СИСТЕМА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ К ПЛАВАЮЩЕМУ СУДНУ
SYSTEM FOR FLUID MEDIUM TRANSPORTATION TO FLOATING VESSEL

Изобретение относится к судостроению и морским техническим средствам для освоения арктического шельфа, а именно к системам для транспортировки углеводородов между подводным терминалом, расположенным на морском дне, и судном, находящимся в зоне дрейфующего льда, в условиях как чистой воды, так и сплошных ледяных полей.
Известна судовая система для загрузки или выгрузки текучей среды, в частности нефти, на судно (RU, п. 2119874, опубл. 10.10.1998 г.), содержащая открытую вниз приемную полость с расположенным в ней запорным механизмом для съемного крепления в приемной полости буя, и буй, который установлен на якоре на дне моря и соединен, по меньшей мере, с одним передающим трубопроводом для транспортировки текучей среды. Буй содержит центральный закрепленный на якоре на дне моря элемент, предназначенный для прохождения текучей среды из передающего трубопровода через соединительное устройство в систему трубопроводов судна, и наружный плавучий элемент, установленный с возможностью вращения на центральном элементе. Приемная полость выполнена по меньшей мере частично конической формы для сопряжения с буем, а судно содержит установленное на его палубе подъемное средство с тросом, опускаемым через приемную полость для соединения с буем и его подъема в эту полость. Приемная полость полностью размещена в погруженной части носового участка судна и соединена с палубой судна шахтой обслуживания, выполненной с возможностью прохода через нее упомянутого троса подъемного средства. При этом приемная полость выполнена с уплотняющим фланцем, расположенным с возможностью уплотнительного контакта с сопрягаемой опорной поверхностью наружного плавучего элемента буя для герметизации шахты обслуживания от окружающего моря при фиксации буя в приемной полости.
Недостатком является трудность использования данной системы при неблагоприятных погодных условиях.
Известен погрузоразгрузочный терминал для погрузки или выгрузки нефтепродуктов (RU, п.2198110, опубл. 10.02.2003), содержащий баржу, имеющую открытую вниз приемную полость, предназначенную для размещения и закрепления с возможностью открепления погружного буя, а также погружной буй, содержащий прикрепленный к дну центральный элемент с каналом для передачи текучей среды от передаточного трубопровода, подсоединенного к центральному элементу, или в этот передаточный трубопровод, а также наружный элемент, установленный с возможностью вращения на центральном элементе для обеспечения вращения баржи вокруг центрального элемента, когда наружный элемент закреплен в приемной полости баржи. Баржа снабжена соединительным средством для соединения канала центрального элемента с линией для передачи среды на соседний танкер, соединенный с баржей, или от него и средствами для подъема и ввода буя в приемную полость.
Недостатком является трудность использования данного терминала в ледовых условиях и при сильном волнении, так как баржа находится на поверхности воды.
Известна соединительная система динамически позиционируемого плавучего объекта для присоединения плавучего объекта к бую, связанному с подводной установкой (RU, п. 2440272, опубл. 20.01.2012). Буй содержит первое соединительное устройство для подсоединения труб и/или линий для передачи текучей среды, управляющих сигналов и/или электроэнергии между буем и динамически позиционируемым плавучим объектом. Буй также содержит опорное устройство, установленное с возможностью бокового перемещения относительно динамически позиционируемого плавучего объекта, ярусную конструкцию вертлюга, смонтированную на опорном устройстве с возможностью перемещения и содержащую второе соединительное устройство для соединения с первым соединительным устройством на буе, запорные устройства для открытия и закрытия, по меньшей мере, одной из труб и/или линий в первом и втором соединительных устройствах в процессе присоединения и отсоединения буя и опору турели для поворота буя относительно динамически позиционируемого плавучего объекта. Для сохранения углового положения буя относительно подводной установки используются данные о положении, получаемые от системы позиционирования динамически позиционируемого плавучего объекта.
Недостатком является более длительный и технически сложный способ соединения передающего трубопровода с соединительным устройством судна.
Известна система загрузки для работы в водах, забитых льдом (RU, п. 2475405, опубл. 20.02.2013), содержащая погружное турельное загрузочное устройство, включающее загрузочно-разгрузочный буй, выполненный с возможностью ввода в открытый вниз приемный отсек судна и разъемного закрепления в этом отсеке, гибкий восходящий трубопровод, проходящий от установки на морском дне к бую и выполненный с возможностью надежного соединения с соответствующим трубопроводом на борту судна, и множество швартовов, соединенных с буем и отходящих от него наружу. Буй и швартовы служат в качестве якорной системы, позволяющей судну поворачиваться наподобие флюгера. Система содержит: защитное устройство для защиты восходящего трубопровода от ударов, когда он находится в вытянутом положении, соответствующем транспортировке груза. Защитное устройство содержит множество отдельных подвешенных друг к другу элементов, через которые проходит восходящий трубопровод, и выполнено с возможностью хранения в положении, в котором его элементы уложены друг на друга вместе с восходящим трубопроводом, находящимся в убранном положении, и защитную структуру, расположенную на морском дне или врытую в него, для хранения и защиты восходящего трубопровода, когда он находится в убранном положении, соответствующем нерабочему состоянию, и защитного устройства, когда оно находится в положении, при котором его элементы уложены друг на друга. Защитная структура содержит средства для хранения восходящего трубопровода в защищенном положении, когда он отсоединен от судна и убран.
Недостатком системы является сложная конструкция установки, расположенной на морском дне, а также длительный процесс подготовки системы загрузки для транспортировки углеводородов.
Известна система для транспортировки текучей среды к плавающему судну или от него (RU, п. 2125949, опубл. 10.02.1999), принятая за прототип, содержащая буй, расположенную на судне открытую вниз приемную полость, предназначенную для приема и соединения с буем, и подъемное средство с тросом, установленное на палубе судна для подъема буя в приемную полость, опускаемым через приемную полость упомянутым тросом. Буй соединен, по меньшей мере, с одним передающим трубопроводом для транспортировки текучей среды и установлен на якоре на дне моря с возможностью удержания погруженным на заданной глубине при его неиспользовании. Также буй выполнен с центральным закрепленным на якоре на дне моря элементом, предназначенным для прохождения текучей среды из передающего трубопровода через соединительное устройство в систему трубопроводов на судне, а также с наружным плавучим элементом, установленным с возможностью поворота на центральном элементе для обеспечения вращения судна вокруг центрального элемента. Приемная полость выполнена со средствами крепления буя в ней и отсоединения буя от этой полости, полость выполнена конической формы, сходящейся по направлению вверх, для по меньшей мере частичного сопряжения с буем, выполненным соответствующей формы. Приемная полость полностью размещена в погруженной части носового участка судна и соединена с палубой судна шахтой обслуживания, выполненной с возможностью прохода через нее упомянутого троса подъемного средства. При этом приемная полость выполнена с уплотняющим фланцем, расположенным с возможностью взаимодействия с сопрягаемой опорной поверхностью наружного плавучего элемента буя для герметизации шахты обслуживания от окружающего моря при фиксации буя в приемной полости.
Недостатком системы является техническая сложность соединения передающего трубопровода с приемной полостью судна.
Техническим результатом является упрощение системы для транспортировки текучей среды к плавающему судну и сокращение времени транспортировки текучей среды.
Технический результат достигается тем, что в системе для транспортировки текучей среды к плавающему судну, содержащей буй, соединенный с гибким передающим трубопроводом для транспортировки текучей среды от подводного оборудования и установленный на якоре на дне моря с возможностью удержания погруженным на заданной глубине при его неиспользовании, расположенную в погруженной части судна открытую вниз приемную полость и подъемное устройство с тросом, приемная полость, выполненная с возможностью прохода через нее буя, передающего трубопровода и швартова, размещена от днища до верхней части судна с наклоном как минимум одной из ее стенок и снабжена в своей верхней части соединенным с ней помещением для оборудования, расположенным в корпусе судна между его погруженной частью и палубой или на палубе и в котором размещены подъемное устройство, и стыковочное и швартовное устройства, выполненные с возможностью соединения соответственно с гибким передающим трубопроводом и швартовыми через приемную полость, подъемное устройство снабжено захватным устройством, выполненным с возможностью захвата и подъема буя и буйрепа и включающим аппарат-носитель и захватный элемент, при этом буй захвата выполнен в виде прочного герметичного корпуса, обладающего положительной плавучестью, с размещенными в нем гидроакустическими и световыми маячками и соединен посредством буйрепа с головной частью гибкого трубопровода, которая соединена с подводным оборудованием швартовом, а подводное оборудование выполнено в виде подводного терминала с донным модулем, на котором установлены гидроакустические и световые маячки, а отгрузочные клапан и насос подводного терминала выполнены с возможностью их включения и отключения по гидроакустическому сигналу.
Аппарат-носитель может быть выполнен в виде телеуправляемого подводного аппарата, оснащенного движительно-рулевым комплексом и телевизионно-оптическим оборудованием. Захватное устройство может быть выполнено в виде рамной конструкции с отсоединяемым узлом присоединения к тросу подъемного устройства и ловителем буйрепа.
Приемная полость может быть установлена наклонно со сдвигом ее нижнего торца относительно верхнего торца к носовой части судна.
Приемная полость может быть установлена вертикально, а одна из ее стенок в погруженной части судна выполнена наклонной, образуя скошенный угол приемной полости у днища.
На фиг.1 представлена система для транспортировки текучей среды в начальный момент, на фиг.2 представлена система для транспортировки во время отгрузки текучей среды, на фиг.3 и 4 представлено захватное устройство, на фиг.5 представлен буй захвата, на фиг.6 представлен другой вариант исполнения приемной полости, где 1 - судно, например танкер, 2 - приемная полость, 3 - стыковочное устройство, 4 - донный модуль подводного терминала, 5 - гибкий передающий трубопровод, 6 - морское дно, 7 - световые маяки донного модуля 4 и буя захвата 8, 8 - буй захвата, 9 - помещение для оборудования, 10 - подъемное устройство, например лебедка, 11 - трос-проводник, 12 - аппарат-носитель захватного элемента 14, 13 - швартовное устройство, 14 - захватный элемент захватного устройства, 15 - узел присоединения захватного устройства к тросу-проводнику 11, 16 - ловитель буйрепа, 17 - буйреп буя захвата 8, 18 - груз-якорь буя захвата, 19 - швартовы подводного терминала, 20 - гидроакустические маячки буя 8 и донного модуля 4, 21 - исполнительное гидроакустическое устройство.
Плавающее судно, например танкер 1 ледового класса, оборудовано открытой вниз приемной полостью 2. Приемная полость 2 размещена от днища до верхней части в носовом участке танкера 1, частично в погруженной его части. Как минимум одна из ее стенок выполнена с наклоном. На фиг.1 и 6 представлены варианты выполнения приемной полости 2. На фиг.6 приемная полость 2 размещена от днища до верхней части судна наклонно со сдвигом ее нижнего торца у днища относительно верхнего торца к носовой части танкера 1. На фиг.1, 2 приемная полость 2 размещена от днища до верхней части танкера 1 вертикально, а одна из ее стенок в погруженной части судна выполнена наклонной, образуя скошенный угол приемной полости 2 у днища ближе к носовой части танкера 1. Приемная полость 2 выполнена с возможностью прохода через нее буя захвата 8, передающего трубопровода 5, швартова 19. Приемная полость 2 снабжена в своей верхней части соединенным с ней помещением для оборудования 9, расположенным в корпусе судна 1 между его погруженной частью и палубой или на палубе. Помещение для оборудования 9 размещено выше ватерлинии танкера 1, а приемная полость 2 вытянута от помещения 9 до днища и соединена с помещением 9. Место размещения помещения 9 зависит от сложности переоборудования танкера. При наличии в танкере грузового отсека размещают помещение 9 в корпусе, что более предпочтительно. При отсутствии или загрузке грузового отсека помещение 9 размещают на палубе при организации обогрева помещения 9. В помещении для оборудования 9 размещены подъемное устройство и швартовное 13 и стыковочное 3 устройства, выполненные с возможностью соединения соответственно с гибким передающим трубопроводом 5 и швартовом 19 через приемную полость 2. Стыковочное устройство 3 танкера 1 и подводного терминала полностью соответствуют устройствам, применяемым для соединения трубопровода или шланга, выходящего из-под воды, к носовой оконечности танкера, и испытаны на практике, в том числе в Арктике, например подводный Варандейский терминал. На небольших глубинах вместо гибкого трубопровода 5 и швартова 19 возможно использование шланга-швартова известных конструкций.
Открытая снизу приемная полость и помещение для оборудования позволяют производить подъем захватного устройства и стыковку с передающим трубопроводом подводного терминала и швартовами в тяжелых погодных условиях и без пересечения ими ледового поля, тем самым сокращая трудоемкость и время проведения стыковки, а также позволяют использовать передающий трубопровод подводного терминала без специальных усилений, предназначенных для защиты от ледовых полей. Выполнение приемной полости с наклоном как минимум одной из ее стенок обеспечивает безопасную стыковку передающего трубопровода со стыковочным устройством судна, исключая возможность перегиба передающего трубопровода подводного терминала при одноякорной швартовке и смещениях судна во время погрузки.
Подъемное устройство предназначено для подъема и спуска буя захвата 8, гибкого трубопровода 5 и швартова 19 через приемную полость 2. Подъемное устройство выполнено в виде лебедки 10, имеющей соответствующий трос-проводник 11, например синтетический канат ⌀0,008 м, выдерживающий нагрузку 0,9 т, и снабжено захватным устройством. Захватное устройство выполнено с возможностью захвата и подъема буя 8 и буйрепа 17 и с возможностью отсоединения от троса-проводника 11. Захватное устройство включает аппарат-носитель 12 и захватный элемент - 14, например, в виде рамной конструкции с отстегивающимся узлом 15 присоединения к тросу-проводнику 11 и ловителем 16 буйрепа 17, например карабин для соединения с буйрепом 17. Аппарат-носитель 12 выполнен в виде телеуправляемого подводного аппарата, оснащенного движительно-рулевым комплексом и телевизионно-оптическим оборудованием, например, типа «Гном» и который получает управляющие сигналы от оператора. (П.п.м. №33550, опубл. 27.10.2003. Глубоководный необитаемый осмотровый микроаппарат). Аппарат 12 может быть оснащен датчиком глубины с точностью 10-20 см и компасом с выводом информации на видеомонитор в режиме «телетекст». Управление аппаратом 12 осуществляют джойстиком с компьютера, находящегося на танкере. На аппарате 12 монтируют отсоединяемый захватный элемент 14. Захватное устройство соединено с подъемным средством танкера 1 тросом-проводником 11 с возможностью его отсоединения от троса-проводника 11.
Использование захватного устройства для обеспечения подъема и соединения с передающим трубопроводом подводного терминала упрощает процесс подъема трубопровода, позволяет упростить систему для транспортировки, сокращает время соединения стыковочного устройства с передающим трубопроводом и экономически выгодно ввиду низкой стоимости захватного устройства и его обслуживания.
Буй захвата 8 соединен с гибким передающим трубопроводом 5 для транспортировки текучей среды от подводного оборудования и установлен на якоре в виде груза 18 на дне моря с возможностью удержания буя захвата 8 погруженным на заданной глубине при его неиспользовании. Груз 18 препятствует всплытию буя захвата 8, предотвращая попадание буя захвата 8 в винты танкера 1. Буй захвата 8 выполнен в виде прочного герметичного корпуса, обладающего положительной плавучестью, с возможностью его прохода через приемную полость 2 танкера 1. На буе захвата 8 размещены гидроакустические 20 и световые 7 маячки. Буй захвата 8 соединен посредством буйрепа 17 с головной частью гибкого передающего трубопровода 5, которая соединена с донным модулем 4 подводного оборудования швартовом 19. Буй захвата 8 используют в качестве проводника передающего трубопровода 5. Буй 8 удерживается на заданной глубине грузом 18, который не позволяет ему всплывать и представлять какую-либо опасность для судоходства.
Использование буя захвата простой легкой конструкции, оснащенной гидроакустическими и световыми маячками, упрощает систему для транспортировки, позволяет быстро распознать буй и поднять его захватным устройством, что сокращает время поиска танкером передающего трубопровода и время транспортировки текучей среды в целом.
Подводное оборудование выполнено в виде донного модуля 4 подводного терминала, на котором установлены гидроакустические 20 и световые 7 маячки, которые позволяют сориентироваться танкеру при подходе к терминалу и сократить время транспортировки. Отгрузочный клапан и отгрузочный насос (не показано) подводного терминала выполнены с возможностью их включения и отключения по гидроакустическому сигналу, поступающему с танкера 1 или с береговой базы, например, с помощью исполнительного гидроакустического устройства 21 донного модуля 4.
Указанные элементы простой конструкции подводного терминала позволяют сократить время транспортировки. Например, может быть установлен подводный терминал, состоящий из донного модуля, масса которого 100 т, диаметр ⌀12 м, высота h=2,5 м, аналогичного Arctic Submerged Loading Terminal - арктического подводного отгрузочного терминала, с гибким трубопроводом в виде отгрузочного шланга Ду500, к которому прикреплен обычный швартовный трос диаметром 0,04-0,08 м в зависимости от размеров танкера.
Система работает следующим образом. Танкер 1 с использованием штатной системы навигации приходит в район расположения донного модуля 4 подводного терминала. Далее с помощью подаваемого с танкера 1 гидроакустического импульса «свой-чужой» включают гидроакустические и световые маячки 7, расположенные на донном модуле 4 и на буе захвата 8. С помощью лебедки 10 танкера 1 через его приемную полость 2 спускают трос-проводник 11 с аппаратом-носителем 12, снабженным захватным элементом 14. Аппарат-носитель 12 с захватным элементом 14 спускают в воду и под управлением оператора направляют на буйреп 17 либо буй 8 головной части гибкого передающего трубопровода 5, ориентируясь на гидроакустические маячки 7. Окончательную наводку захватного элемента 14 на буйреп 17 либо буй 8 осуществляют по световым маячкам 7. После нацеливания на буйреп 17 либо буй 8 за счет хода захватного элемента 14 осуществляют захват буйрепа 17. Затем лебедкой 10 танкера 1 за трос-проводник 11 через приемную полость 2 поднимают буйреп 17, буй 8, аппарат-носитель 12 с захватным элементом 14 в помещение 9 для оборудования. При этом сам гибкий трубопровод 5 остается на месте. В помещении 9 производят отцепление захватного устройства и далее через приемную полость 2 поднимают за буйреп 17 гибкий трубопровод до стыковочного устройства и швартовного устройства танкера 1. Окончательную стыковку трубопровода 5 подводного терминала и танкера 1 и крепление швартова 19 осуществляют в корпусе танкера 1 в помещении 9 по существующей технологии. После проверки герметичности стыковки и готовности систем танкера 1 и подводного терминала по гидроакустическому сигналу, поступающему с танкера 1 или с береговой базы, открывают отгрузочные клапаны подводного терминала и включают отгрузочные насосы. С танкера 1 может быть послан радиосигнал на береговую базу, с которой оператор отправляет гидроакустический сигнал на донный модуль 4. По окончании загрузки танкера 1 аналогично отключают насосы, закрывают клапана подводного терминала, производят расстыковку гибкого трубопровода 5 и швартова 19 и опускают их через приемную полость 2 вместе с буем захвата 8 и буйрепом 17 при помощи лебедки 10 на тросе-проводнике 11 на дно 6. При расстыковке автоматически отключаются маячки 7 донного модуля 4. Буй 8 под весом груза 18 ложится на дно 6. В зимнее время в процессе стыковки-отстыковки и отгрузки текучей среды, например углеводородов, лед вокруг танкера 1 обкалывают дежурным ледоколом.
Таким образом система позволяет упростить систему для транспортировки текучей среды от подводного терминала к плавающему судну и сократить время такой транспортировки.