Transcript 해외연수_보고서_김현승[2]. - 해양플랜트엔지니어링전공

해외연수 _ Curtin university
서울대학교 조선해양공학과
선체구조신뢰성연구실
김현승
목차
1. 연수 일정
2. Curtin university의 Subsea Engineering
3. Subsea field equipment 강좌
4. Subsea surveying and installation 강좌
5. Safety, reliability and integrity management 강좌
6. Subsea control and communication systems 강좌
7. Curtin university 연구실 방문 및 PhD 학생 면담
8. 후기
Seoul National University
Interdisciplinary Structural Design Laboratory
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1. 연수 일정
 6박 9일 일정

16일 (토) 20:05 한국 출국

17일 (일) 13:40 퍼스 도착

18일 (월) Curtin university의 subsea course 개략적 설명, “Subsea Field Equipment” 수강

19일 (화) “Subsea Surveying and Installation” 수강

20일 (수) “Safety, Reliability and Integrity Management” 수강

21일 (목) “Subsea Control and Communication Systems” 수강

22일 (금) Curtin university 연구실 방문 및 PhD 학생 면담 (4명)

23일 (토) 23:55 퍼스 출국

24일 (일 )17:40 한국 도착
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Interdisciplinary Structural Design Laboratory
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2. Curtin university의 Subsea Engineering
 2014년도 시작하였으며, 현재 55명의 석사과정 학생을 보유하고 있으며,
내년에는 약 80명의 학생이 지원할 것으로 예상됨
 Dept. Petroleum engineering를 중심으로, Dept. Civil engineering과
Dept. Electronic engineering가 연계되어 강의를 진행함
 강의 구성

총 4학기로 구성되어 있으며, 한 학기당 필수 과목 4과목 이수
1학년
•
1학기
2학기
•
•
•
•
•
•
•
* Woodside offshore petroleum Pty
Ltd North Rankin ‘A’ gas production
platform의 prototype design model
2학년
Introduction to offshore petroleum
engineering
Materials and corrosion
Phase behaviour and flow assurance
Introduction to subsea infrastructure
engineering
•
•
•
•
Offshore processing and system operations
Offshore structures
Offshore geomecahanics and Hydrodynamics
Hydrocarbon economics and project
management
Subsea field equipment
Subsea surveying and installation
Safety, reliability and integrity
management
Subsea control and communication
systems
•
•
•
•
Subsea structures and system engineering
Umbilicals and risers
Flowlines and pipelines
Subsea engineering project (논문관련 수업)
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3. Subsea field equipment 강좌
 강사 : Garry Leadbeater ([email protected])
 강좌 개설 학과 : Dept. civil engineering
 주요 topic : general material selection, metallic and non- metallic materials, welding
 수업 내용 :

Metallic material 관련 용어 설명

Metal crystal structure에 대한 설명
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3. Subsea field equipment 강좌

Metallic material 관련 용어 설명
•
물질은 4개의 분류로 구분 가능 : ceramic & glasses, metal & alloy, composite (combination),
polymeric(중합체에 의한)
•
Super alloy(high-performance alloy) : 보통 니켈, 코발트를 기본 합금 요소로 사용하며, 특히 부식
과 산화에 강함
•
Carbon steel : 철과 탄소(대략 2% 아래)의 합금을 의미하며 망간, 니켈, 크롬 등을 프로세스 중 추가
하기도 함
•
Mild steel : carbon steel의 일종으로 대략 탄소가 0.2%인 것을 의미함
•
SSS(Substitutional solids solution) : 니켈이나 주석을 보통 기본 요소로 사용하며, 원자 중 하나를
새로운 원자로 대체한 것을 의미, 원자의 크기가 ±50%정도 유사한 경우에 사용함
•
CRA(Corrosion resistance alloy) : 스테인리스 스틸, 코발트, 니켈 등의 합금을 이용하여, 부식에 대
한 저항력이 높은 물질로써, 제조 및 용접이 쉬움
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3. Subsea field equipment 강좌

Metal crystal structure에 대한 설명
•
Grain structure : 현미경으로 관찰한 금속의 구조
•
Metal의 기본적인 원자 구조 3가지
- 기본적으로 표준 온도 압력(0℃, 100 kPa)에서는 안정적
인 구조를 현성하고 있으나, 물질에 따라서 온도가 변함에
따라서 구조가 변할 수 있음
- BCC (Body centered cubic) : 철이나 크롬
- FCC (Face centered cubic) : 알루미늄이나 구리
- HCP (Hexagonal close packed) : 마그네슘이나 티타늄
-
Iron-carbon phase diagram을 살펴보면, 탄소의 함유량과 온도에
따라서 다른 원자 구조를 지님
-
Ferrite의 경우 BCC, Austenite은 FCC의 구조를 지님
(Cementite의 경우 orthorhombic crystal structure를 지니나,
이는 수업의 내용에 포함되지 않음)
-
Ferrite와 Austenite를 가지고 duplex structure를 생성할 수 있음
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4. Subsea surveying and installation 강좌
 강사 : Amin Chegenizadeh ([email protected])
 강좌 개설 학과 : Dept. civil engineering
 주요 topic : survey methods and related issues, geotechnical(지질공학의) issues (Ex: solids
property)
 수업 내용 :

Site investigation (Survey)
•
기본 정의
•
Primary (desk) study
•
Coordinate system
•
Survey type
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4. Subsea surveying and installation 강좌

Site investigation (Survey)
•
기본 정의 : site의 모든 정보를 파악하는 것을 의미하며, 이를 통하여 향후 설치될 구조물이 안정된
상태를 유지하고자 함
•
Primary (desk) study : site investigation을 위한 대략적인 아이디어를 구축하는 단계로써, 본 단계
를 통하여 위험원과 위험도를 파악하며, 실제 조사를 위한 계획을 세우는 단계를 의미
•
고려 요소 : natural hazard 및 survey의 활동으로 인한 hazard, seabed conditions
•
Coordinate system
- Spherical coordinates system
- Geodetic datum (측지 기준선) : 삼각 측량을 위한 출발점으로써, 보통 위도와 경도, 방위각을 바탕
으로 둥근 물체(지구) 위의 좌표계를 나타내는 방법을 의미함
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4. Subsea surveying and installation 강좌

Site investigation (Survey)
•
Survey type
- Boundary survey (onshore)
- Root survey : 특히 pipeline 중심으로 root survey 진행
- Hydrographic survey (수로 측량) : 주로 음파를 이용하여 해저 지형을 측정하는 일로, 주로 등심선
지도를 만드는 것을 목적으로 함
Cf. Topographic survey (측량 조사) : 기본적으로 local site의 연대 조사를 토대로 각 부분의 구성
성분을 결정하고자 함
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5. Safety, reliability and integrity management 강좌
 강사 : David Parks ([email protected])
 강좌 개설 학과 : Dept. petroleum engineering
 주요 topic : Environment 관련 (survey, oil spill & impact, EIA), RAM & Risk(평가 방법론 중심),
OHS(Occupational health and safety intro, emergency management)
 수업 내용 및 초빙 강사 :


Micheele Bejder (BMT oceanica), Environmental management & approval
•
기본 원칙
•
EIA(Environmental impact assessment) 절차 설명
•
호주의 EIA 관련 법률
Chrstine Erbe (Curtin university), underwater acoustics
•
Sounds의 정의
•
Acoustic 관련 연구
•
Offshore underwater acoustics
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5. Safety, reliability and integrity management 강좌
 Micheele Bejder (BMT oceanica), Environmental management & approval

기본 원칙 : principle of ecologically(생태학적으로) sustainable development
•

항상 과학적인 불확실성(scientific uncertainty)이 존재함을 주의해야 함
EIA(Environment impact assessment)는 총 7단계로 구성되며, 6개월 ~ 1년 전 제출 의무화
1단계
Communication
2단계
Establish the context
3단계
Identify risk
4단계
Risk analysis
Internal factor(Ex: business output)와 external factor(Ex: site specific output)
정의
Likelihood(expected, likely, possible, unlikely, rare)와
consequence(catastrophe, major, moderate, minor, negligible) 분석
Acceptable risk, tolerable risk(추가적인 통제를 통하여 받아들일 수 있는 수준으
로 예상되는 경우로써, low risk, medium risk가 해당), unacceptable risk를 평가
Risk 구분
5단계
Risk evaluation
catastrophe
major
consequence
moderate
expected
likely
Likelihood
possible
unlikely
Low risk
Negligible risk
minor
negligible
Unacceptable
risk
Medium
risk
rare
6단계
Risk treatment
7단계
Monitoring and review
Internal audits, management & treatment plans
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5. Safety, reliability and integrity management 강좌
 Micheele Bejder (BMT oceanica), Environmental management & approval

EIA(Environment impact assessment) regulations in Australia
•
OPGGS(Offshore petroleum and greenhouse gas storage), NOPSEMA의 중요 서류 2가지
- OPP(Offshore project proposal) : 전체 프로젝트 수준에서 EIA 수행 하는 것으로, petroleum
recovery (drilling부터 operation까지)를 다룸
- environment plan : OPP 이후 행해지며, 상세한 수준으로 EIA를 수행, 제출
•
EPBC (Environment protection and biodiversity conservation), Australian government
- OPGGS와 매우 유사한 EIA를 수행하는데, 특히 환경과 생태계에 초점을 맞추어 진행함
- 최근에는 OPGGS의 redundancy한 역할을 수행하고자, 다른 평가 기술을 도입하고자 함
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5. Safety, reliability and integrity management 강좌
 Chrstine Erbe (Curtin university), underwater acoustics ; the impacts of noises on marine

Sounds는 역학적 파동(mechanical wave)을 의미하며, 바다의 생태계의 생물들은 소리를
생산하고 이에 반응함

Acoustic pressure는 ambient hydrostatic pressure로 부터 sound wave로 인한 차이로
인한 압력을 의미하며 공기의 경우 microphone으로 수중의 경우 hydrophone으로 측정
•
관련 연구 분야 : underwater sound, marine sound scape(생태계의 음양 환경과 사람의 활동으로
인한 환경을 포함하는 소리의 파노라마), acoustic ecology(생물 개체와 주변 소리 환경과의 관계),
sound propagation, noise impacts on marine animals
•
물 밑의 소리에 영향을 줄 수 있는 요소 : 비, 얼음의 분해, tropical ambient (물고기 및 산호초),
seismic survey(탄성파 탐사, air gun 이용), 배의 프로펠러 등
•
주변 생태계에 미칠 수 있는 영향은 5단계로 구분하며, 이와 연관된 실험 수행
- Pontoon 안의 물고기를 대상으로 실험;
1단계
Audibility
초기 단계에서 자유롭게 돌아다님
2단계
Behavioral response
150dB이하의 경우 2km 근방을 돌아다님
3단계
Masking (차폐 효과), 의사소통을 방해함
4단계
TTS(Temporary threshold shift), 청력의 손실이 가능
5단계
Injury
150dB이상의 경우 5km 근방을 돌아다님
실제 seismic survey 근처에서 물고기를 잡히는 횟수가 낮아짐
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5. Safety, reliability and integrity management 강좌
 Chrstine Erbe (Curtin university), underwater acoustics ; the impacts of noises on marine

Offshore petroleum 산업의 경우 특히 설치와 운영 단계에서 소음이 발생함
•
Ex) flow noise, mooring, thruster, control system, seismic survey
•
이와 관련하여 규정 존재;
* subsea pile driving
Ex) 주변 생물과 2km 인접 – 전력을 낮춤, 주변 생물과 500m 인접- shutdown
•
관련 시나리오의 경우 소음 관련 평가 절차
Ex) pipeline의 설치, subsea pile driving*, geotechnical (지질공학의) drilling program
- 주변 생태계와 이주 생물을 파악하고, 행동으로 인한 소음을 파악함
- 파악된 소음이 natural ambient condition에 영향을 미칠 수 있는지 여부를 파악
(database를 바탕으로 수행하며, 대부분 관련 회사들이 공유하는 형태로 구성)
- 영향을 미치는 경우 이에 대한 동물의 반응과 (문헌 조사), 효과를 최소화 하기 위한 수단파악
Pre-operation activity
-
Baseline sound scape
Animal survey
Modeling of noise foot prints
Prediction of impact zone
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Operation activity
-
Source modification or mitigation
equipment
Animal monitoring
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6. Subsea control and communication systems 강좌
 강사 : John Siliquini ( [email protected])
 강좌 개설 학과 : Dept. Electronic engineering
 주요 topic : subsea control systems requirements, RAM, RBD(reliability block diagram), SIL,
subsea interface and communication systems
 수업 내용 :

Subsea control system의 소개
•
Subsea control system의 정의; valve와 choke를 통제하거나 데이터를 전송 또는 수신하는 것

Subsea control system과 관련 Regulation

Functional safety, SIS, SIL
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6. Subsea control and communication systems 강좌

Subsea control system의 소개
Integrated control & safety system
F&G
(Fire and Gas)
ESD
(Emergency shutdown disconnect)
MCS (Master control system)
EPU (Electrical power unit)
:
:
:
:
:
: 필요한 전력 공급
보통 컴퓨터가 자동으로 수행
X-mas tree valve & choke를 통제
subsea sensor 모니터링
fault and alarm condition 관련 변수 모니터링
데이터 수집 및 저장
HPU (Hydraulic power unit)
: 필요한 수력 공급
: 멀리 떨어진 subsea
valve를 운영하는데 사용
TUTU (Topside umbilical termination units)
: 보통 enclosed unit으로 설계 됨
: double block과 bleed isolation valve, pressure gauges, junction boxes for power, signal and
fiber optic communication으로 구성
Topside control systems
SDU (Subsea distribution units)
SCM (Subsea control modules)
UTA (Umbilical termination assembly)
Subsea control systems
: umbilical의 끝에 위치
: 하나 또는 여러 개의 hydraulic, chemical, electronic 연결
: Hydraulic sensor 및 transmitter, accumulator, pressure compensator
& reducers, SEMs(Subsea electronic modules) 등을 포함
X-mas tree
: 유동을 제어하는 것을 주목적으로 하며, 화학 주입 및 압력 경감을 위한 모니터링 포인트로 작용
Down hole
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6. Subsea control and communication systems 강좌

Subsea control system과 관련 Regulation
•
ISO 13628-6 (Design, fabrication, testing, installation, operation of subsea control system)
- System requirements에 대하여 기술
•
API RP 17N (Subsea production system reliability, and technical risk management)
- Subsea production system을 위한 신뢰성 및 기술적 위험도를 관리하기 위한 프레임 제시

Functional safety, SIS, SIL
•
Functional safety에 대하여 IEC 61508, 61511, OLF 070에서 기술
- 시스템 또는 장비가 입력(변화)에 다라 올바르게 작동하는 것과 관련된 개념
•
SIS(Safety instrumented system)
- 보통 critical process system에 사용되는 하드웨어 및 소프트웨어의 engineered set으로 구성
- Specific control function (or SIF, Safety instrument function)을 수행
- 보통 BPCS(Basic process control)과 같은 종류의 control elements(Ex: sensor, logic solvers,
actuators)로 구성됨
•
SIL(Safety integrity level)
- 상대적인 위험도 감소 level을 의미하며, 요구된 SIF의
성능을 평가하는 수단으로 사용
- Ex: low demand SIS의 SIL target
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7. Curtin university 연구실 방문 및 PhD 학생 면담
 Chris Kipchumba ([email protected])

연구 분야 : Evaluation and Selection of an Optimum Material for
Coil Tubing as a Drilling Technology for Mineral Exploration
•
Steel과 Glass를 결합하여 진행
•
부식과 피로 파괴에 강하나, 균열이 생길 수 있고 (다른 final elements를
부착하여 균열 방지), 구부림(bending)에 취약함
 Masood Mostofi ([email protected])

연구 분야 : Drilling Response of Impregnated Diamond Bits:
Modeling and Experimental Investigations

Drilling lab 및 관련 장비 소개
•
필드 조사 이후의 암석을 분석하여 이에 대한 특성 연구
•
이를 통하여 Pore pressure를 알 수 있고, Bit design, operation
strategy 등을 정할 수 있으며, 이에 대한 실험도 진행
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7. Curtin university 연구실 방문 및 PhD 학생 면담
 Hassan Fattahi ([email protected])

연구 분야 : Simulations of Hydraulic Fracturing Initiation in Perforated Boreholes

Fluid lab 및 관련 장비 소개
•
Fluid lab은 drilling mud의 특성과 관련한 실험을 진행함
•
시추액의 물성 중 밀도(mud balance)및 점성(marsh funnel viscometer, rotational viscometer)을
측정하는 장비에 대한 설명
•
이 외에도 Distillation을 이용하여 oil의 비율을 파악하거나 시멘트의 굳는 시간이나 강도 등을 파악하
는 장비가 구비됨
•
주로 OFITE(OFI testing equipment)의 장비를 사용함
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7. Curtin university 연구실 방문 및 PhD 학생 면담
 Mohammadreza Kamyab ([email protected])

연구 분야 : A Study of Cuttings Transport in Micro-Borehole Coiled Tubing for Mineral
Exploration Drilling

Flow loop lab 및 관련 장비 소개
•
파이프라인(현재의 경우 dry gas, wet gas)의 sand probe와 acoustic sensor을 이용한 sand
erosion에 대한 연구
•
Cutting의 size(3개로 구분, 5mm가 중간)와 파이프의 각도(주로 30~ 60°)에 따른 cutting의 이동 속
도에 관한 연구
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8. 후기
 Curtin university의 subsea course와 해양 플랜트 엔지니어링 전공과의 차이
Subsea engineering course (Curtin)
해양플랜트 엔지니어링 전공 (SNU)
의무 수업
16과목
6과목
참여 학과
3개 학과
(거의 균등하게 수업 개설)
5개 학과
졸업 논문 관련
2학년 2학기 수업
2학년 1학기 ~ 2학기
참여 학생
55명 (1학년 전체)
12명 (1학년 6명, 2학년 6명)
 Subsea course의 1학년 2학기 수업

Subsea field equipment에서 다루는 자재 선정과 관련한 부분을 제외하고는 전반적인 수업
자체의 내용은 서울대의 해양플랜트 엔지니어링 전공에서 다루는 내용이 많았음

Subsea surveying and installation, Subsea control and communication systems과 같은
타과 개설 과목 역시 subsea에 초점을 맞추고 개설됨
Cf. 서울대의 6개의 수업 중 4개의 과목은 타과에서 개설되나, 그 중 3개의 과목이 해양 플랜트
와 관련한 부분을 따로 다루지 않음
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