해저 파이프라인

해저 파이프라인(해상, 해저 또는 연안 파이프라인이라고도 함)은 해저 또는 ^[1][2]그 아래에 해구 내에 부설된 파이프라인입니다.송유관은 대부분 육지에 있지만, 작은 바다, 해협, ^[3]강과 같은 수역을 횡단하는 곳도 있다.해저 파이프라인은 주로 석유나 가스를 운반하는 데 사용되지만 물의 운송도 중요하다.^[3]유선과 ^[1][3][4]파이프라인의 구별이 되는 경우가 있습니다.전자는 해저 유정, 매니폴드 및 특정 개발 분야 내 플랫폼을 연결하는 데 사용된다는 점에서 필드 내 파이프라인이다.후자는 수출 파이프라인이라고도 하며,^[1] 자원을 해안으로 가져오는 데 사용됩니다.대규모 파이프라인 건설 프로젝트에는 연안 생태학, 지오하자드, 환경 부하 등 많은 요소를 고려해야 합니다.대부분의 경우, 다분야의 ^[1]국제 팀이 담당합니다.

루트 선택

잠수함 파이프라인 계획 연습에서 가장 초기이자 가장 중요한 작업 중 하나는 경로 ^[5]선택입니다.이 선택은 다양한 이슈를 고려해야 한다. 정치적 성질의 일부이지만, 대부분의 다른 이슈는 지구해저드, 예상 경로의 물리적 요인 및 ^[5][6]고려된 지역에서 해저의 기타 사용을 다룬다.이 작업은 지질 지도, 수심 측량, 낚시 차트, 항공 및 위성 사진뿐만 아니라 항법 ^[5][6]당국의 정보를 조사하는 표준 탁상 연구인 사실 조사 연습으로 시작한다.

물리적인 요인

해저 파이프라인 건설에서 고려해야 할 주요 물리적 요인은 해저의 상태이며, 평탄한 상태(즉, 비교적 평평한 상태) 또는 울퉁불퉁한 상태(고점과 저점이 있는 파형 상태)이다.고르지 않은 경우 파이프라인은 2개의 고점을 연결할 때 자유 스팬을 포함하므로 섹션은 ^[2][7]지원되지 않습니다.지지되지 않은 섹션이 너무 길면 (중량으로 인해) 해당 섹션에 가해지는 굽힘 응력이 과도할 수 있습니다.전류에 의한 소용돌이에 의한 진동도 문제가 ^[7][8]될 수 있습니다.지원되지 않는 파이프라인 범위에 대한 시정조치에는 해저 레벨링 및 파이프라인 아래에 비메인 또는 모래가 스며드는 것과 같은 설치 후 지원이 포함된다.해저의 강도는 또 다른 중요한 변수이다.토양이 충분히 강하지 않을 경우, 파이프라인은 검사, 유지보수 절차 및 향후 연계가 수행되기 어려울 정도로 토양이 침하될 수 있다.다른 극단에서는 암석 해저에 트렌치 비용이 많이 들고 높은 지점에서는 파이프라인 외부 코팅의 마모 및 손상이 ^[7][8]발생할 수 있습니다.이상적으로는 토양이 파이프가 어느 정도 침하되도록 해야 하며, 따라서 토양이 ^[7]어느 정도 측면 안정성을 제공해야 한다.

파이프라인을 구축하기 전에 고려해야 할 기타 물리적 요인은 다음과 같습니다.^{[2][7][8][9][10][11]}

• 해저 이동성: 모래 파도와 메가리플은 시간과 함께 이동하는 특성으로, 건설 중에 이러한 기능 중 하나의 꼭대기에 의해 지지된 파이프라인이 파이프라인의 작동 수명 동안 나중에 트로프 안에 있는 것을 발견할 수 있습니다.이러한 기능의 진화를 예측하는 것은 어렵기 때문에, 이러한 기능이 존재하는 것으로 알려진 영역은 피하는 것이 좋습니다.
• 해저 산사태:그것들은 높은 침전 속도에서 발생하며 가파른 경사면에서 발생한다.그것들은 지진에 의해 유발될 수 있다.파이프 주변의 토양이 미끄러지면, 특히 결과 변위가 라인에 대해 높은 각도에 있을 경우 파이프 내부의 심각한 굽힘과 그에 따른 인장 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 전류:높은 전류는 배관 작업을 방해한다는 점에서 바람직하지 않다.예를 들어, 얕은 바다에서는 두 섬 사이의 해협에서 조류가 상당히 강할 수 있다.이러한 상황에서는 이 대체 루트가 길어지더라도 파이프를 다른 곳으로 가져가는 것이 좋습니다.
• 파도: 얕은 물에서 파도는 파이프라인 부설 작업(심각한 파도의 경우)에도 문제가 있을 수 있으며, 물의 세정 작용으로 인해 그 안정성에 문제가 될 수 있습니다.이것이 (파이프라인이 해안선에 도달하는) 상륙이 계획하기에 특히 민감한 영역인 많은 이유 중 하나이다.
• 얼음 관련 문제:얼어붙은 물에서, 떠다니는 얼음은 종종 얕은 물로 떠내려가고 용골은 해저와 접촉합니다.그들은 계속 떠내려가면서 해저에 구멍을 내고 파이프라인에 ^[12]부딪힐 수 있다.또한 Stamukhi는 높은 국소 응력을 가하거나 주변의 오염을 파괴하여 과도한 굽힘을 유발함으로써 이 구조를 손상시킬 수 있습니다.스트루델은 냉수에서의 또 다른 파이프라인 위험 요소이다. 스트루델을 통해 쏟아져 나오는 물은 구조물 아래의 토양을 제거하여 과도한 응력(자기 무게로 인한)이나 소용돌이 유발 진동에 취약할 수 있다.이러한 위험이 존재하는 것으로 알려진 지역에 대한 파이프라인 경로 계획에서는 파이프라인을 다시 채워진 트렌치에 부설하는 것을 고려해야 한다.

해저의 기타 용도

파이프라인 루트의 적절한 계획은 제안된 루트를 따라 해저 또는 미래에 그렇게 할 가능성이 있는 광범위한 인간 활동을 고려해야 한다.여기에는 다음이 포함됩니다.^[2][8][13]

• 기타 파이프라인:제안된 파이프라인이 기존 파이프라인과 교차하는 경우(흔히 있는 일이지만) 그 시점에서 교차하기 위해 브리징 구조가 필요할 수 있습니다.이것은 직각으로 해야 한다.접합부는 직접 물리적 접촉 또는 유체 역학적 영향에 의한 두 구조물 간의 간섭을 피할 수 있도록 신중하게 설계되어야 한다.
• 어선: 상업 어업은 해저에 끌린 무거운 어망을 이용하여 저인망 어선 뒤로 몇 킬로미터나 뻗어 있다.이 그물은 파이프라인에 걸림돌이 되어 파이프라인과 선박에 손상을 줄 수 있습니다.
• 선박 앵커:선박 닻은 파이프라인, 특히 항구 근처에 잠재적인 위협이 됩니다.
• 군사 활동:일부 지역에는 이전 분쟁에서 비롯된 광산이 여전히 있지만 여전히 운영 중이다.폭격이나 총격 연습에 사용되는 다른 지역들도 실탄을 숨길 수 있다.또한 해저에는 해저 탐지를 위한 각종 계측기가 설치돼 있다.이 지역은 피해야 합니다.

해저 파이프라인 특성

해저 파이프라인의 지름은 일반적으로 가스라인의 경우 3인치(76mm)에서 대용량라인의 ^[1][2]경우 72인치(1800mm)까지 다양합니다.벽의 두께는 보통 10mm(0.39인치)에서 75mm(3.0인치) 사이입니다.이 파이프는 고온 및 압력의 유체에 맞게 설계할 수 있습니다.벽은 350-500MPa(50,000-70,000psi)의 높은 항복 강도 강철로 제작되며 용접성이 주요 선택 기준 ^[2]중 하나입니다.이 구조는 종종 역수지 또는 에폭시와 같은 코팅으로 외부 부식으로부터 차폐되며 희생 ^[2][14]양극을 이용한 음극방식으로 보완됩니다.콘크리트 또는 섬유 유리 포장은 마모에 대한 추가적인 보호를 제공합니다.콘크리트 코팅의 추가는 파이프라인이 저밀도 ^[2][15]물질을 운반할 때 파이프라인의 부력을 보상하는 데도 유용합니다.

그 파이프라인의 내벽은 석유 서비스를 위해 코팅되어 있지 않다.그러나 바닷물이나 부식성 물질을 운반할 경우 에폭시, 폴리우레탄 또는 폴리에틸렌으로 코팅할 수 있으며 시멘트 ^[2][14]라이닝도 가능합니다.누출이 허용되지 않고 파이프라인이 일반적으로 10MPa(1500psi) 정도의 내부 압력을 받는 석유 산업에서는 세그먼트가 완전 침투 용접으로 ^[2][14]결합됩니다.기계적 조인트도 사용됩니다.돼지는 육상이든 해상이든 파이프라인 수송의 표준 장치이다.정수압 테스트, 파이프 내부 측벽의 움푹 패임 및 크림프 점검, 정기적인 청소 및 경미한 ^[1][2]보수 작업에 사용됩니다.

파이프라인 건설

파이프라인 구축에는 여러 파이프 세그먼트를 한 줄로 조립하고 원하는 경로를 따라 해당 라인을 설치하는 두 가지 절차가 포함됩니다.해저 파이프라인의 경우 여러 시스템을 사용할 수 있으며, 이들 중 하나를 선호하는 선택은 다음 요소에 기초한다. 물리적 및 환경 조건(예: 전류, 파동 상태), 장비 및 비용, 수심, 파이프라인 길이 및 직경, 다른 라인과 구조물의 존재와 관련된 제약 조건경로^[2]이러한 시스템은 일반적으로 풀/타우, S-레이,^{[16][17][18][19]} J-레이 및 릴레이의 4가지 범주로 나뉩니다.

풀/타우 시스템

풀/토우 시스템에서는 해저 파이프라인이 육지에서 조립된 후 위치로 견인됩니다.조립은 해안선에 평행 또는 수직으로 이루어집니다. 전자의 경우 견인 및 ^[20]장착 전에 전체 라인을 구축할 수 있습니다.풀/타우 시스템의 중요한 장점은 선로의 사전 테스트와 검사가 ^[20]바다가 아닌 육지에서 수행된다는 것입니다.모든 크기와 ^[18][21]복잡도의 선을 처리할 수 있습니다.견인 절차에서는 노면 견인, 근접 견인, 중간 깊이 견인 및 오프 보텀 ^[22]견인 등 여러 가지 구성을 사용할 수 있습니다.

• 표면 견인:이 구성에서 파이프라인은 견인 중에 수면에 남아 있다가 평지 위치에 가라앉는다.라인은 부력이 있어야 합니다.이것은 개별 부력 유닛을 ^[20]접속하는 것으로 실시할 수 있습니다.노면 견인 장치는 거친 바다에는 적합하지 않으며 횡방향 조류에 취약합니다.
• 근접 표면 견인:파이프라인은 수면 아래에 있지만 가까이 있어 파동 작용을 완화합니다.그러나 그 수준을 유지하기 위해 사용되는 스파 부이는 거친 바다의 영향을 받기 때문에 그 자체로 견인 작업에 어려움이 있을 수 있습니다.
• 중간 깊이 견인:파이프라인은 부력이 없습니다. 무거우거나 쇠사슬을 매달아 중압을 가하기 때문입니다.이 구성에서는 두 개의 견인선 사이에 현수막 형태로 선이 매달려 있습니다.이 현수막(sagnery)의 모양은 선의 무게, 용기에 의해 가해지는 장력 및 ^[23]체인의 유체 역학적 리프트 사이의 균형입니다.침하 허용량은 해저의 깊이에 따라 제한된다.
• 오프-보텀 견인:이 구성은 중간 깊이 견인과 유사하지만, 여기서는 해저에서 끌어당기는 체인을 사용하여 바닥에서 1~2m(수 피트) 이내의 거리를 유지합니다.
• 하단 견인:이 경우 파이프라인이 바닥으로 끌어당겨져 라인은 파도와 조류의 영향을 받지 않으며, 바다가 너무 거칠어지면 라인은 버려지고 나중에 복구될 수 있습니다.이러한 유형의 시스템에는 내마모성 코팅 요건, 다른 해저 파이프라인과의 상호작용 및 잠재적 장애물(수목, 암석 등)이 포함됩니다.보텀 토우는 일반적으로 강을 건너거나 ^[24]해안 사이를 건너는 데 사용됩니다.

S-레이 시스템

S-레이 시스템에서 파이프 어셈블리는 파이프 세그먼트(파이프 핸들링 컨베이어, 용접 스테이션, X선 장비, 조인트 코팅 모듈 등)^[25]를 결합하는 데 필요한 모든 장비를 갖춘 선박에서 설치 현장에서 수행됩니다.S 표기법은 해저에 부설된 파이프라인의 형태를 말한다.파이프라인은 배의 선미 또는 배에서 파이프의 하향 운동을 유도하고 볼록-상향 곡선(오버벤드)을 제어하는 스팅어라고 불리는 지지 구조에서 출발합니다.해저 쪽으로 계속 이동하면서 파이프는 해저와 접촉하기 전에 볼록-하향 곡선(사곡선)을 갖게 됩니다(터치 다운 포인트).새그벤드는 파이프라인의 물에 잠긴 중량에 반응하여 (텐셔너를 통해) 용기에서 가해지는 장력에 의해 제어됩니다.과도한 벤딩으로 ^[25]인해 손상되지 않도록 파이프라인 구성이 모니터링됩니다.이 현장 파이프라인 조립 방식(레이 바지 건조라고 함)은 다용성과 자급자족적 성격으로 알려져 있습니다. 이 선박의 배치와 관련된 높은 비용에도 불구하고 효율적이며 상대적으로 외부 ^[26]지원이 거의 필요하지 않습니다.그러나 심각한 해수 상태에 대처해야 할 수 있습니다. 즉, 공급 보트의 파이프 이송, 앵커 핸들링 및 파이프 ^[25]용접과 같은 작업에 악영향을 미칩니다.레이 인터럽트 설계의 최근 발전에는 동적 포지셔닝과 J-레이 ^[25][27]시스템이 포함됩니다.

제이레이 시스템

수심이 매우 깊은 지역에서는 송유관이 거의 직선으로 내려가도록 스팅어를 떠나기 때문에 S-레이 시스템이 적절하지 않을 수 있습니다.끝부분에서 급격한 벤딩을 방지하고 과도한 처짐 벤딩을 완화하려면 파이프라인의 장력이 ^[28]높아야 합니다.그렇게 하면 선박의 위치가 방해되고 텐셔너가 파이프라인에 손상을 줄 수 있습니다.특히 긴 스팅어를 사용할 수 있지만, 이 구조물은 바람과 ^[28]조류에 의해 악영향을 받기 때문에 이 또한 바람직하지 않다.J-레이 시스템은 최신 세대의 레이바게 중 하나이며, 심해 환경에 더 적합합니다.이 시스템에서 파이프라인은 거의 수직인 램프(또는 타워)에서 선박을 떠납니다.오버벤드는 없으며, 장력을 줄일 수 있도록 현수막 성질의 처짐(따라서 J 표기법)만 있다.파이프라인은 또한 ^[29]물에 들어갈 때 파도의 작용에 덜 노출된다.그러나 선박 갑판 길이를 따라 여러 위치에서 동시에 파이프 용접을 수행할 수 있는 S-레이 시스템과 달리 J-레이 시스템은 하나의 용접 스테이션만 수용할 수 있습니다.이러한 단점을 ^[30]보완하기 위해 고급 자동 용접 방법이 사용됩니다.

릴레이 시스템

릴 레이 시스템에서 파이프라인은 육지에서 조립되며 일반적으로 20m(66ft) x 6m(20ft) 크기의 ^[31]대형 드럼에 스풀링되어 특수 제작된 선박에 장착됩니다.그런 다음 선박은 송유관을 부설하기 위해 위치로 이동합니다.송유관을 조립하는 육상 시설은 날씨나 바다 상태에 영향을 받지 않고 ^[21]해상 운영보다 비용이 적게 든다는 고유한 이점이 있습니다.파이프라인 공급은 조정할 수 있습니다.한 개의 라인을 바다에 부설하는 동안 다른 라인을 ^[32]육지에 스풀링할 수 있습니다.하나의 릴로 전체 길이의 플로우 ^[32]라인에 충분한 용량을 가질 수 있습니다.그러나 릴 레이 시스템은 약 400mm(16인치)^[33]의 저직경 파이프라인만 처리할 수 있습니다.또, 파이프를 구성하는 강철의 종류는, 드럼의 주위를 비틀었을 때에 적절한 곡률(나선형 J튜브에 의해)로 구부러지고, 설치 ^[34]장소에서의 레이아웃 작업중에(교정기에 의해) 다시 펴지기 때문에, 필요한 양의 소성 변형을 받을 수 있어야 한다.

안정화

해저 파이프라인과 그 구성요소를 안정화 및 보호하기 위해 여러 가지 방법이 사용된다.이것들은 단독으로 사용하거나 ^[35]조합하여 사용할 수 있습니다.

참호화 및 매장

해저 파이프라인은 어구(예를 들어 앵커) 및 ^[36][37]트롤링 활동으로부터 보호하기 위한 수단으로서 참호 내에 부설할 수 있다.이것은 (해류 및 파도 작용으로부터) 파이프라인을 보호하기 위한 해안 접근법에서도 필요할 수 있다.트렌치는 파이프라인 레이어(프리레이 트렌치) 전에 수행하거나 파이프라인 아래에서 해저 제거(포스트레이 트렌치)를 통해 수행할 수 있습니다.후자의 경우, 트렌치 장치는 ^[36][37]파이프라인 위에 있거나 파이프라인에 걸쳐 있습니다.해저 파이프라인을 위해 해저에 참호를 파는데 사용되는 시스템은 다음과 같습니다.

• 분사:이것은 파이프라인의 ^[38][39]양쪽에 물을 뿜어내기 위해 강력한 펌프를 사용하여 파이프라인 아래에서 흙을 제거하는 레이트 후 트렌치 공정입니다.
• 기계적 절단:이 시스템은 ^[40]파이프라인 아래에서 바위를 포함한 단단한 흙을 파내고 제거하기 위해 체인이나 커터 디스크를 사용합니다.
• 쟁기:당초 프리레이 트렌치에 사용되던 쟁기 원리는 보다 빠르고 안전한 조작을 위해 크기가 더 가벼운 정교한 시스템으로 진화했다.
• 준설/굴착:얕은 물에서는 송유관을 부설하기 전에 준설선이나 굴착기로 토양을 제거할 수 있다.이는 버킷 또는 ^[36]백호우를 사용하여 "cutter-suption" 시스템을 사용하여 다양한 방법으로 수행할 수 있습니다.

(^[41]매설된 파이프는 개방된 트렌치 내의 파이프보다 훨씬 보호성이 높다.)이는 일반적으로 인근 해안선에서 채취한 암석으로 구조물을 덮는 방식으로 이루어집니다.또는 해구 시 해저에서 굴착된 토양을 백필로 사용할 수 있다.매몰 시 중요한 단점은 누출이 발생할 경우 위치를 찾기 어렵고 이후 수리 ^[42]작업에도 어려움이 있다는 것입니다.

매트리스

매트리스를 파이프라인 위에 놓거나 ^[35]기질에 따라 파이프라인 아래 및 위에 둘 수 있습니다.

• 잎 매트리스는 해초와 비슷한 효과가 있어 모래가 쌓이기 쉽습니다.그들은 ^[35]떠내려가지 않도록 바닥에 고정되어야 한다.
• 콘크리트 매트리스는 파이프라인의 일부를 무게로 고정하고 스크래치를 줄이기 위해 사용됩니다.밧줄로 ^[35]연결된 콘크리트 블록으로 만들어졌기 때문에 보통 자신의 무게로 제자리에 고정할 수 있을 정도로 무겁습니다.
• 콘크리트 매트리스와 겹쳐진 잎 매트리스의 조합 매트리스도 사용된다.^[35]

접지 앵커

파이프라인을 말뚝에 고정하는 클램프를 사용하여 측면 ^[35]이동을 방지할 수 있습니다.

안장 블록

프리캐스트 콘크리트 안장 블록을 사용하여 측면 지지대를 제공하고 파이프라인을 더욱 ^[35]단단하게 고정할 수 있습니다.

모래주머니 및 그라우트백

수직 및/또는 측면 ^[35]지지대를 제공하기 위해 측면 또는 파이프라인 아래에 포장할 수 있습니다.

자갈 덤프

자갈은 긁힘을 줄이고 횡방향 ^[35]이동으로부터 안정시키기 위해 파이프라인의 일부에 쏟아질 수 있습니다.

환경 및 법적 문제

Espoo Convention은 프로젝트가 국경을 초월한 환경에 영향을 미칠 가능성이 높은 경우 통지 및 협의에 대한 특정 요건을 만들었습니다.학자들은 에스푸가 얼마나 환경 피해를 완화하는데 효과적인지에 대해 의견이 분분하다.국경 파이프라인 건설과 관련된 바다의 법칙 개념은 영해, 대륙붕, 배타적 경제수역, 공해 자유 및 환경 보호에 관한 것이다.국제법상 공해는 모든 주(州)가 수중에 송유관을 부설하거나 다양한 종류의 공사를 ^[43]할 수 있도록 개방되어 있다.

수중 파이프라인은 파이프라인 자체가 선박의 닻, 부식, 구조 활동 또는 건설 및 자재 결함으로 인해 손상될 수 있기 때문에 환경 위험을 초래합니다.스타니슬라브 파틴은 천연가스가 수중 생태계, 물고기 및 다른 해양 생물에 미치는 영향에 대한 연구는 제한적이라고 말했다.연구자들은 1982년과 1985년 ^[43]아조프해에서 시추 사고를 당한 후 물고기 떼죽음과 천연가스 누출 사이의 인과 관계를 발견했다.

수중 파이프라인의 환경적 위험에 대한 우려는 여러 차례 제기되어 왔다.영국 대륙붕의 송유관과 관련된 적어도 두 건의 심각한 사고가 있었다.다른 북해 송유관과 관련된 "경미한 유출과 가스 누출"도 여러 차례 있었다.1980년에는 선박의 닻에 의해 파이프라인이 손상되었고 1986년에는 압력 변화로 인해 파이프라인 밸브가 고장났다.두 사건 모두 기름 유출로 이어졌습니다.몇몇 발트해 국가들은 노르드 스트림 파이프라인에 대해 우려를 표명했다.수중 파이프라인 1,200km의 항로는 제2차 세계대전의 화학무기가 ^[43]폐기된 지역뿐만 아니라 발트해의 어업 지역을 통과하게 된다.

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레퍼런스

참고 문헌

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