CN103906681A

CN103906681A - 流体输送软管操纵器以及输送流体的方法

Info

Publication number: CN103906681A
Application number: CN201280053469.0A
Authority: CN
Inventors: G·贝内代蒂; A·M·奥尔德森
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-11-01
Also published as: EP2773555A1; CN103906681B; AU2012331158B2; KR20140092875A; US20140318666A1; WO2013064601A1; AU2012331158A1; EP2773555B1

Abstract

本发明提供了一种流体输送软管操纵器(1)，该流体输送软管操纵器具有关节臂(100)，所述关节臂具有多个臂分段(110)。多个臂分段(110)中的第一臂分段(110a)和多个臂分段中的第二臂分段(110b)通过第一枢转接头(130a)而彼此连接。底座(220)支撑第一臂分段(110a)。用于流体输送的至少一根柔性软管(150)至少沿着第一臂分段和第二臂分段可动地延伸，并且通过至少两个软管导向件(140)进行引导和支撑。至少一个软管张紧器(160)与所述至少一根柔性软管接触，以调整所述至少一根柔性软管(150)上的张力。

Description

流体输送软管操纵器以及输送流体的方法

技术领域

本发明涉及一种流体输送软管操纵器。在另一个方面，本发明涉及一种在第一结构与第二结构之间输送流体的方法。

背景技术

在结构之间输送流体(诸如，已处理过的烃或者未处理过的烃或者它们的衍生物)在这些结构中的至少一个是可动的因而可能不固定的时候存在很多技术问题。当这些结构中的至少一个或者两个都是浮动结构时尤其如此。例如，这种流体输送系统应该能够降低结构之间的相对运动，尤其是对于浮动结构所经受的升沉、左右摇晃、摇摆、倾斜、涌动和滚转中的一种或多种。

尤其是，用于将流体从浮动结构输送走或者将流体输送到浮动结构的系统应该补偿由波浪运动或者涌流运动所产生的升沉，以及补偿流体源与目的地之间的高度差。这种高度差可能出现，例如是由于一个结构上流体输送系统相对于另一结构上的流体歧管的竖直位置差所引起的，该另一结构将与流体输送系统连接。需要这种流体输送系统的情况的一个例子是浮式生产、储存和卸载(FPSO)设备。FPSO是一种浮动结构，其接受来自附近平台的烃或者接受直接来自海底烃储层的烃，处理烃，并且存储处理过的烃，直到可将其卸载到载运船上。

类似地，浮式液化储存离岸(PLSO)设备将天然气液化处理器、储存罐、装载系统以及其它下部结构组合成单个浮动结构。这种结构是有益的，这是因为其提供了一种替代岸上液化设备的离岸替代物。FLSO结构可锚固成远离海岸，或者在气田处或附近，在水中足够深，以便允许将LNG产品卸载到载运船上。这同样代表一种可动的资产，当气田接近其生产期结束时，或者当经济、环境或者政治情况需要时，该资产可重新安置到新地点。

这种浮动结构需要在对烃进行处理(例如在天然气可选地被净化、然后液化并且临时储存)的浮动结构之间将流体(典型地为处理过的烃，例如LNG)输送到处理过的烃载运船(例如LNG载运船)。类似地，然后必须将处理过的烃货物(诸如LNG)从载运船输送到岸上输入或者处理设备。

美国专利公开文献No.US2010/0263389公开了一种用于LNG的坞边再气化的方法。在图2中所公开的一个实施例中，用于输送高压气体的高压臂安装在船坞或者再气化船上。还公开了一种类似于高压臂的LNG硬臂，该LNG硬臂用于将LNG从船输送到船坞或者从船坞输送到船。该臂包括输送管道并且可包含多个接头、缓冲器和配重，来允许进行臂分段的移动或者关节运动。与US2010/0263389的硬臂相关的一个问题是当将硬臂连接到流体歧管时硬臂具有有限的竖直范围(即，硬臂端部可达到的高度范围)。另外，硬臂及与其连接的底座(诸如甲板)必须设计成承受硬臂的重量，配重和缓冲器包括在内。此外，上臂分段的大质量还增加了臂运动的惯性，使得其更加难以响应于风和波浪的运动而控制臂的运动。

在一个独立的实施例中，US2010/0263389在图8中公开了将LNG从LNG载体上的储罐通过歧管系统进行输送，该歧管系统具有联接到液体软管的液体导管。尽管甲板可以支撑液体软管的一部分，但是从附图中显而易见的是，这些液体软管以U形悬挂在将两个流体歧管分隔开的水上方。与US2010/0263389的歧管和软管系统相关的一个问题是液体可能积聚在U形软管的最下部分中，在流体输送之后难以排出这些液体。此外，自由悬挂的液体软管是不可控的，这可由于歧管之间相对运动而导致相邻软管之间的冲击或者软管与船舶侧面之间的冲击。

发明内容

在第一个方面，本发明提供了一种流体输送软管操纵器，所述流体输送软管操纵器至少包括：

-关节臂，所述关节臂包括多个臂分段，每个臂分段具有纵向轴线，所述多个臂分段包括至少第一臂分段和第二臂分段，所述第一臂分段通过第一枢转接头连接到所述第二臂分段；

-底座，所述底座支撑所述第一臂分段；

-至少两个软管导向件；

-用于流体输送的至少一根柔性软管，所述至少一根柔性软管沿着至少所述第一臂分段和第二臂分段可动地延伸，并且通过所述至少两个软管导向件进行引导和支撑；

-至少一个软管张紧器，所述至少一个软管张紧器与所述至少一根柔性软管接触，以调整所述至少一根柔性软管上的张力。

在第二方面，提供了一种在第一结构与第二结构之间输送流体的方法，其中第一结构和第二结构中的至少一个是可动结构，所述可动结构典型地为浮动结构，所述方法至少包括以下步骤：

-提供第一结构，所述第一结构包括如上所述的流体输送软管操纵器，所述流体输送软管操纵器的至少一根柔性软管具有近端部和远端部，所述近端部连接到流体第一歧管；

-提供第二结构，所述第二结构包括流体第二歧管；

-将第二结构的流体第二歧管与第一结构的流体输送软管操纵器对准；

-调整流体输送软管操纵器的构造，以使得所述至少一根柔性软管的远端部能够连接到流体第二歧管；

-将所述至少一根柔性软管的远端部连接到流体第二歧管；

-净化所述至少一根柔性软管；

-使流体流过所述至少一根柔性软管；

-净化所述至少一根柔性软管；

-将所述至少一根柔性软管的远端部与流体第二歧管脱开连接；

-调整所述流体输送软管操纵器的构造，以从流体第二歧管和第二结构收回所述至少一根柔性软管的远端部。

在第二方面的一个实施例中，流体第一歧管可与至少一个流体第一储罐流体连接，而流体第二歧管与至少一个流体第二储罐流体连接。

附图说明

现在将仅仅通过举例并参照所附的非限制性附图来描述本发明的实施例，其中：

图1是在此描述的流体输送软管操纵器的一个实施例的示意图；

图2是在此描述的流体输送软管操纵器的另一个实施例的示意图；

图3是在此描述的流体输送软管操纵器的又一实施例的示意图；以及

图4(部分A到C)示意性地示出了在此描述的流体输送软管操纵器的各种存储器和流体输送构造。

具体实施方式

为了这种描述，将单个附图标记分配给管线以及承载在该管线中的流。相同的附图标记表示相同的元件。本领域技术人员容易理解的是，虽然本发明参照这些特征和手段的特定组合中的一个或者多个进行了图释，但是那些特征或者手段中的许多与其它特征或者手段在功能上是独立的，从而使得它们可以在其它实施例或者组合中等同地或者类似地独立应用。

下面所描述的流体输送软管操纵器可适当地采用，尤其是特别是在海洋环境中将流体输送到浮动结构或者从浮动结构输送出的输送。流体输送软管操纵器尤其适合于输送低温流体，特别是液化天然气(LNG))。还公开了一种使用这种软管操纵器进行流体输送的方法。

目前所提出的流体输送软管操纵器具有关节臂，所述关节臂包括多个臂分段，所述多个臂分段通过枢转接头和用于流体输送的至少一根柔性软管互连。柔性软管沿着臂分段可动地延伸，并且通过至少两个软管导向件进行引导和支撑。至少一个软管张紧器设置成与柔性软管接触，以调整至少一根柔性软管上的张力。

软管张紧器可操作以保持柔性软管上的张力恒定。在将流体输送通过柔性软管期间，保持恒定的张力可防止柔性软管下垂或者断裂(或者至少防止柔性软管变得过于拉紧)。

通过目前公开的流体输送软管操纵器，可能替代现有技术的硬臂或者歧管系统，并且由此解决了与现有技术的硬臂或者歧管系统相关的各种问题。

所述臂分段的第一分段可被支撑在底座上。张紧器可被所述臂分段之一分段支撑或者直接被所述底座支撑。

例如，流体输送软管操纵器可位于浮动结构上(诸如载运船、浮式生产平台或者浮式处理平台)，并且操作用于将流体输送到另一浮动结构或者非浮动结构。可替代地，流体输送系统可位于非浮动结构(诸如，固定式生产或处理平台；或者岸，诸如输入终端或输出终端的防波堤，或者处理设备的防波堤)上，并且操作用于将流体从浮动结构输送出或者输送到浮动结构，该浮动结构诸如是载运船。

要通过软管操纵器输送的流体可以是未处理过的烃(诸如从海底储层中抽取的烃)，或者是已处理过的烃(诸如LNG或者烃的衍生物)。

在此描述的软管操纵器具有多个优点。其可以将流体从流体歧管输送出或者输送到流体歧管，用于供给或者接收流体，所述流体位于相对于与软管操纵器附接的底座的大范围高度处。尤其是，与US2010/0263389的硬臂相比，在此描述的软管操纵器具有宽得多的竖直操作范围。此外，并不要求存在配重，以使得关节臂和与其附接的底座仅仅需要支撑臂分段和柔性软管的负载。而且，软管操纵器可位于歧管平台上，这是由于软管操纵器与带配重的硬臂相比质量减小，并不需要被加强以承受重量。

另外，与US2010/0263389的缓冲器相比较，该缓冲器附接到硬臂的整个上部关节分段并且在其上操作，在此公开的软管操纵器的张紧器直接在柔性软管上操作而且没有在臂分段上操作。

再者，通过采用柔性软管而不是硬管道，不需要在关节臂的不同分段中设置连接管道的转动接头。

软管操纵器也是有益的，这是因为其将柔性软管保持成呈基本上竖直或者“n形”构造，从而消除了流体残留。相对照地，例如在US2010/0263389的歧管或者软管系统中并没有以这种方式支撑的柔性软管可采用“u”形构造，在该“u”形构造中，流体可积聚在“u”的底部处。

在一个实施例中，所述至少两个软管导向件中的一个可位于每个臂分段的纵向轴线的端部处或附近。正如在此所使用的那样，纵向轴线为是臂分段的最长尺寸。

在另一个实施例中，至少一个柔性管可还包括近端部和远端部。近端部可连接到底座。近端部可构造为与流体第一储罐流体连通。所述远端部可适当地包括限制锥体和流体连接器。例如，近端部可连接到流体第一歧管，该流体第一歧管与流体第一储罐流体(典型地，多个流体第一储罐)连通。流体第一储罐优选地相对于底座具有固定位置。

在另一个实施例中，软管张紧器将至少一根柔性软管保持在恒定张力下。由至少一根柔性软管所保持的张力可改变，并且可依赖于下列标准中的一个或多个进行选择：柔性软管的远端部是否附接到流体歧管；软管操纵器和与其附接的流体歧管之间的相对距离，尤其是软管操纵器的底座和与其附接的流体歧管之间的竖直距离；是否流体正被输送通过至少一根柔性软管；和/或者正被输送的任何流体的特征(诸如流体温度或者密度)。

在一个实施例中，所述至少一个软管张紧器可连接到软管操纵器的底座。该底座例如可以是载运船或PFSP的甲板，尤其是歧管甲板，或者防波堤的表面。这是有益的，因为其提供软管联接器的稳定布置，其中软管张紧器附接到底座，而不是附接到臂分段之一。

在一个可替代的实施例中，所述至少一个软管张紧器可连接到软管操纵器的臂分段，尤其是可连接到除了第一臂分段之外的臂分段，优选可连接到第二臂分段或者任何第三臂分段。将至少一个软管张紧器支撑成远离一个或者多个臂分段，优选地支撑成远离第二臂分段或者任何第三臂分段，这是有益的，因为其可提供柔性软管从与软管张紧器连接的臂分段的纵向轴线的较大偏转，由此便于根据软管操作器和与柔性软管可附接的歧管的相对位置而提供更大的操作包络范围。

在另一个实施例中，软管张紧器可包括张紧器软管导向件，用于引导或者可选地支撑所述至少一根柔性软管。这种张紧器软管导向件可将所述至少一根柔性软管沿着从标称路径偏移的路径进行引导。标称路径可以是依赖于特定实施例的环境的任何适当的参照路径。例如，如果张紧器软管导向件在柔性软管的在两个相邻软管导向件之间延伸的一分段中与柔性软管相互作用，则标称路径可通过切向连接两个相邻软管导向件的线来限定。可替代地，如果例如张紧器软管导向件在柔性软管的在近端部与软管导向件的第一软管导向件之间延伸的一分段中与柔性软管相互作用，则标称路径可通过切向连接第一软管导向件和柔性软管的近端部的线来限定。该近端部可连接在相对于底座的固定点处。

张紧器软管导向件可在相对于标称路径具有横向方向分量的方向上可移动。由此，软管从标称路径偏移的偏移量可以可变地改变。

软管张紧器可适当地连接到所述臂分段之一，其中张紧器软管导向件可以沿着以与其连接的臂分段的纵向轴线成非零的路径角度α的一路径移动，从而改变软管从其标称路径偏移的偏移量。

在又一实施例中，当软管张紧器连接到臂分段之一时，通过张紧器软管导向件的运动所导致的软管路径的偏转可发生与张紧器连接的臂分段的纵向轴线的任一侧上。两个已连接的臂分段的纵向轴线可在连接它们的枢转接头处限定了臂分段角度β。当该臂分段角度β并非180°时，两个已连接的臂分段的纵向轴线可限定臂枢转平面，该臂枢转平面穿过这两个纵向轴线。非零的路径角度α可以是相对于臂分段的纵向轴线测量的正角或负角，其中软管张紧器在臂枢转平面或者平行于臂枢转平面的平面中连接到该臂分段。

用于特定柔性软管的软管导向件可定位成平行于臂枢转平面。例如，当多个柔性软管存在于软管操纵器上时，用于不同柔性软管的等效软管导向件可关于臂枢转平面对称地布置。

在另一个实施例中，软管张紧器可连接在所述臂分段的纵向轴线的中心处或附近，并且张紧器软管导向件可沿着移动的路径相对于与其连接的臂分段的纵向轴线处于大约90°的角度α。

在再一实施例中，张紧器软管导向件可通过一个或者多个组而被移动，该组包括张紧器缸、电动机和线滑轮。

在另一个实施例中，软管导向件中的一个或多个可以是滑轮，优选全部可以是滑轮。该实施例可包括张紧器软管导向件以及连接到臂分段的软管导向件，其并不成为软管张紧器的一部分。

第一臂分段适当地通过第一枢转接头连接到第二臂分段。在另一个实施例中，软管操纵器可还包括第三臂分段和另一软管导向件，其中第三臂分段通过第二枢转接头连接到所述第二臂分段，并且第三臂分段使另一软管导向件布置在其上。柔性软管可沿着第三臂分段的纵向轴线可动地延伸。第二枢转接头可在纵向轴线的相对于与第一枢转接头连接的端部相反的端部处连接到第二臂分段。

在另一个实施例中，可选地，除了限制锥体和流体连接器之外，至少一根柔性软管的远端部可包括紧急释放联接器。应急释放联接器构造为将至少一根柔性软管(尤其是远端部)从与其连接的流体歧管快速分离，例如，若出现在流体输送期间软管操纵器在连接到流体歧管的同时延伸超过其安全操作包络范围的状况。

在又一实施例中，软管操纵器还可包括位置监测系统，该位置监测系统用于检测柔性软管的远端部的位置。远端部的位置可被监测为绝对位置，也就是说，相对于地上的远端部的地点，或者可以是相对的，例如远端部的位置可被监测为相对于软管操纵器上的相对位置，诸如在臂分段或者底座上的相对位置。

在又一实施例中，位置监测系统可包括位置传感器，该位置传感器用于测量柔性软管的远端部的位置。例如，位置传感器可连接到臂分段(优选第二臂分段或者第三臂分段)的端部。该位置传感器可通过激光、雷达、光达、回声定位或教线(taught wire)等操作。例如，教线传感系统可包括连接在柔性软管的远端部(诸如位于远端部上的限制锥体或者在远端部上的系杆)与附连到第二臂分段或任何第三臂分段的万向头之间的金属线。万向头传感器(诸如激光器)可测量万向头的角度，以根据教线的角度和长度来计算远端部的位置。

在一个可替代的实施例中，至少一根柔性软管的远端部还可包括位置参考传感器，尤其是竖直位置参考传感器，诸如GPS等。在这种情况下，确定柔性软管的远端部相对于软管操纵器上位置的位置并不必需的。反而，可确定至少一根柔性软管的远端部的绝对位置。

在另一个实施例中，软管操纵器可包括用于流体输送的至少两根柔性软管(典型地两根柔性软管)，其中每根柔性软管具有软管导向件和软管张紧器。优选地，柔性软管布置在对称地位于臂枢转平面的两侧上的平面内。设置专用于特定柔性软管的软管导向件以及更特别的软管张紧器，使得每个柔性软管将独立操作，尤其是对于由每个软管张紧器控制的每根柔性软管的张力进行独立操作。因而，由软管张紧器所产生的特定柔性软管的路径偏转幅度可相对于软管操纵器上的任何其它软管而独立控制。将显而易见的是，不同的柔性软管可承载可具有不同特性(诸如密度和/或温度)的不同流体，例如下述情况：一根柔性软管承载LNG而另一柔性软管承载沸腾气体，使得可要求两个柔性软管甚至在同一软管操纵器上路径偏转不同，例如为了提供给定的张力。

在另一个实施例中，将在软管操纵器中输送的流体可以是低温流体，诸如LNG。

在另一个实施例中，软管操纵器还可包括用于柔性软管的存储线轴。存储线轴允许调整柔性软管的连接到用于流体的歧管的长度。然而，这个实施例并不是优选的。而是，软管操纵器不会典型地包括用于柔性软管的存储线轴，从而使得固定长度的柔性软管延伸超出最后臂分段(例如，第二臂分段或者第三臂分段)的端部的程度仅仅由软管张紧器所引起的柔性软管路径偏置的幅度来决定。

在另一个实施例中，软管操纵器的臂分段可以在枢转接头处通过一个或多个液压缸、电动机或者线滑轮而进行关节(articulated)运动。

下面的论述涉及流体输送软管操纵器在将LNG从FLSO单元输送到LNG载运船的环境下的操作。然而，应理解的是，软管操纵器并没有限于输送LNG，而是适于在宽的温度和压力范围(典型地，处于-200到200℃范围内的温度和/或高达10.5bar压力)内输送任一种或者多种流体，诸如其它烃液体或者烃气体。

类似地，尽管在下面的实施例中软管操作器位于FPSO单元上，但是其可在任何浮动结构(诸如LNG载运船)上或者任何非浮动结构(诸如，离岸固定平台或者岸上防波堤)上操作。尽管软管操纵器在当流体源和流体目的地中的至少一个(典型地两个)是可动结构(尤其是浮动结构)时用于输送流体时有许多优点，但是其还可用于在两个非浮动结构之间输送流体。

图1示出了在此描述的流体输送软管操纵器1的第一实施例。软管操纵器包括固定到底座220的关节臂100。关节臂100包括多个臂分段110。底座220可以是例如FLSO的歧管甲板或者可附接到这种甲板。底座220可用作参考点，从该参考点可以确定臂分段110和至少一根柔性软管150的位置，尤其是柔性软管150的远端部180的位置。软管操纵器1可以位于流体(例如LNG)歧管的外侧。

每个臂分段110具有限定了臂分段的最长尺寸的纵向轴线120。图1的实施例示出了包括第一臂分段110a和第二臂分段110b的关节臂100。第一臂分段110a具有第一分段纵向轴线120a，而第二臂分段110b具有第二分段纵向轴线120b。

底座220支撑了第一臂分段110a。第一臂分段110a连接到底座220，并且优选地固定不可动地固定到底座220，其中其纵向轴线120a是竖直的。第一臂分段110a通过第一枢转接头130a而连接到第二臂分段110b，所述第一枢转接头诸如是铰链或者任何类型的接头，从而允许第一臂分段相对于第二臂分段进行相对转动运动。第一枢转接头130a允许第二臂分段110b绕着第一接头轴线135a的转动。第二臂分段110b的转动可在由第一纵向轴线120a和第二纵向轴线120b所限定的平面(臂枢转平面)中进行。

第二臂分段110b的关节运动可以通过液压缸(未示出)或者其它适当的装置来实现。液压缸可以是液压系统的一部分，并且可连接到具有相关联的方向阀和泵的液压动力单元。这优选是一种具有副液压泵及相关控制器的双重系统。在另一优选实施例中，液压系统可以装备有软管破裂阀，以使得在液压系统出故障的情况下臂分段可保持在适当的位置。液压系统可包括用于正常操作的低压循环回路，以及用于激活应急释放的高压回路，如下所述。

流体输送软管操纵器1还包括至少一根柔性软管150。柔性软管150的类型由将要在其内输送的流体来确定。柔性软管150应该被选择为在流体输送期间(也就是说，温度和压力以及正被输送的流体的压力)保持其柔性。柔性软管150可包括热塑性或复合材料。

例如，当要被输送的流体是诸如LNG的低温流体时，柔性软管150可以是复合柔性软管，典型地包括聚酯衬里以及用不锈钢丝加固的聚酰胺外壳。典型地，柔性软管150可以被选择成满足用于输送液态石油气和液化天然气的热塑性多层(非高温和硫磺处理)软管以及软管组件的BS EN13766:2003的要求。

当要被输送的流体是气体(诸如加压烃气体)时，柔性软管150可以是复合柔性软管。例如，对于高达5bar的工作压力，柔性软管可以典型地包括聚丙烯和/或聚四氟乙烯衬里以及聚酯外壳，该外壳可选地涂覆有聚氯乙烯并且用不锈钢丝加固。

至少一根柔性软管150可包括近端部170和远端部180。近端部170可连接到流体第一歧管310，该流体第一歧管可位于FLSO的歧管甲板上。该至少一根柔性软管具有大约30m的长度。在一个优选实施例中，柔性软管150并没有围绕存储线轴缠绕。

流体第一歧管310可包括流体歧管限制卡圈320。流体歧管限制卡圈320可构造为开口锥体，并且操作以防止柔性软管150采用弯曲半径小于其最小值的构造。柔性软管150的远端部180构造为附接到流体第二歧管，该流体第二歧管例如在LNG流体要被输送到的LNG载运船上。在图3的实施例中更详细地描述了柔性软管150的远端部180。

至少一根柔性软管150沿着关节臂100的第一臂分段110a和第二臂分段110b可动地延伸。尤其是，当没有被将在下面论述的软管张紧器160偏移时，柔性软管应该沿着臂分段110a、110b的纵向轴线(或者平行于这些纵向轴线的轴线)延伸。

柔性软管150被至少两个软管导向件140引导和支撑。软管导向件140允许柔性软管150沿着导向件自由运动，并且将柔性软管150以及其中的任何流体的重量传递给软管操纵器1，特别是可与它们附接的臂分段110。软管导向件140可起作用以改变柔性软管150的方向，并且确保软管的任何弯曲大于或者等于其最小弯曲半径。

当柔性软管150的近端部170固定到流体第一歧管310时，柔性软管150具有固定的长度，第二臂分段110b绕着第一枢转接头130a的转动可以控制远端部180相对于软管操纵器1的底座220的竖直高度。

图1的实施例示出了弓形的导向件140，柔性软管150在该导向件上被引导。柔性软管150可沿着这种软管导向件140上的凹槽或者通道前进。每个软管导向件140上的凹槽或者通道可在同一平面(诸如平行于臂枢转平面的平面)中对准，以沿着单个平面中的路线而引导单个柔性软管150。软管导向件140可以由聚合物、金属(诸如铝)、合金(例如钢、典型地镍钢)或复合材料(例如包括聚合物的复合材料，尤其是包括聚合物以及诸如上面已经提到的金属或者合金的复合材料)。当柔性软管150要用来承载低温流体时，软管导向件140可包括9wt％的镍钢。软管导向件140可包括减小与柔性软管150的摩擦接触从而允许自由运动的材料。例如，软管导向件140上的凹槽或者通道可衬有TEFLON^TM。

该至少两个软管导向件140可固定到关节臂100。图1示出了固定到第一臂分段110a的第一软管导向件140a以及固定到第二臂分段110b的第二软管导向件140b。优选地，软管导向件140附接在臂分段110的端部处或附近，这些端部位于臂分段110的纵向轴线120的任一端部处。

关节臂100还包括至少一个软管张紧器160。软管张紧器160操作以调整至少一根柔性软管150上的张力，并且由此与柔性软管150接触。软管张紧器160连接到臂分段110之一或者软管操作器1的底座220。软管张紧器160操作以保持柔性软管150上的张力恒定，尤其是当近端部170和远端部180都连接到流体歧管时。

在图1的实施例中，软管张紧器160包括张紧器软管导向件165(诸如弓形的张紧器软管导向件)和张紧器臂175(例如伸缩式张紧器臂)，用于沿着从标称路径155偏移开的路径而引导柔性软管150。在图1的实施例中，标称路径155看作是切向连接第一软管导向件140a与柔性软管150的近端部170的线。张紧器软管导向件165在相对于标称路径155具有横向方向分量的方向上可移动。在这种方向上的运动允许可变地改变软管从标称路径155偏移的偏移度。

张紧器软管导向件165可经由张紧器臂175连接到关节臂100的臂分段110之一(诸如第一臂分段110a)。尽管软管张紧器160为了简便起见在图1中显示为附接到第一臂分段110a，但是优选的是其附接到第二臂分段或者另一臂分段110b，以通过将其与底座220以及任何邻近的甲板间隔开而提供更大的运动范围。

张紧器软管导向件165发挥作用以与软管导向件140类似的方式来抑制和引导柔性软管150以确保软管的任何弯曲大于或者等于其最小弯曲半径。

而且，张紧器软管导向件165可以沿着处于从与其附接的臂分段的纵向轴线开始测量的非零路径角度α的路径移动。当柔性软管150的近端部170和远端部180都连接到流体歧管时，使张紧器软管导向件165沿着非零路径角度α移动将改变软管的偏转，从而改变了软管的张力。非零路径角度α是相对于与软管张紧器160连接的第一臂分段110a的纵向轴线120a测量的，并且该非零路径角度典型地为大约90°，更典型的是90°。张紧器软管导向件165的运动可通过增加或者减小伸缩式张紧器臂175的长度来实现。

显而易见的是，通过使张紧器软管导向件165移动远离第一臂分段110a，例如相对于近端部170和第一软管导向件140a之间的最短路径，柔性软管150的路径偏转得以增加。图1示出了软管张紧器160'的第二构造，该软管张紧器160'包括张紧器软管导向件165'，该张紧器软管导向件165'具有柔性软管150的已增大的路径偏转。

对于附接到流体第一歧管310的固定长度的柔性软管150，例如通过使张紧器软管导向件165沿着非零路径角度α而移动远离第一臂分段110a来增大柔性软管150的路径偏转，将导致远端部180朝着在第二臂分段110b的端部处的第二软管导向件140b被牵拉。如果远端部180附接到流体第二歧管，则这将增加柔性软管150的张力。然而，如果附接到流体第二歧管的柔性软管150的远端部180的位置例如由于向上波浪起伏在与远端部180附接的浮动结构上的作用而靠近第二软管导向件140b的那个端部，则通过软管张紧器160增加柔性软管150的路径偏转可减小延伸超过第二软管导向件140b的柔性软管的长度。因此，经由软管张紧器160而将柔性软管150保持在恒定张力下这可防止柔性软管在向上波浪起伏运动下的下垂。

类似地，例如通过使张紧器软管导向件165沿着非零路径角度α移动成更靠近第一臂分段110a来减小柔性软管150的路径偏转，这将导致远端部180被下降成远离在第二臂分段110b端部处的第二软管导向件140b，例如补偿了向下波浪起伏运动。因此，经由软管张紧器160将柔性软管150保持在恒定张力下可防止柔性软管在向下波浪起伏运动下变得过紧。显而易见的是，软管张紧器160还可补偿其它波浪运动，例如摇摆和涌动，这同样将导致柔性软管远端部180与第二软管导向件140b之间的距离发生改变。

在操作中，一旦关节臂100的臂分段110的构造被固定，也就是说，第一枢转接头处的臂分段角度被固定，流体第二歧管的相对运动可相对于软管操纵器1(尤其是底座220或者最后臂的端部(例如在这个实施例中，第二臂110b)，尤其是第二软管导向件140b)进行观察。

张紧器软管导向装置160可例如通过液压缸(未示出)沿着非零路径角度α被移动。该液压缸可连接到第一臂分段110a或者底座220。液压缸可以是液压系统的一部分。

图2示出了在此描述的流体输送软管操纵器1的第二实施例。相对于图1中所使用的相同的附图标记涉及等效的元件。在这个实施例中，软管导向件140a、140b和165呈现为滑轮。滑轮可连接到臂分段110，例如在枢转接头130处，典型地与枢转接头的转动轴线共用同一轴线，和/或在臂分段110的纵向轴线120的端部处。

在该实施例中，软管张紧器160连接到软管操纵器1的底座220。软管张紧器160包括为滑轮的张紧器软管导向件165，以及包括张紧器臂175。在该实施例中，张紧装置臂可具有固定的长度。与图1的实施例相对照地，柔性软管150的路径借助于滑轮张紧器软管导向件165的通过张紧器臂175绕着底座220上的张紧器枢转接头225转动进行的弓形运动而被偏移。软管路径的偏转可通过测量底座220与张紧器臂175之间的非零角度β来描述。

图2示出了软管张紧器160'的第二构造，该软管张紧器160'包括张紧器软管导向件165'，该张紧器软管导向件使柔性软管150路径在近端部170与第一软管导向件140a之间的偏转减小。减小后的偏转是通过将非零角度β增加到β'来实现的。软管张紧器160可例如通过将张紧器臂175连接到液压缸(未示出)来移动臂并且进而移动软管张紧器软管导向件160而沿着其弓形路径移动。液压缸还可固定到底座220或者第一臂分段110a。液压缸可连接到所论述的液压系统。

当关节臂100处于固定构造中时，也就是说，第一枢转接头130a设置在第一臂分段110a与第二臂分段110b之间的固定臂分段角度下，并且柔性软管150的远端部180并未连接到流体第二歧管，软管张紧器160'的第二构造将导致远端部180'相对于底座220处于较低的竖直位置。因此，当柔性软管150的远端部180连接到流体第二歧管并且流体第二歧管的竖直位置例如由于流体第二歧管(以及与其附接的浮动结构)的向下波浪起伏运动相对于底座220从位置180改变到远端部180'的位置时，通过将软管张紧器移动到位置160'，这种运动可得到补偿，并且保持了柔性软管150上的张力。

图3示出了在此描述的流体输送软管操纵器1的一个优选实施例。与图1或图2相同的附图标记对应于等效的元件。在这个实施例中，软管操纵器分别包括第一柔性软管150a和第二柔性软管150b，每根柔性软管分别具有独立的第一软管张紧器160a和第二软管张紧器160b。第一柔性软管150a和第二柔性软管150b可以具有20.32cm(8英寸)的内部孔直径和30m的长度。

还可存在歧管平台330，在该处，底座220连接到第一臂分段110a，来便于检查软管操纵器，并且尤其是便于将流体第一歧管310连接到第一软管150a和第二软管150b。

关节臂100包括第一臂分段110a、第二臂分段110b和第三臂分段110c。第一臂分段110a可在一个纵向端部处固定到底座220。第一臂分段110a在其另一纵向端部处通过第一枢转接头(未示出)而连接到第二臂分段110b。第一枢转接头的运动可通过第一臂分段液压缸230a来实现。呈现为滑轮的第一软管导向件140a可与第一枢转接头共用同一转动轴线。

第二臂分段110b和第三臂分段110c通过第二枢转接头(未示出)而连接起来。第二枢转接头的运动可通过第二臂分段液压缸230b来实现。呈现为滑轮的第二软管导向件140b可与第二枢转接头共用转动轴线。呈现为滑轮的第三软管导向件140c定位在第三臂分段110c的纵向轴线相对于第二枢转接头相反的端部处。第一滑轮软管导向件140a、第二滑轮软管导向件140b和第三滑轮软管导向件140c可具有与图2的实施例那些组成部分类似的组成部分。

第三臂分段110c可包括导向件通道，用于支撑和/或引导各在相应第二软管导向件140b与第三软管导向件140c之间的各柔性软管150a、150b。导向件通道可由金属或者合金构成，诸如铝或者9wt％镍钢，并且可以可选地衬有诸如TEFLON^TM的减小摩擦材料。

在该实施例中，第一软管导向件140a、第二软管导向件140b和第三软管导向件140c成对存在，其中第一柔性软管150a和第二柔性软管150b中的每一个具有专用的第一软管导向件、第二软管导向件和第三软管导向件。设置了第一软管张紧器160a和第二软管张紧器160b，第一柔性软管150a和第二柔性软管150b中的每一个各用一个。软管张紧器160a、160b存在于第二臂分段110b上。相应地，标称路径155a(用于第一柔性软管150a)适当地看作由切向连接第一软管导向件140a和第二软管导向件140b(第一软管导向件和第二软管导向件彼此邻近)的线限定。这是一种有益的构造，因为其向每个软管张紧器提供了较大的运动范围，从而使得柔性软管150a、150b的最大偏移得以增加。优选的是，软管张紧器160a、160b独立地操作。因此，第一柔性软管150a和第二柔性软管150b可承载不同密度、温度和/或压力等的流体，与此同时仍旧将柔性软管保持在恒定张力下。

每个软管张紧器160a、160b包括呈现为滑轮的张紧器软管导向件，以及包括张紧器液压缸240a、240b。张紧器液压缸240a、240b均可使张紧器软管导向件沿着相对于第二臂分段110b的纵向轴线成90度的路径、在平行于由三个臂分段110a、110b、110c的纵向轴线中的任何两个所限定的平面内移动。以这种方式，柔性软管150a、150b中每一个的路径可以从第一软管导向件140a和第二软管导向件140b之间的相应标称路径偏移。

每个柔性软管150a、150b在近端部处通过连接器连接到流体第一歧管310。在图3的实施例中，两根柔性软管通过第一Y接头连接到同一流体歧管。第一Y接头可具有用于净化、排放和/或干燥柔性软管的线路。第一Y接头可还包括孔板，以减小流体涌动的影响。然而，在一个可替代的实施例(未示出)中，第一软管150a和第二软管150b可连接到不同的流体歧管，从而承载相同流体或者不同流体。

每个柔性软管150a、150b的远端部可包括限制锥体190a、190b，以及可选择的应急释放联接器210a、210b。每个柔性软管的应急释放联接器210a、210b可联结到流体连接器，这里流体连接器以第二Y型连接器200的形式设置，以使得两个柔性软管都将流体输送到同一流体歧管。第二Y型连接器200可具有用于柔性软管150a、150b的净化、排放和/或干燥的线路。第二Y型连接器还可包括孔板，以减小流体涌动的影响。

假设存在的时间不足以经由第二Y型连接器200来实现脱开连接，应急释放连接器210a、210b操作以断开柔性软管150a、150b与第二Y型连接器之间的连接，由此将柔性软管150a、150b从它们与流体第二歧管的附接释放。应急释放联接器210a、210b可均包括双阀，以在应急脱开连接的情况下使从柔性软管150a、150b和流体第二歧管的任何溢出最小化。

第一臂分段液压缸230a、第二臂分段液压缸230b、张紧器液压缸240b以及应急释放联接器240a、240b可形成为液压系统的一部分。液压系统可通过可编程逻辑控制器进行操作。可编程逻辑控制器可提供液压缸的位置，以确定臂分段角度以及柔性软管的张力。

而且，将蓄能器增添到液压系统的高压回路中将确保即使是在丧失电动力或者液压动力的情况下也可能进行应急释放，尤其是对于切断第一柔性软管150a和第二柔性软管150b与第二Y型连接器200之间的连接进行应急释放，以及对于关节臂100和柔性软管150a、150b的收缩进行应急释放。用于应急释放联接器210a、210b的液压线路可通过集成管束(未示出)而设置到系杆250上的接线板。系杆250可典型地在限制锥体190a、190b(其可以限制卡圈190a、190b的形式设置)下方联结第一柔性软管150a和第二柔性软管150b。集成管束可以由引导线(未示出)支撑。

流体输送软管操纵器1还可包括位置监测系统，该位置监测系统监测柔性软管150a、150b的远端部的位置。该位置优选地被监测成相对于软管操纵器上的位置，诸如在臂分段110a、110b、110c上的位置或者在底座220上的位置。通过监测柔性软管150a、150b的远端部的位置，可以确定是否软管操纵器在可接受的操作包络范围内实施其功能。例如，可限制窄的连接极限操作包络范围，较宽的警示极限包络范围以及更宽的脱开连接极限包络范围。如果柔性软管150a、150b的远端部超过脱开连接极限包络范围，则例如通过集成管束经由液压系统可激活应急释放联接器。

位置监测系统可连接到可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器可经由液压系统控制下面事项中的一个或多个(优选全部)：关节臂100的臂分段110的构造，经由软管张紧器160的柔性软管150的张力，以及应急释放联接器210。

位置监测系统可例如是引导线或者万向系统。导向线可连接在位于柔性软管150a、150b的远端部上的系杆250与位于第三臂分段220c的端部上的万向头之间，该第三臂分段具有第三软管导向件140c。传感器(诸如激光器)可测量引导线在万向头处的角度。柔性软管150a、150b的远端部的场所因此可根据万向头角度以及引导线的长度来确定，用于给定的软管张紧器160a、160b的位置。

例如，图3的实施例具有大约30m长度的柔性软管，以及承载流体输送软管操纵器的FLSO与LNG载运船之间3.7m的最小锚固间隔，软管操纵器可在海洋条件下操作，在海洋条件下，对于升沉、涌动以及摇摆中的每一个。船舶的相对动态运动处于+/-0.75m之间。

多个软管操纵器可设置在FLSO上，例如，四个或五个软管操纵器，每个软管操纵器包括两根柔性软管，并且可位于歧管平台上。

图4A、4B和4C图释了位于FLSO300上的根据图3实施例的流体输送软管操纵器1的三个结构1a、1b和1c。

图4A示出了当没有用于流体输送时处于存储构造1a中的软管操纵器1。第一臂分段固定不动地固定到底座220，其中第一臂分段纵向轴线是竖直的，而第二臂分段和第三臂分段通过第一枢转接头、第二枢转接头、第一臂分段液压缸和第二臂分段液压缸而沿着其纵向轴线处于基本上竖直的构造中。显而易见的是，这种构造对于存储来说是有益的，因为其使软管操作器1的占用空间最小化。

图4B示出了当将LNG输送到LNG载运船400时处于操作构造1b中的软管操纵器1。可以在载运船400上的流体第二歧管410与软管操纵器1的底座220处于基本上相同高度时采用该操作构造。这可以例如在LNG载运船400是145000m³载体时发生。第一臂分段可固定不动地固定到底座220，其中第一臂分段的纵向轴线是竖直的，第二臂分段可通过第一枢转接头和第一臂分段液压缸而将其纵向轴线保持在基本上竖直的取向上，而第三臂分段可通过第二臂分段液压缸和第二枢转接头而被保持成从第二枢转接头的轴线测量典型地相对于水平方向处于-20到+20°的角度，更典型地相对于水平方向处于-15到+15°的角度。正如在此所使用的那样，术语“基本竖直”是用来表示在竖直方向的+/-10°范围内。

图4C示出了当将流体输送到LNG载运船400时处于操作构造1c中的软管操纵器1。可以在LNG载运船400上的流体第二歧管410明显低于软管操纵器1的底座220时采用该操作结构。这可以例如在LNG载运船400是10000m³载体时发生。第一臂分段可以固定不动地固定到底座220，其中第一臂分段的纵向轴线是竖直的，第二臂分段可通过第一枢转接头和第一臂分段液压缸而被保持成第二臂分段的纵向轴线从第一枢转接头测量相对于水平方向处于从-10到-30°的角度，而第三臂分段可通过第二臂分段液压缸和第二枢转接头而被保持成基本上竖直。

在另一个实施例中，还公开了一种使用在此描述的软管操纵器在第一结构和第二结构之间输送流体的方法，所述流体诸如是低温流体，例如LNG。当第一结构和第二结构中的至少一个(典型地两个都)是可动结构(优选地为浮动结构)时，该方法特别有益。

该方法可包括在第一结构上设置在此描述的流体输送软管操纵器。第一结构可以是第一非浮动结构，如离岸平台或防波堤，或者该第一结构可以是第一浮动结构，典型地为FSO、FPSO、FLSO或载运船。软管操纵器可以处于如上所述并且如图4A中1a所示的存储构造中。软管操纵器可连接到流体第一歧管，该流体第一歧管与一个或多个流体第一存储罐340流体连通。尤其是如果待输送的流体是低温流体(诸如LNG)，则所述一个或多个流体第一存储罐340可以是绝缘的、冷却的且被加压的第一流体存储罐中的一个或者多个。如果流体要被输送到的这些罐是空的或者部分满的，或者如果要将流体从这些罐输送出，则所述一个或多个流体第一存储罐可以是空的或者部分满的。

可提供了第二结构。第二结构可以是第一非浮动结构，如离岸固定平台或者防波堤，或者第二结构可以是第一浮动结构，典型地为FSO、FPSO、FLSO或载运船。第二结构可包括流体第二歧管，该流体第二歧管与一个或多个流体第二存储罐440流体连通。所述一个或多个流体第二存储罐可以类似于已经论述的流体第一存储罐。

第二结构的流体第二歧管应该与第一结构的软管操纵器对准，典型地与软管操纵器的柔性软管对准，更加典型地与柔性软管的远端部对准，再更加典型地与第二端部的连接器(诸如Y接头)对准。这种对准可通过移动第一结构和第二结构中的一个或者两个来实现。例如，当第一结构和第二结构中的一个或两个都是浮动结构时，它们可以定位在3.7m的最小距离处。当第一结构和第二结构都是浮动船时，该对准可通过并排布置来实现，例如右舷到左舷，或左舷至左舷、或者左舷到第二船舶的右舷。

在一个实施例中，第一流体歧管和第二流体歧管之间的最大竖直距离处于-19.2m到+3.7m的范围内。第一歧管和第二歧管之间的最大水平距离处于从9.6m到13.6m的范围内。第一歧管和第二歧管之间的最大横向偏移处于从-1.05m到+1.05m的范围内。

在一个实施例中，第一结构和第二结构是浮动结构。例如，如图4B和4C中所示，第一结构是FLSO300，而第二结构是LNG载运船400。在另一个实施例中，第一结构和第二结构中的一个是浮动结构，而另一个是非浮动结构，例如，第一结构可以是防波堤，而第二结构可以是LNG载运船。典型地，第一结构可以是LNG输入终端口和输出终端的防波堤，而第二结构可以是LNG载运船。

一旦流体第二歧管被对准，则软管操纵器可从存储位置1a移动到操作位置。操作系统的构造将依赖于流体第二歧管410的高度与底座220的高度的关系。图4B和4C示出了两种可能的操作构造1b和1c。

一旦已经采用诸如1b、1c的正确操作位置，则处于柔性软管远端部处的连接器(诸如Y型连接器)可连接到第二浮动结构(诸如LNG载运船400)的流体第二歧管410。这可以通过将连接器栓接到流体第二歧管410来实现。

然后可净化柔性软管。例如，当要被输送的流体是LNG时，净化流体可以是氮气。

然后，在第一结构和第二结构之间输送流体(诸如LNG)，第一结构和第二结构诸如是FLSO300和LNG载运船400。一旦已经完成流体输送，则可用净化流体净化柔性软管，净化流体诸如是氮气。然后，柔性软管的远端部的连接器与流体第二歧管410脱开连接。然后，可将软管操纵器返回到存储构造1a。然后可将第一结构和第二结构移动分开。

本领域技术人员将理解的是，本发明可以在不脱离所附权利要求范围的情况下以很多不同的方式来实现。

例如，臂分段中的典型地沿着关节臂距离与底座连接的第一臂分段最远的一个或多个分段可以是可伸缩的。尤其是，这种伸缩臂分段可以构造为改变臂分段沿着其纵向轴线的长度。该长度可通过液压缸来改变，该液压缸可连接到关节臂的液压系统。

Claims

1.一种流体输送软管操纵器，所述流体输送软管操纵器至少包括：

-底座，所述底座支撑所述第一臂分段；

-至少两个软管导向件；

2.如权利要求1所述的流体输送软管操纵器，其中，所述软管张紧器被支撑成远离所述臂分段之一，或者被支撑在所述底座上。

3.如权利要求1或2所述的流体输送软管操纵器，其中，软管张紧器包括张紧器软管导向件，所述张紧器软管导向件用于将所述至少一根柔性软管沿着从标称路径偏移一偏移量的路径进行引导，所述张紧器软管导向件在相对于标称路径具有横向方向分量的方向上能运动，由此柔性软管从标称路径偏移的偏移量是可变的。

4.如上述权利要求中任一项所述的流体输送软管操纵器，其中，所述至少一个软管张紧器连接到底座。

5.如前述权利要求中任一项所述的流体输送软管操纵器，其中，所述至少一个软管张紧器连接到第二臂分段。

6.如前述权利要求中任一项所述的流体输送软管操纵器，其中，软管导向件中的一个或者多个是滑轮，优选全部软管导向件是滑轮。

7.如前述权利要求中任一项所述的流体输送软管操纵器，所述流体输送软管操纵器还包括第三臂分段和另一软管导向件，所述第三臂分段通过第二枢转接头连接到所述第二臂分段，并且使所述另一软管导向件定位于第三臂分段上，所述柔性软管沿着第三臂分段的纵向轴线可动地延伸。

8.如前述权利要求中任一项所述的流体输送软管操纵器，其中，所述至少一根柔性软管还包括近端部和远端部，所述近端部与流体第一储罐流体连通，并且所述远端部包括限制锥体和流体连接器。

9.如权利要求8所述的流体输送软管操纵器，其中，远端部还包括应急释放联接器。

10.如权利要求8或9所述的流体输送软管操纵器，所述流体输送软管操纵器还包括位置监测系统，所述位置监测系统用于监测柔性软管的远端部的位置，优选地监测柔性软管的远端部相对于臂分段之一上的参考位置的位置。

11.如权利要求10所述的流体输送软管操纵器，其中，位置监测系统包括位置传感器，所述位置传感器连接到臂分段之一的端部，优选地连接到第三臂分段的端部，以测量柔性软管的远端部的位置。

12.如前述权利要求中任一项所述的流体输送软管操纵器，所述流体输送软管操纵器包括用于流体输送的两根柔性软管，每根所述柔性软管具有专用的软管导向件和张紧器。

13.如前述权利要求中任一项所述的流体输送软管操纵器，其中，流体是低温流体，例如液化天然气。

14.一种在第一结构与第二结构之间输送流体的方法，其中第一结构和第二结构中的至少一个是可动结构，所述可动结构典型地为浮动结构，所述方法至少包括以下步骤：

-提供第一结构，所述第一结构包括根据权利要求1到13中任一项所述的流体输送软管操纵器，所述流体输送软管操纵器的所述至少一根柔性软管具有近端部和远端部，所述近端部连接到流体第一歧管；

-提供第二结构，所述第二结构包括流体第二歧管；

-将所述至少一根柔性软管的远端部连接到流体第二歧管；

-净化所述至少一根柔性软管；

-使流体流过所述至少一根柔性软管；

-净化所述至少一根柔性软管；

15.如权利要求14所述的方法，其中流体第一歧管与至少一个流体第一储罐流体连接，并且流体第二歧管与至少一个流体第二储罐流体连接。