최적화를 적용한 해양플랜트의 계류계 초기 설계

Abstract

전통적인 석유, 가스 산업의 에너지 생산 해양플랜트와 부유식 풍력터빈 등은 해상에서 위치 유지를 하며 에너지 생산의 제역할을 해야 한다. 대부분은 계류계를 통해 위치유지를 하게 되어, 그 계류 시스템의 설계가 매우 중요하다. 계류시스템에 작용하는 힘과, 최대 수평 운동 등을 제한하기 위해서는 계류계가 올바르게 설계되어야 한다. 계류계는 계류선의 물성치, 계류선의 개수와 형태, 플랜트의 특성과 설치해역의 환경조건 등 다양한 조건들에 영향을 받는다. 이러한 설계 값을 결정하기 위해서는 반복적인 분석 과정이 필요하며 그 과정은 매우 많은 시간이 소요됩니다. 실제 프로젝트에서도 특정 설계 기준을 충족하는 계류 시스템을 찾는 것은 주로 이전 프로젝트에서 얻은 경험에 따라 달라지며 일반적으로 많은 시행착오를 거쳐 이루어집니다. 본 연구에서는 해양플랜트의 계류 초기 설계에서 피할 수 없는 반복 설계와 해석을 줄이기 위해, 해석을 자동으로 수행할 수 있는 모듈을 개발하고 계류계 개발에 적용하였다. 반복 설계로 최적안을 도출하기 위해 계류계 입력값 생성, GUI 기반 계류계 해석 상용 프로그램, 변수값 입력 및 마우스 작업의 매크로 , 후처리, 출력 파일 분석 등이 자동으로 이루어지도록 하였다. 계류해석은 산업계에서 널리 사용되고 있는 BV의 Ariane을 이용하였다. 모든 단계가 자동으로 진행되기 위해 각종 변환 프로그램을 작성하여 해석 단계별로 입력파일과 결과파일을 전달하도록 하였다. 최적화를 위해서 상용프로그램인 Pidotech의 PIAnO를 이용하였으며, 본 연구에서 개발한 일련의 모델생성-해석-후처리 모듈을 최적값이 도출될 때까지 여러 번 반복하여 준다. 본 연구를 통해서 터렛 계류식 FPSO의 계류계 성능 최적화를 수행하였으며, 본 기법이 해양구조물 계류계의 초기 설계 및 형상 변화에 매우 실용적임을 확인하였다. 또한 수백개의 케이스를 자동 해석하며 나온 모든 결과들은 그 차체로 훌륭한 데이터베이스가 되어 전체적인 경향을 이해하는데 큰 도움이 된다.