УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В ОТКРЫТОМ МОРЕ
DEVICE FOR MOVING FLUID MEDIUM IN OPEN SEA

Настоящее изобретение относится к устройству, предназначенному для выполнения загрузки и выгрузки текучих сред, например сжиженного природного газа.
Разработаны различные способы загрузки и выгрузки сжиженного природного газа (СПГ) в открытом море. Такой способ описан в документе OTC №15301 (подготовленном для представления на Конференции 2003 по технологии работ, проводимых в открытом море, состоявшейся 5-8 мая 2003 г. в Хьюстоне, США, шт.Техас, и озаглавленном «Offshore Transfer Re-Gasification and Salt Dome Storage of LNG»). В этом документе описана одноточечная система швартовки, предназначенная для швартовки танкера для СПГ. В документе дополнительно описано устройство для выгрузки СПГ через имеющийся в средней части судна трубопровод. Устройство для выгрузки содержит жесткий рукав, установленный с возможностью поворота, несущий стандартную систему для передачи текучей среды. Система для передачи текучей среды состоит из трех линий «труба-в-трубе», две из которых предназначены для передачи СПГ, а третья предназначена для обратного отвода пара. Система для передачи текучей среды шарнирно соединена с жестким рукавом для обеспечения возможности поворота рукава под напором ветра и покачивания для восприятия изменений положения в результате перемещений между судном и платформой.
При сливе из трубопровода в средней части судна, пришвартованного к одноточечной системе швартовки, система может качаться вперед и назад под воздействием волн и ветра. Для восприятия этого перемещения требуется, чтобы жесткий рукав устройства для передачи, описанный в упомянутом выше OTC документе, имел большую амплитуду перемещения, которая могла бы перекрывать весь диапазон перемещений судна при качке, включая такую качку, которая может происходить в результате выхода из строя швартового каната, и любых дополнительных перемещений, которые имеют место во время, требующееся для закрытия переливных вентилей до того, как может быть произведено физическое отсоединение.
При использовании некоторых типов загрузочного оборудования, например стальных загрузочных рукавов или гибких шлангов, в результате этих больших перемещений при качке происходят большие угловые смещения между крайними положениями таких загрузочных рукавов и шлангов, и это приводит к возникновению больших напряжений в компонентах, из которых они состоят.
Кроме того, так как физические расстояния между загрузочными рукавами и шлангами ограничены, между ними происходит некоторое «затенение», и, следовательно, во время операции отсоединения становятся неизбежными столкновения между механическими компонентами.
Настоящее изобретение, по меньшей мере, в предпочтительных вариантах осуществления, попытается решить, по меньшей мере, некоторые из проблем, указанных выше.
Первый вариант настоящего изобретения относится к устройству, предназначенному для передачи текучих сред в открытом море, содержащему множество поворотных элементов и систему для передачи текучей среды, выполненную с возможностью присоединения устройства с источником текучей среды или хранилищем текучей среды, причем устройство выполнено с возможностью его установки на основании, а указанная система для передачи текучей среды выполнена с возможностью ее установки на одном из указанных поворотных элементов или присоединения к одному из указанных поворотных элементов, при этом при использовании устройства поворот поворотных элементов друг относительно друга регулируют таким образом, чтобы удерживать систему для передачи текучей среды в заданном положении относительно основания.
Устройство согласно настоящему изобретению предпочтительно обеспечивает стабильную платформу, на которой может быть установлена система для передачи текучей среды. Система для передачи текучей среды может содержать жесткие загрузочные рукава или гибкие шланги, выполненные с возможностью перекрытия всего диапазона перемещений при качке таким образом, чтобы загрузочные рукава или шланги могли бы действовать с практически нулевым угловым смещением во время больших перемещений при качке. Является очевидным, что с помощью данного устройства обеспечивают более эффективное действие и возможность действия системы для передачи текучей среды без столкновений, возникающих во время критических фаз любой операции отсоединения.
Предпочтительно каждый поворотный элемент выполнен с возможностью поворота относительно соответствующей оси. Оси предпочтительно являются параллельными, и, при использовании, систему для передачи текучей среды предпочтительно подвергают поступательному перемещению в плоскости, по существу перпендикулярной указанным осям.
Устройство предпочтительно содержит первый, второй и третий поворотные элементы. Второй поворотный элемент предпочтительно установлен на первом поворотном элементе, а третий поворотный элемент предпочтительно установлен на втором поворотном элементе. Первый поворотный элемент предпочтительно установлен с возможностью поворота на основании, которое можно, в свою очередь, неподвижно установить, например, на одноточечной системе швартовки. Основание может в действительности составлять часть одноточечной системы швартовки. Систему для передачи текучей среды предпочтительно устанавливают на третьем поворотном элементе. Конечно, в альтернативных вариантах осуществления устройство может содержать 2, 4, 5, 6 или более поворотных элементов.
Предпочтительно первый элемент является поворотным относительно первой оси, второй элемент - относительно второй оси, а третий элемент - относительно третьей оси. Первая и вторая оси предпочтительно смещены одна относительно другой, а вторая и третья оси предпочтительно также смещены одна относительно другой.
С помощью устройства, таким образом, обеспечивают возможность поступательного перемещения системы для передачи текучей среды относительно основания и, таким образом, обеспечивают возможность восприятия относительного перемещения судна и системы для передачи текучей среды, по меньшей мере, в одной плоскости.
Предпочтительно все первая, вторая и третья оси расположены по существу вертикально для облегчения поступательного перемещения системы для передачи текучей среды по существу в горизонтальной плоскости.
Предпочтительно устройство выполнено таким образом, чтобы при повороте первого элемента относительно первой оси на угол α° второй элемент поворачивают относительно второй оси на угол 2α° (т.е. второй элемент подвергают повороту на угол, который в два раза больше угла поворота первого элемента). Первый элемент предпочтительно поворачивают в первом направлении, а второй элемент - во втором направлении, при этом первое и второе направления являются противоположными друг относительно друга.
Предпочтительно устройство дополнительно выполнено таким образом, чтобы при повороте первого элемента относительно указанной первой оси на угол α° третий элемент также поворачивался на угол α° (т.е. углы поворота первого и третьего элементов являются одинаковыми). Первый и третий элементы предпочтительно поворачивают в одинаковом направлении.
Благодаря такой конфигурации первого, второго и третьего поворотных элементов можно обеспечить возможность удерживания третьего элемента и, следовательно, системы для передачи текучей среды в заданном положении относительно основания, даже в тех случаях, когда поворачивают первый и второй элементы.
Систему для передачи текучей среды предпочтительно поступательно перемещают вдоль прямой линии, в то же время, поддерживая ее заданное положение. Расстояние между первой осью и второй осью предпочтительно равно расстоянию между второй осью и третьей осью, чтобы можно было обеспечивать легкое поступательное перемещение системы для передачи текучей среды вдоль прямой линии. Конечно, можно осуществлять поступательное перемещение вдоль прямой линии при использовании конструкций, в которых эти расстояния различны, в результате чего различны и углы поворота первого, второго и третьего поворотных элементов. Настоящее изобретение также охватывает эти альтернативные конструкции.
Первый, второй и/или третий поворотные элементы можно поворачивать с помощью первого, второго и/или третьего исполнительных механизмов (например, электродвигателей или гидравлических цилиндров), соответственно. Тем не менее, предпочтительно, первый элемент поворачивают с помощью исполнительного механизма, а с помощью первого и второго соединительных узлов выполняют поворот второго и третьего поворотных элементов, соответственно.
Устройство может дополнительно содержать средства для определения углов поворота каждого поворотного элемента для обеспечения возможности управления устройством.
Система передачи текучей среды может содержать, по меньшей мере, один трубопровод, поддерживаемый с помощью первого и второго жестких (т.е. не гибких) несущих рукавов. В качестве альтернативы система для передачи текучей среды может содержать, по меньшей мере, один гибкий шланг.
Предпочтительно используют трубопровод, который образует тракт для текучей среды для передачи текучей среды по указанным поворотным элементам. Текучие среды, которые надлежит передать с использованием устройства согласно настоящему изобретению, можно затем пропускать из системы для передачи текучей среды внутри поворотных элементов. В качестве альтернативы можно использовать один или более трубопроводов, предусмотренных снаружи поворотных элементов.
Основание, на котором установлен с возможностью поворота первый поворотный элемент, может быть, например, колонной. Колонна может быть установлена на одноточечной системе швартовки или на танкере для СПГ.
Ниже, только в качестве примеров, описаны два предпочтительных варианта осуществления изобретения согласно настоящему изобретению, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой устройство для передачи согласно настоящему изобретению, установленное на одноточечной системе швартовки;
Фиг.2 представляет собой устройство, показанное на Фиг.1, под другим ракурсом;
Фиг.3 представляет собой вид сбоку устройства согласно настоящему изобретению;
Фиг.4 представляет собой второй вариант осуществления согласно настоящему изобретению.
На Фиг.1, в качестве примера, показана одноточечная система швартовки (ОСШ) 1 такого типа, который описан в документе OTC №15301, расположенная рядом с танкером V. Устройство для передачи согласно настоящему изобретению установлено на колонне 2 у кормы ОСШ 1. Устройство для передачи содержит первый поворотный элемент 3, установленный на колонне 2. Второй поворотный элемент 4 установлен на первом поворотном элементе 3, а третий поворотный элемент 5 установлен на втором поворотном элементе 4.
Как показано на Фиг.2, система 6 для передачи текучей среды установлена на третьем поворотном элементе 5. Система 6 для передачи текучей среды содержит четыре жестких трубопровода 7-10, каждый из которых поддерживают с помощью несущего рукава 11-14.
Первый поворотный элемент 3 поворачивают с помощью электродвигателя. Конечно, следует понимать, что для поворота первого поворотного элемента 3 могут быть использованы и другие исполнительные средства, например, гидравлический цилиндр. Устройство для передачи дополнительно содержит соединительный стержневой механизм 15 для осуществления поворотов второго и третьего поворотных элементов 4, 5. Благодаря применению соединительного стержневого механизма 15 предпочтительно исключается необходимость в применении дополнительных исполнительных средств, и, следовательно, снижается стоимость устройства для передачи.
Первый поворотный элемент 3 поворачивают относительно первой оси А, второй поворотный элемент 4 поворачивают относительно второй оси B, а третий поворотный элемент 5 поворачивают относительно третьей оси C. Первая, вторая и третья оси А, B, C расположены по существу вертикально таким образом, что каждый из первого, второго и третьего поворотных элементов 3, 4, 5 можно поворачивать в соответствующей по существу горизонтальной плоскости. Расстояние между первой осью А и второй осью B равно расстоянию между второй осью B и третьей осью C.
Соединительный стержневой механизм 15 выполнен таким образом, что при повороте первого поворотного элемента 3 на угол α° относительно колонны 2 второй поворотный элемент 4 подвергают повороту на угол 2α° относительно первого поворотного элемента 3. Например, если первый поворотный элемент 3 поворачивают на 30° относительно базовой плоскости, то второй поворотный элемент 4 подвергают повороту на 60° относительно первого поворотного элемента 3.
Соединительный стержневой механизм 15 выполнен таким образом, что поворот первого поворотного элемента 3 на угол α° приводит в результате к соответствующему повороту третьего поворотного элемента 5 на угол α° относительно второго поворотного элемента 4.
Соединительный стержневой механизм 15 выполнен таким образом, что первый и третий поворотные элементы 3, 5 поворачивают в одинаковом направлении, тогда как второй поворотный элемент 4 поворачивают в противоположном направлении. Таким образом, при расположении, показанном на Фиг.1-3, поворот первого поворотного элемента 3 по часовой стрелке (если смотреть сверху) вызывает поворот третьего поворотного элемента 5 по часовой стрелке и поворот второго поворотного элемента 4 против часовой стрелки.
В результате применения устройства, содержащего первый, второй и третий поворотные элементы 3, 4, 5, систему 6 для передачи текучей среды подвергают поступательному перемещению вдоль горизонтальной оси. Предпочтительно устройство для передачи выполнено таким образом, чтобы систему для передачи текучей среды можно было поступательно перемещать вдоль продольной оси, параллельной соседнему краю ОСШ 1. Таким образом, систему 6 для передачи текучей среды можно поступательно перемещать в направлении качания судна, на котором транспортируют сжиженный природный газ, не приближая или не удаляя от трубопровода, находящегося на судне.
Следует понимать, что компоновка устройства для передачи выполнена таким образом, что положение системы 6 для передачи текучей среды относительно ОСШ 1 поддерживают постоянным при ее поступательном перемещении. Такое действие является особенно желательным благодаря тому, что напряжения, прикладываемые к несущему рукаву 11-14, могут быть уменьшены, так как систему 6 для передачи текучей среды можно удерживать в положении перпендикулярно судну.
Кроме того, продольное положение системы 6 для передачи текучей среды можно поддерживать постоянным относительно танкера для СПГ посредством выполнения соответствующих поворотов первого, второго и третьего поворотных элементов 3, 4, 5. Таким образом, можно дополнительно снизить или минимизировать боковые нагрузки, действующие на систему 6 для передачи текучей среды.
Несущие рукава 11-14 снабжены коленчатыми соединениями для восприятия поперечного перемещения танкера для СПГ относительно ОСШ 1.
Как показано на Фиг.3, устройство для передачи снабжено множеством шарнирных соединений 16 для текучей среды, для обеспечения возможности передачи текучей среды через устройство для передачи независимо от углового положения первого, второго и третьего поворотных элементов 3, 4, 5.
Для наблюдения за перемещениями танкера для СПГ, на котором транспортируют сжиженный природный газ, может быть предусмотрена оптическая или другая система слежения. С помощью такой системы слежения предпочтительно получают непрерывную информацию о расположении судна относительно ОСШ 1 и обеспечивают возможность угловой ориентации первого, второго и третьего поворотных элементов 3, 4, 5, которыми надлежит управлять для поддержания постоянным продольного положения системы 6 для передачи текучей среды относительно судна.
Второй вариант выполнения устройства для передачи показан на Фиг.4. В этом варианте одинаковыми ссылочными позициями обозначены подобные элементы. Устройство согласно этому варианту модифицировано таким образом, что жесткие рукава 11-14 заменены группой шлангов 17 на цепной подвеске, прикрепленных снизу к третьему поворотному элементу 5.
Для обеспечения возможности прикрепления шлангов на цепной подвеске с нижней стороны устройства для передачи третий поворотный элемент 5 устанавливают с возможностью поворота с нижней стороны второго поворотного элемента 4, который, в свою очередь, установлен с нижней стороны первого поворотного элемента 3.
Третий поворотный элемент 5 также снабжен опорным механизмом 18, несущим систему 6 для передачи текучей среды.
Управление поворотом первого, второго и третьего поворотных элементов 3, 4, 5, в общем, аналогично управлению в первом варианте, при котором систему 6 для передачи текучей среды можно поступательно перемещать вдоль оси, параллельной продольной оси ОСШ 1.
С помощью опорного элемента 18 предпочтительно допускают возможность поперечного перемещения судна относительно ОСШ 1 таким же образом, как такое перемещение воспринимают при использовании жестких загрузочных рукавов 11-14 согласно первому варианту исполнения.
Следует заметить, что во втором варианте расстояние между первой и второй осями А и B не равно расстоянию между второй и третьей осями B и C. Относительный поворот первого, второго и третьего элементов 3, 4, 5 изменяют соответствующим образом при поступательном перемещении для поддержания заданного положения системы 6 для передачи текучей среды.
В некоторых случаях сборку из первого, второго и третьего поворотных элементов 3, 4, 5 более оптимально располагают на значительном расстоянии от уровня моря, например, для обеспечения достаточного пространства для шлангов с цепной подвеской, как это показано на Фиг.4. В других случаях, например, при использовании жестких загрузочных рукавов 11-14, как это показано на Фиг.1-3, первый, второй и третий поворотные элементы 3, 4, 5 лучше располагать ближе к уровню моря.