СИСТЕМА ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, В ЧАСТНОСТИ СЖИЖЕННОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА, МЕЖДУ ПЕРВОЙ МОРСКОЙ УСТАНОВКОЙ И ВТОРОЙ МОРСКОЙ УСТАНОВКОЙ
SYSTEM FOR PUMPING FLUID MEDIUM, PARTICULARLY LIQUEFIED PETROLEUM GAS, BETWEEN FIRST MARINE UNIT AND SECOND MARINE UNIT

Изобретение относится к системе перекачивания текучей среды между первой морской установкой и второй морской установкой, плавающих на водном пространстве, например, таком как море или океан. Эта система перекачивания содержит, в частности, шланг, один из концов которого соединен с трубопроводом первой морской установки и другой конец которого предназначен для соединения с коллектором (“manifold”) второй морской установки. Шланг находится на опорной конструкции, развертываемой между положением хранения на первой морской установке и развернутым положением для соединения конца шланга с коллектором второй морской установки.
Первой морской установкой является, например, судно для добычи, сжижения, хранения и выгрузки сжиженных углеводородов (“floating production, storage and offloading ship”, или “FPSO”).
Второй морской установкой является, например, судно для хранения и транспортировки сжиженных углеводородов, в частности сжиженного нефтяного газа (СНГ), предназначенное для его транспортировки от плавучего перерабатывающего завода к наземному пункту.
С учетом предъявляемых требований безопасности к перекачиванию опасных текучих сред, к охране окружающей среды, в которой происходит это перекачивание, система перекачивания текучей среды должна выдерживать сильные динамические напряжения без риска повреждения для этой системы перекачивания текучей среды.
Из документа WO 02092422 известны системы этого типа для перекачивания сжиженного природного газа (СПГ) между двумя морскими установками. Это устройство содержит криогенный шланг, который разворачивают в виде подвесной линии между двумя морскими установками. Один конец криогенного шланга соединяют с трубопроводом первой установки, тогда как другой, свободный конец предназначен для соединения с коллектором второй морской установки. Свободный конец криогенного шланга соединяют с первым концом шарнирной стрелы, которая позволяет направить свободный конец криогенного шланга и соединить его с коллектором второй морской установки. Эта стрела подвешена под неподвижной опорной конструкцией своими концами при помощи тросов. Первый конец стрелы, на котором закреплен криогенный шланг, соединен с опорной конструкцией при помощи троса, разматываемого лебедкой, находящейся на неподвижной опорной конструкции, тогда как второй конец стрелы соединен с неподвижной опорной конструкцией при помощи троса. Она содержит также противовес.
Таким образом, конец криогенного шланга направляют для соединения с коллектором второй морской установки при помощи шарнирной стрелы, подвешенной своими концами к неподвижной конструкции.
Подвешивание стрелы при помощи троса и противовес на конце стрелы обеспечивают устойчивое состояние равновесия и, кроме того, позволяют уменьшить усилия маневрирования во время соединения с коллектором морской установки и действующие на них усилия, в том числе во время перекачивания.
Однако недостатком этой системы является то, что она не приспособлена к ситуации, когда перекачивание происходит между двумя судами, пришвартованными друг к другу, и при большом перепаде высоты надводных бортов двух судов, как в случае, например, между FPSO и судном хранения сжиженного нефтяного газа при перекачивании СПГ. Действительно, опорная конструкция и, в частности, шарнирная стрела имеет большие габариты и ее нелегко адаптировать к вышеупомянутой конфигурации. Другим недостатком этой системы является то, что она не обеспечивает эффективного компенсирования основных движений судов, в основном вертикальной качки. Действительно, шарнирная стрела имеет большую свободу движения, что приводит к созданию больших усилий на уровне коллектора и требует его усиления.
Система перекачивания текучей среды в соответствии с изобретением представляет собой усовершенствование известного устройства, заявленного на имя заявителя, и призвана устранить вышеупомянутые недостатки.
Система перекачивания текучей среды в соответствии с изобретением между первой морской установкой и второй морской установкой содержит шланг перекачивания, развертываемый между двумя морскими установками, первый конец которого соединен с трубопроводом первой морской установки, тогда как второй конец предназначен для соединения с коллектором второй морской установки, при этом шланг перекачивания подвешен под опорно-направляющей конструкцией при помощи стропа, например троса.
В системе перекачивания текучей среды согласно изобретению шланг перекачивания содержит:
- первую гибкую секцию, проходящую в виде подвесной линии,
- вторую гибкую секцию, проходящую по существу вертикально, направленный вниз свободный конец которой оборудован соединительным устройством, предназначенным для соединения с коллектором второй морской установки,
- изогнутый переходник, расположенный между первой и второй гибкими секциями,
при этом шланг перекачивания подвешен под опорно-направляющей конструкцией при помощи стропа, соединяющего опорную конструкцию и точку изогнутого переходника.
Согласно другому отличительному признаку изобретения, вторая гибкая секция имеет длину, превышающую 10 метров.
Согласно еще одному отличительному признаку изобретения, изогнутый переходник является жестким и оборудован гибкими/жесткими патрубками на каждом из своих противоположных концов и имеет две прямолинейные секции, оси которых образуют угол от 30° до 120°.
Согласно еще одному отличительному признаку изобретения, опорно-направляющая конструкция представляет собой шарнирную стрелу, установленную с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси на первой морской установке, и имеет лебедку для разматывания данной длины стропа между шарнирной стрелой и точкой изогнутого переходника.
Согласно еще одному отличительному признаку изобретения, шарнирная стрела содержит первое плечо, установленное на первой морской установке, на конце которого с возможностью поворота установлено второе плечо с противовесом, образующее, таким образом, балансир и позволяющее стабилизировать состояние равновесия во время соединения конца второго гибкого шланга с коллектором второй морской установки.
Другие детали, отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания предпочтительного варианта осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи.
На фиг.1 показана система перекачивания в положении хранения на первой морской установке;
на фиг.2-5 представлены последовательные этапы развертывания системы перекачивания между первой и второй морскими установками;
на фиг.6 показана система перекачивания в положении соединения с коллекторным устройством (“manifold”) второй морской установки.
На фиг.4 представлена система 10 перекачивания текучей среды, развернутая между первой морской установкой 11 и второй морской установкой 12. Первая морская установка 11 является, например, судном “FPSO”, а вторая морская установка 12 является, например, судном для хранения сжиженного нефтяного газа СНГ (“LPG”, или “liquefied petroleum gas”). Система 10 перекачивания текучей среды позволяет также перекачивать СПГ от судна производства и обработки на судно хранения с целью его дальнейшей транспортировки, например, к наземному пункту потребления.
Оба судна пришвартованы бортами, и между корпусами судов для их защиты спускают защитные кранцы. Корпуса двух морских установок находятся на расстоянии друг от друга примерно в 4-5 метров.
Размер судна хранения СПГ намного меньше размера судна FPSO, поэтому между надводными бортами двух установок существует перепад высоты в несколько метров, например в 10 метров.
Судно FPSO содержит трубопровод (не показан), тогда как судно хранения СПГ имеет коллектор 20 вблизи борта судна. Устройство перекачивания текучей среды, находящейся на судне FPSO, разворачивают для соединения двух гидравлических соединительных органов, разделенных несколькими десятками метров высоты, и для обеспечения заполнения танков судна хранения газом СПГ.
Система 10 перекачивания текучей среды содержит опорно-направляющую конструкцию 40, строп 52, лебедку 51, на которой намотан строп 52, и шланг 25 перекачивания, имеющий первый конец 28, соединенный с трубопроводом первой морской установки 11, и второй конец 29, предназначенный для соединения с коллектором 20 второй морской установки 12. Шланг 25 перекачивания подвешен при помощи стропа 52 к опорно-направляющей конструкции 40.
Опорно-направляющая конструкция 40 установлена на палубе первой морской установки 11 в специально оборудованном месте. Опорно-направляющая конструкция 40 установлена на цоколе 46 на палубе первой морской установки 11. Она выполнена с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси вращения и вокруг вертикальной оси. Эта опорная конструкция содержит шарнирную стрелу 41, имеющую первое плечо 42 и второе плечо, образующее балансир 43, что будет описано ниже. Оба плеча 42, 43 соединены между собой при помощи шарнира с горизонтальной осью. Первое плечо 42 имеет наклон под углом примерно 60° относительно горизонтальной оси, тогда как второе плечо 43 образует открытый угол с первым сегментом плеча 42.
На втором плече 43 установлены противовес 50 и лебедка 51, на которой намотан строп 52. Этот строп разматывают таким образом, чтобы часть стропа 52 проходила вертикально вниз от конца второго шарнирного плеча 43, противоположного концу, на котором находится противовес. Он соединен со шлангом 25 перекачивания. Строп 52 представляет собой, например, металлический трос, синтетический трос или цепь. Предпочтительно строп 52 является металлическим тросом.
Шланг 25 перекачивания подвешен под опорно-направляющей конструкцией 40 при помощи стропа 52 в точке шланга 25 перекачивания, находящейся на расстоянии от его концов. Шланг 25 перекачивания содержит первую гибкую секцию 30, вторую гибкую секцию 32 и изогнутый переходник 31, расположенный между первой гибкой секцией и второй гибкой секцией 32.
Первая гибкая секция 30 проходит в виде подвесной линии начиная от своего конца, соединенного с трубопроводом первой морской установки 11. Вторая гибкая секция 32 проходит по существу вертикально. Ее свободный конец 29 оборудован соединительным устройством 27, предназначенным для соединения с коллектором 20 второй морской установки 12. Соединительное устройство содержит, в частности, устройство экстренного разъединения (“emergency release connector”, или “ERC”) и соединитель, известный под английским названием “quick connect and disconnect connector”, или “QCDC”.
Предпочтительно соединительное устройство располагают на изогнутом переходнике для обеспечения соединения с коллектором 20 второй морской установки 12 вдоль по существу горизонтальной оси.
Вторая гибкая секция 32 имеет большую длину, например, превышающую 10 метров. Действительно, поскольку между надводными бортами двух судов существует разность высоты в несколько метров, коллектор 20 судна хранения второй морской установки 12 расположен слишком низко по отношению к трубопроводу первой морской установки 11. Следовательно, доступность коллектора 20 второй морской установки 12 от первой морской установки 11 является ограниченной. Таким образом, соединение облегчено за счет большой длины второй гибкой секции 32, которая проходит вертикально от опорно-направляющей конструкции 40. Кроме того, конец 29 имеет шесть степеней свободы, что обеспечивает дополнительную гибкость устройству перекачивания текучей среды и ограничивает, таким образом, усилия, действующие на коллектор 20.
Шланги являются криогенными шлангами для перекачивания СПГ.
Между первой гибкой секцией и второй гибкой секцией 32 установлен изогнутый переходник 31. Речь идет о небольшой секции в виде перевернутого U-образного элемента, концы которого направлены вниз. К одной точке этого изогнутого переходника 31 подсоединен строп 52 системы 10 перекачивания текучей среды. При этом шланг перекачивания подвешен под опорно-направляющей конструкцией 40 при помощи стропа 52, соединенного с изогнутым переходником 31.
Предпочтительно изогнутый переходник 31 является жестким и содержит гибкие/жесткие патрубки 36 на своих противоположных концах для соединения первой и второй гибких секций.
Радиус кривизны этого изогнутого переходника 31 является очень малым, предпочтительно меньше минимального радиуса кривизны шланга, что позволяет получить очень компактное устройство перекачивания текучей среды.
Длину проходящего вертикально стропа 52 можно регулировать, разматывая или сматывая строп 52 при помощи лебедки 51, чтобы соответственно позиционировать второй конец 29 шланга для его соединения с коллектором 20 второй морской установки 12.
Согласно второму варианту осуществления изобретения (не показан), описанная выше со ссылками на фиг.4 система 10 перекачивания текучей среды дополнительно содержит поворотное гидравлическое соединение, установленное на шланге 25 перекачивания. Так, он содержит первую гибкую секцию 30, развертываемую в виде подвесной линии, вторую гибкую секцию 32, развертываемую вертикально, и жесткий изогнутый переходник 31. Согласно второму варианту осуществления, изогнутый переходник содержит поворотное гидравлическое соединение (“fluid swivel”), которое позволяет второй гибкой секции 32 поворачиваться на 360° вокруг по существу горизонтальной оси. Эта дополнительная гибкость, придаваемая второй гибкой секции 32, позволяет еще больше расширить рабочее окно для осуществления перекачивания текучей среды, избегая при этом недопустимых условий с точки зрения безопасности для работы устройства перекачивания текучей среды. Это поворотное соединение, установленное соответствующим образом на изогнутом переходнике шланга 25 перекачивания, позволяет еще больше снизить вероятность необходимости экстренного разъединения по сравнению с первым вариантом осуществления и с известной системой разъединения.
Далее со ссылками на фиг.1-6 следует описание варианта работы этой системы 10 перекачивания текучей среды с представлением различных этапов способа соединения.
На фиг.1 показана система 10 перекачивания текучей среды в ее положении хранения на первой морской установке 11, например на судне FPSO. Она содержит шланг 25 перекачивания, подвешенный под опорно-направляющей конструкцией 40. Система 10 перекачивания текучей среды находится в месте, специально оборудованном для этого на первой морской установке 11. Шарнирная стрела 41 сложена внутри. Первое плечо 42 проходит по существу вертикально, а второе плечо 43 проходит в продолжении первого плеча 42, образуя угол максимального раскрыва с первым плечом 42. Второй конец 29 шланга перекачивания закреплен на соединителе 60 для неподвижного соединения второго конца 29 шланга и для осушения шланга 25. Действительно, соединитель гидравлически связан с танками первой морской установки 11.
Для упрощения фиг.1 и 2 первая гибкая секция шланга в виде подвесной линии не показана.
На первом этапе, показанном на фиг.2, второй конец 29 шланга 25 перекачивания отсоединяют от соединителя 60 первой морской установки 11. Строп 52 наматывают на лебедку 51, чтобы освободить второй свободный конец 29 шланга 25 перекачивания. Затем посредством поворота первого плеча 42 вокруг его вертикальной оси опорно-направляющую конструкцию 40 ориентируют таким образом, чтобы расположить ее вдоль оси плоскости загрузки.
На втором этапе, показанном на фиг.3, опорно-направляющую конструкцию 40 разворачивают, поворачивая шарнирную стрелу 41. Первое плечо 42 наклоняют, поворачивая его вокруг его горизонтальной оси вращения, например, на угол 60°, чтобы переместить второе плечо 43 за пределы корпуса. При этом вторая гибкая секция 32 оказывается в подвешенном положении над поверхностью воды и над кранцами 16.
На третьем этапе, показанном на фиг.4, положение вдоль вертикальной оси второго вертикального гибкого шланга 32 регулируют, разматывая соответствующую длину стропа 52, чтобы опустить второй конец 29 шланга 25 перекачивания и приблизить его, таким образом, к коллектору 20 второй морской установки 12.
На четвертом этапе, показанном на фиг.5, первое плечо 42 наклоняют опять до угла 45° относительно горизонтали, чтобы привести устройство соединения второго конца 29 шланга 25 перекачивания в положение напротив устройства соединения коллектора 20 второй морской установки 12. Шланг соединяют с коллектором 20.
На пятом этапе, показанном на фиг.6, второе плечо 43, образующее балансир, приводят в по существу горизонтальное положение. После соединения с коллектором 20 строп 52 наматывают, чтобы второе плечо 43 оказалось по существу горизонтальным. После этого лебедку стопорят. Поворот второго плеча 43 позволяет следовать дифференциальному перемещению между судами. Благодаря своему противовесу второе плечо 43 может поворачиваться вокруг горизонтальной оси на уровне своей точки крепления 44. Противовес 50 позволяет стабилизировать состояние равновесия во время соединения конца второго гибкого шланга 32 с коллектором 20 и перекачивания текучей среды, чтобы следовать движениям, ограничивая при этом риски чрезмерной нагрузки на коллектор 20.
Изобретение описано для системы перекачивания СПГ, однако его можно применять для систем перекачивания других текучих сред, например, таких как СНГ или нефть. Таким образом, в изобретение можно вносить изменения. Например, морские установки могут быть баржами, платформами, судами для хранения различных текучих сред. Система перекачивания текучей среды не ограничивается перекачиванием СПГ между судном FPSO и судном хранения СПГ.
Например, шланг может быть цельным гибким трубопроводом, и в этом случае изогнутый переходник представляет собой желоб, на который может опираться шланг. При этом строп крепят на желобе. Однако это решение не является предпочтительным, так как радиус кривизны желоба не может быть меньше минимального радиуса кривизны гибкого шланга. Такая система является менее компактной.
Кроме того, изобретение не ограничивается использованием криогенных шлангов и включает в себя связанные и не связанные шланги, определенные в нормативных документах API17J и API RP17B Американского института нефти.