A Study on the Decommissioning of Oil and Gas Platform

오일 및 가스 플랫폼의 해체에 관한 연구

Abstract

The most recent issue of offshore plants that produce oil and gas are the decommissioning engineering of aged or discontinued platforms. There are many platforms that are being dismantled in the United States, Europe, and areas in Southeast Asia. In particular, more than 400 old platforms in Southeast Asia (Indonesia, Malaysia) are preparing to dismantle. They are spread out across Southeast Asia with a water level of 50 meters and small-scale of less than 10,000 tons. However, this offshore plant decommissioning market is a very suitable market for small and medium-sized shipyards in Korea to enter with their established equipment and engineers. Platform decommissioning is conducted according to decommissioning procedures. However, there are some difficulties in market advances as no developed case studies or process models are established on how platform structures and components are to be dismantled and how the dismantled material is to be reused and recycled. Therefore, this study presented domestic and foreign regulations on the reuse and recycling of oil and gas producing offshore plant platforms, case analyses on developed decommissioning engineering, platform reuse and recycling guidelines, and platform and pipeline decommissioning processes and methods.

1. 서론

최근 오일 및 가스를 생산하는 해양플랜트 산업이 국제 유가 하락으로 매우 어려운 상황이다. 국내 조선 및 해양플랜트 기업들은 다년간에 걸친 많은 실적들을 통하여 풍부한 인프라와 기술자들을 보유하고 있으나, 관련 국제 수주의 저하로 인하여 새로운 산업으로의 진출을 모색하고 있다. 최근 해양플랜트산업과 연관하여 노후되거나, 생산이 중단된 오일 및 가스 생산용 플랫폼(동남아시아지역 400여개)과 파이프라인을 해체하는 산업이 세계적인 환경규제 추세에 맞물려 새로운 산업으로 대두되고 있다[1-6]. 본 연구에서는 해외 선진사례 조사 및 분석을 통하여 해체된 부품 및 구조물들의 재사용 및 재활용 가이드라인, 플랫폼과 파이프라인의 해체 프로세스 및 방법들을 제시하고자 한다.

2. 오일 및 가스 플랫폼 해체 규정

2.1 플랫폼 해체 기본 원리

Table.1은 오일 및 가스 플랫폼의 해체시 재활용, 재사용, 재제조의 의미를 구분하여 제시하였다. 플랫폼 해체 자재의 재활용은 재사용이나 재제조가 경제적이나 기술적으로 어려운 경우 해체를 하여 재료별 선별후에 원소재화 하는 것을 의미한다. 해체 자재를 재사용하지 않고 재활용하는 것으로 결정이 났다면, 해체 과정에서 자재의 마모나 변형을 고려하지 않아도 된다. 플랫폼 해체 자재의 재사용은 구조적으로 보수 및 보강 과정을 수행하면, 재사용이 가능한 플랫폼을 대상으로 해체시 마모나 변형을 최소화하는 것을 고려해야 한다. 플랫폼 해체 자재의 재제조는 해체 과정에서 마모나 변형이 있으면 안되고, 해체 후에 검사, 세척, 수리 및 조정 공정을 수행하고, 최종적으로 재조립하여, 초기상태의 성능을 90%이상 유지할 수 있는 상태로 만드는 것을 말한다.

Table 1. Definition of recycling, reuse and remanufacturing

2.2 플랫폼 재활용/재사용 규정

오일 및 가스 플랫폼의 해체 자재에 대한 재활용이나 재사용과 관련된 국내외 규정을 Table. 2에 나타내었다. 현재 국내외에는 오일 및 가스 플랫폼 해체 자재와 직접적인 관련이 있는 재활용 및 재사용 관련 규정은 미비한 것으로 파악되었다. 주로 폐기물들의 처리와 관련된 규정들이며, 재활용을 촉진하고 장려하는 규정들이 대부분이다.

Table 2. Recycling and reuse regulations

2.3 미국의 플랫폼 해체 관련 규정

미국의 오일 및 가스 플랫폼 해체 관련하여 관리 감독을 맡고 있는 BSEE(Bureau of safety and Environmental Enforcement)의 플랫폼 해체 관련 환경 및 안전관련 규정은 “30 CFR Part 250 Subpart Q”로 해양 광물 시추시설물의 해체에 관한 것으로, GoM(Gulf of Mexico)을 포함한 미국에서 수행되는 모든 오일 및 가스 플랫폼의 해체 작업의 수행절차와 규정 및 허가에 대한 내용을 포함하고 있다.

30 CFR Part 250 Subpart Q의 주요내용은 일반사항(250.1700∼250.1709)으로 해체의 책임, 해체신청서와 보고서의 제출, 해체가능 요건에 대한 내용이고, 영구적 Well Plugging(250.1710∼250.1717)에 관한 내용으로는 모든 유정의 영구 폐쇄 시점, 영구적인 Well 막음 요건, Weltheads와 casings의 제거 깊이에 관한 정보가 규정되어 있다. 또한 임시 폐기된 Well (250. 1721∼250.1723)에 관한 규정으로 해저 보호 장치의 설치시 요건, 임시폐기에서 영구폐쇄로 가는 절차가 명시되어 있다.

플랫폼 및 기타 시설의 제거(250.1725∼250.1731)에 관한 규정은 제거시점 및 절차, 해체 신청서 제출 서류 및 정보, 시설 제거 깊이, 해체 후 제출할 정보 내역등이다.

Site clearance(250.1740∼250.1743)에 관한 규정은 해체후 장애물 제거 증명, 저인망 이용시 요건, Site clearance 확인에 관한 정보들이 있다. 오일 및 가스 파이프라인의 해체에 관한 규정(250.1750∼250.1754)으로는 해체 시점, 해체시와 해체후 제출서류 목록등이 제시되어 있다[7-10].

Gom 지역을 포함한 미국 전역의 노후되거나 생산이 중단된 오일 및 가스 플랫폼의 해체 사업에 참여하고자 할 경우 관련 규정을 세부적으로 분석하고 준비하여야 한다. Table 3은 플랫폼 및 파이프라인의 해체신청서와 보고서의 제출시기와 관련 규정을 나타낸다.

Table. 3. Oil and gas platform decommissioning application and approval process

3. 플랫폼 해체 선진사례 조사

3.1 재사용 및 재활용을 위한 주요 고려 사항

오일 및 가스 플랫폼의 해체시 가장 중요한 요소는 경제성이라고 할 수 있다. 해체 대상 플랫폼을 소유한 기업의 경우 해체후의 자재에 대한 재사용이나 재활용, 또는 재제조를 통한 수익으로 해체에 투입되었던 비용에 대한 부담을 줄이고자 한다.

노후 플랫폼의 해체시 투입되는 비용을 최소화하기 위하여 재사용 및 재활용을 위한 주요 고려 사항으로 제시하고 있는 것은 다음과 같다. 첫째, 화재 예방을 위하여 벽면에 부착하는 방화보온재(Passive fire protection)외에는 모든 부품들이 재활용이 가능하다. 둘째, 부품의 재질이 Stainless steel인 경우는 재판매가 가능하나 해체 단계에서 부품에 마모가 없어야 한다. 셋째, Assembly의 상태가 재사용이 가능하다고 판단되는 경우 재판매가 가능하나 부식이나 마모가 심한 경우는 재활용한다. 넷째, 일반적으로 재판매와 재활용을 결정하는 것은 해체를 의뢰받은 해체업자가 해체 과정에서 임의로 결정하는 것이 통상적으로, 재사용이 가능한 Assembly중에서 고가이며, 시장성이 높은 제품은 재제조(완전분해, 세척, 검사 및 분류, 수리 및 조정, 재조립, 검사)가 가능하다는 가정 하에서 재제조를 통하여 재판매한다. 다섯째, Assembly 중에서 시장수요가 있는 제품(Pump 및 Valve류)은 해체시 발생하는 마모를 최소화하여 재판매한다[11-13].

3.2 플랫폼의 재사용 및 재활용 가이드라인

동남아시아 지역에 분포되어 있는 플랫폼들은 수심 10∼50m이내의 대륙붕에 주로 설치가 되어 있고, 소규모가 많으며, 수명이 보통 20∼30년 이상 되어서 노후화가 많이 진행된 상태로 해체시에 재사용이나 재판매, 재제조를 고려하기는 어렵다.

유럽이나 북미 쪽에 설치되어 있는 오일 및 가스 플랫폼들은 주로 대형이 많은 편이고, 사용 중에 생산량이 감소하면 플랫폼의 수명이 다하지 않았어도 생산을 중지한 플랫폼들이 다수 있다. 플랫폼의 노후화 정도가 심하지 않은 플랫폼은 해체하여 재사용하거나, 재판매를 하여 해체 비용을 절감한다[14].

오일 및 가스 플랫폼은 기본적으로 Fig.1과 같이 10개의 모듈로 구성된다. 각 모듈들은 다수의 Assembly로 구성되고, 각 Assembly는 Equipment들로 결합되어 있다.

Fig. 1 Module structure of the platform

Table. 4는 북미 지역에 위치해 있는 Central North Sea Platform을 대상으로 재사용, 재판매, 재활용 가능 여부를 각 Module, Assembly, Equipment 단위로 분류한 것이다. 사용이 가능한 상태이거나, 재질이 Stainless steel인 경우는 재판매나 재사용이 가능하고, 재질이 강철인 대부분의 부품들은 재활용을 한다.

Table. 4 Classification of parts on the platform

3.3 플랫폼의 해체 프로세스

오일 및 가스 플랫폼 해체 시장은 크게 북미를 포함한 유럽지역과 동남아시아 지역으로 나눌 수 있다. 북미 및 유럽지역의 플랫폼 해체 시장은 대형 메이저업체들이 장악을 하고 있어서 국내 업체들이 진출하기에는 플랫폼 규모는 작으나 400여개의 해체가 필요한 플랫폼이 있는 동남아시아 시장을 목표로 하는 것이 효과적이라고 할 수 있겠다.

소규모의 플랫폼은 Fig.2와 같이 상부 구조와 Jacket, 그리고 플랫폼을 고정하기 위한 2∼8개의 pile로 구성된다. 소규모 플랫폼의 해체는 상부 구조, Jacket을 전체 모듈로 절단을 하고, 크레인으로 들어 올려서 선박을 이용하여 육상으로 운송하는 방식이 일반적이다.

Fig. 2 Structure of Platform

플랫폼은 해체 작업을 진행하기 전과 실제 해체 작업을 진행하면서 전체 구조물을 단순 고철로 재활용하지 않고, 해체된 구조물이나 장비의 상태에 따라서 재사용, 재판매, 재활용 가능 여부를 결정하게 되는데, 이유는 플랫폼의 해체 비용을 절감하기 위함이다. Fig.3은 Table.4와 같이 플랫폼 해체 단계별로 발생되는 각 부품에 대하여 1차적으로 Reuse와 Resale 가능성을 결정하고, 2차적으로 Reuse/Resale 결정 Process에 따라서 Reuse/Resale가 가능한 부품들은 Reuse/Resale process, Reuse/Resale가 불가능한 부품들은 Recycling process로 결정하는 절차를 보여준다[15].

Fig. 3 Main decommissioning Process

오일 및 가스 플랫폼 각 해체 단계에서 모든 부품들은 Reuse/Resale 결정 Process에 따라서 “Reuse/Resale을 할 것인가?”아니면 “Recycling을 할 것인가?”에 대한 결정을 해야 한다. 결정의 중요인지는 Reuse/Resale하기 위해서 추가 투입되는 비용이 Reuse/Resale 판매가치보다 높으면, 대상 부품은 Recycling을 고려하는 Process로 진행하는 것으로 결정된다. 관련 규정들은 규제보다는 Reuse, Resale, Recycling을 장려하고 있다. Fig.4는 Reuse/Resale을 결정하는 프로세스이다.

Fig. 4 Reuse and Resale Decision Process

Fig.4의 Reuse/Resale 결정 Process에 따라서 결정된 부품을 Reuse/Resale 하기 위해서는 대상 부품의 사전 해체와 세척 및 수리 조정을 위한 세부 해체가 필요하다. 세부 해체된 부품들을 세척, 건조한 후에 수리 및 조정의 필요여부에 따라서 수리, 조정, 부품 교체 공정을 수행한 후에 재조립하여 성능 시험을 수행한다. 성능 시험을 만족하지 못하면, 다시 수리 및 조정 공정을 수행해야 한다. 최종적으로 성능 시험을 만족한 부품은 판매를 위하여 내부계약이나 외부계약(위탁업체)을 통하여 판매된다. Fig.5는 Reuse와 Resale 프로세스이다.

Fig. 5 Reuse and Resale Process

Fig.4의 Reuse/Resale 결정 Process에서 최종적으로 Recycling을 하는 것으로 결정이 되었다면, 대상 부품을 분리한 후에 소재 별 분류를 위하여 추가적인 세부 분리를 해야 한다. 1차적으로 비철과 고철로 분류를 하고, Recycling의 주목적인 원 자재화하기 위한 세부 공정들을 수행한다. 세척은 부품에 묻어 있는 이물질을 사전에 완벽하게 제거하여 원자재의 품질을 높이기 위함이다. Fig.6은 해체된 오일 및 가스 생산용 플랫폼 및 파이프라인의 Recycling 프로세스이다.

Fig. 6 Recycling Process

4. 플랫폼 파이프라인의 해체

4.1 파이프라인의 해체 비용

오일 및 가스의 생산이 중단된 플랫폼의 파이프라인은 해체를 하지 않고, 그대로 방치해 두고 있는 경우가 일반적이다. 북미지역 GoM은 마치 거미줄처럼 사용이 중단된 파이프라인들이 해저면에 버려져 있다. 최근에는 환경적인 규제들이 강화되면서 플랫폼뿐만 아니라 파이프라인도 해체하도록 규정들이 제정되고 있다. 파이프라인을 해체하지 않고, 해저면에 방치하게 된 이유는 해체에 소요되는 막대한 비용 때문이다[16-17].

파이프라인의 해체에 소요되는 비용을 산정하기 위하여 중요하게 고려되어야 하는 요소는 현장조건 및 복잡성, 파이프라인의 상태, 해체 전후의 청결수준, 폐기방법, 필요 인력, 해체에 필요한 시설 및 장비 수준, 세척 방법, 오염 물질의 종류 등이다. 각 요소들의 요구되는 정도에 따라서 파이프라인의 해체 비용이 결정된다.

4.2 파이프라인의 세척 방법

오일 및 가스의 생산이 중단되면, 1차적으로 해저에 있는 파이프라인을 다양한 변수 및 특수성을 고려하여 적합한 세척 및 Flushing 방법을 활용하여 세척하고 파이프라인을 Plug를 활용하여 막아야 한다. Fig. 7은 파이프라인의 상태나 잔존 물질에 따른 Pigging과 Flushing 결정 트리를 보여준다.

Fig. 7 Pigging and Flushing Process Decision Tree

파이프라인을 세척하는 방법은 Pigging을 반복적으로 수행하는 기계적 세척과 Methanol등을 활용하는 화학적인 세척(Flushing)방법이 있다.

Pigging이 가능하지 않은 소형 파이프라인은 중화제를 사용하여 화학적 세척을 수행한다.

Flushing을 할 경우 고려해야 할 사항은 첫째, 해수나 불활성 유체를 사용할 것, 둘째, 밀폐된 파이프라인의 오일 함유량은 300ppm이하일 것, 셋째, 파이프라인의 오염정도는 바닷물과 유사하거나 낮을 것, 넷째, 오일 및 가스 파이프라인에 H2S와 같은 산성물질이 함유되어 있지 않은 경우는 생산이 중단된 후 1∼2년 내에 Flushing을 해야 하고, 산성물질이 함유된 파이프라인인 경우는 6개월 이내에 Flushing을 실시해야 한다.

4.3 파이프라인의 해체 방법

4.3.1 Recovery by Reverse Laying 방법

해저면에 위치한 파이프라인의 일정 부분을 절단한 후, 선박의 크레인을 활용하여 파이프라인의 끝단을 선박으로 회수하는 방법으로, 해체선박의 진행방향을 고려시 파이프라인의 해체속도가 빠르다는 장점이 있는 반면, 해당 선박과 해저 파이프라인 회수를 위한 크레인 및 관련 장비의 규모를 고려할 때 경제성이 떨어지는 단점이 있다.

4.3.2 Sectional Recovery 방법

해저면에 설치된 파이프라인을 일정 간격(20m 정도)으로 절단 후 선박의 크레인을 활용하여 회수하는 방법으로 최근 해저 탐사 및 절단 장비의 성능이 발전됨에 따라서 해체 작업 전용 선박 및 관련 장비의 소형화가 가능해졌다.

4.3.3 Reverse Reel Method 방법

가장 간편한 회수 방법으로, 유연하고 직경이 작은 파이프라인의 신속한 회수에 주로 사용된다. 회수될 파이프라인의 끝부분을 끌어올려 Reel에 부착하고 선박이 뒤로 이동하면서 파이프라인을 Reel에 감는 회수 형태이다. Reel에 파이프라인이 최대 용량으로 회수되면, 육상에서 재활용이나 재사용할 수 있는 적당한 길이로 절단한 후 사용한다.

4.3.4 Reverse J-lay Method 방법

J-lay 방법은 기본적으로는 S-lay방법과 유사하나, J-lay 회수 방법은 주로 심해에 있는 파이프라인의 회수에 적용된다. 파이프라인이 회수되어 올라오는 모양이 J나 S자 모양이다.

4.3.5 해저 파이프라인의 매립

현재는 경제적인 측면에서 대부분의 사용이 중단된 파이프라인들은 일부만 회수 되고, 나머지는 매립되거나 자연 폐기되고 있는 실증이다. 매립시 Plug를 활용하여 파이프라인의 절단면을 완벽 봉합한 후 모래를 덮는다. 에너지 요구량이 높고, CO₂ 배출량이 많은 등 다양한 측면에서 파이프라인의 재활용은 좋은 선택은 아니다. 환경적인 측면에서 다수의 국가들이 파이프라인의 해체를 규정화하기 위한 준비를 하고 있는 것으로 파악된다.

4.3.6 해저 파이프라인의 절단

파이프라인의 절단은 수중이나 육상에서 이루어지고, 수중에서는 Diamond Wire Saw를 활용하여 주로 절단이 이루어진다. 육상에서는 주로 Frog cutter를 활용하여 파이프라인을 절단하고 있다. 파이프라인의 재사용을 위해서는 절단면이 깨끗한 Diamond Wire Saw나 Water Jet를 이용하여 절단해야 한다.

4.4 회수된 파이프라인의 활용

4.4.1 파이프라인의 재사용

현실적으로 20∼30년 전에 설치된 파이프라인들은 재료, 지름, 압력이 정확하지 않고, 부식에 의한 손상 때문에 재사용이 어렵다. 작은 지름의 파이프라인은 Reverse laying방법으로 감아 올려 일정 간격으로 절단 후에 부식 방지를 위한 Coating 작업 후에 작동 압력이 낮고, 덜 까다로운 육상에서 재사용되는 경우는 있다.

오일 및 가스 플랫폼에 사용된 파이프라인의 재사용을 위한 전제조건은 내⋅외부 부식 및 마모 정도, 외부 부식 방지를 위한 Coating 손상 유무, Pipeline의 절단된 부위의 용접 접합이 용이하게 절단면의 손상 유무이다.

회수되고, 절단된 파이프라인을 재사용하기 위해서는 내부 Pigging 작업과 도색등 수리나 조정, 검사 공정을 수행한 후에 파이프라인을 동일한 조건의 Field에 재 설치한다.

4.4.2 파이프라인의 재활용

파이프라인의 회수는 해저에 잔해를 남기지 않고, 원소재를 재활용하는 측면에서 지속가능하고 친환경적으로 장려되어야 한다. 고철은 파쇄 후에 재활용, 알루미늄 및 아연은 분리하여 재활용, 폴리머 코팅은 플라스틱으로 재활용되고 있다. 해저에서 회수된 파이프라인을 재활용하기 위해서는 재질별 분류가 가장 중요하다. 내부 부식 방지를 위한 합금과 외부 Carbon Steel을 분류하여야 한다. 파이프라인 절단시 절단면을 고려할 필요는 없다.

4.5 파이프라인의 해체 프로세스

오일 및 가스 플랫폼에 사용되었던 파이프라인의 해체를 위한 프로세스는 Fig. 8과 같다.

Fig. 8 Pipeline Decommissioning process

해체(Decommissioning) 방법들을 결정하는 Pre-Decommissioning 단계, 실제로 해체, 절단, 세척등 공정이 수행되는 Decommissioning 단계, 해저에 남아있는 파이프라인에 대한 사후관리(파이프라인 상태 검사/조사/모니터링)등을 수행하는 Post-Decommissioning 단계로 나눌 수 있다. 현장에서의 플랫폼 및 파이프라인의 실제 Decommissioning 기간은 6개월 정도로 Pre-Decommissioning 단계에 5개월이 소요되고, 실제 해체 작업이 일어나는 Decommissioning단계는 최대 1개월 이내이다.

Pre-Decommissioning 단계에서는 해체 될 파이프라인의 해체 방법을 결정하기 위해서 가장 우선적으로 고려해야 될 요소들인 파이프라인의 크기(구경과 길이), 유형, 환경, 수심 등의 정보 파악, 해체 계획수립, 환경영향평가 실시, 비용 분석, 파이프라인의 주변시설 및 연결 장비 조사 업무를 수행한다. 이 단계에서 도출된 결과를 바탕으로 다양한 파이프라인 절단 및 회수 방법 중에서 최적의 방법을 결정하게 된다. 해저에 있는 파이프라인은 다양한 변수들이 존재하기 때문에 해체발주업체와 해체전문업체가 Pre-Decommissioning 단계에서 결정된 내용을 바탕으로 가장 해체 비용이 적게 투입되는 경제적인 방법과 환경적인 측면이 고려된 방법을 결정하는 것이 통상적이다. Decommissioning 단계에서는 해체시의 환경 오염 방지를 위하여 파이프라인 내부를 세척하고, 파이프라인 끝단 분리 및 연결된 구조물 제거작업 수행, 파이프라인 해체 및 회수작업을 수행한다.

5. 결론

본 연구에서는 오일 및 가스 생산용 플랫폼 및 파이프라인의 해체 및 처리 국내외 관련 규정을 분석하여 제시하였다. 관련 규정들은 세계적인 환경 규제의 강화와 맞물려 계속적으로 규제가 심해지고 있는 실증이다. 그리고 북미 지역에 위치한 대형 플랫폼을 대상으로 해체된 구조물 및 장비의 재사용, 재활용, 재판매 가이드라인을 제시하였다. 조사결과 대부분이 고철로 재활용되고 있었고, 일부 부품들은 재사용이나 재판매가 이루어지고 있었다. 플랫폼의 해체 프로세스를 해체후 재사용, 재판매, 재활용을 고려하여 제시하였는데, 이는 해체 비용을 절감하기 위하여 반드시 필요하다. 노후화되거나 사용이 중단된 플랫폼 및 파이프라인이 해체가 되지 않고 해상이나 해저에 방치되는 이유는 막대한 해체비용 때문이다. 마지막으로 파이프라인의 해체 방법과 해체 프로세스를 제시하였다.

오일 및 가스 생산용 플랫폼 및 파이프라인의 해체 세계 시장은 아직 초창기하고 할 수 있다. 동남아시아지역에 위치한 400여개의 플랫폼 해체 시장은 국내 중소조선소들이 진출하기에 훌륭한 신사업 영역이다. 본 논문에서 제시한 플랫폼 및 파이프라인의 해체 가이드라인과 방법들을 활용하여, 국내 기업들이 관련 산업에 진출하고 관련 시장 장악과 핵심 기술을 확보하는데 활용될 것으로 기대한다.

후기

본 논문은 산업통상자원부 산업기술기반구축사업 친환경선박수리 및 개조플랫폼구축사업(연구과제번호:NK200054)에 의하여 연구되었습니다.