本申请是申请日为2014年6月23日、申请号为201480036361.x、名称为“货物运送船”的中国发明专利申请(该申请对应的pct国际申请的申请号是pct/ep2014/063141)的分案申请。
本发明涉及一种用于将碳氢化合物流体从海上生产设施运送至流体载运船的方法和系统。
背景技术：
具体地，在开放水域在恶劣环境下将流体装载至油轮(tanker，油船)是一项要求较高的操作。该操作需要配备有动态定位系统、大的推进器能力，以及专用装载系统。该穿梭运输油轮配备有通常安装在船的船首中的装载系统，从而能够使得油轮经由装载软管连接至漂浮生产设施、装载塔、或装载浮筒(buoy)，并且由此允许将货物运送至油轮。由船的自身推进器或螺旋桨辅助的柔性缆索可以将油轮固定(moor，系绳固定)至生产设施。可替代地，通过其自身推进器系统(动态定位系统)可以定位油轮，而无需任何固定缆索。
例如，wo95/08469中公开的，经过证明的用于装载油轮的最为先进的系统是水下塔装载(submergedturretloading)stl，其中，通过旋转被固定至海底的浮筒，油轮连接至穿过船的底部的货物运送管线。stl系统允许在最露天和嘴恶劣的环境下的全年操作，诸如，北海和北大西洋区域等。通常，这些系统是具有附加的专门设计装备的专用船只，从而与常规油轮相比较需要更高的投资。
在更为良性的区域中，使用被固定至海底的固定的漂浮浮筒(悬链线锚腿系泊系统(catenaryanchorlegmoorings)，calm浮筒)可以执行常规油轮的海上装载。例如，参见wo2012/035354。利用calm浮筒的油轮装载受海洋状态、水流、以及风的限制。
使用常规油轮的主要挑战在于，其有限的操纵和位置保持能力。最近，hiload概念被引入到市场中。例如，参见wo2005/118389al。hiload是具有螺旋桨和推进器的自包含半水下构造。该装置能够附接至油轮的船体，从而辅助油轮的可操作性。hiload在闲置周期需要专用的支撑船来协助hiload，并且在操作中需要专门的船员。
在us5'803'779中公开了解决上述优点的系统。漂浮船体形式的装载浮筒设置有缆索线、推进装置、以及液体运送装置，以确保在距预定距离处从海上结构体执行安全液体运送操作。然而，具体地，在液体运送过程中，所公开的系统被认为是易于受比如摇摆(roll，横向摇动)等环境引入移动的影响。此外，作为高效运输装置，其适用性是有问题的。
因此，需要消除现有系统的缺点，并且进一步降低对额外装备的投资。
因此，本发明的目标是提供一种进一步提高在开放海域的常规油轮、运载流体的lng运载器或其他船只的装载效率的方法和系统。
技术实现要素：
更具体地，本发明涉及一种用于在海上生产设施与油轮之间运送流体的货物运送船。货物运送船包括：船体，船体具有第一外部纵向船体侧和第二外部纵向船体侧；甲板；推进装置，推进装置用于在流体运送操作过程中主动地将货物运送船保持为距海上生产设施和油轮为预定距离；以及流体运送装置，流体运送装置用于在海上结构体与油轮之间运送流体。船的进一步特征是，船体包括主船体构件和至少一个突出船体构件，该至少一个突出船体构件布置在货物运送船的吃水线下方且在各个外部纵向船体侧处，以用于抑制船的摇摆，其中，该至少一个突出船体构件至少部分沿着船体的纵向长度延长，即，从船体的船首的起始端延长至船的船尾的末端。优选地，突出船体构件延长纵向长度的10％至90％，更优选地，纵向长度的20％至80％，甚至更优选地，纵向长度的30％至70％，甚至更优选地，纵向长度的40％至60％，例如，约50％。
在一个有利的实施方式中，该至少一个突出船体构件的延伸部包括船体纵向中点。
在另一有利的实施方式中，该至少一个突出船体构件的至少一个纵区段延伸超过货物运送船的甲板的横向边界，即，超过水浸之后甲板的与水面平行设置的外边缘。在可替代的模式中，该至少一个突出船体构件的至少一个纵区段延伸超过船的位于吃水线上方的部位的竖直突起部。
在另一有利的实施方式中，该至少一个突出船体构件中的至少一个的一个或两个端区段的最外面水平突起部限定了朝向船体的竖直中心平面弯曲的阻力减少弧，由此减少了船的推进阻力。突起部的端部被限定为位于突起部的最前部位和最后部位的端部。进一步地，端区段可被限定为突起部的整个纵向一半。然而，在更为优选的限定中，端区段被限定为仅覆盖每个纵向一半的一部分，诸如，从外部纵向端测量的纵向一半的40％。端区段长度的其他实例可以是30％、20％、10％、或5％。
在另一有利的实施方式中，该至少一个突出船体构件中的至少一个的两个端区段的最外面水平突起部限定了减少朝向船体的竖直中心平面弯曲的阻力减小弧，其中，该阻力减少弧在一个端区段处的长度短于阻力减少弧在相对的端区段处的长度。具有更短距离的阻力减少弧位于更接近货物运送船的船首处。
在另一有利的实施方式中，阻力减少弧中的至少一个终止在位于主船体构件的表面处的终止点处。
在另一有利的实施方式中，该至少一个突出船体构件的至少一部分相对于水平面的倾角在0°与10°之间。例如，该至少一个突出船体构件的至少一部分可以是位于突起端之间的部分。进一步地，突起端中的一个或两个可相对于水平面具有的倾角超过10°。水平面被限定为在船淹没之后定位成与水面平行的平面。
在另一有利的实施方式中，货物运送船的底部的主要部分是平坦的。
在另一有利的实施方式中，流体运送装置包括：装载装置，优选地位于船的船首部位处，该装载装置用于从海上结构体接收流体且包括装载歧管，该装载歧管被构造为连接至至少一个生产设施装载软管的端部；排出装置，排出装置优选地位于船的船尾部位或船身中央部位处，以用于将流体排出至油轮，该排出装置包括至少一个船排出软管；以及流体耦接系统，流体耦接系统位于货物运送船中且形成装载装置与排出装置之间的流体连通耦接。
本发明还涉及一种用于通过货物运送船将包含流体的碳氢化合物从海上生产设施运送至油轮的方法。船包括：漂浮船体，漂浮船体具有第一外部纵向侧和第二外部纵向侧；甲板；装载装置，装载装置用于从海上结构体接收流体且包括装载歧管；排出装置，排出装置用于将流体运送至油轮且包括至少一个船排出软管；以及流体耦接系统，流体耦接系统位于货物运送船中且形成装载装置与排出装置之间的流体连通耦接。
该方法包括下列步骤：
a.将船排出软管的端部从货物运送船运送至油轮歧管；
b.将船排出软管的端部连接至油轮歧管，从而允许流体从货物运送船流至油轮内的液罐；
c.将货物运送船移至这样一个位置，即，例如，通过生产设施引缆(messengerline)可以在海上生产设施与货物运送船之间运送至少一个生产设施装载软管；
d.将至少一个生产设施装载软管连接至装载装置；并且
e.通过至少一个生产设施装载软管、装载装置、流体耦接系统以及排出装置在海上生产设施与油轮之间运送期望的量的流体。
漂浮船体可有利地展示出布置在货物运送船的吃水线下方的至少一个摇摆抑制突起。进一步地，生产设施装载软管可以位于海上生产设施、货物运送船或两者的组合上。
在有利的实施方式中，该方法包括下列附加步骤：
-在步骤a之前，连接油轮的第一端与货物运送船之间的至少一个油轮缆索。
在另一有利的实施方式中，步骤a包括下列附加步骤：
-将该至少一个船排出软管的端部运送至辅助拖轮；并且
-将辅助拖轮与船排出软管的端部一起移至这样一个位置，即，船排出软管的端部可连接至油轮歧管的位置。
在另一有利的实施方式中，步骤a包括下列附加步骤：
-吊起并且牵引与该至少一个船排出软管的端部连接的至少一个引缆，以便于软管运送。
在另一有利的实施方式中，该方法包括下列附加步骤：
-将辅助拖轮(tug)移至油轮的第二端；
-在辅助拖轮与油轮的第二端之间连接拖轮拖缆；并且
-通过辅助拖轮对油轮的第二端施加牵引力，牵引力定向为远离海上生产设施。
在另一有利的实施方式中，该方法包括下列附加步骤：
-在步骤c之后，在海上生产设施与货物运送船之间连接至少一个生产设施缆索。
例如，缆索可储存在生产设施上。
在另一有利的实施方式中，该方法包括下列附加步骤：
-通过动态定位装置控制货物运送船的位置。
在另一有利的实施方式中，该方法包括下列附加步骤：
-在步骤e过程中，通过至少一个增压泵控制海上生产设施与油轮之间的流速。
在另一有利的实施方式中，货物运送船符合之前提及的特征中的任一种。
本发明还涉及一种用于将包含流体的碳氢化合物从海上生产设置运送至油轮的运送装置。该运送装置包括：海上生产设施，海上生产设施用于生产碳氢化合物；油轮，油轮用于接收并且储存碳氢化合物；以及运送船，运送船符合之前提及的特征中的任一种。有利地，运送装置还可包括辅助拖轮，辅助拖轮适于将至少一个船排出软管的端部从货物运送船运送至油轮上的油轮歧管，和/或适于对油轮的第二端施加牵引力，牵引力被牵拉远离海上生产设施；以及至少一个生产设施装载软管，该至少一个生产设施装载软管适于连接海上生产设施与货物运送船。
通常，常规油轮需要来自拖轮和运送船的帮助。从上述描述和权利要求中显而易见的是，本发明提供了一种运送船包括允许油轮靠近并且卸载漂浮生产单元或漂浮生产终端的装备的解决方案。优选地，运送船应配备有动态定位系统(dp)，以允许运送船根据运送船的船尾的油轮风向标保持相对于漂浮生产终端的位置。
在下列描述中，引入了多种具体细节，以提供对要求保护的船和方法的实施方式的全面理解。然而，相关技术领域人员应当认识到的是，在缺少一种或多种具体细节或具有其他部件、系统等的情况下，也可以实施这些实施方式。在其他实例中，熟知的结构或操作未示出也未加详细描述，以避免使所公开的实施方式的各个方面模糊难懂。
附图说明
现将参考所附附图描述本发明的优选实施方式，在附图中：
图1示出了根据本发明的第一实施方式的具有船首部位的货物运送船的立体图；
图2示出了图1中的货物运送船的船首部位的立体图；
图3示出了根据本发明的第二实施方式的具有船首部位的货物运送船的立体图；
图4和图5示出了图3中的货物运送船的船首部位的两个不同角度的立体图；
图6a和图6b示出了分别从与船的纵向轴线垂直和平行的视角观察的根据本发明的货物运送船的侧视图；
图7示出了根据本发明的第一实施方式的具有基于线轴(reel-based)的卸载系统的货物运送船的俯视图；
图8示出了根据本发明的第一实施方式的基于线轴的卸载系统的船尾部位的俯视图，其中，图8a和图8b示出了相对于卸载软管绞盘处于两个不同的卷轴位置的卸载系统的卷绕装置；
图9示出了根据本发明的第一实施方式的具有基于线轴的卸载系统的货物运送船的船尾部位的立体图，其中，图9a和图9b分别示出了具有被缠绕(reeled)到卸载软管绞盘上以及从卸载软管绞盘解缠的船排出软管的装置；
图10示出了根据本发明的第一实施方式的具有基于线轴的卸载系统的货物运送船的船尾部位的侧视图；
图11示出了根据本发明的第二实施方式的货物运送船的船尾部位的俯视图；
图12至图16示出了根据本发明的通过专用的货物运送船从海上生产设施和流体载运船运送碳氢化合物流体的方法的中间步骤的原理性俯视图略图；并且
图17和图18分别以俯视图和侧视图示出了原理略图，示出了处于完全组装运送模式中的本发明的运送系统。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的货物运送船8(以下被称之为ctv)，该货物运送船用于辅助将流体从海上生产设施1卸载并且运送至流体运载船2(图12至图18中所示)。海上生产设施1的实例可以是漂浮生产储存和卸载单元(fpso)、漂浮储存和卸载单元(fpo)，或漂浮液化天然气单元(flng)。流体运载船2的实例可以是常规油轮或lng运载器。如图2中最佳示出的，ctv8的船首部位8a配备有装载装置7，该装载装置具有装载歧管7a，该装载歧管被配置为将生产设施装载软管10的端部(诸如，标准的干断(drybreak)装载软管端件)连接成与船载流体耦接系统16流体连通。装载装置7还包括尤其便于所述连接的装载吊车(未示出)。装载歧管7a可具有快速断开功能。装载装置7的其他装备可以是适于拉入和连接装载软管10的组合式缆线处理绞车(line-handlingwinch)7c、用于与备用装载软管直接连接的备用连接件(即，具有用于安全无漏油断开的集成式双阀的固定凸缘)、拉入用于安全操作和运送油的备用装载软管、阀以及货物管路109的绞缆车(sheave)等、与船尾部位8a邻近的用于装备处理和维护的维护吊车(servicecrane)，以及具有锚链舱(chainlocker，链锁)的起锚绞车。
如图1和图2中示出的，一个或多个可选的第二装载装置107可以定位在ctv8的侧部，优选地，定位在ctv的生活舱108的船尾处。如果ctv8的滚动运动充分小(见下面)，则将流体装载在ctv8的侧部表现为用于漂浮装载软管10的稳健和安全的装载方法。可替代地，或除船首装载装置7之外，还可以使用悬链线式的装载软管10。
图3至图5示出了的ctv8在设计和功能上与参考图1和图2公开的ctv8相似。然而，与之前公开的ctv8相反，侧装载装置107的装载歧管107a仅位于ctv8的侧部，即，不位于船首部位8a，由此提供了较不复杂和较为廉价的解决方案。至于第一实施方式，侧装载装置107还可包括专用的维护吊车107b。
在上述图中，船体20的各侧20a、20b处的突起部13被示出了沿着ctv8的纵向长度的一部分延长。这些突起部13的原理目的是抑制ctv8因环境力(波动、风力、水流等)而摇摆。大量的测试已经表明，这些突起部13将摇摆运动有效地抑制为低至可接受的水平，以在暴露于产生浪高至少5米的显著高度的海风下(甚至在侧装载至ctv8过程中)执行流体运送。
图6中更好地示出了这些突起部，提供了ctv8的两个侧视图：
-垂直于ctv的纵向轴线(图6a)；以及
-如从船首侧示出的，沿着纵轴(图6b)。
侧装载装置107与图3至图5中所示的侧装载装置107相同。图6a示出了突起部13的整体长度位于吃水线14的下方并且至少从靠近ctv的船首部位8a处(近似生活舱108的船首侧端处)延长至ctv的船尾部位8b处的实例。而且，在船起始端区段13a和船尾端区段13b处，突起部13在朝向吃水线14的方向上弯曲，以使得前向推进过程中的推进阻力最小。具体地，图6a示出了突起部13的位于示出的平坦底部的船体(图6b)的基底处或附近的中间部位的实例。进一步地，在船主推进器12的上方，船尾端区段13b完全向上弯曲至吃水线14，并且在位于船首部位的dp推进器12a的尾端，船起始端区段13a部分向上弯曲至吃水线14。相对于突起部13的中间非弯曲部位并且相对于吃水线14的具体弯曲半径基于计算机模拟和/或模型试验来设定。图6a和图6b所示的突起部13被固定在船8的外部纵向船体侧20a、20b的两侧上。从图7中最为显而易见，突起部13镜像地固定在两个船体侧20a、20b上，其中，俯视图中示出了整个cv8。图7还清晰地示出了位于ctv8的两侧处的侧装载装置107和位于船尾部位8b处的基于线轴的卸载系统6。
优选地，图8a和图8b所示的用于将流体从ctv8排出至油轮2的排出装置5与用于从漂浮生产设施和储存单元1装载至穿梭运输油轮或常规油轮的标准装置相似。图8中示出了作为标准船尾排出系统(sds)5的ctv8的船载装载，标准船尾排出系统包括尤其具有卷绕装置6a、排出软管绞盘6b以及固定缆索装置6c的基于线轴的卸载系统6。软管绞盘6b可被下放至船体20的凹部20c中，以确保有效操作和维护。凹部20c的排放可被直接排放至污液舱(未示出)。优选地，从凹处20c中的下方位置实现对绞盘6b的下区段的访问。进一步地，固定缆索装置6c可被放置在主甲板30上的尾端处并且可包括多个油轮缆索4。图8中示出了作为倾斜的(见图10)装载软管支撑结构(斜槽)的卷绕装置6a，最接近于绞盘6b的纵向端可沿着绞盘的轴延伸方向移位，由此确保了均匀的卷绕。图6中示出的卷绕装置6a通过控制围绕相对端的枢转而实现了其端部的轴向移位。
图9a和图9b示出了分别处于至少部分被缠绕和完全解缠状态的船排出软管5a。在缠绕状态，可枢转的卷绕装置6a被配置为覆盖绞盘6b的全部轴向距离，图9a示出了可枢转的卷绕装置6a将其端部布置在相对于绞盘6b的轴向中间位置。在解缠状态，卷绕装置6a将其端部布置在相对于绞盘6b的最左侧轴向位置。排出软管5a可包括主区段和一个或多个第二区段，其中，主区段是由相互连接的软管段组成的大口径软管组，并且第二区段由为连接至油轮2的船身中间歧管3定制的小口径软管段组成。在本实施方式中，第二区段和主区段通过过渡件连接。
除油轮缆索4之外，固定缆索装置6c可包括防磨链、嵌环(thimble)以及引缆。油轮缆索4可以是两端具有软眼孔的超管线(super-line)或双编织尼龙缆索。
图10示出了沿着ctv8的船尾部位8a的截面侧视图，示出了卸载系统6和主推进器12。清晰地示出了包围下方软管绞盘6b的凹处20c。优选地，具有用于排出软管5a的下方软管绞盘6b和卷绕装置6a的装置还能够使用专用的排出软管吊车110来有效地断开连接并且替换被损坏的软管区段(例如，见图9)。
图11中示出了具有可替代的卷绕装置6a的基于线轴的卸载系统6。在本实施方式中，卷绕装置6a相对于下面的甲板30被固定，并且船排出软管5a在缠绕/解缠过程中滑动至支撑表面上，并覆盖与绞盘6b的轴长度对应的轴距离。
参考图12至图18，在下列步骤中(无需按照顺序)描述了发明的运送装置的操作：
1.(图12)ctv8将一个或多个油轮缆索4运送至与油轮2的船首部位17固定连接(例如，smith支架)。
2.(图13)在连接油轮缆索4之后，ctv8移至“拖拉”位置。同时或之后，与船排出软管5连接的一个或多个吊起引缆被运送至辅助拖轮15。在运送过程中，排出软管5a被至少部分缠绕至ctv8上的软管绞盘6b。
3.(图14)拖轮15将排出软管5a的端部牵引至接近油轮歧管3的位置并且将吊起引缆运送至油轮2。通常，油轮歧管3法向地位于油轮2的船身中间。
4.(图15)在将吊起引缆运送至油轮2之后，拖轮15移至油轮2的船尾18并且将拖轮缆索19连接至油轮2。然后，拖轮15移至其可以开始对油轮2施加恒定力的位置。拖轮15将根据位于ctv8和/或油轮2中的掌控的操作人员给出的指令进行操作。
5.(图15)在拖轮15连接油轮2的船尾18之后，油轮2可关闭主引擎并且ctv8开始朝向海上生产设施1移动。在朝向设施1移动的过程中，可继续将船排出软管5a吊起至油轮2的油轮歧管3。进一步地，使用油轮2上的标准吊车可吊起排出软管5a。油轮2提升排出软管5a的端部并且将排出软管连接至油轮歧管3。
6.(图16和图17)然后，ctv8和油轮2移至这样一个位置，即，ctv8可从海上生产设施1上的卸载位置接收生产设施引缆9。
7.(图17和图18)保持由dp系统12、12a定位的ctv8，生产设施装载软管10从卸载位置11被拉出并且连接至ctv8上的装载装置7、107。
8.(图17和图18)已经完成所有连接，可开始卸载和运送操作。
9.当达到恒定水流或接近恒定水流时，可以开启一个或多个增压泵以增加运送速率。优选地，增压泵配备有可变速马达，以允许良好地控制流动速率。
10.在完成运送操作之后，停止货物泵送。然后，生产设施装载软管10用液体(例如，水)冲洗和/或利用生产设施1侧的氮和/或惰性气体进行净化。
11.当完成冲洗和/或净化之后，装载软管10与生产设施1断开并且ctv8和油轮2远离生产设施1移动。
12.当指示远离生产设施1的“安全“距离时，油轮2上的船排出软管5a可以断开。
13.然后，在ctv8处，将排出软管5a缠绕回至排出软管绞盘6b。
14.启动油轮2的主引擎并且油轮2与ctv8之间的油轮缆索4从油轮2断开。
15.油轮2开始移动并且拖轮15从油轮船尾18断开连接。
拖轮15的功能可被ctv8和/或油轮2上的动态定位装置12、12a部分或完全替代。
通过使用ctv8执行的装载和运送操作具有附加的安全特征，皆与使用经过良好证明的装载装置，以及引入的在海上生产设施1与接收油轮2之间的附加安全距离有关。
用于在海上生产设施1与ctv8之间运送流体的卸载装置可以是在北海和巴西中操作几十年的常规海上装载系统。优选地，用于排出ctv8与油轮2之间的流体的排出装置可以与用于从“悬链锚腿系泊浮筒(calmbuoys)”装载至处理油轮的标准装置相似。例如，在西非的海上生产单元中，该系统已经运行了很长时间。
与标准的油轮连接相比较，当将海上装置与排出装置组合时，海上生产设施1与油轮2之间的距离明显增加。两个单元1、2之间的增加距离是重要的安全特征。
船的船体20中的突起部13形式的发明性的摇摆抑制装置进一步增加流体运送的安全性和简化度，并且此外有利于设置ctv8的最佳航向位置，从而减少油轮缆索4的拉伸力和运动。运送系统可用于从“伸展的”固定的海上漂浮单元以及从“塔楼”固定的海上单元卸载。该系统还可被视为从具有海上储存设施(例如，水下油储存罐)的“固定”单元(被固定至海底的单元)卸载。
在之前描述中，已经参考示出的实施方式描述了根据本发明的船、方法，以及运送装置的各个方面。出于说明之目的，阐述了具体的数目、系统，以及构造，以提供对本发明及其工作原理的全面理解。然而，该描述并不旨在以限制性含义进行解释。对公开主题有关的本领域技术人员显而易见的是，示出性实施方式以及船的其他实施方式的各种改造和变形，将被视为落在本发明的范围内。
参考标号列表：
1海上生产设施
2油轮/流体运载船
3油轮歧管
4油轮缆索
5排出装置/船尾排出系统(sds)
5a船排出软管
6基于线轴的卸载系统
6a卷绕装置/装载软管支撑结构
6b排出软管绞盘
6c固定缆索装置
7装载装置
7a装载歧管
7c管线处理绞车
8货物运送船/ctv
8a运送船的船首部位
8b运送船的船尾部位
9生产设施引缆
10生产设施装载软管
11海上生产设施卸载位置
12推进装置/主推进器/船尾dp系统
12a船首动态定位装置/船首dp推进器/船首dp系统
13突出船体构件/摇摆抑制突起部
13a突出船体构件的第一端区段/船首端区段
13b突出船体构件的第二端区段/船尾端区段
14吃水线
15辅助拖轮
16流体耦接系统
17油轮的第一端/油轮船首
18油轮的第二端/油轮船尾
19拖轮缆索/拖轮拖缆
20货物运送船船体
20a第一外部纵向船体侧
20b第二外部纵向船体侧
20c船体中的凹处
21货物运送船引缆
30货物运送船甲板
107第二装载装置/侧装载装置
107a装载歧管
107b维护吊车
108生活舱
109货物管路
110排出软管吊车