Одноточечные причалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Одноточечные причалы

1. Критерии выбора конструкций одноточечных причалов

Каждый тип одноточечного причала, независимо от функций, имеет преимущества и недостатки, которые должны оцениваться при выборе оптимальной системы для конкретных условий установки.

При выборе одноточечного причала должно быть рассмотрено большое количество переменных факторов. Целью этого раздела является отделение не имеющих общего характера частных критериев от основных.

Каждый собственник / оператор должен сам оценить влияние критериев, а альтернативные решения должны быть детально изучены с точки зрения возможности их применения и экономической оценки.

Основные задачи, решаемые на одноточечном причале:

• терминал только для загрузки / разгрузки (CALM, SALM, ALP);

• причал с плавучим хранилищем (SBS, SALS);

• плавучая добывающая система с хранилищем или без него.

Обычно конструкция плавучего хранилища позволяет отгрузку в транспортные танкеры, но при неблагоприятных погодных условиях отгрузка может производиться с отдельного одноточечного причала.

Критерии, которые обычно рассматриваются.

Организация отгрузки в танкеры

В качестве транспортных танкеров применяются:

• специализированные танкеры (переоборудованные) для загрузки с носовой части;

• любой танкер с загрузкой в середине (миделе) судна.

Глубина воды

Некоторые одноточечные причалы из-за их большой осадки не могут применяться на относительно мелких акваториях (например, ELSBM и SPAR).

Требования к обслуживанию

Например, причалы CALM, SALM, ALP и ELSBM проектируются для загрузки / разгрузки без наличия обслуживающего персонала на борту одноточечного причала. Персонал необходим только для периодического технического обслуживания и ремонта. ALP может эксплуатируется на расстоянии с транспортного танкера и / или платформы с помощью телеметрической системы.

Плавучее хранилище и оборудование для добычи и отгрузки требуют постоянного присутствия персонала на борту. Необходимость постоянного присутствия обслуживающего персонала является предметом специального рассмотрения.

Метод швартовки

Причалы без постоянного присутствия персонала требуют обслуживания вспомогательным судном для швартовки транспортного танкера или наличия специального швартовного устройства.

Однако в ряде случаев нельзя осуществить швартовку без обслуживающего персонала из-за преобладающих неблагоприятных погодных условий или значительного расстояния от берега (сооружения).

Швартовка танкера к одноточечному причалу зависит от:

• действующих ограничений для осуществления швартовки (обычно при высоте волны от 2,5 м), что, в свою очередь, ограничивает тип одноточечного причала: CALM, SALM или др.;

• маневренности танкеров при низкой скорости, которая ограничивает те одноточечные причалы, у которых предусмотрена бортовая швартовка. Специализированные танкеры с носовыми подруливающими устройствами снижают остроту этой проблемы;

• шланговой линии, в свою очередь зависящей от размера шланга и воздействия гидрометеорологических условий.

Условия выживания системы

В принципе, каждый одноточечный причал проектируется с учетом условий его выживания, хотя используемые плавучие шланги и швартовные тросы, могут быть повреждены или потеряны.

Как правило, условия выживания системы определяются штормовыми условиями, ожидаемыми один раз в 100 лет.

Ограничения передачи груза по погодным условиям При определенных погодных условиях передача груза может быть приостановлена, например:

• из-за чрезмерного перемещения плавучих шлангов у причалов CALM и SALM, хотя танкер может все еще оставаться ошвартованным, не превышая проектные ограничения;

• из-за чрезмерного относительного перемещения между хранилищем / добывающим сооружением и ошвартованным танкером;

• если капитан танкера считает ситуацию небезопасной и принимает решение отойти от одноточечного причала.

Требуемая производительность системы

Производительность одноточечного причала зависит от:

• времени загрузки / разгрузки, которое ограничено размером / скоростью в грузовых шлангах;

• времени простоя из-за ограничений при швартовке;

• продолжительности перерывов во время передачи груза.

Хотя, в принципе, средства обслуживания SPM можно проектировать для любой производительности, некоторые системы нуждаются в шлангах большего диаметра, чем другие, например ELSBM, в то время как использование одиночных подвешенных шлангов в ALP может быть ограничено из-за их характеристик.

Геологические условия

Причалы SALM, SALS, TLP больше зависят от плохих или изменчивых грунтовых условий, чем причалы CALM и SBS.

Эксплуатационные условия

На многих действующих месторождениях акватория перегружена буровыми установками, трубопроводами и кабелями.

В этом отношении эксплуатация причалов SALM и SALS имеет более благоприятные условия, чем причалов CALM и SBS.

Техническое обслуживание / ремонт

Все системы одноточечных причалов требуют периодического технического обслуживания и ремонта. Когда требуются водолазы, сильные течения могут препятствовать их деятельности. Кроме того, значительная высота волны (около 3 м) является предельным ограничением на выполнение работ. Это дает предпочтение системам одноточечных причалов с персоналом на борту, которые обслуживают систему без применения водолазных работ.

Обледенение

Обледенение может как повредить компоненты терминала в зоне брызг, так и способствовать нарушению остойчивости системы из-за изменения центра тяжести.

ALP и SPAR меньше подвержены обледенению, чем системы, имеющие плавучие шланги и якорные инии.

Изготовление. Транспортировка и монтаж

Время изготовления и доставки одноточечных причалов зависит от их сложности. Большинство одноточечных причалов можно строить и собирать на верфях. Некоторые системы (например, ELSBM) требуют глубокой и спокойной воды на этапе достройки и / или сборки. Некоторые системы можно доставить к месту установки как палубный груз (например, CALM), в то время как другие буксируются от строительной верфи до места установки (SALM).

Различные наливные системы для танкеров очень широко отличаются по стоимости и их работе. Доя любой разработки нового промысла система для транспортировки нефти может быть трубопроводом или одним из различных видов морской наливной системы. Выбор системы обычно выполняется на экономической основе. Трубопроводные системы имеют высокие первоначальную стоимость и надежность. Морские наливные узлы часто имеют более низкую стоимость, но могут простаивать в работе. Для облегчения оценки относительных экономических преимуществ различных систем была составлена табл. 2.1, основанная на опыте эксплуатации в Северном море. В удаленных районах, таких как Баренцево море, налив в открытом море может представлять большой интерес с точки зрения высокой стоимости строительства трубопроводной системы. Имеются ограничения вследствие погоды, при которой можно будет сохранять подсоединение к швартовному устройству. Ограничение по высоте волны варьируется приблизительно от 3,6 м для швартовной бочки с цепной якорной опорой и до 5,5 м для шарнирной наливной платформы. Величина простоев причала зависит как от его сложности, так и от трудности доступа на борт и имеющегося на нем оборудовании для выполнения ремонта. В случае простой швартовной бочки с цепным якорным креплением в зимний период работа, выполнение которой занимает только один день, может отлагаться до 6 недель из-за плохой погоды. В табл. 2.1 приведены сравнительные данные для ожидания из-за плохой погоды для выполнения работ для различных типов причалов, которые эксплуатируются в Северном море. На промыслах, которые не имеют нефтехранилища, промысловая платформа может работать только тогда, когда танкер пришвартован к швартовному устройству. Значительное преимущество достигается, если на промысле имеется достаточное нефтехранилище для обеспечения продолжения добычи в то время, когда один танкер отшвартовывается, а другой - пришвартовывается (обычно 6-часовая операция). Это является преимуществом, так как запуск технологической установки, которая была отключена, занимает некоторое время. Если промысел имеет хранилище очень большого объема, тогда он может продолжать работу даже тогда, когда танкеры не швартуются к швартовному устройству в течение нескольких дней.

2. Основные конструкции точечных причалов для отгрузки / загрузки танкеров

Для нормального функционирования одноточечного причала и пришвартованного судна при воздействии внешних сил необходимо, чтобы эта система обладала необходимыми упругими характеристиками. Швартовная система должна быть достаточно податливой, чтобы ошвартованное судно могло перемещаться в заданных пределах под воздействием волнения, ветра и течения. Если система слишком жесткая - например, если судно пришвартовано стальным тросом к жесткой башне, - швартовные силы становятся слишком большими даже при относительно спокойной погоде.

С другой стороны, система должна иметь достаточную жесткость для ограничения перемещений в заранее определенных пределах. В противном случае может развиться слишком значительная инерция, требующая больших сил для остановки судна.

Многоякорный одноточечный причал (CALM)

Причал CALM состоит из плавучести в виде буя, соединенного с якорями на морском дне несколькими радиально расположенными провисающими якорными цепями. Судно пришвартовывается к бую одним или несколькими эластичными (обычно полипропиленовыми) тросами.

Принципиальной особенностью причала CALM является характеристика упругости, обеспечиваемой якорными цепями и швартовными тросами.

Расчетная схема

Сочетание причала CALM и пришвартованного судна может рассматриваться как система «масса - пружина» с двумя степенями свободы. Она описывается дифференциальными уравнениями колебаний.

Дифференциальные уравнения системы:

для буйя - m_h'd²x/dt² + D_h-dx/dt + J\(x) = C_b + /₃(w) +f₂(y - x);

для судна - m_s-d²y/dt² + D_s-dy/dt +f₂(y - x) = C_s + /₄(vr),

где х - горизонтальное перемещение буя; у - вертикальное перемещение судна; m_h - фактическая масса буя с присоединенной массой воды; m_s - фактическая масса судна; m_h-d²x/dt² - сила инерции буя; m_s-d²y/dt² - сила инерции судна; D_b - коэффициент демпфирования буя; D_s - коэффициент демпфирования судна; С_ь - силы ветра и течения, действующие на буй; C_s - силы ветра и течения, действующие на судно;/j(x) - усилия в якорной цепи; f₂(y - х) - усилие в швартове; /₃(w) - силы от волнения, действующие на буй; f₄(w) - силы от волнения, действующие на судно.

На рис. показан характерный график зависимости усилий в якорно-швартовной системе от смещения причала САЬМ/судна.

Типичный причал CALM состоит из поворотного стола на корпусе буя, соединенного с морским дном четырьмя (шестью или восемью) якорными цепями, которые прикреплены к якорям или сваям. Корпус буя имеет цилиндрическую форму; его внешний диаметр может составлять от 6 до 19 м, а высота - от 4 до 8 м. Центральная шахта используется для размещения соединения подводного шланга и продуктовых вертлюгов. Корпус буя должен обеспечивать остойчивость при всех условиях эксплуатации. Имеются четыре, шесть или восемь водонепроницаемых отсеков с доступом в каждый из них через горловину. В случае повреждения одного отсека при столкновении буй должен оставаться на плаву. Иногда для обеспечения дополнительного запаса плавучести каждый второй отсек заполняется полиуретановой пеной.

Поворотный стол, с которым танкер соединяется одним или несколькими швартовами, обеспечивает полный разворот танкера вокруг вертикальной оси буя. Поддерживает и обеспечивает вращение поворотного стола трехроликовый подшипник или система колесных кареток.

А - поворотная часть корпуса; Б - плавучая часть корпуса; 1 - подшипник; 2 - крышка горловины;

3 - трап; 4 - кран-балка; 5 - лебедка; 6 - сигнальный фонарь; 7 - жидкостной вертлюг;

8 - радиолокационный отражатель; 9 - швартовные канаты; 10 - узел соединения плавучего шланга;

11 - плавучий шланг; 12 - кранец; 13 - манифольд (PLEM); 14 - якорь; 15 - подводный шланг;

16 - якорная цепь

Одноточечный причал системы CALM

Система передачи продукта между манифольдом на конце подводного трубопровода (PLEM) и танкером состоит из:

• подводной шланговой системы между подводным манифольдом и жидкостным вертлюгом в центральной шахте буя;

• жестких трубопроводов и вертлюгов на самом причале;

• системы плавучих шлангов между причалом и танкером.

Плавучие шланги прикрепляются фланцами к забортным трубам на поворотном столе и следуют за движением танкера при его перемещениях. Система подводных шлангов не вращается

Факторы, влияющие на конструкцию причала CALM

Глубина воды для установки причала CALM может достигать 130 м. При больших глубинах увеличенный вес более длинных цепей требует более крупного корпуса буя, который, в свою очередь, требует более прочных цепей, и так до бесконечности.

Характеристики грунта не представляют проблемы, поскольку имеются сваи или якоря, подходящие практически для любых встречающихся в мире подводных геологических условий.

Обычно принимается состояние моря при ошвартованном танкере, не превышающее высоты волны 4 м. Для некоторых открытых районов причалы CALM проектируются с учетом швартовки судов при высоте волны до 6 м.

Предельные высоты волны не обязательно представляют проблему. Обычно система CALM рассчитывается на усилия, развиваемые пришвартованным судном, и эти усилия имеют большую величину, чем на свободном причале. Однако при некоторых обстоятельствах высокие волны могут вызывать недопустимые усилия в якорных цепях, в особенности, когда отношение максимальной высоты волны к глубине воды очень велико. Если это отношение более чем 0,5, то это может создать проблему.

Причалы CALM установлены в районах с весьма неблагоприятными условиями выживания, таких как Северное море с максимальной высотой волны до 28 м (месторождение Montrose) и месторождение Enchova в Бразилии с максимальной волной 21 м.

Скорость течения может быть ограничивающим фактором для системы подводных шлангов, но причалы CALM установлены и успешно эксплуатируются при скорости течения до 2 м/с. При превышении этой величины может устанавливаться специальная система подводных шлангов, такая как многозвенная труба (Flexpipe), или может использоваться конфигурация подводных шлангов типа Lazy-S с якорной системой. Однако каждое место установки имеет свои собственные характеристики, и на конфигурацию подводных шлангов могут влиять иные факторы (глубина воды, высота волны).

Ветер не является важным фактором, поскольку он воздействует на одноточечный причал косвенно - только через силы, зависящие от площади парусности танкера и буя. Эксплуатационные скорости ветра 20 м/с (с пришвартованным танкером) являются нормальным требованием. Причалы SPM проектируются и на более высокие скорости ветра, особенно, когда создаваемые им волны не очень велики. Встречаются расчетные скорости ветра около 35 м/с.

Система транспортировки продукции

Пропускная способность причала может изменяться в широком диапазоне в зависимости от назначения терминала. Пропускная способность 6000 м³/ч рассматривается как средняя, но она может увеличиваться до 16 ООО м³/ч в зависимости от конструкции жидкостного вертлюга, числа и размеров используемых шлангов, характеристик танкера. Максимальный размер обычно применяемых шлангов составляет 610 мм. Пропускная способность зависит от диаметра шлангов и допустимой скорости перекачки продукции по шлангу.

Причал CALM иногда снабжаются линией для выгрузки водного балласта одновременно с погрузкой танкера. В этом случае типичная шланговая линия может состоять из двух линий: для сырой нефти плюс одна линия для балластной воды, использующих два независимых потока через жидкостный вертлюг.

Опыт эксплуатации

Причалы CALM используются в качестве погрузочных терминалов с 1959 г. Обычно они проектировались и строились для эксплуатационного периода 20 лет и более с ремонтом каждые пять лет.

Капитальный ремонт может заключаться в замене главных механических частей, таких как силовой подшипник, вертлюг, лебедка и т.д., плюс пескоструйная очистка и окраска заново всей системы, за исключением шлангов и цепей.

При надлежащем техническом обслуживании причал CALM даже в неблагоприятных условиях эксплуатируется без серьезных проблем. Однако замена шлангов и швартовов должна производиться на регулярной основе. Плавучие шланги могут легко проверяться и обычно выдерживают без проблем два или три года эксплуатации. Срок службы подводных шлангов в основном зависит от их конфигурации и условий эксплуатации.

Известно, что некоторые подводные шланги эксплуатируются более трех лет без каких-либо проблем, а в других условиях требуют ежегодной замены. Новые разработки, направленные на улучшение качества шлангов, обеспечивают более длительный срок эксплуатации.

Более серьезной проблемой являются отказы вращающихся механических частей, таких как колеса каретки или главные роликовые подшипники. Во многих случаях повреждения происходят из-за плохого технического обслуживания или сильных столкновений. Эти главные механические компоненты сравнительно мало защищены и подвержены перемежающимся и внезапнымнагрузкам в коррозионных средах. По этим причинам разрабатываются новые конструкции, обеспечивающие лучшую их защиту.

Постоянные колебания буя из-за действия волн вызывают износ цепей. Для снижения износа цепи подвергаются предварительному натяжению с нагрузкой от 5 до 10 т. Увеличение этой силы может привести к дальнейшему уменьшению перемещений буя и, соответственно, износу цепей, но модельные испытания показали, что при расчетном уровне предварительного натяжения усилия в швартовах снижаются до минимума.

Однако в условиях сильного волнения выживание системы может быть более важным, чем обеспечение минимальных сил на швартовах. В таких случаях должны быть определены минимальные линейные и вращательные перемещения буя и, соответственно, минимальное возможное повреждение грузового шланга за счет предварительного натяжения и изменения положения центра корпуса буя при заданном спектре волнения.

Причалы с вертикальными якорными связями

Причальная система VALM

В этой системе корпус буя (рис. 2.9) прикрепляется к морскому дну цепями с предварительным натяжением. В 1974 г. два таких буя были установлены на месторождении Azzawiya у берегов Ливии, но они показали себя неэффективными и в 1976 г. были заменены двумя одноточечными причалами типа SALM.

Улучшенная версия, пригодная для обслуживания танкеров дедвейтом до 500 ООО т, была установлена фирмой Cepsa в 1976 г. в заливе Algeciras, Испания, на глубине 61 м.

Одноякорный одноточечный причал (SALM)

SALM спроектирован в качестве погрузочного терминала для установки как на очень малых, так и на очень больших глубинах.

Разработаны две основные версии причала SALM - с цепью и с трубчатым стояком; обе они работают как перевернутые маятники, обеспечивая необходимую возвращающую силу.

Причал SALM с цепным стояком

SALM с цепью состоит из плавучего буя, одиночной цепи, якорного основания и необходимого швартовного оборудования, жидкостного и механического вертлюгов, грузовых шлангов.

При правильном выборе размеров причала SALM с цепным стояком может иметь в конечном счете такие же характеристики упругости, как и причал CALM.

Горизонтальные нагрузки со стороны ошвартованного танкера стремятся сместить корпус буя и цепь от вертикали. Это поперечное смещение (на фиксированном радиусе) вызывает увеличение силы плавучести на корпусе буя, что создает нелинейную возвращающую силу, пока не установится равновесие

Размещено на Allbest.ru