FPSO 선박 유체 시스템 건조 문제를 방지하는 방법

FPSO(Floating Production Storage and Offloading) 건조의 복잡성 해결

Tommy Jamail, 아시아 태평양 선임 지역 건설 매니저
Barry Rowe-Platts, 엔지니어링 서비스 기술 책임자

오일 및 가스 업계가 예측 불가능한 시장에서 경쟁하면서 수익성 높은 업스트림 사업을 유지할 방법을 추구함에 따라, FPSO(Floating Production Storage and Offloading) 선박이 점점 더 전 세계의 유정에서 효율적, 효과적이며 경제적으로 수익을 창출할 수 있는 수단으로 받아들여지고 있습니다.  

고정된 오일 및 가스 플랫폼과 기능은 동일하지만, FPSO 선박은 경제적 상황과 지정학적 변화에 따라 새로운 기회가 부각될 때 위치를 변경할 수 있다는 점에서 독특합니다. 향후 FPSO 선박의 배치는 점점 더 늘어날 것으로 예상됩니다. Fortune Business Insights는 2027년까지 FPSO 선박 시장이 14% 이상 성장할 것으로 예측합니다.¹

FPSO 선박을 성공적으로 건조하고 유지보수하려면 몇 가지 주요 사항을 고려해야 합니다. 특히, FPSO 선박이 장기간 신뢰성 높은 운영에 기여하는 수많은 핵심 소구경 유체 시스템 애플리케이션 및 패키지와 관련이 있기 때문입니다.

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유체 시스템과 관련된 FPSO 건조 및 유지보수 고려 사항

FPSO 선박은 다른 해양 업스트림 오일 및 가스 애플리케이션과 공통적인 문제뿐 아니라 선박 고유의 문제에도 취약합니다. FPSO 선박 건조가 고정식 플랫폼을 건조하는 것보다 경제적인 장점을 유지하려면, 모든 참여자가 선박 건조 단계에서부터 면밀한 건조 일정을 준수하는 것이 중요합니다. 건조 지연이 설계, 조달, 시공(EPC) 기업 또는 패키지 공급업체의 평판을 저하시킬 수 있지만, 무엇보다 가동 중단이 극도로 커다란 비용 손실을 의미하는 선박 소유주/운영업체에게 가장 심각한 문제입니다. 선박 소유주에게 안전이 중요한 문제이긴 하지만, 또한 생산을 극대화하여 신속하게 선박을 바다로 다시 내보내야 합니다.

FPSO 건조 및 유지보수와 관련된 지연은 다양한 이유로 발생할 수 있습니다.

국제 물류 및 통신 문제:

새로운 FPSO 선박을 건조하거나 필수 장비를 장착하여 기존 선체를 개조하는 과정에는 일반적으로 수많은 기업체의 협력이 필요합니다. 예를 들어 FPSO는 전 세계에서 수주되지만 대부분의 선체가 아시아 태평양 지역에서 건조되거나 공급되므로, FPSO가 건조되거나 유체 시스템이 통합 및 주문 제작될 장소까지 특별한 협력, 운송, 배송 절차가 필요합니다. 또한, 현대의 오일 및 가스 애플리케이션과 패키지는 점점 더 전문화되고 있습니다. FPSO와 같은 대규모 프로젝트의 경우, 선상의 수많은 주요 애플리케이션에 필요한 장비를 설계하고 엔지니어링하기 위해 다양한 국가의 여러 EPC 회사가 참여합니다. 프런트엔드 엔지니어링 및 설계(pre-FEED) 단계 이전에 시작되고 시운전 단계까지 계속되는 EPC 회사와 패키지 공급업체 사이의 협력은 필수이지만, 중대한 문제를 야기할 수 있습니다.

• 해결책: FPSO 애플리케이션 설계 관련 경험이 있을 뿐만 아니라 현지에 입지가 있고 현지 문화, 언어 및 규정을 이해하는 직원을 보유한 공급자와 협력하면 소유주/운영업체, EPC가 이러한 복잡성을 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 일부 유체 시스템 공급업체는 제품 선택 및 유체 시스템 설계뿐 아니라 자본 프로젝트 관리 및 물류 지원을 제공하는 데에도 풍부한 경험이 있는 전문 국제 건조 팀 을 보유하고 있습니다.

유체 시스템 제품 가용성과 관련된 조달 문제:

해양 유체 시스템은 특히 부식에 취약하며 더 높은 압력 요구 조건이 있을 수 있으므로, 특수 합금으로 제조된 전문 부품의 가용성이 제한적일 수 있습니다. 유정이 고립된 위치에 있어 다수의 교체 부품을 입수하기 어려울 수 있다는 점을 고려하면, 이는 대규모 건조 프로젝트뿐 아니라 선반 운영 중에도 문제가 될 수 있습니다. 또한, 산업 적합성 표준 준수와 관련하여 특별한 고려가 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 넷제로(net-zero) 환경 영향을 달성할 것을 목표로 FPSO 선박을 설계 및 운영하려는 경우입니다.

• 해결책: 소유주/운영업체와 EPC가 조기에(가능하다면 pre-FEED 단계) 유체 시스템 부품 제공업체와 협력하여 자본 프로젝트 타임라인을 준수하기에 적합하며 적절한 가용성이 확보된 부품 을 찾아야 합니다. 공급업체는 운영 환경에서 사용할 수 있는 등급의 제품 조달과 관련해서도 유체 시스템 부품 제공업체와 협력할 수 있습니다. 유체 시스템을 유지하고 수리하는 데 적합한 부품의 가용성 보장이 더 쉬워지도록 선박에 있는 모든 제품이 반영된 자산 대장을 만들 수도 있습니다.

조선소 실무로 인한 시스템 신뢰성 문제 및 조기 고장:

최초 선박 건조 또는 드라이 독 유지보수 및 수리 활동 도중 부적절한 유체 시스템 설치 실무가 이루어지면, FPSO 선박의 수명 기간 동안 유지보수, 안전, 생산과 관련된 문제가 빠르게 발생할 수 있습니다. 재질 선택, 튜브 라우팅(routing), 지지, 설치와 관련하여 확실한 설계 원칙을 준수하는지 여부에 따라 지속적인 유지보수, 수리, 교체가 필요한 시스템과 그렇지 않은 시스템이 나뉠 수 있습니다. 경험이 없거나 교육을 받지 못한 인력은 시스템이 얼마나 잘 설계되었는지와 관계없이 설치 오류를 발생시킬 수 있습니다. 대규모 시설에서는 이러한 문제가 배가되어 시운전 또는 운영 중에 폭넓은 문제를 일으킬 수 있습니다.

예를 들어, 건조 중에 하청업체가 용접 또는 연마 작업 중의 뜨거운 불똥을 통해 직접적으로, 또는 다른 절단 및 샌드블래스팅 작업에서 발생하는 부유 잔해를 통해 간접적으로 튜빙과 배관을 탄소 오염물에 노출시킬 수 있습니다. 경우에 따라 방수포 또는 소화포를 사용하여 이러한 작업 중에 스테인리스강 유체 시스템을 덮을 수 있지만, 이러한 덮개가 녹거나, 시설에서 일하는 다른 작업자가 제거하거나, 물 또는 다른 파티클이 쌓여 오염원이 될 수도 있습니다. 충분한 보호 및 보존 조치가 없다면, 스테인리스강이 혹독한 사용 환경에 노출되었을 때 이러한 오염이 중대한 부식 문제를 초래하여, 감지되지 않는다면 사용 수명 감소, 유지보수 필요성 증가, 잠재적인 안전 문제로 이어질 수 있습니다.

탄소 오염물 손상이 즉시 눈에 띄지 않을 수 있지만, 일단 바다 공기와 바닷물에 노출되면 유체 시스템이 빠르게 부식됩니다. 장기간의 여정 이후 선박을 다시 도크에 올리고, 수 킬로미터의 튜빙을 교체하거나, 장기간 작업자를 체류시켜야 하거나, 수개월간의 재작업 기간 동안 매일 손실되는 수백만 달러 가치의 오일 생산 손해를 고객에게 설명해야 하는 등과 같이 이러한 오류로 인해 막대한 재정적 손실이 발생하는 경우가 있었습니다.

• 해결책: 설치 및 시운전의 핵심 단계 도중 충실한 설계 원칙, 고품질 부품, 설치 교육, 전문적 감독을 통해 이러한 문제를 방지할 수 있습니다. 소구경 튜빙 시스템 전문업체가 튜빙 시스템 설치 지식이 제한적인 하청업체가 경쟁력을 높이고 실수를 피하도록 도울 수 있습니다. 유체 시스템 엔지니어링 서비스에 투자하면 선박이 출항한 이후 발생하는 문제를 예방하는 데 도움이 될 뿐 아니라 드라이 독에서 프로젝트 타임라인이 위태로워질 가능성도 최소화할 수 있습니다.

FPSO 선박 유체 시스템과 관련된 문제는 선박 설계 및 건조에 국한되지 않습니다. FPSO 선박이 드라이 독 세션 사이에 20년 이상 바다에 있을 수 있는 경우 핵심 선상 유체 시스템이 안전하고 신뢰할 수 있는 성능을 제공해야 합니다.

해양 작업 및 항해 중의 유지보수 및 수리 문제:

주요 유지보수 활동을 드라이 독으로 한정하는 동시에 사소한 유지보수를 최소화하려는 노력이 있더라도, 긴 사용 기간 동안 유체 시스템 문제를 감지하고 처리해야 할 경우가 있습니다. 생활 공간이 부족하고 해안이 장시간 헬리콥터로 이동해야 할 정도로 떨어져 있다면, 소구경 튜빙 시스템의 선상 유지보수 및 문제 해결과 관련된 전문 기술이 제한적일 수 있습니다. 선박이 항해 중일 때, 달리 간과된 문제가 드러날 수도 있습니다. 예를 들어, FPSO 선박이 항해 중일 때 응력 부식 균열로 인해 중요한 장비가 고정된 프레임이 파손되어 긴급한 수리가 필요하게 되었지만, 지식 부족으로 인해 선박을 도크에 올린 후에 효율적으로 완료할 수 있었던 경우가 있습니다. 이와 같은 뜻밖의 문제는 바쁜 유지보수 일정에 예기치 못한 범위 확대를 초래하여 비용 초과와 지연으로 이어질 수 있습니다.

• 해결책: FPSO 선박 소유주/운영업체는 해양 작업 인력 사이에 소구경 튜빙 시스템과 관련된 지식 격차가 존재함을 이해하고, 선박이 바다에 있거나 드라이 독 세션 중에 전문가를 초빙하여 핵심 유체 시스템을 평가하는 것을 고려해야 합니다. 예를 들어, Swagelok 필드 엔지니어는 대개 작업 인력이 유체 시스템 문제의 근본 원인을 탐지하도록 지원하고, 운영 팀이 누설을 더 효율적으로 감지 및 예방하도록 교육하며, 발견된 문제에 대해 다른 해결책을 제시할 수 있습니다. 그러한 해결책에는 설계 자문, 제품 선택, 손상된 어셈블리를 대체하거나 대표 유체 샘플링에서 회전 장비 기능에 이르는 선상 프로세스의 효율성을 개선하는 완벽히 테스트를 거친 유체 시스템 판넬 제작이 포함될 수 있습니다.

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핵심 애플리케이션에 사용할 FPSO 건조 시 고려 사항

중요한 점은, FPSO 선박에서 대부분의 핵심 애플리케이션과 패키지에 적용할 수 있는 만능 해결책은 존재하지 않는다는 것입니다. 설계자는 다음과 같은 요소를 포함하여 서로 다른 광범위한 요구를 고려해야 합니다.

• 저장소 특성
• FPSO 움직임
• 저장 용량 및 선체 크기
• 수출 시스템 선택
• 단일(single) 또는 쌍(twin) 생산 트레인
• 선박 퇴역(decommissioning) 및 잠재적 재배치(redeployment)

FPSO가 바다로 나간 이후 모든 선상 시스템이 안정적으로 작동하는 것도 중요하지만, 소유주/운영업체가 특별히 주의를 기울여야 하는 몇 가지 주요 애플리케이션이 있습니다.

공정 및 분석 계장. 시스템 설계가 프로젝트 시작 단계에서 중대한 과제가 될 수 있습니다. 효율적이고 효과적인 분석 시스템으로 이어지는 제품, 재질, 구조 관련 선택에 필요한 전문 기술을 즉시 사용할 수 있는 경우는 많지 않습니다. 더불어, 훅업(Hook Up) 및 시운전 중 적절하지 않은 설비는 프로젝트의 건조 기간을 증가시키고 누설, 누출, 안전에 대한 문제를 초래할 수 있습니다. 유체 시스템 제공업체와 현장 상담 을 진행하면 이러한 과제 중 일부를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다.

회전 장비. 펌프, 컴프레서 및 터빈을 비롯한 회전 장비는 전반적인 작동 신뢰성에 있어 필수적인 요소입니다. 가동 중지는 생산 중단 및 이익 손실로 이어질 수 있습니다. 믿을 수 있는 메커니컬 씰 지지 시스템 을 사용하면 회전 장치의 올바른 작동을 유지할 수 있습니다. 메커니컬 씰 유체가 오염되거나 파티클이 있을 경우 씰 수명에 악영향을 줄 수 있습니다. 이와 유사하게, 잘못된 압력 또는 온도의 유체를 공급하면 씰의 조기 파손 또는 치명적인 파손이 발생할 수 있습니다.

터릿 스위블(Turret Swivel) 시스템. FPSO 터릿 스위블(Turret Swivel) 시스템은 FPSO 상부와 해저 시스템 간의 매우 중요한 연결 지점을 제공합니다. 일부 스위블은 이러한 연결에 길이가 긴 호스를 사용합니다. 그러나 호스는 정기적으로 점검해야 하며 사용 후 몇 년이 지나면 교체해야 할 수 있습니다. 고장이 발생하면 수백 만 달러의 비용 손실을 초래하는 생산 중단으로 이어질 수 있습니다. 유연성이 필요한 곳에만 짧은 점퍼(Jumper) 호스를 사용하는 영구적으로 사용 가능한 튜브를 적용한 올바른 설계는 더 높은 신뢰성과 유지보수가 덜 필요한 시설을 제공합니다.

샘플링 시스템. 샘플 채취가 항상 직관적인 과정인 것은 아니며, 시스템 설계는 광범위한 기술적 지식을 필요로 하기 때문에 직원이 모범 사례를 지속적으로 따르는 것은 어려울 수 있습니다. 샘플링 시스템은 샘플의 대표성, 안전성 및 표준화를 보장하기 위해 올바르게 설계하여 작업자가 관리의 연속성, 규정 준수 및 적절한 공정 제어를 유지하는 데 도움이 되어야 합니다.

화학물질 주입(CI) 장치. CI 장치는 신뢰할 수 있는 생산을 지속하기 위해, 생산정에 대한 화학 노출량이 매우 정확하며 반복 가능하도록 유지해야 합니다. 직원과 환경을 보호하려면 누설에 강한 성능이 필수적이며 어떤 형태든 가동 중지 시간이 발생하는 경우 대규모의 생산 손실로 이어질 수 있습니다. 일반적인 CI 시스템은 수백 개의 개별 연결을 필요로 할 수 있습니다.

이러한 애플리케이션의 경우 모든 튜브, 피팅 및 밸브가 동일하게 제작된 것은 아니라는 사실을 기억하는 것이 중요합니다. 누설 없는 밀폐 성능을 유지하도록 설계된 유체 시스템 부품(한 공급업체 부품으로 통일하는 것이 이상적임)을 지정하면 장기적 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 경우에 따라, FPSO가 운영되는 혹독한 대양 환경에서 부식을 방지하려면 더 고품질의 합금을 고려하는 것이 유익할 수 있습니다. 적절한 유체 시스템 공급업체의 재료과학 팀이 선박의 운영 조건에 가장 적합한 합금이 어떤 것인지 아이디어를 제시할 수 있습니다.

FPSO 건조 프로젝트에 적합한 공급업체와 협력

적절한 유체 시스템 솔루션 제공업체는 FPSO 선박 소유주가 필요한 소구경 튜빙 시스템 부품을 한 곳에서 조달할 수 있도록 할 뿐 아니라, 어떤 제품과 재질 구성이 장기간 누설 없는 작동을 제공하며 필요할 때 사용 가능할지에 대한 자문도 제공할 수 있습니다. 또한, 국제 FPSO 선박 건조 프로젝트를 적시에 전체적으로 지원할 수 있도록 전 세계에서 리소스를 동원할 수 있어야 합니다.

적절한 파트너는 또한 사양에 대한 지원을 제공하고, 효율을 추천하며, 특정 애플리케이션 및 패키지에서 비용을 절감할 수 있는 구성을 확인하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 프로젝트가 진행됨에 따라, 협력 관계에 있는 공급업체는 일정을 더 예측하기 쉽도록 프로젝트 전반적으로 현장 재고 및 제품의 가용성을 유지하여 일정 및 물류 관련 복잡성을 관리하는 것을 지원함으로써, 적시에 건조를 완료하는 데 도움이 될 수 있습니다.

FPSO 선박용 소구경 유체 시스템 관련 계획에 참여하고 있다면, 다음 프로젝트를 진행하기 전에 다음 사항을 고려하십시오. “더 효과적으로 작업하고 시스템의 효율성을 개선할 수 있는 방법이 있습니까?” 여기에 대한 대답이 “예”라고 생각한다면, Swagelok 현지 전문가에게 연락하여 다른 작업 방법으로 더 많은 성과를 달성할 수 있는 기회에 대해 논의해보십시오.

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¹FPSO 시장 규모, 점유율, 성장률 및 산업 분석,” Fortune Business Insights