ПЕРЕДАЮЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ, ПЕРЕДАЮЩАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА И/ИЛИ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
TRANSFER STRUCTURE, A TRANSFER SYSTEM AND A METHOD FOR TRANSFERRING LIQUEFIED NATURAL GAS AND / OR TRANSMITTING ELECTRIC POWER

Настоящее изобретение относится к передаче текучих сред между плавучей конструкцией, например, танкером для сжиженного природного газа (СПГ-танкером), и плавучим или неплавучим объектом, а также к передаче электрической энергии между плавучим или неплавучим объектом и плавучей конструкцией.
Настоящее изобретение, в частности, пригодно для использования на мелководье и в криогенных целях в связи с проблемами, связанными с большим весом изолированных передающих трубопроводов для криогенного применения, и для упрощения традиционных процессов продувки и предварительного охлаждения. Можно предположить, что настоящее изобретение станет достойной альтернативой для более или менее закрытых акваторий, где условия окружающей среды не такие суровые, как на открытой воде. Настоящее изобретение также может быть использовано для передачи электрической энергии на судно или с судна, например, круизного судна, которому может потребоваться дополнительная подача электрической энергии в случае его прибытия в пункт назначения, где отсутствуют необходимые портовые сооружения для приема крупных кораблей.
В настоящее время для передачи текучих сред умеренной температуры с судна на берег используют, помимо прочего, погружной гибкий шланг, который поднимается от морского дна и напрямую соединяется с трубопроводным коллектором судна. При передаче криогенных жидкостей через любой трубопровод, находящийся в контакте с водой, чтобы избежать возникновения избыточных тепловых потерь и скапливания внешнего слоя льда, необходимо обеспечить изоляцию трубопровода по всей его поверхности, что приводит к значительному увеличению веса на метр такого трубопровода по сравнению с трубопроводами для передачи текучих сред умеренной температуры. В результате, в случаях с криогенными жидкостями манипулирование трубопроводами с помощью подъемного оборудования судна и трубопроводного коллектора часто является затруднительным. Кроме того, передача криогенных жидкостей требует предварительного охлаждения транспортирующих трубопроводов для предотвращения интенсивного парообразования. Предварительное охлаждение следует проводить сразу перед операцией передачи, причем указанную операцию следует начинать вскоре после прибытия дистрибуционного танкера для обеспечения экономически эффективной перевозки груза. Более того, манипулирование большим объемом криогенных текучих сред требует осуществления особых мер для сведения к минимуму опасности их разлива в случае возникновения какой-либо неисправности. В результате, в операции по передаче криогенных текучих сред часто вводят системы противоаварийной защиты, муфты аварийного отсоединения и особые системы отслеживания.
В области морской нефтедобывающей промышленности широко используют загрузочные системы, содержащие различные типы плавучих объектов. Условия окружающей среды в открытом море часто бывают суровыми, что существенно повышает требования к системам и затраты на их эксплуатацию в таких условиях.
В патенте США №8.286.678 В2 раскрыто устройство для передачи текучей среды, обеспечивающее передачу текучей среды между передающим судном и транспортирующим судном, и содержащее швартовное приспособление, выполненное с возможностью съемного присоединения к транспортирующему судну. При этом швартовное приспособление содержит трубопровод для текучей среды, выполненный с возможностью соединения с транспортирующим судном.
В частности, известное устройство для передачи текучей среды содержит позиционирующий рычаг, установленный на передающем судне и управляемый гидравлической системой, и ферменный рабочий орган, прикрепленный к указанному позиционирующему рычагу так, что обеспечена возможность перемещения ферменного рабочего органа со всеми шестью степенями свободы при перемещении ферменного рабочего органа в требуемое положение. К ферменному рабочему органу прикреплены швартовные панели для присоединения ферменного рабочего органа к корпусу транспортирующего судна. Таким образом, можно активно управлять ферменным рабочим органом и перемещать его посредством позиционирующего рычага в случае присоединения ферменного рабочего органа к транспортирующему судну. Более того, к транспортирующему судну швартуется только ферменный рабочий орган. Перегружающее судно перемещается свободно относительно транспортирующего судна во время передачи текучей среды и удерживается в заданном положении посредством динамической позиционирующей системы двигателей. Наличие такой динамической позиционирующей системы приводит к значительному увеличению как начальных затрат, так и затрат на эксплуатацию судна.
Кроме того, существует ряд проблем, связанных с указанной известной системой развертывания. Данная система развертывания увеличивает вес палубных конструкций передающего судна. При этом система развертывания, содержащая позиционирующий рычаг и ферменный рабочий орган, представляет собой сложную систему и, соответственно, значительно увеличивает начальные и эксплуатационные затраты, при этом она подвержена возникновению неисправностей во время использования. Более того, для обеспечения установки трубопровода для текучей среды на швартовной системе, швартовное приспособление следует закреплять на самом верхнем участке надводного борта плавучей конструкции, что неблагоприятным образом приводит к увеличению веса и высоты перекачивающего судна для заданных размеров.
Цель настоящего изобретения заключается в сведении к минимуму вышеуказанных проблем.
В частности, цель настоящего изобретения состоит в обеспечении системы, которую можно использовать для передачи текучей среды и/или передачи электрической энергии между плавучей конструкцией и плавучей и/или неплавучей конструкцией.
Кроме того, цель настоящего изобретение заключается в обеспечении системы, пригодной для использования в относительно закрытых акваториях, где ветер и погодные условия не являются такими суровыми, как в открытом море, и на мелководье.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит обеспечении системы для передачи текучей среды и/или передачи электрической энергии, имеющей упрощенную конструкцию и отличающейся низкими затратами на строительство и эксплуатацию по сравнению с известными из уровня техники передающими системами.
Эти цели были достигнуты благодаря передающей конструкции согласно пункту 1 формулы изобретения, передающей системе согласно пункту 14 формулы изобретения, способу передачи текучей среды согласно пункту 22 формулы изобретения и применения передающей конструкции и передающей системы согласно пункту 26 и 28, соответственно. Дополнительные признаки настоящего изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы настоящего изобретения.
В настоящем изобретении обеспечена полупогружная плавучая передающая конструкция для передачи текучей среды между плавучей конструкцией и плавучим или неплавучим объектом и/или для передачи электрической энергии между плавучим или неплавучим объектом и плавучей конструкцией. Передающая конструкция содержит по меньшей мере одно средство присоединения, установленное на передающей конструкции для разъемного присоединения передающей конструкции к плавучей конструкции, причем указанное по меньшей мере одно средство присоединения установлено с возможностью пассивного перемещения относительно передающей конструкции.
Плавучая конструкция может представлять собой морское судно, перевозящее текучую среду, например, СПГ (сжиженный природный газ), или судно другого типа, например, круизное судно, или платформу.
Плавучий или неплавучий объект - это объект, который может представлять собой судно, например, танкер, если он является плавучим объектом. Если указанный объект является неплавучим, то он может представлять собой, например, объект с опорой на сушу или на пристань, или подобную конструкцию, содержащую элементы, закрепленные на дне моря. Если передающую конструкцию используют для передачи текучей среды, то плавучий или неплавучий объект, как правило, содержит, по меньшей мере, средство для хранения текучей среды, например, резервуары для хранения, и средство для хранения по меньшей мере одной передающей линии, соединяющей указанное средство хранения и передающую конструкцию во время операции по передаче указанной текучей среды. Если передающую конструкцию используют для передачи электрической энергии между плавучей конструкцией и плавучим или неплавучим объектом, по возможности в сочетании с перегрузкой текучей среды, то указанный плавучий или неплавучий объект содержит источник электрической энергии, как правило, электросеть, к которой может быть присоединена передающая линия для передачи электрической энергии к плавучей конструкции. Также может происходить передача электрической энергии от плавучей конструкции к плавучему или неплавучему объекту. В данном случае плавучая конструкция содержит источник электрической энергии, например, один или более генераторов.
Передающая конструкция, предпочтительно, представляет собой мелководную передающую конструкцию. Это значит, что передающая конструкция особенно подходит для использования в водах с небольшой глубиной. Передающая конструкция, предпочтительно, имеет максимальную осадку в спокойной воде, не превышающую 5 метров. В прибрежных водах условия окружающей среды обычно намного мягче, что существенно снижает требования и затраты на установку для функционирования в указанных условиях. Таким образом, настоящее изобретение, благодаря небольшой осадке, особенно подходит для использования при более мягких условиях окружающей среды и на мелководье.
Пассивно перемещаемое средство присоединения выполнено таким образом, что указанное средство присоединения или передающая конструкция не содержит какого-либо средства для активного изменения положения средства присоединения относительно платформы, то есть, указанное по меньшей мере одно средство присоединения установлено на передающей конструкции с возможностью пассивного перемещения относительно передающей конструкции. Только внешние силы, то есть, действующие со стороны плавучей конструкции на средство присоединения, могут изменить положение средства присоединения относительно передающей конструкции.
Указанное средство присоединения предпочтительно содержит одну или более вакуумных панелей и/или электромагнитных панелей, при этом средство присоединения может содержать любое другое пригодное средство, которое можно использовать для разъемного присоединения передающей конструкции к стороне плавучей конструкции, например, корпусу корабля, во время операции по передаче.
Передающая платформа также служит для поглощения растягивающих сил в по меньшей мере одной передающей линии, возникающих в результате воздействия окружающей среды на указанную по меньшей мере одну передающую линию, например, воздействия ветра, волн или течений, и надежного распределения этих сил через указанное средство присоединения по корпусу плавучей конструкции, к которой оно крепится.
Таким образом, настоящее изобретение особенно пригодно для передачи криогенных жидкостей, таких как, например, сжиженный природный газ, сжиженный углеводородный газ, сжиженный углекислый газ, или сжиженный азот. Настоящее изобретение также предлагает эффективную и безопасную альтернативу для передачи различных других сред, таких как, например, жидкие нефтепродукты, продукты нефтепереработки, электричество, вода или газ.
Кроме того, в случае передачи криогенной текучей среды, для предотвращения интенсивного парообразования, передающая платформа обеспечивает возможность предварительного охлаждения передающих трубопроводов перед началом передачи криогенной текучей среды. Использование передающей конструкции означает, что предварительное охлаждение можно осуществить сразу перед операцией передачи, и что указанную операцию можно начать вскоре после прибытия распределительного судна. Передающая платформа также позволяет предусмотреть все необходимое аварийно-спасательное оборудование, например, системы противоаварийной защиты, муфты аварийного отсоединения и особые системы отслеживания.
Предпочтительно, указанное пассивно перемещаемое средство присоединения обеспечивает возможность свободного относительного вертикального поступательного перемещения и относительного вращения передающей конструкции вокруг горизонтальной оси, и пассивно ограничивает относительное горизонтальное поступательное перемещение и относительное вращение вокруг вертикальной оси между плавучей конструкцией и передающей конструкцией.
Передающая конструкция дополнительно выполнена с возможностью ее перемещения и позиционирования посредством внешних средств перемещения и позиционирования. Передающая конструкция предпочтительно является немоторизированной, а это значит, что передающая конструкция не имеет движущего средства для перемещения или позиционирования передающего судна в воде. Для того чтобы перемещать передающую конструкцию между рабочим и нерабочим периодами и позиционировать передающую конструкцию относительно плавучей конструкции во время процедуры присоединения к плавучей конструкции или отсоединения от плавучей конструкции, передающую конструкцию оснащают внешними средствами перемещения и позиционирования. Например, передающая конструкция может иметь причал и якорные средства для судна, например, одно или более отбойных устройств, или средство присоединения для одной или более тяговых лебедок. Такие судна могут, например, содержать буксиры или рабочие катера. При использовании лебедок система может быть оснащена одной лебедкой на плавучей конструкции, для оттягивания передающей конструкции от ее положения швартовки и перемещения к плавучей конструкции, и другой лебедкой в положении швартовки для оттягивания передающей конструкции от плавучей конструкции обратно в положение швартовки. Другой вариант заключается в обеспечении лебедки на передающей конструкции и троса лебедки, который проходит по бесконечной петле между положением швартовки передающей конструкции и пришвартованной плавучей конструкцией или буем, находящимся рядом с плавучей конструкцией. Альтернативно, при условии, что глубина воды позволяет, передающая конструкция может содержать один или более винтов для перемещения передающей конструкции.
Передающая конструкция предпочтительно содержит верхнюю палубу и множество проходящих сквозь поверхность колонн, имеющих определенный диаметр, или характеризующий, диаметр, причем указанные колонны расположены друг от друга на расстоянии, которое предпочтительно в четыре раза превышает указанный, или характеризующий, диаметр. Оказалось, что такая компоновка передающей конструкции снижает реакции на волновые возбуждения. При соединении двух независимых плавучих конструкций, например, передающей конструкции и плавучей конструкции, небольшие относительные перемещения являются целесообразными. Значительные относительные перемещения чрезмерно усложняют конструкцию соединительной системы, а также приводят к усложнению операции соединения и накладывают существенные требования к воздушным шлангам, и как следствие, отрицательно влияют на многие аспекты обеспечения безопасности и работоспособности оборудования. Поскольку перемещения передающей платформы передаются на оконечное устройство трубопровода, значительные перемещения платформы дополнительно уменьшают усталостную стойкость трубопровода. Таким образом, малая реакция на волновые возбуждения является благоприятной.
Передающая конструкция, содержащая верхнюю палубу и множество проходящих сквозь поверхность колонн, может иметь колонны, оснащенные соответствующими телескопическими элементами, например, выталкивателями, на их нижних концевых участках, причем указанные телескопические элементы выполнены с возможностью перемещения между верхним положением и нижним положением для обеспечения регулирования соответствующих продольных длин указанных колонн. Колонны могут иметь камеру, то есть свободное пространство для текучей среды, причем каждая камера ограничена соответствующими колоннами и телескопическими элементам так, что объем камеры является переменным и зависит от вертикального положения телескопического элемента относительно колонны. Телескопические элементы выполнены с возможностью перемещения вертикально вдоль колонн, тем самым, обеспечивая переменный объем свободного пространства внутри телескопических элементов, что позволяет менять осадку передающей конструкции без изменения высоты надводного борта передающей конструкции. Вертикальное перемещение телескопических элементов может быть осуществлено посредством гидравлического устройства «поршень/цилиндр». При этом камеры предпочтительно имеют по меньшей мере одно сквозное отверстие для окружающей среды, например для обеспечения возможности втекания и вытекания воды из указанных камер. Альтернативно, указанное вертикальное перемещение может быть осуществлено посредством насоса для нагнетания жидкости в свободное пространство для увеличения длины колонн и выкачивания жидкости из свободного пространства для уменьшения длины колонн. При выкачивании жидкости из свободного пространства, воздействие вакуума обеспечивает вытягивание телескопических элементов.
Передающая конструкция предпочтительно содержит соединительное устройство, к которому может быть разъемно подсоединена по меньшей мере одна воздушная передающая линия. Указанное соединительное устройство выполнено с возможностью соединения с по меньшей мере одной передающей линией между плавучим или неплавучим объектом и передающей конструкцией. Таким образом, при эксплуатации передающей конструкции, текучая среда может протекать через воздушную передающую линию и передающую линию от плавучей конструкции к плавучему или неплавучему объекту, или через указанные передающие линии может передаваться электроэнергия от берегового объекта к плавучей конструкции. Когда не происходит ни передачи текучей среды, ни передачи электрической энергии, воздушная передающая линия может храниться на передающей конструкции или на плавучей конструкции.
Для передачи текучей среды между плавучей конструкцией и плавучим или неплавучим объектом, соединительное устройство может представлять собой трубопроводный коллектор, к которому могут быть подсоединены передающие линии для транспортировки текучей среды между плавучей конструкцией и плавучим или неплавучим объектом. Для передачи электричества между плавучей конструкцией и плавучим или неплавучим объектом, соединительное устройство может представлять собой электрическое подключающее устройство, к которому могут быть подсоединены передающие линии для передачи электрической энергии между плавучим или неплавучим объектом и плавучей конструкцией.
В настоящем изобретении также предложена передающая система для передачи текучей среды между плавучей конструкцией и плавучим или неплавучим объектом или электрической энергии между плавучим или неплавучим объектом и плавучей конструкцией. Заявленная передающая система содержит раскрытую выше полупогружную плавучую передающую конструкцию, по меньшей мере одну передающую линию и средства хранения, предназначенные для хранения указанной передающей линии, когда передающая система не используется. Указанная по меньшей мере одна передающая линия проходит между передающей конструкцией и указанным средством хранения, причем по меньшей мере одна передающая линия соединена:
- со средствами хранения, предназначенными для хранения текучей среды, переданной с плавучей конструкции или передаваемой на плавучую конструкцию; или
- с трубопроводом для текучей среды, переданной с плавучей конструкции или передаваемой на плавучую конструкцию; или
- с источником электроэнергии для передачи электроэнергии на плавучую конструкцию или с плавучей конструкции.
В перегруженных портах и гаванях целесообразным является применение временных установок, которые могут быть полностью или частично удалены из портового бассейна между операциями по транспортировке. Указанная передающая система представляет собой плавучую и подвижную систему, которая в случае ее неиспользования может быть отведена, чтобы не препятствовать местному морскому перемещению и свести к минимуму опасность повреждения передающей трубы в результате подводного контакта.
Указанная система содержит многоточечную швартовную систему, к которой можно пришвартовать плавучую конструкцию так, чтобы плавучая конструкция была нефлюгирующей. Указанная многоточечная швартовная система предотвращает флюгирование и, тем самым, гарантирует целостность плавучих передающих линий. Многоточечная швартовная система может иметь различные конфигурации и сложность в зависимости от местных условий окружающей среды, глубины дна и диапазона размеров плавучих конструкций, которые будут использовать данную швартовную систему. Как правило, многоточечная швартовная система содержит соответствующие якоря в зависимости от структуры грунта дна, соединенные с поверхностными буями посредством цепей или тросов из растительных волокон или их комбинации.
Передающая система предпочтительно содержит доковое сооружение для хранения передающей конструкции в случае ее неиспользования. Передающая конструкция между операциями транспортировки предпочтительно находится в пришвартованном состоянии, например, она пришвартована к посту швартовки, пирсу или другому подходящему швартовному средству. Во время операции транспортировки текучей среды или передачи электрической энергии, передающая конструкция не пришвартована и временно прикреплена к плавучей конструкции.
Указанная система может содержать судно для перемещения полупогружного передающего судна между доковым сооружением и плавучей конструкцией и для управления передающим судном во время присоединения к плавучей конструкции или отсоединения от плавучей конструкции. Указанное судно обычно представляет собой буксир или рабочий катер, но может представлять собой любое подходящее судно, обеспечивающее возможность пермещения передающей конструкции между доковым сооружением и плавучей конструкцией и управления передающей конструкцией в процессе присоединения передающей конструкции к плавучей конструкции или отсоединения передающей конструкции от плавучей конструкции. Альтернативно, одна или более лебедок могут быть использованы для перемещения передающей конструкции между станцией швартовки и пришвартованной плавучей конструкцией. Альтернативно, при условии, если позволяет глубина дна, передающая конструкция может иметь один или более винтов для перемещения передающей конструкции.
Передающая линия предпочтительно является гибкой, причем средства хранения для передающей линии содержит по меньшей мере один барабан, роторный стол или короб, на которые может быть намотана передающая линия в случае, когда передающая система не эксплуатируется. Альтернативно, средства хранения для передающей линии содержат множество роликов, на которые, в случае неиспользования передающей системы, может опираться передающая линия для обеспечения возможности втягивания ее обратно в положение хранения без наматывания. Передающая линия предпочтительно имеет по меньшей мере один элемент обеспечения плавучести, благодаря которому передающая линия удерживается на поверхности воды или погружена в воду.
Средства хранения для передающей линии предпочтительно расположены на берегу или на неплавучей конструкции, например, на пирсе, или на плавучей конструкции, например, на судне, содержащем резервуары для хранения текучей среды и/или передающие средства, обеспечивающие возможность передачи электрической энергии, или на самом передающем судне. Указанные средства хранения могут быть выполнены в виде по меньшей мере одного барабана, так что передающая линия может быть намотана на указанный барабан. Указанные средства хранения также могут быть выполнены в виде роторного стола или короба, на который может быть намотана передающая линия, или в виде роликов, если передающая линия хранится в ненамотанном виде, то есть, по существу, в прямом состоянии.
Кроме того, в настоящем изобретении обеспечен способ передачи текучей среды между плавучей конструкцией и плавучим или неплавучим объектом и/или передачи электричества между плавучим или неплавучим объектом и плавучей конструкцией, причем указанный способ содержит следующие этапы:
- швартуют плавучую конструкцию к многоточечной швартовной системе так, чтобы плавучая конструкция была нефлюгирующей;
- перемещают вышеуказанную полупогружную плавучую передающую конструкцию от докового сооружения к пришвартованной плавучей конструкции, и затем или одновременно разматывают передающую линию, через которую следует передавать текучую среду или передавать электрическую энергию;
- разъемно присоединяют передающую конструкцию к внешней поверхности плавучей конструкции с помощью пассивного перемещаемого средства присоединения, установленного на передающей конструкции;
- обеспечивают по меньшей мере одну воздушную передающую линию между плавучей конструкцией и передающей конструкцией так, чтобы обеспечить возможность передачи текучей среды между плавучей конструкцией и плавучим или неплавучим объектом, или так, чтобы обеспечить возможность передачи электрической энергии между плавучим или неплавучим объектом и плавучей конструкцией;
- передают текучую среду и/или передают электрическую энергию через передающие линии, соединяющие плавучую конструкцию и плавучий или неплавучий объект.
Для перемещения передающей конструкции между доковым сооружением, где передающая конструкция пришвартована, когда ее не используют, и плавучей конструкцией, и для позиционирования и/или управления передающей конструкцией во время присоединения передающей конструкции к плавучей конструкции или отсоединения передающей конструкции от плавучей конструкции предпочтительно используют судно. Альтернативно, для перемещения передающей конструкции между доковым сооружением и плавучей конструкцией, можно использовать одну или более лебедок.
В случае, когда передающая система не используется, передающую линию можно хранить по меньшей мере на барабане, роторном столе или коробе. Альтернативно, передающую линию можно хранить на роликах, на которые передающая линия опирается.
В случае, когда передающая система не используется, передающая конструкция предпочтительно пришвартована к доковому сооружению.
Раскрытую выше передающую конструкцию и/или передающую систему можно использовать для передачи криогенной жидкости, например, сжиженного природного газа (СПГ), между плавучей конструкцией и плавучим или неплавучим объектом. Раскрытая выше передающая конструкция и/или передающая система также могут быть использованы для передачи электрической энергии между плавучим или неплавучим объектом и плавучей конструкцией.
Различные преимущества настоящего изобретения станут очевидны для специалиста в данной области техники после прочтения нижеследующего подробного раскрытия предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, не имеющих ограничивающего характера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 на виде сверху показана компоновка передающей системы согласно настоящему изобретению.
На фиг 2 на виде сбоку показана компоновка передающей системы согласно настоящему изобретению.
На фиг. 3 на виде сверху показана передающая система с передающей конструкцией, поставленной на якорь у докового сооружения.
На фиг. 4 на виде сбоку показана передающая конструкция согласно настоящему изобретению, причем проиллюстрированы возможные перемещения пассивно перемещаемого средства присоединения передающей конструкции.
На фиг. 5 на виде сверху показана передающая конструкция согласно настоящему изобретению, причем проиллюстрированы возможные перемещения пассивно перемещаемого средства присоединения передающей конструкции.
На фиг. 6 на виде сверху показана передающая конструкция согласно настоящему изобретению.
На фиг. 7 на виде сбоку показана передающая конструкция согласно настоящему изобретению.
На фиг. 8 на виде сбоку показана телескопическая колонна передающей конструкции согласно настоящему изобретению, содержащая механизм «поршень/цилиндр» для обеспечения телескопического перемещения.
На фиг. 9а-с на виде сбоку показана телескопическая колонна передающей конструкции согласно настоящему изобретению, содержащая насос для обеспечения телескопического перемещения.
На фиг. 10 на виде сверху показана передающая система согласно настоящему изобретению, причем передающая линия втянута назад на роликах во время нерабочих периодов.
На фиг. 11 на виде сверху показана передающая система с фиг. 10 в рабочем режиме
На фиг. 12 на виде сверху показана передающая система согласно настоящему изобретению, при транспортировке текучей среды или передаче электричества к плавучему объекту или с плавучего объекта.
Рассмотрим фиг. 1, 2, 3 и 12, на которых схематично показана передающая система согласно настоящему изобретению. Плавучая конструкция 1, как правило, представляющая собой СПГ-танкер, пришвартована к многоточечной швартовной системе 42, содержащей множество буев 7, закрепленных якорями на морском дне и распределенных так, что когда плавучая конструкция 1 пришвартована к швартовной системе 42, указанная плавучая конструкция является нефлюгирующей, то есть, плавучая конструкция, по существу, удерживается в заданном положении независимо от направления ветра и волн и/или течений в воде.
Указанная система дополнительно содержит плавучую полупогружную конструкцию 2, показанную отдельно от пришвартованной плавучей конструкции с фиг. 1. Передающая конструкция 2 между операциями передачи, предпочтительно, находится в пришвартованном состоянии, например, она пришвартована к посту 8 швартовки, пирсу или другому подходящему швартовному средству. Во время операции передачи текучей среды или передачи электрической энергии, передающая конструкция 2 не пришвартована и временно присоединена к плавучей конструкции 1.
Между передающей конструкцией 2 и плавучей конструкцией 1 предусмотрена по меньшей мере одна воздушная передающая линия 3. Указанная воздушная передающая линия 3 может храниться на передающей конструкции 2 между операциями передачи и может быть соединена с плавучей конструкцией 1 во время выполнения операции передачи. Альтернативно, воздушная передающая линия 3 может храниться на плавучей конструкции и может быть соединена с передающей конструкцией 2 во время выполнения операции передачи. После операции передачи воздушную передающую линию 3 можно снова отсоединить и хранить на передающей конструкции 2 или на плавучей конструкции 1. Указанная воздушная передающая линия 3 обеспечивает возможность передачи текучей среды или передачи электрической энергии между плавучей конструкцией 1 и передающей конструкцией 2. На прилагаемых чертежах, указанная установка показана в виде берегового объекта для передачи текучей среды, например, криогенной жидкости, такой как сжиженный природный газ, между плавучей конструкцией и береговым объектом 6. Указанный объект, однако, может представлять собой плавучий объект, как показано на фиг. 12, например, в виде судна 6, на котором может храниться текучая среда перед выполнением или после выполнения операции по ее передаче между плавучей конструкцией 1 и плавучим объектом.
Воздушные шланги 3 обычно имеют «S»-образную форму, например, за счет использования крана 13, предусмотренного на плавучей конструкции 1, как показано на фиг. 2. Между операциями передачи, воздушные шланги 3 предпочтительно хранятся на передающей конструкции 2, как уже было упомянуто выше, с обеспечением свободного доступа с точки зрения вылета стрелы соответствующего крана 13 на плавучей конструкции 1.
Для передачи текучей среды, передающая система дополнительно содержит по меньшей мере одну передающую линию 4 в виде плавучей гибкой трубы для передачи текучей среды между передающей конструкцией 2 и плавучим или неплавучим объектом 6, показанным на прилагаемых чертежах. Для передачи электроэнергии, передающая линия 4 и воздушная передающая линия выполнены в виде по меньшей мере одного электрического кабеля или по меньшей мере содержат электрический кабель.
Как видно на фиг. 1-3 и 12, передающая система дополнительно содержит средства хранения, предназначенные для хранения по меньшей мере одной передающей линии 14 в случае ее не использования. Указанные средства хранения могут быть выполнены в виде по меньшей мере одного барабана 5, как показано на фиг. 1-3 и 12, с возможностью намотки передающей линии на барабан 5. Указанные средства хранения также могут быть выполнены в виде роторного стола или короба, на который может быть намотана передающая линия 4, или в виде роликов 41, если передающую линию следует хранить в не намотанном состоянии, то есть передающую линию хранят по существу в прямом состоянии, как показано на фиг. 10-11.
Как было упомянуто выше, для содействия передаче текучей среды между передающей конструкцией 2 и объектом 6 для хранения предпочтительно используют по меньшей мере один плавучий трубопровод 4. Длина указанного по меньшей мере одного плавучего трубопровода 4 достаточна для того, чтобы обеспечить динамическое перемещение плавучей конструкции 1 во время операции передачи. Указанный по меньшей мере один плавучий трубопровод 4 можно удобно хранить на барабане или роторном столе 5 на берегу, или на передающей конструкции 2 между операциями загрузки, что снижает создание препятствий и потенциальный риск столкновения с местными морскими судами, увеличивая усталостную стойкость трубопровода и упрощая осмотр и управление трубопроводом. Плавучий трубопровод (трубопроводы) 4 может быть специально предназначен для транспортировки текучих сред умеренной температуры или криогенных текучих сред или текучих сред обоих указанных видов, и может содержать или не содержать элементы обеспечения плавучести, изоляцию, изгибные ребра 28 жесткости и/или иметь возможность для оптической и/или электрической передачи.
Система 5 хранения также может быть скомпонована линейно или другим удобным образом, но, как правило, она отличается тем, что большая часть плавучего трубопровода (трубопроводов) 4 может быть удобным образом извлечена из воды и временно может храниться в подходящем предназначенном для этого месте. Как показано на фиг. 2, указанный по меньшей мере один плавучий трубопровод 4 может для удобства быть направлен по роликам 9 по береговой поверхности для сведения к минимуму силы втягивания, износа и разрыва по меньшей мере одной передающей линии.
Поскольку передающая конструкция 2 не пришвартована и соединена с плавучей конструкцией 1 во время операций передачи, швартовная система 42 для плавучей конструкции 1 должна быть расположена так, чтобы она ограничивала боковые перемещения плавучей конструкции 1 в пределах бокового вылета плавучего трубопровода 4. Таким образом, точечный способ швартовки с флюгированием не является приемлемым. В результате, передающая система предпочтительно содержит многоточечную швартовную систему 42, которая препятствует флюгированию и, тем самым, гарантирует целостность плавучих трубопроводов 4. Многоточечная швартовная система 42 может иметь различные конфигурации и сложность в зависимости от местных условий окружающей среды, глубины дна и диапазона размеров плавучих конструкций, в которых будет использоваться указанная швартовная система. Многоточечная швартовная система 42, как правило, содержит соответствующие якоря в зависимости от структуры грунта дна, соединенные с поверхностными буями посредством цепей или растительных тросов или их комбинации.
Передающая система дополнительно имеет соединение между плавучей конструкцией 1 и передающей конструкцией 2, представляющее собой механическое соединение с возможностью создания сил притяжения к корпусу плавучей конструкции. Способность создания силы притяжения предпочтительно обеспечена отрицательным избыточным давлением, например, за счет использования вакуумных панелей. К другим способам создания требуемой силы притяжения можно отнести электромагнитное притяжение, посредством швартовных тросов, комбинации швартовных тросов и отбойных устройств, или других подходящих средств.
Без привязки к какой-либо конкретной теории, авторы настоящего изобретения полагают, что конструктивное исполнение соединения двух независимых плавучих конструкций при любом сильном волнении на море должно, с любой произвольной степенью свободы, или обеспечивать возможность относительного перемещения между двумя конструкциями, или должно иметь возможность справляться с силами и/или моментами, возникающими в результате отказа или частичного отказа двух конструкций двигаться независимо. Любые реактивные силы или моменты должны быть достаточным образом распределены так, чтобы концентрации сил не влияли негативно на структурную целостность плавучей конструкции, передающей конструкции, или на саму соединительную систему. Перемещения пришвартованной плавучей конструкции могут быть удобно разделены на линейные перемещения, регулируемые волновым возбуждением, и нелинейные медленные дрейфовые перемещения, как правило, регулируемые комбинацией нелинейных волновых возбуждений и линейного возбуждения ветром и течениями, причем линейность и нелинейность относится к взаимоотношению между частотой возбуждения и частотой перемещения. Волновые перемещения обычно характеризуются небольшими амплитудами и большими ускорениями, при этом медленные дрейфовые перемещения, с другой стороны, характеризуются, как правило, большими амплитудами и небольшими ускорениями. Кроме того, в волновых перемещениях часто преобладает вертикальное поступательное перемещение и вращение вокруг горизонтальной оси, а медленные дрейфовые перемещения происходят поступательно в горизонтальной плоскости и с вращением вокруг вертикальной оси. Поскольку амплитуда реактивных сил и моментов, относящихся к ограничению относительного перемещения, будет пропорциональна относительным ускорениям, силы и моменты будут максимальны вдоль степеней свободы, в которых преобладают волновые возбуждения, и поскольку две плавучие конструкции не могут расходиться во время операции передачи, соединительная система может для удобства, по существу, свободно обеспечивать относительные перемещения, в которых преобладает волновое возбуждение, и при этом по существу ограничивать степени свободы, относящиеся к медленным дрейфовым перемещениям.
На фиг. 4 и 5 показана специализированная соединительная система для разъемного присоединения передающей конструкции 2 к плавучей конструкции 1. На фиг. 4 и 5 проиллюстрированы различные направления, в частности, ось X 30 задана вдоль плавучей конструкции 2 в горизонтальной плоскости, ось Y 31 задана поперечно плавучей конструкции в горизонтальной плоскости, а ось Z 32 задана по вертикали, при этом соединительная система обеспечивает возможность, по существу, свободного относительного перемещения между плавучей конструкцией 1 и передающей конструкцией 2 в направлении оси Z 32, по существу, свободного относительного вращения вокруг оси, параллельной оси X 30, и, по существу, свободного вращения вокруг оси, параллельной оси Y 31, причем относительное вращение вокруг оси Z 32 и относительные поступательные перемещения в горизонтальной плоскости, по существу, ограничены.
Указанная соединительная система, как правило, содержит по меньшей мере два крепежных блока 18, расположенных на передающей конструкции 2. Каждый из этих крепежных блоков содержит по меньшей мере одно средство присоединения, например, воздушную или водную вакуумную панель 19 или электромагнитную панель, для разъемного присоединения к по существу вертикальной стороне плавучей конструкции 1, например, к борту судна, если плавучая конструкция 1 представляет собой судно. Соединительная система, содержащая панели 19, предпочтительно напрямую соединена с передающей конструкцией 2 с помощью подходящих соединительных средств, обеспечивающих возможность совершения требуемых относительных перемещений между передающей конструкцией и плавучей конструкцией 1. Панель или панели 19 механически соединены с передающей конструкцией 2 через предпочтительную комбинацию шаровых и/или дисковых сочленений 22 и опор 21 прямолинейного перемещения с встроенными пружинными элементами и/или демпфирующими элементами. Каждая из указанных панелей имеет возможность перемещения с шестью степенями свободы относительно передающей конструкции, причем перемещение со степенями свободы X, Y и RZ, обозначенными на фиг. 5 номерами позиций 30, 31 и 35 соответственно, предпочтительно отличается собственной жесткостью и/или демпфированием пружины, а перемещение со степенями свободы Z, RX и RY, обозначенными на фиг. 4-5 номерами позиций 32, 33 и 34 соответственно, отличается пренебрежимо малой собственной жесткостью и демпфированием пружины, причем понятия «существенный» и «пренебрежимо малый» относятся к отношению между силами упругости и демпфирующими силами, возникающими в результате смещений твердого тела, и скоростями перемещения передающей конструкции 2 вследствие волнового возбуждения при волнении на море, и соответствующих возбуждающих сил, вызванных волнами при волнении на море. Что касается пружинных и/или демпфирующих элементов 20, то элемент 20 может содержать только пружинный элемент, только демпфирующий элемент или комбинацию пружинного и демпфирующего элементов, причем пружинные элементы могут, например, быть выбраны из газовых пружин, или механических пружин, изготовленных из эластичных материалов, которые имеют способность сохранять высвобождаемую энергию при растяжении или сжатии. Демпфирующие элементы могут, например, быть выбраны из воздушных амортизаторов, линейных демпферов или гасителей ударных нагрузок, изготовленных или из механических материалов, таких как эластомеры или винтовые пружины, или могут быть основаны на текучих средах, таких как газ, воздух или гидравлика.
Соединительная система обеспечивает относительные перемещения между плавучей конструкцией 1 и передающей конструкцией 2 с указанными степенями свободы и с высокими относительными ускорениями, вызванные линейным волновым возбуждением, при этом она ограничивает небольшие ускорения в боковой плоскости из-за медленных дрейфовых перемещений, тем самым, уменьшая возникающие соединительные силы и моменты до управляемого уровня. Свободное вертикальное относительное перемещение также обеспечивает возможность конкретного изменения осадки плавучей конструкции 1 в случае загрузки или разрузки груза. Соединительная система установлена на передающей конструкции временно. Следует отметить, что раскрытая выше соединительная система предусматривает, что по меньшей мере одно средство присоединения установлено на передающей конструкции 2 с возможностью пассивного перемещения относительно передающей конструкции 2, а это значит, что по меньшей мере одно средство присоединения будет двигаться только с одной или несколькими допустимыми степенями свободы в случае, когда внешние силы и/или моменты действуют на указанное по меньшей мере одно средство присоединения.
Как было упомянуто выше, передающая система также содержит передающую конструкцию 2. Указанная передающая конструкция 2 предпочтительно конструктивно исполнена в виде плавучей конструкции с несколькими полезными свойствами, связанными с конкретной целью выполнения функции передающей конструкции. Далее будут кратко описаны предпочтительные требования, относящиеся к функционированию и свойствам передающей конструкции.
Частично ограниченное соединение двух независимых плавучих конструкций, плавучей конструкции 1 и передающей конструкции 2, все больше усложняется с увеличением относительных перемещений. Значительные относительные перемещения затрудняют операцию соединения, способствуют увеличению усталости оконечных устройств передающих трубопроводов, и, возможно, снижают безопасность и удобство персонала. Поскольку перемещения плавучей конструкции предварительно заданы и не могут быть изменены, важно, чтобы перемещения передающей конструкции были небольшими при волнении на море, например, менее 0,5 метров амплитуды перемещения по вертикали и менее 5 градусов амплитуды вращательного перемещения. Операция по передаче, как правило, происходит в достаточно защищенном месте, с показательной высотой волны, например, менее 1 метра и максимальным периодом спектра волновой энергии, например, менее 5 секунд, причем под показательной высотой волны подразумевают статистическое среднее высоты гребня волны трети наиболее высоких волн при волнении на море. Операция передачи, как правило, происходит рядом с береговой линией, при этом иногда целесообразно обеспечить перемещение передающей конструкции ближе к берегу между операциями по передаче для того, чтобы не препятствовать перемещению местных морских судов, вследствие этого глубина дна в большинстве случае накладывает ограничение на осадку передающей конструкции. Кроме того, передающая конструкция должна быть достаточно устойчивой для того, чтобы противостоять всем предполагаемым кренящим моментам. В случае соединения с плавучей конструкцией, передающая конструкция будет испытывать кренящие моменты из-за самой соединительной системы, сил сопротивления воды от средних скоростей относительно воды, в результате натяжения в плавучих трубопроводах, а также из-за наличия персонала и оборудования. Платформа также может испытывать кренящие моменты во время перемещения от берега к судну. Так как сопротивление воды должно быть небольшим, а также из-за вертикального расстояния от точки присоединения к плавучей конструкции, результирующая сила сопротивления воды погружной конструкции, относящаяся к осадке конструкции, должна быть небольшой. Кроме того, с точки зрения расходов, важно снизить вес до минимума. Таким образом, основная задача конструктивного исполнения передающей конструкции заключается в том, чтобы предложить платформу с минимальными волновыми перемещениями, с обеспечением минимального сопротивления спусковых драг, без значительного отрицательного воздействия на устойчивость, с низким весом и небольшой осадкой.
С точки зрения гидродинамики и физики это является проблематичным, поскольку указанные выше параметры сильно зависят друг от друга. Перемещение частиц воды и поле динамического давления под волной экспоненциально уменьшается в столбе воды, и, соответственно, локальное волновое возбуждение плавучего объекта также уменьшается с глубиной. Таким образом, волновая реакция плавучей конструкции, в целом, снижается с увеличением осадки. Из гидродинамической теории известно, что небольшое линейное волновое перемещение плавучего объекта обеспечивается за счет выбора геометрии погружной части конструкции, веса конструкции и распределения веса таким образом, что ее собственные частоты перемещения находятся за пределами интервала частот волны с доминирующей энергией при рассматриваемом волнении на море. Для свободных плавучих объектов это можно эффективно обеспечить по вертикали за счет уменьшения площади ватерлинии, и по углу крена/шагу за счет достаточного уменьшения поперечной/продольной устойчивости. Если другие параметры неизменны, то все собственные частоты плавучего объекта снижаются с уменьшением веса. Таким образом, небольшие перемещения первого порядка, в целом, гарантируются в ущерб устойчивости, весу, осадке или комбинации перечисленных параметров. Предлагаемое изобретение разработано с единственной целью, заключающейся в том, чтобы обеспечить оптимальным образом удовлетворение упомянутых выше критериев настоящего изобретения.
На фиг. 6-7 показана передающая конструкция 2, частично погруженная в воду ниже поверхности 45 воды, с небольшой площадью ватерлинии к коэффициенту вытеснения, и небольшой площади ватерлинии ко второму коэффициенту моментов инерции вокруг оси крена и поперечной оси относительно большинства других плавучих объектов. Три колонны 16, проходящие сквозь поверхность, обеспечивают плавучесть и опору для конструкции 15 верхней палубы с соответствующим оборудованием. Колонны 16 предпочтительно расположены в виде треугольника в горизонтальной плоскости, с внутренним расстоянием, например, в 7,5 раз превышающим диаметр одной из колонн, и могут, при необходимости, быть соединены друг с другом посредством растяжек. Поперечное сечение колонн может быть круглой, овальной, многоугольной или иной подходящей формы. Передающая конструкция 2 предпочтительно имеет средства для увеличения дополнительной массы и демпфирования. Каждая колонна 16, при осадке, примерно в два раза превышающей показательную высоту волны при волнении на море, например, на глубине в 2 метра, может быть извлечена радиально для увеличения плавучести и вязкостного демпфирования.
На фиг. 8 показано, что полость каждой колонны 16 может быть заполнена балластом 36 для стабилизации передающей конструкции 2. Указанный балласт 36 может состоять из воды или любого другого подходящего балластного материала, в том числе, стального лома, медной руды, или других концентрированных руд.
Передающая конструкция 2, содержащая верхнюю палубу 15 и множество колонн 16, пересекающих поверхность воды, может иметь колонны 16, оснащенные соответствующими телескопическими элементами, например, выталкивателями, на своих нижних концевых участках, причем указанные телескопические элементы установлены с возможностью перемещения между верхним положением и нижним положением для регулирования соответствующих продольных длин указанных колонн. Выталкиватель 17 показан на фиг. 7 и может быть прерывистым или ступенчатым, при этом он может иметь круглое поперечное сечение. Общая осадка передающей конструкции 2 предпочтительно составляет от 2 до 4 величин показательной высоты волны при волнении на море. Передающая конструкция 2, показанная на фиг. 2, имеет треугольную форму, но также может иметь другую форму, например, квадратную или прямоугольную форму, причем в этом случае предпочтительно будет предусмотрено четыре колонны.
Колонны могут иметь камеру для текучей среды, например, в виде свободного пространства выталкивателя 17 колонны передающей конструкции, причем каждая камера ограничена соответствующими колоннами и телескопическими элементам так, что объем камеры является переменным и зависит от вертикального положения телескопического элемента относительно колонны 16. Как показано на фиг. 8, свободное пространство выталкивателя 17 колонны передающей конструкции может быть, например, заполнено морской водой 36 с горизонтальным эквивалентным напорным столбом в качестве внешней забортной воды, за счет свободного прохождения воды из пространства выталкивателя в окружающую забортную воду, например, через отверстие или клапан 37. Погружной выталкиватель (выталкиватели) 17 предпочтительно имеет возможность свободного перемещения вертикально вдоль колонн 16, тем самым, обеспечивая переменный объем свободного пространства внутри выталкивателя 17, что позволяет менять осадку передающей конструкции 2 без изменения высоты надводного борта. Вертикальное перемещение выталкивателей 17 может быть, например, обеспечено за счет использования штока 38 гидросистемы, как показано на фиг. 8. Альтернативно, для заполнения и/или опустошения свободного пространства внутри выталкивателя 17, можно предусмотреть насос 39, как показано на фиг. 9а-с. Изменение осадки позволит маневрировать на мелководье и обеспечит незначительную волновую реакцию во время транспортировки, сохраняя при этом надлежащую устойчивость во время или между режимами осадки.
Передающая конструкция 2 может быть моторизированной для обеспечения необходимого перемещения. Кроме того, передающая конструкция 2 может быть оснащена ферменной конструкцией (см. фиг. 6), содержащей отбойные устройства 12 для швартовки буксира или рабочего катера 10 (см. фиг. 12) со швартовными тросами для присоединения и толкания или буксировки передающей конструкции 2. Кроме того, передающая конструкция 2 может содержать жесткие трубопроводы для упрощения процесса транспортировки текучей среды между воздушными шлангами и плавучими шлангами 4, и, помимо прочего, может содержать клапаны 25, муфты аварийного отсоединения, влагосборный поддон 24, насосы, опоры шлангов, морские сигнальные устройства и световые приборы, а также защитное оборудование, любого типа, конфигурации и в любом количестве.
Раскрытое в настоящем документе конкретное конструктивное исполнение прошло комплексные экспериментальные испытания, подтвердившие высокие показатели в отношении всех упомянутых выше требований по сравнению с несколькими известными ранее плавучими техническими средствами.
НОМЕРА ПОЗИЦИЙ
1. Первая плавучая конструкция, например, СПГ-танкер
2. Передающая конструкция
3. Воздушный шланг (или шланги)
4. Плавучий трубопровод (трубопроводы) или передающая линия (линии)
5. Система хранения для передающей линии (линий)
6. Плавучий или неплавучий объект для хранения, приема и экспорта
7. Швартовные буи
8. Незадействованная швартовная система или доковое сооружение передающей платформы
9. Направляющие ролики для передающей линии (линий)
10. Вспомогательное судно, например, буксир, рабочий катер или другое подобное судно
11. Швартовные тросы для швартовки буксира или рабочего катера к передающей платформе
12. Ферменная конструкция с отбойными устройствами для швартовки буксира, рабочего катера или другого подобного судна к передающей платформе
13. Кран для соединения и обеспечения опоры для воздушного шланга (шлангов)
14. Трубопроводный коллектор первой плавучей конструкции
15. Верхняя палуба передающей платформы
16. Колонны передающей платформы
17. Ступень для увеличения демпфирования и плавучести
18. Блок присоединения
19. Панели для присоединения к борту судна
20. Пружинный и/или демпфирующий элемент
21. Опоры прямолинейного перемещения
22. Дисковые или шаровые сочленения
23. Киповые панели, битсы, швартовые тумбы или другие подобные элементы
24. Влагосборный поддон
25. Клапан
26. Фланец
27. Место врезки передающей линии
28. Изгибные ребра жесткости передающей линии
29. Бортовой леер
30. Направление X перемещения
31. Направление Y перемещения
32. Направление Z перемещения
33. Вращение вокруг оси X
34. Вращение вокруг оси Y
35. Вращение вокруг оси Z
36. Балластная вода
37. Впускной/выпускной клапан для балластной воды
38. Шток гидросистемы
39. Насос балластной воды
40. Жесткий трубопровод совместно с резервуарами для хранения
41. Система хранения для плавучего трубопровода (трубопроводов) на роликах
42. Многоточечная швартовная система
45. Поверхность воды