СУДНО ДЛЯ ДОБЫЧИ ПРИРОДНОГО ГАЗА (СУДНО ДЛЯ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В МЕТАНОЛ-РЕКТИФИКАТ И ХРАНЕНИЯ МЕТАНОЛА В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНОГО ВОЛНЕНИЯ И ДРЕЙФУЮЩИХ ЛЬДОВ)

Настоящая полезная модель относится к судостроению, а именно, к морским комплексам, позволяющим добывать природный газ, перерабатывать его в метанол-ректификат и осуществлять его хранение в условиях интенсивного волнения моря и дрейфующих льдов, а также производить отгрузку метанола в танкеры.
Известна система для морской добычи нефти и газа, производства из газа метанола и его хранение с последующей отгрузкой танкерам. Эта система включает судно, содержащее корпус с внутренней турелью, а также технологическое оборудование для добычи нефти и газа, оборудование для производства метанола, имеющее реактор реформинга для получения синтез-газа, реактор синтеза метанола, грузовые танки для хранения метанола и средство кормовой отгрузки метанола на танкера. При этом все
7
оборудование размещено на судне. (WO 00/23689 от 27.04.2000, МПК Е21В 43/34, С07С 29/151).
Однако эту известную систему нельзя использовать в условиях постоянно меняющейся и опасной ледовой обстановки. Кроме того, из-за этого на данной системе нельзя производить ректификацию метанола во время волнения на море. Это обусловлено тем, что данная известная система не способно оперативно устранять и снижать влияния качки на процесс ректификации метанола из природного газа. Причина - система имеет ограниченную сферу применения. Она предназначена только для добычи газа из морского шлейфа в умеренных морских широтах, в которых редко наблюдаются сильные волнения..
7
Известно судно для добычи углеводородов в ледовых условиях, содержащее корпус с турелью, ось которой смещена в нос относительно миделевого сечения, а также технологический и энергетический комплексы, жилой блок, и якорно-швартовную систему, связанную с турелью, причем корпус судна выполнен с возможностью поворота относительно оси турели носом на движущийся битый лед в заякоренном состоянии в направлении действия ледовой нагрузки под ее воздействием и с упрощенными обводами, удовлетворяющими требованиям, предъявляемыми к корпусам судов ледового плавания, а также с двойными бортами и вторым дном (патент RU 2162808 от 10.02.2001, МПК В63В 35/44).
Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как оно имеет наибольшее число существенных признаков, которые совпадают с существенными признаками заявляемого технического решения.
Однако указанное устройство, обеспечивая морскую добычу углеводородов в условиях воздействия на судно дрейфующих льдов, обладает существенными недостатками:
- это судно нельзя использовать для добычи углеводородов с производством метанола-ректификата в условиях интенсивного волнения моря, поскольку качка негативно влияет на процесс ректификации метанола;
- имеется сложность в освобождении судна от якорно-швартовной системы в случае приближения айсберга к месту добычи для ухода с траектории движения айсберга и повторного раскрепления судна после ухода айсберга;
- может иметь место низкая эффективность самопроизвольного разворота судна под действием внешних, в том числе ледовых нагрузок;
- ненадежная защита райзера для транспортировки углеводородов из подводной скважины на судно от воздействия дрейфующего льда.
Задачей предполагаемого изобретения является создание безопасной и эффективной эксплуатации мобильной системы в виде судна для морской добычи природного газа и производства из него метанола-ректификата, его хранения и отгрузки танкерам в условиях интенсивного волнения и дрейфующих льдов путем умерения качки судна без уменьшения объемов грузовых танков для хранения метанола-ректификата во всем диапазоне заполнения грузовых танков от порожнего состояния до полного заполнения, достижения максимального использования объема корпуса для размещения грузовых танков и обеспечения гарантированного самопроизвольного разворота судна носом в сторону воздействия как ветро-волновых, так и ледовых нагрузок.
Для этого в известном судне для добычи природного газа, имеющем корпус, технологический комплекс, состоящий из оборудования для добычи газа, энергетический комплекс, жилой блок, якорно-швартовную систему, включающую турель, ось которой смещена в нос относительно миделевого сечения корпуса, газовый райзер, причем корпус судна выполнен с возможностью поворота относительно оси турели носом на движущийся битый лед в заякоренном состоянии в направлении действия ледовой нагрузки под ее воздействием и с упрощенными обводами,
удовлетворяющими требованиям, предъявляемым к корпусам судов ледового плавания, а также с двойными бортами и вторым дном. Технологический комплекс дополнен установкой для производства из природного газа метанола-ректификата, включающей связанные между собой блоки реформинга, синтеза метанола и ректификационные колонны, бортовыми и центральными грузовыми танками для хранения произведенного метанола-ректификата, сообщенными магистралью с установкой для производства метанола-ректификата, и связанной с указанными танками системой отгрузки метанола-ректификата на танкер. Борта судна выполнены с наклоном к вертикали под углом 10-15°, а на скулах корпуса установлены кили. Судно оснащено связанной с пространствами между двойными бортами балластной системой и успокоительными цистернами, в качестве которых использованы упомянутые бортовые грузовые танки, связанные магистралью через запорное устройство между собой, а также пространства между двойными бортами с балластной забортной водой, тоже связанные магистралью через запорное устройство между собой. При этом носовая оконечность судна выполнена ложкообразной формы, а якорно-швартовная система дополнена установленным на турели снабженным каналом под газовый райзер буем, имеющим возможность вращения относительно турели, под который в корпусе судна выполнена ответная приемная камера для фиксации буя.
Кроме того, ось турели в корпусе расположена в корму от носового перпендикуляра на расстоянии 0,15-0,20 длины судна.
При этом на корпусе судна в районе турели или на буе турели размещено ледоотводящее устройство для защиты газового райзера от ледового воздействия.
Причем ледоотводящее устройство для защиты газового райзера установлено охватывающим не менее половины окружности турели со стороны носа судна.
Кроме того, ректификационные колонны опущены через верхнюю палубу и установлены на втором дне.
Наряду с этим грузовые танки для хранения метанола-ректификата оснащены разделяющей их полость эластичной перегородкой из растягивающегося прочного материала, герметично прикрепленной изнутри к стенкам танков по периметру их продольного или поперечного сечения, по одну сторону от которой указанные танки сообщены магистралью с установкой для производства метанола-ректификата, а по другую сторону - с балластной системой.
При этом полости бортовых грузовых танков, сообщенные с балластной системой, связаны магистралью через запорное устройство между собой для использования в качестве успокоительных цистерн.
Кроме того, система отгрузки метанола-ректификата размещена в корме судна и в районе миделя.
Оснащение корпуса скуловыми килями в сочетании с успокоительными цистернами обеспечивает умерение амплитуд качки судна.
Выполнение бортов судна с наклоном к вертикали под углом 10-15° позволяет обеспечить примерное постоянство значений начальной метацентрической высоты за счет уменьшения ширины судна по текущей ватерлинии при уменьшении его осадки и в результате получение плавной качки во всем диапазоне изменения осадок судна.
Использование пространства между двойными бортами судна для приема балластной забортной воды позволяет при порожних грузовых танках сохранять достаточную осадку судна, предотвращая существенное увеличение начальной метацентрической высоты и в результате сохраняя плавную качку.
Установка ректификационных колонн опущенными через верхнюю палубу на втором дне позволяет снизить уровни ускорений в
ректификационных колоннах при качке, что создает благоприятные условия для ректификации метанола.
Использование в качестве успокоительных цистерн бортовых грузовых танков для хранения метанола-ректификата и пространства между двойными бортами с балластной забортной водой позволяет не уменьшать объемы грузовых и балластных танков для размещения отдельных успокоительных цистерн и обеспечивать умерение качки судна как в грузу, когда используются бортовые грузовые танки с метанолом-ректификатом, так и в балласте, когда используются пространства между двойными бортами с балластной забортной водой.
Выполнение носовой части судна ложкообразной формы и расположение оси турели в корпусе в корму от носового перпендикуляра на расстоянии 0,15-0,20 длины судна в совокупности гарантирует самопроизвольный разворот судна носом на набегающие лед и волны под их воздействием. Указанное расположение оси турели в корпусе было обосновано результатами модельных испытаний, проведенных в ледовом бассейне ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова» в условиях дрейфующих льдов.
Дополнение якорно-швартовной системы буем, установленным на турели, который фиксируется в ответной приемной камере в корпусе судна и может вращаться относительно турели, обеспечивает снижение трудоемкости процесса и длительности освобождения судна для его аварийного снятия в случае приближения айсберга к месту добычи и повторного раскрепления после ухода айсберга, а также при переходе судна на новое место добычи природного газа.
Установка в грузовых танках для хранения метанола-ректификата разделяющей их полость эластичной перегородки из растягивающегося прочного материала позволяет обеспечить прием достаточного для поддержания постоянной осадки и работы успокоительных цистерн при отсутствии в грузовых цистернах метанола-ректификата объема чистого
жидкого балласта без уменьшения емкости грузовых танков для размещения дополнительных балластных цистерн.
Предлагаемая полезная модель решает весьма актуальную задачу, над решением которой заняты многие специалисты разных стран. Так, например, известен проект фирмы WERNER OFFSHORE, Inc по созданию завода для производства синтетической нефти из природного газа (Werner Н., Wilkins P. GAS EXTRACTION AND CONVERSION TO SYNTHETETIC FUELSON RUSSI'SARCTIC SHELF. // Труды RAO-97, c.127-130). Завод предлагается установить на побережье в лагуне о. Новая Земля на 18-ти баржах размером 120×40 м, примерно, в 75 км от места добычи.
Известен канадский проект для освоения месторождения Terra Nova (Bue О.О. TERRA NOVA FLOATING PRODUCTION. // Труды RAO-03, c.214), в основу которого положены:
- подводная система, состоящая из устьев скважин и манифольдов в защищенных углублениях
- плавучая добывающая установка, оснащенная турелью, что позволяет быстро (за 20 минут) отсоединиться от подводной системы.
Данные о проектах судов в России для переработки газа в метанол в условиях морского волнения и возможного появления ледовых образований, автором и заявителем не установлены.
Автору известно о проработке вариантов судов-заводов по сжижению добываемого газа на месторождении путем понижения его температуры до минус 160°С, что требует для его транспортировки специальных судов-газовозов, стоимость которых значительно выше стоимости обычных танкеров. При этом возникают определенные трудности с обеспечением надежности систем для перегрузки сжиженного газа в условиях моря.
При небольшой удаленности месторождений от берега или переработки газа береговых месторождений для транспортировки метанола могут быть использованы трубопроводы, величина капитальных и
эксплуатационных затрат на реализацию которых в несколько раз меньше, чем в случае транспортировки газа.
По отношению к этим известным производствам добычи газа, его переработки в метанол-ректификат и транспортировки его заявляемая полезная модель имеет существенные отличия.
В силу вышеизложенного предлагаемую полезную модель можно считать новой.
Практическая применимость заявляемой полезной модели поясняется ниже приведенным чертежом и соответствующим описанием.
Заявляемая полезная модель - устройство, из которого на фиг.1 представлен продольный разрез мобильного судна для морской добычи природного газа и производства из него метанола-ректификата, его хранения и отгрузки танкерам в условиях интенсивного волнения и дрейфующих льдов, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - вид Б на фиг.1 и на фиг.4 - ложкообразная форма носовой части судна.
Судно для добычи природного газа имеет корпус 1, на котором размещены технологический комплекс, состоящий из оборудования для добычи природного газа 2, энергетический комплекс 3, жилой блок 4, якорно-швартовную систему, включающую якорно-швартовные связи 5, соединенные с размещенной в носовой части корпуса 1 турелью 6 с газовым райзером 7, на которой установлен буй 8, фиксируемый в ответной приемной камере 9 в корпусе судна и имеющий возможность вращения относительно турели 6. Судно имеет упрощенные обводы (на рисунке не показаны) удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к корпусам судов ледового плавания, а также двойные борта 10 и второе дно 11 (фиг.2). В состав технологического комплекса входит установка для производства из природного газа метанола-ректификата, включающая связанные между собой блоки реформинга 12, блоки синтеза метанола 13 и ректификационные колонны 14, которые опущены через верхнюю палубу и установлены на втором дне (фиг.1). На судне размещены бортовые 15 и центральные 16
грузовые танки для хранения произведенного метанола-ректификата (фиг.2), которые сообщены магистралью (на рисунке не показана) с установкой для производства метанола-ректификата и связанная с танками 15 и 16 система отгрузки метанола-ректификата 17 на танкер, расположенная в корме судна; предусмотрен вариант расположения упомянутой системы 17 также в районе миделя судна (фиг.1). Борта 10 судна выполнены с наклоном к вертикали под углом 10-15°, а на скулах корпуса установлены кили 18 (фиг.2). Судно оснащено успокоительными цистернами и связанной с пространствами между двойными бортами 10 балластной системой (на рисунке не показана). В качестве успокоительных цистерн на судне использованы бортовые грузовые танки для хранения метанола-ректификата 15, связанные магистралью 19 через запорное устройство 20 между собой, а также пространства между двойными бортами 10 с балластной забортной водой, тоже связанные магистралью 21 через запорное устройство 22 между собой. Носовая оконечность 23 судна выполнена ложкообразной формы (фиг.4). Ось турели 6 с каналом 24 для прохода райзера 7 расположена в корму от носового перпендикуляра на расстоянии 0,15-0,20 длины судна, а на корпусе судна в районе турели размещено ледоотводящее устройство 25 для защиты газового райзера 7, охватывающее не менее половины окружности турели со стороны носа судна (фиг.1, 4). Возможно размещение ледоотводящего устройства на буе турели (фиг.5, 6).
Грузовые танки для хранения метанола-ректификата 15 и 16 оснащены разделяющей их полость эластичной перегородкой 26 (фиг.2), выполненной из растягивающегося прочного материала, которая герметично прикреплена изнутри к стенкам танков по периметру их продольного или поперечного сечения. По одну сторону от перегородки 26 танки сообщены через клапан 27 и магистраль (на рисунке не показана) с установкой для производства метанола-ректификата, а по другую сторону от перегородки 26 - через клапан 28 с балластной системой. Полости бортовых грузовых танков 15, которые сообщены с балластной системой, связаны магистралью 29 через
запорное устройство 30 между собой для использования в качестве успокоительных цистерн.
Работа предлагаемого судна для добычи природного газа осуществляется следующим образом.
На месторождении с помощью вспомогательных судов устанавливается якорно-швартовная система с турелью 6 и смонтированным на ней буем 8. Мобильное судно буксируется на месторождение, в приемную камеру 9 корпуса 1 судна заводится буй 8, который фиксируется в ней (фиг.1). В случае установки ледоотводящего устройства на буе турели судно при установке на якорно-швартовную систему ориентируется относительно буя с ледоотводящим устройством (фиг.5 и 6).
При неполной загрузке грузовых танков 15 и 16 метанолом-ректификатом, в пространство между двойными бортами 10 и/или в сообщенные с балластной системой полости грузовых танков, отделенные эластичной перегородкой 26, принимается забортная балластная вода (фиг.2).
В условиях интенсивного волнения для умерения качки судна, с целью создания благоприятных условий при производстве метанола-ректификата, включаются в действие успокоительные цистерны. Причем, в случае заполненных метанолом-ректификатом бортовых грузовых танков 15, он используется в качестве рабочей жидкости, при этом открываются запорные устройства 20 (фиг.2), а в случае отсутствия метанола-ректификата в упомянутых грузовых танках, в качестве рабочей жидкости используется балластная забортная вода, находящаяся в пространстве между двойными бортами 10 и/или в грузовых танках в отделенных эластичной перегородкой 26 полостях, которые сообщены с балластной системой, при этом открываются запорные устройства 22 и 30 (фиг.2).
При наличии дрейфующего льда и волн под их воздействием судно вместе с зафиксированным в его корпусе буем осуществляет
самопроизвольный поворот относительно оси турели 6 носом в направлении действия внешней нагрузки.
В случае угрозы столкновения с айсбергом судно отстыковывается от буя 8, он вместе с турелью 6 и якорно-швартовными связями 5 притапливается на безопасную глубину, а судно отбуксировывается с траектории движения айсберга. После прохода айсберга операция стыковки судна с якорно-швартовной системой выполняется в обратном порядке.
При переходе на новое место добычи природного газа, судно отстыковывается от буя 8, якорно-швартовная система демонтируется, судно и якорно-швартовная система перемещаются на новое место добычи, где они устанавливаются в вышеизложенном порядке.
Таким образом, удалось объединить достоинства добычи с судов на шельфе природного газа с его переработкой в метанол-ректификат, хранением и транспортировкой с помощью танкеров. Фактически создан заводской морской мобильный комплекс по получения метанола-ректификата на морском шельфе.