다층 구조를 갖는 프로세스 플랜트에서 배관 경로를 고려한 최적 배치

Abstract

FPSO(Floating Production, Storage and Offloading)와 같은 해양 플랜트의 설계에서, 해상 구조물 위의 한정적인 영역에 다수의 장비를 공정에 맞춰 배치해야 하는 문제는 설계에 있어 매우 중요하다. 최근 다수의 해양플랜트는 단층이 아닌 다층 topside 구조를 가지고 있으며, 반응로와 같은 일부 장비는 여러 층에 걸쳐 배치되어야 하기 때문에 매우 복잡한 문제이다. 일반적으로 장비 배치 설계 후 파이프 설계를 진행하게 되지만, 상세 설계 단계로 이르면 최적 배치를 수행하기 위해서 배관과 배치는 함께 다뤄져야 한다. 하지만, 현존하는 대다수의 연구들은 기본 설계 단계에서 수행되는 장비 배치만 수행하거나, 상세 설계에서 수행되는 배관 설계 최적화를 장비는 고정시킨 채 수행하였다. 하지만 상세 설계단계에서는 시공 전 마지막으로 검토하는 단계이므로 모든 수준에서의 최적화가 필요하다. 따라서 상세설계에서 이루어지는 배관 설계의 경우, 배관 설계에 따라 재배치를 통해 장비 배치 최적화 작업이 필수적이다. 본 연구에서는 배관 설계를 위해 다양한 배관 룰에 따라 배관 경로를 설계하며 동시에 국부적으로 장비의 위치와 방향을 조절하면서 최적 배치를 수행하였다. 최소한의 길이와 곡관 부분의 수를 가진 배관 경로를 얻기 위하여 기존의 A* 알고리즘을 개선하여 적용하였다. 또한 배관과 배치를 동시에 고려하는 효과를 기대할 수 있는 알고리즘을 도입하여 완전한 수준의 최적 배치를 수행하였다. 제안된 알고리즘의 정당성을 입증하기 위하여, 기본설계단계에서 완료한 초기 배치를 이용하여 제안된 알고리즘을 수행하여 결과 값을 비교하였다. 또한 실제 엔지니어가 설계한 예시에 배관 경로 최적화를 적용하여 현실에서의 적용 가능성을 검증하였다.