KR101541313B1

KR101541313B1 - 시추선의 드레인 정제 장치

Info

Publication number: KR101541313B1
Application number: KR1020130165191A
Authority: KR
Inventors: 황인순; 윤상찬
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-08-03
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: KR20150076687A

Abstract

본 발명은 시추선의 드레인 정제 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 시추선에서 발생되는 OBM(Oil Based Mud) 뿐만 아니라, 우수, 오염수, 슬롭 워터(slop water)를 제대로 처리하도록 하여 해양 환경 규제를 만족시키도록 하고, 유지 관리가 용이하며, 운용에 필요한 전력의 소모량이 적고, OPEX(Operating Expenditure) 비용을 현저히 줄일 수 있는 시추선의 드레인 정제 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 시추선의 드레인 정제 장치는 시추선에서 발생되는 드레인을 처리하는 장치에 있어서, 내측으로 유입되는 드레인으로부터 고형물을 분리하는 솔리드 트리트먼트 탱크; 상기 솔리드 트리트먼트 탱크를 통과한 드레인이 저장되는 드레인 탱크; 및 상기 드레인 탱크로부터 공급되는 드레인으로부터 오일을 분리하는 유수 분리기를 포함하고, 상기 유수 분리기는 물결 모양의 콜레싱 플레이트가 갭을 가지도록 다수로 적층되고, 드레인이 상기 갭을 통과하면서 물과 오일이 부력 차이로 인해 서로 분리되도록 한다.

Description

시추선의 드레인 정제 장치{Drain seperation system for drillship}

본 발명은 시추선의 드레인 정제 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 시추선에서 발생되는 OBM(Oil Based Mud) 뿐만 아니라, 우수, 오염수, 슬롭 워터(slop water) 등을 효율적으로 처리할 수 있도록 구성된 시추선의 드레인 정제 장치에 관한 것이다.

최근 국제적인 산업화 현상으로 인해, 자원의 사용량이 증가함에 따라 유가의 급격한 상승 원인이 되고 있다. 따라서 그 동안 경제성이 없었던 군소 한계유정(marginal field)이나 심해 유전의 개발이 진행되고 있으며, 이는 해저 채굴 기술의 발달과 함께 뛰어난 기술력을 가진 시추선의 개발로 인해 더욱 활발하게 진행되고 있다.

시추선은 시추작업으로 인해 오일 및 머드를 포함한 드레인을 발생시키게 되는데, 이러한 드레인을 해상으로 배출할 경우, 심각한 해양 오염을 유발하게 되므로 드레인을 정화 처리하기 위한 시스템이 갖추어져 있다.

종래의 시추선에서 드레인을 처리하는 장치로는 한국등록특허 제10-1036621호의 드레인 처리 장치가 있다. 이는 시추 과정 중에서 발생하는 드레인을 임시로 저장하는 드레인 저장 탱크; 상기 드레인에 포함된 머드가 상기 드레인 저장 탱크에 고착되는 것을 방지하기 위해 상기 드레인 저장 탱크에 저장된 드레인을 순환시키는 머드 재혼합 펌프; 상기 드레인 저장 탱크에서 이송된 상기 머드를 저장하는 폐 머드 탱크; 상기 드레인 저장 탱크에서 상기 폐 머드 탱크로 상기 머드를 이송시키는 머드이송 펌프; 상기 드레인 저장 탱크와 연결되고 상기 드레인 저장 탱크에서 이송된 드레인을 오일 성분과 상기 오일 성분이 제거된 처리수로 분리하는 유수 분리기; 및 상기 유수 분리기에 의한 상기 처리수를 선외로 배출시키는 배출 펌프를 포함한다.

이와 같은 종래 기술은 오일 성분과 물 성분이 혼합된 에멀전을 비중 차이로 분리하나, OBM(Oil Based Mud)을 제대로 처리하지 못하는 문제점을 가지고 있었다. 특히 시추선의 규모 증가로 인해 드레인의 처리 용량이 커지게 될 경우, OBM의 처리가 더욱 미흡해지고, 이로 인해 IMO(International Maritime Organization) 규정에 적절히 대응하지 못하며, 처리 시스템에 대한 유지 및 보수에 어려움이 따르는 문제점을 가지고 있었다. 이러한 문제점은 시추선에서 생성되는 OBM 뿐만 아니라, 우수, 오염수, 슬롭 워터(slop water) 등의 처리에도 마찬가지로 적용된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 시추선에서 발생되는 OBM(Oil Based Mud) 뿐만 아니라, 우수, 오염수, 슬롭 워터(slop water)를 제대로 처리하도록 하여 해양 환경 규제를 만족시키도록 하고, 유지 관리가 용이하도록 하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 시추선에서 발생되는 드레인을 처리하는 장치에 있어서, 내측으로 유입되는 드레인으로부터 고형물을 분리하는 솔리드 트리트먼트 탱크; 상기 솔리드 트리트먼트 탱크를 통과한 드레인이 저장되는 드레인 탱크; 및 상기 드레인 탱크로부터 공급되는 드레인으로부터 오일을 분리하는 유수 분리기를 포함하고, 상기 유수 분리기는 물결 모양의 콜레싱 플레이트가 갭을 가지도록 다수로 적층되고, 드레인이 상기 갭을 통과하면서 물과 오일이 부력 차이로 인해 서로 분리되도록 하는 시추선의 드레인 정제 장치가 제공된다.

상기 콜레싱 플레이트는 드레인으로부터 분리되는 오일이 상방으로 이동하기 위한 오일 이동홀이 다수로 형성될 수 있다.

상기 콜레싱 플레이트는 드레인의 이동방향에 직교하는 방향으로 ∧자 형태로 배치되어 다수로 적층되고, 상기 오일 이동홀이 상기 ∧자의 중심에 수직되게 형성되며, 드레인으로부터 분리되는 고형물이 상기 ∧자의 양측을 따라 배출되도록 할 수 있다.

상기 콜레싱 플레이트는 상기 ∧자가 다수로 배열되도록 배치되고, 상기 ∧자의 사이에 고형물이 하방으로 이동하기 위한 고형물 이동홀이 수직되게 형성될 수 있다.

상기 솔리드 트리트먼트 탱크와 상기 드레인 탱크가 다수로 이루어짐으로써 상기 드레인 탱크 각각으로부터 배출되는 드레인을 집수하여 상기 유수 분리기에 공급하는 드레인 홀딩 탱크; 및 상기 드레인 탱크 각각으로부터 상기 드레인 홀딩 탱크에 대한 드레인의 공급을 개폐시키는 개폐밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 유수 분리기는 드레인이 공급되는 공급구와 처리수가 배출되는 배출구가 형성되는 본체; 상기 본체에서 공급구 측에 드레인이 오버플로우(overflow)됨으로써 그릿(grit)이 분리되도록 하는 그릿 트랩부; 상기 그릿 트랩부의 후단에 상기 콜레싱 플레이트가 경사지게 장착되도록 상기 본체에 마련되고, 드레인으로부터 분리되는 오일이 상기 콜레싱 플레이트를 따라 상방으로 이동하여 분리되도록 하는 오일 분리부; 상기 오일 분리부의 후단에 위치하도록 상기 본체에 마련되고, 상기 콜레싱 플레이트로부터 슬러지가 이동하여 수집되도록 하고, 드레인으로부터 오일이 분리된 처리수가 오버플로우되어 상기 배출구 측으로 이동하도록 하는 슬러지 수집부; 및 상기 슬러지 수집부로부터 오버플로우되는 처리수가 수집되어 상기 배출구를 통해 배출되도록 상기 본체에 마련되는 처리수 수집부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 시추선에서 발생되는 드레인을 처리하는 장치에 있어서, 드레인을 공급받아 드레인으로부터 오일을 분리하여 배출시키는 유수 분리기를 포함하고, 상기 유수 분리기는 물결 모양의 콜레싱 플레이트가 갭을 가지도록 다수로 적층되고, 드레인이 상기 갭을 통과하면서 물과 오일이 부력 차이로 인해 서로 분리되도록 하는 시추선의 드레인 정제 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 시추선에서 발생되는 OBM(Oil Based Mud) 뿐만 아니라, 우수, 오염수, 슬롭 워터(slop water)를 제대로 처리하도록 하여 해양 환경 규제를 만족시키도록 하고, 유지 관리가 용이하며, 운용에 필요한 전력의 소모량이 적고, OPEX(Operating Expenditure) 비용을 현저히 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시례에 따른 시추선의 드레인 정제 장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시례에 따른 시추선의 드레인 정제 장치의 유수 분리기 요부를 도시한 부분 절개도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시례에 따른 시추선의 드레인 정제 장치의 유수 분리기를 도시한 단면도.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시례에 따른 시추선의 드레인 정제 장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시례에 따른 시추선의 드레인 정제 장치의 유수 분리기 요부를 도시한 부분 절개도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시례에 따른 시추선의 드레인 정제 장치(100)는 시추선에서 발생되는 드레인(drain)을 처리하는 장치로서, 드레인을 공급받아 드레인으로부터 오일을 분리하여 배출시키는 유수 분리기(130)를 포함할 수 있고, 나아가서 솔리드 트리트먼트 탱크(solid treatment tank; 110)와 드레인 탱크(drain tank; 120)를 더 포함할 수 있다. 한편 드레인에는 시추선에서 발생되는 OBM(Oil Based Mud) 뿐만 아니라, 우수, 오염수, 슬롭 워터(slop water) 등이 포함될 수 있다.

솔리드 트리트먼트 탱크(110)는 시추선의 정해진 영역으로부터 내측으로 유입되는 드레인에 포함되는 고형물(solid)을 분리하도록 하고, 이를 위해 드레인의 이동 및 고형물의 수집에 유리하도록 저면이 경사면(111)을 이루도록 형성되고, 드레인이 오버플로우하면서 포함된 고형물이 분리되어 수집되도록 격벽(112)이 설치되며, 시추선의 규모, 드레인의 처리 영역 크기 및 위치에 따라 적절한 개수로서 다수로 마련될 수 있다.

드레인 탱크(120)는 솔리드 트리트먼트 탱크(110)를 통과한 드레인이 유수 분리기(130)에 공급되기 전에 일시 저장되도록 하며, 솔리드 트리트먼트 탱크(110)의 규모 및 개수에 따라 적절한 개수로서 다수로 마련될 수 있다.

한편 솔리드 트리트먼트 탱크(110)와 드레인 탱크(120)가 다수로 이루어짐으로써 드레인 탱크(120) 각각으로부터 배출되는 드레인을 집수하여 유수 분리기(130)에 공급하는 드레인 홀딩 탱크(drain holding tan; 140)와, 드레인 탱크(120) 각각으로부터 드레인 홀딩 탱크(140)에 대한 드레인의 공급을 개폐시키는 개폐밸브(150)를 더 포함할 수 있다. 여기서 개폐밸브(150)는 솔리드 트리먼트 탱크(110), 드레인 탱크(120), 드레인 홀딩 탱크(140), 유수 분리기(130)를 연결시킴으로써 드레인의 이동 경로를 제공하는 드레인 처리라인(160)에서 드레인 탱크(120)의 후단에 설치될 수 있다.

유수 분리기(130)는 본 실시례에서처럼 물결 모양의 콜레싱 플레이트(coalescing plate; 131)(도 2에 도시)가 갭(gap)을 가지도록 케이싱(casing; 미도시) 내에 다수로 적층되도록 설치될 수 있고, 드레인이 갭을 통과하면서 물과 오일이 부력 차이로 인해 서로 분리되도록 한다. 여기서 케이싱은 드레인이 통과하기 위한 공간을 제공하고, 이러한 공간에 콜레싱 플레이트(131)가 다수로 적층된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 콜레싱 플레이트(131)는 예컨대 물결 모양이 드레인의 이동 방향을 따라 형성될 수 있고, 드레인으로부터 분리되는 오일이 상방으로 이동하기 위한 오일 이동홀(132)이 다수로 형성될 수 있다. 또한 콜레싱 플레이트(131)는 일례로 자체 형성되는 돌기에 의해 다른 콜레싱 플레이트(131)와의 적층시 갭을 형성할 수 있고, 다른 예로서 본 실시례에서처럼 갭유지장착부재(134)에 일측 또는 양측이 결합됨으로써 서로 적층되는 콜레싱 플레이트(131)와의 사이에 갭을 유지하도록 할 수 있다. 여기서 갭유지장착부재(134)는 드레인의 이동에 간섭을 최소화하기 위한 구조 및 형상을 가질 수 있다.

콜레싱 플레이트(131)는 드레인의 이동방향에 직교하는 방향으로 ∧자 형태로 배치되어 다수로 적층될 수 있고, 오일 이동홀(132)이 ∧자의 중심에 수직되게 형성되며, 드레인으로부터 분리되는 고형물이 ∧자의 양측을 따라 배출되도록 한다. 또한 콜레싱 플레이트(131)는 ∧자가 다수, 예컨대 2개로 배열되도록 배치될 수 있고, ∧자의 사이에 고형물이 하방으로 이동하기 위한 고형물 이동홀(133)이 수직되게 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 다른 실시례에 따른 유수 분리기(230)는 콜레싱 플레이트(231)를 포함하고, 나아가서 본체(232), 그릿 트랩부(grit trap section; 233), 오일 분리부(234), 슬러지 수집부(235), 그리고 처리수 수집부(236)를 더 포함할 수 있다.

콜레싱 플레이트(231)는 이전의 실시례와 마찬가지로, 물결 모양으로 이루어지는 플레이트로 이루어질 수 있고, 드레인이 통과하기 위한 갭을 가지도록 다수로 적층되도록 설치될 수 있으며, 드레인이 이러한 갭을 통과하면서 물과 오일이 부력 차이로 인해 서로 분리되도록 한다.

본체(232)는 드레인이 공급되는 공급구(232a)와 처리수가 배출되는 배출구(232b)가 형성됨으로써 드레인이 오일 등의 분리를 위한 공간을 제공하고, 처리를 마친 처리수가 배출되도록 한다.

그릿 트랩부(233)는 본체(232)에서 공급구(232a) 측에 드레인이 오버플로우(overflow)됨으로써 그릿(grit)이 분리되도록 한다. 또한 그릿 트랩부(233)는 오버플로우되는 격벽의 상단에 높이 조절이 가능한 어저스터블 위어(adjustable weir; 233a)가 설치될 수 있다.

오일 분리부(234)는 그릿 트랩부(233)의 후단에 콜레싱 플레이트(231)가 경사지게 다층으로 장착되도록 본체(232)에 마련될 수 있고, 드레인으로부터 분리되는 오일이 부력에 의해 콜레싱 플레이트(231)를 따라 상방으로 이동하여 분리되도록 한다. 여기서 콜레싱 플레이트(231)는 오일 분리부(234)에 직접 장착됨으로써 다수개가 서로 갭을 유지할 수 있으며, 이와 달리, 본 실시례에서처럼 갭유지장착부재(231a)에 장착됨으로써 다수개가 서로 갭을 유지하도록 할 수 있다. 또한 오일 분리부(234)는 상부에 드레인으로부터 분리된 오일을 수집하기 위한 오일 스키머(oil skimmer; 234a)가 설치될 수 있다.

슬러지 수집부(235)는 오일 분리부(234)의 후단에 위치하도록 본체(232)에 마련될 수 있고, 콜레싱 플레이트(231)로부터 슬러지가 하방으로 이동하여 수집되도록 하며, 드레인으로부터 오일이 분리된 처리수가 오버플로우되어 배출구(232b) 측으로 이동하도록 한다. 또한 슬러지 수집부(235)는 오버플로우되는 격벽의 상단에 높이 조절이 가능한 어저스터블 위어(235a)가 설치될 수 있다.

처리수 수집부(236)은 슬러지 수집부(235)로부터 오버플로우되는 처리수가 수집되어 배출구(232b)를 통해 배출되도록 본체(232)에 마련된다.

이와 같은 본 발명에 따른 시추선의 드레인 정제 장치의 작용을 설명하기로 한다.

본 발명의 유수 분리기(130,230)에 따르면, 기존의 물로부터 단순히 비중차이로 오일을 분리하는 것이 아니라, 오일의 부력을 증가시켜서 오일의 상승 속도를 높임으로써 유수 분리의 효율을 높이도록 한다.

유체에서 오일의 상승 속도는 아래의 수학식 1에 해당하는 스토크 법칙(Stoke's law)에 의해 결정된다. 즉 오일의 상승 속도는 오일 방울의 크기, 비중 및 온도로 이루어진 3가지 주요 요인에 의해 영향을 받으며, 그 밖에 오일의 입자, 유량, 난류 등이 요인으로 작용한다.

[수학식 1]

여기서, V는 속도(cm sec^-1), g 는 중력가속도(cm sec^-2) R은 파티클의 반경(cm), d1은 파티클의 밀도(g cm^-3), d2는 매체의 밀도(g cm^-3), 그리고 μ는 매체의 점도(dyne sec cm^-2)이다.

드레인이 콜레싱 플레이트(131,231)을 통과하면서 콜레싱 이펙트(coalesing effect)에 의해 오일의 미세한 입자가 서로 충돌하여 상호 결합됨으로써 오일의 직경이 증가하고, 상기한 스토크 법칙에 따라 오일의 부력이 증가하여 빠르게 상승하게 되고, 이로 인해 물과의 분리 효율이 증대되도록 한다. 또한 이러한 콜레싱 플레이트(131,231)를 가진 유수 분리기(130,230)에 의해 IMO 규정에 따른 15ppm 이하, 예컨대 10ppm의 오일 토출 농도를 제공할 수 있다.

또한 시추선에서 발생되는 OBM(Oil Based Mud) 뿐만 아니라, 우수, 오염수, 슬롭 워터(slop water)를 제대로 처리하도록 하여 해양 환경 규제를 만족시키도록 하고, 유지 관리가 용이하며, 운용에 필요한 전력의 소모량이 적고, OPEX(Operating Expenditure) 비용을 현저히 줄일 수 있다.

본 발명은 상기 실시례에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

110 : 솔리드 트리트먼트 탱크 111 : 경사면
112 : 격벽 120 : 트레인 탱크
130 : 유수 분리기 131 : 콜레싱 플레이트
132 : 오일 이동홀 133 : 고형물 이동홀
134 : 갭유지장착부재 140 : 드레인 홀딩 탱크
150 : 개폐밸브 160 : 드레인 처리라인
230 : 유수 분리기 231 : 콜레싱 플레이트
231a : 갭유지장착부재 232 : 본체
232a : 공급구 232b : 배출구
233 : 그릿 트랩부 233a : 어저스터블 위어
234 : 오일 분리부 234a : 오일 스키머
235 : 슬러지 수집부 235a : 어저스터블 위어
236 : 처리수 수집부

Claims

시추선에서 발생되는 드레인을 처리하는 장치에 있어서,
내측으로 유입되는 드레인으로부터 고형물을 분리하는 솔리드 트리트먼트 탱크;
상기 솔리드 트리트먼트 탱크를 통과한 드레인이 저장되는 드레인 탱크; 및
상기 드레인 탱크로부터 공급되는 드레인으로부터 오일을 분리하는 유수 분리기를 포함하고,
상기 유수 분리기는 물결 모양의 콜레싱 플레이트가 갭을 가지도록 다수로 적층되고, 드레인이 상기 갭을 통과하면서 물과 오일이 부력 차이로 인해 서로 분리되도록 하며,
상기 유수 분리기는,
드레인이 공급되는 공급구와 처리수가 배출되는 배출구가 형성되는 본체;
상기 본체에서 공급구 측에 드레인이 오버플로우(overflow)됨으로써 그릿(grit)이 분리되도록 하는 그릿 트랩부; 및
상기 그릿 트랩부의 후단에 상기 콜레싱 플레이트가 경사지게 장착되도록 상기 본체에 마련되고, 드레인으로부터 분리되는 오일이 상기 콜레싱 플레이트를 따라 상방으로 이동하여 분리되도록 하는 오일 분리부;를 더 포함하는, 시추선의 드레인 정제 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 콜레싱 플레이트는,
드레인으로부터 분리되는 오일이 상방으로 이동하기 위한 오일 이동홀이 다수로 형성되는, 시추선의 드레인 정제 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 콜레싱 플레이트는,
드레인의 이동방향에 직교하는 방향으로 ∧자 형태로 배치되어 다수로 적층되고, 상기 오일 이동홀이 상기 ∧자의 중심에 수직되게 형성되며, 드레인으로부터 분리되는 고형물이 상기 ∧자의 양측을 따라 배출되도록 하는, 시추선의 드레인 정제 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 콜레싱 플레이트는,
상기 ∧자가 다수로 배열되도록 배치되고, 상기 ∧자의 사이에 고형물이 하방으로 이동하기 위한 고형물 이동홀이 수직되게 형성되는, 시추선의 드레인 정제 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 솔리드 트리트먼트 탱크와 상기 드레인 탱크가 다수로 이루어짐으로써 상기 드레인 탱크 각각으로부터 배출되는 드레인을 집수하여 상기 유수 분리기에 공급하는 드레인 홀딩 탱크; 및
상기 드레인 탱크 각각으로부터 상기 드레인 홀딩 탱크에 대한 드레인의 공급을 개폐시키는 개폐밸브를 더 포함하는, 시추선의 드레인 정제 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유수 분리기는,
상기 오일 분리부의 후단에 위치하도록 상기 본체에 마련되고, 상기 콜레싱 플레이트로부터 슬러지가 이동하여 수집되도록 하고, 드레인으로부터 오일이 분리된 처리수가 오버플로우되어 상기 배출구 측으로 이동하도록 하는 슬러지 수집부; 및
상기 슬러지 수집부로부터 오버플로우되는 처리수가 수집되어 상기 배출구를 통해 배출되도록 상기 본체에 마련되는 처리수 수집부를 더 포함하는, 시추선의 드레인 정제 장치.
시추선에서 발생되는 드레인을 처리하는 장치에 있어서,
드레인을 공급받아 드레인으로부터 오일을 분리하여 배출시키는 유수 분리기를 포함하고,
상기 유수 분리기는 물결 모양의 콜레싱 플레이트가 갭을 가지도록 다수로 적층되고, 드레인이 상기 갭을 통과하면서 물과 오일이 부력 차이로 인해 서로 분리되도록 하며,
상기 유수 분리기는,
드레인이 공급되는 공급구와 처리수가 배출되는 배출구가 형성되는 본체;
상기 본체에서 공급구 측에 드레인이 오버플로우(overflow)됨으로써 그릿(grit)이 분리되도록 하는 그릿 트랩부; 및
상기 그릿 트랩부의 후단에 상기 콜레싱 플레이트가 경사지게 장착되도록 상기 본체에 마련되고, 드레인으로부터 분리되는 오일이 상기 콜레싱 플레이트를 따라 상방으로 이동하여 분리되도록 하는 오일 분리부;를 더 포함하는, 시추선의 드레인 정제 장치.