ПОДВОДНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕКАЧКИ КРИОГЕННОЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
UNDERWATER SYSTEM OF CRYOGENIC FLUID MEDIUM PUMPING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам и способам перекачки криогенных текучих сред между двумя местоположениями. Более конкретно, некоторые варианты осуществления изобретения относятся к системам и способам использования криогенных вертикальных трубопроводов и вращающихся соединений для перекачки криогенных текучих сред, включая сжиженный природный газ, из океанского судна во второе местоположение.
Предпосылки изобретения
Большие объемы природного газа (то есть, прежде всего, метана) расположены в отдаленных областях мира. Этот газ имеет существенную ценность, если его можно экономично транспортировать на рынок. Там, где газовые запасы расположены в приемлемой близости к рынку и ландшафт между этими двумя местоположениями это допускает, газ, в типичном случае, добывают и затем транспортируют на рынок по подводным и/или наземным трубопроводам. Однако, когда газ добывают в местах, где укладка трубопровода является неосуществимой или экономически невыгодной, должны использоваться другие способы для того, чтобы поставлять этот газ на рынок.
Обычно используемый способ для транспортировки газа без использования трубопровода включает сжижение газа на месте добычи газа или вблизи него и затем транспортировку сжиженного газа на рынок в специально разработанных резервуарах-хранилищах на борту транспортных судов. Природный газ охлаждают и сжимают до жидкого состояния для получения сжиженного газа ("сжиженного природного газа"). Сжиженный природный газ, в типичном случае, но не всегда, транспортируют, по существу, при атмосферном давлении и при температурах приблизительно -162°C (-260°F), таким образом, значительно увеличивая количество газа, который может храниться в определенном резервуаре-хранилище на транспортном судне. Как только судно для транспортировки сжиженного природного газа достигает его пункта предназначения, сжиженный природный газ, в типичном случае, перегружают в другие резервуары-хранилища, из которых сжиженный природный газ затем повторно испаряют, как необходимо, и транспортируют в газообразной форме конечным пользователям по трубопроводам или подобными средствами. Сжиженный природный газ представляет собой все более распространенную форму транспортировки газа для снабжения природным газом главных энергопотребляющих государств.
В настоящее время перекачка сжиженного природного газа из судов для перевозки сжиженного природного газа и в них в терминалах производится при помощи располагаемых рядом над водной поверхностью криогенных загрузочных рукавов ("жестких рукавов"), которые состоят из уравновешенных твердотрубных элементов, соединенных шарнирными соединениями. На конце загрузочного рукава расположен специальный соединитель с возможностью аварийного отсоединения. Этот соединитель сопрягается с фланцем на грузовом коллекторе судна для перевозки сжиженного природного газа, в типичном случае, расположенном вблизи середины судна для перевозки сжиженного природного газа. Когда судно для перевозки сжиженного природного газа должно быть пришвартовано бортом вдоль причала для получения возможности соединения загрузочного рукава с грузовым коллектором, средства для разгрузки/загрузки при швартовке бортом известны.
Для рейдовых причалов типична разгрузка вдоль борта над водной поверхностью. Морские варианты загрузочного рукава для сжиженного природного газа снабжают специальными шарнирными соединениями, усиленными элементами конструкции и специализированными концевыми соединителями с системами назначения, предназначенными для получения возможности соединения и последующей перекачки сжиженного природного газа на рейде. В этих случаях судно для перевозки сжиженного природного газа, в типичном случае, пришвартовывают вдоль причала терминала при помощи нейлоновых швартовых и привальных брусов для предотвращения разрушительного контакта между структурами причала и судном. Хотя есть технические и эксплуатационные аспекты, которые требуют дальнейшей оценки, разгрузка вдоль борта в море рассматривается как продолжение обычной технологии перекачки сжиженного природного газа.
В мягких и умеренных условиях окружающей среды разгрузка вдоль борта в море может обеспечивать приемлемое удобство в эксплуатации. Однако при увеличении жесткости окружающей среды время, когда происходит причаливание вдоль борта и разгрузка, уменьшается. Ограничивающие факторы включают натяжение швартовых судна для перевозки сжиженного природного газа и возможности буксира, а также ограничения возможностей загрузочного рукава.
В альтернативном варианте разработаны, лицензированы для работы и строятся системы для перекачки природного газа (в газообразном состоянии) через турели, вертикальные трубопроводы и подводные газопроводы. Примеры включают концепции Excelerate "Energy Bridge" и Leif Hoegh/Hamworthy's Ship Regasification Vessel (SRV). Согласно концепции Energy Bridge и SRV используют отсоединяемые турели. Дополнительную информацию об известном уровне техники можно обнаружить в патентах США № 5983931 (Ingebrigtsen и др.), № 5025860 (Mandrin), № 5878814 (Breivik и др.), № 6003603 (Breivik и др.), № 6517290 (Poldervaart), № 6546739 (Frimm и др.), WO 2004/080790 (Korsgaard), G.B. 2382809 (de Baan), WO93/24733, WO93/24732 (Breivik и др.), США 2002/174662 (Frimm и др.), США 5651708 (Borseth и др.), США 5697732 (Sigmundstad и др.), FR 2770484 (Doris Engineering), США 5305703 (Korsgaard и др.), WO 02/092423 (Ingenium AS; Fosso, Jan), США 5339760 (Korsgaard и др.) и США 5628657 (Breivik и др.).
Из-за увеличения спроса на сжиженный природный газ, заметного в последние годы, увеличенный акцент был сделан на эффективность стоимости, технологичности и регламента новых проектов перекачки сжиженного природного газа для уменьшения стоимости поставляемого газа. Усовершенствования эффективности стоимости, технологичности и регламента могут способствовать смягчению существенного коммерческого риска, соединенного с большими проектами перекачки сжиженного природного газа.
Сущность изобретения
Один вариант осуществления изобретения включает систему для транспортировки криогенной текучей среды между плавучим судном и вторым местоположением. Система включает первый криогенный вертикальный трубопровод, имеющий первый конец и второй конец, причем первый вертикальный трубопровод приспособлен для изменения вертикального расположения первого конца, второй конец первого вертикального трубопровода расположен в воде и с сообщением по текучей среде со вторым местоположением, при этом, по меньшей мере, часть первого вертикального трубопровода изолирована. Система также включает первый погружаемый в воду турельный соединитель, соединенный с первым концом первого вертикального трубопровода. Первый соединитель приспособлен для разъемного соединения с первым плавучим судном, расположенным на водном пространстве, таким образом, что криогенная текучая среда может иметь сообщение между первым судном и первым концом первого вертикального трубопровода, при этом первый соединитель заякорен на дне так, что вертикальное положение первого соединителя может быть изменено, и первый соединитель приспособлен для поворота первого судна вокруг первого соединителя на поверхности воды, когда первое судно соединено с первым соединителем.
Другой вариант осуществления изобретения включает систему для транспортировки криогенной текучей среды между плавучим судном и вторым местоположением. Система включает первый криогенный вертикальный трубопровод, имеющий первый конец и второй конец, причем первый вертикальный трубопровод приспособлен для изменения вертикального расположения первого конца, и второй конец первого вертикального трубопровода расположен в воде и с сообщением по текучей среде со вторым местоположением. Система также включает первый погружаемый турельный соединитель, соединенный с первым концом первого вертикального трубопровода и приспособленный для разъемного соединения с первым плавучим судном, находящимся на воде, таким образом, что криогенная текучая среда может перекачиваться между первым судном и первым концом первого вертикального трубопровода, при этом первый соединитель заякорен на дне таким образом, что вертикальное положение первого соединителя может изменяться, и первый соединитель приспособлен для поворота первого судна вокруг первого соединителя на поверхности воды, когда первое судно соединено с первым соединителем. Система также включает магистральный трубопровод для криогенной текучей среды, имеющий первый конец и второй конец, причем первый конец трубопровода сообщается по текучей среде со вторым концом первого вертикального трубопровода, второй конец трубопровода сообщается по текучей среде со вторым местоположением, при этом трубопровод, по меньшей мере, частично погружен в воду. Система также включает, по меньшей мере, изолированную часть первого вертикального трубопровода, по меньшей мере, изолированную часть трубопровода или обе изолированные части.
Еще один вариант осуществления изобретения включает способ транспортировки криогенной текучей среды между плавучим судном и вторым местоположением. Способ включает передачу криогенной текучей среды по трубопроводу для криогенной текучей среды между первым судном и вторым местоположением. Трубопровод для криогенной текучей среды включает первый криогенный вертикальный трубопровод, имеющий первый конец и второй конец, причем первый вертикальный трубопровод приспособлен для изменения вертикального расположения первого конца первого вертикального трубопровода, второй конец первого вертикального трубопровода расположен в воде и с сообщением по текучей среде со вторым местоположением и с изоляцией, по меньшей мере, части первого вертикального трубопровода. Трубопровод для криогенной текучей среды также включает первый погружаемый турельный соединитель, соединенный с первым концом первого вертикального трубопровода и приспособленный для разъемного соединения с первым судном, находящимся на воде, таким образом, что криогенную текучую среду можно перемещать между первым судном и первым концом первого вертикального трубопровода, при этом первый соединитель заякорен на дне под водой так, что вертикальное положение первого соединителя может быть изменено, и первый соединитель приспособлен для поворота первого судна вокруг первого соединителя на поверхности воды, когда первое судно соединено с первым соединителем.
Еще один вариант осуществления изобретения включает способ перекачки криогенной текучей среды между плавучим судном и вторым местоположением. Способ включает перемещение криогенной текучей среды по трубопроводу для перекачки криогенной текучей среды между первым судном и вторым местоположением. Трубопровод для криогенной текучей среды включает первый криогенный вертикальный трубопровод, имеющий первый конец и второй конец, и приспособлен для изменения вертикального расположения первого конца первого вертикального трубопровода, при этом второй конец первого вертикального трубопровода расположен в воде и с сообщением по текучей среде со вторым местоположением. Трубопровод для криогенной текучей среды также включает первый погружаемый турельный соединитель, соединенный с первым концом первого вертикального трубопровода и приспособленный для разъемного соединения с первым судном, расположенным на воде, таким образом, что криогенную текучую среду можно перекачивать между первым судном и первым концом первого вертикального трубопровода, при этом первый соединитель заякорен на дне под водой так, что вертикальное положение первого соединителя может быть изменено, и первый соединитель приспособлен для того, чтобы первое судно могло разворачиваться вокруг первого соединителя на поверхности воды, когда первое судно соединено с первым соединителем. Трубопровод для криогенной текучей среды также включает магистральный трубопровод для криогенной текучей среды, имеющий первый конец и второй конец, причем первый конец магистрального трубопровода сообщается по текучей среде со вторым концом первого вертикального трубопровода, при этом второй конец магистрального трубопровода сообщается по текучей среде со вторым местоположением, и магистральный трубопровод, по меньшей мере, частично погружен в воду. Трубопровод для криогенной текучей среды также включает, по меньшей мере, изолированную часть первого вертикального трубопровода, по меньшей мере, изолированную часть магистрального трубопровода или их обоих.
Еще один вариант осуществления изобретения включает способ транспортировки криогенной текучей среды между первым местоположением и плавучим судном, находящимся на воде. Способ включает соединение первого плавучего судна с первым погружаемым турельным соединителем. Первый соединитель приспособлен для разъемного соединения с первым плавучим судном таким образом, что криогенную текучую среду можно перекачивать между первым плавучим судном и первым соединителем, при этом первый соединитель заякорен на дне под водой таким образом, что можно изменять вертикальное положение первого соединителя, и первый соединитель приспособлен для того, чтобы первое плавучее судно могло разворачиваться вокруг первого соединителя на поверхности воды, когда первое плавучее судно соединено с первым соединителем. Способ также включает перекачку криогенной текучей среды между первым плавучим судном и первым соединителем. Способ также включает перекачку криогенной текучей среды между первым соединителем и первым криогенным вертикальным трубопроводом. Первый вертикальный трубопровод имеет первый конец и второй конец, причем первый конец первого вертикального трубопровода соединен с первым соединителем, а второй конец первого вертикального трубопровода расположен в воде и с сообщением по текучей среде со вторым местоположением, и первый вертикальный трубопровод приспособлен для изменения вертикального расположения первого конца первого вертикального трубопровода. Способ также включает перекачку криогенной текучей среды между первым вертикальным трубопроводом и магистральным трубопроводом для криогенной текучей среды, причем магистральный трубопровод имеет первый конец и второй конец, при этом первый конец магистрального трубопровода сообщается по текучей среде со вторым концом первого вертикального трубопровода, при этом второй конец магистрального трубопровода сообщается по текучей среде со вторым местоположением, и магистральный трубопровод, по меньшей мере, частично погружен в воду.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает один вариант осуществления изобретения, включающий погружаемый криогенный турельный соединитель, погруженный в воду и отсоединенный от плавучего транспортного судна.
Фиг.2 - один вариант выполнения погружаемого криогенного турельного соединителя, соединенного с судном в отсеке судна.
Фиг.3 - альтернативный вариант выполнения погружаемого криогенного турельного соединителя, соединенного с судном в отсеке судна.
Фиг.4 - частичный вид одного варианта выполнения погружаемого криогенного турельного соединителя, расположенного в отсеке судна.
Фиг.5 - вид одного варианта осуществления изобретения, включающего погружаемую криогенную систему из турельного соединителя, вертикального трубопровода и магистрального трубопровода, используемую для обеспечения сообщения между плавучим транспортным судном и плавучей установкой для хранения и регазификации.
Фиг.6 - вид одного варианта осуществления изобретения, включающего погружаемую криогенную систему из турельного соединителя, вертикального трубопровода и магистрального трубопровода, используемую для обеспечения сообщения между плавучим транспортным судном и установкой, расположенной на дне.
Фиг.7 - вид одного варианта осуществления изобретения, включающего двойную погружаемую криогенную систему из турельного соединителя, вертикального трубопровода и магистрального трубопровода, используемую для обеспечения сообщения между плавучим транспортным судном и каркасом регазификационной платформы на стальных сваях.
Фиг.8 - вид одного варианта осуществления изобретения, включающего погружаемую криогенную систему из турельного соединителя, вертикального трубопровода и магистрального трубопровода, используемую для обеспечения сообщения между плавучим транспортным судном и береговым экспортным терминалом.
Фиг.9 - вид одного варианта осуществления изобретения, включающего погружаемую криогенную систему из турельного соединителя, вертикального трубопровода и магистрального трубопровода, используемую для обеспечения сообщения между двумя плавучими судами, и плавучие устройства для подвешивания трубопровода на средней глубине в воде.
Подробное описание изобретения
Далее приведено подробное описание изобретения. Каждый из прилагаемых пунктов формулы изобретения определяет отдельное изобретение, которое с точки зрения нарушения признано как включающее эквиваленты различным элементам или ограничениям, указанным в формуле изобретения. В зависимости от контекста все ссылки, приведенные ниже относительно "изобретения", могут в некоторых случаях относиться только к некоторым определенным вариантам осуществления изобретения. В других случаях будет понятно, что ссылки на "изобретение" будут относиться к предмету, указанному в одном или более, но не обязательно во всех, пунктах формулы изобретения. Несколько вариантов осуществления изобретения будут теперь описаны более подробно, включая определенные варианты осуществления изобретения, версии и примеры, но варианты осуществления изобретения не ограничены этими вариантами, версиями или примерами, которые включены сюда для того, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники использовать варианты осуществления изобретения, когда информация, относящаяся к этому патенту, скомбинирована с доступной информацией и технологией. Используемые здесь различные термины определены ниже. Если объем термина, использованного в формуле изобретения, не определен ниже, ему следует давать наиболее широкую формулировку, данную специалистами в данной области техники и отраженную в выпущенных публикациях и выданных патентах.
Использованный здесь и в формуле изобретения термин "криогенный" означает температуру ниже -28,9°C (-20 °F). Термин "криогенный", используемый при ссылках на текучую среду, означает, что текучая среда находится при криогенной температуре. Термин "криогенный", используемый при ссылке на предмет или материал, означает, что предмет или материал пригоден для работы при криогенной температуре и/или пригоден для содержания криогенной текучей среды. Например, криогенный вертикальный трубопровод - это вертикальный трубопровод, который пригоден для содержания криогенной текучей среды.
Использованная здесь и в формуле изобретения фраза "криогенная текучая среда" означает жидкую, газовую, плотную фазу или их комбинации, которые находятся при криогенной температуре. Типичные криогенные текучие среды включают сжиженный природный газ, сжатый сжиженный природный газ, охлажденный сжиженный нефтяной газ, жидкий азот или любую другую текучую среду при криогенной температуре.
Используемый здесь и в формуле изобретения термин "оборудование" означает структуру, которая способна хранить и/или обрабатывать текучую среду. Обработка текучей среды включает, например, газификацию, регазификацию, испарение, сжижение и/или перекачку текучей среды.
Используемый здесь и в формуле изобретения термин "наземная конструкция" означает оборудование, которое расположено на суше. Типичные наземные конструкции включают наземные регазификационные установки, наземные резервуары хранения, импортные и/или экспортные терминалы и их комбинации.
Используемая здесь и в формуле изобретения фраза "плавучее судно" означает оборудование, которое плавает на поверхности воды. Термин "плавучее", используемый относительно судна, означает, что судно является плавучим в воде и может иметь такую осадку в воде, что часть судна находится ниже поверхности воды, в то время как, по меньшей мере, часть судна находится над поверхностью воды. Плавучее судно может быть пришвартовано, поставлено на якорь, динамически установлено и/или может свободно плавать в воде. Типичные плавучие суда включают суда, баржи, плавучие установки для хранения и регазификации, плавучие суда для перевозки сжиженного природного газа, плавучие импортные и/или экспортные терминалы, плавучие регазификационные платформы, плавучие платформы хранения и их комбинации.
Используемая здесь и в формуле изобретения фраза "плавучее судно для хранения криогенной текучей среды" означает плавучее судно, которое содержит средства хранения, способные содержать криогенную текучую среду. Типичные средства хранения включают сферические резервуары, мембранные резервуары, резервуары с пластинчатым каркасом, бетонные резервуары, композиционные резервуары и другие резервуары, пригодные для хранения криогенных текучих сред. Типичные плавучие суда для хранения криогенных текучих сред включают суда, баржи, плавучие установки для хранения и регазификации, плавучие суда для перевозки сжиженного природного газа, импортные и/или экспортные терминалы, плавучие платформы хранения и их комбинации.
Используемая здесь и в формуле изобретения фраза "плавучее судно хранения" означает плавучее судно, которое содержит средства хранения, способные содержать текучую среду. Типичные средства хранения включают сферические резервуары, мембранные резервуары, резервуары с пластинчатым каркасом, бетонные резервуары, композиционные резервуары и другие резервуары, пригодные для хранения криогенных текучих сред. Типичные плавучие суда для хранения криогенных текучих сред включают суда, баржи, плавучие установки для хранения и регазификации, плавучие суда для перевозки сжиженного природного газа, плавучие импортные и/или экспортные терминалы, плавучие платформы хранения и их комбинации.
Используемая здесь и в формуле изобретения фраза "плавучее транспортное судно" означает плавучее судно, которое способно самостоятельно двигаться или двигаться с содействием другого средства по поверхности воды. Слово "двигаться" относится к движению от одного местоположения до другого местоположения, которые находятся, по меньшей мере, на расстоянии 1 километра. Судно представляет собой пример самодвижущегося плавучего судна. Баржа представляет собой пример плавучего судна с содействием движению. Типичные плавучие транспортирующие суда включают суда, баржи и их комбинации.
Используемая здесь и в формуле изобретения фраза "конструкция, расположенная на дне", означает оборудование, которое поддерживается дном под водой. Вес конструкции, расположенной на дне, по меньшей мере, частично удерживается дном под водой. Части конструкций, расположенных на дне, могут быть расположены, например, над поверхностью воды, на поверхности воды или в комбинации этих вариантов. Типичные конструкции, расположенные на дне, включают расположенные на дне средства хранения и/или регазификации, расположенные на дне импортные и/или экспортные терминалы, конструкции с гравитационным фундаментом, средства, удерживаемые несущей оболочкой на стальных сваях и их комбинации.
Используемая здесь и в формуле изобретения фраза "трубопровод для текучей среды" означает трубопровод, способный создавать закрытый канал для потока текучей среды от одного местоположения до второго местоположения. Типичные трубопроводы для текучей среды включают трубы, вертикальные трубопроводы, шланги и их комбинации.
Используемый здесь и в формуле изобретения термин "вертикальный трубопровод" означает один или более трубопроводов для текучей среды, способных перемещать текучую среду между первым местоположением или местоположениями и вторым местоположением или местоположениями, причем первое и второе местоположение (местоположения) находятся на разной высоте по вертикали, и, по меньшей мере, одно из первого или второго местоположений находится в воде. Например, первое местоположение может быть около поверхности воды, и второе местоположение может находиться на глубине более 30 метров под поверхностью воды. Типичный вертикальный трубопровод представляет собой трубу или шланг, проходящий от дна под водой до уровня в пределах 20 метров выше или ниже поверхности воды.
Используемый здесь и в формуле изобретения термин "гибкий вертикальный трубопровод" означает вертикальный трубопровод, который имеет способность изменения формы для изменения вертикального расстояния между конечными точками вертикального трубопровода. Например, им может быть вертикальный трубопровод, состоящий из гибкого шланга или гибкой трубы, или вертикальный трубопровод, состоящий из жесткой трубы с шарнирно сочлененными соединениями для возможности изменения вертикального расстояния между первым концом вертикального трубопровода и вторым концом вертикального трубопровода.
Используемый здесь и в формуле изобретения термин "коллектор" означает устройство, имеющее одно или более входных отверстий и одно или более выходных отверстий, причем входное отверстие (отверстия) коллектора способно соединять один или более трубопроводов для текучей среды с одним или более выходных отверстий коллектора.
Используемая здесь и в формуле изобретения фраза "разветвительный коллектор" означает коллектор, имеющий одно или несколько входных отверстий и два или более выходными отверстиями, причем входное отверстие (отверстия) коллектора способно соединять один или более трубопроводов для текучей среды с двумя или более выходными отверстиями коллектора или два или более входных отверстий и один или несколько выходных отверстий, причем входное отверстие (отверстия) способно соединять один или несколько трубопроводов для текучей среды с одним или несколькими выходными отверстиями коллектора.
Используемая здесь и в формуле изобретения фраза "буй-указатель" означает буй, который плавает на поверхности воды и остается на ней. Буй-указатель соединен с погружаемым устройством и служит средством указания местоположения погружаемого устройства, когда погружаемое устройство погружено ниже поверхности воды.
Используемый здесь и в формуле изобретения термин "изолированный" означает или включение отдельного теплоизоляционного материала на объект или в него, или объект, устроенный так, что он будет действовать как теплоизоляционный материал. Теплоизоляционный материал определен как материал с теплопроводностью меньше 12 Вт/м·°C (7 Бте/час-фут-°F). Типичные изоляционные материалы включают минеральные волокна (такие как перлит), каучук, пенопласты (например, полиуретановые пены, поливинилхлоридные пены, пенополистиролы), стекловолокна, вакуумную и/или микропористую изоляцию, такую как аэрогель. Использованный выше термин "объект" относится к любому физическому объекту. Типичные объекты включают вертикальные трубопроводы, магистральные трубопроводы, трубопроводы для текучей среды. Типичные изолированные объекты включают конструкцию типа "труба в трубе" с любым из указанных выше изоляционных материалов в кольцевом пространстве между трубами, шланг, выполненный частично из проволоки из нержавеющей стали, полимерных пленок и полимерных тканей, полиуретановой пены и каучука, композитную трубу, выполненную из гофрированных элементов из нержавеющей стали, оплетки из полипропилена, изоляции и каучука.
Один вариант осуществления изобретения включает подводную систему перекачки сжиженного природного газа. Подводная система перекачки сжиженного природного газа включает отсоединяемую криогенную турель, систему криогенного вертикального трубопровода и, возможно, подводный магистральный криогенный трубопровод. Эта система может использоваться как элемент для доставки криогенных текучих сред, например сжиженного природного газа, через плавучие транспортные носители, например суда. Типичная цепочка поставки сжиженного природного газа состоит из добычи газа из подземных месторождений, обработки/очистки газа для удаления тяжелых углеводородов и нежелательных компонентов, таких как ртуть, сероводород и углекислый газ, обработки в установке для сжижения газа для охлаждения природного газа до жидкого состояния для хранения и транспортировки, поставки в экспортный терминал, например порт с причалами для судов для перевозки сжиженного природного газа, использования плавучих транспортов (например, судов) для перевозки сжиженного природного газа для транспортировки сжиженного природного газа от экспортного терминала до местоположения рынка и использования импортного терминала в местоположении рынка для приема сжиженного природного газа с плавучего судна для транспортировки сжиженного природного газа, хранения и испарения сжиженного природного газа для получения природного газа, который будет передан на рынок по трубопроводу. Также возможны другие модификации цепочки поставки сжиженного природного газа. Например, плавучие транспортные суда для транспортировки сжиженного природного газа могут быть оборудованы установками для сжижения или регазификации таким образом, чтобы импортные или экспортные терминалы или соединенные с ними средства не требовали наличия таких установок. Добыча газа может осуществляться на суше и/или в море. В случае добычи в море плавучее добывающее судно могло бы использоваться или отдельно, или в комбинации с отдельным или объединенным плавучим судном-хранилищем. При добыче в море можно также использовать отдельное или объединенное судно для сжижения. Также возможны другие модификации цепочки поставки сжиженного природного газа.
Некоторые варианты осуществления изобретения связаны прежде всего с импортным терминалом, как компонентом цепочки поставки, в то время как другие имеют применение в оборудовании экспортного терминала. Одна функция вариантов осуществления изобретения касается передачи сжиженного природного газа от (или к) плавучего судна для транспортировки сжиженного природного газа в местоположении терминала через криогенную отсоединяемую внутреннюю пассивную турельную систему через криогенный подводный вертикальный трубопровод в подводный криогенный трубопровод. Внутренняя турельная система представляет собой турель, которая полностью содержится в структуре корпуса плавучего судна или окружена ей таким образом, что сама турель не подвергается воздействию волн, когда она соединена с плавучим судном. Пассивная турельная система представляет собой турельную систему, которая позволяет плавучему судну свободно разворачиваться по ветру или поворачиваться под действием природных сил вокруг оси турели, не требуя содействия силовой установки плавучего судна или подруливающих устройств.
Один аспект некоторых вариантов осуществления изобретения состоит в том, что они обеспечивают перемещение сжиженного природного газа из терминала в плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа или из него в терминал или даже из одного плавучего судна для транспортировки сжиженного природного газа в другое плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа через криогенную подводную систему (вертикальный трубопровод и магистральный трубопровод). Для получения возможности перекачки сжиженного природного газа плавучим судном для транспортировки сжиженного природного газа с высокой работоспособностью и надежностью в замысел изобретения также включена отсоединяемая устанавливаемая на якорь криогенная турельная система. Это позволяет плавучему судну для транспортировки сжиженного природного газа стыковаться в открытом море, разворачиваться по ветру, волне и течению и оставаться соединенным в трудных условиях при передаче сжиженного природного газа.
Когда плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа не присоединено к отсоединяемой системе из турели, якорного крепления и вертикального трубопровода, турель, в типичном случае, подвешена ниже поверхности моря, например, она может быть в середине толщи воды или на дне моря. Таким образом, отсоединенная криогенная турель защищена от случайного столкновения с другими судами. С турелью может быть соединен втягиваемым линем поверхностный буй-указатель. Когда плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа прибывает на место, оно маневрирует над местоположением турели, подхватывает буй-указатель, перемещает несущий линь втягивающимся линем турели, прикрепленным в отсеке для турели в плавучем судне для транспортировки сжиженного природного газа, и при помощи лебедки или другой системы втягивает турель в отсек для турели. Когда турель полностью втянута, турель блокируется на месте и создается соединение для передачи сжиженного природного газа из трубопроводной системы судна для транспортировки сжиженного природного газа в каналы турели для сжиженного природного газа. Шарнирные соединения в судне или в турели позволяют перекачивать сжиженный природный газ из плавучего судна для транспортировки сжиженного природного газа в систему криогенного вертикального трубопровода или из нее, в то время как судно разворачивается под действием природных явлений вокруг геостационарной системы из турели, якорного средства и вертикального трубопровода. Когда оно пристыковано, плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа удерживается системой из турели и якорного средства, состоящей из турели и соединенных с ней якорных линий из тросов/цепей с якорями на морском дне. В альтернативном варианте, когда судно пришвартовано, удерживанию судна можно содействовать с использованием подруливающих устройств судна и силовой установки, включая, например, динамические системы позиционирования. Когда разгрузка (или загрузка) сжиженного природного газа закончена, турель отсоединяют от плавучего судна для транспортировки сжиженного природного газа, и она может погружаться в толщу воды. Плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа уходит для возвращения в экспортный порт, для приема очередного груза сжиженного природного газа, или, в альтернативном варианте, в импортный порт, для выгрузки груза, принятого в экспортном порту.
Две компании Advanced Production Loading (APL) и SOFEC, присоединившиеся к Федеральной комиссии по мореходству, разработали отсоединяемые турели для выгрузки добываемых углеводородов. Система APL известна как погружаемая турельная система погрузки и сначала использовалась Shell/Esso в начале 1990-х годов для постановки на якорь MV VINGA, который служил заменой Fulmar Floating Storage Unit (FSU) в Северном море. APL также выпускает версию системы погрузки с погружаемой турелью со способностью приспособления множества каналов для текучей среды для полной добычи продукции скважины, нагнетания воды, газлифта, подводного контроля и газового экспорта. Эта система известна как система добычи с погруженной турелью. Отсоединяемая турель компании SOFEC также является добывающей системой с множеством каналов для текучей среды и используется в плавучей системе нефтедобычи, хранения и выгрузки Terra Nova на Grand Banks. Однако для работы с криогенным материалом описанные выше система добычи с погруженной турелью и система погрузки с погруженной турелью вероятно требовали бы модификаций. Изменения включают: 1 криогенные каналы для текучей среды внутри буя турели, 2 соединения с криогенными вертикальными трубопроводами у основания буя турели, 3 криогенные соединители в верхней части буя турели, 4 криогенную систему шарнирных соединений в отсеке для турели в плавучем объекте или судне и 5 канал рециркуляции или U-образный канал в буе турели для того, чтобы вся криогенная линия оставалась холодной, когда она отсоединена, или их комбинации. Дополнительные буи турели для криогенных вариантов применения описаны в патенте США № 5983931 (Ingebrightsen и др.), который включен сюда посредством ссылки.
Подводная система перекачки сжиженного природного газа, описанная здесь, также могла бы использоваться для перекачки холодных или криогенных текучих сред, отличных от сжиженного природного газа, таких как сжатый сжиженный природный газ или охлажденный сжиженный нефтяной газ.
В некоторых местоположениях экспортный или импортный терминал могут быть расположены в жестких внешних условиях, где превалируют более глубокие моря и более сильные ветры. В других случаях терминал может быть расположен в окружающей среде, где могут находиться морской лед и/или айсберги. Кроме того, изобретение находит применение для плавучих терминалов, таких как или импортные плавучие установки для хранения и регазификации, или экспортные плавучие установки для сжиженного природного газа (плавучие суда для перевозки сжиженного природного газа). Существующая технология перекачки сжиженного природного газа, описанная в предпосылках изобретения, имеет ограниченное удобство использования в жестких условиях окружающей среды. Подводная система перекачки сжиженного природного газа представляет собой морскую систему перекачки сжиженного природного газа, которая обеспечивает исключительное удобство использования разгрузки в жестких условиях окружающей среды или арктических районах. Кроме того, систему можно приспосабливать фактически к любому географическому региону. Подводная система перекачки сжиженного природного газа также обеспечивает гибкость, которая будет осуществлена в первичной системе перекачки или для расширения возможностей существующих терминалов для сжиженного природного газа.
Варианты осуществления изобретения включают систему и способ для перекачки сжиженного природного газа из плавучего судна для транспортировки сжиженного природного газа (или в него) в местоположении терминала через криогенную отсоединяемую внутреннюю пассивную систему турели через криогенный подводный вертикальный трубопровод в подводный криогенный магистральный трубопровод. Как указано выше, один объект варианта осуществления изобретения состоит в том, что он обеспечивает перекачку сжиженного природного газа на плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа из терминала или в него (или даже на одно плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа из другого плавучего судна для транспортировки сжиженного природного газа или наоборот) исключительно через криогенную подводную систему (вертикальный трубопровод и магистральный трубопровод).
Один вариант выполнения подводной системы перекачки сжиженного природного газа может включать отсоединяемую криогенную турель со швартовыми и якорями. Подводная система перекачки сжиженного природного газа может также включать систему криогенного вертикального трубопровода и, возможно, систему криогенного магистрального трубопровода.
Другие варианты осуществления изобретения могут включать непрерывную петлю двустороннего потока для обеспечения циркуляции сжиженного природного газа от терминала (импортного или экспортного) через систему вертикального трубопровода со стороны терминала (что может применяться), через подводный криогенный магистральный трубопровод, через турельную систему вертикального трубопровода к криогенной отсоединяемой турели и через турель назад через вертикальный трубопровод в магистральный трубопровод и назад в терминал. Назначение этой петли двустороннего потока состоит в том, чтобы обеспечивать циркуляцию сжиженного природного газа в подводной системе перекачки сжиженного природного газа для поддержания системы при криогенных температурах, когда турель отсоединена от плавучего судна для транспортировки сжиженного природного газа (то есть между погрузками или разгрузками). В вероятном варианте осуществления изобретения это влечет за собой применение сдвоенных вертикальных трубопроводов и параллельных, но противоположных потоков (в ходе рециркуляции) в подводных магистральных трубопроводах (или в линиях на средней глубине). В альтернативном варианте магистральные трубопроводы для текучей среды и/или вертикальные трубопроводы для текучей среды могут быть типа "труба в трубе", как описано в патенте США № 6012292 (Gulati и др.), который полностью включен сюда посредством ссылки. Конфигурация турели может допускать циркуляцию сжиженного природного газа в этой петле для рециркулирующего потока.
Варианты осуществления изобретения могут включать один или несколько концевых коллекторов трубопровода на каждом конце подводного криогенного магистрального трубопровода. Концевой коллектор трубопровода служит соединительной точкой для системы криогенного вертикального трубопровода. Управляемый с поверхности подводный предохранительный клапан может быть расположен в концевом коллекторе трубопровода, который способен перекрывать поток сжиженного природного газа и в основном, и в рециркуляционном каналах в случае аварийного положения на терминале, тревоги на плавучем судне для транспортировки сжиженного природного газа, повреждения или отказе турели и системы вертикального трубопровода или при повреждении трубопровода.
Варианты осуществления изобретения могут включать систему управления (гидравлическую, электрогидравлическую или другую) для управления предохранительными клапанами в концевом коллекторе (коллекторах) трубопровода. Это приведет к надлежащему управлению подводными составными шлангами, проходящими от турелей до концевого коллектора трубопровода (трубопроводов) от терминала и/или плавучего судна для транспортировки сжиженного природного газа. Системы управления могут быть расположены в терминале и, возможно, на плавучих судах для транспортировки сжиженного природного газа.
Варианты осуществления изобретения могут включать отсек для отсоединяемой криогенной турели и трубопровод для сжиженного природного газа, клапаны, фитинги, насосы, и системы управления, и силовые установки, и маневровые системы судна, требуемые для управления положением плавучих судов при подхвате буя на плавучие суда для транспортировки сжиженного природного газа, как это можно применить. В случае применения импортного терминала с подводной системой перекачки сжиженного природного газа насосы для перекачки сжиженного природного газа на плавучих судах для транспортировки сжиженного природного газа (в дополнение к насосам, уже расположенным в танках плавучего судна для транспортировки сжиженного природного газа) будут вероятно требоваться для преодоления перепада давления в подводной системе перекачки сжиженного природного газа из турели, вертикального трубопровода, магистрального трубопровода и вертикального трубопровода в импортный терминал (плавучую установку для хранения и регазификации, конструкцию с гравитационным фундаментом или береговую). Варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показана подводная система перекачки сжиженного природного газа, которая включает погружаемый криогенный турельный соединитель 1, соединенный с одним концом криогенного вертикального трубопровода 2 и сообщающийся с ним по текучей среде, причем второй конец криогенного вертикального трубопровода 2 соединен с сообщением по текучей среде с одним концом подводного магистрального трубопровода 4. На фиг.1 также показано плавучее судно 5 для транспортировки сжиженного природного газа, например плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа, приближающееся к погружаемому криогенному турельному соединителю 1. Погружаемый криогенный турельный соединитель 1 заякорен на дне 10 под водой швартовыми 3 таким образом, что это позволяет изменять вертикальное положение погружаемого криогенного турельного соединителя 1. Например, погружаемый криогенный турельный соединитель 1 может быть заякорен на 30 метров ниже поверхности 11 воды, когда он не соединен с плавучим транспортным судном 5, и может быть поднят до уровня в пределах 10 или 20 метров от поверхности 11 либо выше, либо ниже в воде для соединения с плавучим транспортным судном 5. В альтернативном варианте погружаемый криогенный турельный соединитель 1 может быть заякорен на глубине 20, 40 или 50 метров или больше ниже поверхности 11 воды, когда он не соединен с плавучим транспортным судном 5. В альтернативном варианте погружаемому криогенному турельному соединителю 1 можно давать возможность падать на дно 10 под водой, когда он не подсоединен.
Как описано выше, буй-указатель 20 может быть соединен с погружаемым криогенным турельным соединителем 1 линем 21. Буй-указатель 20 служит средством указания местоположения погружаемого криогенного турельного соединителя 1, и линия 21 служит средством подъема погружаемого криогенного турельного соединителя 1 по вертикали в положение вблизи поверхности 11 воды таким образом, что погружаемый криогенный турельный соединитель 1 может быть соединен с плавучим транспортным судном 5. Линь 21 может быть металлической цепью, канатом из нейлона или другими средствами соединения буя-указателя 20 с погружаемым криогенным турельным соединителем 1.
Второй конец криогенного вертикального трубопровода 2 присоединен к подводному магистральному трубопроводу 4, который расположен полностью ниже поверхности 11 воды и проходит к второму местоположению, например к берегу (не показан). Здесь магистральный трубопровод 4 расположен на поверхности дна 10 под водой. Здесь криогенный вертикальный трубопровод 2 присоединен к подводному магистральному трубопроводу 4 при помощи подводного коллектора 60. Как описано выше, подводный коллектор 60 может включать отсечные клапаны, которые могут использоваться для изолирования вертикального трубопровода 2 от магистрального трубопровода 4. Криогенный вертикальный трубопровод может в альтернативном варианте включать первый вертикальный трубопровод для текучей среды и второй вертикальный трубопровод для текучей среды. Первый конец первого вертикального трубопровода и первый конец второго вертикального трубопровода могут быть присоединены к погружаемому криогенному турельному соединителю. Второй конец первого вертикального трубопровода и второй конец второго вертикального трубопровода могут сообщаться по текучей среде с магистральным трубопроводом. В альтернативном варианте второй конец первого вертикального трубопровода и второй конец второго вертикального трубопровода могут быть соединены с коллектором. В альтернативном варианте криогенный вертикальный трубопровод может включать множество вертикальных трубопроводов для текучей среды. В альтернативном варианте первый и второй вертикальные трубопроводы могут быть заякорены в разных местоположениях на дне под водой. В альтернативном варианте первый и второй вертикальные трубопроводы могут быть заякорены в одном и том же местоположении на дне под водой. Когда в систему включено множество вертикальных трубопроводов, каждый из соответствующих вертикальных трубопроводов может быть заякорен в одном или в разных местоположениях на дне под водой.
Второе местоположение может включать оборудование, которое расположено на земле или на суше. Типичные наземные средства включают регазификационные установки, наземные резервуары для хранения, наземные импортные и/или экспортные терминалы и их комбинации. В альтернативном варианте второе местоположение может включать оборудование, расположенное выше поверхности воды, на поверхности воды или в комбинации этих вариантов. Это средство может быть приспособлено для хранения и/или обработки текучей среды, например криогенной текучей среды. Типичные средства включают, например, конструкции, расположенные на дне, и плавучие суда. Типичные средства включают суда, баржи, плавучие установки для хранения и регазификации, установки для хранения и/или регазификации, расположенные на дне, плавучие импортные и/или экспортные терминалы, импортные и/или экспортные терминалы, расположенные на дне, плавучие регазификационные платформы, плавучие платформы-хранилища, конструкции с гравитационным фундаментом, каркасные конструкции на стальных сваях и их комбинации.
В альтернативном варианте магистральный трубопровод 4 может быть только частично расположен ниже поверхности 11 воды. В альтернативном варианте магистральный трубопровод 4 может быть полностью или частично подвешен в воде. В альтернативном варианте магистральный трубопровод 4 может быть полностью или частично заглублен под дном 10 под водой.
Криогенный вертикальный трубопровод 2, показанный на фиг.1, приспособлен для перекачки текучей среды между дном 10 под водой и погружаемым криогенным турельным соединителем 1. Например, один конец криогенного вертикального трубопровода 2 может быть вблизи поверхности воды и соединен с сообщением по текучей среде с погружаемым криогенным турельным соединителем 1, и второй конец может быть соединен с сообщением по текучей среде с магистральным трубопроводом 4, расположенным на дне 10 под водой. В одном варианте осуществления изобретения криогенный вертикальный трубопровод 2 представляет собой гибкий вертикальный трубопровод, который имеет способность изменения вертикального расстояния между конечными точками вертикального трубопровода. Например, криогенный вертикальный трубопровод 2 может быть выполнен в форме гибкого криогенного шланга, гибкой трубы, или вертикальный трубопровод может быть выполнен в форме жесткой трубы с шарнирными соединениями, обеспечивающими возможность изменения вертикального расстояния между первым концом вертикального трубопровода и вторым концом вертикального трубопровода.
Криогенный вертикальный трубопровод может состоять из подводной гибкой трубы, подобной изготовляемым компаниями Technip Coflexip или Wellstream для нефтяных и газовых вертикальных трубопроводов с модифицированной рубашкой для текучей среды, пригодной для криогенных температур, и системы изоляции, пригодной для предотвращения формирования льда на внешней поверхности вертикального трубопровода. Типичные материалы рубашки для текучей среды включают, например, нержавеющую сталь, 9%-ю никелевую сталь, 36%-ю никелевую сталь, известную как инвар. Типичные изоляционные материалы включают, например, пенополиуретаны, вакуумные и/или микропористые изоляционные материалы, такие как аэрогель.
В альтернативном варианте криогенный вертикальный трубопровод может состоять из криогенного грузового шланга, подобного изготовляемому компаниями Senior Flexonics или Dante, который структурно усилен для сопротивления гидростатическим силам и обеспечения соответствующей жесткости при изгибе, изолирован для предотвращения формирования льда и снабжен водонепроницаемой внешней поверхностью. Типичные изоляционные материалы включают, например, пенополиуретаны, вакуумные и/или микропористые изоляционные материалы, такие как аэрогель.
Третья конструкция криогенного вертикального трубопровода может включать изолированную конструкцию типа трубы в трубе, подобную изготовляемой компанией Nexans с изоляцией в кольцевом пространстве между гибкими трубами. Типичные изоляционные материалы включают, например, пенополиуретаны, вакуумные и/или микропористые изоляционные материалы, такие как аэрогель.
Четвертая конструкция криогенного вертикального трубопровода может включать конфигурацию из секций твердых труб, изолированных водонепроницаемой изоляцией, и с встроенными криогенными шарнирными соединениями, подобными используемым в загрузочных рукавах для сжиженного природного газа, изготовляемых FMC, SVT или Woodfield и модифицированных для подводной работы. Секции твердых труб могут быть выполнены из пригодных криогенных материалов, которые имеют адекватную прочность при низких температурах для температур, испытываемых в определенных криогенных вариантах применения. Типичные криогенные материалы включают, например, высоконикелевые стали, аустенитные стали и/или алюминий. Типичные высоконикилевые стали включают стали, имеющие больше 6% никеля, или, в альтернативном варианте, больше 7% или 9% никеля. Сварные швы, используемые с вышеупомянутыми металлами, должны подобным образом иметь достаточную прочность при низких температурах для температур, испытываемых в определенных криогенных вариантах применения. Типичные сварочные технологии включают плазменную сварку, сварку металлическим электродом в инертном газе и сварку вольфрамовым электродом в инертном газе. Типичные изоляционные материалы включают, например, пенополиуретаны, вакуумные и/или микропористые изоляционные материалы, такие как аэрогель.
На фиг.1 показано плавучее судно 5 для транспортировки сжиженного природного газа, например плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа, приближающееся к погружаемому криогенному турельному соединителю 1. Типичные транспортные плавучие суда включают суда, баржи и их комбинации. В альтернативном варианте судно может быть плавучим судном для хранения криогенной текучей среды, которое содержит устройства хранения, приспособленные для содержания криогенной текучей среды. Типичные устройства хранения включают сферические резервуары, мембранные резервуары, резервуары с пластинчатым каркасом, бетонные резервуары, композитные резервуары и другие резервуары, пригодные для хранения криогенных текучих сред. Типичные плавучие суда для хранения криогенных текучих сред включают суда, баржи, плавучие установки для хранения и регазификации, плавучие импортные и/или экспортные терминалы, плавучие платформы хранения и их комбинации. На нижеследующих чертежах показаны некоторые из указанных альтернатив варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.1.
На фиг.2 показан разрез плавучего транспортного судна 5, с которым соединен погружаемый криогенный турельный соединитель 1, находящийся в отсеке 6, расположенном в плавучем транспортном судне 5. Нижняя часть погружаемого криогенного турельного соединителя 1 соединена с сообщением по текучей среде с одним концом криогенного вертикального трубопровода 2. Погружаемый криогенный турельный соединитель 1 заякорен на дне (не показано) под водой швартовыми 3 таким образом, что это позволяет изменять вертикальное положение погружаемого криогенного турельного соединителя 1. Например, погружаемый криогенный турельный соединитель 1 может быть соединен с буем-указателем линем (не показан). Буй-указатель может быть подхвачен плавучим судном с созданием, таким образом, линии соединения с погружаемым криогенным турельным соединителем, перемещаемым в отсек 6, расположенный в плавучем транспортном судне, и соединен с лебедкой, расположенной на плавучем транспортном судне 5. Таким образом, погружаемый криогенный турельный соединитель 1 поднимают из первого положения на глубине приблизительно в середине воды во второе положение вблизи поверхности 11 воды и внутрь отсека 6, расположенного в плавучем транспортном судне 5.
При небольшой глубине (и даже при большой глубине) протяженность системы швартовки (расстояние от турели до якоря) обычно большая. Таким образом, синус угла профиля заякоривания турели небольшой. Это означает, что не требуется большой вертикальной силы для подъема отсоединяемого буя, такого как погружаемый криогенный турельный соединитель 1, вверх в воде. Погружаемый криогенный турельный соединитель 1 может быть поднят лебедкой грузоподъемностью 100 mt или немного больше, однако такая сила может быть недостаточной для вытягивания якорного механизма (например, свайных якорей) из морского дна горизонтально.
Линия 7 перекачки криогенной текучей среды судна соединяет верхнюю часть погружаемого криогенного турельного соединителя 1 с шарнирным соединением (не показано), которое далее соединено с сопрягаемым элементом (не показан), таким образом обеспечивая сообщение по текучей среде между погружаемым криогенным турельным соединителем 1 и судном 5. Шарнирное соединение, сопрягаемый элемент и связанное с ними оборудование изображены в целом на фиг. 2 как блок 70 коллектора и шарнирного соединения. Криогенная текучая среда может быть накачана в резервуар-хранилище 38 для криогенной текучей среды или откачана из него насосом 37 резервуара-хранилища судна и подпорным насосом 35 судна. В альтернативном варианте функции подпорного насоса 35 и насоса 37 резервуара-хранилища судна могут выполняться одним насосом, предпочтительно расположенным в резервуаре-хранилище 38 для текучей среды. Криогенные текучие среды можно перекачивать между резервуаром-хранилищем 38 для криогенной текучей среды и погружаемым криогенным турельным соединителем 1 по питающей магистрали 36 судна.
Когда плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа достигает района подводной системы перекачки сжиженного природного газа, оно подхватывает буй-указатель и соединительный линь, что позволяет использовать линь для подъема погружаемого криогенного турельного соединителя для присоединения к лебедке над отсеком для турели. Таким образом, погружаемый криогенный турельный соединитель может быть поднят в отсек для турели плавучего судна для транспортировки сжиженного природного газа.
На фиг.3 показан альтернативный вариант выполнения погружаемого криогенного турельного соединителя 1, который соединен с отсеком 6 в плавучем судне 25. На фиг.3 показаны верхние части трех криогенных вертикальных трубопроводов 2a, 2b, 2c, прикрепленных к погружаемому криогенному турельному соединителю 1. Сопрягаемый соединитель 49 судна соединен с сопрягаемым элементом 62 на верхней части 41 погружаемого криогенного турельного соединителя 1, таким образом обеспечивая сообщение по текучей среде между погружаемым криогенным турельным соединителем 1 и коллектором 48 системы трубопроводов судна. Коллектор 48 содержит три внутренних трубопровода для текучей среды (не показаны), которые сообщаются по текучей среде с линиями 7a, 7b, 7c перекачки текучей среды судна. Три внутренних трубопровода для текучей среды (не показаны) с возможностью вращения соединены с линиями 7a, 7b, 7c перекачки текучей среды судна тремя шарнирными соединениями 51a, 51b, 51c, расположенными в шарнирном блоке 50. Система, показанная на фиг. 3, образует три отдельных канала для текучей среды от трех отдельных вертикальных трубопроводов 2a, 2b, 2c через погружаемый криогенный турельный соединитель 1 к трем отдельным линиям 7a, 7b, 7c для перекачки текучей среды судна.
Верхние части швартовых 3 изображены прикрепленными к нижней части 43 погружаемого криогенного турельного соединителя 1. Верхняя часть 41 погружаемого криогенного турельного соединителя 1 с возможностью вращения соединена с нижней частью 43 погружаемого криогенного турельного соединителя 1 при помощи одного или более конструкционных подшипников. Как показано на фиг.3, судно имеет множество линий 7a, 7b, 7c перекачки текучей среды, которые могут использоваться для множества импортных линий судна, множества экспортных линий судна или их комбинаций.
На фиг.4 показан вид сечения типичного погружаемого криогенного турельного соединителя 1, который подключен в отсеке 6 плавучего судна 25. На фиг.4 показаны два криогенных вертикальных трубопровода 2 и 2a, соединенных со швартовым спайдером 80 погружаемого криогенного турельного соединителя 1. Также показаны швартовые линии 3, соединенные с нижней частью 41 типичного погружаемого криогенного турельного соединителя 1. Нижний радиальный подшипник, показанный частями 42a, 42b сечения, и верхний радиальный подшипник, показанный частями 42c, 42d сечения, обеспечивают способную вращаться структурную связь между внутренней или неподвижной частью, содержащей трубопроводы 46a и 46b для текучей среды, а также швартовый спайдер 41, и внешней частью 81 погружаемого криогенного турельного соединителя 1, таким образом допуская вращение внешней части относительно внутренней, неподвижной части. Это устройство верхнего и нижнего подшипников являются типичными и возможны другие конфигурации подшипников. Внешняя часть 81 соединена с судном 25 запирающим механизмом 44 отсоединяемой турели, который удерживает внешнюю часть 81 соединенной с плавучим судном 25, когда она присоединена. Таким образом, когда механизм 44 запирания турели входит в зацепление с плавучим судном 25 и внешняя часть 81 может вращаться с судном 25, внутренняя часть, швартовый спайдер 80 и швартовые 3 остаются относительно неподвижными.
Вертикальные трубопроводы 2, 2a включают элементы 45, 45a жесткости, препятствующие изгибанию вертикального трубопровода в их соответствующих верхних концах. Вертикальные трубопроводы соединены с соответствующими нижними концами внутренних криогенных трубопроводов 46a, 46b турели, которые передают криогенные текучие среды через погружаемый криогенный турельный соединитель 1. В вариант осуществления изобретения, показанный на фиг.4, включено U-образное колено 75 или трубопровод-перемычка. U-образное колено 75 может использоваться для рециркуляции криогенных текучих сред во внутреннем криогенном трубопроводе 46a, 46b турели, вертикальных трубопроводах 2, 2a и/или подводном магистральном трубопроводе, когда система активно не загружает или не разгружает криогенные текучие среды, таким образом обеспечивая создание петли циркуляции. Внутренние криогенные трубопроводы 46a, 46b турели должны быть выполнены из пригодных криогенных материалов, которые имеют адекватную прочность при низких температурах, испытываемых в определенных криогенных вариантах применения. Типичные криогенные материалы включают, например, высоконикелевые стали, аустенитные стали и/или алюминий. Типичные высоконикелевые стали включают стали, имеющие больше 6% никеля, в альтернативном варианте больше 7% или 9% никеля. Сварные швы, используемые с указанными выше металлами, должны подобным образом иметь достаточную прочность при низких температурах для температур, испытываемых в определенных криогенных вариантах применения. Типичные сварочные способы включают плазменную сварку, сварку металлическим электродом в инертном газе и сварку вольфрамовым электродом в инертном газе. Внутренние криогенные трубопроводы 46a, 46b турели также должны быть изолированы. Типичные изоляционные материалы включают, например, пенополиуретаны, вакуумную и/или микропористую изоляцию, такую как аэрогель.
Верхние концы внутренних криогенных трубопроводов 46a, 46b турели могут быть снабжены пригодными криогенными соединителями 47a, 47b. Криогенные соединители 47a, 47b, в альтернативном варианте, являются быстросоединяемыми/разъединяемыми соединителями. Криогенные соединители 47a, 47b соединяются с трубопроводом судна через коллектор 48 судна. Коллектор 48 судна может включать пригодные криогенные соединители 49a, 49b, которые сопрягаются с криогенными соединителями 47a, 47b, расположенными на верхних концах внутренних криогенных трубопроводов 46a, 46b турели. Коллектор 48 судна включает шарнирный блок 50, который включает два криогенных шарнирных соединения 51a, 51b, по одному для каждого криогенного канала. В альтернативном варианте шарнирный блок может содержать другое количество шарнирных соединений и другое количество каналов. Предпочтительно каждый канал имеет собственное шарнирное соединение. В действии криогенные шарнирные соединения 51a, 51b, нижний подшипник 42a, 42b и верхний подшипник 42c, 42d образуют систему, которая позволяет внутренним криогенным трубопроводам 46a, 46b турели и вертикальным трубопроводам 2, 2a оставаться неподвижными, в то время как внешняя часть 81 погружаемого криогенного турельного соединителя 1 и судно 25 могут поворачиваться на поверхности воды. Как описано выше в отношении внутренних криогенных трубопроводов 46a, 46b турели, криогенные соединители 49a, 49b судна, криогенные шарнирные соединения 51a, 51b и криогенная линия 7 перекачки текучих сред судна также должны быть выполнены из пригодных криогенных материалов, которые имеют адекватную прочность при низкой температуре для температур, испытываемых в конкретных криогенных вариантах применения. Типичные материалы были указаны выше.
На фиг.4 также показана лебедка 52, соединенная с линем 21, который также соединен (не показано) с погружаемым криогенным турельным соединителем 1. В этом случае лебедка 52 использовалась для втягивания погружаемого криогенного турельного соединителя 1 из местоположения в воде в отсек 6 судна 25.
Системы, показанные на фиг. 2 и 4, будут теперь описаны со ссылками на плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа, которое выгружает сжиженный природный газ. Подпорный насос 35 судна, показанный на палубе судна 5, может использоваться для создания давления для перекачки криогенной текучей среды, например сжиженного природного газа, через подводную систему перекачки сжиженного природного газа в плавучую установку для хранения и регазификации или другое принимающее средство. От подпорного насоса 35 для сжиженного природного газа трубопровод 7 для сжиженного природного газа внутри отсека 6 для турели на плавучем судне 5 для транспортировки сжиженного природного газа передает сжиженный природный газ в шарнирный блок 50, что позволяет передавать сжиженный природный газ из вращающегося трубопровода 7 плавучего судна для транспортировки сжиженного природного газа (который вращается с плавучим судном 5 для транспортировки сжиженного природного газа) в, по существу, неподвижную систему 46а, 46b внутренних трубопроводов турельного соединителя. Под шарнирным блоком 50 сжиженный природный газ проходит через коллектор 48 и быстросоединяемую/разъединяемую клапанную систему 49a, 49b. В альтернативном варианте может быть предпочтительно расположен коллектор 48 перед шарнирным блоком 50. Ниже этого пункта есть точка физического разъединения между трубопроводом судна и трубопроводными системами погружаемого криогенного турельного соединителя. На плавучем судне 5 для транспортировки сжиженного природного газа можно использовать скользящий или установленный на шарнирах люк для предотвращения затопления всего отсека 6 для турели, когда погружаемый криогенный турельный соединитель 1 отсоединен. Когда он соединен с плавучим судном 5 для транспортировки сжиженного природного газа, погружаемый криогенный турельный соединитель 1 будет прочно удерживаться на месте запирающим механизмом 44, в типичном случае, с механически принудительно запираемым замком, который требует силового вмешательства для отпирания. В погружаемом криогенном турельном соединителе 1 линии 46a, 46b для потока сжиженного природного газа, как можно видеть, находятся внутри неподвижной внутренней части 80 турели. Подшипники 42a, 42b, 42c, 42d допускают вращение внешней части 81 погружаемого криогенного турельного соединителя 1 вместе с плавучим судном 5 для транспортировки сжиженного природного газа вокруг этой неподвижной внутренней части или "трубы". Линии 46a, 46b для потока сжиженного природного газа, которые проходят через неподвижную трубу, соединены с верхними частями гибких криогенных вертикальных трубопроводов 2, 2a, показанных с элементами 45,45a жесткости, препятствующими изгибанию вертикального трубопровода. Следует отметить, что вертикальные трубопроводы 2, 2a также неподвижны. Также неподвижен и соединен с неподвижной внутренней "трубой" швартовый спайдер 41, с которым соединены швартовы 3.
На фиг.5 показан вариант осуществления изобретения, который функционирует как импортный терминал. Этот вариант осуществления изобретения предусматривает импортирование криогенной текучей среды из плавучего транспортного судна 5 с использованием подводной системы перекачки сжиженного природного газа и плавучей установки 12 для хранения и регазификации. Как и на фиг.1, в этом варианте показана подводная система перекачки сжиженного природного газа, которая включает погружаемый криогенный турельный соединитель 1, соединенный с сообщением по текучей среды с одним концом криогенного вертикального трубопровода 2. Погружаемый криогенный турельный соединитель 1 заякорен на дне 10 под водой швартовыми 3 таким образом, что это допускает изменение вертикального положения погружаемого криогенного турельного соединителя 1. Второй конец криогенного вертикального трубопровода 2 прикреплен через коллектор 60 к подводному магистральному трубопроводу 4, который расположен полностью ниже поверхности 11 воды, в этом случае заглублен ниже уровня дна 10 под водой.
В этом варианте осуществления изобретения подводная система перекачки сжиженного природного газа соединяет плавучую установку 12 для хранения и газификации с системой заякоривания отсоединяемой турели на расстоянии в несколько километров, где разгружаются плавучие суда 5 для транспортировки сжиженного природного газа. В альтернативных вариантах осуществления изобретения расстояние между плавучей установкой 12 для хранения и регазификации и погружаемым криогенным турельным соединителем 1 больше, чем 1, 2, 3, 4 или 5 километров. Криогенная турель 1a в плавучей установке 12 для хранения и регазификации соединена через второй коллектор 60a с подводным магистральным трубопроводом 4 вторым криогенным вертикальным трубопроводом 2d. Криогенная турель 1a в плавучей установке 12 для хранения и регазификации содержит каналы для сжиженного природного газа от подводной системы перекачки сжиженного природного газа и газового экспортного канала, включающего газовый экспортный вертикальный трубопровод 26, который соединен с сообщением по текучей среде с газовым экспортным магистральным трубопроводом 27, протянутым к берегу (не показан). Плавучая установка 12 для хранения и регазификации включает резервуары-хранилища 28 для хранения сжиженного природного газа и/или природного газа и оборудование 29 для испарения сжиженного природного газа для регазификации сжиженного природного газа с получением природного газа. Криогенная турель 1a в плавучей установке 12 для хранения и регазификации соединена с плавучей установкой 12 для хранения и регазификации при помощи отсека 6a, расположенного в основании корпуса плавучей установки 12 для хранения и регазификации. Плавучая установка 12 для хранения и регазификации может быть или постоянно пришвартована при помощи турели или турель 1a может быть отсоединяемой. Предпочтительно турельное соединение 1a способно давать возможность плавучей установке 12 для хранения и регазификации разворачиваться по течению вокруг турельного соединения 1a. В альтернативном варианте плавучая установка 12 для хранения и регазификации может быть заякорена на дне 10 под водой внешней турельной системой швартовки, в которой турель находится снаружи от корпуса плавучей установки для хранения и регазификации и, в типичном варианте, расположена над поверхностью 11 воды. В альтернативном варианте на мелководье плавучая установка 12 для хранения и регазификации может быть заякорена на дне 10 под водой при помощи каркасной конструкции со швартовой траверсой, в которой плавучая установка для хранения и регазификации соединена с морским основанием каркасной конструкции при помощи шарнирного соединения, к которому прикреплена уравновешенная структурная траверса, которая прикреплена к корпусу плавучей установки для хранения и регазификации. В альтернативном варианте плавучая установка 12 для хранения и регазификации может быть заякорена на дне 10 под водой при помощи распространенной швартовой системы (когда нет турельной системы) или причала в открытом море (то есть при помощи швартовых палов и привальных брусов).
На фиг.6 показан альтернативный вариант осуществления изобретения, который функционирует как импортный терминал. Этот вариант осуществления изобретения предусматривает импортирование криогенной текучей среды из плавучего транспортного судна 5 с использованием подводной системы перекачки сжиженного природного газа и расположенной на дне конструкции 13. Как и на фиг. 1 и 5, этот вариант осуществления изобретения представляет собой подводную систему перекачки сжиженного природного газа, которая включает погружаемый криогенный турельный соединитель 1, соединенный с сообщением по текучей среде с одним концом криогенного вертикального трубопровода 2. Погружаемый криогенный турельный соединитель 1 заякорен на дне 10 под водой швартовыми 3 таким образом, что это допускает изменение вертикального положения погружаемого криогенного турельного соединителя 1. Второй конец криогенного вертикального трубопровода 2 присоединен к подводному магистральному трубопроводу 4, который расположен полностью ниже поверхности 11 воды на дне 10 под водой.
В этом варианте осуществления изобретения подводная система перекачки сжиженного природного газа проходит от расположенной на дне структуры 13, например, импортного терминала в форме бетонной или стальной конструкции с гравитационным фундаментом к швартовой системе с отсоединяемой турелью на расстоянии в несколько километров, где разгружаются плавучие суда 5 для транспортировки сжиженного природного газа. Расположенная на дне конструкция 13 соединена с подводным магистральным трубопроводом 4 вторым криогенным вертикальным трубопроводом 30a. Второй криогенный вертикальный трубопровод 30a соединен с расположенной на дне структурой 13 любыми пригодными средствами, известными в данной области техники, например жесткой вертикальной трубопроводной системой. Расположенная на дне конструкция 13 содержит канал для сжиженного природного газа от подводной системы перекачки сжиженного природного газа и газового экспортного канала, включающего экспортный газовый вертикальный трубопровод 26a, который соединен с сообщением по текучей среде через газовый экспортный трубопровод 27a с берегом (не показан). Экспортный газовый вертикальный трубопровод 26a соединен с расположенной на дне конструкцией 13 для хранения любыми пригодными средствами, известными в данной области техники, например жесткой вертикальной трубопроводной системой. Расположенная на дне конструкция 13 включает резервуары-хранилища 28a для хранения сжиженного природного газа и/или оборудование 29a для испарения сжиженного природного газа для регазификации сжиженного природного газа для получения природного газа.
На фиг.7 показан альтернативный вариант осуществления изобретения, который функционирует как импортный терминал. В этом варианте осуществления изобретения импортный терминал осуществляет прямую выгрузку криогенной текучей среды. Этот вариант осуществления изобретения показывает подводную систему перекачки сжиженного природного газа, которая включает два погружаемых криогенных турельных соединителя 1 и 1a, каждый из которых соединен с сообщением по текучей среде с одним концом соответствующего криогенного вертикального трубопровода 2 и 2e. Погружаемые криогенные турельные соединители 1 и 1a заякорены на дне 10 под водой швартовыми 3 таким образом, что это допускает изменение вертикального положения соответствующих погружаемых криогенных турельных соединителей 1 и 1a. Вторые концы соответствующих криогенных вертикальных трубопроводов 2 и 2e оба соединены с подводным магистральным трубопроводом 4 в разветвительном коллекторе 35, который расположен полностью ниже поверхности 11 воды на дне 10 под водой. Таким образом, одно плавучее судно 5 для транспортировки сжиженного природного газа разгружается всегда через подводную систему перекачки сжиженного природного газа, и никакое хранение в терминале не требуется. Когда разгрузка первого плавучего судна 5 для транспортировки сжиженного природного газа закончена через первый погружаемый криогенный турельный соединитель 1, второе плавучее судно 5a для транспортировки сжиженного природного газа соединяется со вторым погружаемым криогенным турельным соединителем 1a и находится в готовности к началу выгрузки. Показана каркасная регазификационная платформа 15 на стальных сваях, однако регазификационные средства, в альтернативном варианте, могут быть расположены на суше или в море на конструкции с гравитационным фундаментом или на плавучем судне.
В этом варианте осуществления изобретения подводная система перекачки сжиженного природного газа проходит от импортного терминала каркасной регазификационной платформы 15 на стальных сваях к отсоединяемой турельной швартовой системе на расстоянии нескольких километров, где разгружаются плавучие суда 5 для транспортировки сжиженного природного газа. Каркасная регазификационная платформа 15 на стальных сваях соединена с подводным магистральным трубопроводом 4 вторым криогенным вертикальным трубопроводом 30b. Второй криогенный вертикальный трубопровод 30b соединен с каркасной регазификационной платформой 15 на стальных сваях любыми пригодными средствами, известными в данной области техники. Каркасная регазификационная платформа 15 на стальных сваях содержит линию для сжиженного природного газа от подводной системы перекачки сжиженного природного газа и экспортный канал для газа, включающий газовый экспортный вертикальный трубопровод 26b, который соединен с сообщением по текучей среде с газовым экспортным магистральным трубопроводом 27b, проходящим к берегу (не показан). Газовый экспортный вертикальный трубопровод 26b соединен с каркасной регазификационной платформой 15 на стальных сваях любыми пригодными средствами, известными в данной области техники, например жесткой системой вертикального трубопровода. Каркасная регазификационная платформа 15 на стальных сваях включает оборудование 29b для испарения сжиженного природного газа для регазификации сжиженного природного газа с получением природного газа.
На фиг. 8 показан вариант осуществления изобретения, который функционирует как экспортный терминал. Этот вариант осуществления изобретения может включать береговой экспортный терминал 16, который включает оборудование для сжижения природного газа и терминал хранения. В этом варианте осуществления изобретения подводная система перекачки сжиженного природного газа проходит от берегового экспортного терминала 16 к погружаемому криогенному турельному соединителю 1 или соединителям (не показаны) на расстоянии в несколько километров от берега, где загружаются плавучие суда 5 для транспортировки сжиженного природного газа.
Также возможны альтернативные варианты осуществления изобретения для берегового импортного терминала. Такие варианты подобны показанному на фиг. 8 (береговой экспортный терминал), за исключением того что береговой терминал является импортным терминалом с оборудованием для хранения и испарения сжиженного природного газа.
На фиг. 9 показан вариант осуществления изобретения для перекачки на средней глубине. Это вариант осуществления изобретения, предпочтительно, может использоваться при больших глубинах, но может также использоваться при более мелких глубинах. Функционально, концепция подобна варианту выполнения плавучей установки для хранения и регазификации (Фиг.5), однако криогенная трубопроводная система (или линия) подвешена на средней глубине в толще воды для уменьшения затрат и снижения перепада давлений в системе (в отличие от вертикальных трубопроводов, проходящих к магистральному трубопроводу на дне океана). Изображенная криогенная трубопроводная система (или линия) включает два криогенных вертикальных трубопровода 9 и 9a с первыми соответствующими концами, соединенными с сообщением по текучей среде с соответствующими погружаемыми криогенными турельными соединителями 1 и 1b, и вторыми соответствующими концами, соединенными с противоположными концами криогенного трубопровода 16 на средней глубине. Плавучесть криогенной трубопроводной системы поддерживается цистернами 17 плавучести или другими устройствами плавучести, известными в данной области техники. Подводная система перекачки сжиженного природного газа на средней глубине может использоваться с любым из описанных выше вариантов осуществления изобретения и, например, для перекачки сжиженного природного газа из плавучего судна 5 для транспортировки сжиженного природного газа в плавучую установку для хранения и регазификации, плавучую систему обработки сжиженного природного газа или в другое плавучее судно для транспортировки сжиженного природного газа.
Описанные выше варианты осуществления изобретения могут включать систему для перекачки криогенной текучей среды между плавучим судном и вторым местоположением, и каждый вариант осуществления изобретения может включать один или больше различных альтернатив, описанных далее. Система может включать первый криогенный вертикальный трубопровод, имеющий первый конец и второй конец. Криогенный вертикальный трубопровод приспособлен для перекачки криогенной текучей среды между погружаемым криогенным турельным соединителем и вторым концом вертикального трубопровода. Один конец криогенного вертикального трубопровода может находиться вблизи поверхности воды и быть соединенным с сообщением по текучей среде с погружаемым криогенным турельным соединителем, и второй конец вертикального трубопровода может быть соединен с сообщением по текучей среде с магистральным трубопроводом, расположенным на дне под водой или подвешенным на средней глубине. Второй конец первого вертикального трубопровода может быть расположен в воде с сообщением по текучей среде со вторым местоположением. В одном варианте осуществления изобретения криогенный вертикальный трубопровод представляет собой гибкий вертикальный трубопровод, который имеет способность изменять вертикальное расстояние между конечными точками вертикального трубопровода. Например, криогенный вертикальный трубопровод может представлять собой гибкий шланг или гибкую трубу, или вертикальный трубопровод может быть выполнен из жесткой трубы с шарнирными соединениями таким образом, что вертикальное расстояние между первым концом вертикального трубопровода может изменяться относительно второго конца вертикального трубопровода. Первый вертикальный трубопровод может быть приспособлен для изменения вертикального положения первого конца первого вертикального трубопровода. В альтернативном варианте система может включать вертикальный трубопровод, в котором второй конец первого вертикального трубопровода не приспособлен для изменения вертикального положения. Вертикальный трубопровод может включать множество криогенных трубопроводов для текучей среды. Вертикальный трубопровод, в альтернативном варианте, может включать один или несколько криогенных трубопроводов для текучей среды и один или более некриогенных трубопроводов для текучей среды.
Варианты осуществления изобретения включают вертикальный трубопровод, который изолирован. Вертикальный трубопровод может включать отдельный теплоизоляционный материал на вертикальном трубопроводе или внутри него. В альтернативном варианте вертикальный трубопровод может быть выполнен так, что в действии он будет действовать как теплоизоляционный материал. Теплоизоляционные материалы включают материалы с теплопроводностью меньше 12 Вт(/м·°C) (7 БТЕ(час·фут·°F)). В альтернативном варианте теплоизоляционный материал может иметь теплопроводность, составляющую меньше 1,0 Вт/м-°C (0,6 БТЕ(час·фут·°F)) или меньше 0,1 Вт/м-°C (0,06 БТЕ(час·фут·°F)). Типичные изоляционные материалы включают минеральные волокна, каучук, пенопласты (например, пенополиуретаны, поливинилхлоридные пены, пенополистиролы), стеклянные волокна, вакуумные и/или микропористые изоляционные материалы, такие как аэрогель. Типичные изолированные вертикальные трубопроводы включают вертикальные трубопроводы, представляющие собой конструкцию типа "труба в трубе" с любым из указанных выше изоляционных материалов в кольцевом пространстве между трубами, шланг, изготовленный частично из проволоки из нержавеющей стали, полимерных пленок и полимерных тканей, пенополиуретана и каучука, композиционные трубы, изготовленные из гофров из нержавеющей стали, оплеток из полипропилена, изоляции и каучука. Вертикальный трубопровод может также быть изготовлен таким образом и использоваться так, чтобы он не был сделан из изоляционного материала или не включал его, однако чтобы при включении в криогенную систему в воде вертикальный трубопровод покрывался льдом, который действует как изоляционный материал.
Система может включать первый погружаемый турельный соединитель, соединенный с первым концом первого вертикального трубопровода. Первый соединитель может быть приспособлен для разъемного соединения с первым плавучим судном, расположенным на воде, таким образом, что криогенная текучая среда может быть перекачана между первым судном и первым концом первого вертикального трубопровода. Первый соединитель может быть приспособлен для соединения с первым судном в точке ниже поверхности воды. В альтернативном варианте первый соединитель может быть приспособлен для соединения с первым судном в точке выше поверхности воды. Первый соединитель может включать второй трубопровод для текучей среды, сообщающийся по текучей среде с первым судном. Первый соединитель может включать множество трубопроводов для текучей среды с сообщением по текучей среде с первым судном. Один или более трубопроводов для текучей среды могут быть криогенными трубопроводами. Один или более трубопроводов для текучей среды могут быть пригодными для некриогенного использования. Один или более трубопроводов могут быть приспособлены для подачи в судно, из судна или и в судно, и из судна.
Первый соединитель может быть заякорен на дне под водой таким образом, что вертикальное положение первого соединителя может изменяться. Например, погружаемый криогенный турельный соединитель может быть пришвартован на 30 метров ниже поверхности воды, когда он не соединен с судном, и может быть поднят до уровня в пределах 10 или 20 метров от поверхности, либо выше или ниже поверхности воды для соединения с судном. В альтернативном варианте погружаемый криогенный турельный соединитель может быть пришвартован на 20, 40 или 50 метров или больше ниже поверхности воды, когда он не соединен с судном. В альтернативном варианте можно допускать падение погружаемого криогенного турельного соединителя на дно, когда он не соединен с судном. Как описано выше, буй-указатель может быть соединен с погружаемым криогенным турельным соединителем швартовым линем.
Первый соединитель может быть приспособлен для разворота первого судна (то есть разворота по течению, ветру) вокруг первого соединителя на поверхности воды, когда первое судно соединено с первым соединителем.
Система может включать второй погружаемый турельный соединитель, приспособленный для соединения со вторым средством таким образом, что текучую среду можно перекачивать между первым судном и вторым средством. В альтернативном варианте второй соединитель может быть приспособлен для обеспечения вращения второго средства вокруг второго соединителя на поверхности воды, в то время как второе средство соединено со вторым соединителем. Второй соединитель может, в альтернативном варианте, быть приспособлен к разъемному соединению со вторым средством. В альтернативном варианте второй соединитель может быть приспособлен для постоянного соединения со вторым средством. Второй соединитель может быть, в альтернативном варианте, приспособлен для швартовки к дну под водой таким образом, чтобы могло изменяться вертикальное положение второго соединителя.
Система может включать первый криогенный трубопровод для текучей среды, имеющий первый конец и второй конец, причем первый конец первого трубопровода сообщается по текучей среде со вторым концом первого вертикального трубопровода, и второй конец первого трубопровода сообщается по текучей среде со вторым местоположением. Первый трубопровод для текучей среды может быть магистральным трубопроводом. Система может включать магистральный трубопровод, в котором, по меньшей мере, часть трубопровода изолирована. В альтернативном варианте может быть изолирован весь магистральный трубопровод.
Варианты осуществления изобретения включают магистральный трубопровод, который изолирован. Вертикальный трубопровод может включать отдельный теплоизоляционный материал на трубопроводе или внутри него. В альтернативном варианте трубопровод может быть устроен таким образом, чтобы при работе он действовал как выполняющий функцию теплового изоляционного материала. Типичные изоляционные материалы включают минеральные волокна, каучук, пенопласты (например, пенополиуретаны, поливинилхлоридные пены, полистирольные пены), стеклянные волокна, вакуумные и/или микропористые изоляционные материалы, такие как аэрогель. Типичные изолированные трубопроводы включают трубопроводы, изготовленные как конструкция типа "труба в трубе" с любым из указанных выше изоляционных материалов в кольцевом пространстве между трубами, шланг, изготовленный частично из проволоки из нержавеющей стали, полимерных пленок и полимерных тканей, пенополиуретана и каучука, составная труба, выполненная из гофров из нержавеющей стали, полипропиленовой оплетки, изоляции и каучука. Трубопровод может также быть изготовлен таким образом и использоваться так, чтобы он не был сделан из изоляционного материала или не включал его, однако чтобы при включении в криогенную систему в воде трубопровод покрывался льдом, который действует как изоляционный материал.
Магистральный трубопровод может быть, по меньшей мере, частично погружен в воду. В альтернативном варианте магистральный трубопровод может быть полностью погружен в воду. Магистральный трубопровод может включать погруженный трубопровод, имеющий первый конец и второй конец, причем первый конец трубопровода соединен со вторым концом первого вертикального трубопровода, и второй конец трубопровода сообщается по текучей среде со вторым местоположением. Погруженный трубопровод может, в альтернативном варианте, быть расположен на дне под водой или под дном. Погруженный трубопровод может, в альтернативном варианте, быть подвешен в воде. Подвешенный трубопровод может предусматривать использование средств плавучести для содействия поддержания подвешенного состояния трубопровода. Типичные средства плавучести включают цистерны плавучести и другие средства поддержания плавучести, известные в данной области техники.
Магистральный трубопровод может включать второй вертикальный трубопровод, имеющий первый конец и второй конец, причем первый конец соединен с описанным выше вторым соединителем.
Первый конец магистрального трубопровода может быть соединен со вторым концом первого вертикального трубопровода, таким образом формируя первое соединение магистрального трубопровода. Первое соединение магистрального трубопровода может включать коллектор. Коллектор может включать отсечные клапаны.
Система может включать первый вертикальный трубопровод, который включает первый канал для текучей среды вертикального трубопровода и второй канал для текучей среды вертикального трубопровода. Первый конец первого вертикального трубопровода и первый конец второго вертикального трубопровода могут быть присоединены к первому соединителю, и второй конец первого вертикального трубопровода и второй конец второго вертикального трубопровода могут сообщаться по текучей среде с магистральным трубопроводом. Система может также включать трубопровод-перемычку для текучей среды. Трубопровод-перемычка может быть приспособлен для создания канала для сообщения по текучей среде между первым вертикальным трубопроводом и вторым вертикальным трубопроводом. В альтернативных вариантах осуществления изобретения трубопровод-перемычка может быть расположен в первом соединителе между первым и вторым вертикальными трубопроводами, в концевом коллекторе магистрального трубопровода или между первым и вторым магистральными трубопроводами. Если он расположен в первом соединителе, первый соединитель может включать два или более трубопроводов для текучей среды, и трубопровод-перемычка может быть приспособлен для создания канала для текучей среды между трубопроводами для текучей среды, расположенными в первом соединителе. Если он расположен между первым и вторым вертикальными трубопроводами, трубопровод-перемычка может быть расположен где-либо по длине первого и второго вертикальных трубопроводов и приспособлен для создания канала для текучей среды между первым и вторым вертикальными трубопроводами. В одном альтернативном варианте трубопровод-перемычка расположен на верхних частях первого и второго вертикальных трубопроводов непосредственно под первым соединителем. В другом альтернативном варианте трубопровод-перемычка расположен на нижних частях первого и второго вертикальных трубопроводов непосредственно над точкой соединения первого и второго вертикальных трубопроводов с магистральным трубопроводом. В альтернативном варианте трубопровод-перемычка может быть расположен в концевом коллекторе магистрального трубопровода, если он применяется. Если он расположен между первым и вторым магистральными трубопроводами, трубопровод-перемычка может быть расположен где-либо по длине первого и второго магистральных трубопроводов и приспособлен для создания сообщения по текучей среде между первым и вторым магистральными трубопроводами. В одном альтернативном варианте трубопровод-перемычка расположен на первой стороне вертикального трубопровода первого и второго магистральных трубопроводов. В любом из указанных выше местоположений трубопровод-перемычка может быть приспособлен для создания сообщения по текучей среде между любым одним или более из двух или более трубопроводов для текучей среды в первом соединителе, между первым и вторым вертикальными трубопроводами и/или между первым и вторым магистральными трубопроводами.
Система может включать магистральный трубопровод, состоящий из первого магистрального трубопровода для текучей среды и второго магистрального трубопровода для текучей среды. Первый конец первого магистрального трубопровода может сообщаться по текучей среде со вторым концом первого вертикального трубопровода. Первый конец второго магистрального трубопровода может сообщаться по текучей среде со вторым концом второго вертикального трубопровода. Второй конец первого магистрального трубопровода и второй конец второго магистрального трубопровода могут сообщаться по текучей среде со вторым местоположением. Таким образом, вся система образует замкнутый контур для текучей среды, пригодный для циркуляции криогенной текучей среды.
Замкнутый контур для текучей среды может быть приспособлен для циркуляции криогенной текучей среды от второго местоположения, через один из первого или второго магистральных трубопроводов, через один из первого или второго вертикальных трубопроводов и трубопровод-перемычку назад ко второму местоположению через другой вертикальный трубопровод и через другой магистральный трубопровод, когда первое судно отсоединено от первого соединителя.
Система может включать циркуляционный криогенный трубопровод для текучей среды, погруженный в воду, причем циркуляционный трубопровод для текучей среды имеет первый конец, соединенный с первым соединителем и сообщающийся по текучей среде с первым концом первого вертикального трубопровода, и второй конец, сообщающийся по текучей среде с пунктом магистрального трубопровода, таким образом образуя замкнутый контур для текучей среды, пригодный для циркуляции криогенной текучей среды. В альтернативном варианте второй конец циркуляционного трубопровода для криогенной текучей среды может быть соединен со вторым местоположением.
Магистральный трубопровод может включать разветвительный коллектор, причем разветвительный коллектор имеет входное отверстие, соединенное с пунктом на магистральном трубопроводе, первое выходное отверстие, сообщающееся по текучей среде с первым соединителем, и второе выходное отверстие, сообщающееся по текучей среде с дополнительным погружаемым турельным соединителем, пригодным для разъемного соединения с плавучим судном, находящимся на воде.
Второе местоположение может включать оборудование. Оборудование может быть вторым плавучим судном, находящимся на воде. В альтернативном варианте оборудование может быть наземной конструкцией, расположенной на суше. Является ли оборудование наземной конструкцией или плавучим судном, второе местоположение может быть приспособлено для обработки и/или хранения текучей среды, предпочтительно криогенной текучей среды. Обработка текучей среды может представлять собой одну или несколько операций из газификации, регазификации, испарения, сжижения и/или перекачки текучей среды. В одном альтернативном варианте второе местоположение приспособлено для хранения текучей среды. В другом альтернативном варианте второе местоположение приспособлено для регазификации текучей среды. В одном альтернативном варианте второе местоположение представляет собой плавучее транспортное судно.
В альтернативном варианте первое плавучее судно может находиться более чем в 1 километре от второго местоположения. В альтернативном варианте первое плавучее судно может находиться более чем в 1, 2, 3, 4 или 5 километрах от второго местоположения. В альтернативном варианте первый плавучий резервуар может быть плавучим судном. В альтернативном варианте первое плавучее судно может быть плавучим хранилищем криогенной текучей среды. В альтернативном варианте первое плавучее судно может быть плавучим транспортным судном.
Система может включать первый вертикальный трубопровод, первый соединитель и магистральный трубопровод, которые приспособлены для перекачки криогенных текучих сред, имеющих температуру ниже -50°C (-58°F). В альтернативном варианте вертикальный трубопровод, первый соединитель и магистральный трубопровод могут быть приспособлены для перекачки криогенных текучих сред, имеющих температуру ниже -100°C (-148°F). В альтернативных вариантах осуществления изобретения криогенная текучая среда представляет собой сжиженный газ (сжиженный природный газ), сжатый сжиженный природный газ, сжиженный нефтяной газ, жидкий азот или любую другую текучую среду при криогенной температуре. В дополнительных вариантах осуществления изобретения криогенная текучая среда представляет собой жидкий углеводород. В альтернативных вариантах осуществления изобретения криогенная текучая среда включает больше 50 вес.% метана. В альтернативных вариантах осуществления изобретения криогенная текучая среда включает больше 75, 80, 85 или 90 вес.% метана.
Описанные здесь системы могут использоваться для транспортировки криогенной текучей среды на сушу. Описанные здесь системы могут использоваться для испарения, по меньшей мере, части криогенной текучей среды для получения газа, содержащего не менее 50 вес.% метана. Описанные здесь системы могут использоваться для транспортировки испаренного газа на сушу.
Некоторые признаки настоящего изобретения описаны в отношении ряда верхних числовых пределов и ряда нижних числовых пределов. Следует понимать, что диапазоны, сформированные любой комбинацией этих пределов, находятся в рамках объема изобретения, если не указано иначе. Хотя некоторые из зависимых пунктов имеют единичные зависимости в соответствии с американской практикой, каждый из признаков в любом из таких зависимых пунктов может быть скомбинирован с каждым из признаков одного или более других зависимых пунктов, зависимых от этого независимого пункта или пунктов.
Настоящее изобретение описано в связи с предпочтительными вариантами его осуществления. Однако в степени, которая соответствует предшествующему описанию конкретного варианта осуществления изобретения или конкретного варианта использования изобретения, они имеют только иллюстративный характер и не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения. Напротив, предусматривается, что они охватывают все альтернативные варианты, модификации и эквиваленты, которые соответствуют сущности и объему изобретения, определенными прилагаемой формулой изобретения.