Layout Optimization of FPSO Topside High Pressure Equipment Considering Fire Accidents with Wind Direction

ABSTRACT: The purpose of this study was to find the optimal arrangement o f FPSO equipment in a module while considering the economic value and fire risk. We estimated the economic value using the pipe connections and pump installation cost in an HP (high pressure) gas compression module. The equipment risks were also analyzed usin g fire scenarios based on historical data. To consider the wind effect during a fire accident, fuzzy modeling was applied to improve the accuracy of the analysis. The objective functions consisted of the economic value and fire risk, and the constraints were the equipment maintenance and weight b alance of the module. We generated a Pareto-optimal front group using a multi-objective GA (genetic algorithm) and suggested an equipme nt arrangement method that included the opinions of the designe r. 1. 서 론 지속적인 고유가 현상과 세계적으로 급격하게 증가하는 에너지 수요로 인해 육상에서 개발 가능한 유전으로는 이를 충족시키지 못하므로 해양유전의 의존도가 갈수록 높아지고 있다(SERI, 2012). 석유를 생산하는 해양플랜트 중 FPSO(Floating, production, storage and offloading) 는 선체부분을 원유저장 탱크로 사용하고 갑판에 원유 정제 시스템을 탑재하여 생산설비로 사용한다. 이는 기존의 고정형 해양플랜트에 비해 심해 유전을 개발하는데 유리하며, 한 유전에서 생산을 끝낸 후 다른 유전으로 이동할 수 있다는 이점이 있다 . FPSO의 구조는 크게 심해저시스템(Subsea system), 선체(Hull), 터렛(Turret), 상부구조물(Topside)로 나누어질 수 있으며, 상부구조물은 유틸리티 시스템(Utility system)과 공정 시스템(Processing system) 으로 나누어진다. 상부구조물은 제한된 면적에 많은 수의 장비가 배치되어야 하므로, 공간을 효율적으로 활용하기 위하여 육상플랜트와는 달리 3차원적인 다층 갑판(Multi-deck)에서의 장비배치가 이루어진다. 특히, 상부구조물 중에서 공정 시스템은 화재와 폭발의 위험성이 큰 공정 장비들이 밀집되어 있기 때문에 공간적인 제약조건 내에서 경제성과 위험도 등의 복합적인 요소들이 고려되어야 한다.관련 연구 현황으로 Patsiatzis and Papageorgiou(2002) 는 여러 종류의 육상 화학 공정 플랜트에 대하여 다층 최적배치를 수행하였다. 연결되는 장비사이의 파이프, 펌프의 설치비용과 층의 개수, 면적에 따른 건설비용의 합을 목적함수로 정의하였고, 갑판 크기에 따른 제한조건과 목적함수를 혼합정수선형계획법(Mixed integer linear programming) 의 형태로 풀이하여 최적의 배치를 결정하였다.Park et al.(2011) 은 안전성을 고려한 다층 화학공정플랜트의 장비 최적배치를 수행하였다. 설계변수 및 제한조건과 이들의 수학적 모델링은 Patsiatzis and Papageorgiou(2002) 와 같이 적용하였고, TNT 등가방법(Trinitrotoluene equivalency method)404