해양·해저플랜트 공학

신동훈 , 이재영 지음

에이퍼브프레스 2022년 11월 30일 출간 종이책 : 2022년 11월 30일 출간

작품소개

책소개

해양플랜트의 많은 부분이 해저플랜트시설로 구성되며 이 해저시설을 대상으로 하는 해저공학(Subsea Engineering)은 여러 분야의 해양 개발에 적용할 수 있는 미래지향적인 공학 분야이다. 그럼에도 불구하고 아직 국내에서는 해저공학이라는 용어 자체도 생소할 뿐만 아니라 접근하기조차 어려운 실정이다.
그 이유로는 전체적인 해양· 해저플랜트 프로젝트의 진행과정, 플랜트 운영시스템 및 설계과정을 이해하지 않으면, 사용하는 용어의 적용 의미를 정확히 이해하기 어려운 점과 또 다른 한편으로는 해양플랜트 특정 분야에만 전문지식이 제한되지 않고 해양ㆍ해저플랜트 프로젝트의 전 생애주기 단계에서 진행되는 다양한 프로젝트 참여 경험이 있는 전문가가 통합적인 관점에서 기술한 도서가 부족하기 때문이라고 생각한다.
본 도서는 저자들이 직접 광범위한 해양플랜트 사업의 계획, 설계, 제작, 설치, 운영, 철거의 여러 생애주기 단계에서 동시에 진행되는 해양ㆍ해저플랜트 프로젝트에 참여한 경험과 엔지니어링을 바탕으로 해양플랜트 분야의 다양한 적용규정, 여러 설계코드의 적용과 상호비교 및 노하우를 포함하여 해저공학을 이해하는 데 반드시 필요한 기본적인 사항을 처음 접근하는 경우에도 가능한 한 이해하기 쉽도록 기술하였다.
향후에는 이미 선점된 해양ㆍ해저플랜트 특정 분야에 뒤늦게 진출하는 것보다는 해양플랜트 수명 연장과 철거, 해상풍력 등 해양을 이용한 신재생에너지 분야, 탄소포집저장과 연계된 탄소제로 정책을 바탕으로 한 통합적인 관점에서 새로운 접근이 필요하다.
이를 위해 해저시설을 포함한 해양플랜트 계획에서 철거까지 전체 과정을 통합하여 하나로 기술한 이 도서가 가까운 미래 우리나라가 새로운 해양기술로 미래 해양ㆍ해저플랜트 분야를 주도하는 데 큰 도움이 될 것으로 생각한다.

목차

PART I 해양 ㆍ 해저플랜트 공학 개요
CHAPTER 01 해양 ㆍ 해저플랜트 공학 개요
1.1 천해, 심해, 초심해의 정의
1.2 수심에 따른 해양플랫폼의 종류
1.3 해저생산 시스템 개요(Subsea Production System)
CHAPTER 02 서브시 시스템(Subsea System)
2.1 웰헤드(Wellhead) 및 크리스마스 트리(X-Tree)
2.2 해저 공정처리 시스템(Subsea Processing System)
2.3 점퍼와 파이프라인 끝단연결장치(PLET)
2.4 엄빌리컬 라인(Umbilical Line)
CHAPTER 03 라이저(Riser)
3.1 라이저 종류 및 구성방식
3.2 고정 라이저(Fixed Riser)
3.3 스틸 카테너리 라이저(SCR: Steel Catenary Riser)
3.4 탑텐션 라이저(TTR: Top Tension Riser)
3.5 유연/플렉서블 라이저(Flexible Riser)
CHAPTER 04 오일ㆍ가스 처리(Oil & Gas Treatment)
4.1 세퍼레이터(Separator)
4.2 가스 처리(Gas Treatment)
4.3 수처리(Water Treatment)
CHAPTER 05 해양ㆍ해저플랜트 생애주기 프로젝트 단계
5.1 프로젝트 단계별 결정사항
5.2 호스트 결정(Host Decision)
5.3 경제성 평가(Economics Evaluation)
CHAPTER 06 해양ㆍ해저플랜트 설계 기본사항
6.1 기본설계기준(Basis of Design) 결정
6.2 해저생산 시스템 및 필드 개발계획(Field Development Plan)
6.3 수심 및 경로 조사(Route Survey)
6.4 운영조건자료(Operational Data)
6.5 해양환경자료(Metaocean Data)
CHAPTER 07 파랑이론(Wave Theory)
7.1 선형 파랑이론(Linearity Wave Theory)
7.2 비선형 파랑이론(Nonlinear Wave Theory)

PART II 파이프라인/라이저 설계
CHAPTER 01 파이프라인/라이저 설계 과정
1.1 설계 단계(Design Phase)
1.2 설계 과정(Design Process)
1.3 설계기준서(Design Code and Specification)
CHAPTER 02 파이프라인 경로 선정 및 조사
2.1 경로 선정(Route Selection)
2.2 경로 조사(Route Survey)
CHAPTER 03 파이프 재질 선정(Material Selection)
3.1 저탄소강 파이프(Low Carbon Steel Pipe)
3.2 부식저항합금 파이프(Corrosion Resistant Alloy Pipe)
3.3 클래드 파이프(Clad Pipe)
3.4 복합재료 파이프(Composite Material Pipe)
3.5 유연/플렉서블 파이프(Flexible Pipe)
3.6 플렉서블 호스(Flexible Hose)
CHAPTER 04 파이프라인 벽두께 설계(WT Design)
4.1 내부압력 파열검토(Internal Pressure Burst Check)
4.2 외부압력 붕괴/좌굴전달 검토(External Pressure Collapse/Buckle Propagation Check)
4.3 굽힘 좌굴 검토(Bending Buckling Check)
4.4 축방향 복합하중 검토(Longitudinal and Combined Load Check)
4.5 최대허용 운영압력의 정의
4.6 굽힘/벤딩(Bending)으로 인한 파이프 벽두께 감소
CHAPTER 05 파이프 코팅 선정(Pipe Coating Selection)
5.1 부식 방지 코팅(Corrosion Protection Coating)
5.2 단열/인슐레이션 코팅(Insulation Coating)
5.3 이중관(PIP: Pipe-In-Pipe)
5.4 콘트리트 중량코팅(CWC: Concrete Weight Coating)
CHAPTER 06 열팽창 설계(Thermal Expansion Design)
6.1 자유끝단 변위
6.2 고정끝단 변위 및 좌굴
6.3 열팽창 제어 방법
CHAPTER 07 해저면 안정성 설계(On-Bottom Stability)
7.1 해저면 안정성 검토 기준(On-Bottom Stability Check Criteria)
7.2 해저면 흐름유속(Near-Bottom Current Velocity)
7.3 해저면 안정성 검토 방법(On-Bottom Stability Check Method)
7.4 해저면 안정성 유지 방법(On-Bottom Stability Mitigation Method)
7.5 파이프 자중-묻힘(Pipe Self-Embedment)
CHAPTER 08 프리스팬 해석(Free Span Analysis)
8.1 프리스팬 해석 방법(Free Span Analysis Method)
8.2 정적 프리스팬 해석(Static Free Span Analysis)
8.3 동적 프리스팬 해석(Dynamic Free Span Analysis)
8.4 해저면 굴곡 평가(On-Bottom Roughness Assessment)
8.5 프리스팬 위험성 완화 방법(Free Span Mitigation Method)
CHAPTER 09 음극방식 설계(Cathodic Protection Design)
CHAPTER 10 유동성 확보 설계(Flow Assurance Design)
10.1 유동성 확보 설계 고려사항
10.2 파이프 사이즈(Size) 결정
10.3 침식 및 부식 평가(Erosion & Corrosion Assessment)
10.4 막힘 평가(Plug Assessment)
CHAPTER 11 라이저 설계(Riser Design)
11.1 카테너리 라이저 구분(Catenary Riser Configuration)
11.2 카테너리 라이저 검증(Catenary Riser Verification)

PART III 파이프라인/라이저 설치
CHAPTER 01 파이프라인 설치(Pipeline Installation)
1.1 파이프라인 설치 방법(Pipeline Installation Method)
1.2 예인 방법(Towing Method)
1.3 에스레이(S-Lay) 방법
1.4 제이레이(J-Lay) 방법
1.5 릴레이(Reel-Lay) 방법
1.6 설치 선박(Installation Vessel)
CHAPTER 02 파이프라인 설치 해석(Installation Analysis)
2.1 파이프라인 설치 설계기준(Pipeline Installation Design Criteria)
2.2 파이프라인 설치 해석(Pipeline Installation Analysis)
CHAPTER 03 파이프라인 보호 방법(Protection Method)
CHAPTER 04 파이프라인 연안 접근 방법(Shore Approach)
4.1 해저면 견인(Bottom Pull)
4.2 수평방향시추(HDD: Horizontal Directional Drilling)
4.3 터널링(Tunneling)
CHAPTER 05 해저연결(Subsea Tie-in)과 수중작업
5.1 커넥터 종류(Connector Types)
5.2 해저연결 방법(Subsea Tie-in Method)
5.3 수중작업(Underwater Works)
5.4 수중용접(Underwater Welding)
5.5 핫 태핑(Hot Tapping)
CHAPTER 06 파이프라인 검사, 모니터링 및 수리(IMR)
6.1 검사(Inspection) 및 모니터링(Monitoring)
6.2 리크 감지 시스템(Leak Detection System)
6.3 파이프라인 수리(Pipeline Repair)
6.4 피깅(Pigging)

PART IV 구조물 수명연장 및 해체/철거/복구
CHAPTER 01 설계수명 초과운영(Lifetime Extension)
1.1 설계수명(Design Life)의 결정
1.2 설계수명 초과운영 시 규정
1.3 설계수명 초과 시 방안
CHAPTER 02 해양ㆍ해저플랜트 구조물 해체/철거/복구
2.1 북해 지역 해양플랜트 디컴(Decom) 현황
2.2 디커미션닝 관련 규정(Regulation of Decommissioning)
2.3 해양구조물 철거 주요작업
2.4 파이프라인 철거 및 존치
2.5 인공어초 활용(Rigs to Reefs)
2.6 기타 활용방법

PART V 해양ㆍ해저플랜트 산업의 발전 방향
CHAPTER 01 해양ㆍ해저플랜트 개발 방향
1.1 탄소제로(Net Zero) 정책과 해양ㆍ해저플랜트 산업정책(영국)
1.2 탄소제로 관련 산업의 경제적 가능성
CHAPTER 02 국내 해양ㆍ해저플랜트 산업의 발전 방향

APPENDIX 부록
부록 A 관련 설계코드
부록 B 단위환산표

작가정보

저자(글) 신동훈

ㆍ공학박사(항만 및 해안), 해양기술사
ㆍ미국기술사(토목 분야, 미국 오리건주)
ㆍ캐나다기술사(캐나다 앨버타주)

경력 및 참여프로젝트
ㆍ현) 한국석유공사
ㆍ전) ㈜유신, ㈜건화 엔지니어링
ㆍ해양수산부 기술자문위원, 국토교통과학기술진흥원, 해양수산과학기술진흥원 등 유관기관 평가위원
ㆍ탄소포집저장(CCS) 프로젝트
ㆍ영국 북해 해양플랜트 설계, 개발 및 운영
ㆍ캐나다 오일샌드 생산플랜트 설계 및 건설
ㆍ석유비축기지, 유조선 입출하부두 설계 및 건설
ㆍ해양 및 항만구조물 설계

저자(글) 이재영

해양공학석사(Texas A&M University)
미국기술사(토목 분야, 미국 텍사스주)

경력 및 참여프로젝트
ㆍ현) 수석 고문, JYL Consultant, LLC, USA
ㆍ전) TechnipFMC/Genesis/Technip, USA(22년), R.J. Brown, USA(2년), MPC International, USA(4년), Wellstream, USA(2년), 대우엔지니어링(3년)
ㆍ멕시코만, 서아프리카, 중동 및 남미의 천해/심해 해양 오일/가스 파이프라인 개념/상세 설계, 구매 및 설치 프로젝트 참여(30년~)
ㆍ다수 해양 파이프라인/라이저 설계 및 설치 교육(미국, 한국 기업 및 대학 등)