Статьи

Принцип работы одноточечных систем швартовки

3 Февраля 2018 Судостроение.инфо (Sudostroenie.info)

Одноточечная швартовная система - это плавучий буй/причал, закрепленный на якорях на шельфе и позволяющий танкерам производить перегрузку нефтепродуктов. Система SPM (Single Point Mooring) используется, главным образом, там, где специализированное стандартное оборудование для погрузочно-разгрузочных работ недоступно. Расположенные на дистанции в несколько км от береговой линии и портовых терминалов и связанные с подводными трубопроводами и установками нефтедобычи, системы точечной швартовки (SPM) могут обслуживать даже такие крупные суда, как суда класса VLCC.

Система точечной швартовки (SPM) служит связью между береговыми установками и танкерами и газовозами для разгрузочно-перегрузочных операций. Выгоды от использования системы SPM cводятся к следующему:

• возможность обслуживания крупных судов;

• от судна не требуется захода в порт и, тем самым, экономится время и топливо;

• суда с большой осадкой легко могут быть ошвартованы;

• крупные партии груза могут обрабатываться без дополнительных проблем.

Рис.1. Танкер, пришвартованный к системе SPM. Источник

Буй, закрепленный на якорях на шельфе, разделяется на несколько функциональных частей, выполняющих различные задачи. К таким частям системы относятся швартовная и якорная системы, корпус буя и система перегрузки нефтепродуктов.

Рис. 2. Корпус буя системы SPM. Источник

Система SPM закрепляется с помощью якорей на морском дне, система якорного крепления включает якоря, якорные цепи, стопора якорных цепей и т.д. Швартовное оборудование позволяет бую свободно перемещаться в ограниченных пределах, с учетом течений, волн, ветра и швартующегося судна. Якорные стопора связывают якорные цепи с корпусом буя.

Рис.3. Схема системы SPM. Источник

Pipeline End Manifold (PLEM) – манифольд подводного трубопровода; CALM Buoy – выносной точечный причал CALM (Catenary Anchor Leg Mooring); Mooring Hawser – швартовный трос; Loading Tanker – танкер, находящийся под погрузкой; Cargo Floating Hoses – плавучий грузовой шланг; Ancoring Chain (Legs) – якорные цепи; Anchor – якорь; Underbuoy Hoses W/Floats – гибкие шланги, снабженные поплавками; Submarine pipelines – морские трубопроводы.

Часть системы Single Point Mooring System, представляющая собой корпус буя, плавает на поверхности воды и имеет вращающуюся часть, связанную непосредственно с танкером. Вращающаяся часть буя позволяет танкеру находясь в позиции у буя совершать вращательные перемещения по отношению к оси буя. Танкер обычно швартуется прочными канатами за крюк на поверхности буя. Швартовная система данного типа используется для работ на шельфе согласно стандартам ассоциации Oil Companies International Marine Forum (OCIMF).

Стабилизация швартовных турельных систем судов класса FPSO

Среди многих вариантов швартовных систем для надежного позиционирования судов класса FPSO система, обозначаемая как турельная одноточечная система швартовки SPM (Single Point Mooring) привлекает внимание благодаря возможности поворота судна вокруг оси швартовки.

Размещение турельных швартовных систем является ключевой задачей при проектировании судов класса FPSO (плавучих терминалов для добычи, хранения и отгрузки нефтепродуктов). Наиболее общим подходом является попытка избежать потери равновесия, когда система подвержена воздействию течений, с тем чтобы минимизировать швартовные нагрузки, так же как устранить нежелательное динамическое поведение, которое приводит к излишним нагрузкам на подшипники и райзеры.

Желательным техническим решением является размещение турельной швартовной системы в миделевой секции судна, что позволяет сохранить позицию судна, что может быть сделано за счет пассивных стабилизаторов, нейтрализующих воздействие течений. С другой стороны, данное техническое решение должно быть изучено на тот случай, когда имеет место воздействие ветра и волн, и в этом случае использование стабилизатора может оказать обратный эффект.

Рис.4. Разрез судна класса FPSO, показывающий положение турели. Источник

Было проведено исследование конкретного случая, когда динамическое поведение с помощью модели цифровой симуляции определялось с учетом воздействия течений и волн для судна класса VLCC, переоборудованного в судно класса FPSO и закрепленного якорями на морском дне. Было обнаружено, что малые перемещения под воздействием течений могут снижать воздействие волн, что ведет к улучшению общего поведения системы в условиях швартовных нагрузок. В процессе испытаний исследовался и изучался эффект использования стабилизаторов рулевого типа на равновесие системы и на воздействии волн. Рассматривалось также перемещение турели ближе к миделевой секции судна, установка и размещение стабилизаторов.

Некоторые характеристики танкеров, такие как большая площадь палубы и грузовместимость, так же как и доступность рынков, делают их использование выгодным в процессе нефтедобычи в море.

Переоборудованные не только для перевозки, но и для добычи нефти такие суда получили наименование FPSO (Floating Production Storage and Offloading), и использование новостроев или переоборудованных судов в данном качестве хорошо подходит для проектов, в которых требуется высокая производительность нефтедобычи и возможность хранения крупных объемов добытой нефти.

Рис.5. Схема системы перегрузки нефти, добываемой на морском дне. Источник

Tanker-Offloading Buoy – буй для погрузки нефти на танкеры; FPSO – плавтерминал для добычи, хранения и отгрузки нефтепродуктов; Drilling Platform – буровая платформа; Injection lines – линии нагнетания; Existing Well Centers – существующие скважины.

Однако, проектирование райзерной и турельной систем для FPSO со швартовной системой турельного типа является непростой задачей, и изучение их динамического поведения с качественной и количественной точки зрения вызывает озабоченность у многих проектировщиков и ученых в последние годы. Эти исследования получили значительную финансовую поддержку от нефтяных компаний, старающихся обеспечить надежность работы своего оборудования и систем и расширить диапазон применения своего проектировочного ПО. К таким компаниям относятся, например, Papoulias and Bernitsas (1988), Garza-Rios and Bernitsas (1996), Bernitsas and Garza-Rios (1996), Nishimoto, Brinati and Fucatu (1996), Fernandes and Aratanha (1996) или Pesce and Yanuri (1997).

Одним из аспектов, который сильно влияет на поведение райзера в составе турели, является размещение турели относительно миделевой секции судна. Чем ближе к носу судна расположена турель, тем выше подверженность воздействиям, испытываемым райзером. Следовательно, сдвиг турели к корме является желательной тенденцией в проектировании. Обычно при размещении швартовной турели в миделевой секции или поблизости от нее, на судне монтируются носовые и кормовые подруливающие устройства (ПУ) с тем, чтобы удерживать судно в желаемой позиции.

Корпорация Petrobras в качестве стандартной опции для проектирования системы турельной швартовки выбрала пассивное позиционирование судна. Следовательно, швартовная турель должна находиться в носу или ближе к носовой части судна, чтобы обеспечить его надежное позиционирование.