Система реверсной перекачки криогенных жидкостей Российский патент 2023 года по МПК F16L39/02 F16L9/19 

Система реверсной перекачки криогенных жидкостей предназначена для обеспечения транзитной перекачки, например, сжиженного природного газа (далее - СПГ) с одного танкера-газохода на другой и может быть использована при дальних перевозках морским транспортом.

В современной структуре потребления энергоресурсов важным направлением развития выступает переход большинства крупных компаний с «грязных» источников энергии на экологически «чистые» источники, к которым можно отнести, в частности, природный газ. Россия является одним из ключевых поставщиков природного газа на мировом рынке, так как обладает крупнейшими в мире доказанными запасами природного газа и находится на втором месте по его производству. Кроме того, в России уже созданы необходимые условия для использования такой стратегической возможности, как развитие крупнотоннажного производства СПГ. Важным фактором, определяющим развитие производства СПГ, является неравномерность запасов природного газа по регионам мира, удаленность месторождений газа от потребителей на тысячи километров при одновременной невозможности в большинстве случаев организации трубопроводных поставок природного газа из-за морских и океанских преград. Таким образом, растущий спрос на СПГ создает необходимые стимулы для инвестирования в новые мощности по сжижению газа и его транспортировке. В свою очередь, возможность водной транспортировки СПГ определяет его конкурентное преимущество перед поставками природного газа газопроводом на дальние расстояния, в труднодоступные и нерентабельные для поставок иным способом регионы (Н.И. Сасаев. Развитие крупнотоннажного производства сжиженного природного газа как стратегический приоритет экономико-социального развития России. Управленческое консультирование - 2018, №8).

Транспортировка СПГ морем намного выгоднее транспортировки по трубопроводам в газообразном виде даже при малых объемах поставок на большие расстояния - отсутствует необходимость в прокладке трубопровода, создании инфраструктуры и больших коллективов по обслуживанию трубопровода. Наиболее экономически и экологически обоснованным способом транспортировки СПГ при отдаленности потребителя СПГ более чем 3000 км является морская перевозка судами вместимостью от 20000 до 300000 т, причем чем больше грузоподъемность танкера, тем дешевле транспортировка СПГ. Однако для транспортировки СПГ морским способом инвестору необходимо проложить газопровод до берега моря, построить на берегу завод по сжижению природного газа, порт для танкеров, и сами танкеры. В результате морские перевозки также требуют значительных капиталовложений, и их доля может достигать 30% от общей стоимости проекта по реализации СПГ.

Приемный и отгрузочный терминалы для СПГ, предназначенные для транспортных судов (танкеров-газовозов) для перевозки СПГ, должны быть расположены на находящейся на берегу пристани, или специализированном участке порта, или на платформах на удалении от берега, в зависимости от глубины прибрежных вод и местных условий, чтобы позволить осуществлять подход транспортного судна для СПГ к терминалу. Подача СПГ на транспортное судно может осуществляться с помощью загрузочного рукава или шланга от отгрузочного терминала для СПГ, который соединен с сжижающей установкой или с резервуаром для хранения СПГ, расположенным на морском побережье на минимально допустимом расстоянии до береговой линии моря с помощью одной или нескольких криогенных транспортных линий (трубопроводов). Эти транспортные линии обычно представляют собой теплоизолированные криогенные трубопроводы, размещаемые на эстакадах, сформированных из свай и бетонного настила. Планирование прокладки таких транспортных линий для криогенной текучей среды требует учета ряда экономических и экологических аспектов не только во время монтажа, но и в процессе дальнейшей эксплуатации трубопровода (патент на изобретение RU 2627747, МПК F16L 59/14, заявлен 23.12.2011 г., опубликован 11.08.2017 г.). Известно, что установка опорных эстакад для надводного трубопровода или прокладка трубопровода на морском дне вызывают ограничения в использовании морского пространства для других судов, требуют дополнительных затрат для укрепления эстакад и снижения коррозионного воздействия соленой воды. Все эти аспекты приводят к росту экономических затрат на монтаж и техническое обслуживание транспортных линий для криогенной текучей среды и отрицательно воздействуют на экологическое состояние окружающей среды.

Особое значение для морской транспортировки СПГ приобретает осадка газовоза, например, океанские газовозы вместимостью 250-300 тыс. т имеют осадку 20-22 м, что позволяет принимать их лишь в ограниченном числе морских глубоководных портов с глубиной акватории у причала или бочки не менее 25 м с последующим хранением СПГ в резервуарах терминала, регазификацией СПГ и дальнейшей его транспортировкой потребителям по трубопроводам. Во многих случаях экономически целесообразна промежуточная перегрузка СПГ на протяженных трассах с океанских танкеров-газовозов на морские или речные танкеры-газовозы с низкой осадкой для дальнейшей водной транспортировки, что резко сокращает плечо перегона судна, однако до сих пор системы для криогенной перекачки СПГ технически весьма несовершенны.

Известна система для перекачки криогенного продукта между двумя судами, поставленными рядом друг с другом, из первой плавучей конструкции (800) для хранения и транспортировки криогенного продукта во вторую стационарную или плавучую конструкцию (900) для хранения криогенного продукта посредством жесткого перекачивающего трубопровода, пригодного для транспортировки криогенного продукта, причем перекачивающий трубопровод является самоподдерживающимся и содержит, по меньшей мере, три жесткие секции (12-17) трубопровода, каждая из которых соединена по текучей среде со следующей секцией с помощью соединительных средств (21-27), пригодных для транспортирования криогенного продукта, при этом каждая из двух концевых секций (12, 17) трубопровода имеет свободный конец, выполненный в виде концевого элемента для соединения с соединительным устройством первой плавучей конструкции (800) и соответственно второй плавучей конструкции (900), отличающаяся тем, что она содержит (i) соединительные устройства, выполненные с возможностью их размещения соответственно на первой конструкции (800) и на второй конструкции (900), при этом каждое соединительное устройство содержит удлинительную трубу (11, 18), выполненную с возможностью присоединения к приемному устройству (810, 910) соответствующей конструкции и к концевому элементу перекачивающего трубопровода; и (ii) монтажную опору (850, 950) для свободного конца каждой удлинительной трубы, причем предусмотрен промежуток между удлинительной трубой первой конструкции и монтажной опорой для нее или между монтажной опорой и конструкцией, несущей ее, для обеспечения возможности заданного изгибания удлинительной трубы после соединения концевого элемента перекачивающего трубопровода с данной удлинительной трубой (патент на изобретение RU 2774086, МПК В63В 27/34, В63В 27/24, заявлен 21.12.2018 г., опубликован 15.06.2022 г.). Недостатками изобретения являются:

• в системе приема/отгрузки СПГ отсутствуют линии отвода отпарного газа в закрытую систему (п. 95 федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности объектов сжиженного природного газа»);

• для применения системы двумя судами, поставленными рядом друг с другом, необходимо вместо жесткой швартовки их сближение на короткое расстояние, практически сохраняемое в течение всего времени перекачки, что недопустимо для мегатоннажных танкеров-газовозов;

• перекачка СПГ из первой плавучей конструкции (800) для хранения и транспортировки криогенного продукта во вторую стационарную конструкцию (900) становится невозможной в зонах высоких приливов из-за изменения взаимного положения плавучей и стационарной конструкций, например, в Бискайском заливе уровень воды в течение суток может изменяться на 12 м;

• способ позволяет обеспечивать перекачу СПГ в одном направлении: из первой плавучей конструкции (800) для хранения и транспортировки криогенного продукта во вторую стационарную или плавучую конструкцию (900) для хранения криогенного продукта и не предусматривает перекачку СПГ из первой плавучей конструкции для транспортировки криогенного продукта во вторую плавучую конструкцию для транспортировки криогенного продукта.

Известен причальный терминал в открытом море, включающий: платформу, закрепленную на морском дне; трубопровод, функционально связанный с платформой и сообщающийся по текучей среде с береговым оборудованием; не менее двух комплектов сооружений, примыкающих к платформе, каждый из которых, по меньшей мере, двух комплектов сооружений связан с причалом и швартовкой судов; и судно-хранилище, пришвартованное и пришвартованное к первому из, по меньшей мере, двух наборов конструкций, причем судно-хранилище выполнено с возможностью передачи несущего груза между судном-носителем, оперативно соединенным со вторым из, по меньшей мере, двух наборов конструкций, и судном-хранилищем, и в жидкостном сообщении с трубопроводом (патент на изобретение WO 2008073152, МПК F17C 9/02, B65/D 88/78, Е02В 17/08, заявлен 23.07.2007 г., опубликован 19.06.2008 г.). Недостатками изобретения являются:

• закачка газа с судна-носителя осуществляется сначала на судно-хранилище и только потом газ поступает в трубопровод, соединенный с платформой, закрепленной на морском дне, что приводит к усложнению операции по приему СПГ;

• отсутствует возможность непрерывной перегрузки газа посредством терминала на морской платформе в другое судно-носитель.

Известен морской экспортный терминал СПГ на большие расстояния с возможностями для сбора и утилизации паров, включающий береговое или морское сооружение для хранения углеводородов (1), морское причально-перегрузочное сооружение (6) для швартовки танкера (11) и по крайней мере один подводный трубопровод (4, 5) простираясь от первого насоса (7, 8) на сооружении для хранения до морской перекачивающей конструкции (6), при этом перекачивающая конструкция (6) содержит: резервуар (10) для отделения паров, соединенный с выпускным концом (9) трубопровода, причем резервуар (10) содержит линию подачи (13, 14), соединяемую с танкером (11) для подачи жидкого углеводорода в танкер, обратная линия (27), подсоединенная к танкеру (11) для подачи паров из танкера в сепаратор (10), и пароперекачивающая линия (28, 33), соединенная с морской станцией приема паров (24, 32, 35, 37) для подачи пара из бака (10) в приемную станцию, отличающийся тем, что в состав приемной станции входит любой из следующих компонентов или их комбинация: силовая установка (37) и силовой кабель (38), соединенные на одной стороной к электростанции (37), а другой стороной к береговому и/или морскому объекту (1), компрессор (35) для сжатия газа и газопровод (36), соединенный одним концом с компрессором (35), а другим концом с береговым или морским сооружением (1) для подачи сжатого газа, и устройство для сжижения газа (32), соединенное трубопроводом (34, 41) сжиженного газа с любым из пришвартованных танкеров (11), накопительным элементом (40) для сжиженного газа и трубопроводом (4, 5) или любой их комбинации из этого (патент на изобретение WO 2006118458, МПК F17C 9/00, заявлен 11.04.2006 г., опубликован 09.11.2006 г.). Недостатками изобретения являются:

• наличие большой системы коммуникаций (подводные трубопроводы для перекачки сжиженного газа, газопроводы, трубопроводы от насосов к накопительному элементу, силовые кабели, трубопроводы для подачи отпарных газов) усложнит ее формирование, прокладку, обслуживание и ремонт; система включает в себя множество погрузочных вышек, которые соединены друг с другом через одну или несколько подводных линий для транспортировки СПГ, что приводит к усложнению системы в целом;

• отсутствует дополнительный трансферный трубопровод, необходимый для поддержания криогенных температур в заполненном подводном трубопроводе при прекращении перекачки криогенных жидкостей.

Известна также система для транспортировки криогенной текучей среды между плавучим судном и вторым местоположением, содержащая:

а) первый криогенный стояк, имеющий первый конец и второй конец, указанный первый стояк, приспособленный для обеспечения возможности изменения вертикального положения указанного первого конца указанного первого стояка, указанный второй конец указанного первого стояка, расположенный в водоеме и сообщающийся по текучей среде с указанным вторым местоположением, по меньшей мере, часть упомянутого первого стояка, являющаяся изолированной; при этом упомянутый первый стояк включает в себя трубопровод для текучей среды первого стояка и трубопровод для текучей среды второго стояка;

б) первый погружной башенный соединитель, соединенный с указанным первым концом указанного первого стояка, указанный первый соединитель, приспособленный для разъемного соединения с первым плавучим судном, расположенным на указанном водоеме, так что криогенная текучая среда может быть сообщена между указанным первым судном и указанным первым концом указанного первого стояка, указанный первый соединитель является пришвартован ко дну указанного водоема таким образом, что вертикальное положение указанного первого соединителя может быть изменено, и указанный первый соединитель, приспособленный для обеспечения возможности вращения указанного первого сосуда вокруг указанного первого соединителя на поверхности указанного водоема, в то время как указанный первый сосуд соединен с указанным первым соединителем;

с) трубопровод для криогенной текучей среды, имеющий первый конец и второй конец, указанный первый конец указанного трубопровода, сообщенный по текучей среде с указанным вторым концом указанного первого стояка, указанный второй конец указанного трубопровода, сообщенный по текучей среде с указанным вторым местоположением, и указанный трубопровод, по меньшей мере, частично погруженный в указанный водоема; в котором, по меньшей мере, часть упомянутого трубопроводного трубопровода изолирована; в котором первый конец упомянутого первого стоячего трубопровода и первый конец упомянутого второго стоячего трубопровода присоединены к упомянутому первому соединителю, а второй конец упомянутого первого стоячего трубопровода и второй конец упомянутого второго стоячего трубопровода находятся в сообщение текучей среды с указанным трубопроводным каналом и

d) соединительный трубопровод для текучей среды, указанный соединительный трубопровод, обеспечивающий канал для сообщения текучей среды между указанным первым трубопроводом для стояка и указанным вторым трубопроводом для стояка (патент на изобретение US 7836840, МПК В63В 22/02, заявлен 07.09.2005 г., опубликован 03.05.2007 г.). Недостатками изобретения являются:

• однонаправленность движения текучей среды (СПГ), что позволяет перемещать СПГ по заглубленному на дне соединительному трубопроводу или с одного судна на другое при закреплении их на банках (фиг. 5), или с танкера-газовоза на плавающее или береговое хранилище СПГ (фиг. 1), или с танкера-газовоза на импортный терминал СПГ (фиг. 6, 7), или с экспортного терминала на танкер-газовоз (фиг. 8);

• заглубленность соединительного трубопровода на дне акватории удорожает его прокладку и усложняет ремонтные работы при аварии на трубопроводе.

Известен криогенный трубопровод, предложенный компанией ITP (In Ter Pipe) SA на основе подводного трубопровода, который исключает необходимость строительства дорогостоящих эстакад, получивший сертификат DNV и уже успешно реализованный в Перу (проект Camisea) для транспортировки сжиженного нефтяного газа с берегового завода к морскому причалу. Особенность технологии ITPSA - трубопровод, имеющий трехслойную стенку, или «труба в трубе в трубе» - Pipe-in-Pipe-in-Pipe (PiPiP), позволяющий перемещать причал дальше от побережья, где не требуется дноуглубление, а кроме того, не создаются помехи движению местного морского транспорта (Subsea cryogenic pipelines (LNG/LPG) - Pipe-in-pipe …www.itp-interpipe.com/…pipelines/subsea-cryo). Недостатком трубопровода является существенная потеря холода при транспортировке сжиженного газа под водой из-за высокого коэффициента теплоотдачи от стенки трубопровода к воде, а также потребность в дополнительной прокладке под водой необходимых коммуникаций.

Известен также, являющийся прототипом, блок передаточного туннеля для криогенной текучей среды, содержащий облицовочную оболочку, содержащую внутри нее:

- транспортную линию для криогенной текучей среды, которая при необходимости содержит петлевые температурные компенсаторы;

- по меньшей мере одну обратную линию для пара;

- при необходимости рециркуляционную линию;

- по меньшей мере одну полость, находящуюся в кольцевом пространстве между наружными поверхностями указанных линий и внутренней поверхностью облицовочной оболочки, по меньшей мере, частично заполненную криогенным изолирующим материалом;

- по меньшей мере одну коммуникационную линию;

- по меньшей мере одну разгрузочную линию, предназначенную для удаления пара из, по меньшей мере, одной полости, причем указанная, по меньшей мере, одна разгрузочная линия содержит множество пор, находящихся в сообщении по текучей среде с по меньшей мере одной полостью (патент на изобретение RU 2627747, МПК F16L 59/14, заявлен 23.12.2011 г., опубликован 11.08.2017 г.). Недостатками изобретения являются:

• блок передаточного туннеля для криогенной среды предусматривает только сообщение между разгрузочно-погрузочным терминалом и резервуаром для хранения СПГ на берегу и не решает проблему перегрузки с одного судна на другое;

• облицовочная оболочка для транспортной линии криогенной среды выполненная из бетона или стали прокладывается по морскому дну без учета рельефа акватории порта, что может привести к нарушениям в экосистеме порта и нежелательным отрицательным воздействиям на окружающую среду, а также усложняет доступ к коммуникациям при необходимости их ремонта.

Общим недостатком рассмотренных способов транспортировки криогенных текучих сред является односторонняя работа перекачивающих терминалов: в местах производства СПГ терминалы предназначены для загрузки танкеров-газовозов СПГ, а в местах доставки и потребления СПГ производится разгрузка танкеров-газовозов и регазификация СПГ. Также в техническом и организационном отношениях сложна перекачка СПГ на морском терминале с одного судна на другое, существенно отличающееся вместимостью, например, с океанского танкера-газовоза на морской газовоз или газовоз типа река-море, связанной с необходимостью оптимизации доставки СПГ от места его производства до места его регазификации в условиях как наличия ряда технологических и маркетинговых ограничений, так и неизбежных при морских перевозках форс-мажорных обстоятельствах, и дальнейшей доставки природного газа потребителю по сети трубопроводов.

Наиболее сложно формируемым звеном в рассматриваемой цепочке оптимизируемых процессов, обеспечивающих доставку топлива от производителя до потребителя, является перегрузка СПГ с океанских танкеров-газовозов на меньшие по габаритам и каботажные танкеры. Это звено трудно подчиняется запрограммированной диспетчеризации по ряду причин. Во-первых, технологический период разгрузки океанского танкера-газовоза вместимостью 250-300 тыс. м³ СПГ составляет несколько дней, а закачки СПГ в каботажный газовоз 1-2 дня. Во-вторых, смена загруженного каботажного газовоза на свободный у терминала требует нескольких суток непродуктивного времени, затрачиваемых на швартовку и маневрирование судов, подготовку манифольдов обоих танкеров и резервуаров загружаемого газовоза. В-третьих, в силу неблагоприятных погодных условий океанский танкер-газовоз может опоздать на разгрузку СПГ, а каботажный танкер-газовоз может опоздать на погрузку СПГ на несколько дней. Совокупность этих факторов приводит к тому, что на терминале часто возникает существенный разрыв между операциями погрузки-разгрузки СПГ, вызывающий простои танкеров-газовозов и неоправданное удорожание транспортируемого СПГ. Так, например, потери от простоя в течение суток на рейде или у терминала танкера-газовоза вместимостью 145000 м³ составляют 30 тыс. долларов США, а океанского танкера-газовоза - до 67 тыс. долларов США. При этом потери времени на простой океанского танкера-газовоза у терминала достаточно велики: на непроизводительные операции при нахождении загружаемого танкера-газовоза непосредственно у терминала (швартовка судна, подготовка стендеров и манифольдов перед закачкой СПГ, дренаж, продувка и отсоединение стендеров при отчаливании) составляют до 4,5 суток (Паршин Н.В. Анализ работы системы транспортировки сжиженного природного газа. Морские интеллектуальные технологии. - 2020, №1, том 1, с. 125-130). Другим актуальным видом перегрузки СПГ с одного газовоза на другой является передача СПГ, транспортируемого по Северному морскому пути танкером-газовозом ледового класса из порта Сабетта (Ямал) на обычный танкер-газовоз, плавающий в умеренных и тропических климатических условиях. Полезность такого решения была проверена в ноябре 2020 года на экспериментальной перевалке СПГ с танкера на танкер в российских водах, когда СПГ-танкер ледового класса Arc7 «Николай Евгенов», способный преодолевать лед толщиной до двух метров, выйдя из терминала в порту Сабетта, перегрузил СПГ на челнок - более дешевый легкий танкер класса Arc4 Yamal Spirit, который до того возвращался за СПГ из Гибралтара, перегрузка СПГ с одного судна на другое судно по принципу борт в борт прошла возле острова Кильдин недалеко от Мурманска (https://finance.rambler.ru/economics/45299926/?utm_content=finance_media&utm_mediimi=read_more&utm_source=copylink). Перевалка груза СПГ по принципу борт в борт в море технически весьма сложна и опасна, в частности, невозможна предварительная обработка танков азотом, и передачу груза, принятого танкером-газовозом на Ямале, на другой танкер-газовоз по регламентным требованиям удобнее выполнять на терминалах Сахалина с дальнейшей транспортировкой СПГ в страны Азии или на терминалах Портовой с дальнейшей транспортировкой СПГ в страны Европы. При этом в связи со сложностью транспортирования СПГ по Северному морскому пути в осенне-зимне-весенний период времени особое значение приобретает сокращение операций слива-налива на терминалах перегрузки СПГ.

При создании изобретения ставилась задача разработки системы перекачки криогенных жидкостей, обеспечивающей взаимосвязь разгружаемых и загружаемых объектов транспортировки криогенных жидкостей и терминала со снижением времени простоя судов за счет осуществления перевалки криогенных жидкостей из танкеров-газовозов ледового класса в морские танкеры-газовозы на одном терминале с однонаправленными и разнонаправленными потоками криогенных жидкостей.

Поставленная задача решается за счет того, что система реверсной перекачки криогенных жидкостей, связывающая по меньшей мере несколько наземных резервуаров резервуарного парка для хранения криогенной жидкости с приемо-раздаточными устройствами для криогенной жидкости, но не менее двух, и погрузочно-разгрузочные терминалы для обслуживания, по меньшей мере, двух танкеров-газовозов с приемо-раздаточными устройствами для криогенной жидкости, включающая насосы, установленные в резервуарах хранения криогенной жидкости, два или более изолированных криогенных трансферных трубопроводов, одним концом связанных с, по меньшей мере, одним резервуаром для хранения криогенной жидкости, и связанных другим концом с, по меньшей мере, одним приемо-раздаточным устройством в зоне погрузочно-разгрузочного терминала, по меньшей мере, одним трубопроводом для перекачки сдувок, одним концом связанных с, по меньшей мере, одним резервуаром для хранения криогенной жидкости, и связанных другим концом с, по меньшей мере, одним приемо-раздаточным устройством в зоне погрузочно-разгрузочного терминала, изолированные криогенные трансферные трубопроводы и трубопровод для перекачки сдувок проложены по дну акватории порта с учетом рельефа дна, при этом система реверсной перекачки криогенных жидкостей формируется на связке изолированных криогенных трансферных трубопроводов, выполненных из чередующихся металлических жестких линейных секций, содержащих жесткую линейную внутреннюю продуктовую трубу, окруженную жестким линейным кожухом, и металлических деформируемых секций, содержащих гофрированную деформируемую внутреннюю продуктовую трубу, окруженную гофрированным кожухом, с однонаправленными и/или разнонаправленными потоками криогенных жидкостей, образуемой при помощи бандажей, охватывающих жесткие линейные кожухи смежных изолированных криогенных трансферных трубопроводов.

Подобное исполнение системы реверсной перекачки позволяет при дальних морских перевозках СПГ обеспечивать формирование транзитного терминала для перекачки, например, СПГ с одного танкера-газовоза на другой, например, с крупного танкера-газовоза на меньшие каботажные танкеры-газовозы или с дорогостоящего танкера-газовоза ледового класса на более дешевый того же водоизмещения. Расположение системы реверсной перекачки на материковом побережье или островах вблизи морских путей перевозки СПГ будет определяться технико-экономическим расчетом с позиций минимизации затрат на транспортировку СПГ от порта его производства до порта регазификации. Преимуществами предлагаемой системы являются:

• использование металлических изолированных трансферных трубопроводов, обладающих одновременно прочностью, гибкостью и низкой теплоотдачей в воду;

• повторение трубопроводом подводного рельефа, что упрощает его прокладку по дну акватории;

• гибкость функционирования системы, позволяющая:

а) принимать СПГ из газовоза-донора в наземный резервуар при задержке прибытия к терминалу газовоза-реципиента, что сокращает время внеоперационного простоя судна-донора;

б) принимать СПГ из газовоза-донора в наземный резервуар при выполнении газовозом-реципиентом непроизводительных операций (маневрирование в акватории порта, швартовка к терминалу, подсоединение стендеров и охлаждение танков, а после закачки СПГ отсоединение стендеров и их продувка, отчаливание), что сокращает время внеоперационного простоя судна-донора;

в) обеспечивать рециркуляции СПГ в системе при отсутствии танкеров-газовозов у терминала, что обеспечивает постоянную готовность системы к выполнению погрузочно-разгрузочных операций;

г) подавать СПГ в газовоз-реципиент из наземного резервуара при задержке прибытия к терминалу газовоза-донора, что сокращает время внеоперационного простоя судна-реципиента;

д) подавать СПГ в газовоз-реципиент из наземного резервуара при выполнении газовозом-донором непроизводительных операций (маневрирование в акватории порта, швартовка к терминалу, подсоединение стендеров и охлаждение танков, а после закачки СПГ отсоединение стендеров и их продувка, отчаливание), что сокращает время внеоперационного простоя судна-реципиента;

е) подавать СПГ в газовоз-реципиент одновременно из наземного резервуара и газовоза-донора через соединительные рукава, что сокращает время погрузки СПГ на судно-реципиент;

ж) одновременно принимать СПГ из газовоза-донора в наземный резервуар и подавать СПГ в газовоз-реципиент из наземного резервуара, когда производительность насосов наземного резервуара выше производительности насосов разгружаемого газовоза-донора, что сокращает время погрузки СПГ на судно-реципиент;

• возможность быстрого демонтажа системы при нерентабельности ее эксплуатации и перевозка ее на судне-контейнеровозе на новое место локации.

Целесообразно, чтобы металлические жесткие линейные секции криогенных трансферных трубопроводов были выполнены с вакуумной изоляцией пространства между жесткой линейной внутренней продуктовой трубой и жестким линейным кожухом, что резко сократит теплообмен между секцией и морской водой и опосредовано потери холода от перекачиваемого СПГ.

Полезно также, чтобы металлические жесткие линейные секции криогенных трансферных трубопроводов были выполнены с заполнением теплоизоляционным материалом пространства между жесткой линейной внутренней продуктовой трубой и жестким линейным кожухом, что существенно сократит теплообмен между секцией и морской водой и опосредовано потери холода от перекачиваемого СПГ и одновременно повысит прочность секции.

При формировании трассы системы возможно использовать металлические деформируемые секции криогенных трансферных трубопроводов, которые могут быть выполнены с заполнением теплоизоляционным материалом пространства между деформируемой гофрированной внутренней продуктовой трубой и деформируемым гофрированным кожухом, что наряду с повторением профиля дна акватории при укладке секций криогенных трансферных трубопроводов уменьшат потери холода от транспортируемого СПГ.

Рекомендуется на бандажах дополнительно крепить грузила, так как из-за низкой плотности СПГ возможны ситуации, когда сила тяжести, прижимающая ко дну акватории всю систему трубопроводов для транспортировки криогенных жидкостей вместе с вспомогательными трубопроводами и кабелями не сможет компенсировать кинетическую силу волн и течений в акватории, в результате чего возможно смещение системы трубопроводов с проектной позиции. По этой же причине можно всю систему трубопроводов для транспортировки криогенных жидкостей вместе с вспомогательными трубопроводами и кабелями закреплять на подвижных и/или неподвижных опорах, заглубленных в грунт морского дна.

Возможен вариант, когда вся система трубопроводов для транспортировки криогенных жидкостей вместе с вспомогательными трубопроводами и кабелями размещается в дополнительном кожухе, закрепленном на подвижных и/или неподвижных опорах, заглубленных в грунт морского дна, что предохранит всю систему от случайных повреждений, например, при отдаче якоря судами на рейде. Возможно также в случаях интенсивного движения судов с большой осадкой с небольшим зазором относительно дна мелководной бухты, на дне которой находится система трубопроводов для транспортировки криогенных жидкостей вместе с вспомогательными трубопроводами и кабелями, что вся система трубопроводов будет размещаться в дополнительном кожухе и помещаться в траншее или в саркофаге в грунте морского дна.

Реализуемость заявляемой системы реверсной перекачки криогенных жидкостей в качестве примера иллюстрируется фигурами 1-6, с использованием следующих обозначений:

1 - система изолированных криогенных трансферных трубопроводов;

2 - резервуар для хранения криогенной жидкости;

3 - перекачивающий насос;

4 - погрузочно-разгрузочный терминал;

5 - устройство налива;

6 - морской танкер-газовоз;

7 - танкер-газовоз ледового класса;

8 - грузила;

9 - трубопровод для сдувок;

10 - трансферные криогенные продуктовые трубопроводы;

11 - кабели и коммуникации;

12 - бандаж;

13 - бетонный тоннель;

14 - гибкая секция трансферного трубопровода;

15 - жесткая секция трансферного трубопровода;

16 - наклонная часть трубопровода;

17 - вертикальная часть трубопровода;

18 - кессон;

19 - П-образный компенсатор;

20 - саркофаг.

На фигуре 1 приведена принципиальная общая система реверсной перекачки криогенных жидкостей. СПГ из резервуара для хранения криогенной жидкости 2 резервуарного парка посредством перекачивающего насоса 3, установленного в резервуарах для хранения криогенной жидкости 2, подается в систему изолированных криогенных трансферных трубопроводов 1, проложенных по дну акватории порта с учетом рельефа дна, включающую два или более изолированных криогенных трансферных трубопровода и два или более трубопроводов для перекачки сдувок, одним концом связанных с резервуаром для хранения криогенной жидкости 2, и связанных другим концом с приемо-раздаточным устройством в зоне погрузочно-разгрузочного терминала 4, оборудованного устройством налива 5. При этом на погрузочно-разгрузочном терминале 4 осуществляется перевалка СПГ из танкеров-газовозов ледового класса 7 в морские танкеры-газовозы 6.

На фигуре 2 приведена изолированная система изолированных криогенных трансферных трубопроводов 1, включающая трубопроводы для сдувок 9, трансферные криогенные продуктовые трубопроводы 10, кабели и коммуникации 11 для передачи информации, связывающие датчики и исполнительные механизмы резервуарного парка и погрузочно-разгрузочных терминалов, окруженные бандажом 12, который фиксируется в неподвижном состоянии посредством грузил 8.

В тех случаях, когда имеется опасность повреждения системы трубопроводов для транспортировки криогенных жидкостей, например, якорями маломерных судов, располагающихся в акватории вместе с судами перегрузки СПГ, то бандаж 12 может заменяться на кожух. Кожух, содержащий всю систему трубопроводов для транспортировки криогенных жидкостей вместе с вспомогательными трубопроводами и кабелями закрепляется на подвижных и/или неподвижных опорах, заглубленных в грунт морского дна или помещается в траншее в грунте морского дна.

На фигуре 3 показан вариант конструкции изолированной системы изолированных криогенных трансферных трубопроводов 1, включающей трансферные криогенные продуктовые трубопроводы 10, кабели и коммуникации 11, помещенные в бандаж (или кожух) 12, расположенный в бетонном тоннеле 13. Связка изолированных трансферных криогенных продуктовых трубопроводов 10 включает наклонную часть трубопровода 16 и вертикальную часть трубопровода 17. Подобный вариант может использоваться при выравнивании профиля дна акватории, например при прокладке канала для проводки танкеров-газовозов с большой осадкой к терминалу в мелководной бухте.

Трансферные криогенные продуктовые трубопроводы 10 выполнены из чередующихся металлических линейных жестких секций трансферного трубопровода 15, содержащих жесткую линейную внутреннюю продуктовую трубу, окруженную жестким линейным кожухом, и металлических гибких секций трансферного трубопровода 14, содержащих гофрированную деформируемую внутреннюю продуктовую трубу, окруженную гофрированным кожухом. Металлические жесткие секции трансферных трубопроводов 15 выполнены с вакуумной изоляцией пространства или с заполнением теплоизоляционным материалом между жесткой линейной внутренней продуктовой трубой и жестким линейным кожухом. Металлические гибкие секции трансферных трубопроводов 14 выполнены с заполнением теплоизоляционным материалом пространства между деформируемой гофрированной внутренней продуктовой трубой и деформируемым гофрированным кожухом.

На фигуре 4 показаны конструктивные элементы трансферных криогенных продуктовых трубопроводов 10, включающие П-образные компенсаторы 19, установленные на линейных участках криогенных трансферных трубопроводов при большой их протяженности от берегового резервуара для хранения криогенной жидкости до терминалов, расположенных в удалении от береговой полосы на свайных эстакадах в местах наличия достаточных глубин для прохождения танкеров-газовозов и кессоны 18.

На фигуре 5 изображен вариант защиты системы криогенных трансферных трубопроводов при помощи саркофага 20, в котором располагается дополнительный кожух со всей системой трубопроводов для транспортировки криогенных жидкостей вместе с вспомогательными трубопроводами и кабелями. Саркофаг устанавливается на грунте морского дна путем ввода шипов саркофага в пазы фундаментных оснований, заглубленных в грунт (А), обеспечивающим надежное сцепление саркофага с грунтом морского дна и обеспечивает дополнительную защиту системы реверсной перекачки криогенных жидкостей от неблагоприятного влияния как природных, так и техногенных факторов.

На фигуре 6 изображены схемы ряда вариантов функционирования системы реверсной перекачки криогенной жидкости на примере перекачки СПГ из танкера газовоза-донора ледового класса 7 на морской танкер газовоз-реципиент 6 при различных эксплуатационных ситуациях:

а) приемка СПГ из газовоза-донора в наземный резервуар при задержке прибытия к терминалу газовоза-реципиента, что сокращает время внеоперационного простоя судна-донора;

б) приемка СПГ из газовоза-донора в наземный резервуар при выполнении газовозом-реципиентом непроизводительных операций (маневрирование в акватории порта, швартовка к терминалу, подсоединение стендеров и охлаждение танков, а после закачки СПГ отсоединение стендеров и их продувка, отчаливание), что сокращает время внеоперационного простоя судна-донора;

в) обеспечение рециркуляции СПГ в системе при отсутствии танкеров-газовозов у терминала по двум трансферным криогенным продуктовым трубопроводам 10, соединенным между собой рукавом, что обеспечивает постоянную готовность системы к выполнению погрузочно-разгрузочных операций;

г) подача СПГ в газовоз-реципиент из наземного резервуара при задержке прибытия к терминалу газовоза-донора, что сокращает время внеоперационного простоя судна-реципиента;

д) подача СПГ в газовоз-реципиент из наземного резервуара при выполнении газовозом-донором непроизводительных операций (маневрирование в акватории порта, швартовка к терминалу, подсоединение стендеров и охлаждение танков, а после закачки СПГ отсоединение стендеров и их продувка, отчаливание), что сокращает время внеоперационного простоя судна-реципиента;

е) подача СПГ в газовоз-реципиент одновременно из наземного резервуара и газовоза-донора через соединительные рукава, что сокращает время погрузки СПГ на судно-реципиент;

ж) одновременно принимать СПГ из газовоза-донора в наземный резервуар и подавать СПГ в газовоз-реципиент из наземного резервуара, когда производительность насосов наземного резервуара выше производительности насосов разгружаемого газовоза-донора, что сокращает время погрузки СПГ на судно-реципиент.

Варианты функционирования системы реверсной перекачки криогенных жидкостей а, б, г, д, е и ж сокращают время внеоперационных простоев танкеров-грузовозов или время погрузки, что позволяет снизить затраты на фрахт танкеров.

Пример 1. Поставка СПГ из порта Сабетта (Ямал) в порт Дабхол (Индия) - осуществляется танкерами-газовозами ледокольного класса Arc7 грузоподъемностью 170000 м³ в течение 30-35 суток в связи с тем, что при прохождении судном Северного морского пути от порта Сабетта до мыса Дежнева в зависимости от ледовой обстановки происходит за 11-16 суток и далее до порта назначения - 19 суток. Полный оборот судна за счет операций погрузки-разгрузки СПГ в двух портах 3 суток составляет 76 суток и за год эксплуатации с учетом остановки на техосмотр танкер сможет выполнить 5 рейсов. При производительности завода СПГ на Ямале 16,5 млн т (27,5 млн м³) для транспортировки на экспорт СПГ потребуется 32 танкера-газовоза ледокольного класса Arc7 грузоподъемностью 170000 м³ и стоимостью по 320 млн долларов. При формировании в районе порта города Петропавловска-Камчатского системы реверсной перекачки криогенных жидкостей с использованием инфраструктуры порта с перевалкой груза с танкеров-газовозов ледокольного класса Arc7 на более дешевые (стоимость 180 тыс. долларов) танкеры-газовозы класса Arc4 той же грузоподъемности полные обороты судов составят для Arc7 38 суток (10 рейсов в год) и для Arc4 44 суток (8 рейсов в год). Тогда при наличии системы реверсной перекачки для обеспечения работы завода СПГ на Ямале потребуется 16 газовозов типа Arc7 и 20 газовозов типа Arc4. При реверсной перекачке численность танкеров газовозов незначительно увеличится (36 против 32) из-за дополнительных потерь времени на перегрузку СПГ по 1,5 суток за рейс; связанные с этим дополнительные затраты на фрахт (30000 долларов США за дополнительные сутки простоя) составят около 14,5 млн долларов США/г:

((16 Arc7)-(10 рейсов)+(20 Arc4)-(8 рейсов))⋅(1,5 часа)⋅(30000)=14400000 долларов США/год.

При этом стоимость танкерного флота за счет введения реверсной перекачки и изменения при этом структуры танкерного флота уменьшится с

(32 Arc7)⋅(320 млн $)=10240 млн $

до

(16 Arc7)⋅(320 млн $)+(20 Arc4)⋅(180 млн $)=8720 млн $,

то есть затраты на создание танкерного флота на Ямале могут быть уменьшены на 1,5 миллиарда долларов или 105 млрд. рублей при курсе 1$=70 руб. при использовании системы реверсной перекачки СПГ в порту Петропавловска-Камчатского.

Пример 2. В примере 1 рассматривались дополнительные затраты на фрахт танкера-газовоза грузоподъемностью 1700000 м³ величиной 45000 долларов при стандартных затратах времени 1,5 суток на заход в порт Петропавловска-Камчатского и разгрузку или погрузку СПГ на основании данных Паршина Н.В. (Анализ работы системы транспортировки сжиженного природного газа. Морские интеллектуальные технологии. 2020, №1, том 1, с. 125-130). Составляющие затрат времени на заход в порт определяются регламентом:

- сход танкера с прямого пути к порту Петропавловск-Камчатский - 8,6 часов;

- маневрирование в акватории порта - 1 час;

- швартовка - 1 час;

- подсоединение стендеров и охлаждение танков - 1,5 часа;

- начало отгрузки - наращивание (7000 м³ со скоростью 7000 м³/ч) - 1 час;

- отгрузка 91,75% грузоподъемности судна со скоростью 14000 м³/ч - 11,3 часов;

- завершение отгрузки - снижение (7000 м³ со скоростью 7000 м³/ч) - 1 час;

- отсоединение стендеров (дренаж и продувка стендеров) - 1,5 часа;

- отчаливание - 0,5 часа;

- выход в открытое море - 8,6 часов.

Общее время оборачиваемости судна в порту при дополнительном заходе - 36 часов или 1,5 суток при индивидуальной обработке единичного танкера.

При использовании системы реверсной перекачки возможна совместная синхронная обработка одновременно двух танкеров, например, танкер-донор производит слив СПГ в наземный резервуар при помощи бортовых насосов, а танкер-реципиент производит прием СПГ из наземного резервуара при помощи погружных насосов резервуара, в этом случае суммарное время рейсов танкеров-газовозов для единичного перемещения партии СПГ от производителя до заказчика сократится на 18,8 часов, что уменьшит затраты на фрахт для двух судов на:

(30000⋅18,8)/24=23500 долларов

или 1645000 руб. при курсе 1$=70 руб.

Таким образом, на примере транспортировки СПГ показано решение задачи разработки системы перекачки криогенных жидкостей, обеспечивающей взаимосвязь разгружаемых и загружаемых объектов транспортировки криогенных жидкостей и терминала со снижением времени простоя судов за счет осуществления перевалки криогенных жидкостей из танкеров-газовозов ледового класса в морские танкеры-газовозы на одном терминале с однонаправленными и разнонаправленными потоками криогенных жидкостей.

Система реверсной перекачки криогенных жидкостей предназначена для обеспечения транзитной перекачки, например, сжиженного природного газа с одного танкера-газохода на другой и может быть использована при дальних перевозках морским транспортом. Система реверсной перекачки криогенных жидкостей формируется на связке изолированных криогенных трансферных трубопроводов, выполненных из чередующихся металлических жестких линейных секций, содержащих жесткую линейную внутреннюю продуктовую трубу, окруженную жестким линейным кожухом, и металлических деформируемых секций, содержащих гофрированную деформируемую внутреннюю продуктовую трубу, окруженную гофрированным кожухом, с однонаправленными и/или разнонаправленными потоками криогенных жидкостей, образуемой при помощи бандажей, охватывающих жесткие линейные кожухи смежных изолированных криогенных трансферных трубопроводов. Техническим результатом является снижение времени простоя судов за счет осуществления перевалки криогенных жидкостей из танкеров-газовозов ледового класса в морские танкеры-газовозы на одном терминале с однонаправленными и разнонаправленными потоками криогенных жидкостей. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1 Система реверсной перекачки криогенных жидкостей, связывающая по меньшей мере несколько наземных резервуаров резервуарного парка для хранения криогенной жидкости с приемо-раздаточными устройствами для криогенной жидкости, но не менее двух, и погрузочно-разгрузочные терминалы для обслуживания, по меньшей мере, двух танкеров-газовозов с приемо-раздаточными устройствами для криогенной жидкости, включающая насосы, установленные в резервуарах хранения криогенной жидкости, два или более изолированных криогенных трансферных трубопроводов, одним концом связанных с, по меньшей мере, одним резервуаром для хранения криогенной жидкости, и связанных другим концом с, по меньшей мере, одним приемо-раздаточным устройством в зоне погрузочно-разгрузочного терминала, по меньшей мере, одним трубопроводом для перекачки сдувок, одним концом связанных с, по меньшей мере, одним резервуаром для хранения криогенной жидкости, и связанных другим концом с, по меньшей мере, одним приемо-раздаточным устройством в зоне погрузочно-разгрузочного терминала, изолированные криогенные трансферные трубопроводы и трубопровод для перекачки сдувок проложены по дну акватории порта с учетом рельефа дна, отличающаяся тем, что система реверсной перекачки криогенных жидкостей формируется на связке изолированных криогенных трансферных трубопроводов, выполненных из чередующихся металлических жестких линейных секций, содержащих жесткую линейную внутреннюю продуктовую трубу, окруженную жестким линейным кожухом, и металлических деформируемых секций, содержащих гофрированную деформируемую внутреннюю продуктовую трубу, окруженную гофрированным кожухом, с однонаправленными и/или разнонаправленными потоками криогенных жидкостей, образуемой при помощи бандажей, охватывающих жесткие линейные кожухи смежных изолированных криогенных трансферных трубопроводов.

2 Система по п. 1, отличающаяся тем, что металлические жесткие линейные секции криогенных трансферных трубопроводов выполняют с вакуумной изоляцией пространства между жесткой линейной внутренней продуктовой трубой и жестким линейным кожухом.

3 Система по п. 1, отличающаяся тем, что металлические жесткие линейные секции криогенных трансферных трубопроводов выполняют с заполнением теплоизоляционным материалом пространства между жесткой линейной внутренней продуктовой трубой и жестким линейным кожухом.

4 Система по п. 1, отличающаяся тем, что металлические деформируемые секции криогенных трансферных трубопроводов выполняют с заполнением теплоизоляционным материалом пространства между деформируемой гофрированной внутренней продуктовой трубой и деформируемым гофрированным кожухом.

5 Система по п. 1, отличающаяся тем, что на бандажах дополнительно крепят грузила.

6 Система по п. 1, отличающаяся тем, что всю систему трубопроводов для транспортировки криогенных жидкостей вместе с вспомогательными трубопроводами и кабелями закрепляют на подвижных и/или неподвижных опорах, заглубленных в грунт морского дна.

7 Система по п. 1, отличающаяся тем, что всю систему трубопроводов для транспортировки криогенных жидкостей вместе с вспомогательными трубопроводами и кабелями размещают в дополнительном кожухе, закрепленном на подвижных и/или неподвижных опорах, заглубленных в грунт морского дна.

8 Система по п. 1, отличающаяся тем, что всю систему трубопроводов для транспортировки криогенных жидкостей вместе с вспомогательными трубопроводами и кабелями размещают в дополнительном кожухе и помещают в траншее в грунте морского дна.

9 Система по п. 1, отличающаяся тем, что всю систему трубопроводов для транспортировки криогенных жидкостей вместе с вспомогательными трубопроводами и кабелями размещают в дополнительном кожухе и помещают в саркофаге на грунте морского дна.