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생산 라이저의 손상 탐지에 대한 연구
A Study on Damage Detection of Production Riser 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.39 no.3, 2015년, pp.179 - 184  

제현민 (한국해양대학교 대학원) ,  박수용 (한국해양대학교 해양공간건축학과)

초록
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이 연구의 목적은 건전성 평가 기법을 통해 해양 구조물 중 생산 라이저의 건전성 및 안전성을 확보할 수 있도록 하는 것이다. 생산 라이저의 건전성 평가 기법을 선정하기 위해서 레벨 I, II의 비파괴 손상평가(NDE) 기법을 분류 및 검토하였다. 그리고 수치해석을 통해 검토한 기법의 손상 탐지 성능 및 적용성을 확인하였다. 그 결과 모달 변형 에너지를 이용한 손상탐지 기법이 다른 기법들에 비해 가장 손상에 대해 민감한 결과를 나타냈다. 실제 구조물에서 모니터링 시스템을 적용하는 경우 환경적, 경제적 요인들에 의해 센서 개수는 제한적이다. 센서 수의 감소함에 따른 손상탐지 성능에 대한 영향을 일련의 수치해석 과정을 통해 분석하고 그 결과를 논의하였으며, 생산 라이저의 건전성 평가에 대한 최적 센서 개수를 추천하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study is to provide appropriate methodology to ensure the safety and integrity of the production riser in offshore structure. In order to select integrity estimation methodology for production riser, level I and II Non-destructive Damage Evaluation (NDE) methods that were applied...

주제어

#구조 건전성 평가   #해양 구조물   #생산 라이저   #손상탐지   #손상지수  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문은 생산 라이저의 건전성 평가를 위해서 기존의 구조물 손상 평가 기법들을 라이저 수치해석 모델에 적용하여 적합한 기법을 선정하였다. 또한 선정한 손상 평가 기법의 실용성을 위해 센서 수에 다른 손상 탐지를 실시하여 적절한 센서 개수를 선정하였다.
  • 본 연구의 목적은 생산 라이저의 손상 탐지 및 위치 추정을 하는 건전성 평가 기법을 통해 라이저의 안전성 및 건전성을 확보할 수 있도록 하는 것이다. 이에 본 논문에서는 생산 라이 저의 건전성 평가를 위하여 기존 구조물에 적용되었던 손상탐지 기법(Damage Detection Technique)을 분류하고 검토하였으며, 수치해석 모델에 적용하여 적절한 기법을 선정하였다.
  • 본 연구의 목적은 생산 라이저의 손상 탐지 및 위치 추정을 하는 건전성 평가 기법을 통해 라이저의 안전성 및 건전성을 확보할 수 있도록 하는 것이다. 이에 본 논문에서는 생산 라이 저의 건전성 평가를 위하여 기존 구조물에 적용되었던 손상탐지 기법(Damage Detection Technique)을 분류하고 검토하였으며, 수치해석 모델에 적용하여 적절한 기법을 선정하였다. 선정한 기법을 실제 라이저 모니터링 시스템에 적용하는 경우 환경적, 경제적 요인들에 의해 센서 개수는 제한적이다.

가설 설정

  • 손상 전과 손상 후의 표준화된 손상 지수를 유한 개소의 집단으로 분류하기 위해 비교적 이용이 쉬운 Neyman-Pearson 기준(Gibson and Melsa, 1975)을 택하여 사용하였다. 가설 H0는 구조물 내 부재 j에 손상이 없음을, 가설 H1은 구조물 내 부재 j에 손상이 있음을 의미한다. 각각의 부재에 대한 손상 지수 값들은 정규 분포를 따르는 확률 변수 이기 때문에 표준화된 손상 지표를 구하면 식 (7)과 같다.
  • 적절한 센서 개수를 선정하기 위하여 수치해석 모델에 단일 개소의 손상을 2가지 경우로 손상을 모사하였다. 모달 변형에너지를 이용하는 경우 센서 근처의 손상에 대해서 민감하기 때문에 손상 경우 1은 센서 부근에 손상이 발생한 경우로, 손상 경우 2는 센서와 센서 중간에 손상이 발생한 경우로 설정하였다. 센서 개수 경우는 7개, 9개, 11개, 13개, 16개로 총 5가지 경우에 대하여 검토하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고유진동수의 변화를 측정해 강성 감소를 추측하는 방법은 어떤 경우에 생산 라이저에 적합하지 않은가? 구조물에 발생한 손상은 일반적으로 강성의 감소로 이어 지고 결론적으로 고유진동수의 변화를 초래한다는 점에 착안하여 고유진동수의 변화를 측정함으로 강성의 감소를 추측하는 방법이다(Crohas and Lepert, 1982). 손상 전과 후의 구조물의 고유진동수를 이용한 손상 지표가 다수 제안되었으나 구조물의 규모에 비하여 손상이 작을 경우 고유진동수에 미세한 변화만이 나타나므로 유용하지 않을 수 있기 때문에 생산 라이저에 적합하지 않다고 판단된다.
부유식 또는 유연식 구조물을 사용하여 자원 채취 시 무엇이 필수적으로 사용되는가? 해양 자원 개발의 범위가 확대됨에 따라 해양구조물의 종류도 자켓 구조물과 같은 고정식 구조물에서 반잠수식 플랫폼, 인장각식 플랫폼, 시추 선박 등과 같은 부유식 또는 유연식 구조물로 변화하였다. 부유식 또는 유연식 구조물을 사용하여 자원을 채취하는 경우 필수적으로 라이저(Riser)가 사용된다. 라이저는 해저면과 해수면의 플랫폼을 연결하여 시추, 유체의 이송, 전기적인 연결, 그리고 수압 조절 등의 목적으로 이용되는 세장한 수직 파이프를 지칭한다(Seyed, 1989).
라이저는 무엇인가? 부유식 또는 유연식 구조물을 사용하여 자원을 채취하는 경우 필수적으로 라이저(Riser)가 사용된다. 라이저는 해저면과 해수면의 플랫폼을 연결하여 시추, 유체의 이송, 전기적인 연결, 그리고 수압 조절 등의 목적으로 이용되는 세장한 수직 파이프를 지칭한다(Seyed, 1989). 실해역에서 라이저는 수압과 자중, 부력체에 의한 인장력 등의 정적하중과 파력, 해류력, 상부 플랫폼의 움직임에 따른 관성력, 풍하중, 지진하중 등의 동적하중을 받게 된다.
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참고문헌 (12)

  1. American Petroleum Institute(API)(2004), API-Recommended Practice 5L 43 Edition: Specification for Line Pipe, API. 

  2. Cook, D. D. and Douglas, E.(2006), "Riser Integrity Management for Deepwater Developments", Offshore Technology Conference, OTC-17891. 

  3. Crohas, H. and Lepert, P.(1982), "Damage Detection Monitoring Method for Offshore Platforms is Field Tested", Oil and Gas J., Vol. 80 No. 8, pp. 94-103. 

  4. Ewins, D. J.(2000), Modal Testing : Theory, Practice and Application 2nd edition, Research Studies Press(R.S.P) 

  5. Furnes, G. K., Hassanein, T., Halse K. H. and Ericksen, E.(1998), "A Field Study of Flow Induced Vibration on a Deepwater Drilling Riser", Offshore Technology Conference, OTC-8702. 

  6. Gibson, J. D. and Melsa, J. L.(1975), Introduction to Nonparametric Detection with Applications, Academic Press. 

  7. Ho, Y. and Ewins, D.(2000), "On the structural damage identification with mode shapes", The European COST F3 Conference on System Identification and Structural Health Monitoring, pp. 677-686. 

  8. OrcaFlex(2010), OrcaFlex Manual, Orcina Ltd. 

  9. Roderick, Y., Edwards, Jr., Hennessy, W. F. and Campan, C. R.(1999), "Load Monitoring at the Touchdown Point of the Fist Steel Catenary Riser Installed in a Deepwater Moored Semisubmersible Platform", Offshore Technology Conference, OTC-10975. 

  10. Rytter, A.(1993), "Vibrational Based Inspection of Civil Engineering Structures", Ph. D. Department of Building Technology and Structural Engineering, University of Aalborg. 

  11. Seyed, F. B.(1989), "On the Dynamics of Flexible Riser and Suspended Pipe Spans", Ph. D. Department of Mechanical Engineering, University of London. 

  12. Stubbs, N., Kim, J. T. and Topole, K.(1992), "An Efficient and Robust Algorithm for Damage Localization in Offshore Platforms", American Society of Civil Engineers(ASCE) 10th Structures Congress, No. 1, pp. 513-546. 

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