КОМПЛЕКС ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЖИДКОГО ГРУЗА, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО НЕФТИ, НА ТАНКЕР
COMPLEX FOR FEEDING LIQUID CARGO, MOSTLY OIL, TO TANKER

Область техники
Изобретение относится к судостроению и может быть использовано в системах для передачи жидкого груза, преимущественно нефти, в основном с берега на танкер в зимнее время.
Предшествующий уровень техники
Суровые климатические условия в северных районах добычи нефти предъявляют жесткие требования к системам по передаче нефти с берега на танкер, которые позволили бы производить отгрузку нефти не только в короткий, теплый период времени, но и в длительный, холодный отрезок времени.
Известна судовая система для загрузки или выгрузки текучей среды, в частности нефти, на судно, содержащая открытую вниз приемную полость с расположенным в ней запорным механизмом для съемного крепления в приемной полости буя, который установлен на якорях на дне моря и соединен, по меньшей мере, с одним передающим трубопроводом для транспортировки текучей среды, причем приемная полость полностью размещена в погруженной части носовой оконечности судна и соединена с палубой судна шахтой обслуживания, выполненной с возможностью прохода через нее троса подъемного средства, опускаемого через приемную полость для соединения с буем и его подъема в эту полость (RU, 2119874, C1, B63B 27/00, опубл. 1998.10.10).
Известная система располагается на судне и предназначена для проведения грузовых операций через подводный буй, который подсоединяется к судну в приемной полости, расположенной в судне. От буя текучая среда транспортируется к цистернам или от них на борту судна.
Известная система обеспечивает загрузку и выгрузку текучей среды на танкер при неблагоприятных погодных условиях. Однако она не обеспечивает передачу нефти в зимний период времени в ледовых условиях (мелкобитый начальный лед, установившийся припай). Кроме того, сама система по перегрузке нефти связана с высокой опасностью выполняемых непосредственно в корпусе танкера грузовых операций. Известная система также не отличается достаточно высокой надежностью, поскольку притопленный под воду буй может повреждаться проходящими судами и другими плавающими объектами в условиях мелководья.
Наиболее близким для заявленного технического решения является комплекс для передачи жидкого груза, включающий ледокол, танкер, пришвартованный носовой частью к корме ледокола, подводный трубопровод с манифольдом, гибкий шланг, подсоединенный к манифольду, спускоподъемный механизм, предназначенный для передачи гибкого шланга на танкер, шахту обслуживания гибкого шланга, расположенную в корпусе кормовой части ледокола, цилиндрический тубус, установленный в шахте обслуживания гибкого шланга с возможностью его перемещения в ней, водолазную шахту, расположенную в корпусе ледокола, и водолазную беседку, установленную в водолазной шахте с возможностью ее перемещения в ней (RU, 2200109, C1, B63B 22/02, опубл. 2003.03.10).
Этот комплекс обеспечивает возможность рейдовой отгрузки жидкого груза от берегового резервуарного парка в морские танкеры в зимний период времени в условиях начального ледообразования и установившегося припая.
Предложенное техническое решение является дальнейшим развитием изобретения по патенту RU №2200109.
Ограничением известного объекта изобретения является использование только одной водолазной шахты для спуска и подъема водолаза. В условиях проведения работ в районах Крайнего Севера в зимний период времени при ледообразовании и установившемся припае льда этого оказывается недостаточным для спуска-подъема водолаза. Возможны самые различные аварийные ситуации, при которых жизненно важно осуществить немедленный спуск или подъем водолаза. Так, при экстренном отключении оборудования, например при утечке нефтепродуктов, необходимо безотлагательное проведение работ по отключению системы подачи нефти, водолазом - перекрытие задвижки подводного манифольда, т.е. срочный спуск водолаза. При нарушениях функционирования оборудования водолаза (скафандра, системы подачи воздуха) или при нарушениях в работе оборудования водолазного поста (заклинивание водолазной беседки и т.п.) для спасения его жизни необходим срочный подъем водолаза на борт ледокола, что для одного водолазного поста не представляется возможным.
Для решения задачи спасения водолаза в экстремальных условиях возможно наращивание количества водолазных шахт на ледоколе, но это потребовало бы дополнительно подогревать все водолазные шахты при обычных условиях работы, что резко увеличивало бы энергозатраты.
В то же время в известном техническом решении по патенту RU №2200109 шахта обслуживания гибкого шланга имеет устройство против ее обледенения. Это натолкнуло разработчиков системы комплекса на неочевидное, но достаточно простое решение об ее использовании для подъема-спуска водолаза в экстремальных аварийных ситуациях, когда невозможно воспользоваться водолазной шахтой.
Раскрытие изобретения
Решаемая изобретением задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик комплекса.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, - повышение надежности комплекса за счет обеспечения спуска и подъема водолаза в любых аварийных экстремальных ситуациях, ускорения отключения оборудования в экстремальных случаях при утечках нефти для обеспечения быстрого и качественного ремонта и наладки оборудования, уменьшение энергозатрат.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном комплексе для передачи жидкого груза, включающем ледокол, танкер, пришвартованный носовой частью к корме ледокола, подводный трубопровод с манифольдом, гибкий шланг, подсоединенный к манифольду, спускоподъемный механизм, предназначенный для передачи гибкого шланга на танкер, шахту обслуживания гибкого шланга, расположенную в корпусе кормовой части ледокола, цилиндрический тубус, установленный в шахте обслуживания гибкого шланга с возможностью его перемещения в ней, водолазную шахту, расположенную в корпусе ледокола, и установленную в последней водолазную беседку с возможностью ее перемещения в ней, согласно изобретению комплекс снабжен дополнительной водолазной беседкой, расположенной в кормовой части ледокола в шахте обслуживания гибкого шланга, при этом дополнительная водолазная беседка выполнена с поперечными габаритами меньшими, чем диаметр цилиндрического тубуса, с возможностью ее перемещения внутри цилиндрического тубуса.
Возможны дополнительные варианты выполнения комплекса, в которых целесообразно, чтобы:
- была введена дополнительная водолазная кран-балка, расположенная в кормовой части ледокола в области шахты обслуживания гибкого шланга, подсоединенная тросом к дополнительной водолазной беседке;
- дополнительная водолазная беседка была выполнена цилиндрической формы с диаметром меньшим, чем диаметр цилиндрического тубуса;
- цилиндрический тубус был снабжен коническим патрубком, закрепленным в нижней части цилиндрического тубуса.
При этом так же, как в известном техническом решении, целесообразно, чтобы:
- было введено вспомогательное судно, пришвартованное к корме танкера, предназначенное для удержания танкера от перемещений;
- был введен понтон, внутри которого выполнена шахта обслуживания гибкого шланга в форме цилиндра с конусообразным раструбом в нижней части;
- шахта обслуживания гибкого шланга была снабжена устройством против обледенения ее и цилиндрического тубуса.
Указанные преимущества, а также особенности изобретения поясняются лучшим вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображена схема предложенного комплекса;
фиг.2 - шахта обслуживания гибкого шланга (схема подъема и опускания цилиндрического тубуса);
фиг.3 - схематично ледокол, вид сбоку;
фиг.4 - схема передачи гибкого шланга на танкер через шахту обслуживания гибкого шланга ледокола при расположении танкера непосредственно у кормы ледокола, вид сбоку;
фиг.5 - то же, что фиг.4, вид сверху;
фиг.6 - схема передачи гибкого шланга на танкер через шахту обслуживания ледокола при расположении танкера на расстоянии около 15 м от кормы ледокола, вид сбоку;
фиг.7 - то же, что фиг.6, вид сверху;
фиг.8 - понтон для защиты гибкого шланга трубопровода, вид сбоку;
фиг.9 - то же, что фиг 8, вид сверху;
фиг.10 - схема передачи гибкого шланга с понтона на ледокол;
фиг.11 - схема передачи гибкого шланга с понтона на танкер, вид сбоку;
фиг.12 - то же, вид сверху.
Лучший вариант осуществления изобретения
Комплекс (фиг.1) для передачи жидкого груза, преимущественно нефти, на танкер 1 содержит рейдовый причал, выполненный в виде четырех призматических, заглубленных в морское дно якорей 2. Передающий нефть подводный трубопровод 3 с манифольдом 4 снабжен задвижкой (не показана). К манифольду 4 подсоединен гибкий шланг 5 с оголовком (не показан). К рейдовому причалу с помощью якорей 2 пришвартован ледокол 6, к корме 7 которого непосредственно или на расстоянии пришвартован носовой частью 8 танкер 1 (швартов не показан). Со стороны кормы 10 танкера 1 установлено вспомогательное судно 9 для удержания танкера от перемещений. Вспомогательное судно 9 выполнено в виде буксира, например, типа "Нефтегаз".
В кормовой части палубы ледокола 6 размещено устройство (фиг.2), выполненное в виде цилиндрического тубуса 11, для защиты гибкого шланга 5 трубопровода 3 от воздействия льда во время спускоподъемных операций и в процессе работы комплекса по передаче нефти из трубопровода 3 через шланг 5 на танкер 1. В корпусе кормовой части ледокола 6 размещена шахта 12 обслуживания гибкого шланга, а цилиндрический тубус 11 в рабочем положении расположен в ней с возможностью его подъема и опускания. На палубе ледокола 6 в кормовой его части установлено спускоподъемное средство, выполненное в виде шпиля 13 (фиг.5, 7) с тросом 14 с возможностью прохода последнего через шахту 12. Цилиндрический тубус 11 шахты 12 снабжен направляющими 15 для обеспечения возможности его плавного и без поворотов перемещения в шахте 12.
В положении по-походному цилиндрический тубус 11 расположен и закреплен в кормовой части палубы ледокола 6 (фиг.3, 11), а в рабочем положении цилиндрический тубус 11 опущен вниз через шахту 12 (фиг.2, 6) так, что его нижний край 16 расположен ниже нижней кромки плавающих льдов на 0,5 м или на 2 м ниже КВЛ (конструктивная ватерлиния) ледокола 6. Исходя из низких температур эксплуатации, материал цилиндрического тубуса 11 выбран морозоустойчивым, например PC Е32.
Верхняя часть 17 шахты 12 снабжена средством, например прижимной скобой 18 (фиг.5), для фиксации гибкого шланга 5 и выполнена с закрывающим средством, например съемной крышкой 19. Съемная крышка 19 используется в положении цилиндрического тубуса 11 по-походному. Шахта 12 снабжена устройством 20 против обледенения последней и цилиндрического тубуса 11. Устройство 20 выполнено в виде брезентового чехла с наддувом горячего воздуха от системы обогрева ледокола 6.
На палубе ледокола 6 установлен водолазный пост 21 (фиг.3), снабженный водолазной шахтой 22, размещенной в корпусе ледокола 6, для спуска водолаза в беседке (не показана).
В кормовой части палубы ледокола 6 установлен спускоподъемный механизм для передачи гибкого шланга 5 с ледокола 6 на танкер 1 (фиг.4-7). Спускоподъемный механизм выполнен в виде шпиля 13 с несущим тросом 23. Причем на фиг.4, 5 танкер 1 пришвартован к ледоколу 6 непосредственно, а на фиг.6, 7 - на расстоянии не более 15 м.
Гибкий шланг 5 оборудован быстроразъемным устройством 24 (фиг.5-7) с запорным органом. В кормовой части палубы ледокола 6 установлена съемная сборочная площадка 25 (фиг.2-7, 10, 11), на которой установлена емкость (не показана) для сбора возможных протечек жидкого груза при передаче последнего с ледокола 6 на танкер 1.
В носовой части 8 танкера 1 установлен манифольд 26 (фиг.5, 7) с задвижкой трубопровода (не показаны). К манифольду 26 подсоединен либо гибкий шланг 5 (при швартовке танкера 1 к ледоколу 6 непосредственно) либо промежуточный шланг 27, оборудованный быстроразъемным устройством 24 с запорным органом, необходимым для подсоединения к шлангу 5. Промежуточный шланг 27 необходим, когда танкер 1 пришвартован к ледоколу 6 на расстоянии и не хватает длины гибкого шланга 5. В носовой части 8 танкера 1 установлена якорно-швартовная лебедка 28 для осуществления швартовных операций.
Конструктивной особенностью изобретения является то, что комплекс снабжен дополнительной водолазной беседкой 29 (фиг.2, 4-7, 12), расположенной на палубе в кормой части ледокола 6 в области шахты 12 обслуживания гибкого шланга 5. Дополнительная водолазная беседка 29 выполнена с поперечными габаритами меньшими, чем диаметр цилиндрического тубуса 11 шахты 12 обслуживания гибкого шланга 5, с возможностью ее перемещения внутри цилиндрического тубуса 11.
Кроме того, в комплекс может быть введена дополнительная водолазная кран-балка 30 (фиг.5, 7, 12), расположенная на палубе в кормовой части ледокола 6 в области шахты 12. В этом случае водолазная кран-балка 30 соответственно подсоединена тросом к дополнительной водолазной беседке 29.
Дополнительная водолазная беседка 29 может быть выполнена цилиндрической формы с диаметром меньшим, чем диаметр цилиндрического тубуса 11.
Цилиндрический тубус 11 (фиг.2, 4, 6, 11) снабжен коническим патрубком 31, закрепленным в нижней части цилиндрического тубуса 11.
Устройство для защиты гибкого шланга 5 трубопровода 3 может быть выполнено в виде понтона 32 (фиг.8-12), имеющего шахту 33 обслуживания гибкого шланга 5 и размещенного в положении по-походному на палубе ледокола 6. Понтон 32 имеет прямоугольную форму и вертикальные борта 34. В средней части понтона 32 размещена шахта 33 диаметром около 1 м, с конусообразным раструбом 35 в нижней части. Для обеспечения требуемой осадки (2 м) нижняя часть понтона 32 выполнена проницаемой, непроницаемый объем снизу ограничен вторым дном 36 и поделен на водонепроницаемые отсеки или заполнен вспененным полимером.
Для стравливания воздуха из проницаемого объема при постановке понтона 32 на воду предусмотрены воздушные трубы (не показаны), идущие от второго дна 36 до палубы 37 понтона 32, а для заполнения его водой - отверстия в днище (не показаны). Для грузовых операций с понтоном 32 предусмотрены четыре проушины 38. Понтон 32 сварной из стального листа толщиной 10 мм. На палубе ледокола 6 установлен механизм для спуска и подъема понтона 32 с ледокола 6 на воду и наоборот, выполненный в виде судового грузового крана 39 (фиг.3). Для перемещения понтона 32 в район подводного манифольда 4 на ледоколе 6 предусмотрен вспомогательный катер (не показан) либо используют швартовные шпили 13 ледокола 6 или якорно-швартовные лебедки 28 танкера 1.
Растягивание - швартовка понтона 32 к танкеру 1 и ледоколу 6 осуществлена посредством тросов 40 (фиг.11, 12).
Комплекс работает следующим образом.
Комплекс используется как временное сооружение для отгрузки нефти в зимний период времени в условиях начального ледообразования (мелкобитый лед толщиной не более 1,5 м).
В район нахождения трубопровода 3 с манифольдом 4 приходит ледокол 6, прокладывая путь во льдах танкеру 1. Ледокол 6 занимает положение, близкое к продольной оси причала (фиг.1). Затем посредством швартов и призматических якорей 2 ледокол 6 раскрепляется на рейдовом причале. После этого к корме 7 ледокола 6 своей носовой частью 8 самостоятельно швартуется танкер 1. В свою очередь к корме 10 танкера 1 швартуется кормой вспомогательное судно 9, вставая на собственные якоря. Вспомогательное судно 9 используют в обстановке мелкобитого льда. Вспомогательное судно 9 выбирает положение, обеспечивающее удержание кормы 10 танкера 1 от смещения во время проведения грузовых операций. Причем танкер 1 швартуется к ледоколу 6 непосредственно или на расстоянии не более 15 м. Вспомогательное судно 9 занимает положение в 20-30 м от кормы 10 танкера 1. После окончания швартовных операций на ледоколе 6 готовятся к подъему гибкого шланга 5 трубопровода 3. Для этого с помощью спускоподъемного механизма с водолазного поста 21 через водолазную шахту 22 спускается в водолазной беседке водолаз. Последний осуществляет поиск гибкого шланга 5, расположенного на морском дне, подсоединение оголовка шланга 5 к тросу 14, а также открывает задвижку подводного манифольда 4.
На палубе ледокола 6 в кормовой ее части раскрепляют цилиндрический тубус 11 (фиг.2-7, 11). Для этого с помощью троса 14 шпиля 13, за который закрепляют цилиндрический тубус 11, по направляющим 15 последний опускают в шахту 12 так, что его нижний край 16 располагается ниже нижней кромки плавающих льдов на 0,5 м или на 2 м ниже КВЛ ледокола 6. Затем трос 14 отсоединяют от цилиндрического тубуса 11. После нахождения шланга 5 водолаз подсоединяет последний к тросу 14. С помощью шпиля 13 шланг 5 вытягивают через цилиндрический тубус 11 на палубу ледокола 6. При этом шланг 5 благодаря цилиндрическому тубусу 11 не соприкасается со льдом, что предотвращает его повреждение. Причем цилиндрический тубус 11 находится в рабочем положении до окончания погрузочных работ на танкере 1. Благодаря работе устройства 20 предотвращается обледенение тубуса 11 и шахты 12, чем обеспечивается бесперебойная работа комплекса.
При непосредственном расположении пришвартованного у кормы 7 ледокола 6 танкера 1 гибкий шланг 5 с помощью несущего троса 23 и шпиля 13 передают на танкер 1 и подсоединяют к грузовому манифольду 26 последнего. При расположении танкера 1 и ледокола 6 на расстоянии длины гибкого шланга 5 недостаточно (фиг.6, 7), поэтому к последнему на площадке 25 подсоединяют промежуточный шланг 27 посредством быстроразъемных соединений 24. Затем подтягиваемый якорно-швартовной лебедкой 28 танкера 1 и удерживаемый тросом 23 шпиля 13 ледокола 6 промежуточный шланг 27 подается на танкер 1.
На танкере 1 готовят шланг 5 (либо шланг 27) к подсоединению к грузовому манифольду 26 танкера 1 путем снятия со шланга 5 (шланга 27) заглушки быстроразъемного соединения 24 и подключения шланга 5 к грузовому трубопроводу танкера 1. После отгрузки в танкер 1 необходимого количества нефти осуществляют отдачу шланга 5 подводного трубопровода 3 (либо промежуточного шланга 27) в обратной последовательности.
С помощью троса 14 шпиля 13 шланг 5 опускают через тубус 11, минуя лед, на морское дно. Водолаз отсоединяет трос 14 от шланга 5, закрывает задвижку подводного манифольда 4.
Спуск и подъем гибкого шланга 5 и отгрузка нефти может осуществляться с помощью понтона 32 через его шахту 33 (фиг.8-12), которая защищает гибкий шланг 5 трубопровода 3 от плавающего льда при спуске и подъеме гибкого шланга 5 со дна моря и во время отгрузки нефти. При этом понтон 32 используют в условиях мелкобитого льда толщиной не более 15 см.
С помощью судового грузового крана 39 ледокола 6 опускают на воду понтон 32. Последний либо с помощью вспомогательного катера ледокола 6 либо с помощью швартовных механизмов последнего отводится в район подводного манифольда 4. Водолаз поднимает со дна моря шланг 5. С помощью водолаза при работе шпиля 13 с тросом 14, который закрепляют на шланге 5, последний пропускают через шахту 33 понтона 32. Затем шланг 5 поднимают на ледокол 6 для его оснащения необходимыми для отгрузки нефти средствами (это предусмотрено при постановке танкера 1 непосредственно к корме ледокола 6).
В случае расположения танкера 1 на расстоянии от ледокола 6 с помощью вспомогательного катера либо швартовными механизмами ледокола 6 и швартовными лебедками 28 танкера 1 понтон 32 со шлангом 5 транспортируют к танкеру 1. Понтон 32 швартуется - растягивается к танкеру 1 и ледоколу 6 тросами 40. Затем осуществляются операции по отгрузке нефти.
Предлагаемый в качестве изобретения комплекс позволяет осуществить работы по погрузке нефти на танкер 1 не только в условиях начального льдообразования, но и в установившемся припае. Ледокол 6, самостоятельно прокладывая себе канал в припае или при необходимости двигаясь за линейным атомным ледоколом, например, типа "Таймыр", выходит в район подводного манифольда 4 и фиксируется с помощью ледовых якорей 2. Танкер 1 подходит по каналу к ледоколу 6 и встает на два кормовых ледовых якоря. Затем танкер 1 подтягивают носовой частью 8 к корме 7 ледокола 6. Далее операции по спуску и подъему цилиндрического тубуса 11 (либо понтона 32), подъему шланга 5 и отгрузке нефти выполняют аналогично выше описанному.
Таким образом, в результате применения данного изобретения достигается возможность обеспечения рейдовой отгрузки жидкого груза, преимущественно нефти, от берегового резервуарного парка с нефтью в морские танкеры в зимний период времени в условиях начального ледообразования и установившегося припая.
Однако в условиях Крайнего Севера при таких сложных работах возможны самые различные аварийные ситуации, при которых жизненно важно осуществить немедленный спуск или подъем водолаза на борт ледокола 6. Так, при экстренном отключении оборудования, например при утечке нефтепродуктов, необходимо безотлагательное проведение работ по отключению системы подачи нефти, водолазом - перекрытие задвижки подводного манифольда 4, т.е. необходим срочный спуск водолаза.
При нарушениях функционирования оборудования водолаза (скафандра, системы подачи воздуха) для спасения его жизни необходим срочный подъем водолаза на борт ледокола 6. В этой ситуации нужен экстренный подъем водолаза на борт ледокола 6.
При нарушениях в работе оборудования водолазного поста 21 (заклинивание водолазной беседки в водолазной шахте 22 и т.п.) ни экстренный спуск ни экстренный подъем водолаза через водолазную шахту 22 не возможен.
В этих случаях спуск и подъем водолаза осуществляют через цилиндрический тубус 11 шахты 12 (фиг.2). Для этого к тросу 14 подсоединяют дополнительную водолазную беседку 29 при помощи спускоподъемного механизма через цилиндрический тубус 11, находящийся в рабочем положении, опускают ее на дно, принимают водолаза и поднимают его на борт ледокола 6.
Для скорейшего подъема водолаза или при каких-нибудь нарушениях работы штатного спускоподъемного механизма введена дополнительная водолазная кран-балка 30 (фиг.5, 7), расположенная у правого борта на палубе в кормовой части ледокола 6 в области шахты 12. В этом случае водолазная кран-балка 30 подсоединяется своим тросом к дополнительной водолазной беседке 29.
Для облегчения прохождения дополнительной водолазной беседки 29 в цилиндрическом тубусе 11 она может быть выполнена цилиндрической формы с диаметром меньшим, чем диаметр цилиндрического тубуса 11.
Для улучшения и облегчения захода дополнительной водолазной беседки 29 в цилиндрический тубус 11 (фиг.2, 4, 6, 11) он снабжается коническим патрубком 31, который установлен в нижней части цилиндрического тубуса 11. Кроме того, конический патрубок 31 исключает перетирание гибкого шланга 5 в рабочем положении при его несоосном положении с цилиндрическим тубусом 11.
Таким образом, удается обеспечить скорейшее устранение аварийных ситуаций, а также экстренный спуск и подъем водолаза на борт ледокола 6 в любых аварийных ситуациях.
Промышленная применимость
Наиболее успешно заявленный комплекс для передачи жидкого груза промышленно применим при обеспечении рейдовой отгрузки нефтепродукта от берегового резервуарного парка в морские танкеры в зимний период времени в условиях начального ледообразования с толщиной льда не более 1,5 м и в установившемся припае.