EP2566752A1 - Systeme et procede de controle d'un lien entre deux structures flottantes - Google Patents

Systeme et procede de controle d'un lien entre deux structures flottantes

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Publication number
EP2566752A1
EP2566752A1 EP11723549A EP11723549A EP2566752A1 EP 2566752 A1 EP2566752 A1 EP 2566752A1 EP 11723549 A EP11723549 A EP 11723549A EP 11723549 A EP11723549 A EP 11723549A EP 2566752 A1 EP2566752 A1 EP 2566752A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
link
gps
inertial
pipe
kinematic variables
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11723549A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gérard LE CLOEREC
Thierry Pontlevy
Claude Beauger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technip Energies France SAS
Original Assignee
Technip France SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technip France SAS filed Critical Technip France SAS
Publication of EP2566752A1 publication Critical patent/EP2566752A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B27/00—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers
    • B63B27/24—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers of pipe-lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B27/00—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers
    • B63B27/30—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for transfer at sea between ships or between ships and off-shore structures
    • B63B27/34—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for transfer at sea between ships or between ships and off-shore structures using pipe-lines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/14—Receivers specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/43—Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/51—Relative positioning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/02—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring
    • B63H25/04—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring automatic, e.g. reacting to compass
    • B63H2025/045—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring automatic, e.g. reacting to compass making use of satellite radio beacon positioning systems, e.g. the Global Positioning System [GPS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements

Definitions

  • the present invention relates to systems and methods for controlling a link between two structures, at least one of which is a floating structure.
  • a fluid such as, for example, liquefied natural gas
  • a production unit located at sea such as a floating gasification unit (FSRU)
  • a storage unit located near the coast such as a storage platform
  • the tanker approaches the unit, whether production or storage. It is positioned, for example, in an edge-to-edge configuration or in a "tandem" configuration, in which the bow of the ship is placed in the axis of the stern of the unit.
  • a fluid transfer pipe preferably flexible is unrolled from the unit, to be connected by its free end to the ship.
  • the pipe is suspended freely between its fixed end, on the unit, and its free end, connected to the ship.
  • the loading and / or unloading can then begin. This is a long operation that can take between a few hours and a few days.
  • a measuring device located on the unit determines the angle between the axes of the two structures and the distance separating the two structures, by means of a laser reflected by placed reflectors. on the ship.
  • the angle and distance measurements obtained are displayed on a screen in the cabin.
  • An operator compares these measurements with a range of allowed values.
  • the operator controls the actuation of the propulsion means of one and / or the other of the structures to modify the relative position of the two structures and, thus, place angle and distance measurements within the range of allowed values.
  • the invention therefore aims to meet this need.
  • the invention relates to a real-time control system of at least one link between first and second structures, at least the second structure being a floating structure, the or each link being adapted to be connected by a first end to the first structure and its second end to the second structure.
  • This system comprises: means for acquiring kinematic variables of the movement of the second end of the or each link with respect to its first end; means for determining a magnitude representative of the mechanical stresses experienced by the or each link, based on kinematic variables delivered by the acquisition means; means for generating an instruction as a function of the quantity or quantities delivered by the determination means.
  • the system comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination:
  • the link is a fluid transfer conduit for transferring a fluid between the first and second structures.
  • the acquisition means comprises, for the or each link, an inertial / GPS device for measuring kinematic variables of the second end of said link, each inertial / GPS device comprising an inertial unit and a GPS receiver.
  • the acquisition means comprises at least a first inertial / GPS device for measuring kinematic variables of the first end of the or each link, said at least one first inertial device / GPS comprising a first inertial unit and at least a first GPS receiver .
  • the one or more GPS receiver (s) functions as a fixed receiver of a satellite positioning system implementing the principle of real-time kinematics, the other GPS receivers functioning as a mobile receiver said satellite positioning system implementing the principle of real-time kinematics.
  • the acquisition means further comprises an inertial device / GPS onboard measurement of kinematic variables of the second structure, the inertial device / on-board GPS comprising an inertial unit and at least one GPS receiver.
  • the means for determining magnitudes representative of the mechanical stresses in the or each link is adapted to take into account the kinematic variables acquired at the present time and / or at a given moment.
  • the means for determining magnitudes representative of the mechanical stresses in the or each link is able to determine the value of a state function of said link.
  • the means for generating a setpoint is able to issue a safety instruction to an operating system of an emergency disconnection device of the or each link.
  • the means for generating a setpoint is able to issue a safety instruction to an actuating system of the pumps and valves allowing the flow of fluid in the or each pipe.
  • the system is capable of transmitting a positioning instruction to a dynamic positioning system of the first structure and / or the second structure.
  • the invention also relates to a method of real-time control of at least one link between first and second structures, at least the second structure being a floating structure, the or each link being adapted to be connected by a first end. to the first structure and its second end to the second structure, characterized in that it comprises the steps of:
  • FIG. 1 is a schematic representation of a ship edge with a storage unit resting on the seabed;
  • FIG. 2 is an enlarged representation of FIG. 1 showing the free end of the fluid transfer pipe during its connection to the ship;
  • FIG. 7 represents, schematically, a first embodiment of the control system according to the invention.
  • FIG. 8 represents a second embodiment of the system according to the invention.
  • FIG. 9 represents a triplet of security envelopes for the embodiment of FIG. 8.
  • a first embodiment of the invention will be presented for the case of the transfer of a fluid between a first fixed structure and a second floating structure.
  • the first structure is a storage unit 10 resting on the seabed.
  • the second structure is a tanker 12.
  • the ship 12 is positioned side by side with the unit 10.
  • the arrangement 14 for the transfer of fluid connects a first manifold 16 of the unit
  • the arrangement 14 comprises a flexible pipe 20 and a connection module 22 which is located between the pipe 20 and the second manifold 18.
  • connection module As shown in more detail in FIG. 2, the connection module
  • a support device 35 of the module 22 makes it possible to support the module 22 on the deck of the ship while allowing a relative movement of the module 22 with respect to the ship 12.
  • the module 22 is equipped with a device for guiding the free end of the pipe. This device comprises a trumpet 39, whose axis extends substantially parallel to the axis of the attachment connector 38, and a winch 40 whose cable passes through the trumpet and is fixed to a pinch 41 equipping the tip 42 of driving 20.
  • the pipe 20 comprises a first nozzle (not shown) at its fixed end, allowing a connection without degree of freedom, to a connector of the first manifold of the unit 10.
  • the opposite end, free end of the pipe 20 is provided with a tip 42.
  • the end piece 42 comprises a guiding device conjugated to that fitted to the connection module 22.
  • the conjugated guiding device comprises a pinch 41 whose axis extends substantially parallel to the axis of the end piece 42.
  • the cable of the guiding device of the connection module pulls the end of the pinch to guide the engagement thereof in the trumpet and properly present the tip 42 of the connector 38 to make the connection.
  • the pipe is used in a chain.
  • the first end of the pipe 20 is fixed relative to the unit 10.
  • the second end of the pipe 20, equipped with the nozzle 42 is movable relative to the unit 10.
  • the tip 42 is movable during the phase of connection of the pipe 20 to the manifold 18, because it is moved both by the actuation of a suspension winch 48 maintained at a gantry 49 secured to the structure 10, and both by the guiding winch 40 of the guiding device.
  • the tip 42 is movable during the connected phase, whether there is fluid transfer or not, because of the movements of the vessel 12 to which the nozzle 42 is then connected.
  • connection module 22 allows relative movements between the tip 42 and the connector 30 of the manifold 18, but with a reduced movement.
  • the positions authorized for driving are previously determined.
  • the position of the pipe is determined by the position of its free end relative to its fixed end.
  • FIGS. 3 to 6 show the different extreme positions allowed for the end piece 42.
  • the tip 42 is in its highest position and closest to the unit 10. In this configuration, the pipe 20 has a minimum allowed radius of curvature. In Figure 4, the tip 42 is in its lowest position and furthest from the unit 10. In this position, the pipe 20 reaches its maximum permitted extension.
  • FIG. 5 the pipe 20 is shown while the endpiece 42 is located in the lower right corner of FIG. the authorized zone corresponding to the position of the tip 42 which is the lowest and the closest to the unit 10.
  • FIG. 6 the pipe 20 is shown while the tip 42 is in the upper left corner of the the authorized zone, corresponds to the position of the tip 42 the highest and furthest from the unit 10.
  • the ship 12 can also move relative to the unit 10 according to the third dimension (X direction orthogonal to the plane of Figures 1 and 2), an authorized zone of the nozzle 42 in the plane X-Z is also defined.
  • these different authorized areas allow to define a security envelope within which the tip 42 must be located so that the efforts of the ngo of the pipe remain below a set of threshold values.
  • a security envelope is a complex function depending on several parameters such as the configuration between the first and the second structure, the state of the sea, the state of filling of the one and / or the other structures, the height between the lowest point of the pipe and the level of the waves, the length of the pipe, the structure of the duct sheath, the greater or lesser rigidity of the material of which the pipe is made , the degrees of freedom introduced and the clearances allowed by the connection module for connecting one end of the pipe and a structure, etc.
  • a security envelope also depends on the phase of use of the pipe.
  • the position of a pipe is preferably controlled with respect to a triplet of envelopes.
  • a first envelope ENV1 is defined, delimiting a reduced volume, within which the forces on the tip and the flexible pipe are very satisfactory. As long as one remains inside this envelope ENV1, there is satisfactory operation of the connection between the tip and the connection module, which is compatible with the transfer of fluid between the two structures.
  • a second envelope ENV2, surrounding the first, is defined which delimits a volume within which the mechanical forces of the connection and the flexible pipe are such that the pumps must be stopped and the fluid circulation valves in the conduct.
  • the sequence of cutoff of the fluid circulation is initiated as soon as one crosses the boundary between the envelopes ENV1 and ENV2.
  • a third envelope ENV3, surrounding the second, is defined which delimits a volume within which the mechanical forces are such that it is necessary to disconnect the driving of the connection module.
  • the emergency disconnect sequence is initiated as soon as the boundary between the ENV2 and ENV3 envelopes is crossed.
  • a first embodiment of the control system is shown schematically in Figure 7.
  • the entire system is embedded on board the first structure.
  • the control system 100 comprises a first inertial device / GPS 104 implanted on the fixed end of the pipe and a second inertial device / GPS 106 implanted on the free end of the pipe.
  • the first inertial device / GPS 104 comprises a first inertial unit 1 10 and a first GPS receiver 1 12.
  • the first inertial unit 1 10 comprises three gyroscopes, three accelerometers, and an electronic card making it possible, from the measurements made by these sensors, to calculate, in real time, the vector acceleration of the point of implantation of the inertial unit.
  • an inertial unit makes it possible to acquire the speed and the position of its point of implantation. It should be noted that for these successive integrations, the inertial unit needs to be calibrated.
  • the first GPS receiver 1 12 comprises a first antenna 1 14 and a first electronic card 1 16 allowing, from different radio signals emitted by a satellite constellation and picked up by the first antenna, to determine the instantaneous position of the point of implantation. GPS receiver. By successive branches, the first GPS receiver 1 12 can deliver the speed and acceleration of its point of implantation.
  • the second inertial / GPS device 106 similarly comprises a second inertial unit 120 and a second GPS receiver 122 having a second antenna 124 and a second GPS map 126.
  • the system 100 includes a main GPS map 130 connected via bidirectional wired connections to the first and second cards 116 and 126.
  • the main GPS map 130 is able to couple the first and second GPS receivers 1 16 and 126 between them on the principle of real-time kinematics, "Real Time Kinematic" (RTK), known to those skilled in the art. So the first receiver GPS 1 12 operates as a basic receiver of the RTK equipment, while the second receiver 122 operates as a mobile receiver of the RTK equipment.
  • RTK Real Time Kinematic
  • the system 100 includes a computer 150, a security computer system 170 and a server computer 200.
  • the computer 150 comprises an input interface to which are connected the first and second inertial units 1 10 and 120 and the main GPS map 130, and this via bidirectional wire connections.
  • the computer 150 has an output interface by means of which it is connected to the computer security system 170 and the server computer.
  • the computer 150 is a computer dedicated to calculating the kinematic variables of the relative movement of the free end of a pipe with respect to its fixed end. It comprises storage means, such as a random access memory RAM and a ROM, and calculation means such as a processor. The computer 150 is able to execute the software program instructions stored in its storage means.
  • the computer 150 executes in particular an application module 160 able to calculate the kinematic variables of the movement of the pipe from the acquired data applied on the input interface.
  • the instantaneous position data, instantaneous speed and acceleration are transmitted, at the output, to a module 180 and to the server computer capable of generating a quantity corresponding to the mechanical forces experienced by the pipe.
  • the module 180 is configurable by the choice of at least one security envelope. It takes as input the kinematic variables generated at the output of the module 160 and calculates a magnitude corresponding to the mechanical forces in the controlled pipe.
  • the quantity calculated by the module 180 is a Boolean state function of the pipe.
  • this function takes the value zero when the relative position of the free end of the pipe is inside the casing, and the unit value when the relative position of the free end of the pipe is at the bottom. outside of the envelope.
  • the security computer system 170 is a computer dedicated to security functions. It is suitable for executing a module 190 for generating a security instruction.
  • the module 190 takes as input the value of the quantity determined at the output of the module 180.
  • the module 190 is able to generate, at the output, a setpoint signal addressed to a suitable actuation means with which the system 100 is interfaced.
  • the system 170 is interfaced, directly, with the system for actuating the valves and pumps located on the unit 10.
  • the setpoint is then a safety instruction adapted to control one or more of these means.
  • the system 170 is connected to a radio transmission / reception device 250 enabling the establishment of a radio communication with remote systems. It is thus possible to interface the system 100, indirectly, with the actuation system of the valves and pumps of the manifold of the ship 12, the actuation system of the emergency disconnection device on board the ship, and / or the dynamic positioning system of the ship.
  • the system 170 executes a transmission module 230 capable of transmitting the kinematic variables at the output of the computer 150 to the dynamic positioning system of the ship, as well as a safety instruction generated for the system for actuating the valves and pumps and or the system for actuating the emergency disconnection device on board the ship.
  • the system 100 includes a server computer 200 connected to the computer 150 and the computer security system 170.
  • the server 200 executes a human / machine interface module 210, allowing an operator to interact with the system 100.
  • the server 200 executes a configuration module 220.
  • This module 220 allows an operator to create and save in a database 225 of the server 200 new security envelopes.
  • the module 220 allows the operator to select at least one envelope from a list of envelopes, then to transmit the chosen envelope to the security computer system 170 to configure the computer 150, more particularly the module 180.
  • the operator first configures the module 180 through the interface 210 by means of the module 220.
  • a security envelope is chosen to configure the module 180.
  • the first and second inertial / GPS devices 104, 106 periodically measure the position, velocity and acceleration of the first end and the second end of the line 40. These kinematic variables are transmitted to the module 160 which determines the instantaneous relative position of the tip 42. The module 160 transmits this data to the modules 180 and 190 and to the server 200.
  • the module 180 determines the value of the state function by comparing the instantaneous relative position with the selected security envelope.
  • the module 190 receives the instantaneous value of the state function. If this is not zero, it is necessary to generate a safety instruction asking for example the closing of the valves and the stopping of the pumps.
  • a security reference signal is transmitted directly from the security computer system 170 to the actuation systems located on the first structure 10.
  • a security reference signal is transmitted via the system 170 and the radio transmission / reception device 250, to the actuating system located on the second structure 12.
  • the instantaneous relative position of the nozzle is transmitted from the computer 150, via the system 170 and the radio transmission / reception device 250, to the dynamic positioning system of the ship.
  • the instantaneous relative position of the tip is displayed on the screen of a control computer located on the ship.
  • An operator accordingly actuates the ship's dynamic positioning system to replace the tip within the selected envelope which is also displayed on said control screen.
  • the system 1100 comprises, a first subsystem 1 101, on board the unit 10, and a second subsystem 1 102, on board the ship 12.
  • the purpose of the system 1100 of FIG. 8 is to control, simultaneously, four flexible lines 1021 to 1024, unrolled from the unit 10 to the ship 12, the unit and the ship being in a tandem configuration.
  • the pipes are associated in pairs. Each pair of pipes is carried by a wheel 1048, 1049 which is situated on the rear deck of the unit 10. The rotation of the wheel about an axis substantially parallel to the plane of the deck of the unit makes it possible to unroll or wind up a pipe length.
  • a wheel is pivotally mounted relative to the deck of the unit, about a substantially vertical pivot axis perpendicular to the deck plane of the ship. The plane of the wheel thus pivots with respect to the unit as can be seen in FIG. 9.
  • the first subsystem 1 101 comprises, for each of the four pipes and as in the first embodiment above, a first inertial device / GPS 104 implanted on the fixed end of a pipe and a second inertial device / GPS 106 implanted on the free end of the pipe.
  • a main GPS map (not shown) couples the GPS receivers of the first and second inertial / GPS devices 104 and 106 equipping the same pipe.
  • the first two inertial / GPS devices associated with the fixed end of the pipes of the same pair of pipes share their inertial unit. Indeed, the acceleration of the fixed end of these two lines is identical.
  • the first subsystem further comprises two computers 1 150 and 1 151 of the type of computer 150 presented above.
  • Each calculator is dedicated to the acquisition of the kinematic values of the two pipes of the same pair of pipes. It is connected to the Inertiel / GPS devices associated with these pipes.
  • the first subsystem 1 101 comprises a first computer security system 1 170 similar to the system 170 presented above, to which are connected the two computers 1 150 and 1 151.
  • the first security computer system 1 170 is interfaced, directly, to the actuation system of the manifold valves and pumps of the unit 10, as well as to the dynamic positioning system of the unit 10.
  • the first security computer system 1 170 is connected to a first transmission / reception device 1250.
  • a server 1200 is also connected to the system 1 170 and the computers 1 150 and 1 151.
  • the second subsystem 1 102 comprises an inertial device / GPS 1 105 comprising four GPS receivers 1 1 1 1 to 1 1 14 and an inertial unit 1 1 10.
  • GPS receivers are placed on one side of the ship, while the other two are on the opposite side.
  • the GPS receivers are coupled in pairs using a main GPS map (not shown). Each pair includes a GPS receiver on one edge and a GPS receiver on the opposite side, the GPS receivers not having the same position along the longitudinal axis of the ship.
  • the inertial unit 1 1 10 is placed substantially on the longitudinal axis of the ship.
  • the second subsystem 1 102 comprises an onboard computer 1 152, similar to the computer 150 presented above.
  • the computer 1 152 is able to calculate the position, the speed and the acceleration of any point of the ship from the measurements made by the inertial device / GPS 1 105. In particular, the computer 1 152 makes it possible to acquire the kinematic variables the movement of the four connectors of the manifold 18 of the ship 12 to which the four lines 1021 to 1024 must be connected.
  • the second subsystem 1 102 comprises a second security computer system 1 171 similar to the system 170 presented above, to which the computer 1 152 is connected.
  • the second computer security system 1 171 is interfaced to the actuating system of the valves and pumps of the manifold 18 of the ship 12, the operating system of the emergency disconnect device of the manifold 18, and the dynamic positioning system of the ship 12.
  • the second security computer system 1 171 is connected to a second transmitting / receiving device 1251.
  • a second server 1201 is connected to the second security computer system 1 171 and the onboard computer 1 152.
  • the first subsystem 1 101 acts as the master and the second subsystem 1 102 as a slave.
  • the ship 12 is positioned relative to the unit 10 in a tandem configuration.
  • an operator located on the unit 10, establishes a communication link between the first and second subsystems, via the radio transmission / reception devices 1250 and 1251. .
  • the first server 1200 queries the second server 1201 to repatriate data necessary for choosing two triplets of security envelopes. These data are, for example, the nature of the ship, its propulsion capabilities, etc. On the basis of these repatriated data, as well as data present in the database of the first server 1200 (nature of the hoses, propulsion capability of the unit 10, etc.) and other circumstantial data (state of the sea , etc.) two envelopes triplets are chosen by the operator and transmitted to the first computer system 1 170 to configure its module for determining a magnitude representative of the forces imposed on the pipes.
  • the two chosen envelope triplets are superimposed in FIG. 9.
  • the first envelope triplet ENV1 1, ENV21, ENV31 is associated with the pipes carried by the wheel 1049, while the second envelope triplet ENV12, ENV22, ENV32 is associated with the pipes carried by the wheel 1048.
  • the first subsystem 1 170 controls the positions of the four connectors of the manifold of the ship relative to the fixed ends of the pipes to be connected.
  • the system 1100 then functions as a guidance system for establishing the connection.
  • the position data, speed and acceleration of the connectors are transmitted via the radio communication link between the second and the first subsystem.
  • the first subsystem 1 170 determines whether the relative position of a pair of connectors of the manifold of the ship is in the envelope ENV1 1 and whether the relative position of the other pair of connectors of the manifold of the ship is in the ENV12 envelope.
  • the first subsystem controls, for each pipe, the position of its free end relative to its fixed end.
  • the first subsystem controls the relative position of the two free ends of the pipes of a pair of pipes with respect to the second and third envelopes ENV21 and ENV31. Simultaneously, it controls the relative position of the two free ends of the pipes of the other pair of pipes with respect to the second and third envelopes ENV22 and ENV32.
  • a safety instruction for closing the valves and stopping the pumps is sent, on the one hand, to the actuating system pumps and valves the manifold of the unit and on the other hand to the operating system of the pumps and valves of the manifold of the ship.
  • an emergency disconnect security instruction is issued to the actuation system of the ship's emergency disconnection device.
  • a positioning instruction is sent in the direction, on the one hand, of the dynamic positioning system of the unit and, on the other hand, to the dynamic positioning system of the ship, in order to correct the relative positioning of the ship and unit to replace the free ends of the lines inside the security envelopes.
  • the state function takes, for example, the value 1 when the relative position of the tip is inside the first envelope ENV1, the value 2 when the relative position of the tip is outside the first envelope ENV1, but inside the second envelope ENV2, the value 3 when the relative position of the tip is outside the second envelope ENV2 but inside the third envelope ENV3, the value 4 when the relative position of the tip is outside the third envelope ENV3.
  • the principle of the present invention can be implemented for any type of link between two structures, one of which is floating.
  • the link could for example be a rigid pipe, a mooring line, a rigid arm between the two structures, or the equivalent.
  • the security envelopes presented are envelopes for controlling the instantaneous relative position of the free end of a pipe or a connector.
  • security envelopes taking into account the instantaneous relative speed and / or acceleration of the free end are used by the control system.
  • control system instead of considering only the instantaneous values of different kinematic variables, the control system takes into account the different values of these kinematic variables over a period of time in order to take into account the dynamics of the link and perform trend calculations.

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Abstract

Système et procédé de contrôle d'un lien entre deux structures flottantes Ce système (1100) de contrôle en temps réel d'au moins un lien (1021 à 1024) entre des première et seconde structures (10, 12), au moins la seconde structure étant une structure flottante, le lien étant propre à être connecté par une première extrémité à la première structure et par sa seconde extrémité à la seconde structure, caractérisé en ce qu'il comporte: un moyen d'acquisition (104, 105, 106, 1152) de variables cinématiques du mouvement de la seconde extrémité du lien par rapport à sa première extrémité, un moyen de détermination d'une grandeur représentative des contraintes mécaniques que subit le ou chaque lien, à partir de variables cinématiques délivrée(s) par le moyen d'acquisition, un moyen de génération d'une consigne en fonction de la ou des grandeurs délivrée(s) par le moyen de détermination.

Description

Système et procédé de contrôle d'un lien entre deux structures flottantes
La présente invention a pour domaine celui des systèmes et procédés de contrôle d'un lien entre deux structures dont l'une au moins est une structure flottante.
Pour transférer un fluide, comme par exemple, du gaz naturel liquéfié, entre une unité de production située en mer, telle qu'une unité flottante de gazéification (FSRU), et une unité de stockage située au voisinage de la cote, telle qu'une plateforme de stockage, il est connu de charger ou de décharger des navires citerne intermédiaires.
Pour ce faire, le navire citerne s'approche de l'unité, qu'elle soit de production ou de stockage. Il se positionne, par exemple, dans une configuration bord à bord ou dans une configuration « tandem », dans laquelle la proue du navire est placée dans l'axe de la poupe de l'unité.
Puis, une conduite de transfert de fluide, de préférence flexible est déroulée depuis l'unité, pour être raccordée, par son extrémité libre, au navire.
Une fois connectée, la conduite est suspendue librement entre son extrémité fixe, sur l'unité, et son extrémité libre, connectée au navire.
Le chargement et/ou le déchargement peut alors commencer. Il s'agit d'une opération longue pouvant prendre entre quelques heures et quelques jours.
Or, durant la phase où l'on procède à la connexion de la conduite au navire et durant la phase où la conduite est connectée au navire, que le fluide soit on non en train d'être transbordé d'une structure à l'autre, la position et la vitesse relative du navire par rapport à l'unité évoluent à cause, par exemple, de l'état de la mer, de l'état de remplissage du navire, etc.
En conséquence, la conduite de transfert de fluide à connecter ou connectant les deux structures subit des efforts mécaniques qu'il est nécessaire de les maintenir dans certaines limites, ne serait-ce que pour des questions de sécurité. Ainsi, l'existence d'un lien entre les deux structures impose des contraintes dans le positionnement relatif du navire par rapport à l'unité.
Jusqu'à présent, par exemple dans la configuration tandem, un équipement de mesure situé sur l'unité détermine l'angle entre les axes des deux structures et la distance séparant les deux structures, au moyen d'un laser réfléchi par des réflecteurs placés sur le navire. Les mesures d'angle et de distance obtenues sont affichées sur un écran en cabine. Un opérateur compare ces mesures avec une gamme de valeurs autorisées. Simultanément, grâce à une interface d'un système de positionnement dynamique de l'unité et/ou du navire, l'opérateur commande l'actionnement des moyens de propulsion de l'une et/ou de l'autre des structures pour modifier la position relative des deux structures et, ainsi, replacer les mesures d'angle et de distance dans la gamme de valeurs autorisées.
L'intervention d'un opérateur pour effectuer cette régulation n'est pas satisfaisante. Il est difficile pour un opérateur d'anticiper la dynamique des mouvements relatifs des deux structures et, par conséquent, d'anticiper la survenue d'un positionnement relatif incompatible avec les propriétés mécaniques de la conduite. Il y a, par conséquent, des risques quant à la sécurité du transbordement du fluide entre les deux structures : rupture de la conduite, perte de fluide, danger pour les opérateurs présents sur les structures, etc.
Pour réduire ces risques au maximum, dès que la position relative du navire et de l'unité s'écarte d'un positionnement relatif neutre, l'opérateur est tenté de couper les pompes et de fermer les vannes des manifolds de l'unité et du navire, qui assurent la circulation du fluide dans la conduite. Il est également tenté de déconnecter d'urgence la conduite du manifold du navire. Ces interruptions du transbordement du fluide, qui ne sont pas toujours justifiées, ont un impact direct sur le temps nécessaire au chargement et/ou au déchargement du navire et finalement sur les coûts d'exploitation de l'installation.
Il y a donc un besoin pour un suivi automatique, en temps réel, des conditions d'utilisation d'un lien entre un navire et une unité de stockage ou de production.
L'invention a donc pour but de répondre à ce besoin.
L'invention a pour objet un système de contrôle en temps réel d'au moins un lien entre des première et seconde structures, au moins la seconde structure étant une structure flottante, le ou chaque lien étant propre à être connecté par une première extrémité à la première structure et par sa seconde extrémité à la seconde structure. Ce système comporte : un moyen d'acquisition de variables cinématiques du mouvement de la seconde extrémité du ou de chaque lien par rapport à sa première extrémité ; un moyen de détermination d'une grandeur représentative des contraintes mécaniques que subit le ou chaque lien, à partir de variables cinématiques délivrée(s) par le moyen d'acquisition ; un moyen de génération d'une consigne en fonction de la ou des grandeurs délivrée(s) par le moyen de détermination.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le système comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
le lien est une conduite de transfert de fluide pour le transbordement d'un fluide entre les première et seconde structures.
le moyen d'acquisition comporte, pour le ou chaque lien, un dispositif inertiel/GPS de mesure de variables cinématiques de la seconde extrémité dudit lien, chaque dispositif inertiel/GPS comportant une centrale inertielle et un récepteur GPS. le moyen d'acquisition comporte au moins un premier dispositif inertiel/GPS de mesure de variables cinématiques de la première extrémité du ou de chaque lien, ledit au moins un premier dispositif inertiel/GPS comportant une premier centrale inertielle et au moins un premier récepteur GPS.
- le ou l'un des premier(s) récepteur(s) GPS fonctionne en tant que récepteur fixe d'un système de positionnement par satellite mettant en œuvre le principe de cinématique temps réel, les autres récepteurs GPS fonctionnant en tant que récepteur mobile dudit système de positionnement par satellite mettant en œuvre le principe de cinématique temps réel.
- le moyen d'acquisition comporte, en outre, un dispositif inertiel/GPS embarqué le mesure de variables cinématiques de la seconde structure, le dispositif inertiel/GPS embarqué comportant une centrale inertielle et au moins un récepteur GPS.
le moyen de détermination de grandeurs représentatives des contraintes mécaniques dans la ou chaque lien est propre à tenir compte des variables cinématiques acquises à l'instant présent et/ou à un instant passé.
le moyen de détermination de grandeurs représentatives des contraintes mécaniques dans le ou chaque lien est propre à déterminer la valeur d'une fonction d'état dudit lien.
le moyen de génération d'une consigne est propre émettre une consigne de sécurité vers un système d'actionnement d'un dispositif de déconnexion d'urgence du ou de chaque lien.
le lien étant une conduite de transfert de fluide, le moyen de génération d'une consigne est propre émettre une consigne de sécurité vers un système d'actionnement des pompes et des vannes permettant la circulation du fluide dans la ou chaque conduite. - le système est propre émettre une consigne de positionnement vers un système de positionnement dynamique de la première structure et/ou de la seconde structure.
L'invention a également pour objet un procédé de contrôle en temps réel d'au moins un lien entre des première et seconde structures , au moins la seconde structure étant une structure flottante, le ou chaque lien étant propre à être connecté par une première extrémité à la première structure et par sa seconde extrémité à la seconde structure, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
acquérir des variables cinématiques du mouvement de la seconde extrémité du ou de chaque lien par rapport à sa première extrémité,
déterminer une grandeur représentative des contraintes mécaniques que subit le ou chaque lien, à partir de variables cinématiques acquises,
générer une consigne en fonction de la ou des grandeurs déterminées. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un navire bord à bord avec une unité de stockage reposant sur le fond marin ;
- La figure 2 est une représentation agrandie de la figure 1 montrant l'extrémité libre de la conduite de transfert de fluide au cours de sa connexion au navire ;
- les figures 3, 4, 5 et 6 représentent, dans le plan Y-Z des figures 1 et 2, les positions extrêmes de l'extrémité libre de la conduite de transfert ;
- la figure 7 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation du système de contrôle selon l'invention ;
- la figure 8 représente un second mode de réalisation du système selon l'invention ; et,
- la figure 9 représente un triplet d'enveloppes de sécurité pour le mode de réalisation de la figure 8.
En se référant à la figure 1 , un premier mode de réalisation de l'invention va être présenté pour le cas du transfert d'un fluide entre une première structure fixe et une seconde structure flottante.
Sur la figure 1 , la première structure est une unité de stockage 10 reposant sur le fond marin. La seconde structure est un navire citerne 12.
Le navire 12 est positionné bord à bord avec l'unité 10.
L'agencement 14 pour le transfert de fluide relie un premier manifold 16 de l'unité
10 à un second manifold 18 du navire 12.
L'agencement 14 comporte une conduite flexible 20 et un module de connexion 22 qui est situé entre la conduite 20 et le second manifold 18.
Comme cela est représenté plus en détail sur la figure 2, le module de connexion
22 comporte, successivement, un connecteur de fixation 30 du module 22 à une bride du manifold 18, un dispositif intermédiaire de soufflet et cardan 34 pour tenter d'isoler mécaniquement la bride du manifold 18 de la conduite 20, un dispositif 36 de déconnexion d'urgence permettant de déconnecter la conduite 20 du module 22, et un connecteur 38 de fixation du module 22 à un embout 42 adapté équipant l'extrémité libre de la conduite 20.
Un dispositif de support 35 du module 22 permet de supporter le module 22 sur le pont du navire tout en autorisant un mouvement relatif du module 22 par rapport au navire 12. En outre, le module 22 est équipé d'un dispositif de guidage de l'extrémité libre de la conduite. Ce dispositif comporte une trompette 39, dont l'axe s'étend sensiblement parallèlement à l'axe du connecteur de fixation 38, et un treuil 40 dont le câble passe à travers la trompette et est fixé à une pinoche 41 équipant l'embout 42 de la conduite 20.
La conduite 20 comporte un premier embout (non représenté) à son extrémité fixe, permettant une connexion sans degré de liberté, à un connecteur du premier manifold de l'unité 10.
Comme indiqué ci-dessus, l'extrémité opposée, extrémité libre de la conduite 20, est munie d'un embout 42.
L'embout 42 comporte un dispositif de guidage conjugué de celui équipant le module de connexion 22. Le dispositif de guidage conjugué comporte une pinoche 41 dont l'axe s'étend sensiblement parallèlement à l'axe de l'embout 42. Le câble du dispositif de guidage du module de connexion tire l'extrémité de la pinoche pour guider l'engagement de celle-ci dans la trompette et présenter correctement l'embout 42 du connecteur 38 afin de réaliser la connexion.
La conduite est utilisée en chaînette.
Dans le présent mode de réalisation, la première extrémité de la conduite 20 est fixe par rapport à l'unité 10. La seconde extrémité de la conduite 20, équipée de l'embout 42, est mobile par rapport à l'unité 10. L'embout 42 est mobile lors de la phase de connexion de la conduite 20 au manifold 18, car elle est déplacée à la fois par l'actionnement d'un treuil de suspension 48 maintenu à un portique 49 solidaire de la structure 10, et à la fois par le treuil de guidage 40 du dispositif de guidage. L'embout 42 est mobile pendant la phase connectée, qu'il y ait ou non transfert de fluide, à cause des mouvements du navire 12 auquel l'embout 42 est alors connecté.
On notera que le module de connexion 22 autorise des mouvements relatifs entre l'embout 42 et le connecteur 30 du manifold 18, mais avec un débattement réduit.
Il est nécessaire que les efforts mécaniques le long de la conduite lors de son utilisation restent dans des plages admissibles pour éviter tout problème de sécurité. Pour garantir cela, on détermine préalablement les positions autorisées pour la conduite. Dans le mode de réalisation présenté, la position de la conduite est déterminée par la position de son extrémité libre par rapport à son extrémité fixe.
Sur les figures 3 à 6 ont été représentées les différentes positions extrêmes autorisées pour l'embout 42.
Sur la figure 3, l'embout 42 est dans sa position la plus haute et la plus proche de l'unité 10. Dans cette configuration, la conduite 20 présente un rayon de courbure minimum autorisé. Sur la figure 4, l'embout 42 se trouve dans sa position la plus basse et la plus éloignée de l'unité 10. Dans cette position, la conduite 20 atteint son extension maximale autorisée.
Dans ce plan Y-Z, une zone autorisée rectangulaire est alors définie à partir des positions extrêmes représentées aux figures 3 et 4. Ainsi, à la figure 5, la conduite 20 est représentée alors que l'embout 42 se situe dans le coin inférieur droit de la zone autorisée, correspondant à la position de l'embout 42 la plus basse et la plus proche de l'unité 10. A la figure 6, la conduite 20 est représentée alors que l'embout 42 se trouve dans le coin supérieur gauche de la zone autorisée, correspond à la position de l'embout 42 la plus haute et la plus éloignée de l'unité 10.
Le navire 12 pouvant également se déplacer par rapport à l'unité 10 selon la troisième dimension (direction X orthogonale au plan des figures 1 et 2), une zone autorisée de l'embout 42 dans le plan X-Z est également définie.
Finalement, ces différentes zones autorisées permettent de définir une enveloppe de sécurité à l'intérieur de laquelle doit se situer l'embout 42 pour que les efforts le ong de la conduite restent inférieurs à un ensemble de valeurs seuil.
De manière plus générale, une enveloppe de sécurité est une fonction complexe dépendant de plusieurs paramètres tels que la configuration entre la première et la seconde structure, l'état de la mer, l'état de remplissage de l'une et/ou de l'autre des structures, la hauteur entre le point le plus bas de la conduite et le niveau des vagues, la longueur de la conduite, la structure de la gaine de la conduite, la plus ou moins grande rigidité du matériau dont est constituée la conduite, les degrés de liberté introduits et les débattements autorisés par le module de connexion permettant de relier une extrémité de la conduite et une structure, etc.
Une enveloppe de sécurité dépend également de la phase d'utilisation de la conduite. On contrôle, de préférence, la position d'une conduite par rapport à un triplet d'enveloppes. Une première enveloppe ENV1 est définie, délimitant un volume réduit, à l'intérieur duquel les efforts sur l'embout et la conduite flexible sont très satisfaisants. Tant que l'on reste à l'intérieur de cette enveloppe ENV1 , on a un fonctionnement satisfaisant de la connexion entre l'embout et le module de connexion, qui est compatible avec le transfert de fluide entre les deux structures.
Une seconde enveloppe ENV2, entourant la première, est définie qui délimite un volume à l'intérieur duquel les efforts mécaniques de la connexion et de la conduite flexible sont tels qu'il faut arrêter les pompes et fermer les vannes de circulation de fluide dans la conduite. On initie la séquence de coupure de la circulation du fluide dès que l'on traverse la frontière entre les enveloppes ENV1 et ENV2. Une troisième enveloppe ENV3, entourant la seconde, est définie qui délimite un volume à l'intérieur duquel les efforts mécaniques sont tels qu'il faut déconnecter d'urgence la conduite du module de connexion. On initie la séquence de déconnexion d'urgence dès que l'on traverse la frontière entre les enveloppes ENV2 et ENV3.
Le système de contrôle permettant de suivi du mouvement d'au moins une conduite va maintenant être décrit.
Un premier mode de réalisation du système de contrôle est représenté schématiquement sur la figure 7. Dans ce premier mode de réalisation, l'ensemble du système est embarqué à bord de la première structure.
Le système de contrôle 100 comporte un premier dispositif inertiel/GPS 104 implanté sur l'extrémité fixe de la conduite et un second dispositif inertiel/GPS 106 implanté sur l'extrémité libre de la conduite.
Le premier dispositif inertiel/GPS 104 comporte une première centrale inertielle 1 10 et un premier récepteur GPS 1 12.
Les centrales inertielles sont connues de l'homme du métier. La première centrale inertielle 1 10 comporte trois gyroscopes, trois accéléromètres, et une carte électronique permettant, à partir des mesures effectuées par ces capteurs, de calculer, en temps réel, l'accélération vectorielle du point d'implantation de la centrale inertielle. Par intégrations successives, une centrale inertielle permet d'acquérir la vitesse et la position de son point d'implantation. Il est à noter que pour ces intégrations successives, la centrale inertielle a besoin d'être calibrée.
Le premier récepteur GPS 1 12 comporte une première antenne 1 14 et une première carte électronique 1 16 permettant, à partir de différents signaux radioélectriques émis par une constellation de satellites et captés par la première antenne, de déterminer la position instantanée du point d'implantation du récepteur GPS. Par dérivations successives, le premier récepteur GPS 1 12 permet de délivrer la vitesse et l'accélération de son point d'implantation.
Le second dispositif inertiel/GPS 106 comporte, de manière similaire, une seconde centrale inertielle 120 et un second récepteur GPS 122 comportant une seconde antenne 124 et une seconde carte GPS 126.
Le système 100 comporte une carte GPS principale 130 connectée, via des connexions filaires bidirectionnelles, aux première et seconde cartes 1 16 et 126.
La carte GPS principale 130 est propre à coupler les premier et second récepteurs GPS 1 16 et 126 entre eux sur le principe de la cinématique temps réel, « Real Time Kinematic » en anglais (RTK), connu de l'homme du métier. Ainsi, le premier récepteur GPS 1 12 fonctionne en tant que récepteur de base de l'équipement RTK, tandis que le second récepteur 122 fonctionne en tant que récepteur mobile de l'équipement RTK.
Le système 100 comporte un calculateur 150, un système informatique de sécurité 170 et un ordinateur serveur 200.
Le calculateur 150 comporte une interface d'entrée à laquelle sont connectées les première et seconde centrales inertielle 1 10 et 120 et la carte GPS principale 130, et ceci via des connexions filaires bidirectionnelles.
Le calculateur 150 comporte une interface de sortie au moyen de laquelle il est relié au système informatique de sécurité 170 et à l'ordinateur serveur.
Le calculateur 150 est un ordinateur dédié au calcul des variables cinématiques du mouvement relatif de l'extrémité libre d'une conduite par rapport à son extrémité fixe. Il comporte des moyens de mémorisation, tels qu'une mémoire vive RAM et une mémoire morte ROM, et des moyens de calcul tels qu'un processeur. Le calculateur 150 est apte à exécuter les instructions de programmes logiciels stockés dans ses moyens de mémorisation.
Le calculateur 150 exécute en particulier un module applicatif 160 propre à calculer les variables cinématiques du mouvement de la conduite à partir des données acquises appliquées sur l'interface d'entrée.
Les données de position, vitesse et accélération relatives instantanées sont transmises, en sortie, à un module 180 et à l'ordinateur serveur propre à générer une grandeur correspondant aux efforts mécaniques que subit la conduite.
Le module 180 est paramétrable par le choix d'au moins une enveloppe de sécurité. Il prend en entrée les variables cinématiques générées en sortie du module 160 et calcule une grandeur correspondant aux efforts mécaniques dans la conduite contrôlée.
La notion d'enveloppe traduisant spatialement les contraintes mécaniques que subit la conduite, dans le mode de réalisation décrit, la grandeur calculée par le module 180 est une fonction booléenne d'état de la conduite. Par exemple, cette fonction prend la valeur nulle lorsque la position relative de l'extrémité libre de la conduite est à l'intérieur de l'enveloppe, et la valeur unité lorsque la position relative de l'extrémité libre de la conduite est à l'extérieur de l'enveloppe.
Le système informatique de sécurité 170 est un ordinateur dédié aux fonctions de sécurité. Il est propre à exécuter un module 190 de génération d'une consigne de sécurité. Le module 190 prend en entrée la valeur de la grandeur déterminée en sortie du module 180. Le module 190 est propre à générer, en sortie, un signal de consigne adressé à un moyen d'actionnement adapté avec lequel le système 100 est interfacé.
Le système 170 est interfacé, directement, avec le système d'actionnement des vannes et des pompes situé sur l'unité 10. La consigne est alors une consigne de sécurité propre à commander un ou plusieurs de ces moyens.
Le système 170 est relié à un dispositif d'émission/réception radio 250 permettant l'établissement d'une communication hertzienne avec des systèmes distant. Il est ainsi possible d'interfacer le système 100, indirectement, avec le système d'actionnement des vannes et des pompes du manifold du navire 12, le système d'actionnement du dispositif de déconnexion d'urgence à bord du navire, et/ou le système de positionnement dynamique du navire.
Le système 170 exécute un module de transmission 230 apte à transmettre les variables cinématiques en sortie du calculateur 150 au système de positionnement dynamique du navire, ainsi qu'une consigne de sécurité générée à destination du système d'actionnement des vannes et des pompes et/ou le système d'actionnement du dispositif de déconnexion d'urgence à bord du navire.
Le système 100 comporte un ordinateur serveur 200 relié au calculateur 150 et au système informatique de sécurité 170.
Le serveur 200 exécute un module d'interface homme/machine 210, permettant à un opérateur d'interagir avec le système 100.
Le serveur 200 exécute un module de configuration 220. Ce module 220 permet à un opérateur de créer et de sauvegarder dans une base de données 225 du serveur 200 de nouvelles enveloppes de sécurité. Le module 220 permet à l'opérateur de choisir au moins une enveloppe dans une liste d'enveloppes, puis de transmettre l'enveloppe choisie vers le système informatique de sécurité 170 pour configurer le calculateur 150, plus particulièrement le module 180.
Pour utiliser le système 100, alors que la conduite 20 est connectée au manifold 18 du navire 12, l'opérateur configure d'abord le module 180 à travers l'interface 210 au moyen du module 220. Une enveloppe de sécurité est choisie pour configurer le module 180.
Puis, les premier et second dispositifs inertiel/GPS 104, 106 mesurent périodiquement la position, la vitesse et l'accélération de la première extrémité et de la seconde extrémité de la conduite 40. Ces variables cinématiques sont transmises au module 160 qui détermine la position relative instantanée de l'embout 42. Le module 160 transmet cette donnée aux modules 180 et 190 et au serveur 200.
Le module 180 détermine la valeur de la fonction d'état en comparant la position relative instantanée avec l'enveloppe de sécurité choisie.
Le module 190 reçoit la valeur instantanée de la fonction d'état. Si celle-ci n'est pas nulle, il y a lieu de générer une consigne de sécurité demandant par exemple la fermeture des vannes et l'arrêt des pompes. Un signal de consigne de sécurité est émis directement du système informatique de sécurité 170 vers les systèmes d'actionnement situé sur la première structure 10. Un signal de consigne de sécurité est émis, via le système 170 et le dispositif d'émission /réception radio 250, vers le système d'actionnement situé sur la seconde structure 12.
Simultanément, pour tenter de repositionner le navire par rapport à l'unité et, ainsi respecter les contraintes de positionnement des deux structures imposées par la présente de la conduite, la position relative instantanée de l'embout est transmise depuis le calculateur 150, via le système 170 et le dispositif d'émission /réception radio 250, vers le système de positionnement dynamique du navire.
En variante, la position relative instantanée de l'embout est affichée sur l'écran d'un ordinateur de contrôle situé sur le navire. Un opérateur actionne en conséquence le système de positionnement dynamique du navire pour replacer l'embout à l'intérieur de l'enveloppe choisie qui est également affichée sur ledit écran de contrôle.
On a représenté sur la figure 8 un mode de réalisation plus complexe du système de contrôle. Le système 1 100 comporte, un premier sous-système 1 101 , à bord de l'unité 10, et un second sous-système 1 102, à bord du navire 12.
Le système 1 100 de la figure 8 a pour fonction de contrôler, simultanément, quatre conduites flexibles 1021 à 1024, déroulées depuis I'unité10 vers le navire12, l'unité et le navire étant dans une configuration tandem.
Les conduites sont associées par paires. Chaque paire de conduites est portée par une roue 1048, 1049 qui est située sur le pont arrière de l'unité 10. La rotation de la roue autour d'un axe sensiblement parallèle au plan du pont de l'unité permet de dérouler ou d'enrouler une longueur de conduite. Une roue est montée pivotante par rapport au pont de l'unité, autour d'un axe de pivotement sensiblement vertical, perpendiculaire au plan du pont du navire. Le plan de la roue pivote donc par rapport à l'unité comme cela est visible sur la figure 9.
Le premier sous-système 1 101 comporte, pour chacune des quatre conduites et comme dans le premier mode de réalisation ci-dessus, un premier dispositif inertiel/GPS 104 implanté sur l'extrémité fixe d'une conduite et un second dispositif inertiel/GPS 106 implanté sur l'extrémité libre de la conduite. Une carte GPS principal (non représentée) couple les récepteurs GPS des premier et second dispositifs inertiel/GPS 104 et 106 équipant une même conduite.
En variante, pour des raisons économiques, les deux premiers dispositifs inertiel/GPS associés à l'extrémité fixe des conduites d'une même paire de conduites partagent leur centrale inertielle. En effet, l'accélération de l'extrémité fixe de ces deux conduites est identique.
Le premier sous-système comporte, en outre, deux calculateurs 1 150 et 1 151 du type du calculateur 150 présenté ci-dessus. Chaque calculateur est dédié à l'acquisition des valeurs cinématiques des deux conduites d'une même paire de conduites. Il est pour cela connecté aux dispositifs Inertiel/GPS associés à ces conduites.
Le premier sous-système 1 101 comporte un premier système informatique de sécurité 1 170 similaire au système 170 présenté ci-dessus, auquel sont connectés les deux calculateurs 1 150 et 1 151 . Le premier système informatique de sécurité 1 170 est interfacé, directement, au système d'actionnement des vannes et pompes du manifold de l'unité 10, ainsi qu'au système de positionnement dynamique de l'unité 10.
Le premier système informatique de sécurité 1 170 est relié à un premier dispositif d'émission/réception 1250. Un serveur 1200 est également connecté au système 1 170 et aux calculateurs 1 150 et 1 151 .
Le second sous-système 1 102 comporte un dispositif inertiel/GPS 1 105 comportant quatre récepteurs GPS 1 1 1 1 à 1 1 14 et une centrale inertielle 1 1 10.
Deux récepteurs GPS sont placés sur un bord du navire, tandis que les deux autres sont placés sur le bord opposé. Les récepteurs GPS sont couplés par paire au moyen d'une carte GPS principale (non représentée). Chaque paire comprend un récepteur GPS placé sur un bord et un récepteur GPS placé sur le bord opposé, les récepteurs GPS n'ayant pas la même position le long de l'axe longitudinal du navire.
La centrale inertielle 1 1 10 est placée sensiblement sur l'axe longitudinal du navire.
Le second sous-système 1 102 comporte un calculateur 1 152 embarqué, similaire au calculateur 150 présenté ci-dessus.
Le calculateur 1 152 est propre à calculer la position, la vitesse et l'accélération de tout point du navire à partir des mesures effectuées par le dispositif inertiel/GPS 1 105. En particulier, le calculateur 1 152 permet d'acquérir les variables cinématiques du mouvement des quatre connecteurs du manifold 18 du navire 12 auxquels doivent être connectées les quatre conduites 1021 à 1024. Le second sous-système 1 102 comporte un second système informatique de sécurité 1 171 similaire au système 170 présenté ci-dessus, auquel est connecté le calculateur 1 152. Le second système informatique de sécurité 1 171 est interfacé au système d'actionnement des vannes et pompes du manifold 18 du navire 12, au système d'actionnement du dispositif de déconnexion d'urgence du manifold 18, ainsi qu'au système de positionnement dynamique du navire 12.
Le second système informatique de sécurité 1 171 est relié à un second dispositif d'émission/réception 1251 . Un second serveur 1201 est relié au second système informatique de sécurité 1 171 et au calculateur 1 152 embarqué.
Dans le fonctionnement qui va être décrit, le premier sous-système 1 101 agit en tant que maître et le second sous-système 1 102 en tant qu'esclave.
Dans une étape initiale d'approche, le navire 12 vient se positionner relativement à l'unité 10 dans une configuration tandem.
Puis, au moyen de l'interface proposée par le serveur 1200, un opérateur, situé sur l'unité 10, établit une liaison de communication entre les premier et second sous- systèmes, via les dispositifs d'émission/réception radio 1250 et 1251 .
Une fois cette communication établie, le premier serveur 1200 interroge le second serveur 1201 pour rapatrier des données nécessaires au choix de deux triplets d'enveloppes de sécurité. Ces données sont, par exemple, la nature du navire, ses capacités de propulsion, etc. Sur la base de ces données rapatriées, ainsi que des données présentes dans la base de données du premier serveur 1200 (nature des flexibles, capacité de propulsion de l'unité 10, etc.) et d'autres données circonstancielles (état de la mer, etc.) deux triplets d'enveloppes sont choisis par l'opérateur et transmis au premier système informatique 1 170 pour configurer son module de détermination d'une grandeur représentative des efforts imposés aux conduites.
Les deux triplets d'enveloppes choisis sont surimposés sur la figure 9. Le premier triplet d'enveloppes ENV1 1 , ENV21 , ENV31 est associé aux conduites portées par la roue 1049, tandis que le second triplet d'enveloppes ENV12, ENV22, ENV32 est associé aux conduites portées par la roue 1048.
Dans une étape de réalisation de la connexion, le premier sous-système 1 170 contrôle les positions des quatre connecteurs du manifold du navire par rapport aux extrémités fixes des conduites devant y être connectées. Le système 1 100 fonctionne alors en tant que système de guidage pour la l'établissement de la connexion. Les données de position, vitesse et accélération des connecteurs sont transmises via la liaison de communication hertzienne entre le second et le premier sous-système. A chaque instant, le premier sous-système 1 170 détermine si la position relative d'une paire de connecteurs du manifold du navire se situe dans l'enveloppe ENV1 1 et si la position relative de l'autre paire de connecteurs du manifold du navire se situe dans l'enveloppe ENV12.
Le positionnement du navire par rapport à l'unité est alors réguler de sorte que les connecteurs se situent à l'intérieur des deux enveloppes ENV1 1 et ENV12. Une fois cette condition vérifiée, la connexion de chacune des conduites à l'un des connecteurs du manifold peut être réalisée, sans que les efforts mécaniques à appliquer aux conduites sortent des limites acceptables.
Dans une étape connectée, le premier sous-système contrôle, pour chaque conduite, la position de son extrémité libre par rapport à son extrémité fixe. Le premier sous-système contrôle la position relative des deux extrémités libres des conduites d'une paire de conduites par rapport aux seconde et troisième enveloppes ENV21 et ENV31 . Simultanément, il contrôle la position relative des deux extrémités libres des conduites de l'autre paire de conduites par rapport aux seconde et troisième enveloppes ENV22 et ENV32.
Dès qu'une des extrémités libres sort de la première enveloppe pour entrer dans la seconde, une consigne de sécurité de fermeture des vannes et d'arrêt des pompes est émise, d'une part, vers le système d'actionnement des pompes et vannes du manifold de l'unité et d'autre part vers le système d'actionnement des pompes et vannes du manifold du navire.
Dès qu'une des extrémités libres sort de la seconde enveloppe pour entrer dans la troisième enveloppe, une consigne de sécurité de déconnexion d'urgence est émise vers le système d'actionnement du dispositif de déconnexion d'urgence du navire.
Simultanément, une consigne de positionnement est émise en direction, d'une part, du système de positionnement dynamique de l'unité et, d'autre part, vers le système de positionnement dynamique du navire, dans le but de corriger le positionnement relatif du navire et de l'unité pour replacer les extrémités libres des conduites à l'intérieur des enveloppes de sécurité.
On notera que dans le cas d'un triplet d'enveloppes, la fonction d'état prend, par exemple, la valeur 1 lorsque la position relative de l'embout est à l'intérieur de la première enveloppe ENV1 , la valeur 2 lorsque la position relative de l'embout est à l'extérieur de la première enveloppe ENV1 , mais à l'intérieur de la seconde enveloppe ENV2, la valeur 3 lorsque la position relative de l'embout est à l'extérieur de la seconde enveloppe ENV2 mais à l'intérieur de la troisième enveloppe ENV3, la valeur 4 lorsque la position relative de l'embout est à l'extérieur de la troisième enveloppe ENV3. Le principe de la présente invention peut être mis en œuvre pour tout type de lien entre deux structures dont une est flottante. Bien que la présente description détaille le cas d'une conduite flexible, le lien pourrait par exemple être une conduite rigide, une amarre, un bras rigide entre les deux structures, ou l'équivalent.
Pour des raisons de simplification de la description, les enveloppes de sécurité présentées sont des enveloppes pour le contrôle de la position relative instantanée de l'extrémité libre d'une conduite ou d'un connecteur. En variante, des enveloppes de sécurité prenant en compte la vitesse et/ou l'accélération relatives instantanées de l'extrémité libre sont utilisées par le système de contrôle.
Dans encore une autre variante, au lieu de ne considérer que les valeurs instantanées de différentes variables cinématiques, le système de contrôle prend en compte les différentes valeurs de ces variables cinématiques sur une période de temps dans le but de tenir compte de la dynamique du lien et de réaliser des calculs de tendance.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Système (100 ; 1 100) de contrôle en temps réel d'au moins un lien (20 ; 1021 à 1024) entre des première et seconde structures (10, 12), au moins la seconde structure étant une structure flottante, le ou chaque lien étant propre à être connecté par une première extrémité à la première structure et par sa seconde extrémité à la seconde structure, caractérisé en ce qu'il comporte :
un moyen d'acquisition (104, 106, 130, 150 ; 104, 105, 106, 1 152) de variables cinématiques du mouvement de la seconde extrémité du ou de chaque lien par rapport à sa première extrémité,
- un moyen de détermination (180) d'une grandeur représentative des contraintes mécaniques que subit le ou chaque lien, à partir de variables cinématiques délivrée(s) par le moyen d'acquisition,
un moyen de génération (190) d'une consigne en fonction de la ou des grandeurs délivrée(s) par le moyen de détermination.
2. - Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit lien est une conduite (20) de transfert de fluide pour le transbordement d'un fluide entre les première et seconde structures.
3.- Système selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen d'acquisition comporte, pour le ou chaque lien, un dispositif inertiel/GPS de mesure de variables cinématiques de la seconde extrémité dudit lien, chaque dispositif inertiel/GPS (106) comportant une centrale inertielle (120) et un récepteur GPS (122).
4.- Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérise en ce que le moyen d'acquisition comporte au moins un premier dispositif inertiel/GPS (104) de mesure de variables cinématiques de la première extrémité du ou de chaque lien, ledit au moins un premier dispositif inertiel/GPS comportant une premier centrale inertielle (1 10) et au moins un premier récepteur GPS (1 12).
5.- Système selon la revendication 4, caractérise en ce que le ou l'un des premier(s) récepteur(s) GPS (1 12) fonctionne en tant que récepteur fixe d'un système de positionnement par satellite mettant en œuvre le principe de cinématique temps réel, les autres récepteurs GPS (122) fonctionnant en tant que récepteur mobile dudit système de positionnement par satellite mettant en œuvre le principe de cinématique temps réel.
6. - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen d'acquisition comporte, en outre, un dispositif inertiel/GPS embarqué (1 105) de mesure de variables cinématiques de la seconde structure (12), ledit dispositif inertiel/GPS embarqué comportant une centrale inertielle (1 1 10) et au moins un récepteur GPS (1 1 1 1 à 1 1 14).
7. - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de détermination (180) de grandeurs représentatives des contraintes mécaniques dans la ou chaque lien est propre à tenir compte des variables cinématiques acquises à l'instant présent et/ou à un instant passé.
8. - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen de détermination (180) de grandeurs représentatives des contraintes mécaniques dans le ou chaque lien est propre à déterminer la valeur d'une fonction d'état dudit lien.
9. - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le moyen de génération (190) d'une consigne est propre émettre une consigne de sécurité vers un système d'actionnement d'un dispositif de déconnexion d'urgence du ou de chaque lien.
10. - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, ledit lien étant une conduite de transfert de fluide, le moyen de génération (190) d'une consigne est propre émettre une consigne de sécurité vers un système d'actionnement des pompes et des vannes permettant la circulation du fluide dans la ou chaque conduite.
1 1 . - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est propre émettre une consigne de positionnement vers un système de positionnement dynamique de la première structure et/ou de la seconde structure.
12. - Procédé de contrôle en temps réel d'au moins un lien (20 ; 1021 à 1024) entre des première et seconde structures (10, 12), au moins la seconde structure étant une structure flottante, le ou chaque lien étant propre à être connecté par une première extrémité à la première structure et par sa seconde extrémité à la seconde structure, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : acquérir des variables cinématiques du mouvement de la seconde extrémité du ou de chaque lien par rapport à sa première extrémité,
déterminer une grandeur représentative des contraintes mécaniques que subit le ou chaque lien, à partir de variables cinématiques acquises,
- générer une consigne en fonction de la ou des grandeurs déterminées.
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