해수 및 소방수의 결합 시스템(Combined Seawater and Firewater System)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2008-0106927
(43) 공개일자 2008년12월09일
(51) Int. Cl.

A62C 3/10 (2006.01) A62C 31/00 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2008-7022541
(22) 출원일자 2008년09월15일
심사청구일자 없음
번역문제출일자 2008년09월15일
(86) 국제출원번호 PCT/NO2007/000046
국제출원일자 2007년02월13일
(87) 국제공개번호 WO 2007/094678
국제공개일자 2007년08월23일
(30) 우선권주장
2006 0725 2006년02월15일 노르웨이(NO)
(71) 출원인
에커 엔지니어링 앤드 테크놀로지 에이에스
노르웨이, 리사커 엔-1326 , 피.오.박스 222,
(72) 발명자
아스푼비크, 잔, 에릭
노르웨이, 엔-3514 회네포스, 프뢰이팅겐 66
드라게, 에릭
노르웨이, 엔-1346 지제텀, 잉 호엘스 베이 43
(74) 대리인
서근복
전체 청구항 수 : 총 6 항
(54) 해수 및 소방수의 결합 시스템
(57) 요 약
두 개 또는 그 이상의 펌프장(2)을 포함하고, 상기 펌프장(2) 각각이 두 개 또는 그 이상의 펌프(3)를 포함하며,
상기 펌프장(2)이 각각 해수 및 소방수의 분배를 위한 독립적인 분배 헤더(7)와 연결되고, 발전기 냉각
(generator cooling), 추력기 냉각(thruster cooling) 및 소방수 방사전(firewater monitors)과 같은 필수적인
소비기(essential consumers)가 두 개 또는 그 이상의 독립적인 분배 헤더(7)에 연결되어 있으며, 비필수적인 소
비기(non-essential consumers)가 상기 분배 헤더(7) 중 하나에 연결되어 있는 것임을 특징으로 하는, 해수 및
소방수의 결합 시스템.
대 표 도 - 도1
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공개특허 10-2008-0106927
특허청구의 범위
청구항 1
해수(seawater) 및 소방수(firewater)의 결합 시스템에 있어서, 상기 시스템이 두 개 또는 그 이상의 펌프장
(2)을 포함하고, 상기 펌프장(2) 각각이 두 개 또는 그 이상의 펌프(3)를 포함하며, 상기 펌프장(2)이 각각 해
수 및 소방수의 분배를 위한 독립적인 분배 헤더(7)와 연결되고, 발전기 냉각(generator cooling), 추력기 냉각
(thruster cooling) 및 소방수 방사전(firewater monitors)과 같은 필수적인 소비기(essential consumers)가
두 개 또는 그 이상의 독립적인 분배 헤더(7)에 연결되어 있으며, 비필수적인 소비기(non-essential consumer
s)가 상기 분배 헤더(7) 중 하나에 연결되어 있는 것임을 특징으로 하는, 해수 및 소방수의 결합 시스템.
청구항 2
제1항에 따른 시스템에 있어서, 상기 시스템이 두 개의 펌프장(2)을 포함하고, 각 펌프장(2) 및 상기 연결된 분
배 헤더가, 소방수를 포함하여, 상기 필수적인 소비기의 설계 부하(design duty)보다 크거나 같은 용량을 갖는
것임을 특징으로 하는, 해수 및 소방수의 결합 시스템.
청구항 3
제1항 또는 제2항에 따른 시스템에 있어서, 상기 비필수적인 소비기가 비상상황에서 소방수 및 필수 해수 소비
기에 우선 순위를 주면서 구획 밸브(sectionalization valves)(9)에 의해 상기 분배 헤더로부터 분리될 수 있는
것임을 특징으로 하는, 해수 및 소방수의 결합 시스템.
청구항 4
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 시스템에 있어서, 체크 밸브(check valves)가 상기 분배 헤더 중 하나
에서 압력 강하 후 필수 해수 및 소방수 소비기로부터 물이 역류하는 것을 방지하는 것임을 특징으로 하는, 해
수 및 소방수의 결합 시스템.
청구항 5
제3항 또는 제4항에 따른 시스템에 있어서, 상기 구획 밸브(9)이 높은 신뢰성 형태 밸브인 것임을 특징으로 하
는, 해수 및 소방수의 결합 시스템.
청구항 6
제1항 내지 제5항에 중 하나 또는 그 이상의 항에 따른 시스템에 있어서, 상기 각 펌프장(2)의 펌프(3)가 대응
하는 분배 헤더(7)에 이르는 공통의 수직관(riser)(6)에 연결되는 것임을 특징으로 하는, 해수 및 소방수의 결
합 시스템.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 육상 및 해상 플랜트, 설비(installations) 및 선박에 대해 해수 및 소방수를 제공하는 안전하고 안<1>
정적인 시스템에 대한 대안적인 개념에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 육상과 해상의 오일(oil) 및/
또는 가스(gas)의 탐사 및 생산용 플랜트와 설비 뿐만 아니라 처리 플랜트를 위한 해수 및 소방수의 결합 시스
템에 관한 것이다.
배 경 기 술
오일 및/또는 가스 탐사 및 생산용 해상 설비에서, 냉각, 다양한 목적, 즉 예를 들어 발전기(generators), 추<2>
력기(thrusters)의 냉각, 시추 냉각(drilling cooling), 유틸리티 냉각(utility cooling) 등과 같은 냉각, 담
수 제조, 플러싱(flushing) 및 머드 믹싱(mud mixing)과 같은 유틸리티 소비, 그리고 HVAC용의 해수에 대한 수
요가 있다. 더욱이, 안전을 이유로 소방수 시스템이 필요하다.
전통적으로, 해수 시스템 및 소방수 시스템은, 상기 설비에 장착된 독립적인 펌프 및 배관을 포함하는 독립적인<3>
시스템이다. 상기 펌프장이 일반적으로 공용 구조(shared configuration)에서 작동하는 두 개 또는 그 이상의
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펌프를 포함하기 때문에, 상기 전통적인 해수 시스템은 잉여 펌프 용량을 갖는다. 일반적으로 하나의 펌프장에
위치하는 펌프는 상판(top deck)에 이르는 공통의 수직관(riser), 공통의 주 배관 및 분배 시스템을 갖는다.
전통적인 소방수 시스템은 두 개의 펌프장을 포함하며, 각 펌프장은 공용 구조에서 작동하는 두 개 또는 그 이<4>
상의 펌프를 포함한다. 소방수 시스템에는 각 펌프장을 위한 독립적인 수직관이 있다. 상기 두 개의
펌프장은, 호스 릴(hose reels), 소화전(hydrants), 살수 시스템(sprinkler system) 등과 같은 별개의 소방 장
비에 물을 공급하는 고리형의 주 배관(ring main pipe)으로 물을 공급한다.
오일 및 가스의 가공처리용 육상 플랜트는 상기 해상시스템과 같이 해수 및 소방수에 대한 어느 정도 동일한 필<5>
요성을 갖고, 상기에서 언급한 바와 같이 전통적으로 독립된 해수 시스템 및 소방수 시스템이 갖추어져 있다.
그러나, 상기 전통적인 구조는 상대적으로 용량이 크고 공간을 많이 소비한다. 더욱이, 일반적으로 상기 해수<6>
시스템이 연속적으로 작동하는 것에 반해, 상기 소방수 시스템은 필요한 경우 또는 시험용으로 작동된다. 따라
서, 상기 소방수 펌프는 필요한 경우 작동되어야 하며, 시동 실패와 같은 잘 알려진 펌프 시동 오류가
발생한다. 더욱이, 상기 펌프가 시동되기 전에 상기 소비기 방향의 밸브가 상기 시스템을 배수하기 위해 개방
된 경우 발생하는 수격작용(water hammering)은 알려진 문제점이다.
본 발명의 목적은, 상기 선행 기술에 따른 시스템들보다 쉽게 작동되고 저렴하며, 동시에 상기 종래의 시스템만<7>
큼 안전한, 바람직하게는 더 안전한, 새로운 시스템을 제공함 하는 것이다. 더욱이, 본 발명의 목적은 상기 선
행 기술에 따른 시스템보다 더 높은 유용성을 갖는 시스템을 제공하는 것이다.
발명의 상세한 설명
본 발명에 따르면, 두 개 또는 그 이상의 펌프장을 포함하고 있으며, 상기 펌프장이 각각 두 개 또는 그 이상의<8>
펌프를 포함하고, 각 펌프장은 해수 및 소방수의 분배를 위한 독립적인 분배 헤더에 연결되어 있으며, 발전기
냉각(generator cooling), 추력기 냉각(thruster cooling) 및 소방수 방사전(firewater monitors)과 같은 필수
적인 소비기(essential consumers)가 두 개 또는 그 이상의 독립적인 분배 헤더(7)에 연결되어 있고, 비필수적
인 소비기(non-essential consumers)가 상기 분배 헤더(7) 중 하나에 연결되는, 해수 및 소방수의 결합 시스템
이 제공된다. 독립적인 분배 헤더에 연결되어 있는 두 개 또는 그 이상의 독립적인 펌프장을 제공함에 따라,
상기 소방수 시스템 및 상기 해수 시스템 양자에 대해 예비 기능(redundancy)이 제공된다. 더욱이, 필수적 소
비기에 두 개 또는 그 이상의 분배 헤더를 연결함으로써, 상기 필수적인 소비기로의 물의 공급에 예비품을 갖는
다.
바람직하게는, 상기 시스템이 두 개의 펌프장을 포함하고, 각 펌프장 및 상기 연결된 분배 헤더가, 소방수를 포<9>
함하여, 상기 필수적인 소비기의 설계 부하와 같거나 더 큰 용량을 갖는다. 상기 필수적인 해수 및 소방수 소
비기를 두 개의 독립적인 분배 헤더에 연결함으로써, 급수용으로 예비품이 제공되고, 상기 헤더 및/또는 펌프장
중 하나에 심각한 손상이 발생한 이후에도 급수가 제공된다. 각 독립적인 펌프장 및 연결된 분배 헤더가 상기
필수적인 소비기의 총 설계 부하 중 상기 설계 부하와 동일한 용량을 갖는 이중 시스템은 소유자(owner)의 요구
및 당국 및/또는 선급협회(classification societies)로부터의 요구를 만족시키는 페일세이프(failsafe) 시스템
을 제공하기에 일반적으로 충분하다.
비상상황에서 소방수 및 필수 해수 소비기에 우선 순위를 주면서 비필수적인 소비기가 구획 밸브<10>
(sectionalization valves)에 의해 상기 분배 헤더로부터 분리될 수 있는 것이 바람직하다. 상기 비필수적인
소비기를 분리함으로써, 비상상황에서 상기 소방수 시스템이 우선 순위가 되고, 따라서, 압력 강하를 막고 상기
필수적인 소비기로의 공급 용량을 유지시킨다.
상기 분배 헤더 중 하나에서 압력 강하가 일어난 후 체크 밸브가 필수적인 해수 및 소방수 소비기로부터 물이<11>
역류되는 것을 방지하는 것이 또한 바람직하다.
만약 상기 체크 밸브가 없다면, 예를 들어 심각한 누출 또는 펌프 고장을 일으키는, 상기 분배 헤더 중 하나에<12>
서의 압력 강하가 필수적인 소비기로부터 상기 시스템의 손상된 부분으로의 누수를 일으킬 것이다.
바람직하게는, 상기 구획 밸브는 신뢰도가 높은 밸브(high reliability type valves)이다. 신뢰도가 높은<13>
밸브, 또는 선택적으로 두 개 또는 그 이상의 직렬로 연결된 밸브는 상기 차단 즉 구획 작동에 있어서 필수적인
신뢰도를 가질 것이 요구된다.
본 발명의 해수 및 소방수 시스템은 상기 종래에 알려진 시스템보다 소수의 부품을 포함하고 보다 단순한 구조<14>
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를 갖는다. 이는 요구되는 공간 및 상기 시스템의 중량(weight)을 축소시키게 된다. 더욱이, 본 발명의 시스
템은 부유 구조물(floating construction)에 대한 선체 침투(hull penetrations)와 같은, 잠재적인 누출 지점
의 수를 최소화시킬 수 있도록 한다.
해수 모드(seawater mode)로부터 소방수 모드(firewater mode)로 바뀔 때 상기 작동 펌프가 소방수에 우선 순위<15>
를 두면서 계속 작동하기 때문에, 비상상황에서 요구되는 양 및 압력으로 소방수가 즉시 이용될 수 있다.
실 시 예
[발명의 상세한 설명]<17>
도 1은 본 발명에 따른 해상 설비 또는 선박 탑재 설비용 해수 및 소방수 시스템(1)의 주요 개략도이다. 본 발<18>
명에 대해 비필수적인 약간의 개조(minor adaptions)가 육상 플랜트의 시스템에 필요 및/또는 요구될 수 있다.
상기 시스템은 종래의 소방수 시스템과 같이 서로 분리되어 있는 두 개의 펌프장(2)을 포함한다.<19>
바람직하게는, 상기 펌프장은 상기 설비 또는 선박의 우현 및 좌현에 각각 하나씩 위치한다. 양쪽 펌프장은 두
개 또는 그이상의 펌프(3)를 포함한다. 도 1에서 보여지는 바와 같이 일반적으로, 양쪽 펌프장은 두 개의 동일
한 펌프(3)를 포함한다. 더욱이, 각 펌프장은 유지 모드 또는 스탠바이 모드(stand by mode)에 있는 하나 또는
그 이상의 추가 펌프를 포함할 수 있다.
각 펌프(3)는 바다로부터 물을 유입하는 물 흡입 라인(intake line)(4)에 연결되어 있다. 각 흡입 라인(4)은<20>
물 흡입 밸브(5)에 의해 제어된다. 하나의 펌프장의 펌프로부터 나온 물이 수집되어 하나의 수직관(6)을 통해
펌프장으로부터 상기 선박 또는 설비의 상부면으로 이른다. 각 수직관(6)은 독립적이고 전용인 분배 헤더(7)에
연결된다. 상기 수직관(6)은 육상 플랜트에서는 불필요할 수 있다. 따라서, 상기 수직관은 본 발명에 대해 필
수적이지 않다. 더욱이, 여러가지 이유로 각 펌프에 하나의 수직관을 제공하는 것이 필요할 수도 있다.
다수의 분배 라인(15, 16, 17, 18, 19, 20)이 전술한 바와 같은 예정된 목적에 따라 각 분배 헤더(7)로부터 물<21>
을 분배하기 위해 상기 분배 헤더(7)에 연결된다.
필요하다면 필수적인 소비기에 물을 공급 하기 위해, 급수(watermaking), 플러싱 및 머드 믹싱과 같은 비필수적<22>
인 소비기 각각이 라인(18)에서 구획 밸브(9)에 의해 조업 중단될 수 있다. 더욱이, 이 때의 상기 물의 흐름과
상기 분배 헤더 및 펌프장 중 하나의 용량을 시험할 목적으로, 밸브(10)를 갖춘 테스트 라인(testing line)(1
7)이 양쪽 헤더에 제공된다.
압력 스위치(8)가 양쪽 분배 헤더(7)에 제공된다. 고장 또는 다량의 물 소비로 인해, 상기 분배 헤더 중 하나<23>
에서 압력이 강하되면, 상기 펌프가 조정되고/되거나 스탠바이 펌프가 시동될 것이다.
각 헤더로부터의 공급을 확보하기 위해, 발전기 냉각, 추력기 냉각 및 소방수 방사전과 같은 필수적인 소비기가<24>
양쪽 분배 헤더에 연결된다. 양쪽 분배 헤더로부터 물을 공급받는 필수 소비기의 예가 방사전/일제살수식 밸브
(monitors/deluge)용 라인(16) 외에 발전기(11) 및 추력기(12)이다. 상기 분배 헤더 중 하나에서 압력의 손실
이 발생하는 경우, 발전기와 같은 필수적인 소비기를 통해 물이 손실되는 것을 막기 위해 상기 필수적인 소비
기에 체크 밸브(나타나지 않음)가 설치된다.
상기 소방수 시스템은 상기 헤더(7) 중 하나, 상기 수직관(6) 중 하나 또는 상기 펌프장(2) 중 하나가 손상되어<25>
도, 소방수를 공급할 수 있는 여분의 시스템을 제공하는, 라인(16)에 있는 두 개의 독립적인 헤더(7)로부터 소
방수를 제공받는다.
상기 소방수 시스템이 작동되는 비상상황에서, 유틸리티 소비기에 대한 분배 라인을 제어하는 상기 구획 밸브<26>
(9)가 닫히고, 상기 펌프는 상기 소방수 시스템 및 상기 필수 소비기에 우선 순위를 두면서 계속 작동한다. 시
추기에 비상상황이 발생한 경우에, 오리피스를 갖춘 바이패스(bypasses, 나타나지 않음)를 통하여 상기 분배 헤
더로부터 해수가 공급된다.
상기 펌프, 펌프장 또는 분배 헤더 중 어느 것에라도 손상이 있는 경우에, 설계상 예비품을 준비하여 적절한 소<27>
방수 및 해수 용량을 확보한다. 상기 펌프장에 있는 두 개의 펌프 모두는 정상 작동 시간 동안 감소된 용량으
로 작동될 수 있다. 그 대신에, 다른 두 개의 펌프가 스탠바이 모드 상태인 동안, 두 개의 펌프가 그 용량의
100%로 작동될 수 있다. 예를 들어 상기 분배 헤더에서 압력 강하가 발생하면, 스탠바이 소방수 펌프가 요구에
따라 가동을 시작한다.
그러므로, 정상적인 작동 중에 대부분의 펌프 고장이 발결될 수 있다. 더욱이, 펌프 시동이 실패할 수 있는 비<28>
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공개특허 10-2008-0106927
상 상황에서의 펌프 시동을 피할 수 있다. 더욱이, 정상 적인 작동 및/또는 특별한 테스트 과정 동안 펌프 간
에 교대로 고부하 또는 전부하(high or full load)로 펌프들을 테스트할 수 있다. 단일 고장(좌현 또는 우현
분배 라인의 파열(rupture))에 대해 모든 필수적인 사용기(essential users)들은 반대편으로부터 대체적인 분배
시스템으로부터 물을 공급받을 것이다. 따라서, 본 발명의 설계는 해수 및 소방수 양쪽 모두에 대한 결합된 여
분의 시스템을 제공하고, 선박 또는 플랫폼에 비용, 중량 및 복잡성을 증가시키는 독립적인 여분의 소방수 시스
템을 필요 없게 한다.
그러나, 전형적으로 화재, 폭발 또는 기계적 충격과 같은 흔한 사고에 기인한 양쪽 헤더의 손상을 막기 위해,<29>
상기 분배 헤더의 경로를 정하고/거나 보호하는 것이 중요하다.
또한 상기 펌프가 계속 작동되어, 비상 상황에서의 종래 소방수 펌프의 시동 고장을 피하는 것이 유리하다. 더<30>
욱이, 상기 소방수 시스템이 항상 가압되고 필요시 즉시 작동될 수 있게 함으로써 시스템 배수 및 수격 작용을
피한다. 상기 공급 헤더는 상기 해수 시스템 및 소방수 시스템 양쪽 모두에 대해 공통되기 때문에, 상기 헤더
에서의 지속적인 흐름이 동결 방지를 강화시킨다.
오염 방지 조치로서, 해수 및 소방수 시스템에 차아염소산염(hypochlorite)이 첨가된다. 상기 작동 펌프에 차<31>
아염소산염이 주입되기 때문에, 본 발명의 설명에서 예시된 바와 같은 결합 시스템은 주입 지점의 수를 줄임과
동시에 상기 주입의 제어를 개선시킬 수 있게 한다. 스탠바이 모드에서 펌프는 차아염소산염 용액으로 플러싱
된다.
실시예<32>
해상 플랫폼에 대한 대표적인 해수 및 소방수 결합 시스템을 설계하였다. 발전기/추력기 냉각, 유틸리티 냉각,<33>
시추 냉각, 담수 제조 및 HVAC와 같은 다양한 용도를 위한 상기 해수 시스템에 대한 설계 부하는 2800 m
3
/h이었
다. 상기 소방수 시스템에 대한 설계 부하는 2370 m
3
/h이었고, 그 중 1200 m
3
/h는 드릴 바닥을 덮는 8개의 방
사전용이었고, 나머지는 안전한 비상 조업정지를 위한 발전기 및 추력기 냉각 그리고 시추 냉각용이었다..
하나는 좌현에 그리고 다른 하나는 우현에 있는 두 개의 펌프장은 양쪽 모두, 12 bar의 차압에서 1400 m
3
/h의<34>
용량을 갖고 주갑판에서 9barg의 압력을 나타내는 두 개의 동일한 펌프를 포함한다.
정상 작동 동안, 즉 상기 소비기에 해수를 공급하는 동안, 각 펌프장은 총 소비량을 공급하는 용량을 갖는다.<35>
따라서, 용량의 50%로 상기 펌프가 작동하는 것은 각 펌프장으로부터 상기 소비량의 50%를 공급하는 것이다.
상기 펌프장 중 하나가 고장나는 경우에는, 다른 펌프장은 100%까지 부하가 증가하여 정상 작동 동안 요구되는
물을 제공할 수 있다.
정상 작동 동안, 상기 해수 시스템은 소방수에 대해 동시에 스탠바이 시스템이 된다. 상기 소방수 시스템에 대<36>
한 설계 부하가 2370 m
3
/h이기 때문에, 각 펌프장에 있는 펌프는 정상 작동 동안 상기 소방수 시스템에 대한 설
계 부하의 60%로 작동한다.
시스템 신뢰도<37>
이러한 시스템에 대한 시스템 유효성 평가(system availability assessments)로 수행되는 평가는, 선행 기술에<38>
따른 시스템과 비교하여, 상기 해결방안이 상기 소방수 시스템에 대해 동일하거나 더 나은 유효성을 제공함을
보여준다.
결합 시스템에 대해 고려되어야 하는 몇 가지 중요한 측면이 있다. 유틸리티 소비용 해수 공급을 중단하기 위<39>
한 구획 밸브(9)가 중요하다. 필요로 하는 해수는 플러싱/머드 믹싱/담수 제조를 위한 것이고, 비상 시추 사용
기를 위한 선택적인 바이패스를 갖춘 작동식 블록 밸브(actuated block valve)를 포함하는 독립적인 헤더를 통
해 공급된다. 구획에 대한 실패 가능성을 최소화하기 위해, F