WO2014068260A1 - Système et procédé de transfert de fluide - Google Patents

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WO2014068260A1
WO2014068260A1 PCT/FR2013/052617 FR2013052617W WO2014068260A1 WO 2014068260 A1 WO2014068260 A1 WO 2014068260A1 FR 2013052617 W FR2013052617 W FR 2013052617W WO 2014068260 A1 WO2014068260 A1 WO 2014068260A1
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WO
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transfer
connection
telescopic arm
arm
target
Prior art date
Application number
PCT/FR2013/052617
Other languages
English (en)
Inventor
Joël FUSY
Frédéric PELLETIER
Original Assignee
Fmc Technologies Sa
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.)
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D9/00—Apparatus or devices for transferring liquids when loading or unloading ships
    • B67D9/02—Apparatus or devices for transferring liquids when loading or unloading ships using articulated pipes
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B17/00—Vessels parts, details, or accessories, not otherwise provided for
    • B63B2017/0072—Seaway compensators

Definitions

  • the invention relates to a fluid transfer system, such as a petroleum product, and an associated transfer method. It is more particularly a liquefied natural gas transfer system where the transfer is operated between two ships at open sea (offshore transfer).
  • the first of the two vessels may be a production vessel known as LNGP (for Liquefied natural gas producer), LNG-FPSO (for Liquefied Natural Gas Floating Production Storage and Offloading), that is to say “floating system for the production, storage and unloading of liquefied natural gas"), or FLNG (for Floating Liquid Natural Gas Unit, or floating unit of liquid natural gas), a vessel FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), a GBS (for "Gravity Base Structure", ie “a platform with a weight base”) or finally a platform.
  • LNGP for Liquefied natural gas producer
  • LNG-FPSO for Liquefied Natural Gas Floating Production Storage and Offloading
  • FLNG for Floating Liquid Natural Gas Unit, or floating unit of liquid natural gas
  • GBS for "Gravity Base Structure", ie "a platform with a weight base”
  • the second of the two vessels may be a vessel intended to receive gas for transport such as a tanker or a LNG-C (for "Liquefied Natural Gas Carrier", for example a LNG carrier).
  • a vessel intended to receive gas for transport such as a tanker or a LNG-C (for "Liquefied Natural Gas Carrier", for example a LNG carrier).
  • rigid and articulated loading systems have a fluid transfer line end attached to a base or a support and connected to a fluid reservoir to be transferred, and an opposite mobile line end provided with a connection / disconnection member for connection to a target tubing, itself connected to a fluid reservoir.
  • the loading arm comprises an articulated pipe, mounted on a base, connected to a fluid reservoir, and on which is mounted a first pipe said internal pipe via a portion of 90 ° bent tube allowing one of its ends a rotation along a vertical axis, and at the other end, according to a horizontal axis.
  • a second pipe At the opposite end of the inner tube, is rotatably mounted along a horizontal axis, a second pipe, said external pipe.
  • the connection / disconnection member for example a hydraulic coupler.
  • the coupler thus has at least three degrees of freedom relative to the base carrying the fixed end of the tubing, and the movements following each of these degrees of freedom are controlled by actuators, such as cylinders or hydraulic motors.
  • actuators such as cylinders or hydraulic motors.
  • the operator has for this purpose a control interface.
  • the present invention proposes, for this purpose, a system for transferring a fluid product, comprising a balanced transfer arm of the fluid product, having a transfer compass comprising a transfer line having a line end attached to a support and a mobile line end provided with a connection / disconnection member for connecting the line to a target pipe, the system being characterized in that it further comprises a telescopic arm adapted to be secured by one of its ends longitudinal to the end of moving line to move it to a connection position of the connection member / disconnection to the target pipe and mounted by its opposite longitudinal end on a parallel robot controlled in dependence on the detection of movements that undergoes the target tubing to compensate at the connection / disconnection member movements of the target tubing.
  • the parallel robot comprises a support on which is mounted the telescopic arm and actuators for moving the support in at least three degrees of freedom.
  • the parallel robot is in the form of a Stewart platform.
  • the actuators of the parallel robot are hydraulic, pneumatic or electric cylinders.
  • the system comprises a control system adapted to control the actuators of the parallel robot as a function of signals received from movement detection means of the target tubing relative to a surrounding element.
  • the detection means comprise a global positioning system, in particular of the GPS type, an optical system, such as a camera or a laser or infrared system, an acceleration measuring system, an inertial stabilization system for measuring angles , an autonomous initial coordinate tracking system or a combination of two or more such systems.
  • a global positioning system in particular of the GPS type
  • an optical system such as a camera or a laser or infrared system
  • an acceleration measuring system such as a laser or infrared system
  • an inertial stabilization system for measuring angles
  • an autonomous initial coordinate tracking system or a combination of two or more such systems.
  • control system is adapted to process the signals received from the detection means by means of preprogrammed algorithms.
  • the telescopic arm is pivotally mounted on the support so as to raise or lower it.
  • the telescopic arm is rigidly connected to the moving line end.
  • the system comprises a carriage mounted movable in translation on an outer segment of the telescopic arm and adapted to be fixed to the mobile line end.
  • the transfer arm comprises at least three actuators for controlling each movement of the transfer arm according to a degree of freedom according to a first mode of operation, and is adapted to be freewheeling in a second mode of operation.
  • the movable line end of the transfer arm comprises means for guiding and aligning the connection / disconnection member on the target tubing when it comes in close proximity thereto.
  • the transfer arm is equipped with sensors adapted to act on the movement controls thereof to limit the loads on a vessel carrying the target tubing.
  • the invention also relates to a transfer assembly of a fluid product, comprising a transfer system as defined above and a target tubing provided with a support member for the end of the telescopic arm located on the end of the moving line.
  • the invention finally relates to a fluid transfer method by means of a system as defined above, comprising the steps of:
  • connection / disconnection member put the transfer arm in freewheel mode; and bringing the connection / disconnection member to a position of connection to the target tubing by means of the telescopic arm.
  • connection / disconnection member can be moved, on a final race portion, by sliding a carriage on the telescopic arm.
  • Figure 1 is a schematic side elevational view of a transfer system according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a schematic side elevational view of a transfer system according to a second embodiment of the invention.
  • the transfer system 1 comprises a transfer arm 10 generally comprising a deformable tubular portion 11 adapted to be connected. at one end to a fixed pipe leading to a tank (not shown) and terminated at its other end by a coupler 12, here hydraulic motor, or any other connection / disconnection (coupling) of a known type and intended for be connected to a second pipe or target pipe carried by the vessel 2.
  • a transfer arm 10 generally comprising a deformable tubular portion 11 adapted to be connected. at one end to a fixed pipe leading to a tank (not shown) and terminated at its other end by a coupler 12, here hydraulic motor, or any other connection / disconnection (coupling) of a known type and intended for be connected to a second pipe or target pipe carried by the vessel 2.
  • This hydraulic coupler 12 is connected by a set of bends and rotary joints, here cryogenic and Chiksan® rotary joint type, at the free end of the deformable tubular portion 11.
  • the elbows and rotary joints assembly is, in practice, a style 80 equipped with an emergency release system (ERS) and a quick connect-disconnect coupler (QCDC). This quick connect / disconnect system is in operation during normal operation.
  • ERS emergency release system
  • QCDC quick connect-disconnect coupler
  • style 40 and style 50 which define one, a joint or rotating joint whose two ends are each welded on one elbow, and the other, the meeting of a first rotating connection, then of an elbow, then of a second rotating connection making an angle of 90 ° with said first fitting, then a bend.
  • a style 80 corresponds to a style 50 supplemented by a third connection parallel to the first connection and connected to the second by an elbow.
  • the rotating joints of these styles are all cryogenic, here of Chiksan ® rotary joint type.
  • the deformable tubular portion 11 mainly comprises two tubes 13, 14, or transfer elements connected by a rotating joint 15 of horizontal axis (style 40), thus forming a variable opening compass.
  • One of these tubes, called internal tube 13, is intended to be connected via a style 50 to a pipe for fluidically connecting the transfer arm to the tank (elements not shown in the figures) while the Another tube, called outer tube 14, is connected, as indicated above, to the coupler 12.
  • the main balancing that is to say movable elements of the arm that are the inner tubes 13 and outer 14 hinged together and the coupling assembly formed by the hydraulic coupler 12 and the connecting means of the the outer tube 14, is provided by means of at least one primary counterweight 16.
  • a balancing system of the outer tube section 14 and the aforementioned coupling assembly, is here also provided. It is in the form of a pantograph system 17 which comprises at least one secondary counterweight 18.
  • Cylinders are, moreover, actuators or actuators of these inner tubes 13 and outer 14. These are hydraulic cylinders controlled by an operator by means of a control interface.
  • cylinders are here three in number, that is to say a jack for controlling the movement of the arm according to each degree of freedom.
  • the one actuating the arm 10 in rotation about a vertical axis is not visible in the figures while those for actuating the inner tubes 13 and outer 14 respectively carry the numerals 14 and 20.
  • the mobile line end is equipped with a hydraulic coupler which is of the QCDC type as well as an emergency disconnection system (ERS).
  • ERS emergency disconnection system
  • the transfer system 1 of a fluid product comprises, as indicated, a balanced double counterweight transfer arm 10, installed here on an offshore platform 21, with its deformable tubular portion 11 or compass transfer member forming a transfer line with a line end attached to a mat 22 and a moving line end 23 provided with the hydraulic coupler 12 for connection of this transfer line to a target line 24 installed here on a LNG- vs.
  • the transfer arm 10 comprises, in the case of this embodiment and as also indicated, three hydraulic cylinders (not shown in the figure) to each control the movement of the arm according to a degree of freedom in a first embodiment. operation (by actuation of the inner tube 17, the outer tube 14 and rotation about a vertical axis).
  • This arm 10 is further adapted to be freewheeled in a second mode of operation.
  • the transfer system further comprises a telescopic arm 25, here hydraulic and two segments 26, 27, adapted to be secured by one of its longitudinal ends to the end of moving line 23, for move it to a position of connection of the hydraulic coupler 12 to the target pipe 24.
  • This telescopic arm is, moreover, mounted by its opposite longitudinal end on a parallel robot 28 controlled in dependence of the detection of the movements that the target tubing 24 undergoes, to compensate at the level of the hydraulic coupler 12 movements of the target tubing 24.
  • the parallel robot 28 is, in the case of this embodiment, a Stewart platform with hydraulic cylinders, also known as a hexapod positioner. It is a parallel robot comprising six actuators (hydraulic cylinders) and thus having six degrees of freedom: the three translation coordinates as well as pitch, roll and yaw angles (Euler angles) or alternatively, their nautical equivalent. Examples of such platforms are described in particular in patent applications WO99 / 28095 and US2010 / 0191500.
  • a control system (not shown) adapted to control the hydraulic cylinders of the platform based on signals received from movement detection means of the ship LNG-C and hence the target tubing 24, with respect to a surrounding element, such as the hydraulic coupler 12, or another element in the surrounding world.
  • These detection means comprise, in the case of this embodiment, a laser system (30a, 30b), of the kind emitting a laser or infrared beam towards the target tubing 24 or a fixed target with respect to this tubing, and adapted to detecting the reflected ray and measuring the travel time of the beam to derive relative positioning information of the target tubular 24 relative to the coupler 12.
  • This system is advantageously coupled to other motion sensors, such as accelerometers, for this servo need.
  • the control system is, for its part, adapted to process the signals received from these detection means by means of preprogrammed algorithms. It may be, for example, a computer system equipped with a processor and a memory in which these algorithms are stored. These can of course also be stored on an external medium, thus forming a computer program product.
  • This control system can, moreover, manage the hydraulic cylinders of the transfer arm.
  • a user control interface may advantageously complement this control system.
  • the telescopic arm is pivotally mounted on the Stewart platform, so as to raise or lower it, for example by means of a hydraulic cylinder (not shown in Figure 1).
  • This is in practice a pivoting about an axis 31 extending parallel to the upper plate 32 of the Stewart platform and transversely to the axis of the mast 22 supporting the transfer compass.
  • the telescopic arm 25 comprises, in the case of this first embodiment, a carriage 33 mounted to move in translation on the outer segment 27 of the telescopic arm 25, in two opposite directions shown schematically by the arrows A and B. In order to be able to move the hydraulic coupler 12 in translation, this carriage is fixed to the mobile line end 23.
  • a manifold 34 or more simply a flange, at the end of target pipe 24, intended to be connected to the hydraulic coupler, and in the form of of an insert on a standard tubing section 35 fitted to the LNG-C.
  • a bracket 36 in the form of a square, is fixed to and under this manifold to be able to receive, in support, the free end of the telescopic arm 25.
  • the telescopic arm 25 and the transfer arm 10 are first deployed to be positioned between a storage position or fold and a connection position to the target tubing.
  • the transfer arm 10 is then connected (in practice connected for example by screwing) to the movable carriage 33 of the telescopic arm 25.
  • the transfer arm 10 is then not yet in freewheel mode, but the carriage is able to perform a backward movement (direction of the arrow B) in translation to compensate for the movement in the opposite direction of the outer segment 27 of the telescopic arm 25.
  • the telescopic arm 25 is brought into the support position on the support 36 at right angles connected to the manifold 34, by translation of the outer segment 27 of the arm.
  • the final coupling between the hydraulic coupler 12 and the manifold 34 is, in the case of this first embodiment, carried out manually thanks to the degrees of freedom possessed, in practice and in a manner known per se, the end of the moving line. 23 alternatively to the rest of the outer tubing 14.
  • the final alignment can also be provided by guiding and alignment means.
  • the transfer arm 10 via its mobile line end 23, is rigidly connected directly to the outer segment 27 of the telescopic arm 25. In other words, there is more mobile trolley in translation.
  • the transfer system 1 comprises means for guiding and aligning the hydraulic coupler 12 on the manifold 34 when it comes in close proximity to it.
  • This is, here, two complementary frustoconical guide elements (a male frustoconical element and a female frustoconical element adapted to fit one into the other).
  • this embodiment does not require, on the other hand, a telescopic arm support 25 on the manifold 34.
  • the telescopic arm 25 is first extended to a position remote from the manifold 34 (without compensation of movements by means of the parallel robot).
  • the transfer arm 10 is then deployed by means of its actuators until the hydraulic coupler 12 is situated in the vicinity of the free end of the outer segment 27 of the telescopic arm 25.
  • the transfer arm 10 is then rigidly connected to this end of the telescopic arm 25 and set freewheel mode.
  • the telescopic arm 25 is moved to a connection position of the hydraulic coupler 12 to the manifold 34, the parallel robot 28 being simultaneously put into operation to compensate for the movements of the manifold 34.
  • the guiding and alignment means ensure then guiding and final alignment of the hydraulic coupler 12 on the manifold 34.
  • the disconnection procedure can be done in a similar way to the connection procedure, but in reverse. It should however be noted that in case of emergency disconnection, the guidance system formed by the telescopic arm is not used. Indeed, the telescopic arm is removed after the arm connection to the manifold of the ship, and therefore during the emergency disconnection there is only the arm and it.
  • the emergency disconnect sequence is identical to that traditionally done on the transfer arms.
  • the procedure of connecting a transfer arm to a target tubing can be performed without exerting particular stress on the mobile end of the transfer line and without it being necessary to install on the latter additional means used during the connection procedure, which impose at that end additional weight transferred to the manifold after connection.
  • connection can be made smoothly and with an almost conventional transfer arm.
  • Movement compensation may also be considered for relative movements of the first and second vessels, if the platform is not substantially stationary. In this case, it is possible to determine the relative positioning of the connection / disconnection member with respect to the target pipe, instead of, for example, detecting only the movements of the second vessel relative to a reference point or a fixed element.
  • the guiding and alignment means may be in a form other than the male and female frustoconical elements, such as for example in the form of rods having a shape for guiding and aligning the hydraulic coupler in order to bring it to its final position of connection to the manifold.
  • the transfer arm can, meanwhile, be a balanced arm on a single counterweight.
  • the sensors that can equip the transfer arm (preferably the outer end of outer tube) to act on its controls to limit the loads on the second ship can be for example the type of force or acceleration sensors.

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Abstract

Un système de transfert (1 ) d'un produit fluide, comportant un bras équilibré de transfert (10) du produit fluide, ayant un compas de transfert (13,14) comportant une ligne de transfert ayant une extrémité de ligne fixée à un support et une extrémité de ligne mobile (23) pourvue d'un organe de connexion/déconnexion (12) destiné au raccordement de la ligne à une tubulure cible (24), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un bras télescopique (25) adapté à être solidarisé par l'une de ses extrémités longitudinales à l'extrémité de ligne mobile (23) pour déplacer celle-ci vers une position de raccordement de l'organe de connexion/déconnexion (12) à la tubulure cible (24) et monté par son extrémité longitudinale opposée sur un robot parallèle (25) commandé en dépendance de la détection de mouvements que subit la tubulure cible (24) pour compenser au niveau de l'organe de connexion/déconnexion des mouvements de la tubulure cible.

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE TRANSFERT DE FLUIDE
L'invention porte sur un système de transfert de fluide, tel qu'un produit pétrolier, et un procédé de transfert associé. Il s'agit plus particulièrement d'un système de transfert de gaz naturel liquéfié où le transfert est opéré entre deux navires en mer ouverte (transfert offshore).
Le premier des deux navires peut être un navire de production connu sous le nom de LNGP (pour "liquefied natural gaz producer" ou producteur de gaz naturel liquéfié), de LNG-FPSO (pour "Liquefied Natural Gas Floating Production Storage and Offloading", c'est-à-dire "système flottant de production, de stockage et de déchargement de gaz naturel liquéfié"), ou encore de FLNG (pour « Floating Liquid Natural Gas Unit », ou Unité flottante de gaz naturel liquide), un navire de reliquéfaction (FSRU pour "Floating Storage and Regasification Unit" ou "unité flottante de stockage et regazification"), un GBS (pour "Gravity Base Structure" c'est-à-dire "une plate-forme à embase poids") ou enfin une plate-forme.
Le deuxième des deux navires peut être un navire destiné à recevoir le gaz pour son transport tel qu'un tanker ou un LNG-C (pour "Liquefied Natural Gas Carrier", par exemple un méthanier).
On connaît notamment pour ce faire des systèmes de chargement rigides et articulés qui présentent une extrémité de ligne de transfert de fluide fixée à une embase ou un support et reliée à un réservoir de fluide à transférer, et une extrémité de ligne opposée mobile pourvue d'un organe de connexion/déconnexion pour le raccordement à une tubulure cible, elle-même reliée à un réservoir de fluide.
Généralement, dans un tel système (cf FR 2813872 et FR 2854156), le bras de chargement comporte une tuyauterie articulée, montée sur une embase, reliée à un réservoir de fluide, et sur laquelle est monté un premier tuyau dit tuyau interne via une portion de tube coudée à 90° permettant à l'une de ses extrémités une rotation selon un axe vertical, et à l'autre extrémité, selon un axe horizontal. A l'extrémité opposée du tube interne, est monté à rotation selon un axe horizontal, un second tuyau, dit tuyau externe. A l'extrémité du tuyau externe est monté l'organe de connexion/déconnexion, par exemple un coupleur hydraulique.
Le coupleur possède ainsi au moins trois degrés de liberté par rapport à l'embase portant l'extrémité fixe de la tubulure, et les mouvements suivant chacun ces degrés de liberté sont commandés par des actionneurs, tels que des vérins ou des moteurs hydrauliques. L'opérateur dispose à cet effet d'une interface de commande.
Le transfert de fluide en mer ouverte s'est toujours avéré difficile en raison des mouvements relatifs des deux navires et plus particulièrement ceux du deuxième, le premier des deux définis supra se présentant généralement sous la forme d'une plateforme plus ou moins fixe.
Pour permettre la connexion des bras de chargement en conditions météorologiques difficiles (mer très agitée), il est de ce fait mis en œuvre sur les bras précités un système à câble soumis à une tension constante, coopérant avec l'extrémité de ligne mobile pour synchroniser les mouvements du bras sur ceux du navire récepteur.
Ce genre de système donne entièrement satisfaction, mais il serait néanmoins souhaitable de pouvoir disposer d'un système de chargement ne sollicitant pas, ou le moins possible, cette extrémité de ligne mobile lors du processus de connexion.
La présente invention propose, à cet effet, un système de transfert d'un produit fluide, comportant un bras équilibré de transfert du produit fluide, ayant un compas de transfert comportant une ligne de transfert ayant une extrémité de ligne fixée à un support et une extrémité de ligne mobile pourvue d'un organe de connexion/déconnexion destiné au raccordement de la ligne à une tubulure cible, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un bras télescopique adapté à être solidarisé par l'une de ses extrémités longitudinales à l'extrémité de ligne mobile pour déplacer celle-ci vers une position de raccordement de l'organe de connexion/déconnexion à la tubulure cible et monté par son extrémité longitudinale opposée sur un robot parallèle commandé en dépendance de la détection de mouvements que subit la tubulure cible pour compenser au niveau de l'organe de connexion/déconnexion des mouvements de la tubulure cible.
Grâce à ces dispositions, il est possible d'effectuer un processus de connexion/déconnexion complet n'exerçant pas ou quasiment pas de contrainte sur l'extrémité de ligne mobile et conduisant en outre à d'autres avantages, comme on le verra plus en détail infra.
Suivant d'autres dispositions de la présente invention, pouvant être mises en oeuvre de façon indépendante ou combinée, notamment en raison de leur commodité de fabrication ou d'utilisation :
le robot parallèle comporte un support sur lequel est monté le bras télescopique et des actionneurs pour déplacer le support selon au moins trois degrés de liberté.
le robot parallèle se présente sous la forme d'une plateforme de Stewart.
les actionneurs du robot parallèle sont des vérins hydrauliques, pneumatiques ou électriques.
le système comporte un système de commande adapté à commander les actionneurs du robot parallèle en fonction de signaux reçus de moyens de détection de mouvements de la tubulure cible par rapport à un élément environnant.
les moyens de détection comportent un système de positionnement global, notamment de type GPS, un système optique, tel qu'une caméra ou un système laser ou infrarouge, un système de mesure d'accélération, un système de stabilisation inertielle pour la mesure des angles, un système autonome de repérage de coordonnées initiales ou une combinaison de deux ou plus de ces systèmes.
le système de commande est adapté à traiter les signaux reçus des moyens de détection au moyen d'algorithmes préprogrammés.
- le bras télescopique est monté pivotant sur le support de manière à pouvoir le lever ou l'abaisser. le bras télescopique est relié rigidement à l'extrémité de ligne mobile.
le système comporte un chariot monté mobile en translation sur un segment extérieur du bras télescopique et adapté à être fixé à l'extrémité de ligne mobile.
le bras de transfert comporte au moins trois actionneurs pour commander chacun le mouvement du bras de transfert selon un degré de liberté suivant un premier mode de fonctionnement, et est adapté à être mis en roue libre suivant un second mode de fonctionnement.
- l'extrémité de ligne mobile du bras de transfert comporte des moyens pour guider et aligner l'organe de connexion/déconnexion sur la tubulure cible lorsqu'il arrive à proximité immédiate de celle-ci.
le bras de transfert est équipé de capteurs adaptés à agir sur les commandes de mouvement de celui-ci en vue de limiter les charges exercées sur un navire portant la tubulure cible.
L'invention concerne aussi un ensemble de transfert d'un produit fluide, comportant un système de transfert tel que défini supra et une tubulure cible munie d'un élément de support pour l'extrémité du bras télescopique située côté extrémité de ligne mobile.
L'invention concerne enfin un procédé de transfert de fluide au moyen d'un système tel que défini supra, comportant les étapes consistant à :
amener le bras télescopique vers la tubulure cible, jusqu'à une position à distance de cette dernière ;
raccorder le bras télescopique à l'extrémité de ligne mobile du bras de transfert ;
mettre le bras de transfert en mode roue libre ; et amener l'organe de connexion/déconnexion vers une position de raccordement à la tubulure cible au moyen du bras télescopique.
Dans un tel cas, l'organe de connexion/déconnexion peut être déplacé, sur une portion de course finale, par coulissement d'un chariot sur le bras télescopique. L'exposé de la présente invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée de deux exemples de réalisation, donnés ci-après à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ceux-ci :
la figure 1 est une vue très schématique en élévation latérale d'un système de transfert suivant un premier mode de réalisation de l'invention ; et
la figure 2 est une vue très schématique en élévation latérale d'un système de transfert suivant un second mode de réalisation de l'invention.
Ces figures représentent un système de transfert, ici à double contrepoids de transfert d'un produit fluide conforme à l'invention, et présentent deux modes de réalisation des moyens d'actionnement et des moyens de compensation de mouvement.
Dans ces formes de réalisation choisies seulement à titre d'exemple pour illustrer l'application de l'invention, le système de transfert 1 comporte un bras de transfert 10 comportant, d'une manière générale, une portion tubulaire déformable 11 adaptée à être connectée à une extrémité à une canalisation fixe aboutissant à un réservoir (non représentés) et terminée à son autre extrémité par un coupleur 12, ici à moteur hydraulique, ou tout autre organe de connexion/déconnexion (accouplement) d'un type connu et destiné à être connecté à une seconde canalisation ou tubulure cible portée par le navire 2.
Ce coupleur hydraulique 12 est relié par un ensemble de coudes et joints tournants, ici cryogéniques et du type joint tournant Chiksan®, à l'extrémité libre de la portion tubulaire déformable 11. L'ensemble coudes et joints tournants est, en pratique, un style 80 équipé d'un système de déconnexion d'urgence (ERS en anglais, pour Emergency Release System) et d'un système de connexion/déconnexion rapide (QCDC en anglais, pour Quick Connect-Disconnect Coupler). Ce système de connexion/déconnexion rapide est en fonction en opération normale.
On rappellera ici qu'on connaît dans le domaine les expressions "style 40" et "style 50" qui définissent l'une, un raccord ou joint tournant dont les deux extrémités sont, chacune, soudées sur un coude, et l'autre, la réunion d'un premier raccord tournant, puis d'un coude, puis d'un deuxième raccord tournant faisant un angle de 90 ° avec ledit premier raccord, puis d'un coude. Un style 80 correspond à un style 50 complété par un troisième raccord parallèle au premier raccord et raccordé au deuxième par un coude. Les joints tournants de ces styles sont tous cryogéniques, ici du type joint tournant Chiksan ®.
La portion tubulaire déformable 11 comporte principalement deux tubes 13, 14, ou éléments de transfert raccordés par un joint tournant 15 d'axe horizontal (style 40), formant ainsi un compas à ouverture variable. L'un de ces tubes, appelé tube interne 13, est destiné à être raccordé par l'intermédiaire d'un style 50 à une canalisation destinée à raccorder fluidiquement le bras de transfert au réservoir (éléments non représentés sur les figures) tandis que l'autre tube, appelé tube externe 14, est connecté, comme indiqué supra, au coupleur 12.
A la portion tubulaire déformable 11 sont associés des systèmes d'équilibrage à contrepoids adaptés à permettre que, à vide, le bras puisse rester stable dans n'importe quelle configuration. Cela est nécessaire pour le bon déroulement des opérations d'accouplement et de désaccouplement du bras à la canalisation mobile. Il n'y a ainsi aucun effort important à fournir pour maintenir le bras en position.
L'équilibrage principal, c'est-à-dire des éléments mobiles du bras que sont les tubes interne 13 et externe 14 articulés entre eux ainsi que l'ensemble d'accouplement formé par le coupleur hydraulique 12 et les moyens de raccordement de celui-ci au tube externe 14, est assuré au moyen d'au moins un contrepoids primaire 16. Un système d'équilibrage de la section de tube externe 14 et de l'ensemble d'accouplement précité, est, ici, également prévu. Il se présente sous la forme d'un système à pantographe 17 qui comporte au moins un contrepoids secondaire 18.
Des vérins constituent, par ailleurs, des dispositifs d'actionnement ou actionneurs de ces tubes interne 13 et externe 14. Il s'agit ici de vérins hydrauliques commandés par un opérateur au moyen d'une interface de commande.
Ces vérins sont ici au nombre de trois, c'est-à-dire un vérin pour commander le mouvement du bras selon chaque degré de liberté. Celui d'actionnement du bras 10 en rotation autour d'un axe vertical n'est pas visible sur les figures tandis que ceux d'actionnement des tubes interne 13 et externe 14 portent respectivement les repères numériques 14 et 20.
Par ailleurs, l'extrémité de ligne mobile est équipée du coupleur hydraulique qui est du type QCDC ainsi que d'un système de déconnexion d'urgence (ERS).
Le bras de transfert tel qu'il vient d'être décrit est bien connu de l'homme du métier et ne sera donc pas décrit plus en détails ici. Il s'agit en fait d'un bras similaire à ceux décrits dans les demandes susvisées (FR 2813872 et FR 2854156).
La suite de la description porte plus précisément sur les deux modes de réalisation des moyens d'actionnement et de compensation de mouvements conformes à l'invention.
Dans le cas du premier mode de réalisation, le système de transfert 1 d'un produit fluide comporte, comme indiqué, un bras équilibré de transfert 10 à double contrepoids, installé ici sur une plateforme offshore 21 , avec sa portion tubulaire déformable 11 ou compas de transfert formant une ligne de transfert avec une extrémité de ligne fixée à un mat 22 et une extrémité de ligne mobile 23 pourvue du coupleur hydraulique 12 destiné au raccordement de cette ligne de transfert à une tubulure cible 24 installée, ici, sur un LNG-C.
En pratique, le bras de transfert 10 comporte, dans le cas de ce mode de réalisation et comme également indiqué, trois vérins hydrauliques (non représentés sur la figure) pour commander chacun le mouvement du bras selon un degré de liberté dans un premier mode de fonctionnement (par actionnement du tube interne 17, du tube externe 14 et rotation autour d'un axe vertical). Ce bras 10 est en outre adapté à être mis en roue libre suivant un second mode de fonctionnement.
Conformément à la présente invention, le système de transfert comporte en outre un bras télescopique 25, ici hydraulique et à deux segments 26, 27, adapté à être solidarisé par l'une de ses extrémités longitudinales à l'extrémité de ligne mobile 23, pour déplacer celle-ci vers une position de raccordement du coupleur hydraulique 12 à la tubulure cible 24. Ce bras télescopique est, par ailleurs, monté par son extrémité longitudinale opposée sur un robot parallèle 28 commandé en dépendance de la détection des mouvements que subit la tubulure cible 24, pour compenser au niveau du coupleur hydraulique 12 des mouvements de la tubulure cible 24.
Plus précisément, le robot parallèle 28 est, dans le cas de ce mode de réalisation, une plateforme de Stewart à vérins hydrauliques, également connu sous le nom de positionneur hexapode. Il s'agit d'un robot parallèle comportant six actionneurs (vérins hydrauliques) et donc ayant six degrés de liberté : les trois coordonnées de translation ainsi que les angles de tangage, roulis et lacet (angles d'Euler) ou en variante, leur équivalent nautique. Des exemples de telles plateformes sont notamment décrits dans les demandes de brevet WO99/28095 et US2010/0191500.
Seuls deux de ces vérins hydrauliques de la plateforme de Stewart sont ici visibles sur la figure 1 et portent le repère numérique 29.
Pour asservir les mouvements de cette plateforme de Stewart, il est prévu un système de commande (non représenté) adapté à commander les vérins hydrauliques de la plateforme en fonction de signaux reçus de moyens de détection de mouvements du navire LNG-C et, partant, de la tubulure cible 24, par rapport à un élément environnant, tel que le coupleur hydraulique 12, ou un autre élément dans le monde environnant.
Ces moyens de détection comportent, dans le cas de ce mode de réalisation, un système laser (30a, 30b), du genre émettant un rayon laser ou infrarouge vers la tubulure cible 24 ou une cible fixe par rapport à cette tubulure, et adapté à capter le rayon réfléchi et à mesurer le temps de parcours du rayon pour en déduire une information de positionnement relatif de la tubulure cible 24 par rapport au coupleur 12. Ce système est, avantageusement, couplé à d'autres capteurs de mouvements, tels que des accéléromètres, pour ce besoin d'asservissement.
Le système de commande est, pour sa part, adapté à traiter les signaux reçus de ces moyens de détection au moyen d'algorithmes préprogrammés. Il peut s'agir, par exemple, d'un système informatique équipé d'un processeur et d'une mémoire dans laquelle sont stockés ces algorithmes. Ceux-ci peuvent naturellement également être stockés sur un support externe, formant ainsi un produit programme d'ordinateur.
Ce système de commande peut, par ailleurs, gérer les vérins hydrauliques du bras de transfert. Une interface de commande utilisateur peut avantageusement compléter ce système de commande.
On observera encore que le bras télescopique est, ici monté pivotant sur la plateforme de Stewart, de manière à pouvoir le lever ou l'abaisser, au moyen par exemple d'un vérin hydraulique (non représenté sur la figure 1 ). Il s'agit en pratique d'un pivotement autour d'un axe 31 s'étendant parallèlement au plateau supérieur 32 de la plateforme de Stewart et transversalement à l'axe du mât 22 supportant le compas de transfert.
A son autre extrémité, le bras télescopique 25 comporte, dans le cas de ce premier mode de réalisation, un chariot 33 monté mobile en translation sur le segment extérieur 27 du bras télescopique 25, suivant deux sens opposés schématisés par les flèches A et B. Afin de pouvoir déplacer le coupleur hydraulique 12 en translation, ce chariot est fixé à l'extrémité de ligne mobile 23.
Dans le cas de ce mode de réalisation, il est également prévu sur le LNG-C, un manifold 34, ou plus simplement une bride, en bout de tubulure cible 24, destiné à être raccordé au coupleur hydraulique, et se présentant sous la forme d'une pièce rapportée sur un tronçon de tubulure standard 35 équipant le LNG-C. Un support 36, en forme d'équerre, est fixé à et sous ce manifold pour pouvoir recevoir, en appui, l'extrémité libre du bras télescopique 25.
Le processus de connexion est effectué, suivant ce premier mode de réalisation, comme suit :
- le bras télescopique 25 et le bras de transfert 10 (avec ses propres vérins) sont, tout d'abord, déployés de manière à être positionnés entre une position de stockage ou repli et une position de raccordement à la tubulure cible.
- le bras de transfert 10 est ensuite raccordé (en pratique relié par exemple par vissage) au chariot mobile 33 du bras télescopique 25. - le bras de transfert 10 n'est alors pas encore en mode roue libre mais le chariot est en mesure d'effectuer un mouvement de recul (sens de la flèche B) en translation pour compenser le mouvement en sens inverse du segment externe 27 du bras télescopique 25.
Ensuite, le bras télescopique 25 est amené en position d'appui sur le support 36 en équerre raccordé au manifold 34, par translation du segment externe 27 de ce bras.
On aboutit ainsi au positionnement visible sur la figure 1. Dans cette position, le coupleur hydraulique 12 est encore en retrait par rapport à l'extrémité libre du bras télescopique 25, c'est-à-dire l'extrémité libre du segment externe 27 de ce bras.
En d'autres termes, les mouvements de cette extrémité sont synchronisés avec ceux du LNG-C et cette extrémité se retrouve donc dans une position fixe par rapport au LNG-C. Il en va de même du coupleur hydraulique 12, à l'exception de son mouvement de déplacement en translation visant à le rapprocher du manifold 34.
Tout en procédant à cette compensation de mouvements, le chariot 33, avec le bras de transfert 10 relié à celui-ci, est ensuite déplacé en translation jusqu'à ce que le coupleur hydraulique 12 soit en position de connexion au manifold 34. Lors de ce déplacement en translation, le bras de transfert est mis en mode roue libre.
L'accouplement final entre le coupleur hydraulique 12 et le manifold 34 est, dans le cas de ce premier mode de réalisation, réalisé manuellement grâce aux degrés de liberté que possède, en pratique et de manière connue en soi, l'extrémité de ligne mobile 23 par rapport au reste de la tubulure externe 14. En variante, comme on le verra ci-après, l'alignement final peut également être assuré par des moyens de guidage et d'alignement.
On va maintenant décrire le second mode de réalisation à l'appui de la figure 2. Les éléments de cette figure 2 identiques similaires à ceux de la figure 1 , portent les mêmes repères numériques.
Suivant ce second mode de réalisation représenté sur la figure 2, le bras de transfert 10, par l'intermédiaire de son extrémité de ligne mobile 23, est relié rigidement, directement au segment externe 27 du bras télescopique 25. En d'autres termes, il n'y a plus de chariot mobile en translation.
Il s'agit, en pratique, d'une patte 37 fixée, d'une part, au segment externe du bras télescopique et, d'autre part, à l'extrémité mobile 23 de la ligne de transfert, entre la dernière rotation de celle-ci et le coupleur hydraulique 12. La fixation peut être réalisée par exemple par vissage. On observera également que la dernière rotation peut être bloquée lors du déplacement en translation du coupleur hydraulique 12 décrit ci-après.
On observera encore que le système de transfert 1 selon ce second mode de réalisation comporte des moyens pour guider et aligner le coupleur hydraulique 12 sur le manifold 34 lorsqu'il arrive à proximité immédiate de celui- ci. Il s'agit, ici, de deux éléments tronconiques de guidage complémentaires (un élément tronconique mâle et un élément tronconique femelle adaptés à s'emboîter l'un dans l'autre).
On observera que ce mode de réalisation ne requiert pas, en revanche, de support de bras télescopique 25 sur le manifold 34.
Le processus de connexion suivant ce second mode de réalisation est le suivant :
- le bras télescopique 25 est, tout d'abord, étendu jusqu'à une position à distance du manifold 34 (sans compensation de mouvements au moyen du robot parallèle).
Le bras de transfert 10 est ensuite déployé au moyen de ses actionneurs jusqu'à ce que le coupleur hydraulique 12 soit situé au voisinage de l'extrémité libre du segment externe 27 du bras télescopique 25.
Le bras de transfert 10 est alors relié rigidement à cette extrémité du bras télescopique 25 et mis en mode roue libre.
Puis le bras télescopique 25 est déplacé jusqu'à une position de connexion du coupleur hydraulique 12 au manifold 34, le robot parallèle 28 étant simultanément mis en fonctionnement pour assurer la compensation des mouvements du manifold 34. Les moyens de guidage et d'alignement assurent ensuite le guidage et l'alignement final du coupleur hydraulique 12 sur le manifold 34. En pratique, il est bien entendu possible d'envisager, par exemple, de compenser un mouvement du LNG-C en direction de la plateforme par une absence de mouvement d'avance du coupleur hydraulique 12, au lieu de le faire reculer puis avancer. On profite ainsi du rapprochement du LNG-C pour rapprocher le coupleur hydraulique 12 du manifold 34.
La procédure de déconnexion peut se faire d'une manière similaire à la procédure de connexion, mais en sens inverse. Il est cependant à noter qu'en cas de déconnexion d'urgence, le système de guidage formé par le bras télescopique n'est pas utilisé. En effet, le bras télescopique est retiré après la connexion du bras au manifold du navire, et donc lors de la déconnexion d'urgence il n'y a que le bras et celui-ci. La séquence de déconnexion d'urgence est identique à celle traditionnellement faite sur les bras de transfert.
Grâce à la présente invention, la procédure de connexion d'un bras de transfert à une tubulure cible peut être effectuée sans exercer de contrainte particulière sur l'extrémité mobile de la ligne de transfert et sans qu'il ne soit nécessaire d'installer sur celle-ci de moyens additionnels utilisés pendant la procédure de connexion, qui imposeraient à cette extrémité un poids supplémentaire transféré au manifold après connexion.
En outre, la connexion peut être assurée sans heurt et avec un bras de transfert presque conventionnel.
La présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation préférés décrits ci-dessus à titre d'exemples non-limitatifs et illustrés sur les dessins. Elle concerne toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier.
En particulier, il peut être envisagé, par exemple, de ne faire se déplacer le support ou plateau du robot parallèle, sur lequel est monté le bras télescopique, que selon trois degrés de liberté (tangage, roulis et lacet), tandis que les mouvements de translation pourraient être pris en charge par un déplacement du bras télescopique équipé d'actionneurs adéquats.
La compensation de mouvements peut également être envisagée pour des mouvements relatifs des premier et second navires, si la plateforme n'est pas sensiblement stationnaire. Dans ce cas, on peut prévoir de déterminer le positionnement relatif de l'organe de connexion/déconnexion par rapport à la tubulure cible, au lieu, par exemple, de ne détecter que les mouvements du second navire par rapport à un point de référence ou un élément fixe.
En outre, les moyens de guidage et d'alignement peuvent se présenter sous une forme autre que les éléments tronconiques mâle et femelle, telle que par exemple sous la forme de tiges ayant une forme permettant le guidage et l'alignement du coupleur hydraulique afin de l'amener dans sa position finale de connexion au manifold.
Par ailleurs, il peut être envisagé d'utiliser le bras télescopique monté sur le robot parallèle pour assurer la compensation de mouvements de deux bras de transfert disposés côte à côte.
Le bras de transfert peut, quant à lui, être un bras équilibré sur un contrepoids unique.
On notera encore que le système autonome de repérage de coordonnées initiales (position, orientation, ...) mentionné supra et de genre de ceux décrits dans la demande EP 0 029 768.
Les capteurs pouvant équiper le bras de transfert (de préférence son extrémité extérieure de tube externe) en vue d'agir sur ses commandes afin de limiter les charges exercées sur le second navire peuvent être par exemple du type capteurs de force ou d'accélération.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de transfert (1) d'un produit fluide, comportant un bras équilibré de transfert (10) du produit fluide, ayant un compas de transfert (13, 14) comportant une ligne de transfert ayant une extrémité de ligne fixée à un support et une extrémité de ligne mobile (23) pourvue d'un organe de connexion/déconnexion (12) destiné au raccordement de la ligne à une tubulure cible (24), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un bras télescopique (25) adapté à être solidarisé par l'une de ses extrémités longitudinales à l'extrémité de ligne mobile (23) pour déplacer celle-ci vers une position de raccordement de l'organe de connexion/déconnexion (12) à la tubulure cible (24) et monté par son extrémité longitudinale opposée sur un robot parallèle (25) commandé en dépendance de la détection de mouvements que subit la tubulure cible (24) pour compenser au niveau de l'organe de connexion/déconnexion des mouvements de la tubulure cible.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le robot parallèle comporte un support sur lequel est monté le bras télescopique et des actionneurs pour déplacer le support selon au moins trois degrés de liberté.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le robot parallèle se présente sous la forme d'une plateforme de Stewart.
4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les actionneurs du robot parallèle sont des vérins hydrauliques, pneumatiques ou électriques.
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un système de commande adapté à commander les actionneurs du robot parallèle en fonction de signaux reçus de moyens de détection de mouvements de la tubulure cible par rapport à un élément environnant.
6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent un système de positionnement global, notamment de type GPS, un système optique, tel qu'une caméra ou un système laser ou infrarouge, un système de mesure d'accélération, un système de stabilisation inertielle pour la mesure des angles, un système autonome de repérage de coordonnées initiales, ou une combinaison de deux ou plus de ces systèmes.
7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le système de commande est adapté à traiter les signaux reçus des moyens de détection au moyen d'algorithmes préprogrammés.
8. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le bras télescopique est monté pivotant sur le support de manière à pouvoir le lever ou l'abaisser.
9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le bras télescopique est relié rigidement à l'extrémité de ligne mobile.
10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un chariot monté mobile en translation sur un segment extérieur du bras télescopique et adapté à être fixé à l'extrémité de ligne mobile.
11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le bras de transfert comporte au moins trois actionneurs pour commander chacun le mouvement du bras de transfert selon un degré de liberté suivant un premier mode de fonctionnement, et est adapté à être mis en roue libre suivant un second mode de fonctionnement.
12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce que l'extrémité de ligne mobile du bras de transfert comporte des moyens pour guider et aligner l'organe de connexion/déconnexion sur la tubulure cible lorsqu'il arrive à proximité immédiate de celle-ci.
13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le bras de transfert est équipé de capteurs adaptés à agir sur les commandes de mouvement de celui-ci en vue de limiter les charges exercées sur un navire portant la tubulure cible.
14. Ensemble de transfert d'un produit fluide, comportant un système de transfert selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 et une tubulure cible munie d'un élément de support pour l'extrémité du bras télescopique située côté extrémité de ligne mobile.
15. Procédé de transfert de fluide au moyen d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, comportant les étapes consistant à :
amener le bras télescopique vers la tubulure cible, jusqu'à une position à distance de cette dernière ;
raccorder le bras télescopique à l'extrémité de ligne mobile du bras de transfert ;
- mettre le bras de transfert en mode roue libre ; et
amener l'organe de connexion/déconnexion vers une position de raccordement à la tubulure cible au moyen du bras télescopique.
16. Procédé selon la revendication 15, suivant lequel l'organe de connexion/déconnexion est déplacé, sur une portion de course finale, par coulissement d'un chariot sur le bras télescopique.
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