CN101061032A - 用于强力腿平台的压载系统 - Google Patents

Abstract

一种用来对一容器压载和去压载的装置和方法，所述容器具有一带有若干个水密压载舱的壳体。在第一实施例中，一压力舱隔绝地和流体地偶联于一公共通海吸水箱、偶联到大气中、通过一分配集管偶联于压载舱，并偶联于一压缩气体源。压力舱首先排气并用来自通海吸水箱的水进行填充。填充后的舱然后偶联于一压载舱和压缩气体源，压缩气体源将水从舱排放到压载舱。在另一实施例中，使用位于压载舱内的个别的通海吸水箱或消防水系统，通过通气和水淹隔舱来进行压载。对于去压载来说，通过船外的排放、通过压力舱的公共通海吸水箱或通过位于压载舱内的个别通海吸水箱，压缩气体可排出压载水。

Description

用于强力腿平台的压载系统

发明背景

1.发明领域

本发明一般地涉及用于近海油和天然气开采工业中的强力腿平台，具体来说，涉及一种用来对一强力腿平台压载和从该强力腿平台去压载的方法和系统，以便进行拖曳、安装(锁定在钢筋)和在平台的在役操作中的使用。

2.已有技术的说明

强力腿平台(TLP)通常用于深水的大陆架中以用来生产碳氢化合物。一典型的TLP具有一水平的浮桥壳体(pontoon hull)和支承一平台的若干垂直立柱。该浮桥壳体对立柱和平台提供浮力。TLP用钢筋锚固到海底的桩基上，且通过浮力在钢筋内引起的拉力使它保持静止。

该浮桥壳体一般地分成若干个水密的隔舱，以便在安装压载物过程中满足稳定性要求。TLP在安装过程中卸去压载以张紧钢筋，使平台始终保持在设计限值内。该卸去压载的操作最好快速，使TLP的共振频率与周围水的固有周期相等的时间持续得最短。为了快速地卸去压载，TLP一般地装备有一个或多个含有高容量泵的泵室。然而，一旦安装完成，只需作极少的在役平整调整，所以，诸泵不再承受高容量要求。

3.由本发明的一些实施例提供的特点的确认

本发明的主要目的是将将压载水泵送和分配到浮桥壳体内用的高容量水泵的安装资金减到最小。

该系统的另一目的是提供一种快速达到安装吃水深度的方法，该方法是通过快速地水淹压载舱(ballst tank)实现的。

该系统的另一目的是提供一种在将钢筋锁定到浮桥壳体时限制滑动机构的棘轮作用(ratcheting)的方法。

发明概要

上述的目的以及本发明的其它特征都包含在一装置和用来对一强力腿平台(TLP)或其它浮箱压载和从其上去压载的方法中。TLP包括一浮桥壳体，该壳体提供浮力以便拉紧钢筋和支承立柱和提高的顶侧甲板。该壳体一般地包含永久的和临时的压载舱以及一用于压载水(ballst water)分配系统。在用来说明压载/去压载系统和方法的TLP中，壳体舱(hull tank)形成一中心的基底部分，该基底部分向外辐射成四个钢筋支承结构。所有的舱较佳地具有分离的通向大气的诸通气孔。

一第一实施例使用一压缩空气源，它较佳地从一个或多个高容量空气压缩机中，通过一集管系统将水分配到诸壳体舱和容纳在壳体内的一单一的压力舱内。该压力舱隔绝地连接到一通海吸水箱(sea chest)并具有装了阀的排气孔、水和空气入口，以便允许对舱内进行填充、排空、加压和卸压。对于压载来说，通过打开排气孔和通海吸水箱管用海水填充压力舱。因此，压力舱提供压载水源。接下来，压力舱排气，而通海吸水箱管被隔绝，对齐压力舱而填充一所需要的压载舱(ballastcompartment)。高容量的空气压缩机将压力舱内的水排出到被选定的压载舱内。压载的速率受舱的体积和为排空舱而供应的气体流量所控制。系统可供选择地使用压缩空气，通过连接在压缩气体源与压载舱之间的、可供选择的去压载气体管线，将压载物通过压力舱从压载舱排出通海吸水箱，或者，替代的做法是，使用可供选择的中等容量的离心式泵和单独的返回管线，可在诸舱之间实现去压载和压载的传送。

对于本文所述的TLP结构来说，压力舱将水供应到一带有四个供应压头(supplyhead)的集管。这些供应压头将压载舱再分成四组和中心基底部分，每组由各象限内的相对的诸舱组成。各个压头较佳地具有一用来隔离的遥控致动阀，而各个舱较佳地具有一用来隔绝压载流(ballast flow)的遥控致动的压载舱隔离阀。四个供应压头用集管方式连接在一起以便供应舱底，以及压载物传送泵的抽吸(如果这样装备的话)。泵的排量联系到一返回集管，该集管通过四个返回压头返回到每个舱内，或者可用来通过一船外加阀的排放配件将水排到船外。

在一第二实施例中，位于多个压载舱内的多个通海吸水箱可替代单个的压力舱作为压载水源。每个舱各具有加阀的排放孔、通海吸水箱和诸空气入口，以便对舱进行填充、排放、加压和去压载。此外，诸压载舱可以集管方式连接在一起，以允许替代的装置来填充或排空这些舱，包括在这些舱之间的压载传送装置。所有的舱较佳地具有多个通向大气的分离的排气孔。对于去压载来说，第二实施例使用一压缩气体源，最好是一个或多个高容量的空气压缩机，以将诸压载舱内的压载水排出船外，其方式或者通过联系到一船外排放口的集管系统，或者通过位于多个单独的舱内的单个通海吸水箱。去压载的速率受为排空舱而供应的空气流量所控制。对于压载来说，水供应到多个舱，既可直接通过通海吸水箱在海水压力下(通过简单地打开通海吸水箱隔离和通气阀)，也可通过由消防水泵、海水提升泵或类似的供应源提供的集管系统来实现。例如，压载水可以由诸如从安装容器那样的外部源头提供。最好是通海吸水箱、集管、空气供应和排气隔离阀等都为遥控操作的。

附图的简要说明

下面参照附图所显示的实施例详细地描述本发明，其中：

图1是沿图2的线1-1截取的TLP的俯视截面图，示出根据本发明第一实施例的一典型的TLP和一压力舱/公共压载通海吸水箱的内部压载舱结构；

图2是沿图1的线2-2截取的TLP的侧视截面图；

图3是沿图2的TLP的侧视截面图，示出装备有用来去压载的第二可供选择的气体系统的压载系统；

图4是示出图2压载系统的一示意图，它具有根据本发明第一实施例的、用于去压载的一可供选择为替代的舱底和压载传送系统；

图5是沿图6的线5-5截取的TLP的俯视截面图，示出根据本发明第二实施例的一典型TLP和个别压载舱通海吸水箱的内部压载舱结构；

图6是沿图5的线6-6截取的TLP的侧视截面图；以及

图7是一典型TLP的侧视截面图，示出根据本发明的一第三实施例，其中，压载源可包括消防总线或海水提升泵。

本发明的最佳实施例的描述

如图1所示，根据本发明的压载和去压载系统的一第一实施例较佳地应用于一强力腿平台(TLP)100，该平台具有一浮桥壳体102和多个从其中向上延伸并支承一甲板104的立柱1、2、3、4。壳体102具有任何数量的内部压载舱，但显示为具有十五个内压载舱。有四个永久的压载舱11、21、31、41，它们是壳体102内的最靠外的舱。有十一个位于壳体102内的舱，它们仅暂时地用来将TLP拖曳和安装于钢筋：其中四个暂时压载舱12、22、32、42紧邻着四个永久压载舱11、21、31、41的内面；四个暂时压载舱13、23、33、43分别位于立柱1、2、3、4的底部；三个中心舱是底部中心舱5、东翼舱6和西翼舱7。然而，压载/去压载系统和方法可以用于其它的容器或TLP结构。

如图2所示，第一实施例使用一压缩空气源200和一包含在壳体102内的压力舱205。该压力舱205通过一压力舱通气流体路径210、一压力舱通气隔绝阀211和一压力舱通气船外排放配件212通向大气。压力舱205还通过一通海吸水箱214和一通海吸水箱隔绝阀215流体地偶联于一通海吸水箱216。压力舱205具有一压缩空气流体路径220，它连接于压缩气体源200并包含一用于压力舱205的气体隔绝阀221。较佳地，一个或多个高容量空气压缩机200供应压缩气体，但也可使用其它的气源。压力舱通气隔绝阀211、通海吸水箱隔绝阀215以及压缩气体隔绝阀221最好都采用遥控操作。通过一压载流动路径275和诸压载舱隔绝阀400使压力舱205连接于各个独立的压载舱。所有的压载舱31、32、33等较佳地单独排气到大气中。例如，图2示出各压载舱31、32、33、7、5、6、13、12、11，各具有一通气流体路径230、一船外排放配件232以及一遥控操作的通气隔绝阀231。

参照图2，根据第一实施例的压载方法包括用海水填充压力舱205，然后，用压缩气体源200对压力舱205加压，以便将海水排到选定的压载舱内。例如，如果希望填充压载舱11，则关闭所有的集管隔绝阀400和气体供应阀221，打开海水隔绝阀215和压力舱通气隔绝阀211。海水通过通海吸水箱216和流体路径214在海水压头的影响下进入压力舱205内。一旦压力舱被海水填充，海水隔绝阀215和压力舱通气隔绝阀211关闭，而气体供应阀221打开。压载舱隔绝阀400和对应于压载舱11的通气隔绝阀232打开。压缩气体排出压力舱205内的海水并强制其进入压载舱11内。尽管压载舱可用海水进行填充，仅用作为压力舱205的海水压力，但用一压缩气体源200来向压力舱205充气以对该舱压载而使之提升高于海平面。压载速率是压力舱205的体积和对排空舱205由气体源200提供的气体的质量单位流量的函数。

图3示出一用于对第一实施例的容器100去压载的可能的系统。压缩气体源200可供选择地被诸第二气体流体路径240和诸第二气体隔绝阀241连接于个别的压载舱31、32、33等。诸第二气体流体路径240的部分可以与诸通气流体路径230的部分进行组合(如果需要的话)。如果希望对压载舱11去压载，例如，气体供应阀221、压力舱通气隔绝阀211以及对应于压载舱11的通气隔绝阀231均关闭，而通海吸水箱隔绝阀215和对应于压载舱11的压载舱隔绝阀400打开。然后打开对应于压载舱11的第二气体隔绝阀241。压缩气体排出压载物，强制其通过集管275和压力舱205流出通海吸水箱216。

图4示出一用于对第一实施例的容器去压载的替代的系统和方法。在压载过程中，压力舱205如上所述地将水供应到一带有四个供应压头280、285、290、295的供应集管275。这些供应压头280、285、290、295将压载舱细分为四个组，每组由各象限内的相对的舱和中心底部段5、6、7组成。各个压头较佳地具有一隔绝阀300、305、310、315。各个压载舱较佳地具有一用于压载流的隔绝的压载舱隔绝阀400。压头阀300、305、310、315和压载舱隔绝阀400较佳地为遥控操作。

诸压载舱之间的去压载和压载较佳地使用可供选择的中等容量的离心泵250(见图4)来实现。四个单独的供应压头280、285、290、295重新组合在集管298内以供应舱底和压载传送泵250的抽吸。泵250的排量较佳地联系到一返回集管256，该集管通过四个返回压头320、325、330、335和用于个别压载舱的以便进行压载传送的返回隔绝阀405流体地偶联于个别压载舱，还通过用于去压载的船外排放阀260流体地偶联于船外排放管258。返回隔绝阀405和船外排放阀260较佳地进行遥控操作。例如，如果希望对压载舱11去压载，则关闭所有的压载舱隔绝阀400，只有对应于压载舱11的阀例外。关闭所有返回隔绝阀405。关闭集管隔绝阀300。打开泵250的抽吸阀251和船外排放阀260。压载舱11排气到大气中，舱底和压载传送泵250起动，它将隔舱11内容物排空到船外。或者，如果希望将压载物从压载舱11传送到压载舱43，例如，阀的排列方式与以上相同，例外的是，船外排放阀260关闭而对应于舱43的返回隔绝阀405打开。压载舱43排气到大气中。泵250现将压载舱11的内容物传送到压载舱43。

如图5所示，根据本发明的压载和去压载系统和方法的一第二实施例较佳地应用于一强力腿平台(TLP)100，该平台具有一浮桥壳体102和多个从其中向上延伸并支承一甲板104的立柱1、2、3、4。该壳体102具有任何数量的内部压载舱，但显示为具有16个内压载舱。有四个永久的压载舱11、21、31、41，它们是壳体102内的最靠外侧的舱。有十二个位于壳体102内的舱，它们仅暂时地用来将TLP拖曳和安装到钢筋：其中四个暂时压载舱12、22、32、42位于紧邻于四个永久压载舱11、21、31、41的内部；四个暂时压载舱13、23、33、43分别位于立柱1、2、3、4的底部；四个舱是底部中心舱14、24、34、44。然而，压载/去压载系统和方法可以用于其它的容器或TLP结构。

参照图6，第二实施例也包括一压缩气体源200，最好包括一个或多个高容量的空气压缩机。压缩气体源200通过压缩气体集管502和多个单独的气体隔绝阀520流体地偶联于各个压载舱31、32、33等，压缩气体集管502和各气体隔绝阀520又个别地用管道连接于各压载舱。所有的压载舱31、32、33等较佳地单独排气到大气中。例如，图6示出各个压载舱31、32、33、34、14、13、12、11，它们具有一排气流体路径514(其一部分与压缩气体管道组合)、一船外的排放配件501以及一排气隔绝阀515。该排气隔绝阀515和气体隔绝阀520可以遥控操作。各个压载舱31、32、33等较佳地装备有一通海吸水箱505。通海吸水箱505用一阀510隔绝，它较佳地可遥控操作。

通过打开通气阀515和与一给定压载舱相连的通海吸水箱阀510，可实现压载。存在于通海吸水箱内的海水压力然后将舱水淹。压载速率由通气管线、通海吸水箱管线的流体阻力以及海水压力(或吃水)所确定。

对于一给定的压载舱，通过关闭对应的通气阀515和打开对应的压缩空气供应阀520和对应的通海吸水箱阀510来执行去压载。假定压缩空气保持的压力超过船龙骨处的压力，则空气将进入压载舱并通过通海吸水箱505将水排出船外。去压载的速率由通海吸水箱管线的流体阻力和空气流量所确定。在TLP安装完成之后，在暂时压载舱内的通海吸水箱505较佳地封闭起来。尽管去压载描述为位于水线以下的压载舱排空通海吸水箱505，但位于水线上方的压载舱(未示出)可类似地具有侧壳体阀和流体地偶联于压载舱内的下部位置的船外排出端口，以便快速地借助于压缩空气或低于大气/接近大气的压力排空舱。

图7示出本发明的第三实施例。在此系统中，压载和去压载通过一压载集管系统730而不是通过个别通海吸水箱发生。压载集管系统730较佳地位于船龙骨高度附近。压载集管系统730流体地偶联于各压载舱11、12、14、31、32、34，以使诸压载舱隔绝阀735连接在其间以便作有选择的隔绝。压载集管系统730还流体地偶联于一船外排放管线740，使一船外排放阀745连接到其中而允许进行隔绝，压载集管系统730通过海水隔绝阀755流体地偶联于顶侧海水主管线750。各个压载舱较佳地通过排放开口701、通气隔绝阀715和通气管道716个别地排放到大气中。一压缩气体压头702通过诸气体隔绝阀720联系到诸舱通气口。一压缩气体源200较佳地为一高容量空气压缩机，它最好通过压缩气体压头702连接于各个压载舱，该压头702又在压载舱和通气隔绝阀715之间的某处较佳地联系于通气管道716。压缩气体源200通过诸气体隔绝阀720有选择地与压载舱隔绝。压载舱隔绝阀735、船外排放阀745、海水隔绝阀755、通气隔绝阀715以及气体隔绝阀720较佳地都可遥控操作。

对于一给定的压载舱，通过打开对应的通气阀715、对应的压载舱隔绝阀735以及顶侧海水隔绝阀755来实现压载。关闭对应的空气供应阀720。通过顶侧海水总管750由消防水泵、顶侧海水提升泵供应的压载水或其它水源填充到压载舱。压载的速率是来自供应泵的质量单位流量的函数。

对于一给定的压载舱，通过关闭海水隔绝阀755和对应的通气隔绝阀715，并打开船外排放阀745、对应的压载舱隔绝阀735和对应的空气供应阀720来执行去压载。假定空气供应压力保持大于排放管线压头，则压载水将通过船外排放管线740被排出船外。去压载的速率是船外排放集管的流体阻力和空气质量单位流量的函数。

根据本发明一个或多个实施例的压载/去压载系统和方法，在TLP安装过程中通过快速地对容器去压载以便快速地达到所要求的钢筋张力而锁定钢筋时，可将锁定机构或滑动机构限制做成棘轮机构。例如，在位于水线以下的压载舱中，打开通海吸水箱隔绝阀而用压缩气体来快速地排空水淹的舱；在位于水线以上的压载舱中，壳侧或船外排放阀允许在大气压力之下或接近大气压力下快速地排放压载水。快速地去压载可将锁定机构的棘轮作用减到最小。

尽管已经详细地示出了本发明的某些实施例，但本发明并不局限于所示的实施例；显然，本技术领域内的技术人员会对上述实施例作出改型和修改。这样的改型和修改都落入附后权利要求所阐述的本发明的精神和范围之内。

Claims (16)

1.一种用来对一浮在海中的容器(100)去压载的方法，包括以下步骤，

在设置在所述容器的一壳体(102)内的一压载舱(11)内的一下内部位置与所述容器的外部之间提供流体连通；

在所述压载舱与一压缩气体源(200)之间提供流体连通；以及

通过所述压缩气体将所述压载舱内的液体压载物排出到所述海水中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在压载舱内的一下内部位置与所述海上平台外部之间提供流体连通的步骤还包括以下步骤：

打开为在所述压载舱内的所述下内部位置与由水线以下所述壳体承载的通海吸水箱之间流体连通所连接的一阀，该阀并与所述海水保持敞开的连通。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述通海吸水箱(505)设置在所述压载舱内。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述通海吸水箱(216)设置在所述压载舱外面，以及

一压力舱(205)流体地偶联在所述水入口阀与所述通海吸水箱之间。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述打开一阀的步骤通过遥控致动进行。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在压载舱内的一下内部位置与所述容器外部之间提供流体连通的步骤还包括以下步骤：

打开为在所述压载舱内的所述下内部位置与在水线上方某一点处退出所述容器的一船外排放(740)之间流体连通所连接的阀(735)。

7.一种用来对一浮在海中的容器(100)压载的方法包括以下步骤：

将设置在所述容器的一壳体(102)内的一压载舱(11)内的一上部排放到所述容器的外面；

用一液体压载物填充一压力舱(205)；

将所述压力舱流体地偶联于一压缩气体源(200)；

将所述压力舱内的一下部流体地偶联于所述压载舱；以及

用所述压缩气体将所述压力舱内的所述液体压载物排放到所述压载舱。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，将所述压力舱内的一下部流体地偶联于所述压载舱的步骤还包括以下步骤：

打开为所述压载舱于所述压力舱内的所述下部之间流体连通而连接的一压载舱隔绝阀(400)。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，

打开压载舱隔绝阀的所述步骤通过遥控致动进行。

10.一种用于浮在海中并包括一具有一水密压载舱(11)的一壳体(102)的容器(100)的压载和去压载的系统，该压载和去压载系统包括：

一压缩气体源(200)，它设置在所述容器内；

一气体流体路径，它被连接在所述压缩气体源与所述压载舱之间；

一气体隔绝阀，它被连接在所述气体流体路径内；

一压载流体路径，它被连接在所述压载舱内的底部位置与由通向水线下的所述容器的外部的所述壳体承载的一通海吸水箱之间；

一隔绝阀，它被连接在所述压载流体路径内，其中，

所述压载和去压载系统被设计和布置成：通过所述气体流体路径来自所述压缩气体源的气体可用来通过用于对所述容器去压载的所述压载流体路径将所述压载舱内的液体压载物排放到所述外面。

11.如权利要求10所述的压载和去压载系统，其特征在于，它还包括：

一压载舱通气流体路径，它被连接在所述压载舱内的一上部位置与一通向位于水线上方某一位置的所述容器的所述外部的第一船外排放之间；以及

一压载舱通气隔绝阀，它被连接在所述压载舱通气流体路径内，其中，

所述压载和去压载系统被设计和布置成：通过所述气体流体路径来自所述海水的液体可用来通过用于对所述容器去压载的所述压载舱通气流体路径将所述压载舱内的气体排放到所述外面。

12.如权利要求11所述的压载和去压载系统，其特征在于，

所述通海吸水箱(505)设置在所述压载舱内。

13.如权利要求11所述的压载和去压载系统，其特征在于，它还包括：

一压力舱(205)，它被设置在所述压载舱外面的所述壳体内，所述压力舱连接在所述隔绝阀(400)与所述通海吸水箱(216)之间的所述压载流体路径内，所述压力舱被连接在所述气体隔绝阀(221)与所述压载舱之间的所述气体流体路径(220)内，所述压力舱与所述压载舱之间的气体流体路径和所述压力舱与所述压载舱之间的压载流体路径组合，以形成一具有连接在其中的所述隔绝阀(400)的公共流体路径(275)；

一通海吸水箱隔绝阀(215)，它被连接在所述压力舱与所述通海吸水箱之间的所述压载流体路径(214)内；

一压力舱通气流体路径(210)，它被连接在所述压力舱内的一上部位置与一通向位于水线上方某一位置的所述外部的第二船外排放(212)之间；以及

一压力舱通气隔绝阀(211)，它被连接在所述压力舱通气流体路径内，其中，

所述压载和去压载系统被设计和布置成：通过所述通海吸水箱(216)与所述压力舱(205)之间的所述压载流体路径(214)来自所述海水的液体压载物可用来通过所述压力舱通气流体路径(210)将所述压力舱内的气体排放到所述外面，以使通过所述压缩气体源与所述压力舱之间的气体流体路径(220)来自所述压缩气体源(200)的气体可用来通过用于对所述容器压载的公共流体路径(275)将所述压力舱内的液体压载物排放到所述压载舱。

14.如权利要求13所述的压载和去压载系统，其特征在于，还包括：

一第二气体流体路径(240)，它被连接在所述压缩气体源与所述压载舱之间，所述第二气体流体路径旁路所述压力舱(205)和所述公共流体路径(275)；以及

一第二气体隔绝阀(241)，它被连接在所述第二气体流体路径内，其中，

所述压载和去压载系统被设计和布置成：通过所述第二气体流体路径来自所述压缩气体源的气体可用来通过用于去压载的所述公共流体路径(275)将所述压载舱内的液体压载物排放到所述外面。

15.如权利要求12所述的压载和去压载系统，其特征在于，还包括：

多个压载舱(11、12、13)，各个具有一设置在其中的通海吸水箱(505)，各个通海吸水箱流体地偶联到压载舱内的一下部位置，其中，所述通海吸水箱设置有一通海吸水箱隔绝阀(510)。

16.如权利要求13所述的压载和去压载系统，其特征在于，还包括：

多个压载舱(11、12、13)，各个具有一流体地偶联在其中的一下部位置的相关的压载舱隔绝阀(400)，各个所述压载舱隔绝阀流体地偶联到所述压力舱(205)内的一下部位置。

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