CN111511636B - 在浮式结构与固定或浮式结构之间传输低温产品的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将低温产品从用于存储低温产品的第一浮式结构(330)传输至用于存储低温产品的第二固定或浮式结构的设备，包括构造成用于在与第一浮式结构联接的管道(300)和与第二固定或浮式结构联接的管道(200)之间输送低温产品的管(100)。所述管(100)是刚性的，由浮力装置(400)承载，通过适于输送低温产品并允许至少一种自由度的连接装置(600)成对地流体连接。本发明还涉及一种使低温产品输送设备收起的方法。

Description

在浮式结构与固定或浮式结构之间传输低温产品的设备
技术领域
本发明涉及一种用于在用于存储低温产品的第一浮式结构(例如甲烷输送船)与用于储存低温产品的第二固定或浮式结构(例如码头或被转换成FSRU(FSRU表示浮式存储和再气化单元)型接收终端的甲烷输送船)之间传输低温产品的设备。低温产品可以非限制性地是液化气，例如液态乙烷、液化天然气(以下称为“LNG”)或液态乙烯。
背景技术
为能够省去用于在例如甲烷输送船和陆地之间进行低温产品传输的传统码头和桥梁——但事实证明这样成本非常高昂并且需要大量实施，考虑通过在海床上铺设具有双层外壳的刚性低温管或通过浮式挠性低温管进行这种传输。
然而，第一种替代解决方案受到很大制约，特别是在低温管线的制造和安装方面，而第二种解决方案由于挠性管的内壁粗糙而具有高压力损失。
发明内容
本发明旨在提供一种用于将低温产品从用于存储低温产品的第一浮式结构传输至用于存储低温产品的第二固定或浮式结构的设备，该设备不具有上述缺点并且还具有其他优点。
为此，根据第一方面，本发明涉及一种用于将低温产品从用于存储低温产品的第一浮式结构传输至用于存储低温产品的第二固定或浮式结构的设备，所述设备包括多根管，管构造成用于在与第一浮式结构联接的管道和与第二固定或浮式结构联接的管道之间输送低温产品，所述设备的特征在于，所述管是刚性的，由浮力装置承载，通过适于输送低温产品并允许至少一种自由度的连接装置成对地流体连通。
这种解决方案具有许多优点，特别是快速安装的优点、采用特别构造用于传输低温产品及尤其由于可以快速重定位而具有很大灵活性的管的优点。
实际上，当提供单一种自由度时，其优选是一根管相对于另一根管的大体水平轴线旋转。
然而，优选提供至少两种自由度，在这种情况下，其优选是两种彼此垂直轴线旋转。
上述这类布置允许更好地适应波浪的运动和第一浮式结构的运动两者。
根据孤立地采用或彼此结合采用的其他可能特征：
-所述浮力装置包括彼此联接或铰接的浮子，或包括配有锚固至水域水床用的装置的浮标；
-浮力装置通过铰接件联接至管；
-浮力装置沿竖直轴线铰接至管；
-每个浮力装置包括能使管滑动的管支撑件和/或包括用于将管紧固至浮力装置的支撑件；
-浮力装置数量为：每根管一个浮力装置，并且浮力装置平行于管布置；或者每根管两个浮力装置，并且浮力装置垂直于管布置；
-至少一个流体连接装置在相继两根管的两端之间包括由至少三个低温旋转接头和连接低温旋转接头的管弯头形成的组件，以便以至少三种旋转自由度连接管；
-低温旋转接头的数量是6个，以便提供六种自由度；
-至少一个流体连接装置是挠性管，构造成与第一刚性管的自由端和第二刚性管的自由端配合；并且，所述挠性管构造成输送低温产品；
-所述设备构造成通过机械联接装置联接至第二固定或浮式结构，所述机械联接装置包括一个或多个通过枢轴联接件或滑动联接件铰接至设备和第二固定或浮式结构的臂杆；
-所述设备包括构造成输送低温产品、并提供最末端刚性管与联接至第二固定或浮式结构的管道之间联接的挠性管。
-所述设备构造成通过机械联接装置和流体联接装置联接至第二固定或浮式结构的管道；
-所述设备包括低温接口，低温接口包括低温管，低温管构造成提供最末端管和第一浮式结构的处在更高高度的目标管道之间的流体联接；
-流体连接装置、必要时还有浮力装置之间的联接装置，构造成能围绕大体竖直的旋转轴线旋转180°，以能将管和浮力装置彼此平行地布置，而浮力装置布置成不会干扰这种旋转。
根据第二方面，本发明涉及一种用于收起设备的方法，其中所述设备包括至少三个流体输送单元，每个流体输送单元均包括承载管的浮力装置，所述方法包括用以将至少两个流体输送单元中的一个收起在另一个上的如下步骤：
-使第一流体输送单元通过围绕旋转轴旋转至少180°而折叠到相继的第二流体输送单元上；
-使所述第二流体输送单元通过围绕旋转轴线旋转至少-180°而折叠到第三流体输送单元上；以及可选地
-使彼此折叠在一起的第一、第二和第三流体输送单元旋转以使如此形成的组件沿预定方向定向。
附图说明
在以下参照附图进行的对非限制性示例的描述中，将进一步体现出本发明的其他特点和优点，附图中：
-图1是根据本发明实施例的设备的俯视示意图；
-图2A是根据本发明实施例的浮力装置的侧视示意图；
-图2B是根据本发明第二实施例的浮力装置的侧视示意图；
-图2C是根据本发明第三实施例的浮力装置的侧视示意图；
-图3A是根据本发明实施例的连接装置的侧视示意图；
-图3B是根据本发明第二实施例的连接装置的侧视示意图；
-图3C是根据本发明第三实施例的连接装置的侧视示意图；
-图3D是根据本发明第四实施例的浮力装置的俯视示意图；
-图4A是根据本发明实施例的用于连接至浮式或固定结构的装置的侧视示意图；
-图4B是根据本发明第二实施例的用于连接至浮式或固定结构的装置的侧视示意图；
-图4C是根据本发明第三实施例的用于连接至固定结构的装置的侧视示意图；
-图5是根据本发明实施例的设备呈折叠模式的俯视示意图。
具体实施方式
图1示出传输设备、更具体而言此处为用于卸载的设备的俯视示意图，该设备包括：通过连接装置500联接在一起的多根管100；在此联接至固定结构的管道200；在浮式结构(在此为甲烷输送船)330上布置的管道300；和浮力装置400。
此处示出的设备包括13个连接装置500、14个浮力装置400并且每个浮力装置一根管。当然，设备中装置的数量可以有所不同。
此外，在此每根管都具有一致横截面，但作为变型，这可以变化。
联接至固定结构(在此为码头)的管道200，将用于存储低温产品(图1中未显示)的设备联接至管100。
作为变型，管道可以联接至浮式结构，例如FSRU。
布置在浮式结构330上的管道300在此处通过低温接口310联接至低温产品传输设备，低温接口可以在显示必要时补偿传输设备与甲烷输送船目标管道位置之间的高度差。
实际上，该低温接口包括适于输送低温产品并适于联接至管100以及适于联接至浮式结构330的管道300的管，例如从专利申请FR2813812中已知类型的短长度的挠性低温管或铰接传输臂。在此其是一种挠性管。
作为变型，这种臂安装在浮式结构330上，以提供浮式结构与接口310的联接。
仍然可以从图1中看出，低温产品接口310实际上是浮箱。
此外，机械联接装置能使低温产品接口310相对于浮式结构330的纵向方向大体上垂直保持。机械联接装置例如是属于低温产品接口310或属于浮式结构330的系泊缆。因此，通向浮式结构管道的侧面与低温产品接口310相对。接口310还可以例如经由锚链锚固于地中。
在图1所示的实施例中，例如，浮式结构330本身通过四个紧固装置320系泊住。这些紧固装置320允许在低温产品传输期间限制浮式结构的运动。
它们例如可以是常规的系泊装置，例如常规的浮标系泊，或者可以是多浮标系泊。这些系泊装置是锚固到地中并通过联接缆联接至甲烷输送船的浮标。
低温接口310也可以包括机动化装置，机动化装置适于能使低温接口310移动以达到管道300或在一实施例中，如在以下描述中详述的折叠所述设备。
低温接口310也可以不包括机动化装置。在这种情况下，通过拖船或适合于使低温接口310朝向浮式结构330移动的任何其他船只，或通过适合移动低温接口310以进行连接和收起的缆索和绞车系统，来使低温接口移向浮式结构330的管道300。
在示出的实施例中，管100联接至浮力装置400。
借助于浮力装置400，管100在此高于海面水位。
在另一实施例中，浮力装置400可以集成一体于管100。
在示出的实施例中，至少一根管100联接至浮力装置400。每根管100包括两端，且每端通过连接装置500联接至直接相邻的相继管100。
实际上，在图1的实施例中，是每个浮力装置400对应一根管100。管100和浮力装置400具有大体上相同的长度。
管100大体上相对于浮力装置400平行布置。在替代实施例中，管100可相对于浮力装置400垂直地布置，如下述图3D所示的。
在例如图2a所示的实施例中，浮力装置400由一系列浮子401a构成，该一系列浮子401a通过允许具有至少一种自由度的刚性联接臂402联接在一起。
每个浮子401包括面对其他浮子401a的两个相对的侧面，这两个相对的侧面具有用于固定刚性联接臂402的两个点。在浮子401a的一侧面上联接有两个刚性联接臂402。这些刚性联接臂402经由球窝接头联接件403与另一个浮子401a的另外两个刚性联接臂402相联接。该联接件403能使浮子401a根据海洋运动自由地移动而不会丧失掉联接。
在实施例中，联接是可逆的，可以断开例如以便输送浮子401a。
在实施例中，每个浮子可以包括一个、三个或更多的刚性联接臂402。
还选择刚性联接臂402的长度以减小流体连接件处的应力。
当然，刚性联接臂402可以具有其他实施例。
实际上，这种机械联接特别允许通过浮力装置而不是通过流体连接装置来使机械载荷通过，从而可以简化流体连接装置的设计并增加其使用寿命。
浮子401a通常由聚乙烯制成。在实施例中，每个浮子400由塑料材料制成。该材料的优点是在海洋环境中是惰性的或至少具有低反应性。
在图2b所示的浮力装置的第二实施例中，浮标401b通过可拆卸或固定到海底的紧固件保持在平衡位置附近。
该实施例的优点在于，当海洋或海流的运动变得太大时最小化浮标401b上的力。换言之，减小机械联接件和流体联接件两者中的应力。
每个浮标401b通过联接缆索408联接到一个或多个锚固点406。
联接缆索408通常可以是金属或合成缆索，或者可以是链。
锚固点406通常是系泊锚或浸没的系泊块。锚固点406可以是浸没式结构，只要不需要与建造栈桥一样大量的工程即可。
联接缆索408的长度足以使每个浮标能够在平衡位置附近随着海洋的运动而运动。
在图2C所示的浮力装置的第三实施例中，每个浮子401b包括至少两个联接装置405。联接装置405紧固至相邻浮子401b的未浸没的对面端。
在该实施例中，联接装置是具有的直径足以允许联接缆索407在浮标401b之间通过的环405。
参考图3A至3C，适于输送低温产品的一根管100联接至一个或多个浮子401a、401c。
在另一个实施例中，两根或更多根管100也可以布置在同一浮子400上。在这些管100中，一些管100还适于沿与低温产品输送方向相反的方向输送天然气蒸汽。这些返回管还可以使压力损失最小化。
管100通常是构造成输送低温产品的刚性管。实际上，这种类型的管100包括光滑的内壁。光滑的内壁具有低摩擦系数。该特征允许减少运动的低温产品内的湍流。
因此减少了压力损失且可以在使压力损失最小化的同时，在长距离上最佳地输送低温产品。
管100可以由构造成用于低温输送的不锈钢制成。然而，管100可以很好地由适合于低温输送的其他材料制成，这类其它材料例如是铝、锰基合金、镍基合金、塑料材料和复合材料。必要时，管100可以是绝热的。
参考图3A，示出了连接装置的第一实施例。
在该实施例中，每个刚性管100通过至少两个联接装置611、612靠置在浮子401a上，以最小化在刚性管100上的弯曲力。
两个联接装置611、612在此布置在浮子401a的未浸没的上表面上。每个联接装置611、612在此布置为尽可能靠近流体连接装置610。
在该实施例中，联接装置中的一个是固定在浮子上并包括滑动运动引导管611的支撑件611，另一个联接装置是用于将管100紧固至静态浮子400的支撑件612。
滑动运动引导管611具有直径足以使管100特别是在膨胀情况下能在其内部滑动的导管。
仍然在图3A所示的实施例中，管100使用流体连接装置而彼此联接。
在该实施例中，连接装置是适于输送低温产品的挠性管610，其长度相对于布置在浮子上的管100的长度而言更短。每个挠性管610还具有足够的长度以使得浮子401a能够根据海洋运动相对于彼此移动。然而，挠性管610的长度还被选择为足够短，以避免挠性管610引起过度的压力损失。挠性管610和刚性管100之间的联接当然是实现成对流体密封的。
因此，每个挠性管610在其两端的每一端处都联接至一刚性管100。
这种类型的连接装置也是图1的管100的连接装置。
在图3B所示的替代实施例中，流体连接装置包括一组620通过管弯头联接的六个低温旋转接头。
组件构造成能够提供六种自由度，并且在其每个自由端处被焊接到相邻管100的弯曲端。
两个相继浮子401a之间的机械连接装置在这里具有足够的长度，以使刚性管100之间的流体连接装置620随着海洋运动和由于温度变化引起的管100的尺寸变化而移动。
因此，管100之间的这些流体连接装置620的六种自由度允许减小在其处的应力。
还将进一步观察到，管100通过与图3A联接装置相同的联接装置联接至浮子401a。
在图3C所示的另一替代实施例中，连接装置630仅包括三个旋转接头或旋转连接器(631-633)。因此，组件包括由第一旋转连接器631、然后是管弯头、然后是与第一连接器形成90°角的第二旋转连接器632形成的组合。第一连接器由第三连接器633补充，第三连接器633通过管弯头连接至第二连接器并与第二连接器形成90°的角。这些组件的旋转连接器在这里也都是低温的。
因此，这些流体连接装置只有三种自由度(三种垂直轴线旋转)，并且这些自由度表示一种相对图3B中所示的连接装置620经过了简化的连接装置。
仍然在可以与其他实施例结合的该实施例中，刚性管100被紧固至一个或彼此间隔开的多个浮子401c。每个浮子401c垂直于管100的一端地位于该端附近。因此，管100的弯曲力获得最小化。
当然，一个、两个、三个、四个或更多个浮子401c可以紧固在管100下方。
仍然在该实施例中，管100和浮子401c之间的联接件612是固定联接件。
换言之，在管100和浮子之间不允许存在任何自由度。
固定联接件612不会阻止管100随着温度变化发生收缩或膨胀。它们例如是夹圈。
当然，在该实施例中可以使用允许刚性管100之间的至少一种自由度的其他流体连接装置。
在图3D所示的另一替代实施例中，连接装置631-633对应于图3C的实施例中所示的连接装置。
仍然在可以与其他实施例结合的该实施例中，每个刚性管100都连接到一个或多个浮子401c。
每个浮子401c通过具有竖直轴线的枢轴型的联接件613联接至管，该联接件613被构造成使浮子能够随着海洋运动而移动。浮子因此可以使其自身沿水流方向被动地取向，以最小化施加在传输设备上的流体动力。
在该实施例中，管100优选地相对于每个浮子401c的中部偏心地布置。选择浮子401c的位置和数量，以确保设备的稳定性并避免浮子401c之间的干扰。
在此结合图3A所示的装置，在图4A中示出了用于连接至布置在固定或浮式结构上的管道200的连接装置的实施例。
在该实施例中，管道200通过机械联接装置212和流体联接装置211联接至低温产品传输设备。
流体联接装置在这里是适于输送低温产品的挠性管211。挠性管211在布置在诸如码头的固定结构710上的管道200与属于低温产品输送设备的末端刚性管100之间形成流体联接。挠性管211具有足够的长度，以不会受到管道200和属于该设备的刚性管100之间高差所导致的牵引力恒定作用。
在该实施例中，机械联接件是通过刚性臂212形成的。臂212是刚性的，以便使最后一个浮子400和布置在固定结构上的管道200之间保持平均距离，并且允许进行特别是由潮汐产生的必要的竖直运动。臂212的一端连接至固定结构710的侧表面711，而另一端连接至设备最后一个浮子400的侧面410。通常通过布置成使得浮标400能够随着潮汐上升和下降的球窝接头或枢轴(这里数量为2个)形成联接。
在图4B中结合图3A的连接装置示出了用于管道200连接的第二实施例。
在该实施例中，流体联接装置是挠性管211，构造成输送低温产品，并且与图4A所示的流体联接装置类似。
机械联接装置在此通过滑动联接件形成。
实际上，竖直臂2222被紧固至码头710，并且最后一个浮子401a通过具有竖直轴线的滑动枢轴联接件2223与该竖直臂2222配合，以使得最后一个浮子401a能够上升和下降。
作为变型，它可以是滑动联接件，还可以设想实现一种或另一种类型的多于一个的联接件。
在图4C中与图3C中示出的装置相结合，示出管道200的第三实施例。
在此，连接发生在倾斜的固定结构例如海岸720上。
在该连接实施例中，海岸720的表面已经构造为使得端部浮子401a能够靠置在海岸上并且使得传输设备与管道200之间能够对应。
最后一根或几根管也可以靠置在布置在海岸720上的柱桩，例如靠置在图4C中带有附图标记721的柱桩上。
根据水位，浮子漂浮或靠置在海岸720上。
参考图1和5，现在将描述低温产品输送设备的伸展和收起的方法。
在图5中，该设备以存储位置示出。
在收起阶段，低温产品接口310与浮式结构330以机械和流体方式分离。
在第二步骤中，将浮力装置400彼此抵靠折叠。因此，浮力装置400和管100大体上彼此平行。
在第三步骤中，使与管道200相邻的倒数第二个浮子相对于与管道200接触的最后一个浮力装置400以大体上为90°的角度翻折。因此，低温产品输送设备通过大体上平行于海岸或码头布置而不会阻占水域，并且可以根据需要展开。
作为变型，在附加步骤中，该设备与管道200以流体和机械方式断开。
在此变型中，设备可以存放在陆地上。因此，该设备不会对海岸线造成阻占。
在展开阶段，在第一步骤中，与管道200相邻的倒数第二个浮力装置400相对于与管道200接触的最后一个浮力装置400以大体90°的角度展开。展开既可以通过电动机驱动的低温接口310来实现，也可以通过拖船或如上所述的缆索和绞车系统来实现。
在第二步骤中，浮力装置400相对于彼此展开。因此，浮力装置400和管100沿纵向方向大体上对齐。
在第三步骤中，将低温产品接口310以机械和流体方式连接至浮式结构330。
实际上，流体连接装置、以及必要时浮力装置的联接装置因此必须能够使管100和浮力装置旋转180°，而浮力装置必须布置为不会干扰旋转。
这里正是对于如图1所示的输送设备的情况。作为变型，具有旋转接头式连接装置的输送设备也可以构造为实现这种折叠。
根据情况，可以有许多其他变型，并且在这方面要注意的是，本发明并不限于示出和描述过的实施例。

Claims (14)

1.一种用于将低温产品从用于存储低温产品的第一浮式结构(330)传输至用于存储低温产品的第二固定或浮式结构的设备，所述设备包括多根管(100)，管构造成用于在与第一浮式结构联接的管道(300)和与第二固定或浮式结构联接的管道(200)之间输送低温产品，所述管(100)是刚性的；所述设备还包括用于承载管的浮力装置(400)以及流体连接装置(600)，流体连接装置用于使管成对地流体连通，所述流体连接装置适于输送低温产品并允许至少一种自由度；并且，其特征在于，每个浮力装置(400)包括能使管滑动的管支撑件(611)和用于将管紧固至浮力装置(400)的支撑件(612)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述浮力装置(400)包括彼此联接的浮子(402、403)，或包括配有锚固至水域水床用的装置的浮标。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其特征在于，浮力装置数量为：每根管一个浮力装置，并且浮力装置平行于管布置；或者每根管两个浮力装置，并且浮力装置垂直于管布置。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个流体连接装置在相继两根管(100)的两端之间包括由至少三个低温旋转接头和连接低温旋转接头的管弯头形成的组件(630)，以便以至少三种旋转自由度连接管(100)。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，低温旋转接头的数量是6个，以便提供六种自由度。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个流体连接装置是挠性管(610)，构造成与第一刚性管(100)的自由端和第二刚性管(100)的自由端配合；并且，所述挠性管(610)构造成输送低温产品。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备构造成通过机械联接装置(212)联接至第二固定或浮式结构，所述机械联接装置(212)包括一个或多个通过枢轴联接件或滑动联接件铰接至设备和第二固定或浮式结构的臂杆。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括构造成输送低温产品、并提供最末端刚性管与联接至第二固定或浮式结构的管道之间联接的挠性管(211)。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备构造成通过机械联接装置(212)和流体联接装置(211)联接至第二固定或浮式结构的管道(200)。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括低温接口，低温接口包括低温管，低温管构造成提供最末端管和第一浮式结构的处在更高高度的目标管道之间的流体联接。
11.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，流体连接装置、在所述浮力装置包括彼此联接的浮子的情况下还有浮力装置之间的联接装置，构造成允许围绕大体竖直的旋转轴线旋转180°，以能将管和浮力装置彼此平行地布置，而浮力装置布置成不会干扰这种旋转。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，流体连接装置构造成允许围绕大体竖直的旋转轴线旋转180°，以能将管和浮力装置彼此平行地布置，而浮力装置布置成不会干扰这种旋转。
13.一种用于将根据权利要求11或12所述的设备收起到存储位置的方法，其中所述设备包括至少三个流体输送单元，每个流体输送单元均包括承载管(100)的浮力装置(400)，所述方法包括用以将至少两个流体输送单元折叠到另一个流体输送单元上以将设备收起到存储位置的如下步骤：
-使第一流体输送单元从所述至少三个流体输送单元沿纵向方向大体上对齐的展开的位置通过围绕旋转轴旋转至少180°而折叠到相继的第二流体输送单元上；和
-使所述第二流体输送单元通过围绕旋转轴线旋转至少-180°而折叠到第三流体输送单元上。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使彼此折叠在一起的第一、第二和第三流体输送单元旋转以使如此形成的组件沿预定方向定向的步骤。
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