꾸는 단계를 포함하는 라이저 시스템 구성방법.

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