해양심층수 자원의 효율적인 이용을 위해서는 취수관 및 취수 시스템의 안정성이 보장되어야 한다. 이를 위해서는 취수관 설치 후 극한외력에 대해 안정성을 유지할 수 있어야 할 뿐 아니라 부설시의 한계외력에 대해서도 손상을 입지 않아야 한다. 해양심층수 취수관은 일반적으로 해상조건이 거칠고, 해저지형의 불균형이 심한 해역에 설치되므로 경제성은 물론 시공성, 내구성, 내충격성, 단열성 등이 우수하여야 한다. 강관은 방식 피복을 행하지 않으면 내구성 확보, 심층수 수질유지 및 단열성을 가지기 어렵고 ...
해양심층수 자원의 효율적인 이용을 위해서는 취수관 및 취수 시스템의 안정성이 보장되어야 한다. 이를 위해서는 취수관 설치 후 극한외력에 대해 안정성을 유지할 수 있어야 할 뿐 아니라 부설시의 한계외력에 대해서도 손상을 입지 않아야 한다. 해양심층수 취수관은 일반적으로 해상조건이 거칠고, 해저지형의 불균형이 심한 해역에 설치되므로 경제성은 물론 시공성, 내구성, 내충격성, 단열성 등이 우수하여야 한다. 강관은 방식 피복을 행하지 않으면 내구성 확보, 심층수 수질유지 및 단열성을 가지기 어렵고 곡률반경이 커서 해저면의 기복에 대응하여 부설하기 어렵다. 무게가 무거워 취급을 위한 특수한 장비가 필요하여 부설 비용이 많이 든다. 그에 비해 PE관은 가볍고 유연하며 곡률반경이 작아 해저면의 기복에 부설이 용이하며 시공 비용이 저가여서 심층수 취수 배관으로 매우 적합 하다고 할 수 있다. 유연성과 더불어 해양심층수 취수배관의 강도 및 안정성은, 배관의 두께에 의해 결정된다. HDPE PIPE의 두께 결정은 KSM 3408 및 ISO 9080 규정되어 있으나 일반적으로 육상배관에 사용되는 수도용 배관을 기준으로 한 것이다. 육상배관과는 달리 해양 심층수 수송을 위한 취수관은 심층수 수송을 위한 내압, 해수에 의한 외압, 해류에 의한 비틀림, 해류에 의한 상하 흔들림, 해저 침강시 발생하는 응력, 해저면에 의한 마찰 등이 발생한다. 따라서 해양외력 환경에 적합한 HDPE PIPE 두께 산정이 필요하다. 두께 산정에 필요한 요소는 내압에 의한 후프응력, 외부 정수압에 의한 Collapse, 좌굴전파, 좌굴발생과 취수관 고정단에서의 종방향 응력, 시공시 측압, 인장 및 굽힘 등에 대한 해석 및 검토, 응력 집중 현상으로 인한 배관의 피로파괴 등이다. 적합한 두께산정 결과를 통해 HDPE PIPE 강도는 급경사면에서 자중에 의한 축방향 응력 및 크리프파괴, 부설시 발생 단면력에 대한 원주방향 및 축방향 응력, 부설시 수중관 연장체의 자중에 의한 인장력(축방향 응력) 및 부설선에서 스토퍼의 측압력에 의한 원주 방향 응력 등에 안전하다는 것을 알 수 있었다. 일반적으로 해저배관의 설계에 쓰이는 국제규격은 DNV이다. 본 연구에서는 DNV 규정을 바탕으로 PE 원재료가 가지는 고유의 물성에 중점을 두고 그 특성에 맞는 설계 및 시공방법을 제시 하였다. 이를 통해 HDPE PIPE를 사용한 해양심층수 취수배관 시공 뿐만 아니라 앞으로 다양한 해저배관 설계 및 시공에 활용 할 수 있을 것이다.
해양심층수 자원의 효율적인 이용을 위해서는 취수관 및 취수 시스템의 안정성이 보장되어야 한다. 이를 위해서는 취수관 설치 후 극한외력에 대해 안정성을 유지할 수 있어야 할 뿐 아니라 부설시의 한계외력에 대해서도 손상을 입지 않아야 한다. 해양심층수 취수관은 일반적으로 해상조건이 거칠고, 해저지형의 불균형이 심한 해역에 설치되므로 경제성은 물론 시공성, 내구성, 내충격성, 단열성 등이 우수하여야 한다. 강관은 방식 피복을 행하지 않으면 내구성 확보, 심층수 수질유지 및 단열성을 가지기 어렵고 곡률반경이 커서 해저면의 기복에 대응하여 부설하기 어렵다. 무게가 무거워 취급을 위한 특수한 장비가 필요하여 부설 비용이 많이 든다. 그에 비해 PE관은 가볍고 유연하며 곡률반경이 작아 해저면의 기복에 부설이 용이하며 시공 비용이 저가여서 심층수 취수 배관으로 매우 적합 하다고 할 수 있다. 유연성과 더불어 해양심층수 취수배관의 강도 및 안정성은, 배관의 두께에 의해 결정된다. HDPE PIPE의 두께 결정은 KSM 3408 및 ISO 9080 규정되어 있으나 일반적으로 육상배관에 사용되는 수도용 배관을 기준으로 한 것이다. 육상배관과는 달리 해양 심층수 수송을 위한 취수관은 심층수 수송을 위한 내압, 해수에 의한 외압, 해류에 의한 비틀림, 해류에 의한 상하 흔들림, 해저 침강시 발생하는 응력, 해저면에 의한 마찰 등이 발생한다. 따라서 해양외력 환경에 적합한 HDPE PIPE 두께 산정이 필요하다. 두께 산정에 필요한 요소는 내압에 의한 후프응력, 외부 정수압에 의한 Collapse, 좌굴전파, 좌굴발생과 취수관 고정단에서의 종방향 응력, 시공시 측압, 인장 및 굽힘 등에 대한 해석 및 검토, 응력 집중 현상으로 인한 배관의 피로파괴 등이다. 적합한 두께산정 결과를 통해 HDPE PIPE 강도는 급경사면에서 자중에 의한 축방향 응력 및 크리프파괴, 부설시 발생 단면력에 대한 원주방향 및 축방향 응력, 부설시 수중관 연장체의 자중에 의한 인장력(축방향 응력) 및 부설선에서 스토퍼의 측압력에 의한 원주 방향 응력 등에 안전하다는 것을 알 수 있었다. 일반적으로 해저배관의 설계에 쓰이는 국제규격은 DNV이다. 본 연구에서는 DNV 규정을 바탕으로 PE 원재료가 가지는 고유의 물성에 중점을 두고 그 특성에 맞는 설계 및 시공방법을 제시 하였다. 이를 통해 HDPE PIPE를 사용한 해양심층수 취수배관 시공 뿐만 아니라 앞으로 다양한 해저배관 설계 및 시공에 활용 할 수 있을 것이다.
For the effective use of deep ocean water resource, the stability of intaking pipe and intaking system should be guaranteed. To this end, it should maintain stability for ultimate external force after installing the intaking pipe, and at the same time it should not be damaged by the critical externa...
For the effective use of deep ocean water resource, the stability of intaking pipe and intaking system should be guaranteed. To this end, it should maintain stability for ultimate external force after installing the intaking pipe, and at the same time it should not be damaged by the critical external force during the pipeline laying work. Because the intaking pipe for deep ocean water is generally installed in the sea area where sea conditions are rough and marine landform is exceedingly imbalanced, it should have excellent constructability, durability, impact resistance, and insulative capability, as well as economic feasibility. The steel pipe without anticorrosive covering has difficulties in obtaining durability and maintaining good quality of deep ocean water and insulative capability, and owing to the big radius of curvature it is difficult to meet the out-of-level sea bottom. Special equipment is required to deal with heavy weight and it costs much in construction work. By comparison, HDPE pipe is light and flexible, and its radius of curvature is small enough to easily construct despite the out-of-level sea bottom, and because its construction cost is low, it is very proper as an intaking pipe for deep ocean water. However, it has been questioned whether PE pipe, the plastic pipe could get strength and stability to be used as an intaking pipe. The strength and stability of HDPE pipe for intaking deep ocean water depends on its thickness. Though the HDPE pipe's thickness is regulated under KSM 3408 and ISO 9080, it is based on the pipeline for water used in land pipe, in general. Differently from the land pipe, the intaking pipe for transporting deep ocean water goes through internal pressure for the transportation of deep ocean water, external pressure by seawater, torsion and up-and-down motion by ocean current, stress generated during subduction activity at sea bottom, and friction by sea bottom. Therefore, it is necessary to estimate the thickness of HDPE pipe which suits the environment of marine external force. The essential factors for thickness estimation include hoop stress by internal pressure, collapse by external hydrostatic pressure, buckling propagation, buckling generation, and longitudinal stress at the fixed end of intaking pipe, lateral pressure during installation work, analysis and review of tension and bending, fatigue breakdown of pipeline owing to stress concentration phenomenon. Based on the result of proper thickness estimation, HDPE pipe strength was confirmed to be safe for axial stress owing to self load at the steep slope and creep fracture, circumferential and axial stress for the internal force at a section generated during pipe laying work, and tension(axial stress) owing to the self load of elongation of the submarine pipe. In general, the international standard used in designing subsea pipeline is DNV. Based on the DNV standard, this study suggested a design and installation method proper to the characteristics of the raw material of PE with a focus on its own properties. It is expected that this study can be utilized in installing intaking pipeline for deep ocean water using HDPE pipe, and further in designing and installing various subsea pipelines in the future.
For the effective use of deep ocean water resource, the stability of intaking pipe and intaking system should be guaranteed. To this end, it should maintain stability for ultimate external force after installing the intaking pipe, and at the same time it should not be damaged by the critical external force during the pipeline laying work. Because the intaking pipe for deep ocean water is generally installed in the sea area where sea conditions are rough and marine landform is exceedingly imbalanced, it should have excellent constructability, durability, impact resistance, and insulative capability, as well as economic feasibility. The steel pipe without anticorrosive covering has difficulties in obtaining durability and maintaining good quality of deep ocean water and insulative capability, and owing to the big radius of curvature it is difficult to meet the out-of-level sea bottom. Special equipment is required to deal with heavy weight and it costs much in construction work. By comparison, HDPE pipe is light and flexible, and its radius of curvature is small enough to easily construct despite the out-of-level sea bottom, and because its construction cost is low, it is very proper as an intaking pipe for deep ocean water. However, it has been questioned whether PE pipe, the plastic pipe could get strength and stability to be used as an intaking pipe. The strength and stability of HDPE pipe for intaking deep ocean water depends on its thickness. Though the HDPE pipe's thickness is regulated under KSM 3408 and ISO 9080, it is based on the pipeline for water used in land pipe, in general. Differently from the land pipe, the intaking pipe for transporting deep ocean water goes through internal pressure for the transportation of deep ocean water, external pressure by seawater, torsion and up-and-down motion by ocean current, stress generated during subduction activity at sea bottom, and friction by sea bottom. Therefore, it is necessary to estimate the thickness of HDPE pipe which suits the environment of marine external force. The essential factors for thickness estimation include hoop stress by internal pressure, collapse by external hydrostatic pressure, buckling propagation, buckling generation, and longitudinal stress at the fixed end of intaking pipe, lateral pressure during installation work, analysis and review of tension and bending, fatigue breakdown of pipeline owing to stress concentration phenomenon. Based on the result of proper thickness estimation, HDPE pipe strength was confirmed to be safe for axial stress owing to self load at the steep slope and creep fracture, circumferential and axial stress for the internal force at a section generated during pipe laying work, and tension(axial stress) owing to the self load of elongation of the submarine pipe. In general, the international standard used in designing subsea pipeline is DNV. Based on the DNV standard, this study suggested a design and installation method proper to the characteristics of the raw material of PE with a focus on its own properties. It is expected that this study can be utilized in installing intaking pipeline for deep ocean water using HDPE pipe, and further in designing and installing various subsea pipelines in the future.
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