НАДВОДНАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ ПОДНЯТИЯ И ОБРАБОТКИ ГРУЗОВ СО ДНА АКВАТОРИИ, В ТОМ ЧИСЛЕ ОПАСНЫХ
OVERWATER PLATFORM FOR LIFTING AND HANDLING CARGOES FROM WATER AREA BED, INCLUDING HAZARDOUS CARGOES

Изобретение относится к области морского оборудования, а именно к системе обеспечения подъема со дна акватории и обработки затонувших твердых предметов и утилизации твердых и жидких веществ, в том числе опасных, в целях очистки дна от загрязнений, в том числе от химически активных и ядовитых веществ, разгрузки затонувших кораблей, их разборки, подъема и т.д.
Известна (US, патент 4059148) надводная платформа для размещения бурового оборудования и проведения работ по бурению скважин и добыче нефти со дна акватории.
Недостатком известной надводной платформы следует признать узкую область применения, хотя известная надводная платформа и выполнена с возможностью спуска и подъема бурильного оборудования.
Известна (RU, патент 2379460) плавающая платформа для бурения и эксплуатации морских скважин в арктических условиях, содержащая бурильную установку, насос, бурильные и обсадные трубы, породоразрушающий инструмент, лифтовые трубы и насосные штанги, нефтяной погружной насос или станок качалку, нефтеналивные емкости, связанные с трубопроводом и плунжерным погружным насосом, установленную между устьем скважины и связанную с плавающей платформой морскую обсадную водоотделяющую колонну с закрепленными на ее внешней поверхности по всей длине элементами плавучести, а также ледоколом для ее защиты от разрушения и смещения относительно устья скважины бесконечным полем дрейфующего льда, и компрессорной станцией.
Недостатком известной плавающей платформы следует признать узкую область применения, хотя известная плавающая платформа и выполнена с возможностью спуска и подъема бурильного оборудования, а также откачивания со дна акватории нефти.
В ходе проведения патентно-информационного поиска не выявлен аналог разработанного технического решения.
Техническая задача, решаемая посредством разработанной технологической конструкции, состоит в разработке вспомогательного оборудования, используемого для различного вида работ, связанных с безопасным изъятием со дна акватории и подъемом взрывоопасных предметов или содержащих химически опасные вещества носителей (химические бомбы, снаряды и мины и иные носители отравляющих веществ) на поверхность и/или безопасной утилизацией химически опасных веществ на дне и/или на платформе и организацией безопасной упаковки и транспортировки взрывоопасных и обработанных предметов на берег.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного изобретения, состоит в повышении экологической безопасности и максимальной роботизации и автоматизации работ по поиску, подъему, обработке, упаковки и транспортировки затонувших опасных объектов и носителей веществ, в том числе опасных и утилизации химически опасных веществ, с участием человека только на этапах проведения пуско-наладочных работ при запуске в работу технологических объектов и в дистанционном управлении технологическими операциями.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную надводную платформу для поднятия со дна акватории и обработки затонувших предметов и размещенных в них опасных твердых и жидких веществ, включая химически активные боевые отравляющие вещества.
Надводная платформа разработанной конструкции выполнена с возможностью перемещения по поверхности воды и содержит средства динамического позиционирования и фиксации своего местоположения, систему откачки воды придонного слоя с места осуществления подводных работ, в состав которой входят, по меньшей мере, водозаборник, трубопровод, расположенный между платформой и дном акватории, насос, установленный на платформе и/или на окончании трубопровода у дна и/или в любом ином месте трубопровода, предпочтительно, систему датчиков примесного состава воды, а также химического контроля и контроля радиоактивности, установленных на внутренней стороне водозаборника, установленного на конце трубопровода и по всей длине трубопровода, а также на всех технологических подводных и расположенных на платформе объектах, подключенных к единой автоматизированной системе контроля, установленной на платформе, средства подъема грузов со дна, установленные на платформе, в том числе роботизированные и автоматизированные и герметически изолированные от внешней среды технологические модули, заменяемые в зависимости от характера выполняемых задач, обеспечивающие обработку поднятых со дна предметов, их упаковку, а также утилизацию химически опасных веществ на дне и/или на платформе, образующие между собой единую систему обработки и/или утилизации, а также изолированную от внешней среды систему прокачки и утилизации выделяемых газов, образующихся в ходе проведения технологических операций на платформе, источники электрической энергии, установленные на платформе, систему средств обеспечения точной подводной навигации, телекоммуникационную систему управления подводными роботизированными средствами и комплексами, работающими на дне, а также систему дистанционного управления платформой по радиоканалу.
Платформа может быть судового исполнения с корпусным решением, обладающим повышенной остойчивостью за счет технических решений, противодействующих качке, предпочтительно катамаранного типа, оборудованное, по меньшей мере, одним колодцем и спуско-подъемными механизмами для спуска и подъема роботизированных средств, обеспечивающих работы на дне, и дистанционно управляемого транспортного плавучего средства (челночного типа), являющегося либо отделяемой частью корпуса платформы, либо бортовым оборудованием, обеспечивающим безопасную транспортировку упакованных предметов и резервуаров для временного хранения опасных веществ в порт и/или для последующей перегрузки на иное транспортное средство.
Система утилизации опасных химически активных ядовитых веществ может быть выполнена в виде, по меньшей мере, одного отдельного технологического модуля донного или судового базирования.
Для перемещения платформы по поверхности акватории она может содержать движители любого известного типа (винтовые, водометные и т.д.), а также рулевую систему.
Средство подъема грузов со дна акватории может быть выполнено любым пригодным для конкретного варианта применения образом: канат с лебедкой и блоком, бесконечная цепь с крючьями для подвешивания транспортировочных контейнеров, бесконечный кассетный транспортер и т.д.
При проведении придонных работ и нарушении донного фунта и как следствие замутнения воды за счет поднимающейся взвеси, мешающей обеспечивать визуальный контроль проведения работ, используемая система откачки воды обеспечивает удаление взмученной воды с места работ. Особенно это принципиально в целях предотвращения загрязнения воды, окружающей место проведения работ химически активными веществами при изъятии со дна их носителей и их подъеме со дна акватории или проведении утилизации веществ на дне.
Для этого от зоны работ на дне до платформы устанавливается водозаборник с трубопроводом, по которому насос, расположенный на платформе или на окончании трубы у дна или ином месте трубопровода, откачивает из зоны работ загрязненную воду. При этом за счет использования датчиков, расположенных на подводном роботизированном комплексе, внутри водозаборника и трубопровода, подключенных к аналитической автоматизированной системе химического контроля и управления, установленной на платформе, производят непрерывный контроль состава откачиваемой воды. В том случае, когда откачиваемая вода не содержит других примесей, кроме частиц взмученного грунта, откаченную воду предпочтительно возвращают в акваторию на некотором удалении от места проведения работ. В случае сильного загрязнения откаченную воду подвергают очистке от механических примесей и также возвращают в акваторию. Но в том случае, когда откачиваемая вода загрязнена химическими веществами, автоматизированная система незамедлительно перенаправляет ее на утилизацию путем обработки в плазменном реакторе или иным способом, или в резервуары для последующей транспортировки к месту очистки или утилизации.
В предпочтительном варианте реализации резервуары для откаченной из акватории воды выполняют из химически инертного материала. Это предотвращает их разрушение, которое может привести к прорыву загрязненной воды из резервуаров в акваторию.
Резервуары могут быть выполнены из материала с плотностью меньше единицы. Например, в случае падения их в акваторию при перегрузке, это позволит им остаться на плаву даже при полном заполнении загрязненной водой.
Для обеспечения энергией используемых на платформе механизмов, на платформе устанавливаются источники электрической энергии с многократным резервированием, обеспечивающие устойчивое функционирование платформы.
Для повышения удобства использования в платформе создают, по меньшей мере, один колодец, обеспечивающий спуск и подъем подводной техники и технологических модулей утилизации для выполнения работ на дне, прохождение поднимаемых со дна грузов и прохождение трубопровода. Форма и местонахождение колодцев зависят от условий эксплуатации платформы, а также вида и габаритов используемого донного роботизированного комплекса и поднимаемого со дна акватории груза.
Предпочтительно платформа несет на себе множество отдельных технологических модулей, каждый из которых выполняет определенную функцию (распределение поднятых веществ, отделение жидкости или разделение веществ на фракции, транспортировку между модулями веществ и предметов, в том числе к месту упаковки или утилизации, вскрытие носителей химически опасных веществ и утилизацию и т.д.). Наиболее предпочтительно использовать технологические модули, выполненные с возможностью унифицированного герметичного соединения с себе подобными модулями. Это позволяет при необходимости максимально решить задачу изоляции технологических процессов от внешней среды и увеличить количество модулей, предназначенных для утилизации химических веществ.
Все технологические модули оснащают средствами химического контроля с подключением в единую автоматизированную систему мониторинга.
Платформа дополнительно может содержать средства фиксации местоположения платформы в заданной точке акватории с высокой точностью, за счет системы динамического позиционирования, что позволяет не подвергать лишним напряжениям трубопровод и спуско-подъемные средства. Позиционирование может быть обеспечено автоматизированной системой управления движением, связанной со средствами спутниковой навигации и корректирующими наземными средствами, а также подруливающими движителями с поворотным механизмом, позволяющим изменять вектор тяги каждого движителя на 360 градусов.
Платформа в предпочтительном варианте реализации содержит изолированную от внешней среды площадку и/или как минимум один герметичный взрывоустойчивый модуль для складирования упакованных предметов, подготовленных для дальнейшей перегрузки на иные транспортные плавсредства.
Платформа может содержать манипулятор, в том числе, и дистанционно управляемый, для перемещения поднятых со дна грузов на расположенное рядом с платформой плавсредство.
Платформа может содержать средства дистанционного видео контроля за местом осуществления работ на платформе и на дне, средства управления технологическими модулями, установленными на платформе или на дне, а также управления подводной робототехникой, средства дистанционного управления движением платформы, а также средства внешнего удаленного управления технологическими операциями по радиоканалу и с использованием подводной телекоммуникационной сети с удаленного поста управления судового и/или наземного базирования.
Все это позволит дополнительно обезопасить зону проведения работ, исключить опасность для жизни задействованных в работе специалистов, а также оптимизировать подводные работы при организации подъема предметов и/или утилизации опасных веществ.
Платформа оснащена аварийно-спасательными средствами, в том числе химической защиты.
Платформа разработанной технологической конструкции может работать следующим образом.
Для разгрузки затонувшего судна или корабля надводную платформу устанавливают над ним и спускают с нее подводные технические средства, в том числе автономные аппараты для детального обследования объекта и близлежащего района дна.
После получения детальных снимков затонувшего объекта и создания 3D карты с привязкой к сетке точных географических координат, в том числе основанной на результатах различных физических измерений (в случае заиливания объекта) проводят идентификацию проекта объекта и планирование работ по его демонтажу.
Демонтаж корпуса затонувшего объекта обеспечивают с использованием роботизированных телеуправляемых средств, способных свободно перемещаться в водной среде, прикрепляться к объекту выполнения работ и осуществлять подводную сварку и резку металла, строповку грузов и их перемещение и выполнять иные востребованные подводные технические работы. К таким роботизированным телеуправляемым средствам относятся гибридные свободно-плавающие и передвигающиеся на гусеничном шасси подводные телеуправляемые роботизированные комплексы, в том числе с изменяемой геометрией корпуса, позволяющие обеспечивать качественное соединение с объектом работ и оснащенные всеми необходимыми исполнительными устройствами (свободно конфигурируемые).
В запланированных местах корпуса объекта могут привариваться скобы для строповки, подлежащих дальнейшей резке, отделению и подъему элементов объекта к тросам, спущенным с надводного крана, установленного на платформе или ином надводном средстве. Затем проводится десегментация корпуса объекта путем резки по заранее подготовленному плану и подъем вырезаемых элементов.
После удаления мешающих разгрузке элементов корпуса затонувшего объекта на место проведения работ по подъему грузов подводится телеуправляемый роботизированный комплекс, оснащенный манипуляторами, кранами и лебедками и иными исполнительными устройствами, средствами освещения и съемки, в том числе лазерного сканирования для работы в условиях замутненной воды, системой подачи транспортировочных контейнеров для упаковки и герметизации поднимаемых грузов и запасом транспортировочных контейнеров для подъема грузов на платформу и т.д. Также на дне может устанавливаться технологический модуль для утилизации опасных веществ донного базирования.
С использованием подводного роботизированного комплекса может осуществляться строповка и выгрузка предметов, в том числе опасных для последующей упаковки, герметизации и подъема на платформу или их вскрытию и удалению опасных химических веществ. При этом вскрытие предметов, предпочтительно путем высверливания отверстий в корпусе (авиационных бомб и емкостей, содержащих химически активные вещества) и вымывание опасных веществ осуществляется под защитой заведенного сверху устройства типа «колокол», в целях предотвращения попадания веществ в водную среду и возможного ущерба для донных технических средств от возможного подрыва объекта. При указанных технологических операциях, удаляемые химические вещества поступают непосредственно в технологический модуль по утилизации донного базирования по дополнительному трубопроводу и утилизируются на дне.
Для поиска и подъема затопленных в разных районах дна носителей отравляющих веществ, с платформы обеспечивают развертывание системы точной подводной навигации, детальное обследование района автономными и телеуправляемыми подводными аппаратами, поиск металлических предметов, по меньшей мере, средствами магнитометрии и иных объектов средствами акустического профилирования грунта, а также идентификация объектов и составление электронной карты района с указанием точных мест расположения объектов, подлежащих подъему на платформу.
В случае обнаружения на дне акватории мест предполагаемого размещения емкостей с химическими веществами, надводная платформа позиционируется над указанным местом, обеспечивается спуск подводного роботизированного комплекса и обеспечивается размыв дна в месте возможного расположения контейнеров с помощью гидромонитора. Также перед началом работ через колодец с платформы опускается трубопровод, подключенный к насосу и откачивается вода придонного слоя с постоянным контролем примесного состава. В целях извлечения с дна идентифицированных объектов, с использованием гидромонитора освобождаются от заиливания все обнаруженные объекты. С роботизированной системы обеспечивается захват объекта на дне (изъятие из грунта) и помещение его в транспортный контейнер, с последующей его герметизацией и подъемом на платформу. При появлении сигнала о наличии примеси отравляющих веществ, что свидетельствует о, по меньшей мере, частичном разрушении исходных емкостей или снарядов с отравляющими веществами, работы на дне не прекращаются, но автоматически происходит переключение выходного канала насосной системы в резервуары для приема и хранения загрязненной воды. Поднятые на платформу транспортировочные контейнеры поступают в зону утилизации отравляющих веществ. Емкости с отравляющими веществами подвергают вскрытию и промывке в специализированном технологическом модуле. После промывки емкости прессуют и упаковывают в специализированные безопасные транспортные контейнеры с целью дальнейшей транспортировки на берег к месту утилизации. Все удаленные из емкостей и полученные в ходе промывки емкостей жидкие вещества незамедлительно подвергаются безопасной утилизации в автоматизированном режиме.
Также к месту работ обеспечивается спуск водозаборной трубы, нижняя гибкая часть которой (водозаборник) захватывается отдельным манипулятором подводного роботизированного комплекса и всегда заводится над местом проведения любых манипуляций с грузами (веществами) для откачивания загрязненной воды.
Подача открытие, загрузка, закрытие и герметизация транспортировочных контейнеров на этапе упаковки грузов на дне производится в автоматизированном и/или телеуправляемом режиме оператором с удаленного поста управления.
Подъем транспортировочных контейнеров на платформу осуществляют либо по отдельности, либо путем установки их на единую спуско-подъемную лифт-платформу, которая представляет собой жесткий каркас, огороженный металлической сеткой, оборудованный аварийной системой переменной плавучести и закрепленный тросом к спуско-подъемному механизму, установленному на платформе. Безопасное вертикальное прохождение лифт-платформы может обеспечиваться направляющими, спускаемыми с платформы на большую глубину и подруливающими движителями, установленными на лифт-платформе, а также системой ориентирования, оборудованной датчиками и маяками, что обеспечивает «мягкий» и точно ориентированный прием лифт-платформы в стыковочный узел, ее безопасное прохождение зоны переменного смачивания и переход на платформу.
Разгрузку и первичную обработку транспортировочных контейнеров, предпочтительно осуществляют в приемном технологическом модуле, устанавливаемом над местом расположения колодца.
После поступления контейнеров в приемный модуль они могут проходить рентгеноскопию, для дополнительной уточняющей идентификации находящегося внутри контейнера объекта. После идентификации и сортировки контейнеры со взрывоопасными объектами направляются на транспортерах в отдельный защищенный технологический модуль в целях дальнейшей специализированной упаковки и перегрузки в транспортный челнок для транспортировки на берег. Поднятые со дна предметы (емкости), содержащие химические вещества, на специальном изолированном от внешней среды транспортере, перемещаются в технологические модули, где подвергаются вскрытию и промывке. Утилизации веществ производится в автоматизированном и/или телеуправляемом режиме.
Для дополнительной безопасности, технологические операции по подъему и утилизации химически опасных объектов могут выполняться с одной платформы, а подъем и транспортировка взрывоопасных объектов с другой.
Управление комплексом осуществляется в телеуправляемом режиме с удаленного поста управления подводными работами судового или наземного базирования посредством радиоканала от поста управления к платформе и по подводному телекоммуникационному кабелю, подключенному к системе связи платформы и к системе управления подводного роботизированного комплекса, соответственно. Вся получаемая на подводном роботизированном комплексе информация, включая результаты непрерывной съемки и телеметрия работы основных систем, встречно передается по каналам связи на удаленный пост управления работами.
Использование надводной платформы разработанной конструкции обеспечивает повышение экологической безопасности и максимальную роботизацию и автоматизацию работ по подъему и обработке предметов (веществ), в том числе опасных, с участием человека только на этапах проведения пуско-наладочных работ при запуске в работу технологических конструкций и в дистанционном управлении технологическими операциями.