СИСТЕМА ТРАНСПОРТИРОВКИ УГЛЕВОДОРОДОВ С ПОВОРОТНОЙ СТРЕЛОЙ
HYDROCARBONS TRANSFER SYSTEM WITH ROTARY JIG

Изобретение относится к системе транспортировки углеводородов, содержащей морскую платформу с опорным элементом, проходящим вверх от уровня палубы платформы, трубу для перекачивания углеводородов, содержащую секцию, проходящую от свободного конца опорного элемента, расположенного за бортом платформы, к устройству для хранения и/или обработки углеводородов на платформе, и секцию соединительной трубы, сообщенную с секцией трубы для перекачки и соединенную с помощью первого конца со свободным концом опорного элемента, причем второй конец секции соединительной трубы содержит соединитель и способен прикрепляться к платформе для производства углеводородов.
Сжиженный природный газ (СПГ) может производиться на платформах, поддерживаемых морским дном, или баржах, пришвартованных на расстоянии или с турельной якорной системой, и перекачиваться с места производства/обработки на криогенные танкеры. Танкерами для перевозки СПГ могут быть суда, которые пришвартовываются к морской барже для сжижения в конфигурации с последовательным расположением при помощи буксирных канатов, соединяющих носовую часть танкера для перевозки СПГ с кормовой частью баржи для сжижения, и которые удерживаются в положении посредством динамического позиционирования и использования своих движителей. Гибкий криогенный рукав соединяется на одном конце с трубопроводом на носовой части танкера, а на другом конце со стрелой крана на барже.
В патенте США № 6434948 описана система транспортировки СПГ, в которой гибкая труба для СПГ расположена на конце крана или стрелы, и этот кран способен поворачиваться вокруг горизонтальной оси. Соединитель в носовой части судна с резервуарами для СПГ соединен с трубопроводом, ведущим дальше к резервуарам для СПГ на судне. Кран, который может быть мостовым краном, поддерживает гибкий рукав от труб через вертлюг с жесткой трубой и обеспечивает достаточный зазор между гибкой трубой для СПГ в ее самой нижней точке и уровнем моря для предотвращения ударов волн. Кроме того, подвижная рама крана компенсирует медленные изменения при осадке во время перекачивания СПГ. Известный кран имеет относительно большую опорную поверхность на барже для производства СПГ, когда кран повернут внутрь судна, и гибкий рукав хранится на палубе. Для подъема криогенного рукава над уровнем моря, когда он отсоединен от танкера для перевозки СПГ, известный кран должен повернуться вокруг горизонтальной оси. Приводной механизм для крана является относительно сложным и большим для приведения в действие большой стрелы, и, следовательно, подъем криогенного рукава осуществляется относительно медленно. В случае операции быстрого разъединения в аварийной ситуации известный кран может быть не способен поднять криогенный рукав достаточно быстро. Кроме того, в своем втянутом положении кран проходит над уровнем палубы баржи для производства СПГ и имеет относительно большую опорную поверхность, занимающую площадь, на которой не могут выполняться другие работы.
Целью настоящего изобретения является создание системы транспортировки углеводородов для морской платформы, в которой труба для углеводородов может быть легко и быстро соединена с танкером. Другой целью является создание системы транспортировки углеводородов, которая обеспечивает безопасный зазор между перекачивающей трубой и уровнем моря в разъединенном состоянии и которая имеет относительно небольшую опорную поверхность на платформе. Еще одной целью является создание системы транспортировки углеводородов, которой можно легко управлять и которую можно быстро и безопасно соединять и разъединять. Другой целью является создание системы транспортировки углеводородов, которая обеспечивает быстрое и экономичное по площади хранение отсоединенной трубы для перекачивания углеводородов на платформе.
Система транспортировки углеводородов в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что опорный элемент содержит устройство смещения, соединенное с первым концом секции соединительной трубы и способное перемещаться между соединенным и разъединенным положениями, в то время как опорный элемент остается, по существу, неподвижным, причем вертикальное расстояние от уровня палубы устройства смещения является большим для отсоединенного положения, чем для соединенного положения, и горизонтальное расстояние от борта платформы является большим для соединенного положения, чем для разъединенного положения. В разъединенном положении секция соединительной трубы в своей вертикальной ориентации расположена со своим соединителем на заданном расстоянии от уровня моря.
При расположении устройства смещения на верхнем конце секции соединительной трубы секция соединительной трубы, в то время как она находится в вертикальном положении в зависимости от опорного элемента, может быть поднята относительно высоко над уровнем моря за счет перемещения только устройства смещения, например, на расстояние от 1 м до 15 м, предпочтительно, около 5 м. Опорный элемент, который может содержать кран или стрелу, остается, по существу, неподвижным. Вертикально поддерживаемая секция соединительной трубы, которая, предпочтительно, содержит гибкий криогенный перекачивающий рукав, может затем быть соединена с трубопроводом танкера посредством втягивания кабеля, соединенного со свободным концом секции трубы при помощи лебедки на танкере. Таким образом, секция соединительной трубы занимает более горизонтальное положение, и устройство смещения может перемещаться по направлению к танкеру для обеспечения дополнительной длины секции перекачивающей трубы, соединяющей расстояние между танкером и платформой. Таким образом, зазор между секцией соединительной трубы и уровнем моря может в случае быстрого отсоединения трубы от танкера быть обеспечен быстро при помощи элемента смещения только при приведении в действие относительно небольшого элемента смещения, что может быть быстро осуществлено относительно простым и легким элементом привода. Поскольку опорный элемент может оставаться неподвижным. Опорная поверхность опорного элемента на морской платформе может быть небольшой.
Секция соединительной трубы, предпочтительно, образована гибким рукавом, таким как криогенный перекачивающий рукав, который описан в патенте США № 4445543, который приобретает криволинейную конфигурацию при соединении с танкером. Морская платформа, поддерживающая опорный элемент, может находиться на морском дне и может содержать платформу, опирающуюся на колонну. Морская платформа также может быть плавучей платформой, такой как полупогружная платформа или баржа, пришвартованная на расстоянии или с турельной якорной системой.
В одном варианте осуществления устройство смещения содержит кронштейн, который соединен шарнирно на конце основания с опорным элементом, причем опорный конец кронштейна поддерживает секцию соединительной трубы, силовой элемент, соединенный с кронштейном для поворота кронштейна между, по существу, вертикальным разъединенным положением и, по существу, горизонтальным соединенным положением. При помощи кронштейна секция соединительной трубы может смещаться вдоль круговой траектории из разъединенного положения, в котором кронштейн проходит обычно в вертикальном направлении, в соединенное положение, в котором кронштейн проходит обычно в горизонтальном направлении. Силовой элемент может быть образован из одного или более гидравлических цилиндров, соединенных на одной стороне с опорным элементом и на другой стороне с кронштейном устройства смещения. Приведение в действие цилиндров может управляться компьютеризированной системой соединения-разъединения с приведением в действие в аварийной ситуации для подъема элемента смещения в случае быстрого разъединения соединителей.
Опорный элемент может содержать раму, которая проходит под углом, причем опорная поверхность расположена вдоль, по меньшей мере, части длины опорного элемента. Секция соединительной трубы может быть расположена на опорной поверхности для прохождения вдоль опорного элемента в разъединенном состоянии. В положении хранения соединительная труба может оставаться соединенной с перекачивающей трубой, соединенной с устройством для хранения и/или обработки углеводородов на барже для производства СПГ. Секция перекачивающей трубы может содержать жесткую трубу, соединенную на свободном конце опорного элемента с трубой смещения при помощи вертлюга, способного поворачиваться вокруг горизонтальной оси, причем второй конец трубы смещения соединен с секцией соединительной трубы при помощи второго вертлюга, способного поворачиваться вокруг горизонтальной оси.
В одном варианте осуществления устройство смещения находится в своем самом нижнем и переднем положении, соединенном положении, в то время как секция соединительной трубы расположена на опорной поверхности. Посредством подъема устройства смещения в разъединенное положение секция соединительной трубы поднимается с опорной поверхности и становится вертикально ориентированной и зависит от поднятого устройства смещения.
Вариант осуществления криогенной системы транспортировки СПГ в соответствии с настоящим изобретения будет в качестве примера описан подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи. На чертежах
фиг.1 - вид сбоку баржи для СПГ, пришвартованной своей кормовой частью к носовой части танкера для перевозки СПГ и соединенной с танкером при помощи гибкого криогенного рукава с устройством смещения в соединенном положении;
фиг.2a и 2b изображают соответственно увеличенный элемент трубопровода на носовой части танкера для перевозки СПГ, соединенного с соединителем гибкого криогенного рукава, и устройство смещения;
фиг.3 - вид сбоку баржи для производства СПГ и танкера для перевозки СПГ на фиг.1, на котором гибкий рукав отсоединен и поднят над уровнем моря при помощи устройства смещения;
фиг.4 изображает увеличенный элемент устройства смещения в разъединенном положении;
фиг.5a и 5b изображают соответственно увеличенный элемент нижнего конца и верхнего конца криогенного рукава при прохождении по опорной поверхности вдоль опорного элемента на барже для производства СПГ;
фиг.6 - другой вид устройства смещения в разъединенном положении, в то время как гибкий рукав проходит вдоль опорного элемента; и
фиг.7 и 8 - разные стадии процесса соединения гибкого рукава.
Фиг.1 изображает систему транспортировки углеводородов, содержащую морскую платформу в виде плавучей баржи 1 для сжижения СПГ. Баржа 1 содержит на своей кормовой части 2 опорную раму 3, проходящую вверх от уровня 11 палубы под углом около 45º за борт баржи 1. Танкер 4 для перевозки СПГ пришвартован своей носовой частью 5 к кормовой части 2 с помощью буксирных канатов 6, 7. Вместо буксирных канатов 6, 7 или в дополнение к ним, танкер может быть пришвартован, т.е. сохранять определенное положение с помощью одного из своих поворотных движителей, так называемое динамическое позиционирование. Для применений, в которых танкер оснащен системой динамического позиционирования, буксирные канаты 6, 7 установлены в качестве резервной безопасной швартовной системы, которая удерживает танкер 4 рядом с баржей для СПГ в случае выхода из строя системы динамического позиционирования танкера. Секция соединительной трубы в виде гибкого криогенного рукава 8 соединена своим верхним концом 9 с устройством 10 смещения. Нижний конец 12 соединителя рукава 8 содержит соединитель 13, который прикреплен к трубопроводу 15 на танкере 4. Трубопровод 15 содержит множество соединителей, таких как соединитель 17 для трубопровода для СПГ, соединитель 18 для гибридного трубопровода и соединитель 19 для трубопровода для возврата пара, например, показанных на фиг.2a. Соединитель 13 и каждый дополнительный соединитель 17-19 оснащены системой быстрого соединения/разъединения, системой аварийного выпуска и системой отрывного соединителя. На платформе с носовой частью трубопровод 15 поддерживается шарнирным соединением, так что он может поворачиваться для расположения на одной прямой с рукавом 8.
Как показано на фиг.1, второй гибкий рукав 20 соединен верхним концом с соответствующим устройством смещения для рукава 20. Рукав 20 расположен на опорной поверхности 25 опорной рамы 3, так что нижний конец 21, на котором содержится соединитель 23, расположен около нижней части опорной рамы 3 рядом с уровнем 11 палубы баржи 1. Таким образом, рукав 20 может перемещаться между соединенным положением и положением хранения при минимизации усталости рукава и уменьшении общей опорной поверхности рукава на палубе баржи 1. На опорном элементе 3 расположена лестница для обеспечения доступа к рукаву 20 для осмотра, проверки, ремонта и технического обслуживания.
Вдоль опорной рамы 3 расположена жесткая криогенная перекачивающая труба 27, которая проходит к устройству 28 для хранения или обработки СПГ, такому как криогенный резервуар, на барже 1. На своем верхнем конце 29 перекачивающая труба 27 соединена с трубой 30 смещения, которая соединяет жесткую перекачивающую трубу 27 с гибкой соединительной трубой 8 с помощью вертлюгов 38, 39. Труба 30 смещения проходит вдоль устройства 10 смещения, как показано на фиг.2b. Устройство 10 смещения содержит кронштейн 33, который соединена концом 36 основания со свободным концом 35 опорного элемента 3 при помощи пятового шарнира 34. Свободный конец 35 кронштейна 33 поддерживает гибкий рукав 8, который при помощи вертлюга 39 соединен с трубой 30 смещения, прикрепленной к кронштейну 33, и способной поворачиваться вместе с кронштейном из горизонтального соединенного положения, как показано на фиг.1, в вертикальное разъединенное положение, как показано на фиг.3.
3
1
В соединенном положении, как показано на фиг.1, высота H устройства 10 смещения от уровня 11 палубы может составлять, например, около 40 м. Расстояние D верхнего конца 9 соединительной трубы 8 от борта баржи 1 составляет, например, 50 м.
2
1
4
2
В разъединенном положении, которое показано на фиг.3, кронштейн 33 устройства 10 смещения расположена в вертикальном положении, так что свободный конец 35 поднят на высоту H около 10 м, и соединитель 13 на конце гибкого рукава 8, содержащий сложные элементы для быстрого соединения/разъединения, аварийного выпуска и отрывного соединителя, расположен полностью над уровнем моря на высоте H, например, 3-7 м. Расстояние H от уровня 11 палубы составляет, например, около 50 м, и расстояние D вертикального рукава 8 от борта баржи 1 составляет, например, 40 м.
Как показано на фиг.4, несколько гибких рукавов 8', 8'' поддерживаются вдоль опорной рамы 3 с их соответствующими устройствами 10', 10'' смещения в горизонтальном положении. Рукава 8', 8'' поддерживаются на поверхности опорной рамы 3 и являются доступными для осмотра, технического обслуживания или ремонта с помощью лестницы 40. Концы 12', 12'' соединителей рукавов 8', 8'' поддерживаются на, по существу, горизонтальной платформе 42 и закреплены на месте при помощи U-образных крепежных скоб 43, которые могут содержать зажимное устройство.
Фиг.5b изображает устройство 10 смещения гибкого рукава 8 в вертикальном положении, в то время как рукав поддерживается вдоль опорной рамы 3. В этом положении рукава 8 U-образные крепежные скобы 43 на нижней платформе 42 могут быть открыты, и рукав 8 может быть выдвинут с опорной поверхности персоналом, так что рукав 8 становится вертикально ориентированным в зависимости от устройства 10 смещения. Можно видеть, что кронштейн 33 устройства 10 смещения содержит поперечный усиливающий элемент 45 для поддержания веса гибкой трубы 8.
Фиг.6 изображает устройство 10 смещения, если смотреть от кормовой части к носовой части баржи 1. На подвесном конце гибкая труба соединена с шарниром, встроенным в конец 46 стрелы, который приспособлен для подвешивания гибкой трубы на кронштейне 33 и соединяет трубу с трубой 30 смещения при помощи криогенного вертлюга 39. Силовой элемент 41, такой как, например, один или более гидравлических цилиндров, установлен для поворота кронштейна 33 вокруг шарнира 34 из горизонтального соединенного положения в вертикальное разъединенное положение. Силовой элемент 41 может приводиться в действие системой аварийного управления для быстрого подъема рамы при возникновении аварийной ситуации для сохранения конца 12 соединителя сухим все время при быстром разъединении или отрыве соединителя 13.
Фиг.7 изображает гибкий рукав 8, соединенный при помощи кабеля 50 на конце 13 своего соединителя с лебедкой 51 на носовой части судна. Конец 12 соединителя рукава 8 проталкивается к судну 5 до расположения соединителя 13 не в линию с соединителями 17-19 трубопровода 15 на носовой части судна 5. При соединении соединителя 13 с трубопроводом, устройство 10 смещения опущено, как показано на фиг.8, и соединитель 13 на гибком рукаве 8 втягивается на борт судна 5 при помощи лебедки 51 и соединяется с трубопроводом. В случае необходимого быстрого разъединения соединитель 13 может быть разъединен, в то время как устройство 10 смещения быстро поднимается в вертикальное положение, так что соединитель 13 на свободном конце рукава 8 находится полностью над уровнем воды.