NO340274B1 - Undervannstanker - Google Patents

Description

BAKGRUNN

Oppfinnelsesområde

[0001] Foreliggende oppfinnelse gjelder en undervannstanker for et fluid, f.eks. olje eller komprimert naturgass.

Kjent og beslektet teknikk

[0002] I det følgende tjener hydrokarboner som et eksempel på fluidlast. Imidlertid kan utførelser av undervannstankeren som beskrevet her, transportere friskt vann, uorganisk gass eller andre fluide kjemiske forbindelser. Her betyr uttrykket "hydrokarboner" olje og gass, typisk utvunnet fra et undergrunnsreservoar. Naturgass, eller NG, betyr hydrokarboner som er i gassform under normale forhold, dvs. 0 °C og 1 bar, slik som metan, mens hydrokarbonene også omfatter komponenter som er flytende ved normale forhold, f.eks. råolje.

[0003] Fra et reservoar og et trykk på flere hundre bar, er en blanding av hydrokarboner, vann og andre substanser, f.eks. H2S, brakt til overflaten under nøye oppsyn. Temperatur og trykk er kontrollert og kjemikalier kan tilsettes, f.eks. for å forhindre eller hemme dannelsen av hydrater og/eller skalering. En innledende behandling kan utføres i feltet, f.eks. å fjerne noe eller det meste av vannet, sand og korroderende stoffer som H2S. Etter innledende behandling, blir hydrokarboner transportert nedstrøms mot en endelig destinasjon, f.eks. et raffineri for nedbryting av blandingen til individuelle komponenter, en kjemisk fabrikk for videre bearbeiding eller en forbruker for oppvarming. I noen tilfeller, kan det å holde hydrokarbonene, for eksempel NG, ved et trykk på noen hundre bar fra produksjon til et lastepunkt og videre under transport, spare energi og kostnader i forhold til å dekomprimere gassen for behandling og deretter komprimere den for transport. I det følgende er "transport" definert som å bringe hydrokarbonene fra et lastepunkt, hvor all forhåndsbehandling har blitt utført, til et lossepunkt hvor ingen etterbehandling er påbegynt.

[0004] Transport av hydrokarboner omfatter i denne forstand transport i rør og transport med tanker, hver med kjente fordeler og ulemper. Hvis tankertransport foretrekkes fremfor rørtransport, gjenstår en sammenligning av alternative tankere.

[0005] Et første eksempel dreier seg om transport av naturgass. LNG (flytende naturgass) har omtrent dobbel tetthet i forhold til CNG (komprimert naturgass) ved 250 bar og standard temperatur. Dermed, hvis hastighet, innledende og avsluttende behandling av NG blir sett bort i fra, ville en CNG-tanker trenge litt mindre enn halvparten av investerings- og driftskostnadene sammenlignet med en LNG-tanker med samme lastevolum, f.eks. 150 000 m<3>, for å være kostnadskonkurransedyktig i transportering av en gitt masse av NG. Selvfølgelig må en reell sammenligning også ta hensyn til transporthastigheten, kostnader til kjøleanlegg og fordampning av LNG kontra komprimere og dekomprimere CNG, samt kostnadene for kryogenisk utstyr for lagring og transport av LNG sammenlignet med tilsvarende utstyr for CNG.

[0006] Et andre eksempel gjelder tanker størrelse. Ved overflate transport av råolje, er forskjellige størrelser fordelaktige for forskjellige anvendelser. For eksempel kan en Panamax-tanker i stand til å passere gjennom Panama-kanalen være å foretrekke fremfor en applikasjon, mens en VLCC (meget stor råoljetanker) kan være foretrukket fremfor en annen. Tilsvarende, har overflategasstankere forskjellige størrelser for ulike applikasjoner. Dermed er det forventet at undervannstakere for hydrokarboner har forskjellige størrelser avhengig av lasten, avstanden og andre faktorer tilsvarende de som bestemmer den gunstige størrelsen med en overflatetanker.

[0007] CA2028273A1 beskriver en ubemannet undervannstanker laget av betong, hvor det ytre trykket fra omgivende vann i det vesentlige kompenserer for et indre trykk. Tankeren er lastet ved et undervannslastepunkt og losses ved et lossepunkt. Laste- og lossepunktene er fortrinnsvis plassert på fast grunn av hensyn til tankerens vekt.

[0008] Transport av fluider i en undervannstanker med en pumpe for å pumpe fluider inn i lasterommene er beskrevet i FR 1159028 (A).

[0009] I det følgende vil et ikke-begrensende eksempel dreier seg om en undervannstanker med et lastevolum på 150 000 m<3>. Størrelsen er valgt, dels fordi den tilsvarer en typisk overflate LNG-tanker, og dels for å illustrere at undervannsutstyr ikke skaleres lineært. For eksempel, håndtering av 200-300 bar i en 10 liters dykkeflaske er neppe sammenlignbart med håndtering av 150 000 m<3>CNG ved 25 MPa (250 bar), og bevegelse og styring av en undervannstanker av en slik størrelse er ikke direkte sammenlignbart med bevegelse og styring av en undervannsbåt på en brøkdel av størrelsen.

[0010] Det er flere grunner til at tradisjonell undervannsdesign er dyr og/eller upraktisk for en stor undervannstanker som opererer ved et eksternt trykk på 250 bar, dvs. på et vanndyp på 2 500 m.

[0011] For det første ville lugarer og andre fasiliteter for et mannskap ved et akseptabelt sikkerhetsnivå 2 500 m under havoverflaten være dyrt, så en ubemannet fjernstyrt tanker, f.eks. fra et overflatefartøy, ville være fordelaktig.

[0012] For det andre, størrelse og ønsket hastighet kan gjøre et tradisjonelt undervannsdesign for dyrt for at en undervannstanker kan konkurrerer med en overflate råoljetanker eller LNG-tanker. For eksempel, noen av de største undervannsbåtene som noensinne er bygget, Typhoon klasse (russisk "Akuna" eller "Shark"), har en fortrengning på mindre enn 48 000 tonn fullt neddykket. I noen av disse undervannsbåtene, er missilutskytere erstattet med lasterom for opptil 15 000 tonn last. Til sammenligning kan en undervannstanker med lastevolum for 150 000 m3 CNG ved 24 MPa har en fortrengning på 190 000 tonn, dvs. ca. fire ganger størrelsen og massen av en Typhoon. Ettersom den nødvendige styrken og kraften til et fremdriftssystem og en kurskontroll avhenger av bevegelse, kan en mindre hastighet i noen grad kompensere for styreutfordringer som følge av en meget stor masse, fortrinnsvis til et nivå hvor prisgunstig, fremdriftssystem, ballastpumper og kontrollflater kan håndtere bevegelsen. Imidlertid krever en økonomisk transport en viss minimumshastighet eller hastighet fremover, f.eks. ca. 2,5 m/s (~3-5 knop).

[0013] Nærmere bestemt, dybde kontroll, styring og endringer i fremdriftshastighet er endringer i bevegelse, og dermed lik en sum av impulser, f.eks. som et integral av en varierende kraft F( t) over en responstid, eller tilsvarende som en konstant midlere kraft F påført over responstiden. Følgeligøker den kraften som kreves for å forandre bevegelsen ved en gitt hastighet medøkende masse og avtagende responstid. Andre faktorer må også vurderes.

[0014] Dybdekontroll tjener som et eksempel. Nærmere bestemt, se for deg en undervannsbåt som beveger seg fremover ved 5 m/s og en oppadgående vinkel på 2°. Denne undervannsbåten ville hevet seg ca. 50 m på fem minutter. Dermed må undervannsbåten være i stand til å endre bevegelsen, nærmere bestemt retningen på hastigheten med mer enn 2°, over en reaksjonstid på fem minutter, for å opprettholde et dybdeområde ved en satt dybde på + 50 m. En undervannstanker med fire ganger massen og samme hastighet som undervannsbåten, vil ha fire ganger bevegelsen, og dermed kreve fire ganger styrekraften for å utføre den samme endringen av hastighet i responstiden på fem minutter. Dette kan gjøres ved å øke arealet av finner og styreflater, angrepsvinkel; hydrofoil-profiler osv. som alleøker motstanden, og dermed driftskostnaden. Til slutt, en stor tanker vil trolig brukes til langtransport, f.eks. 5 000 -10 000 km. Det ekstra arbeidet som følger av en større motstand over en lang avstand krever drivstoff, så de ekstra driftskostnadene kan bli betydelige

[0015] Ved en fremdriftshastighet på null, skaper ikke finner og kontrollflater et løft, så en tradisjonell undervannsdesign bruker ballastering med vann for å kontrollere dybden. Pumpehastigheten må være tilstrekkelig for å holde tankeren innenfor det forutbestemte dybdeområdet, dvs. å bestemme en reaksjonstid som er beskrevet ovenfor. Vannhastigheten inn i eller ut av ballasttanker, og dermed kostnaden for tanker og pumper, øker med masse, det gjør også prisen for en propell beregnet for å endre bevegelsen i en retning. Derfor, hovedsakelig på grunn av den større massen til en undervannstanker, er kostnadene forbundet med styreflater, ballasttanker med tilhørende pumper og/eller propeller relativt høy, og kan bli til et hinder for en kommersiell undervannstanker som bør ha livssykluskostnad, for eksempel mindre enn halvparten så mye som en LNG-tanker med tilsvarende lastevolum. Lignende

betraktninger gjelder for alle romlige retninger.

[0016] For det tredje, i et tradisjonelt undervannsdesign, brukes elektrisk kraft til bevegelse og styring, dvs. å kjøre en eller flere propeller, flere aktuatorer for eksterne kontrollflater og/eller pumper for å fylle eller tømme ballasttanker. En elektrisk generator drevet av en motor inne i undervannsfartøyet, f.eks. en forbrenningsmotor eller en dampturbin, kan tilveiebringe den elektriske strømmen. Å gi drivstoff og luft til forbrenningen i et undervannsfartøy krever plass til drivstoff- og lufttanker. Videre er kostnadene til vedlikehold av en forbrenningsmotor langt under havoverflaten absolutt høyere enn kostnaden for vedlikehold av en lignende motor på overflaten. Kostnadene forbundet med alt det ovennevnteøker raskt med størrelsen av tankeren, og noen kostnaderøker med operasjonsdybden. Spesielt, operasjon av en forbrenningsmotor ved en dybde på 2 500 m i mange år kan ikke komme i betraktning av praktiske grunner, og kan bli funnet for dyre, selv om de ble vurdert. Mens alternativer til en forbrenningsmotor er kjent for en militær undervannsbåt, f.eks. luft uavhengige fremdrifts systemer som kjernekraftverk, kjemiske batterier, brenselceller eller Stirling motorer, slike alternative energikilder er vanligvis ikke tilgjengelig, uegnet og/eller for dyre for en stor kommersiell undervannstanker, og er ikke videre beskrevet her.

[0017] Kort sagt er formålet med foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en forbedret undervannstanker som løser minste ett av problemene ovenfor og samtidig beholder fordelene ved kjent teknikk. Særlig skal oppfinnelsen muliggjøre transport av hydrokarboner og andre fluider til en lavere kostnad per enhet enn det som tidligere har vært mulig.

SAMMENDRAG

[0018] De ovennevnte og andre formål oppnås ved hjelp av et system med et slepefartøy og en undervannstanker for transport av et fluid ifølge krav 1, og en fremgangsmåte for drift av systemet ifølge til krav 13.

[0019] I et første aspekt vedrører den foreliggende oppfinnelsen et system med et slepefartøy og en undervannstanker for transport av et fluid, undervannstankeren omfattende et festepunkt for en slepekabel fra slepefartøyet og en hoveddel. Hoveddelen har en sylindrisk tank for å inneholde fluidet ved et forhåndsbestemt indre trykk, en permanent ballast tilkoblet under den sylindriske tanken og minst en ballasttank for trimming og dybdekontroll. Hoveddelen er videre designet for å operere på en vanndybde hvor det utvendige trykket hovedsakelig motvirker det indre trykket. Systemet omfatter videre et undervannslastepunkt med en lastelinje for tilførsel og mottak av fluidet; utstyr for å bevege vann inn i og ut av den sylindriske tanken, slik at å fylle den sylindriske tanken med vann driver ut en fluidlast gjennom lastelinjen og fjerner vann fra den sylindriske tanken, fyller den sylindriske tanken med et returfluid gjennom lastelinjen; og en hanefot plassert over den sylindriske tanken. Hanefoten er konfigurert for å bevege festepunktet frem og tilbake langs hoveddelen.

[0020] Fortrinnsvis overstiger det ytre trykket fra omgivende vann det indre trykket slik at en kompresjonskraft virker på hoveddelen. Deretter, kan hoveddelen fremstilles av et sprøtt og billig materiale, f.eks. betong som er kjent fra tidligere teknikk. Imidlertid er utførelsesformer med en noe positiv intern trykkforskjell også forventet fordi håndtering av et begrenset differansetrykk som virker på skrogstrukturen, for eksempel 10 bar i stedet for 250 bar, reduserer designkravene betydelig. Således, omfatter betegnelsen "i hovedsak motvirkes det indre trykk" utførelsesformer der trykkforskjellen fra innsiden til utsiden fører til en økonomisk levedyktig design, for eksempel opp til 10% høyere enn det ytre trykket. I det tilfellet må skrogstrukturen være i stand til å tåle strekkspenningene som følge av et indre trykk som er større enn det ytre trykket.

[0021] I noen utførelsesformer, kan lastelinjene kan være forskjellige linjer eller kombineres og/eller være forbundet med annet utstyr på en rekke måter. For eksempel, kan en linje motta en fluidlast, f.eks. CNG, i et intervall og forsyne returlast, f.eks. tørr luft, N2eller CO2i et andre intervall. På samme måte kan den andre linjen være et enkelt utløp for returfluid slik som tørr luft eller en linje til overflaten. Videre kan transport være symmetrisk i den forstand at returfluid i en sløyfe er fluidlasten i en motsatt sløyfe ved hjelp av de samme to laste- og lossepunktene. For eksempel kan et lastepunkt på en plattform som produserer CNG være lossepunkt for CO2, f.eks. for trykkstøtte for den CNG-produserende geologiske formasjonen.

[0022] Fortrinnsvis omfatter hoveddelen et ballastelement tilkoplet under et tankelement. Effekten er å senke tyngdepunktet og således minimalisere rull. Et egnet ballastmateriale kan være, for eksempel, grus av magnetitt, dvs. jernmalm, på grunn av sin relativt lave pris og høye tetthet. I visse anvendelser kan en slik malm også anvendes i veggene til hoveddelen.

[0023] Hoveddelen har fortrinnsvis minste en ballasttank for trimming og dybdekontroll. Under en transport med en fluidlast og i løpet av en returreise med et returfluid, er oppdriften av hoveddelen nær nøytral, dvs. at en transportmasse er nær forskyvning av hoveddelen. Ballastvann pumpes inn i eller ut av ballasttankene for å justere transportmassen til den faktiske forskyvning som er kjent i faget. Ballasttankene kan e.g. være laget av forholdsvis rimelige stålrør, og de kan orienteres parallelt med en lengdeakse gjennom hoveddelen for å styre rull. Separate ballasttanker på en fremre ende og en bakre ende av hoveddelen kan brukes til å styre stamp og dybde.

[0024] En foretrukket utførelsesform omfatter en hanefot for å fordele en slepe- og løftekraft. Hanefoten er fortrinnsvis en lengde med ståltau som går over to trinser festet til hoveddelen på to separate festepunkt, f.eks. den ene bak den andre. Deretter kan en konnektor festet til ståltauet flyttes langs hoveddelen ved å dreie trinsene for å justere stampingen. Lignende trinser kan benyttes for å redusere rull hvis ønsket. Foruten trinser kan hvilken som helst annen aktivator anvendes for å endre geometrien av hanefoten og for å innføre krefter for å styre stamping eller rulling av hoveddelen.

[0025] Flyteelementet kan være lokalisert ved hvilken som helst dybde over hoveddelen, og bidrar til å orientere hoveddelen gjennom stabiliseringskabelen. Nærmere bestemt, stabiliseirngskabelen utøver en oppadrettet kraft på en øvre del av hoveddelen for å redusere rull, det vil si rotasjon om en lengdeakse som peker i bevegelsesretningen.

[0026] Det første tauet overfører kraften som virker oppover på hoveddelen, og kan være et syntetisk tau eller et ståltau i stand til å overføre oppdriftskraften fra flyteelementet. Det første tauet har fortrinnsvis nær nøytral oppdrift for å unngå uønskede vertikale krefter på tauet og flyteelementet, og ville således være forsynt med oppdriftselementer hvis et ståltau er valgt.

[0027] Den første konnektoren er hovedsakelig bevegelig i en langsgående retning for å justere stamping av hoveddelen. Stampingen bør justeres slik at hoveddelen til enhver tid presenterer et minimumsareal vinkelrett på bevegelsesretningen for å minimalisere motstand og således driftskostnadene. Like viktig, f.eks. en positiv stamping gjør at hoveddelen beveger seg oppover. Dette er uønsket fordi det ytre trykket bør overstige det indre trykket for å komprimere strukturen. Den første konnektoren kan også være bevegelig i en sideretning for å styre rull, spesielt ved laste- og lossepunkt.

[0028] I en foretrukket utførelsesform, overstiger lengden av stabiliseirngskabelen vanndybden. I denne utførelsesformen, flyter flyteelementet på overflaten, slik at dersom hoveddelen begynner å stige, stiger flyteelementet ut av vannet. Dette reduserer oppdriften og gjør derved at hoveddelen synker på grunn av tyngdekraften. Motsatt, hvis hoveddelen begynner å synke, er et større volum av flyteelementet under vann. Detteøker oppdriften og gjør at hoveddelen stiger på grunn av oppdrift overført gjennom stabiliseringskabelen.

[0029] Fortrinnsvis omfatter hoveddelen et første lasterom separert fra en andre lasterom med et bevegelig, gasstett tetningselement. Hovedformålet med det gasstette tetnings elementet er å hindre at gass i det første lasterommet løser seg i vann i det andre lasterommet.

[0030] I en spesielt foretrukket utførelsesform, er det gasstette tetningselementet en fleksibel membran. Men andre tetningselement er antatt. For eksempel kan ett eller flere rør plasseres inne i tankvolumet, hvert rør har en ende åpen mot lasterommet, den andre enden er åpen mot ballastrommet, og et aksialt bevegelig stempel. Flere ståltankere som er kjent innen teknikken, f.eks. av det slag som brukes i overflate råoljetankere, omsluttet av et skall av betong kan fortsatt være billigere enn en overflatetanker.

[0031] I noen utførelsesformer omfatter hoveddelen en styreflate og/eller en propell for å bevirke rotasjon av hoveddelen om minste en av tre innbyrdes vinkelrette rotasjonsakser. Styreflater og/eller propeller kan erstatte eller supplere ballasttankene for trimming og dybdekontroll, og de trenger ikke å brukes aktivt på hele reisen. For eksempel må bunnen være nede ved laste- og lossepunktene, men rull spiller ingen rolle under en reise. Dessuten kan ballasttankene brukes for dybdestyring hvis hoveddelen av en eller annen grunn stopper, mens forholdsvis små styreflater kan holde hoveddelen innenfor et tillatt dybdeområde, så lenge som hoveddelen beveger seg gjennom vannet. Det faktiske valget av midler for plassering og orientering av hoveddelen i et legeme av vann avhenger av massen, reaksjonstiden osv., som omtalt ovenfor.

[0032] I noen utførelsesformer omfatter hoveddelen minst en propell for å bevirke translasjon av hoveddelen langs minst én av tre innbyrdes vinkelrette akser. Derved trenger ikke hoveddelen sleping, men kan slepe flyteelementet. Slike propeller kan også løfte hoveddelen og/eller forskyve hoveddelen til den ene side med eller uten en rotasjon i hvilket som helst plan.

[0033] I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen et system for transport av et fluid omfattende en undervannstanker som beskrevet ovenfor, videre omfattende: en kommunikasjonslinje for overføring av styrerelaterte signaler mellom en styreenhet ved overflaten, og hoveddelen og en kraftlinje for levering av elektrisk kraft fra en elektrisk generator ved overflaten til hoveddelen.

[0034] Kommunikasjonslinjen muliggjør overføring av sensordata fra hoveddelen til en styreenhet på overflaten, og passende styrekommandoer i motsatt retning. Kommunikasjonslinjen er fortrinnsvis en elektrisk leder eller en fiberoptisk kabel, som akustisk signalisering gjennom, for eksempel, 2 500 m vann med varierende salinitet som forventes å dempe og/eller forvrenge det akustiske signalet i den grad at kommunikasjonen ville bli upålitelig eller ineffektiv grunnet lavt signal/støyforhold.

[0035] Kraftlinjen muliggjør en elektrisk generator drevet av en forbrenningsmotor på overflaten, hvor luft er lett tilgjengelig fra atmosfæren, og en eller flere elektriske motorer for å drive styreenheter på hoveddelen, hvor orienteringen av hoveddelen styres mest effektivt. Kraftlinjen omfatter fortrinnsvis en elektrisk isolert metallvaier, f.eks. laget av aluminium for lite tap og lave kostnader, utstyrt med flyteelementer for å gjøre kraftlinjen nøytral i oppdrift. En slik kraftlinje kan være lik dynamiske kabler som brukes i undervanns olje- og gassindustrien, og som er kjent innen faget.

[0036] I en første utførelsesform omfatter systemet videre et slepefartøy med styreenheten og den elektriske generatoren, og en slepekabel med kommunikasjonslinjen og kraftlinjen. Slepekabelen er fortrinnsvis forsynt med en kåpe for å redusere motstanden. En utførelsesform uten en slepekabel ville kreve en propell for bevegelse på hoveddelen.

[0037] I noen utførelsesformer omfatter slepekablene ytterligere en drivstoffslange fra hoveddelen til slepefartøyet. Slik kan hydrokarboner fra hoveddelen mate en forbrenningsmotor som driver den elektriske generatoren, og muligens fremdriftsmotoren for slepefartøyet.

[0038] I en annen utførelsesform av systemet, er en propell for fremdrift av hoveddelen obligatorisk. I den andre utførelsesformen av systemet omfatter flyteelementet styrings enheten og den elektriske generatoren, og stabiliseirngskabelen omfatter kommunikasjonslinjen og strømlinjen. Stabiliseringskabelen er fortrinnsvis utstyrt som slepekablene i den første utførelse, spesielt forsynt med en kåpe og flyteelement for å gjøre den nøytral i oppdrift.

[0039] Som i den første utførelsesformen av systemet, kan stabiliseringskabelen omfatte en drivstoffslange fra hoveddelen til flyteelementet.

[0040] I et tredje aspekt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for drift av et system med en sylindrisk tank. Fremgangsmåten omfatter følgende trinn: å fylle den sylindriske tanken ved et undervannslastepunkt med en fluidlast ved det forhåndsbestemte indre trykket; transportere fluidlasten fra lastepunktet til et undervannslossepunkt; drive ut fluidlasten fra den sylindriske tanken; å fylle den sylindriske tanken ved lossepunktet med en returfluid ved et andre indre trykk; transport av returfluidet fra lossepunktet til lastepunktet. Fremgangsmåten kjennetegnes ved at å drive ut fluidlasten innebærer å la omgivende vann strømme inn i den sylindriske tanken; fylle den sylindriske tanken på lossepunktet med en returfluid innebærer å pumpe vann ut fra den sylindriske tanken; og transportere fluidlasten og/eller returfluidet innebærer å bevege festepunktet frem og tilbake langs hoveddelen for å justere stamping.

[0041] Fluidlasten kan være hvilket som helst fluid som er definert i innledningen, f.eks. CNG fra et undergrunnsreservoar. Returfluidet kan være nyttelast, f.eks. N2eller CO2beregnet for injeksjon i en undergrunnstruktur, f.eks. for trykkstøtte i reservoaret eller for plassering i et vannførende eller uttømt reservoar. Slik er det ingen klar forskjell mellom lastepunktet og lossepunktet, og metoden virker i begge retninger.

[0042] Dersom det eksterne trykket ved lossepunktet er større enn det forhåndsbestemte indre trykket, drives fluidlasten simpelthen ut ved å åpne en strupeventil. For fylling av den sylindriske tanken med returfluid, bestemmer trykkforskjellen mellom det andre indre trykket og det ytre trykket størrelsen og nødvendige vannpumpeytelse. Siden det andre indre trykket er mye større enn atmosfærisk trykk, kan vannpumpen være forholdsvis billig.

[0043] For å illustrere fremgangsmåten, forutsett at fluidlasten er CNG ved et forutbestemt indre trykk på 240 MPa, er det ytre trykket er 250 bar og returfluidet er tørr luft. Under transport fra lastepunktet til lossepunktet, har et visst volum av CNG, f.eks. 150 000 m3, en viss masse, i dette eksempelet 33 900 tonn. Siden CNG og oksygen i luften ikke bør blandes, bør den sylindriske tanken være helt blottet for CNG før luft er fylt på for returreisen. Derfor strømmer vann ved 250 bar inn i den sylindriske tanken og driver fluidlasten helt ut. Den tørre luften for returreisen bør også ha en masse på 33 900 tonn for å oppnå nær nøytral oppdrift. Dette betyr at luften må ha et andre indre trykk på 206 MPa. Et trykk på 206 bar kan ikke drive ut vann ved 250 bar, så en pumpe som håndterer en trykkforskjell på 44 bar er nødvendig. Pumpen(e) må også ha en gjennomstrømning som fortrenger 150 000 m3 vann innen en rimelig tid.

[0044] I noen utførelsesformer omfatter undervannslastepunktet og/eller undervannslossepunktet en undervannsplattform som tjener som et fundament for hoveddelen under lasting og/eller lossing. Trinnet med å drive ut fluidlasten omfatter å tillate at vannet strømmer fra en lagringstank i plattformen, og trinnet med å fylle den sylindriske tanken med en returfluid innebærer å pumpe vannet tilbake inn i lagringstanken.

[0045] Deretter kommer en hoveddel med nær nøytral oppdrift og setter seg på plattformen. Når vannet strømmer fra plattformen til hoveddelen, eller vice versa, endres den kombinerte masse av hoveddelen og plattformen ikke under lasting eller lossing. Etter lasting eller lossing, forlater hoveddelen plattformen med nær nøytral oppdrift. Med andre ord endres vekten som virker nedover på plattformen meget lite under lasting og lossing. Plattformen kan være utstyrt med nær nøytral oppdrift når ingen hoveddel er til stede, for derved å ytterligere redusere bakketrykket. Den kan også sveve over havbunnen, e.g. over bløt bunn eller grove overflater. En ytterligere fordel med den lukkede sløyfen for vann er at forurenset vann ikke slippes ut i miljøet på laste- og/eller lossepunktet.

[0046] Ytterligere funksjoner og fordeler vises i de selvstendige kravene og den følgende detaljerte beskrivelse.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0047] Oppfinnelsen vil bli forklart i nærmere detalj ved hjelp av utførelseseksempler med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 illustrerer en første utførelsesform og noen viktige krefter som virker på systemet; Fig. 2 illustrerer en andre utførelsesform; Fig. 3 illustrerer en tredje utførelsesform; Fig. 4 illustrerer en kåpe med ulike komponenter som inngår i en kabel; Fig. 5 illustrerer fluidkoblinger til en hoveddel; Fig. 6 illustrerer skjematisk en del av hoveddelen; Fig. 7a - c illustrerer en første fremgangsmåte for ballastering; Fig. 8a - c illustrerer en andre fremgangsmåte for ballastering;

Fig. 9 illustrerer hovedrotasjonsaksene til hoveddelen og

Fig. 10 illustrerer lasting og lossing ved en undervannsplattform.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0048] Tegningene er skjematiske og kun ment å illustrere prinsippene ved oppfinnelsen. Således, er de ikke nødvendigvis i målestokk, og mange detaljer er utelatt for oversiktens skyld.

[0049] Et viktig formål med oppfinnelsen er å transportere en fluidlast, f.eks. hydrokarboner, fra et lastepunkt til et lossepunkt langs en forhåndsbestemt kurs så billig som mulig. I den foreliggende sammenhengen, innebærer dette å holde en langstrakt hoveddel 101 på linje med en forutbestemt kurs i tre dimensjoner festet til jorden, f.eks. lengdegrad, breddegrad og dybde, ved å kontrollere lokale koordinater som er festet til hoveddelen 101, f.eks. rull, stamp og slingre som illustrert med henvisning til figur 9.

[0050] Figur 1 illustrerer en første utførelsesform av et system ifølge oppfinnelsen, omfattende en undervannstanker 100 delvis neddykket i en vannmasse 1, som har en overflate 2. Et overflatefartøy 3 på overflaten 2 sleper undervannstanker 100 ved hjelp av en styrekabel 32, i kravene uttrykt som en styrekabel med et andre tau. Undervannstankeren 100 omfatter en hoveddel 101 som er koblet til et flyteelement 102 med en stabiliseringskabel 132. Flyteelementet 102 er på overflaten 2 for passiv dybdestyring av hoveddelen 101. Nærmere bestem, hvis hoveddelen 101 begynner å stige, flyteelementet 102 begynner å komme ut av vannet 1, som straks reduserer en oppdrift B som virker på flyteelementet 102, og følgelig avtar det oppadgående trekket fra kabelen 132 på hoveddelen 101. Redusert trekk oppover på hoveddelen 101 fører til en netto vertikal kraft som virker nedover, slik at hoveddelen 101 synker. Omvendt, hvis hoveddelen 101 begynner å synke, enøkende del av flyteelementet 102 kommer under overflaten 2, som straksøker oppdriften B slik at hoveddelen 101 beveger seg mot overflaten 2 av vannet 1.

[0051] Det ikke-begrensende eksempelet nevnt i innledningen illustrerer størrelsesordenen. Det vil si, et hoveddelen 101 kan ha et lastevolum på 150 000 m<3>og et indre trykk som passer for CNG, f.eks. i størrelsesorden 250 bar eller 25 MPa. Det ytre trykket som virker på hoveddelen 101 bør være noe større for å sikre en begrenset, kompresjonskraft på veggene til hoveddelen 101. 250 bar svarer til en vanndybde på 2 500 m., Slik at en passende slepedybde ville være 2 500 m + 50 m dersom differensialtrykket bør holdes innenfor rammer på 10 bar (~100 m vanndyp). I dette eksempelet kan stabiliseringskabelen 132 være 2,5-3 km lang og styrekabelen 32 noe lengre.

[0052] Noen viktige krefter som arbeider på undervannstankeren 100 er vist på figur 1. Det er en slepekraft T, tyngdekraften eller vekten G, en motstand R som virker på hoveddelen 101, et drag 1 L som virker på stabiliseirngskabelen 132 og oppdriften B. For enkelhets skyld er en slepekraft som virker på hoveddelen fra stabiliseringskabelen 132 og et drag som virker på styrekabelen 32 ikke er vist. Tauekraften T virker langs styrekabelen 32, og kan dekomponeres i en vertikal komponent Tv og en horisontal komponent Th. Vektorsummen av krefter i vertikalretningen kan varieres rundt null for å tilveiebringe styrbare dybdejusteringer. Videre, bør kablene 32, 132 fortrinnsvis ha tilnærmet nøytral oppdrift for å minimalisere deres virkning på den vertikale kraftbalansen.

[0053] En dynamisk dybdekontroll ved hjelp av for eksempel, propeller, ballasttanker og/eller finner med kontrollflater er forventet. Imidlertid bør bruk av aktive elementer holdes på et minimum for å minimalisere driftskostnadene. Utførelsesformen i fig. 1 gir en billig, passiv dybdekontroll. Det gir også en feilsikker atferd i tilfelle strømbrudd, hindrer at hoveddelen synker ukontrollert eller stiger uten elektrisk styring.

[0054] Kraften F som virker på kablene 32, 132 har generelt forskjellige retninger og størrelser ved forskjellige dybder på grunn av sin egen bevegelse under sleping og forskjellige strømninger i vannet 1.

[0055] I horisontal retning, må den horisontale komponenten Th av trekkraften overvinne motstanden eller dra R på hoveddelen og et horisontalt drag komponent av kraften L virker på kablene 32 og 132. Som kjent i faget, kan motstanden R på hoveddelen 101 modelleres som en sum av trykkmotstand og friksjonsmotstand, som begge øker med tauehastighet. Ved en antatt tauehastighet omkring 5 knop eller 2,5 m/s og et i hovedsaken sylindrisk form, er det friksjonsmotstanden som sannsynligvis vil dominere.

[0056] Friksjonskomponenten av L som virker på styrekabelen 32 og stabiliseringskabelen 132 kan estimeres på en lignende måte. På grunn av lengden av kablene, kan deres samlede tverrsnitt og overflatearealer være signifikant sammenlignet med de tilsvarende områdene av hoveddelen. Kåpe og andre teknikker som er kjent innenfor fagområdet kan redusere motstand fra kablene.

[0057] Styrekabelen 32 er festet ved et festepunkt 34. Festepunktet 34 for en styrekabel 32 er fortrinnsvis i nærheten av tyngdepunktet til hoveddelen 101, en lang arm fra tyngdepunktet til festepunktet 34 kan gi en uønsket fast stamp eller trim. For eksempel, dersom festepunktet 34 var på forsiden av hoveddelen 101, kan den vertikale slepekomponenten Tv lett løfte den fremre ende av hoveddelen 101, og dermed gi et større tverrsnittsareal under sleping. Dette vil også introdusere indusert heising og indusert drag som ligner på en flyvinge. I tillegg vil det skape forstyrrelses drag fra virvler som danner seg bak den feiljustert kroppen. For å kompensere, ville ekstra trimming ballast foran og/eller ekstra trimming oppdrifts akter være nødvendig for å holde hoveddelen 101 i hovedsak parallelt med reiseretningen.

[0058] Styrekabelen 32 er fortrinnsvis knyttet til en hanefot 340. Hanefoten 340 omfatter en lengde tau, f.eks. ståltau, og tilpasser seg variasjoner i selve slepekraften T. Hanefoten 340 kan også justeres dynamisk for å bevege festepunktet 34 frem og tilbake langs hoveddelen 101. Slik bidrar hanefoten 340 til å unngå en permanent og uønsket kurs som diskutert ovenfor. Hanefoten 340 kan være festet i fire punkt på hoveddelen 101, og derved frigjøre slepekraften fra rotasjon om x -aksen i tillegg til rotasjon om y-aksen, det vil si for å lette styring av rullen i tillegg til stampen.

[0059] En permanent, ukorrigert kurs ville flytte hoveddelen 101 opp eller ned i vannet, noe som er potensielt mer skadelig enn tilført drag. Slik skal det forstås at ytterligere midler, f.eks. passive finner og/eller dynamiske styreflater, bør være tilgjengelig for å unngå uønsket kurs. På samme måte vil en ikke-korrigert svai føre til at hoveddelen beveger seg jevnt til den ene siden, og dermed forårsaker økt motstand og mindre nøyaktig styring. Igjen kan finnene og/eller dynamiske styreflater brukes for å stabilisere hoveddelen, og gir demping for å styre svingninger.

[0060] I figur 1, er flyteelementet 102 en vertikal langstrakt bøye på overflaten 2, fortrinnsvis med en høyde på noen få titalls meter. Selv om det ikke er vist på tegningene, kan to eller flere fysiske flytende elementer være anordnet. Et av formålene med flyteelementet er å tilveiebringe en stabiliserende kraft gjennom stabiliseringskabelen 132 og til festepunktet 134.

[0061] Et flyteelement 102 på overflaten 2 utsettes for oscillerende krefter fra overflatebølger. I hovedsak hever de kortere bølgekomponentene havoverflaten i forhold til flyteelementet 102, som er forbundet med den tunge hoveddelen 101. Slik omdannes de korte bølgene til lange bølgekomponenter med små amplituder og lengre perioder enn de opprinnelige bølgene. De lange bølgekomponentene håndteres lettere av et dynamisk styringssystem hvis nødvendig.

[0062] Stabiliseirngskabelen 132 er forbundet til hoveddelen 101 ved en konnektor 134. Konnektoren 134 er lik kontakten 34 til styrekabelen. Likeledes er den bevegelig på hoveddelen, f.eks. for å kompensere for vertikale komponenter fra slepekraft indusert når flyteelementet 102 og kabelen 132 slepes gjennom vannet 1. Konnektoren 134 kan også være forbundet via e hanefot (ikke vist).

[0063] Som vist på figur 2, kan flyteelementet 102 være anordnet hvor som helst mellom hoveddelen 101 og overflaten 2. Den største fordelen med å senke flyteelementet 102 er en kortere stabiliseringskabel 132, og dermed mindre og mer forutsigbart drag L på stabiliseirngskabelen 132. Fordelen med bedre styring av orientering, i særdeleshet stamp, levert av et bevegelig festepunkt og/eller en hanefot er fastholdt i denne utførelsesformen. På den annen side, er sensorer og styreanordning på hoveddelen 101 for dybdekontroll nødvendig i denne utførelsesformen.

[0064] Som nevnt i innledningen, er flere størrelser av tankere forventet. Dette, gjør at utførelsen på figur 2 ikke nødvendigvis har samme dimensjoner som den som er vist i figur 1.

[0065] I utførelsesformen på figur 2, er hoveddelen 101 drevet i sin lengderetning ved en propell 103. Kabelen 32 er forutsatt for å tilveiebringe kraft til propellen 103, men ikke for å gi en betydelig trekkraft. Hvis kabelen 32 ikke legger betydelig kraft på hoveddelen 101, kan dens festepunkt 34 plasseres hvor som helst på hoveddelen 101, blant annet i fronten som vist, uten negative konsekvenser.

[0066] Fig. 3 viser enda en utførelsesform, hvor undervannstankeren 100 er selvgående og styrt ved hjelp av en radioforbindelse 105. Spesielt, et flytende element 102 i nærheten av overflaten 2 inneholder en konvensjonell generator 4 som omfatter en forbrenningsmotor koplet til en elektrisk generator. Drivstoffet som kreves i forbrenningsmotoren, f.eks. naturgass, kan tilføres fra hoveddelen 101 gjennom stabiliseirngskabelen 132. Oksygenet som er nødvendig for forbrenningen kan leveres som omgivelsesluft gjennom en snorkel 104. Propell 103 mottar elektrisk strøm gjennom stabiliseirngskabelen 132, og driver hoveddelen 101 i retning fremover, dvs. gir en kraft F som virker på hoveddelen 101 i lengderetningen betegnet x i figur 9. Igjen, utførelsesformen på figur 3 kan være egnet for de samme eller forskjellige størrelser tankere enn utførelsesformene på figurene 1 eller 2.

[0067] I utførelsesformen i figur 3, overfører sensorer som gjør opptak av posisjon, retning og orientering av hoveddelen 101 ved bestemte tidspunkter, de aktuelle data ved hjelp av radiolinken 105 til en fjerntliggende styreenhet (ikke vist). Styreren (ikke vist) sammenligner dataene til en planlagt kurs og dybde, og returnerer relevante styringskommandoer via radiolinken 105. Disse styringskommandoene brukes til å justere hastigheten, kurs og/eller dybde av hoveddelen 101 ved hjelp av egnet styringsmiddel. En autonom styring uten en radiolink, basert på en forhåndsprogrammert kurs, er også mulig for noen eller alle deler av virksomheten.

[0068] Det forstås at en tilsvarende styresløyfe ville være praktisk eller nødvendig også i utførelsesformene vist på figurene 1 og 2.1 disse utførelsesformene vil radiolinken 105 bli erstattet med en kommunikasjonslinje 322 (fig. 3) i kabelen 32, og styreren vil være om bord på overflatefartøyet 3.

[0069] Oppsummering av det ovennevnte, hanefoten 134 begrenser en forskyvning av hoveddelen 101 som vil øke drag, og risikoen for en uønsket oppstigning. Reduserte endringer i fart, kan dvs. retningsavvik fra en ønsket kurs håndteres av relativt små dynamiske styreflater ytterligere begrense motstand og gi andre fordeler som evne til å dempe styresvingninger. Behovet for et aktivt styringssystem kan reduseres ytterligere ved hjelp av et passivt system for dybdekontroll, f.eks. en bøye som flyter på overflaten.

[0070] Et styringssystem er nødvendig for å begrense endringer av bevegelse, og derved den kraft og tid som kreves for å endre avviket. I bestemte, nøyaktige og billige sensorer, f.eks. tredimensjonale MEMS akselerometer, er lett tilgjengelig, og er nøyaktige og billige styringer, f.eks. FPGA eller mikroprosessorbaserte innebygde styrere. Således er aktuatorene, f.eks. motorer for hanefoten 134 og dynamiske flater, styreflatene selv og eventuelle ballastpumper, viktige komponenter i investerings- og driftskostnadene.

[0071] Fig. 4 illustrerer skjematisk en kabel med alle funksjonene til utførelsesformene i figurene 1-3. Det forstås at en praktisk kabel 32 eller 132 kan omfatte noen eller alle av komponentene 320-324 som er vist i fig. 4.

[0072] Nærmere bestemt, henvisningstallet 320 angir en kåpe 320 for å minimalisere virkningene av slepemotstand L (fig. 1) på kabelen. I motsetning til hoveddelen 101, er det ikke behov for å maksimalisere volumet av kåpa 320, som følgelig er vist med et strømlinjeformet tverrsnitt.

[0073] Spenningstauet 321 overfører en slepekraft T (fig. 1). Kabel 32 på figur 2 brukes ikke til sleping, og mangler derfor spenningskabelen 321. Alle forekomster av stabiliseirngskabelen 132 trenger et tau 321, f.eks. et syntetisk fibertau eller et ståltau, for overføring av en slepe eller løftekraft. En forminsket versjon av tauet 321 kan også være praktisk for å overføre spenning fra kabler som ikke benyttes til sleping, slik som styringskabelen 32 på figur 2. Styrekabelen 321 kan omfatte hvilket som helst tau, e.g. et ståltau eller et syntetisk tau. Som kort diskutert ovenfor, strekker et ståltau seg mindre under belastning enn et typisk syntetisk tau, men kan kreve ytterligere flyteelementer. Også som bemerket ovenfor, krever et ståltau flere oppdriftselementer for å nøytralisere dets vekt. Slike oppdriftselementer kan med fordel være anordnet inne i kåpen 320.

[0074] En kommunikasjonslinje 322 kan overføre sensordata og svar eller styrekommandoer mellom hoveddelen 101 og en styreenhet på et overflatefartøy 3.

[0075] En drivstoffslange 323 kan overføre drivstoff fra hoveddelen 101 til en motor-generatorenhet 4 som diskutert med henvisning til figur 3. En drivstoffslange 323 kan også være til stede i kabelen 32 i figurene 1 eller 2, hvis det erønskelig å forsyne fremdriftssystemet til fartøyet 3 med hydrokarboner fra hoveddelen 101.

[0076] En elektrisk ledende ledning 324 kan overføre elektrisk strøm fra fartøyet 3 (figurene 1 og 2) eller generatoren 4 (fig. 3). Elektrisk kraft tilført gjennom ledningen 324 er den foretrukne måten å drive styringsmidler for eksempel propeller 103 på figurene 2 og 3, pumper for ballasttanker og aktuatorer for styreflater, f.eks. ror.

[0077] Fig. 5 illustrerer fluidkoblinger for en foretrukket utførelsesform av hoveddelen 101. Hoveddelen 101 omfatter en sylindrisk tank 140 med en indre overflate 141 og en vugge 150. En bøyelig membran 115 skiller det indre volumet av tanken 140 inn i et første lasterom 110 og et andre lasterom 120. Den fleksible membran 115 er valgfri, og et eksempel på et generelt bevegelig tetningselement. En viktig funksjon av membranen 115 er å sikre at det første lasterommet 110 kan tømmes helt ved å fylle det andre lasterommet 120 med vann. En annen viktig funksjon er å hindre at gass oppløses i vann som re nærmere forklart nedenfor. Derfor må den fleksible membranen 115 være gasstett. Ethvert tettingselement, f.eks. en konstruksjon ved hjelp av stempler, kan erstatte den fleksible membran 115, forutsatt at tetnings elementet er gasstett og i stand til å tømme det første lasterommet 110 ved å fylle det andre lasterommet 120 med vann.

[0078] Permanent ballast 151 gir nær nøytral oppdrift. Det vil si, den permanente ballasten 151 har en masse for å utgjøre transportmassen, dvs. massen av hoveddelen 101 når den er fullastet med fluidlast, omtrent lik forskyvningen, dvs. massen av vann som fortrenges av hoveddelen 101. Malm er forholdsvis billig og har en relativt høy tetthet, og kan således være et egnet ballastmateriale. Ballasttankene 152 er tilpasset for å inneholde mer eller mindre vann for å utjevne variasjoner i oppdrift, f.eks. som skyldes lokale variasjoner i tetthet i det omgivende vannet.

[0079] En kanal 121 gjennom tankveggen inn i det første lasterommet 110 er vist skjematisk på toppen av tanken 140. En lignende kanal 122 gjennom tankveggen til det andre lasterommet 120 er skjematisk vist ved bunnen av tanken 140. Elementer 510-541 hører til et eksternt nettverk, og er ikke en del av hoveddelen 101. Lignende ventiler, rør, koblinger osv. er nødvendig for å tette lasterom 110 og 120 under transport. Disse ventilene osv. inne i hoveddelen 101 er ikke vist for oversiktens skyld.

[0080] Det eksterne nettverket omfatter en lastelinje 510 med tilhørende lastventil 511 for tilførsel eller mottak av fluidlast til det første lasterommet 110 gjennom åpningen 121. Vanntilførsel 520 med tilhørende ventil 521 er konfigurert for å la omgivende vannstrøm inn i det andre lasterommet 120 gjennom åpningen 121 i tankveggen. Vannutløp 530 er forsynt med en ventil 531 og en pumpe 532 konfigurert til å pumpe vann ut av det andre lasterommet 120. Til slutt, viser en separat returlastlinje 540 med tilhørende ventil 541 utstyr for å levere eller motta et returfluid.

[0081] Anta først at hoveddelen 101 nettopp har kommet til et lastepunkt. Det første lasterommet 110 inneholder fremdeles tørr luft fra en returreise, og skal lastes med CNG. Luften inneholder oksygen, og bør ikke blandes med CNG av sikkerhetsmessige grunner. Derfor bør all luft bli drevet ut fra det første lasterommet 110 før det er lastet med CNG. Normalt er det omgivende trykk større enn det indre trykket i det første lasterommet 110, slik at luften blir hensiktsmessig drevet ut ved å åpne ventil 521 til hele tankvolumet er fylt med vann, dvs. slik at membranen 115 er i inngrep med den øvre tankveggen og all luft drives ut gjennom utløpet 540 for returfluid på toppen av tanken 140.

[0082] Ettersom membranen 115 lukker åpningen 121, kan vann fra kammeret 120 ikke drive ut gass fra linje 540. Følgelig, i noen tilfeller kan det være ønskelig å spyle en tilførselslinje, f.eks. med N2, før linjen brukes til en annen fluid.

[0083] Når lastevolumet inneholder vann i stedet for fluidlast, er massen av hoveddelen større enn transportmassen definert ovenfor. For et stort lastvolum, kan den ekstra massen være betydelig. Dette er nærmere omtalt med henvisning til figur 10.

[0084] Den neste oppgaven er å fylle det første lasterommet 110 med CNG. Som nevnt ovenfor, er det ytre trykket fortrinnsvis større enn det indre trykket for å tilveiebringe en trykkraft på beholderen 140. Fortsettelse av talleksempel over, oppgaven er å fylle CNG ved f.eks. 240 bar inn i et volum fylt med vann ved omgivelsestrykk på, f.eks. 250 bar. Dette gjøres ved å pumpe vann ut av det andre lasterommet 120 ved hjelp av pumpen 532, mens ventilen 511 er åpen og lasttilførselsledningen 510 er forbundet med en kilde for fluidlast, i dette eksempelet CNG.

[0085] Når det første lasterommet 110 dekker hele tankvolumet og inneholder en fluidlast ved et forutbestemt indre trykk, her CNG ved 240 bar, har hoveddelen 101 en transportmasse nær dens forskyvning som forklart ovenfor. I denne tilstand transporteres fluidlasten, fortrinnsvis på dyp som gir en kompresjonskraft på hoveddelen, til et lossepunkt lik det generiske laste- og lossepunktet vist i figur 5.

[0086] Ved lossepunktet, går vann med omgivelsestrykk på, e.g. ved 250 bar, inn i kammer 120 gjennom ventilen 521, og fluidlast drives ut gjennom linjen 510 til overflaten.

[0087] Den neste oppgaven er å fylle det første lasterommet 110 med tørr luft for returreisen. Når luften har en annen tetthet enn CNG, må lufttrykket være 206 bar for å oppnå transportmassen for tilbaketuren i dette eksempelet. I likhet med situasjonen med lastepunktet, blir vann pumpet ut av det andre lasterommet 120 ved hjelp av pumpen 232, mens returfluid, her tørr luft, tilføres gjennom linjen 510 eller 540 fra overflaten.

[0088] Etter hvert som mengden av gass oppløst i vann er proporsjonal med det omgivende trykket, kan et trykkfall på 44 MPa som i det foreliggende eksempelet frigi en betydelig mengde gass. Den frigjorte gassen kan forårsake problemer, slik at den fleksible membranen 115, og generelt en hvilken som helst tettingselement 115, er gasstett for å hindre gass fra å oppløses i vann. En tilsvarende fleksibel membran 115 kan også være nyttige for flytende fluidlaster og/eller flytende returfluider.

[0089] Ut ifra det ovenstående, bør det være klart at linjene 510 og 540 kan være forskjellige linjer eller kombineres på en rekke måter. For eksempel, kan linjen 510 motta en fluidlast, f.eks. CNG, i et intervall og forsyne returtast, f.eks. tørr luft, N2eller CO2i et andre intervall. På samme måte kan linje 540 være et enkelt utløp for returfluid slik som tørr luft eller en linje til overflaten. Videre kan transport være symmetrisk i den forstand at returfluid i en sløyfe er fluidlasten i en motsatt sløyfe ved hjelp av de samme to laste- og lossepunktene. For eksempel kan et lastepunkt på en plattform som produserer CNG være lossepunkt for CO2, f.eks. for trykkstøtte for den CNG-produserende geologiske formasjonen.

[0090] Fig. 6 er et perspektivriss av et segment av hoveddelen 101. Hoveddelen 101 omfatter flere slike segmenter montert ende mot ende, og er lukket ved hver ende ved hjelp av et avrundet endesegment som er vist i fig 1-3.1 en foretrukket utførelsesform er tanken 140 fremstilt av prefabrikkerte ringer med en veggtykkelse AD, og veggene og bunnen 153 av holderen 150 er fremstilt av prefabrikkerte betongelementer, f.eks. slik som de ferdigstøpte elementene som benyttes for gulv i en bygning.

[0091] Dersom friksjonsmotstand bidrar mer til den totale motstanden R (fig. 1) enn trykkdraget relatert til tverrsnittsarealet som angitt ovenfor, ville et lite lengde-til-diameterforhold på hoveddelen være å foretrekke for å minimalisere veggoverflaten og den totale motstanden. Det minste lengde-til-diameterforholdet på 1 ville bli oppnådd med en sfære. Imidlertid er en sylinder enklere å konstruere og har den fordel at flere ringer kan være støpt i parallell og montert til en tank. Generelt er forholdet mellom lengde og diameter avhengig av anvendelsen, og må avgjøres av fagmannen som kjenner applikasjonen.

[0092] Den foreliggende oppfinnelsen utelukker ikke et dobbelt skall eller sandwich-struktur, f.eks. to konsentriske skall av stål med forsterkning, radielle ribber og/eller et betongfyll mellom dem. Men et tanksegment laget av betong har vesentlig lavere produksjonskostnader, og betong er derfor brukt så mye som mulig i en foretrukket utførelsesform.

[0093] Hvis sylinderen er laget av betong, har veggtykkelse AD en minimumsverdi som kreves for styrke og som avhenger av den spesielle typen betong i veggen, for eksempel ca. 1 m for fiberarmerte ultrahøy-ytelsesbetong (UHPC). For å tilveiebringe permanent ballast, kan veggene med vilje gjøres tykkere enn denne minimumsverdien. Betongvegger er sprø i den forstand at de brytes lettere når de utsettes for skjær eller strekkspenning enn når de utsettes for trykkspenninger. Dermed vil en hoveddel laget av betong fortrinnsvis opereres ved en dybde hvor det ytre vanntrykk er større enn det innvendige trykk, f.eks. fra CNG. Videre kan sprøheten motvirkes ved hjelp av kjente midler. For eksempel kan hele hoveddelen 101 være fremstilt av armert betong på et sammenstillingsområde. En struktur i størrelsesorden 25 meter i diameter og 350 m i lengde er godt innenfor grensene av konvensjonelle teknikker. Hvis en noe større fleksibilitet er ønsket, kan flere segmenter slik som den vist på fig. 6 skjøtes med elastomere pakninger i mellom eller forsegles permanent med innstøpte ledd, og holdes sammen ved hjelp av konvensjonelle strammeteknikker, f.eks. med strammede stålvaier i produksjonsrøret, noe som senere kan fylles med mørtel eller betong for beskyttelse mot korrosjon. I begge tilfeller kan betongen bli forsterket med konvensjonelle stålarmeringsjern, eller fibre av stål, polypropylen eller hvilket som helst annet materiale som er kjent innen faget.

[0094] Holderen 150 med ballastelementer 151 bestående hovedsakelig av permanent ballast med tetthet større enn det omliggende vannet. Et materiale med høy tetthet, f.eks. magnetitt eller en annen malm, kan det være foretrukket å begrense ballastvolumet, tverrsnittet og veggoverflaten av hoveddelen og dermed motstanden R i henhold til ligning (1). Denne permanente ballasten er anordnet ved den nedre del av segmentet eller hoveddelen 101 for å senke tyngdepunktet, og dermed lette orienteringen av hoveddelen 101, spesielt ved laste- og lossepunkter hvor det er viktig at holderen 150 er under tanken 140 for å understøtte sin egen vekt.

[0095] Ballasttanker 152, f.eks. i form av kommersielt tilgjengelige stålrør, strekker seg langs utsiden av tanken 140. ballasttanker 152 arbeider på en konvensjonell måte, og anvendes i det vesentlige for å regulere oppdrift ved å pumpe vann inn eller ut. For eksempel kan stamping styres ved hjelp av ballasttankene i de fremre og bakre ender av hoveddelen 101.

[0096] Ballasttanker 152 kan også styre rull. Men rull betyr neppe noe under transport og returreise, så ingen energi skal brukes på å pumpe vann for å styre rull, kanskje bortsett fra på laste- og lossepunktene. Et lignende argument gjelder for propeller (ikke vist) for styring av rull.

[0097] Figurene 7a-c illustrerer transport av et fluid med en hoveddel 101 og utstyr 521-541 tilsvarende de på figur 5. Nærmere bestemt viser fig. 7a-c fremgangsmåten som er nevnt i forbindelse med fig. 5. Som i figur 5, er ventiler og annet utstyr inne i hoveddelen 101 ikke vist. Derfor er ingen ventiler vist på figur 7a og 7c, som illustrerer transport, og ventilene i figur 7b tilsvarer de utvendige ventilene vist i figur 5. Sjøvann har typisk en tetthet på 1 025 kg/m<3>. For enkelhets skyld er en vanntetthet på 1 000 kg/m<3>brukt i noen av eksemplene. Andre feil i disse tallene er sannsynligvis større enn de som er forårsaket av denne tilnærmingen.

[0098] Spesielt, figur 7a viser transport av hoveddelen 101 fullt lastet med en fluidlast 701 ved et forutbestemt indre trykk. Dermed dekker det første lasterommet 110 hele tankvolumet. Det numeriske eksempelet med 150 000 m<3>CNG med en tilnærmet tetthet på 226 kg/m<3>ved 0°C og 240 bar ved en dybde på 2 500 m er som før. Massen av CNG er da 33 900 tonn, og en trykkforskjell på Ap = 250-240 = 10 bar utøver en trykkraft på tanken 140.

[0099] Pilene Gb illustrere vekten av permanent ballast og tankveggene, som ikke forandrer seg. Pilen G illustrerer vekten av fluidlasten, her CNG. Den oppadgående pilen B representerer oppdrift, og har en norm lik massen av vann, f.eks. sjøvann, fortrengt av hoveddelen 101. Som beskrevet ovenfor, bør transportmassen være nær forskyvning under transporten.

[00100] Figur 7b illustrerer lossing av CNG. Dette gjøres ved å åpne ventilen 521 ved vanninntaket og ventil 541 til en CNG-linje til overflaten. Ettersom det eksterne vanntrykket er 250 bar, vil vannet 702 fortrenge CNG. Den lengere svarte pilen indikerer økt vekt ettersom vann 702 har erstattet fluidlast 701. Når fluidlasten 701 er fullstendig erstattet med sjøvann 702 i det numeriske eksempelet ovenfor, er massen som hviler på lossepunkt omkring 120 000 tonn større enn transportmassen. Fundamentet på lossepunktet må selvfølgelig behandle eller støtte den ekstra vekten.

[00101] Figur 7c illustrerer ballast returreisen. Det første lasterommet 110 inneholder nå returfluid 703, og den fullstendige massen av hoveddelen 101 er i nærheten av transportmassen. I det numeriske eksempel, bør massen av returfluid 703 være omtrent 33 900 tonn, dvs. massen av CNG under transport. Imidlertid har tørr luft ved 0°C en høyere tetthet enn CNG, så et andre indre trykk på 206 bar gir denønskede massen for tilbaketuren. Dermed har netto differensialtrykket som virker på den ytre vegg av tanken 140 under tilbaketuren økt til 44 bar. Selvfølgelig må veggene av hoveddelen 101 motstå dette trykket.

[00102] Figur 8 a-c viser en alternativ fremgangsmåte hvor kompresjonskraften på hoveddelen 101 er lik under transport (fig. 8a) og retur (fig. 8c). Som ovenfor er fluidlasten 701 CNG ved et forutbestemt indre trykk 240 bar. Returfluidet er tørr luft som ovenfor, men det andre indre trykket er ved 240 bar i stedet for 206 bar som ovenfor. Som i figur 7, tilsvarer hoveddelen 101 og eksterne ventiler 521-541 eksemplet i figur 5. Pilene Gb, GogB tilsvarer de i fig. 7a-7c, og er ikke beskrevet på nytt.

[00103] Fig. 8a viser en transport hvor det første lasterommet 110 inneholder fluidlast 701 ved det forutbestemte indre trykket, f.eks. CNG ved 240 bar, og det andre lasterommet 120 inneholder vann 703.150 000 m3 tørr luft ved 240 bar har en masse på 46 400 tonn. Således, i figur 8a det første lasterommet 110 kan inneholde 30 000 tonn CNG ved 240 bar, og det andre lasterommet 120 kan inneholde 16 400 tonn vann. Det ytre vanntrykket er 250 bar som tidligere, hvilket gir en netto trykkforskjell på 10 bar på den ytre overflate av tanken under transport.

[00104] I figur 8b, drives fluidlasten 701, f.eks. CNG, ut gjennom ventilen 541 ettersom vann 702 kommer inn gjennom ventilen 511 som forklart i forbindelse med figur 7b.

[00105] I figur 8c, er tanken fullstendig fylt med returfluid 701. Det vil si, det første lasterommet 110 dekker hele tankvolumet. Det andre indre trykket i fig. 8c er ved forutsetningen lik det på forhåndsbestemte indre trykket i fig. 8a. Derfor, i talleksempelet, det forutbestemte indre trykket og det andre indre trykket er 240 bar, og lasten har en masse på 46 400 tonn i begge retninger.

[00106] Fremgangsmåten illustrert i fig. 8a-c begrenser kompresjonskraften som virker på tanken. Imidlertid omtrent 11% av tankvolumet i fig. 8a er okkupert av vann 702, og således ikke tilgjengelig for fluidlast 701. Videre kan en liten endring i stamp føre til at vannet 702 strømmer mot den ene ende av tankvolumet. Dermed vil det andre lasterommet 120 kreve interne skott eller lignende for å opprettholde fordelingen av vannet 702.1 motsetning til fremgangsmåten i fig. 7a-c som bare omfatter vann i figur 7b, hvor hoveddelen 101 hviler på et horisontalt fundament, og ingen betydelig mengde vann kan samle seg i hver ende.

[00107] Figur 9 viser en hoveddel 101 opprinnelsen av et imaginært kartesisk koordinatsystem i tyngdepunktet, x, y og z-aksene fiksert i forhold til hoveddelen 101, og betingelsene roll, stamp og svai er brukt i sine vanlige betydninger, dvs. som henholdsvis rotasjoner om x, y og z-aksene. Hoveddelen kan også overføres langs disse aksene, f.eks. ved hjelp av propeller. Propellen 103 på fig. 2 og 3 gir et eksempel på translasjon langs x-aksen. Fordelene med aktiv styring, f.eks. dynamiske styringsflater og ballasttanker, er omtalt ovenfor. Ytterligere detaljer angående undervannsbåtstyring og slep er kjent i den respektive teknikk.

[00108] Figur 10 illustrerer en laste- og losseplass med en hoveddel 101 som hviler på en undervannsplattform 200 som omfatter oppdriftstanker og/eller lagringstanker. Plattformen 200 gir oppdrift og en stor overflate. På fig. 10, flyter plattformen over en ujevn havbunn 4. Alternativt kan plattformen 200 plasseres på havbunnen, og det store horisontale område av plattformen 200 kan minske bakketrykket fra hoveddelen 101, dvs. fordele vekten av hoveddelen 101 over et stort område for å muliggjøre et laste- eller lossepunkt på mykt underlag. Således kan plattformen 200 redusere eller eliminere behovet for en fast bunn og/eller større bunnforbedirngsarbeider på havbunnen 4 for å forberede et laste- eller lossepunkt.

[00109] Fortrinnsvis er undervannsplattformen 200 sammensatt av flere rektangulære tankelement 201, som hvert har en indre sylinder som ligner på hoveddelen 101.

[00110] Plattformen 200 på figur 10 har passiv oppdriftsstyring i form av flere tunge kjettinger 210 som henger fra plattformen og som hviler delvis på havbunnen 4. Hvis plattformen 200 begynner å stige, blir kjettingene løftet fra havbunnen og legger til vekt. Hvis plattformen begynner å synke, vil en større del av kjettingene hvile på havbunnen 4, for derved å redusere vekten. I begge tilfeller vil lengden av kjettingene som hviler på havbunnen 4 motvirke uønsket vertikal bevegelse.

[00111] Plattformen 200 er koplet til overflaten via en linje 220. Denne linjen 220 representerer linjene 510 og 540 som er beskrevet med henvisning til figur 5. Tilsvarende, en tilkoblingsenhet 230 representerer ventiler, pumper og linjer som kreves for lasting og lossing forklart med henvisning til figur 5, 7 og 8.

[00112] Som nevnt i forbindelse med figurene 5, 7 og 8, har hoveddelen 101 en nær nøytral oppdrift under transport, og enøket vekt når den er fylt med vann for å drive ut fluidlast eller returfluid. Imidlertid kan vann tilføres fra lagertanker 201 i plattformen 200 og pumpes tilbake til lagertankene 201 i en lukket sløyfe. Derved forblir den kombinerte vekten av plattformen 200 og hoveddelen 101 uforandret under lasting eller lossing. Når således lastevolumet inne i hoveddelen er fylt med vann, støtter plattformen 200 den ekstra vekten, men gir ingen ekstra nedad rettet kraft, f.eks. til grunnen. Som nevnt ovenfor kan denne ekstra vekten bli betydelig for et stort lastevolum, f.eks. 120 000 tonn som fastsatt i et eksempel ovenfor. Håndtering av ballastvann i en lukket sløyfe har den ekstra fordelen at oppdrift og/eller vannstrøm inn i eller ut av hoveddelen 101 ikke må overvåkes nøye under lasting eller lossing. En ytterligere fordel er at en eventuell forurensning av vann, f.eks. på grunn av et brudd i membranen 115 som er beskrevet ovenfor, holdes innenfor den lukkede sløyfen, og slippes ikke ut i miljøet på laste- og lossepunktene.

[00113] For denne, kan noen eller alle av tankelementene 201 inneholde fluidlast, returfluid og/eller vann. Nettverket 221 forbinder tankelementene 201 med hoveddelen 101 og overflatelinje 220 gjennom en koblingsenhet 230 som omfatter ventiler, pumper osv. forklart ovenfor.

[00114] Den foreliggende oppfinnelsen har blitt beskrevet med henvisning til utførelseseksempler. Imidlertid er omfanget av oppfinnelsen definert ved de vedlagte patentkrav.

Claims (14)

1. System med et slepefartøy (3) og en undervannstanker (100) for transport av et fluid (701, 703), undervannstankeren (100) omfattende: et festepunkt (34) for en slepekabel (32) fra slepefartøyet (3); og en hoveddel (101) med en sylindrisk tank (140) for å inneholde fluidet (701, 703) ved et forhåndsbestemt indre trykk, en permanent ballast (151) tilkoblet under den sylindriske tanken (140) og minst en ballasttank (152) for trimming og dybdekontroll, hvor hoveddelen (101) er designet for å operere på en vanndybde hvor det utvendige trykket hovedsakelig motvirker det indre trykket; og systemet erkarakterisert vedet undervannslastepunkt med en lastelinje (510, 540) for tilførsel og mottak av fluidet (701,703); utstyr (521, 531, 532) for å bevege vann inn i og ut av den sylindriske tanken (140), slik at å fylle den sylindriske tanken (140) med vann (702) driver ut en fluidlast (701) gjennom lastelinjen (510), å fjerne vann (702) fra den sylindriske tanken (140) fyller den sylindriske tanken (140) med et returfluid (703) gjennom lastelinjen (540); og en hanefot (340) plassert over den sylindriske tanken (140), hanefoten (340) er konfigurert for å bevege festepunktet (34) frem og tilbake langs hoveddelen (101).

2. System ifølge krav 1, videre omfattende et flyteelement (102) koblet til hoveddelen (101) gjennom en stabiliseringskabel (132), hvor stabiliseirngskabelen (132) omfatter et første tau (321) for å overføre kraft, og er festet til en første konnektor (134) som er bevegelig i forhold til hoveddelen (101).

3. Undervannstankeren (100) i ifølge krav 2, hvor lengden av stabiliseirngskabelen (132) overskrider vanndybden.

4. System ifølge et av de foregående krav, hvor hoveddelen (101) omfatter et første lasterom (110) separert fra et andre lasterom (120) med et bevegelig gasstett tettingselement (115).

5. System ifølge krav 4, hvor det gasstette tettingselementet (115) er en fleksibel membran.

6. System ifølge et av de foregående krav, hvor hoveddelen (101) omfatter en styreflate og/eller en propell for å bevirke rotasjon av hoveddelen (101) om minst en av tre innbyrdes vinkelrette rotasjonsakser (x, y, z).

7. System ifølge et av de foregående krav, hvor hoveddelen (101) omfatter minst en propell (103) for å bevirke translasjon av hoveddelen (101) langs minst en av tre innbyrdes vinkelrette akser (x, y, z).

8. System ifølge krav 6 eller 7, videre omfattende: en kommunikasjonslinje (322) for å overføre styrerelaterte signaler mellom en styreenhet ved overflaten (2) og hoveddelen (101) og en kraftlinje (324) for å levere elektrisk kraft fra en elektrisk generator (4) ved overflaten (2) til hoveddelen (101).

9. System ifølge krav 8, hvor slepefartøyet (3) omfatter styreenheten og den elektriske generatoren (4), og slepekabelen (32) omfatter kommunikasjonslinjen (322) og kraftlinjen (324).

10. System ifølge krav 9, hvor slepekabelen (32) videre omfattende en drivstoffslange (323) fra hoveddelen (101) til overflatefartøyet (3).

11. System ifølge krav 2 og 8, hvor flyteelementet (102) omfatter styreenheten og den elektriske generatoren (4), og stabiliseirngskabelen (132) omfatter kommunikasjonslinjen (322) og kraftlinjen (324).

12. System ifølge krav 11, hvor stabiliseirngskabelen (132) videre omfattende en drivstoffslange (323) fra hoveddelen (101) til flyteelementet (102).

13. Fremgangsmåte for å drive et system ifølge et av de foregående krav 1-12, omfattende trinnene: - å fylle den sylindriske tanken (140) med en fluidlast (701) ved det forhåndsbestemte indre trykket; - å transportere fluidlasten (701) fra et undervannslastepunkt til et undervannslossepunkt; - å drive ut fluidlasten (701) fra den sylindriske tanken (140); - å fylle den sylindriske tanken (140) med et returfluid (703) ved et andre indre trykk; - å transportere returfluidet (703) fra lossepunktet til lastepunktet; hvor fremgangsmåten erkarakterisert vedat å drive ut fluidlasten (701) innebærer å la vann (702) strømme inn i den sylindriske tanken (140); å fylle den sylindriske tanken (140) med et returfluid (703) innebærer å pumpe vann ut fra den sylindriske tanken (140); and transportere fluidlasten (701) og/eller returfluidet (703) innebærer å bevege festepunktet (34) frem og tilbake langs hoveddelen (101) for å justere stamping.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor undervannslastepunktet og/eller undervannslossepunktet omfatter en undervannsplattform (200) som tjener som et fundament for hoveddelen (101) under lasting og/eller lossing, hvor å drive ut fluidlasten (701) innebærer å tillate at vannet (702) strømmer fra en lagringstank (201) på plattformen (200), og å fylle den sylindriske tanken (140) med en returfluid innebærer å pumpe vannet tilbake inn i lagringstanken (201).