[논문]심해저 광물자원 양광시스템 실증 시험을 위한 위험도 기반 선상 설비 설계

조수길; 박상현; 오재원; 민천홍; 김성순; 김형우; 여태경; 정정열; 배재일; 홍섭

doi:10.5574/ksoe.2016.30.6.526

심해저 광물자원 양광시스템 실증 시험을 위한 위험도 기반 선상 설비 설계
Risk-based Design of On-board Facility for Lifting System Field Test of Deep-sea Mining System 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.30 no.6, 2016년, pp.526 - 534

Abstract ▼ AI-Helper

This study had the goal of designing onboard structures for a pre-pilot mining test (PPMT), which is required for the commercialization of the deep-sea mining industry. This PPMT is planned to validate the performance of a hydraulic lifting system and verify the concept of operating through a moon-pool in the east sea, Korea. All of the onboard equipment and facility were designed by KRISO. Because the test was performed at the first development, it is difficult to determine what risk will occur in the facility. Therefore, risk-based design is required in the facility for the PPMT, which includes the facility layout, failure mode and effect analysis (FMEA), and risk reduction plan. All of the expected performances of the lifting system itself and the onboard facilities were qualitatively validated using the risk-based design.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 파일럿 양광시스템의 예비파일럿 성능 실증 시험을 위한 선상 설비의 설계가 목적이다. 양광시스템 성능 실증 시험을 위한 선상 설비는 기존 오일 시추를 위한 해양플랜트 장비와는 운용 목적, 단괴 처리 방법 등에 차이가 있다.

제안 방법

본 논문에서는 파일럿 양광시스템의 예비파일럿 성능 실증시험(PPMT)을 위해 개념 설계 단계에서 운용 시나리오에 따라 필요한 선상 시스템을 정의하고 이를 기반으로 선상 설비의 배치와 설계를 위해 FMEA 분석을 통하여 잠재된 고장모드를 식별하고 위험도를 최소화 할 수 있는 대응 방안을 제시하였다. 자세한 내용은 다음과 같다.

대상 데이터

양광펌프의 성능(유량, 양정, 슬러리 이송) 및 버퍼시스템의 성능(단괴 보관, 단괴 피딩) 실증을 지원하기 위해서 시험 선박은 충분한 크기의 문풀(Moon-pool), 능동운동보상형(AHC, acitve heave compensation) 대용량 크레인, 고성능 DPS 등을 기본 제원으로 갖추고 있는 OSV(offshore support vessel)을 사용해야 한다. 본 시험에서는 선장 94.6m, 선폭 20m, 총 톤수 4,425톤, DP2, AHC 100톤, Moon-pool 6.5m×6.5m 등의 제원을 가지는 OSV을 지원 선박으로 선정하였다.

성능/효과

(3) FMEA 그룹을 구성하고 회의를 통해 양광시스템 실증시험을 위한 모든 고장모드를 식별하였다. FMEA 분석 결과, 양광시스템의 진/회수 작업 중 장비 충돌, 문풀 게이트 레일 이탈, 하중에 의한 파손 및 변형, 단괴 회수 시스템의 마찰 및 이물질로 인한 누수 또는 작동 불능의 고장모드가 발생 확률이 높은 것으로 파악되었다. 높은 확률의 고장모드에 대해서는 운용 환경 가이드라인 구축, 구조 변경, 구조 불량 검사 시스템 구축, 위험 감지 프로세스 추가 및 작업자의 감시 또는 각별한 주의 등의 형태로 방안이 마련되었고 이를 상세 설계에 반영하였다.
본 연구 결과를 바탕으로 2015년 11월에 성능 실증 시험을 위한 선상 구조물이 제작되었고 인명 사고 및 시스템의 결함 없이 시험을 성공적으로 수행하였다. 이는 최근 해양플랜트 산업에서 중요시 되고 있는 전단설계(FEED, front engineering end design) 개념이며 아직 정립되지 않은 새로운 시스템을 설계하는 방법론으로 적합하기 때문에 그 효용성이 크다. 또한 본 설계와 운용 경험은 향후 신산업이 될 해양광물플랜트의 산업화 개발에 활용될 수 있다고 판단된다.

후속연구

이는 최근 해양플랜트 산업에서 중요시 되고 있는 전단설계(FEED, front engineering end design) 개념이며 아직 정립되지 않은 새로운 시스템을 설계하는 방법론으로 적합하기 때문에 그 효용성이 크다. 또한 본 설계와 운용 경험은 향후 신산업이 될 해양광물플랜트의 산업화 개발에 활용될 수 있다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	심해저 망간단괴 채광시스템은 어떻게 구분되는가?	심해저 망간단괴 채광시스템은 개념적으로 심해에 부존하는 망간단괴를 집광하는 집광시스템과 집광된 망간단괴를 선상까지 끌어올리는 양광시스템으로 구분된다(Hong et al., 2007).
	양광시스템 성능 실증 시험의 목표는?	양광시스템 성능 실증 시험의 목표는 2,000m 수심의 망간단괴를 양광펌프가 관손실을 이겨내고 수상으로 양정할 수 있는가를 실험하는 것이다. 하지만 실험 비용의 한계로 양광관을 수심 2,000m까지 설치하는 것은 불가능하였다.
	양광관을 수심 2,000m까지 설치하는 방법의 불가능은 어떻게 해결하였는가?	하지만 실험 비용의 한계로 양광관을 수심 2,000m까지 설치하는 것은 불가능하였다. 따라서 양광펌프의 작동수심인 500m에 맞추어 양광시스템을 설치하고 수심 2,000m 대비 양광관 축소에 의해 발생하는 펌프의 양정 문제는 Fig. 2와 같이 양광관 하단 흡입부에 밸브를 설치하여 관손실 발생을 모사함으로써 해결하였다.

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