Настоящее изобретение относится к системе для транспортировки текучей среды к плавучему судну или от него, содержащей буй, соединенный с по меньшей мере одним передающим трубопроводом для транспортировки текучей среды и установленный на якоре на дне моря таким образом, что он остается погруженным на нужной глубине, когда его не применяют, открытую вниз приемную полость, расположенную на судне и предназначенную для приема и соединения буя, причем буй относится к типу, содержащему центральный, закрепленный на якоре на дне моря элемент, предназначенный для прохождения среды из предыдущего трубопровода через соединительное устройство в систему трубопроводов судна, и наружный плавучий элемент, установленный на центральном элементе для того, чтобы допустить вращение судна относительно центрального элемента, когда наружный элемент закреплен в приемной полости, а также подъемным средством, установленным на судне для подъема буя в приемную полость.
Известны различные типы систем погрузки и выгрузки для транспортировки углеводорода, т. е. нефти и газа, посредством погруженного буя, который в процессе работы вводится в открытую вниз приемную полость в судне. Такая система, обладающая перечисленными выше признаками, известна, например, из описания к патенту N 4490121. В этом описании к патенту показана швартующая система в форме погрузочной системы с буем, которая в некоторых представленных в качестве иллюстрации вариантах реализации содержит буй описанного типа. Так, буй содержит наружный плавучий элемент, который располагается для съемного закрепления в приемной полости, и центральный элемент, установленный на якоре на морском дне, так что судно может поворачиваться относительно центрального элемента при закреплении наружного элемента в приемной полости. Нижний конец центрального элемента соединяется с по меньшей мере одним передающим трубопроводом для передачи среды, и верхний конец соединяется через соединительный узел с системой трубопроводов судна. В этой известной системе приемная полость для буя размещается на коромысле, отходящем от судна и закрепленном на нем над поверхностью воды, так что буй, будучи помещен в приемную полость, частично или полностью поднимается из воды. Таким образом и приемная полость, и буй подвергаются возможному воздействию резкой или штормовой погоды. Очевидно, что возможности применения такой системы серьезно ограничиваются погодными условиями, и она не пригодна для применения в открытом море, как из-за практических трудностей подсоединения и отсоединения, так и из-за недостаточной безопасности для команды при работе в условиях ветра и открытого моря.
Швартовочная система или погрузочная система с использованием буя другого типа известна из описания к патенту США N 4604961. Эта известная система основывается на использовании судна, имеющего сквозной, проходящий через палубу канал в центральной части судна, причем нижняя часть сквозного канала образует приемную полость для швартового элемента в форме погрузочного буя. В приемной полости располагается поворотный узел (турель), который устанавливается с возможностью вращения в корпусе судна и предназначен для приема и крепления буя, который для этого оборудован гидравлическим захватом для крепления к поворотному узлу. Кроме того, судно снабжено грузовой стрелкой для опускания направляющего троса, имеющего на нижнем конце возвращаемый соединительный узел для соединения с буем, так чтобы можно было поднять буй и ввести его в приемную полость. Взаимосоединение обеспечивается за счет того, что буй снабжен коническим центрованным приемником, имеющем расположенное на дне гнездо, в которое может быть введен и закреплен, например штыковым замком, вращаемый соединительный узел. Нижний конец направляющего троса предпочтительно снабжается гидролокатором и телекамерой для того, чтобы обеспечить установку соединительного узла в центральном приемнике.
Известные системы имеют некоторые недостатки, которые будут рассмотрены ниже.
Как уже упоминалось, судно из известной системы основывается на наличии сквозного, проходящего через палубу канала, который уменьшает прочность судна и требует применения дополнительных армирующих элементов на днище и палубе судна. Опыт показывает также, что суда, имеющие сквозной проходящий через палубу канал, подвержены усталостному износу судна. Судно с таким сквозным каналом должно строится с учетом его конкретного использования, и было бы чрезвычайно дорогостоящим решением выполнять модификацию уже существующих судов, с тем чтобы снабдить их таким каналом.
Поскольку поворотный узел устанавливается на судне под водой, для его осмотра и текущего ремонта требуюется водолазы. Крупный ремонт требует поставки судна в док. Из-за того что поворотный узел крепится к судну, возникают большие фрикционные усилия, которые должны преодолеваться крутящим моментом буя. Этот крутящий момент относительно велик из-за большого наружного диаметра поворотного узла, что ведет к соответствующим большим нагрузкам. Кроме того, это может привести к неконтролируемому вращению системы из-за больших инерционных усилий, так что для удерживания вращающегося узла возникает необходимость в применении тормозной системы. В случае необходимости поворота тормозную систему отпускают и поворотный узел поворачивается контролируемым образом с помощью активного привода.
Кроме того, известная система обладает незначительной способностью поглощения моментов, вызванных усилиями, возникающими при горизонтальной швартовке, что ведет к значительному риску заедания в установочном блоке.
Гидравлический захват, установленный на буе, требует работы водолазов для подсоединения управляющих гидравлических механизмов. Необходимость работы водолазов для подсоединения и отсоединения делает использование системы в качестве транспортной системы невозможным в случае применения транспортных танкеров. Кроме того, существует высокая вероятность неправильного срабатывания и повреждений в случае неконтролируемого отсоединения. В случае отказа гидравлической системы нет возможности подсоединить резервное или вспомогательное устройство.
Как уже упоминалось подсоединение и отсоединение осуществляются посредством направляющего троса с управлением от грузовой стрелы, имеющего специальное средство вращения. При соединении требуются ограниченные относительные движения между судном и швартовым элементом или буем, так что соединение может осуществляться безопасным образом только при относительно спокойных погодных условиях. Кроме того, это обстоятельство не позволяет использовать эту систему как транспортную систему с транспортными танкерами. Кроме того, операции соединения, так же как отсоединения требуют относительно больших затрат времени.
Указанная патентная заявка предлагает также альтернативный вариант реализации, содержащий швартовый элемент/буй, который напоминает упомянутую выше конструкцию буя согласно патенту США N 4490121. Этот буй содержит наружный элемент для установки в углублении в носовой части корпуса судна, и внутренний поворотный узел (турель), который устанавливается на дне на якорях и к которому присоединена по меньшей мере одна водоотводящая колонна. Однако предполагается, что этот буй должен подниматься до положения отчасти над уровнем воды, чтобы быть введенным в швартовое углубление на носу судна, так что он становится частью судна. В связи с этим возможности применения такого варианта реализации в значительной мере ограничиваются погодными условиями, так же как в упомянутом выше случае относительно системы, описанной в патенте США N 4490121.
Исходя из сказанного целью настоящего изобретения является предложение погрузочной системы с использованием буя, в которой соединение и рассоединение судна и буя могут осуществляться простым, быстрым и безопасным образом, даже при плохой погоде.
Другой целью настоящего изобретения является предложение погрузочной системы с использованием буя, позволяющей чтобы буй оставался соединенным с судном при любой погоде, при возможности быстрого отсоединения в случае, если ограничения по погоде окажутся превышены.
Еще одной целью изобретения является предложение системы погрузки с буя, позволяющие применять используемые суда как обычные корабли в отношении обслуживания, ремонта и классификации.
И еще одной целью изобретения является предложение системы погрузки с буя, требующей небольших суммарных капиталовложений, обеспечивающей простоту установки и разработки и одновременно дающей возможность выполнять ремонты и замену изношенных элементов на борту судна, без отсоединения буя.
Дальнейшей целью изобретения является предложение системы указанного типа, обеспечивающей высокую надежность работы и низкий риск загрязняющих выбросов.
Упомянутые цели достигаются с помощью системы описанного во введении типа которая, согласно настоящему изобретению, отличается тем что приемная полость располагается в погрузочной части носового участка корабля и имеет сходящуюся на конус в направлении вверх форму, по меньшей мере частично дополняющую наружную форму буя, а также тем что приемная полость соединяется с палубой судна шахтой обслуживания, допускающей спуск через приемную полость погружного троса для соединения с буем и его подъем с помощью подъемного средства, так что буй может быть поднят и введен непосредственно в положение фиксации в приемной полости, в которой буй обеспечивает герметизацию шахты от окружающего моря, причем предусмотрено средство для автоматического и рассоединяемого крепления наружного элемента буя в приемной полости в указанном положении фиксации.
Благодаря встраиванию приемной полости в погружную часть носового участка судна приемная полость будет расположена в части судна, которая и ранее строилась в расчете на прием крупных грузов. Кроме того, не будет затронута структура танков судна, так что сохраняется грузоподъемность. Когда судно своей носовой частью пришвартовано к бую, судно будет устойчиво "висеть" на буе под воздействием ветра и течения, так что нос обращен на ветер и волны, а судно может оставаться соединенным с буем практически при любой погоде.
Техническое решение согласно настоящему изобретению дает возможности для простой и разумной реконструкций существующих танкеров с целью их присоединения к системе погрузки с буя согласно настоящему изобретению. Используемые в системе суда могут использоваться в качестве транспортных танкеров, которые могут классифицироваться как обычные суда, причем система допускает легкое и быстрое отключение и отсоединение буя в случае необходимости ремонта или внезапного усиления ветра.
На фиг. 1 представлен вид судна и установленного на якоре буя, причем буй показан в погруженном положении равновесия, а также в соединенном положении; фиг. 2 и 3 - схематический вид сбоку части судна, которое сконструировано в соответствии с системой согласно изобретению; фиг. 4 - вид сбоку буя в системе согласно изобретению; фиг. 5 - схематический вид сбоку в разрезе конструкции модуля или приемной полости в судне и буя, который приспособлен к приемной полости; фиг. 6 - схематический вид в разрезе приемной полости, показанной на фиг. 5, под прямым углом к полости сечения (фиг. 5).
Соответствующие детали и элементы на фигурах имеют одно обозначение.
Как показано на фиг. 1 - 3, система включает в себя плавучее судно 1 и плавучее устройство или буй 2, который должен подсоединяться к судну в модуле 3, расположенном в нем, причем модуль будет обозначен дальше как "приемная полость". Судно представляет собой танкер, например, так называемый челночный танкер, а буй - погрузочно-разгрузочный буй для транспортировки текучей среды к цистернам (не показаны) или от них на борту судна. Обычно текучей средой будут углеводороды (нефть или газ), однако выражение "текучая среда" следует понимать в широком смысле, поскольку оно может также включать в себя другие текучие материалы в форме порошка или частиц.
Как показано на фиг. 1, буй 2 установлен на якоре на дне 4 моря посредством соответствующего количества швартов 5, проходящих в качестве несущих тросов между буем 2 и соответствующими якорными точками на дне 4 моря. Каждый из швартов может состоять из цепи, особенно на небольших глубинах моря. Однако обычно желательно, чтобы каждый из швартов состоял из цепи (частично расположенной на дне моря) в комбинации с верхним тросом, упругим канатом или т.п. с/или без плавучих буев (не показаны), которые можно разместить, например, в точке соединения между цепью и тросом с тем, чтобы для якорной системы достигалась соответствующая характеристика прочности, соответствующая судну и глубине воды.
Таким образом достигается то, что буй можно выполнить стандартной конструкции независимо от глубины воды. Когда буй 2 плавает на поверхности моря в нижнем его положении (фиг. 1), его плавучесть будет находиться в равновесии с силами, действующими от якорной системы, таким образом буй будет плавать на заданной глубине под поверхностью моря, где он не будет повреждаться или представлять какую-либо опасность для судоводства.
Буй 2 подсоединен к передающему трубопроводу 6 в форме гибкой вертикальной трубы, которая, как показано, проходит между буем и предлагаемой станцией 7 на дне моря. Этой станцией может быть, например, установка для подачи или хранения нефти, но обычно она обозначает место для подачи или приема текучей среды от буя. В связи с, например, добычей нефти и газа в открытом море станция 7 обычно будет расположена на дне моря. Однако в других применениях она может быть расположена в другом месте, например, в защищенных водах или на суше.
В таком случае буй может быть прикреплен только при помощи гибкого передающего трубопровода. С буем можно соединить несколько передающих трубопроводов. Также можно подсоединить один или несколько передающих трубопроводов к "станции" в форме соответствующего погруженного буя.
В показанной конструкции приемная полость 3 расположена в нижней секции носовой части судна 1. Приемная полость 3 соединена с палубой 8 судна через шахту 9 для доступа или обслуживания. Также в приемной полости 3 установлена заслонка 10 для закрытия шахты 9 для обслуживания и верхней части приемной полости от моря, когда приемную полость не применяют, т.е. когда она не принимает буй 2.
Среди других вещей это дает возможность для осмотра оборудования, установленного в шахте, и верхней части приемной полости.
В зоне палубы судна установлено подъемное средство в форме лебедки 11, имеющей соответствующий трос, который можно опускать через шахту 9 и приемную полость 3 и соединять с буем 2, таким образом его можно поднимать и перемещать на место в приемной полости 3. На фиг. 2 и 3 этот трос обозначен только пунктирной линией 12, а буй 2 показан здесь после его подъема и перемещения на место в приемной полости 3 посредством подъемного средства и троса.
Способ и система для соединения буя с судном не составляет часть настоящего изобретения. Для дополнительного описания этой стороны системы дается ссылка на одновременно поданную заявку N РСТ/N 092/ 00053.
В системе, в соответствии с изобретением, внутренняя полость модуля, то есть приемная полость имеет по крайней мере частично сходящуюся на корпус вниз по существу увеличенную форму, например, сопрягаемую с плавучим устройством или буем, имеющим соответствующую форму снаружи. Это также видно на фиг. 2 и 3, где буй 2 и нижняя часть приемной полости 3 имеют сопрягаемые конические профили.
Пример наружной конфигурации буя схематически показан на фиг.4. В показанной конструкции буй 2 состоит из верхнего и нижнего конических элементов 15 и 16 соответственно, причем верхний конический элемент 15 содержит буртик 17, имеющий обращенную вниз кольцеобразную опорную кромку 18 для зацепления с запирающими элементами, образующими часть запирающего механизма, расположенного в модуле, для закрепления буя 2 в приемной полости.
Также буй оснащен так называемым подъемным бриделем 19, который прикреплен к верхнему элементу 15 буя и состоит из двух или нескольких тросов 20, образующих коническую конфигурацию, являющуюся верхним продолжением внешней конической конфигурации буя. Эта конструкция обеспечивает преимущество в том, что она вносит свой вклад в буй в начальной фазе его ввода в приемную полость в том, что он вводит безопасно и правильно в приемную полость.
Конструкция буя 2 показана более подробно в продольном разрезе на фиг.5. Как показано, буй состоит из наружного плавучего элемента 21 и центрального элемента 22, который установлен с возможностью вращения в наружном элементе и имеет, по крайней мере, один сквозной канал 23 для текучей среды, передаваемой через буй. Наружный элемент 21 разделен на несколько водонепроницаемых камер 24 и дополнительно содержит центральную сменную опору 25 для подшипника, имеющую нижний радиальный подшипник 26 и верхний осевой подшипник 27 для центрального элемента 22. Если это требуется, то подшипниковый элемент 25 можно поднять с наружного плавучего элемента 21 для осмотра и возможной замены деталей.
Центральный элемент 22, который здесь имеет форму полого вала, имеет нижнюю усиленную часть с выступающими наружу плечами 28 для закрепления швартов 5 буя (не показана на фиг.5).
В верхней части приемной полости 3 расположено соединительное устройство 29, которое взаимодействует с системой 30 труб (фиг.2 и 3), расположенной на судне, для транспортировки текучей среды в цистерне на судне и из них. Соединительное устройство содержит криволинейную соединительную трубу 31, которая посредством гидравлического цилиндра 32 может поворачиваться между загруженным положением и положением соединения (оба положения показаны на фиг. 5), причем один конец трубы снабжен соединительной головкой 33 для соединения с верхним концом центрального элемента 22 буя, когда буй находится на месте в приемной полости. Это соединение достигается через шарнирное соединение 34, которое в показанной конструкции соединено с центральным элементом 22 через гибкие соединения 35. Также соединительная головка 33 содержит гибкое соединение 36.
Показанная конструкция также включает в себя третье гибкое соединение 37, которое расположено между нижним концом центрального элемента и передающим трубопроводом 6 буя. Гибкие соединения 35 и 36, в частности, предназначены для приспособления к достаточно большим размерным допускам во время соединения буя с различными судами, тогда как гибкое соединение 37 обеспечивает передачу сил, свободных от моментов, от передающего трубопровода к бую, и кроме того оно упрощает установку буя относительно приемной полости 3, таким образом буй легко скользит на его место в ней.
Запирающий механизм для запирания буя с возможностью освобождения, когда буй находится на месте в приемной полости 3, схематически показан на фиг.6. В показанной конструкции механизм содержит пару замыкающих элементов 38, которые приводятся в действие гидравлической системой и могут поворачиваться вокруг горизонтальных осей 39 на диаметрально противоположных сторонах приемной полости 3. Если это требуется, то можно применять больше, чем два замыкающих элемента. В качестве гидравлических исполнительных механизмов для работы замыкающих элементов могут быть, например, гидравлические цилиндры. Они не показаны на фигуре.
Во время привода в действие замыкающих элементов 38 они будут поворачиваться в вертикальной плоскости для зацепления с обращенной вниз опорной кромкой 18 (фиг.4 и 5) верхнего конического элемента. Преимущественно, гидравлические цилиндры соединены параллельно с гидравлической системой привода, таким образом они автоматически компенсируют возможную неровность опорной кромки.
Замыкающие элементы 38 обеспечивают жесткое запирание наружного плавучего элемента 21 буя с приемной полостью 3 (модуль), и тогда судно 1 может поворачиваться вокруг центрального элемента 22, который установлен с возможностью вращения в наружном элементе 21, при этом вертлюг 34 допускает такой поворот после соединения соединительной трубы 31 с буем. Предпочтительно гидравлические исполнительные механизмы предназначены для привода в действие механического запирающего средства (не показано) так, чтобы буй надежно удерживался на месте в фиксированном положении, в случае повреждения гидравлической системы.
Как показано на фиг.2 и 3, заслонка 10 открывается, когда буй 2 вводится и удерживается в приемной полости 3. Верхняя часть приемной полости и часть шахты 9 для обслуживания будут заполняться водой во время ввода буя в приемную полость, как показано на фиг.3 (зона, обозначенная пунктирной линией). Когда буй 2 запирается на месте в приемной полости, верхняя опорная поверхность 40 на наружном элементе 21 буя устанавливается в уплотнительном контакте с уплотняющим фланцем 41 между верхней и нижней частями приемной полости 3 (фиг. 5), таким образом верхняя часть приемной полости и шахта 9 для обслуживания отсекаются от моря. Затем из приемной полости и шахты можно удалить воду, например, для осмотра и обслуживания, причем для этой цели приемная полость подсоединяется к спусковому трубопроводу 42, как показано на фиг.2 и 3.
Между приемной полостью и сборной цистерной на судне можно разместить дополнительный трубопровод (не показан) для слива возможной утечки передающей текучей среды, например, нефти, если происходит такая утечка, например, в связи с соединительным устройством 29 в приемной полости.
Также показано, что шахта 9 соединена с трубопроводом 43, ведущим к системе подачи инертного газа и вентиляции судна.
Кроме того, шахта снабжена на ее верхнем конце закрывающим средством в форме заслонки 44. Таким образом, шахта и верхняя часть приемной полости могут заполняться инертным газом (после удаления воды) в качестве меры предосторожности до начала передачи горючей или воспламеняющей текучей среды.
В примере, показанном на фиг. 3, воду не удаляли, таким образом, показано только дополнение остальной верхней части шахты.
Приемная полость 3 и шахта 9 для обслуживания будут оснащены соответствующими деталями и телевизионными камерами для измерения и контроля. Также будет установлено насосное оборудование, например, для спуска воды.
Судно 1 обычно оснащено толкателями 45 в носовой его части для применения в управлении положением судна. Пространство, в котором установлены толкатели, может быть соединено соответствующим образом с приемной полостью 3, таким образом, приемная полость может быть доступной из пространства для толкателей и наоборот.
Как показано на фиг. 2 и 3, система 30 труб в приемной полости соединена с трубопроводом 46, проходящим вдоль участка днища судна и сообщающимся с цистернами на судне. Это значит, что передающий трубопровод 6 или вертикальная труба, которая соединена с буем в настоящей системе, соединен непосредственно с трубопроводом в днище судна без прохождения через систему трубопроводов на палубе судна, как это обычно необходимо в известных системах. Это является значительным преимуществом при загрузке или разгрузке нефти, поскольку исключается необходимость в транспортировке нефти через точку, имеющую высокое расположение в системе трубопроводов (т.е. на палубе), с созданием перепада давления и последующим образованием газа (дегазация), то есть нечто такое, что может привести к значительным потерям транспортируемой нефти.
Система для транспортировки текучей среды к плавающему судну или от него содержит буй и расположенную в погруженной части носового участка судна открытую вниз приемную полость, предназначенную для приема и соединения с буем. Буй выполнен с центральным элементом и установленным на нем с возможностью поворота наружным элементом. Центральный элемент заякорен на морском дне и предназначен для прохождения текучей среды из соединенного с ним передающего трубопровода через соединительное устройство в систему трубопроводов судна. Приемная полость выполнена с уплотняющим фланцем, имеющим возможность взаимодействия с опорной поверхностью наружного элемента буя для герметизации шахты обслуживания, соединяющей приемную полость с палубой судна. Такое выполнение системы обеспечивает высокую надежность работы и снижение риска загрязняющих выбросов. 11 з. п. ф-лы, 6 ил.
