专利名称：随风向改变方位的液化天然气卸载系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低温流体卸载系统，其包括—近岸系泊结构，其连接到海底，—连接构件，其通过第一端将附着到系泊结构上，从而可以绕着垂直轴移动位置，—油轮(tanker vessel)，用于在第一位置装入低温流体，并将低温流体运输到第二位置卸载，其通过连接构件连接到系泊结构上，—第一流体管道，其连接到系泊结构上用于将流体从系泊结构往外供应，—第二流体管道，其用于将来自油轮的流体输送到系泊结构上，—处理装置，用于接收油轮中的液相低温流体并且将气相流体供应到第一流体管道中，以及—流体供应装置，用于控制从油轮向处理装置的低温流体供应。
背景技术：
一种随风向改变方位的LNG(液化天然气)卸载系统在1978年11月《Ocean Industry》75-78页Zubiate、Pomonic和Mostarda的描述中已经为人所知。
已知的系泊结构包括一个带有浮力室的铰接直立塔，该浮力室通过万向接头附着到桩基上。直立塔的顶部突出水平面而且通过三轴回转和万向接头连接到三角系泊轭上。该轭通过两个铰接连接到LNG再气化浮船的尾部。向直立塔系统输送LNG蒸汽的轭带有两个货物输送管道。油轮系泊在紧挨着LNG船的地方，其中LNG船与油轮的长度基本相等。
即使当组合的油轮和LNG再气化船绕着系泊塔随风向改变方位时，随风向改变方位期间的卸载情况还是相对不稳定的。因此油轮将尽可能地在再气化船处停泊一小段时间并使它的LNG全部转移到LNG储存装置中。接着，油轮就从船上解开并且离开去收集下一个船的LNG，同时存储在再气化船存储箱中的LNG进行再气化并且经过从直立塔沿着海底向岸上延伸的管线进行供应。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种低温流体卸载系统，其中油轮可以在稳定的随风向改变方位位置处在近岸系泊结构上系泊较长时间。
本发明的另一个目的是提供一种低温流体卸载系统，该系统可以使用体积相对较小的再气化装置。
本发明的另一个目的是提供一种易于制造和安装的低温流体卸载系统。
另外，根据本发明的近岸低温流体卸载系统的特征在于连接构件使用第二端连接到油轮上；至少基本上与油轮成一行的系泊结构允许油轮绕着垂直轴移动；提供用于在经过第一管道供应了一定气相流体的基础上打开或者关闭流体供应装置的控制装置。
通过将成一行的油轮附着到系泊结构上，可以获得稳定的随风向改变方位环境。连接构件绕着垂直轴的运动所产生的变动可以是在±180°的范围内或者在较小的角度范围内，例如90°或更小，而且可以是单个方向或者两个方向，这取决于主风和气流情况。根据本发明，油轮充当主要的LNG存储结构，其中只有当岸上例如动力厂有需求时，油轮才将LNG卸载到再气化装置中。当岸上没有需求时，油轮就不卸载。因此，再气化装置没有必要具有体积很大的LNG储存装置因而体积可以相对较小。当油轮卸载后并且与另一个油轮进行交换时，小型缓冲存储器可以满足保证向岸上连续供应的需要。再气化装置的缓冲存储器可以与油轮的LNG存储船的体积相等，优选其小于LNG存储船体积的一半或者小其1/3。因此，小体积的再气化装置就可以紧挨着油轮或者在油轮的船首系泊，从而组合的油轮和再气化装置的随风向改变方位状况就不致于产生负面的影响。
而且，本发明的卸载系统可以很容易地通过再气化装置的岸上结构并使用可以是空间构架的连接构件进行安装，并且将其浮在预先安装的系泊结构处并将再气化装置和连接构件连接到系泊结构上。
在一个实施例中，连接构件是一个支臂，例如是具有其纵向段一端连接到油轮中间处或者附件的空间构架。支臂在其长度方向沿着船向系泊结构延伸并且具有附着到系泊结构上的横向段。横向支臂段允许油轮放置在与系泊结构为一行的位置上从而它可以在风和气流情况的影响下绕着系泊结构随风向改变方位。优选支臂的纵向段至少为油轮长度的1/3，更为优选的是至少为其1/2，从而它可以与船中间的附近连接。支臂支撑着LNG管道，其中LNG管道可以是刚性的或者包括柔性管线的LNG管道。根据本发明，依靠支臂，常规油轮可以装备船中央加载和卸载装置，其中油轮可以系泊在本发明的卸载系统上并且用作再气化装置的存储装置。
在一个实施例中，系泊支臂的纵向段在船中央位置的附近并于它的端点处配备了用于支撑支臂重量的浮力结构。在该浮力结构上，可以放置再气化装置从而它可以紧挨着船系泊。浮力结构和其上支撑的再气化装置的尺寸不能超过油轮长度的2/3，优选不超过其1/2。
系泊支臂的横向段可以连接到浮筒上，其中浮筒上配备了一个转盘，该转盘系到海底从而浮筒可以绕着静止系泊线随风向改变方位。在一个实施例中，将再气化装置置于所述浮筒上。或者，系泊结构可以包括一个置于海底上具有保护系统的塔，该保护系统可以为垂直支臂和重物的形式重物从垂直支臂上垂下至海平面以上或者以下。浮筒通过一个横向杆连接到保护系统的重物上。再气化装置置于附着到系泊支臂横向段上的浮筒上。
在另一个实施例中，再气化装置置于超出水平面的塔上，并且系泊支臂横向段附着到浮筒上，其中浮筒通过柔性轭结构或者可旋转的铰结构连接到塔上。为了将LNG卸载到再气化装置中，可以使用如本申请人提交的欧洲专利申请No.01202973.2中所述的输送管道。具有多个铰接头的铰接LNG卸载支臂允许油轮的水平移动、振荡、摇摆、偏转和倾斜运动，同时允许向再气化装置安全输送LNG。
下面将参照附图详细描述根据本发明的低温流体卸载系统的实施例。图中图1和图2显示了使用系泊支臂和紧挨着油轮系泊的再气化装置的船中央卸载系统的侧视图和俯视平面图；图3和图4显示了船被系泊到漂浮的再气化装置上的卸载系统的侧视图和俯视平面图；图5-7显示了船系泊到漂浮的再气化装置上的卸载系统的其它实施例；
图8和9显示了船系泊到近岸塔上并且再气化装置置于塔上的实施例；图10显示了包括船首卸载系统的系泊系统的另一个实施例的透视示意图；图11和12分别显示了图10中的系泊系统处于非连接和连接位置时的侧视图；图13显示了图10中的系泊系统的俯视平面图；图14显示了油轮通过塔上所支撑的柔性轭结构系泊到塔上的实施例；图15和16显示了再气化装置与系泊船之间的距离相对较大的实施例。
具体实施例方式
图1显示了根据本发明的低温卸载系统1。该系统包括LNG船2和近岸系泊结构3。近岸系泊结构3包括附着到缆索台5上的浮筒4。缆索台5通过锚链或者系泊线7系到海底6。浮筒4的上部8可以相对于静止部分5绕着垂直轴9转动。浮筒4通过连接构件或者紧挨着船2延伸的空间构架10连接到船2上。构架10通过第一端22附着到放置有处理装置13的浮力结构12上。此处所描述的实施例中的处理装置13是一个再气化装置，但是可以包括其它LNG处理装置，例如LNG增压站或者气体液化设施。
图2中可以清楚地看到浮力结构12紧挨着船2处系泊。处理装置13和浮力结构12都具有相对较小的尺寸，应小于油轮2长度的2/3，优选小于其一半。流体管道14从处理装置13延伸至系泊结构3并且通过系泊结构3上的铰接结构附着到柔性上升管15上，其中系泊结构3并没有详细显示出。柔性上升管15连接至管道线16用于将天然气输送至岸上处理站，例如动力厂。
从图2可以看出，构架10包括紧挨着船2延伸的纵向构架段20和横向构架段21，其中横向构架段21使用构架10的第二端23连接到浮筒4上。以这种方式，可以将船2放置得使其纵向中心线24与垂直轴9相交，从而船2能够绕着系泊结构3以一种稳定的方式适当地随风向改变方位。另外，可以通过索26或者三角形的轭结构将船附着到浮筒4上。构架10包括枢轴段，以允许船在水平面的相对运动和“摆尾”。
另外，卸载系统1包括控制装置30，该控制装置由流量传感器和用于确定流经管线16向岸上的气体流量的计算设备形成。或者，控制装置30也可以具有用来确定流经管线16的气流需求的其它输入，例如人工输入或者从另一个计算设备的电输入或者放射线照相输入。作为对流经管线16的气流需求的响应，控制装置30控制流体供应装置31，其中该流体供应装置包括一个或者多个通过再气化装置13与船2的LNG箱连接或者不连接的阀。用于向控制装置30和流体供应装置31提供电或者液压控制信号的信号线36、37由示意图显示出来。当没有提出流经管线16的气流需求时，流体供应装置31就关闭，而当提出了流经管线16的气流需求时，控制装置30就打开了流体供应装置31。因此，船2就充当了用于再气化装置13的LNG存储设备并且系泊到系泊结构3上停留一段较长或者较短的时间，这时间取决于流经管线16的气流需求。因为对于再气化装置13不需要大量的附加存储设备，所以再气化装置13的体积可以相对较小，因而它可以紧挨着船2系泊而不会影响到船2的随风向改变方位的能力。
在这些实施例中，如图1和图2所示，横向构架部21与纵向构架部呈垂直向延伸。然而，也能够使横向构架部21与纵向构架部以较小的角度延伸。而且，在具有大直径浮筒4的情况下，横向支臂部21还可以省略，径向支臂部20直接连接到这样的大直径浮筒4这一侧。当旧的油轮已排空并且新的油轮需要系泊时或者当环境条件要求油轮分开时，为了保证从再气化装置13向岸上的气体供应的连续性，就需要交换油轮。LNG缓冲存储箱可以置于再气化装置13的浮力装置12上或者置于如图3、8和9所示的系泊塔上。再气化装置上的缓冲存储箱的体积不能比油轮体积大，优选缓冲存储箱的体积小于油轮体积的一半，更为优选的是小于其1/3。
图3显示了一个实施例，其中再气化装置13置于浮筒34上。浮筒34附着到构架10的横向段21上。应当指出，如果浮筒34与船2的宽度相同，那么就只有纵向支臂段20才足够将流体管道14连接到船2的船中间位置。构架10的第一端22附着到漂浮物浮力机构32上，用于紧挨着船2横向放置支臂10。构架10的第二端23附着到浮筒34上。浮筒34附着到位于海底6并且突出水平面的塔35上。塔35包括横向支臂40，其中重物41和42由横向支臂40处从杆或者索43上垂下来。浮筒34通过支臂44、45连接到重物41和42上。
船2的纵向中心线24再次与垂直轴39相交从而船2可以绕着垂直轴39随风向改变大约±90°的方位范围。一经变动方位，重物41和42就会偏斜并且在船2上提供一个回复力驱使它达到平衡位置。流体管道14附着到再气化装置13用于向再气化装置供应LNG。装置13的出口通过柔性上升管46连接到垂直气体管道上，其中垂直气体管道被包含在塔35中或者紧挨着塔35，而且垂直气体管道在底部与管道线16相连，用于向岸上输送气体。
在另一个实施例中，流体供应装置31也可以在再气化装置13这一侧连接到管道14上。
在图5所示的实施例中，支臂10附着到具有中心轴52的浮筒51上。再气化装置13置于浮筒51上。淹没在水下的水下塔50通过索54和提供保护装置的重物55锚定浮筒51，其中当浮筒51相对于塔50旋转或者漂流时重物55能够恢复浮筒51的位置。柔性气体管线53延伸经过轴52并且将再气化装置13连接到塔50，而且柔性气体管线53中的流体通过塔50与管道线16的流体连通。
如图6所示的实施例中，支臂10连接到浮筒65的外圈62上。浮筒65上支撑了再气化装置13。外圈62通过支撑轴承/向心轴承可以绕着浮筒65的静止内圈61旋转。内圈61通过锚索64系在海底6上。柔性流体管线66将气体管道线16连接到再气化装置13上。油轮2可以绕着垂直轴69随风向改变360度方位。
如图7所示的实施例中，支撑再气化装置13的浮筒72在其底部配备了连接锚索74的转盘73。浮筒72可以通过轴承相对于转盘73旋转，在此没有详细公开这一点。
如图8所示的实施例中，使用了与图3和图4所示塔具有相似结构的塔35，其包括从支臂40上垂下并且与支臂45相连的恢复重物42。浮力结构80支撑住支臂10的第二端23，浮力结构32支撑支臂10的第一端22。气体管道线16通过铰接架81连接到LNG管道14上，其中铰接架81包括基本上在水平方向上延伸的第一段82和从第一段82上垂下的第二段83。支臂82、83具有铰接头84、85和86，这几个铰接头还可以包括如本申请人的欧洲专利申请No.01202973.2中所述的七个回转接头。支臂82、83可以是包括LNG管道的中空支臂，或者是沿着其外部引导LNG管道的支臂。
图9公开了一个实施例，其中支臂10的第二端23在枢轴关节91中连接到塔35上。环绕着塔35的套环92能够绕着垂直轴99旋转。
如上所述的卸载系统，可以很容易地安装在系泊支臂10的近岸结构中，并且很容易地将其连接到体积相对较小的浮动再气化装置13上。个别地，例如塔35可以建筑在系泊处。再气化装置13与浮动支臂10一起可以被运输到塔所在的位置并可以连接起来，在这个过程中，如图1-7的实施例所示再气化装置可以保留在浮动结构上或者如图8和9的实施例所示被传送到系泊塔处。
从图10中可以看出，位于塔35上的支撑结构102支撑着系泊支臂104和104′以及105和105′。水平系泊支臂105和105′连同它们的恢复端部通过铰接116和116′连接到各自的垂直支臂104和104′上。两个配重106和106′分别连接到每个支臂105和105′的恢复端部115和115′上。铰接116和116′例如可以包括三个正交圆轴承，或者包括允许绕着垂直轴117旋转(平转)、横向轴116(横转)与纵向轴119(侧转)的球形接头。
垂直支臂104和104′在它们的上端部通过铰接接头122和122′连接到支撑结构102上，接接头122和122′允许支臂104和104′绕着横向轴123和纵向轴124旋转。在连接端部125处，支臂105和105′上配备了机械连接件113(图11)，其允许绕着垂直轴126旋转(平转)、绕着纵向轴127旋转(侧转)并绕着横向轴128旋转(横转)。机械连接件并没有详细显示出来但是可以通过本申请人在专利US-4,876,978中所述的结构来形成，其中专利US-4,876,978在此作为参考引入。
图11显示了系泊支臂105通过索130而置于基本为垂直位置的图形，其中索绳130附着到支臂105、105′的连接端部125上并且另一端而连接到塔35上的绞盘(未示出)上。两根刚性管131、132从塔35延伸至支撑结构102上的回转接头133和134。两根垂直管135、136从回转接头133和134向下延伸至回转接头137和138(见图12)。两个水平低温流体传输管道139、140沿着支臂105、105′延伸至机械连接件113上的回转接头141和142。流体连接件143位于机械连接件113上。
在系泊支臂105、105′连接到船2上的期间，船2可以通过缆索144连接到塔35上。机械连接件113可以通过导向线145降低并放入船2甲板上的接收构件146中。通过放长索绳130，水平支臂105在铰接接头116和116′中绕着横向轴118转动。垂直管道135、136可以如图12所示在铰接接头133和134中和铰接接头137和138中绕着横向轴123转动，以达到基本上为垂直的位置。
水平管道139、140也可以在回转接头137′和138′中绕着垂直轴转动，和绕着在每三个直立回转接头141、142组成的两组的位置上的横向轴、纵向轴和垂直支臂旋转，直到如图12所示机械连接件113与接收构件146配合上为止。在锁住机械连接件113之后，流体连接件143通过提高管线147和连接夹148附着到浮筒80甲板上的管线147上。
图13显示了处于连接状态的系泊系统俯视图，其中显示了附着到机械连接件113上的四根管线139、139′、140、140′。输送管135、136通过铰接接头133、134连接到支撑结构102上，并且可以绕着基本为纵向的轴旋转。管线139、139′、140、140′通过铰接接头141、141′、142、142′连接到机械连接件113上，并且可以绕着纵向轴、横向轴和垂直轴旋转。管线可以独立于系泊支臂104、104′和105、105′运动。
图14显示了油轮2直接系到载有再气化装置13的系泊塔35上的结构。使用了与图10-13相似的系泊结构。垂直支臂104由枢轴接头122处直接从塔35上垂下。垂直低温管道135连接到可绕着垂直轴159旋转的回转体150上，回转接头支撑在轴承151上。而且这个实施例中油轮也是从船首卸载并且通过水平系泊支臂105连接到塔35上。
图15显示了一个实施例，其中系泊浮筒8离塔35的距离较长，例如数百米或数百千米，而且再气化装置30支撑于塔35上。中间LNG管线152沿着海底向再气化装置13延伸。
在图16所示的实施例中，再气化装置13置于与油轮2由较长距离的SPAR浮筒或者浮船上。具有中等深度的LNG管线150将油轮连接到再气化装置13上。优选置于中等深度的低温传输管线150按照本申请人提交的欧洲专利申请98201805.3和98202824.3中所述的形式来配置。
权利要求
1.一种低温流体卸载系统，其包括-近岸系泊结构(4，5，34，35，51，50，61，62，72，73，80)，其连接到海底，-连接构件(10，26，105，105′)，其通过第一端(23，115，115′)将附着到系泊结构上，从而可以围绕垂直轴(9，39，59，69，79，89，99，117，159)移动位置，-油轮(2)，用于在第一位置装入低温流体，并将低温流体运输到第二位置卸载，其通过连接构件连接到系泊结构上，-第一流体管道(16)，其连接到系泊结构上用于将流体从系泊结构往外供应，-第二流体管道(14，131，136，139，150，152)，其用于将来自油轮(2)的流体输送到系泊结构上，-处理装置(13)，用于接收油轮(2)中的液相低温流体并且将气相流体供应到第一流体管道(16)中，以及-流体供应装置(31)，用于控制从油轮(12)向处理装置(13)的低温流体的供应，其特征在于连接构件(10，26，105，105′)通过第二端(22，113)连接到油轮(2)上；垂直轴(9，39，59，69，79，89，99，117，159)至少基本上与油轮(2)处于一条线上，从而允许油轮绕着垂直轴运动；包括控制装置(30，36，37)，其用于在经过第一管道(16)供应了一定气相流体的基础上打开或者关闭流体供应装置(31)。
2.根据权利要求1的低温流体卸载系统，其特征在于连接构件包括一个支臂(10)，支臂具有一端连接到油轮(2)一侧并且在长度方向沿着油轮向系泊结构(4，5，34，35，51，50，61，62，72，73，80)延伸的纵向段(20)，支臂还具有位于纵向段(20)和系泊结构之间基本与船长度方向横截的横向段(21)。
3.根据权利要求2的低温流体卸载系统，其特征在于支臂(10)的纵向段(20)的长度至少为油轮(2)的长度的1/3，优选为其1/2。
4.根据权利要求2或3的低温流体卸载系统，其特征在于第二流体管道(14)由支臂(10)支撑，支臂(10)附着到上油轮(2)或者油轮(2)中央位置的附近。
5.根据权利要求2、3或4的低温流体卸载系统，其特征在于支臂(10)的纵向段(20)紧挨着油轮延伸并且连接到紧挨着油轮系泊的浮力结构(12，32)上。
6.根据权利要求5的低温流体卸载系统，其特征在于浮力结构的长度不能超过油轮长度的2/3，优选为不超过其1/2。
7.根据权利要求5或6的低温流体卸载系统，其特征在于处理装置(13)置于浮力结构(12，32)上。
8.根据上述权利要求中的任何一项的低温流体卸载系统，其特征在于系泊结构包括浮筒(4，5，61，62，72，73)，浮筒具有附着到海底的第一部分(5，61，73)和连接到第一部分上可绕着垂直轴旋转的第二部分(4，62，72)，第二部分附着到连接构件(10)上。
9.根据权利要求1-6中任何一项的低温流体卸载系统，其特征在于处理装置(13)置于浮力构件(34，51，61，62，72，73)上，连接构件(10)使用第一端(23)连接到浮力构件(34，51，61，62，72，73)上。
10.根据权利要求9的低温流体卸载系统，其特征在于系泊结构包括支撑在海底的塔(35，50)，塔上配备了至少一个从塔上垂下来的重物(41，42，55)从而它可以偏离垂直平衡位置，浮力构件(34，51)通过各自的偏离构件(44，45，54)连接到重物(41，42，55)上。
11.根据权利要求1-6中任何一项的低温流体卸载系统，其特征在于系泊结构包括连接到海底的塔(35)，处理装置(13)位于塔上，连接构件(10)通过铰接接头(91，92)附着到塔上从而塔可以绕着垂直轴(99)旋转并且绕着基本为横向的轴转动。
12.根据权利要求9的低温流体卸载系统，其特征在于系泊结构包括连接到海底的塔(54)，塔的顶部位于水平面之下，浮力构件(51)通过至少两根索绳(54)连接到塔上，索上配备了恢复重物(55)，其中浮力构件具有位于上部和下部之间的垂直轴(52)，柔性流体管道(53)经过轴从处理装置(13)向塔(54)延伸并且附着到第一流体管道上。
13.根据权利要求9的低温流体卸载系统，其特征在于浮力构件具有系泊到海底并且支撑处理装置(13)的内构件(61)，还具有可以绕着内构件旋转并且连接到连接构件(10)上的外构件(62)。
14.根据权利要求9的低温流体卸载系统，其特征在于浮力构件具有浮体(72)和系泊到海底(6)并且可旋转地连接到浮体(72)上的低部连接件(73)。
15.根据权利要求9-14中任何一项的低温流体卸载系统，其特征在于柔性流体管道(53，66)由从海平面或者其附近的浮力构件延伸至水平面以下的预定深度。
16.根据上述权利要求中的任何一项的低温流体卸载系统，其特征在于第一流体管道(14)通过系泊到系泊结构(35)上的第一支臂(82)和基本上由第一支臂垂直支撑的第二支臂(83)被附着到第二流体管道(16)上，第一支臂和系泊结构之间的连接、第一支臂和第二支臂之间的连接以及第二支臂(83)和第二流体管道(14)之间的连接至少包括六个回转接头。
17.根据权利要求1-6中任何一项的低温流体卸载系统，其特征在于系泊结构包括支撑在海底(6)的塔(35)，塔上配备了至少一个悬挂构件(104，104′)，塔上支撑了基本为水平的支臂(105，105′)，而且被连接到恢复重物(106)上，处理装置(13)置于塔(35)上。
18.根据上述权利要求中任何一项的低温流体卸载系统，其特征在于处理装置(13)包括体积小于油轮的LNG存储箱体积的LNG存储箱，优选大于油轮的LNG存储箱体积的1/2，更为优选的是大于1/3。
19.一种低温卸载系统包括其包括-近岸系泊结构(4，5，34，35，51，50，61，62，72，73，80)，其连接到海底，-连接构件(10，105，105′)，其通过第一端(23，115，115′)将附着到系泊结构上，从而可以围绕垂直轴(9，39，59，69，79，89，99，117，159)移动位置，-油轮(2)，用于在第一位置装入低温流体，并将低温流体运输到第二位置卸载，其通过连接构件连接到系泊结构上，-第一流体管道(16)，其连接到系泊结构上用于将流体从系泊结构往外供应，-第二流体管道(14，131，136，139，150，152)，其用于将来自油轮(2)的流体输送到系泊结构上，-处理装置(13)，用于接收油轮(2)中的液相低温流体并且将气相流体供应到第一流体管道(16)中，以及-流体供应装置(31)，用于控制从油轮(12)向处理装置(13)的低温流体的供应，其特征在于处理装置(13)放置的位置与系泊结构的距离至少为数十米，优选为数百米，更为优选的是数千米，该系泊结构通过LNG管道(150，152)连接到处理装置上。
20.根据权利要求19的低温流体卸载系统，其特征在于处理装置位于塔(35)上或者浮筒(151)上。
全文摘要
本发明涉及一种低温流体卸载系统，其具有系泊到近岸系泊结构(4，8)上并与其成一行的油轮(2)，该油轮连接到诸如再气化装置(13)的处理装置上。再气化装置(13)具有体积较小的存储设备，油轮(2)根据岸上的气体供应命令进行卸载。
文档编号B63B22/02GK1602264SQ02824732
公开日2005年3月30日 申请日期2002年12月12日 优先权日2001年12月12日
发明者海因·威尔, 让·皮埃尔·凯奥, 伦德特·波尔德瓦尔特 申请人:辛格尔浮筒系船公司