DE3117203A1

DE3117203A1 - "unterwasser-kupplungseinheit"

Info

Publication number: DE3117203A1
Application number: DE19813117203
Authority: DE
Inventors: Joachim Ing.(grad.) 3043 Schneverdingen Gröger; Heinz 2000 Hamburg Knappich; Bernd Ing.(grad.) 2000 Hamburg Michaelsen; Hans Dipl.-Naut. 4300 Essen Sander; Ingo Sauer; Konrad Dr.-Ing. 2107 Rosengarten Wilke
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Priority date: 1981-04-30
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1982-11-25
Also published as: GB2103745B; NO821401L; GB2103745A; DE3117203C2

Description

31'7 ° C

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Z 13PTL-BH/Sa/mar Theodor-Stern-Kai 1 HH 81/08

D-6000 Frankfurt 70

"Unterwasser-Kupplungseinheit¹¹

Die Erfindung "betrifft eine Uhterwasser-Kupplungseinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Es sind schon mehrere Systeme bekannt, die sich mit der ölübergabe aus ölfÖrderleitungen in Tanker befassen, die dann das Erdöl in küstennahe Verarbeitungsstätten bringen. Diese Systeme sind vornehmlich für Erdölfelder und Produktionsanlagen entworfen worden, die in Küstennähe liegen. So ist beispielsweise ein System in einer iPirmendruckschrift der Firma Kongsberg Engineering A.S. , !Torwegen, unter dem (Titel "A new Offshore Loading System directly from the seabed" veröffentlicht worden. Hiernach wird ein Tanker dynamisch über einem Bohrloch positioniert. Ein flexibler Hiser, der auf einer Speichertrommel aufgewickelt ist, wird über einen Kran zum Meeresboden abgesenkt. Der Kran ist mit einer sogenannten "heave"-Kompensation ausgestattet, mit der Schiffsbewegungen während des Absenkvorganges ausgeglichen werden sollen. Das untere Jinde des

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Risers ist mit Steuerantrieben und einer Kupplungseinrichtung versehen, die eine Verbindung mit den unterseeischen Anschlußteilen der ölförderleitung ermöglichen. Damit können Ladungsbojen oder Türme, die sich an der Wasseroberfläche befinden, vermieden werden. Der wesentliche Nachteil dieses Systems ist darin zu sehen, daß der fiiser an der Leeseite des Schiffes in das Wasser eintaucht und bei stärkerem Wellengang außerordentlich hoch beansprucht wird.

Ein anderes System, veröffentlicht in der Zeitschrift "Offshore", März 1980, Seiten 61 und 62, sieht einen Tanker mit einem sogenannten Moonpool, d. h. einer zylindrischen, den Schiffsrumpf in senkrechter Kichtung durchsetzenden öffnung vor, durch die von einem über der Decksöffnung befindlichen Kran ein flexibler Hiser mit einem Kopfteil ins Wasser abgesenkt wird. Der Tanker ist vorher über dem Bohrloch dynamisch positioniert worden. Mit Hilfe von Transpondern am Bohrlochkopf und einer Fernsehkamera wird das Kopfteil des Risers auf den Bohrlochkopf aufgesetzt, verriegelt und die Schlauchverbindung hergestellt.

Schließlich ist eine Olübernahme-Einrichtung aus der DE-AS 29 21 890 bekannt, bei der von einem Tanker ein Kupplungselement abgesenkt wird, das mittels Hydrophonen posifcionierbar und mittels Propellerantrieben steuerbar ist. Dieses Kupplungselement wird zu einer in einer bestimmten Wassertiefe verankerten Übergabeeinheit gesteuert und an dieser mechanisch gekuppelt. Danach wird die Schlauchverbindung hergestellt, womit die Olübernahme erfolgen kann.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist nun darin zu sehen, eine Unterwasser-Kupplungseinheit zu schaffen, die mit geringem technischem Aufwand unter Ausnutzung an Bord des Wasserfahrzeuges vorhandener Anlagenteile feinfühlig in eine nahezu ortsfeste G-egenkupplung gesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Ein wesentlicher Vorteil der Kupplungseinheit nach der .Erfindung ist darin zu sehen, daß eine Verbindung des Olübergabeschlauches mit dem Kupplungsteil an der Olübergabeeinheit bis zu größeren Windstärken (9 Bft) hergestellt werden kann. Der Olübergabeschlauch wird, da er im Inneren des Schiffes in das tiefer liegende Wasser abgesenkt wird, nicht mehr durch Seegang und Seeschlag hoch beansprucht. Schließlich wird das sogenannte Wetterfenster zusätzlich vergrößert und damit der Öltransport von der Bohrstelle zur Verarbeitungsstätte wirtschaftlicher.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Dnteransprüchen gekennzeichnet.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen nähere Erläuterungen gegeben werden. Es zeigen
Pig. 1 eine allgemeine Darstellung eines Tankers über der Olübergabestelle,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Tanker in Höhe des Moonpools und die auf dem Meeresboden verankerte Olübergabeeinrichtung und

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Fig. 3 die &upplungseinheit im Detail.

Nach Ji'ig. 1 ist ein Tanker 1 über einer Beladungsstelle dynamisch positioniert worden. Der Einfachheit halber ist die Positionierungsanlage als üchallsender oder Hydrophon dargestellt, die auf dem Meeresboden 2 mit dem Bezugszeichen 3 und am Schiffsboden mit 4 bezeichnet sind. Eine Übergabeeinheit 5 ist auf dem Meeresboden 2 verankert und mit einer Ölförderleitung 6 verbunden, die von einer Produktionsplattform oder von öl vorrat sbe haltern herangeführt wird. Vom 'Janker ist durch den Moonpool 7 der Hiser 8 mit der Kupplungseinheit 9 abgesenkt und mit Hilfe von noch näher zu beschreibenden Meßsystemen an die Übergabeeinheit 5 herangeführt und mit dieser fest verbunden worden. In dieser Lage von Schiff 1 und Übergabeeinheit 5 zueinander, die durch die dynamische Positionierung gehalten wird, kann die Olübemahme erfolgen. Ist der Ladevorgang beendet, wird die Kupplung zwischen den Teilen 5 und 9 gelöst, der Kiser wieder an Bord genommen und der Tanker .kann den Beladungsort verlassen.

Aus dem Querschnitt nach Ji'ig. 2 ist ersichtlich, daß der Moonpool 7 unsymmetrisch zur Längsachse des Tankers 1 angeordnet ist. Der Moonpool weist mehrere Ji'ührungsbahnen, von denen zwei mit den Bezugszeichen 10 und 11 bezeichnet sind, auf, in denen ein Wagen 12 mit Hollen 13 o. ä. geführt ist. Der Wagen 12, der in der unteren dargestellten und in einer oberen Endlage im Moonpool arretier-bär ist, dient zur sicheren Führung der Jiupplungseinheit 9 im Maonpool während des üievens und !Marens. Zu diesem Zweck ^sitzt

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der Wagen 12 eine an die obere Konusform der Kupplungseinheit 9 angepasste Ausbildung.

Die Kupplungseinheit 9 wird durch eine Hebeeinrichtung an Deck des Schiffes bewegt, die aus einem Mast 14 mit einem Ausleger 15 besteht, an denen Dinlenkrollen 16 und 17 gelagert sind. Eine weitere Umlenkrolle 18 mit senkrechter Lagerachse ist in Kichtung des Doppelpfeiles 19 zur Bewegungskompensation beweglich gelagert. Der ölübergabeschlauch 8, der mit der Kupplungseinheit 9 verbunden ist, ist über die üollen 16, 17 und 18 geführt, auf einer nicht dargestellten Speichertrommel aufgewickelt und mit seinem bordseitigen Ende mit dem Be- und Entladesystem des Tankers verbunden. Der Doppelpfeil 20 soll mit seiner oberen Pfeilspitze andeuten, daß die Entladeöl- oder Ballastpumpe während des Absenkvorganges der Kupplungseinheit 9 Druckwasser aus dem Ballastsystem des Tankers durch den ölübergabeschlauch 8 fördert, um über Steuerdüsen 21 in der Kupplungseinheit 9 Positionsveränderungen hervorzurufen.

In 5¹Xg. 2 ist die Kupplungseinheit 9 während des Absenkvorganges kurz vor Eintritt in die auf dem Meeresboden verankerte Übergabeeinheit 5 dargestellt. Mit Hilfe von Meß- und Üb er wachungs systemen 22 und 23 an der Kupplungseinheit 9 und der Übergäbeeinheit 5 wird die Kupplungseinheit so gesteuert, daß sie mit ihrem unteren kegelförmigen Teil 24- in die von auf dem Umfang der Übergäbeeinheit 5 verteilten Einlaufflächen 25 gebildete trichterförmige öffnung einführt. Die Kupplungseinheit wird dann so weit abgesenkt bis der untere Stutzen 26 mit dem Kupplungsteil 27 der Üb ergäbe einheit; 5 mechanisch verriegelt

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und die üclilauchverbindung hergestellt worden ist. Danach werden ein Kugelventil in der JK.upplung3einh.eit 9 und ein weiteres Ventil in der Üb ergäbe einheit 5 durch .Fernsteuerung vom Tanker geöffnet. Nach Herstellung der üchlauchverbindung wird die Ladeölpumpe auf der Produktionseinheit eingeschaltet und der Ladevorgang kann beginnen. Die ölübernahme ist durch die untere Pfeilspitze des Doppelpfeiles 20 angedeutet.

In Fig. 3 ist die Kupplungseinheit 9 mit dem Olübergabeschlauch 8 und dem Kupplungsteil 27 der Olübergabeeinheit genauer im Schnitt dargestellt. Die doppeLfconusförmige Form der Kupplungseinheit dient, wie bereits erläutert, mit dem oberen Teil 28 zur Erleichterung des Einfahrens in den Moonpool-Wagen 12 und mit dem unteren Teil 2A- in die Einlauffläche 25 der Olübergabeeinheit. Diese sind in der eingefahrenen Position gestrichelt angedeutet. Zum Schutz der Schlauchleitung 8 beim Einfahren in den Moonpoolwagen 12 dient eine Hülse 29 mit Kragen, für die eine entsprechende Aussparung im Vagen 12 vorgesehen ist. Die Schlauchleitung 8 ist im Inneren der Kupplungseinheit 9 durch üohrstücJce 30 und 31 mit einem zwischengeschalteten Dreiwegeventil 32 ersetzt. An das Dreiwegeventil 32 LSt eine Hingleitung 33 angeschlossen. Mit der üingleitung können mehrere, beispielsweise 4- senkrecht zueinander liegende Ausstoßdüsen verbunden sein, von denen zwei 21 und 21' in der Zeichnung dargestellt sind. Um eine üteuermöglichkeit zu schaffen, kann jede Ausstoßdüse Z1 mit einem besonderen Absperrventil 34· verschlossen werden.

Diese Ventile, die mit Dronselklappen 35 ausgesta "et sind, können beispielsweise bei 3b mit einer hydraulischen

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Steuerleitung verbunden sein.

An das Jiohrstück 31 ist der Kupplungsmechanismus 26 angesetzt, der mehrere über den umfang verteilte gekrümmte Hebel 37 aufweist, die bei 38 drehbar gelagert sind. Am freien Ende 39 des Hebels 37 greift eine Druckfeder 40 an. Diese ist mit ihrem anderen Ende am Gehäuse der Kupplung festgelegt. Im eingekuppelten Zustand, wie dargestellt, liegen die gekrümmten Enden 4-1 der Hebel 37 an der Uhterfläche des i'lansches 4-2 des Kohrstutzens der Übergabeeinheit fest an und pressen den im Inneren des Kupplungsgehäuses 6 befindlichen Flansch des Hohrstückes 31 fest aufeinander. Im Inneren des Kupplungsgehäuses befindet sich ebenfalls ein Kugelventil, das während des Positioniervorganges das untere Ende des Rohres 31 verschließt.

ITach Herstellung der mechanischen und der Schlauchverbindung wird das Dreiwegeventil 32 auf Fördern umgeschaltet und dadurch das Kugelventil im Kupplungsgehäuse 26 und in der Übergabeeinheit geöffnet, Sodann kann das in der 01-förderleitung 6 herangeführte Erdöl seitens der Produktionseinheit in den Tanker gepumpt werden.

Wenn nach Beendigung des Ladevorganges die Kupplungseinheit 9 von der Übergabeeinheit 5 getrennt werden soll, muß sichergestellt werden, daß bei Lösen der Verbindung kein Öl in die See austreten kann. Hierzu wird nach Schließen des Absperrventils in der Übergabeeinheit 5 über ein in der Kupplungseinheit 9 angeordnetes Spülventil das Spülen der l'rennstelle und der Schlauchleitung 8 eingeleitet.

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Zur Unterstützung des Üeewasserzuflusses wird auf dem Tanker eine Säugpumpe über das Lademanifold auf die Schlauchleitung 8 geschaltet. Nach Abschluß des üpülvorgangs wird hydraulisch ein Kolben 43 beaufschlagt, der über ein Gestänge und die Federn 40 die Verriegelung der Teile 41 und 42 aufhebt, so daß nach Umschaltung des Dreiwegeventils 32 die Kupplungseinheit mit dem Kran an Bord gezogen werden kann. fcJie wird dann in den Moonpoolwagen 12 einfahren und gemeinsam bis zur oberen Wegbegrenzung geführt.

Um die Kupplungseinheit von Zeit zu SSeit überprüfen zu können, kann der Kranarm 15 in eine höhere Position gefahren und die oberen Endanschläge für den Vagen beseitigt werden. Damit kann der Wagen 12 mit der Kupplungseinheit 9 aus dem Moonpool 7 herausgezogen und auf einer den Moonpool abdeckenden Arbeitsbühne abgesetzt und verfahren werden. Die Arbeitsbühne ist in i'ig. 2 mit 44 bezeichnet.

Claims

Licentia Patent-Terwaltungs-G-mbH Z 13 Fi'L-HH/S a/mar Theodor-Stern-Kai 1 HH 81/08 D-6000 Frankfurt ?0 Patentansprüche

1. Unterwasser-Kupplungseinheit, die von einem Wasserfahrzeug in das Wasser abgesenkt wird, zur Herstellung einer mechanischen und der Schlauchverbindung mit einer aui dem Meeresboden verankerten Ü"bergabeeinheit, mit der eine 01-förderleitung verbunden ist, wobei die Kupplungseinheit
mit .einrichtungen zur Positionierung und zum Antrieb ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Jiupplungseinheit in ihrer Abserdbewegung durch ein Windensystem
an Bord des Wasserfahrzeugs und über einen Wasserstrahlantrieb in sechs Freiheitsgraden steuerbar ist, wot .i der Antrieb über eine Schlauchleitung von dem Wasserfahrzeug mit Druckfass er versorgt wird.

2. Eupplungseinheit nach Anspruch 1, dadurch geJcennzeichnet, daß zur Druckwassererzeugung und zur Weiterleitung

zur Kupplungseinheit die jüitladeöl- oder Bailas t.r>umpe
und der Ölübergäbeschlaue„ dienen.

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3· Kupplungs einheit nach Anspruch 1, dadurch gejcennzeicnnet, daß der wasserstrahlantrieb in der Kupplungseinheit über .Drosselklappen ferngesteuert einstellbar ist, wobei die Steuerleitungen in den ölübergabeschlauch integriert sind.

4-. Kupplungs einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs einheit eine doppeliconische ßauform zur ilrleichterung des Kupplungsvorganges aufweist. 10

5· Kupplungseinheit nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinheit mit einem Meßsystem für die Positions- und Lagebestimmung gegen die Olübergabeeinheit ausgerüstet ist.

6. Kupplungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinheit mit einem bteuerungs- und Uberwachungssystem ausgerüstet ist.

7· Kupplungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinheit sowohl eine einrichtung zur Herstellung der mechanischen Verbindung als auch eine vorrichtung zur selbsttätigen oder ferngesteuerten Herstellung der Schlauchverbindung aufweist.

8. Kupplungseinheit nach Anspruch 7* gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Transporteinneit, bei der die mecnanischen Verbindungen zu fest verankerten oder beweglichen transportierbaren Einheiten hergestellt wirα.

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9· Jlupplungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die üupplungseinheit und die Schlauchleitung durch einen Führungsschacht (moonpool) im Wasserfahrzeug geführt sind.
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10. üupplungseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die nupplungseinneit beim Absenk- und £inholvorgang mittels eines Wagens im führungsschacht geführt ist.