DK173813B1 - Stabiliseret enkeltskrogsfartøj - Google Patents

Description

i DK 173813 B1

Stabiliseret enkeltskrogsfartøj

Denne ansøgning angår et fartøj, fortrinsvis til olieaktiviteter, med lastekapacitet generelt omfattet af et enkelt skrog, bærende et hoveddæk og indrettet til brug i søværts 5 olieaktivitet med behandling og oplagring af oliefluider, både på feltet og ved land, hvor fartøjet har mindst en i det væsentlige vandret pladeformet dæmperindretning, der strækker sig ud på hver side af skroget og befinder sig under vandlinien og med en udstrækning fortrinsvis i hele fartøjets længde.

10 Mere specifikt er anvendelsen på et stort enkeltskrogsfartej, der anvendes til flere forskellige processer, f.eks. en såkaldt “FPSO”, et flydende produktions-, oplagrings- og lossefartøj, der også udfører behandling af oliefluider, eller et konverteringsanlæg især til konvertering af oliefluider til andre, fortrinsvis fluide, olieprodukter, og ikke nød-' vendigvis kemiske processer, men også fysiske processer, f.eks. nedkøling til LNG.

15 Fartøjet er indrettet til brug både i forbindelse til det olieproducerende felt via rørledninger, der er forbundne til et roterende tårn i fartøjet. Fartøjet har også en plan spejlgattet hæk, sådan at det kan ligge med agterstavnen mod kajen.

På denne måde undgås spildtid under brøndarbejde og standset olieproduktion, idet 20 fartøjet kan flyttes til andre brønde eller langs kajen, hvor det kan arbejde med oliefluider, der leveres fra gaslagertanke på land. På samme tid vil fartøjet være indrettet med store lagertanke 11 for oliefluider for at have bufferkapacitet, både hvis der i perioder skal modtages mere oliefluid end hvad der kan behandles, eller hvis der er afbrydelser i modtagen oliefluid, der skal behandles. Tankene 11 kan indrettes med skot og skvul-25 peplader og med en udformning af de frie flader for at virke ude af fase med fartøjets rulning og huggen.

Under stationær drift til havs, især med et fartøj, der udfører kontinuert arbejde i hård sø, vil fartøjet opleve rullende, huggende og duvende bevægelser på grund af bølger-30 ne. De rullende, huggende og duvende bevægelser vil normalt have hver sin dominerende eller naturlige frekvens. Dønninger fører også til langsom rullen og duven, selv i roligt hav. Periodiske rotationsbevægelser, såsom rulning og huggen, er i almindelig- DK 173813 B1 2 hed en ulempe, idet tryk, strømning og kræfter i alle processer ombord varierer på grund af de mere eller mindre periodiske accelerationer og rotationer. Det er også ufordelagtigt for besætningen og deres arbejde, at fartøjet ruller og hugger. Hvis disse fartøjsbevægelser reduceres i amplitude og frekvens, kan arbejdet ombord generelt 5 gøres bedre og mere effektivt. Desuden vil bølgebevægelserne fra fartøjet yderligere udbredes til rørledninger, der forbinder fartøjet med brønde på havbunden og til forankringsindretninger. Det er ønskeligt at reducere disse fartøjsbevægelser i stort omfang. Ved at reducere fartøjsbevægelseme for et sådant fartøj, udvides fartøjet tolerance overfor dårligt vejr, sådan at operationer, som ved den kendte teknik skal afbrydes 10 på grund af vejret, kan genstartes tidligere ved aftagende vind, og afbrydes senere ved tiltagende vind. Et fartøj ifølge den foreliggende opfindelse vil således have en længere del af operationstiden under hårde vejrforhold. Et yderligere aspekt ved opfindelsen er, at ved reducerede rulle-, hugge- og duvebevægelser reduceres belastningen forår-1 saget af lodret acceleration og bøjning af flydere, oprullede rør, og belastning på bore-15 fluid pumper, fortøjninger og andet udstyr til et lavere niveau end ved brug af fartøjer ifølge den kendte teknik.

Et fartøj af den indledningsvis angivne art er beskrevet i EP 0 900 725 A2 til anvendelse f.eks. som krydstogtskib, men ikke specifikt til behandling og opbevaring af 20 olieprodukter, og hvor dæmperindretningen strækker sig langs begge sider af skibets skrog, idet dæmperindretningens sidekanter i afstand fra skroget er vist parallelle på tegningen i skriftet. Den kendte dæmperindretning angives at tilspidse i fremdriftsret-ningen for at reducere vandmodstanden, hvilket må forstås som at den lige forkant af dæmperindretningen er tilspidset set i lodret snit. Derved kan problemer med rulle-, 25 hugge- og duveøjeblikke og andre bølgeproblemer kan modvirkes. Imidlertid vil dæmpningen på et fartøj ifølge EP 0 900 725 være lige stor over hele fartøjets længde, hvilket ikke er hensigtsmæssigt hvis fartøjet har bevægelsesfølsomme installationer i den ene ende.

30 DE fremlæggelsesskrift 1 001 146 beskriver dæmperindretninger, der strækker sig med omtrent og skråt nedad. DE offentliggørelsesskrift 1 756 148 beskriver dæmpe rindretninger med parallelle sidekanter ud fra skibskroget, men indrettet ved langsgå- DK 173813 B1 3 ende recesser i eller en forsænket bund under skroget. Disse kendte indretninger ifølge de tyske skrifter har de samme ulemper som teknikken ifølge EP skriftet.

Det særlige ved fartøjet ifølge opfindelsen er, at det har en progressivt øgende adskil-5 lelse mellem den ydre kant af dæmperindretningen og fartøjets centerlinie fra området nær stævnen til i det væsentlige området nær fartøjets hæk. Det vil sige, at dæmpningseffekten vil være større ved hækken end ved stævnen, fordi der ved hækken vil være en større vandret flade til at modvirke duvebevægelseme.

10 1 tillæg til det faktum, at fartøjet vil have reduceret rulning og duvning, vil dele af fartøjets agterende ifølge opfindelsen således have et område med reduceret duvning, delvis på bekostning af en lille forøgelse af duvning af stævnen, fordi dæmperindret-ningen i den foretrukne udførelsesform for opfindelsen forøges i bredde agterud langs skibssiden. Der vil opstå et “nulpunktsområde” for den lodrette bevægelse et sted midt 15 på agterdelen af hoveddækket, hvor prisen er en vis øget lodret acceleration i stævnpartiet. I dette område med reducerede lodrette accelerationer kan der indrettes proces- eller konverteringsudstyr, der kræver de mest stabile fluidbetingelser. Hvis et fartøj ifølge opfindelsen således er meget stort og indrettes til at bære et produktionsanlæg og et proces- eller konverteringsanlæg til oliefluider, dvs. gasser og væsker, 20 udnyttes opfindelsens særlige effekt. Flere af disse processer ombord er afhængige af stabile og relativt forudsigelige trykforhold. Imidlertid vil fartøjets størrelse gøre, at den svagt forøgede duvebevægelse af fartøjet ikke vil give nogen betydelig ulempe.

Der vil heller ikke udføres nogen procesaktivitet i stævnområdet, fordi fartøjet ifølge en foretrukken udførelsesform vil have sin besætningsafdeling i stævnen mod vejrliget 25 på grund af små mængder gas, som kan lække fra en sådan stor procesindretning.

Yderligere opfinderiske træk ved fartøjet findes i de uselvstændige krav. En yderligere effekt ved opfindelsen opstår, når den samvirker med en anden dæmperindretning ved agterstavnen.

30

Et andet formål med fartøjet er, at det skal være i stand til at lagre oliefluider umiddelbart efter produktionen fra brønde på havbunden og levere og laste oliefluider, enten 4 DK 173813 B1 direkte eller i behandlet form, videre til tankskibe i pendultrafik, som kan forbindes til overføringsledninger agter på dette fartøj. Bredden af fartøjet agterstavn vil så fungere som bølgebryder, hvor tankskibe i pendultrafik kan være placeret fuldstændig eller delvis i læ af fartøjet, fordi fartøjet i en foretrukken udførelsesform er indrettet til at 5 vendes med stævnen mod det foreliggende vejrlig, dvs. kombinationen af bølger og vind.

Opfindelsen vil herunder blive beskrevet med henvisning til tegningsfigureme, hvor 10 fig. 1 beskriver skematisk et ovenbillede i snit af hele skroget med en dæmperindretningen ifølge opfindelsen, fig. 2 og 2b beskriver skematisk et lodret, højre-til-venstre snit ved A-A’ omkring agter for midten af fartøjet, fig. 3 beskriver skematisk et lodret tværskibs snit ved B-B’ lidt foran den spejlgat-15 tedehæk, fig. 4 forskyder et plant snit af hoveddækket med fartøjet placeret med agterstavnen langs kajen, og fig. 5 viser en skitse af en situation med et fartøj ifølge opfindelsen stationært på åbent hav over en oliefluidproducerende brønd.

20

Fig. 1 beskriver en skematisk ovenbillede af og snit gennem fartøjet ifølge opfindelsen med en vandliniesnit af et skrog 3, og med ovenbilledet visende dæmperindretninger 2, der er indrettet under vandlinien. Skroget 3 har i den foretrukne udførelsesform samme bredde, men kan i alternative udførelser have anden udvikling af bredden fra 25 stævnen til agterstavnen. Fartøjet har foran midten et roterende tåm 14. Fartøjets agterstavn 32 er hovedsagelig plan og lodret med en konkav hulning 34 i den nedre del af den spejlgattede hæk 32, med den nedre side af hulningen bestående af en dæmperindretning 2\ Ved fartøjet agterstavn er skrogets tværsnit udvidet ved fremspring til at strække sig generelt i hele fartøjets højde fra bundpladen 40 og op til hoveddækket 30 1. Formålet med disse fremspring 40 er at forøge fartøjets retningsstabilitet sådan, at det vil rette sig selv mod vejret, når det fortøjes til havs ved hjælp af fortøjningsind- t DK 173813 B1 5 retninger 400 via det roterende tårn I, f.eks. når fartøjet via og produktionsflydere 200 er placeret forbundet til en brønd på havbunden med oliefluider.

Fig. 2 og 3 viser lodrette tværsnit af fartøjet med vingerne eller dæmperindretningeme 5 2 i den foretrukne udførelsesform indrettet i niveau med den i det væsentlige plane bundplade 40 i fartøjet. I skrogets 3 agterstavn er der en konkav hulning 34 med bunden af hulningen bestående af en anden dæmperindretning 2’, som i en foretrukken udførelsesform generelt er indrettet i niveau med fartøjets bundplade 40. På grund af at dæmperindretningeme 2 og 2’ er i niveau med og ikke når dybere end fartøjets 10 bundplade 40, eksisterer muligheden for at give fartøjet ballast og at sætte det ned på et fundament langs kajen. Fordi dæmperindretningeme 2 og 2’ fortrinsvis er pladeformede og vandrette, modvirker de både rulning, huggen og duven, i modsætning til hvis de var arrangeret lodret, en situation, hvor de ikke ville være i stand til at modvirke huggen og duven i væsentlig grad. Fartøjets skrog 3 og dæmperindretning 2 og T 15 kan udformes i stål, men i en foretrukken udførelsesform er det også muligt at bygge væsentlige dele af fartøjet i armeret beton. For fartøjer til de herover beskrevne formål er de ønskeligt at have et dækområde, som er så stort som muligt og plant på hoveddækket 1. Fartøjet har en stor bredde af hoveddækket 1.1 en foretrukken udførelsesform har hoveddækket generelt ens bredde fra stævnområdet og hele længden tilbage 20 til hoveddækkets 1 ende helt ved fartøjets agterstavn. Dette reducerer også risikoen for, at en bølge kommer ind forfra højere end fribordet for at bryde ind over hoveddækket 1 agter. Fartøjets skrog har en betydelig smallere bredde af skroget 3 i vandlinien end hoveddækket. Dette bidrager til at dæmpe effekten af havets lodrette bevægelser, sådan at fartøje ikke duver så meget som det ville have gjort med et større areal 25 indenfor i vandlinien.

Formålet med og virkningen af dæmperindretningeme 2 og 2’ er at dæmpe fartøjernes rulle- og huggebevægelser ved at sprede bølgekræfteme og vandstrømmen rundt omkring skroget 3, men vil også bidrage til at vis dæmpning af duvning (lodret bevægel-30 se). Som nævnt herover vil der opstå et “nulpunktsområde” for den lodrette bevægelse et sted midt på agterdelen af hoveddækket 1, hvor prisen er en vis øget lodret accele DK 173813 B1 6 ration i stævnpartiet. I dette område med reducerede lodrette accelerationer kan der indrettes proces- eller konverteringsudstyr, der kræver de mest stabile fluidbetingelser.

Fig. 2 viser et skematisk billede og lodret tværsnit gennem fartøjet, med dæmpe-5 rindretninger 2 vist i snit. En eller flere lodrette åbninger 22 i dæmperindretningen 2 er indrettet til at tillade et begrænset gennemløb af vand og derved given en dæmpning af bølgemes virkning på fartøjet, og på samme tid at sprede bølgemes energi. I tillæg øges fartøjets rotationsinertimoment omkring fartøjet hovedakse af to grunde: 1. Der tilføjes en stor masse repræsenteret af dæmperindretningeme 2, der 10 findes tværsskibs i forhold til fartøjets hovedakse og med en stor adskillelse fra hovedaksen.

2. En vis vandmasse er bundet over hver af dæmperindretningeme 2, som er tvunget til delvis at følge fartøjets rotationsbevægelse, når dæmperindretningen 2 er på vej skiftevis ved styrbords og bagbords side, når fartøjet ruller.

15 I tillæg til, at fartøjets rullende bevægelser dæmpes i amplitude og frekvens på grund af at fartøjets rotationsinertimoment forøges, vil de rullende bevægelser hæmmes af dæmperindretningemes friktion mod vandmasserne på grund af vandets viskositet, når vandet skal tvinges udenfor dæmperindretningeme forandre kant og gennem åbnin-20 gerne 22.

En stående rand 24 på dæmperindretningen 2 vil bidrage til at reducere de overliggende vandmassers (i forhold til dæmperindretningeme 22) tilbøjelighed til at flyde sideværts, sådan at disse vandmasser i højere grad tvinges med af fartøjets rullende bevæ-25 gelse.

Yderligere dæmpning af fartøjets rulning kan opnås ved at indrette luftfyldte tanke 26, vist i fig. 2b, med åbning kun ned mod vandet på hver side af fartøjet. Tankene 26 kan have en alternativ væg 26’. Sådanne stabiliseringstanke kan udformes ind under og i 30 samvirke med fartøjets overhængende hoveddæk 1 ud over skrogets 3 yderside, og også for at afstive dæmperindretningeme 2 ved hjælp af lodrette plader 26”, der står mellem skroget 3 eller hoveddækket 1 og dæmperindretningeme 2.1 en alternativ ud- DK 173813 B1 7 førelsesfonn er det muligt at lade stabiliseringstankenes 26 ydervæg 26’ strække sig helt eller delvist i forbindelse med den stående rand 24. Når fartøjet ruller, vil vand-overfladen øge lufttrykket eller nedbringe lufttrykket i den luftsøjle, som er indelukket over vandoverfladen og under toppen af tankene 26, som kan bestå af skrogets 3 øvre 5 fremspring eller undersiden af hoveddækket 1.

Det er klart, at fartøjet skal udformes så stort, at fartøjets bredde er gjort fortrinsvis større end den udtalte bølgelængde, som man ønsker at undgå rulning ved. Sådan et fartøj med sådan en dæmperindretning 2 vil nemlig blive tvunget til at rulle i fase med 10 bølger i et vist bølgelængdeområde i størrelsesorden svarende til fartøjets bredde.

Det er også muligt at udforme dæmperindretningemes 2’ agterkant 2Γ mod havet sådan, at det strækker sig som en generelt konveks bue 2Γ ud fra fartøjets agterstavn 32, der er indrettet til at afvise fartøjer, som kommer for tæt på agterstavnen 32.

15 I alternative udførelsesformer kan dæmperindretning 2 og 2’ bestå af en ramme med et tremmeværk med flere vandret arrangerede, liggende plader med indbyrdes adskillelse eller et gitter med lignende form.

20 I en foretrukken udførelsesfonn er fartøjet ikke udformet til at have egne fremdriv-ningsmotorer, men udformet til fremdrift ved hjælp af forsyningsfartøjer. Det vil behøve forsyningsfartøjer under transit. I en foretrukken udførelsesform har fartøjet kraftindretninger 8 til fremdrift i nødsituationer og dynamisk positionering. Skroget 3 er udformet hydrodynamisk, så det er i stand til at ligge med stævnen 33 mod vejret.

25 Sådanne kraftindretninger kan være såkaldte “azimut thrusters” med vandret propelaksel, der er indrettet på en roterbar, lodret stilk, der omfatter en lodret aksel og gear, og som har propelkraft frit roterbar over 360° hele horisonten rundt. Disse kraftindretninger er i en foretrukken udførelsesform indrettet agter ved styrbords og bagbords side af skroget 3 og strækker sig ud gennem bundplanet 40 under fremspringene 4. Frem-30 springene 4 vil give fartøjet god retningsstabilitet med hensyn til retningen af det dominerende vejrlig og reducere behovet for maskinkraft for at ligge i en god stilling i forhold til vejret.

DK 173813 B1 8

Fig. 4 viser et skematisk ovenbillede af fartøjet anbragt ved kajen. Dæmperindretningen 2 har i en foretrukken udførelsesform flere lodrette åbninger 22, der er indrettet for at tillade et begrænset lodret vandgennemløb og således påfører dæmpning af bøl-5 gernes virkning på fartøjet. Disse åbninger er indrettet i overensstemmelse med faktiske bølge- og strømforhold i almindelig drift. Dæmperindretningen 2 (2’) med åbningerne 22 (22’) vil sålede modvirke og delvis forsinke gennemløbet af vand og sålede virke som et fluidmekanisk filter, særlig på fartøjets sideværts rulning, og også lodret bevægelse eller duvning, og også huggen. Virkningen af filteret er på matematisk må-10 de at reducere de højfrekvente amplituder af fartøjets rulning og duven.

En vigtig forudsætning for opfindelsen er, at fartøjet skal omfatte en spejlgattet hæk 32, der er indrettet til at ligge langs en kaj.

15 Når fartøjet er fortøjet på feltet, kan det fortøjes ved hjælp af fortøjningsindretninger 400, f.eks. med ankertrosser mellem det roterende tårn 14 og sugeankre i havbunden, og sådan at fartøjet modtager oliefluider fra brønde på havbunden via flydere 200. Sammen med flyderne 200 kan der også indrettes signal- og energibærere til brøndstyring. En sådan situation kan illustreres ved fig. 5, der viser hvordan fartøjet kan 20 ligge på vejret og konvertere gas, som modtages gennem rørledningerne 200. Gassen konverteres ved hjælp af et gaskonverteringsanlæg 220 til andre oliefluider.

Man kan forestille sig andre formål for fartøjet end anvendelse af det til gaskonvertering og som oplagringsskib på et oliefelt. Imidlertid vil andre anvendelser i et oliefelt 25 ikke være væsentlig forskellige fra den foreliggende opfindelse.

Bunden 40 af fartøjet er i opfindelsen ikke bundet til at være plant eller horisontalt, og dæmperindretningeme 2 er heller ikke begrænset til at ligge i niveau med bunden eller til at have fuldstændig plan form eller at ligge fuldstændig vandret.

30

Claims (9)

1. Fartøj, fortrinsvis til behandling og opbevaring af olie, med lastekapacitet i det væsentlige omfattet af et enkelt skrog (3) med et hoveddæk (1), og med mindst en i det 5 væsentlige vandret pladeformet dæmperindretning (2), der strækker sig ud på hver side af skroget (3) og befinder sig under vandlinien og med en udstrækning fortrinsvis i hele fartøjets længde, kendetegnet ved en progressivt øgende adskillelse mellem den ydre kant (21) af dæmperindretningen (2) og fartøjets centerlinie fra området nær stævnen (33) ti! i det væsentlige området nær fartøjets hæk (32). 10

2. Fartøj ifølge krav I, kendetegnet ved en eller flere lodrette åbninger (22) i dæmperindretningen (2), der er indrettet til at tillade en begrænset, hovedsagelig lodret vandstrøm gennem dæmperindretningen (2) og således føre til yderligere dæmpning af fartøjets bevægelser, hovedsagelig rulle-, hugge- og du vebevægelser. 15

3. Fartøj ifølge krav 1,kendetegnet ved, at dæmperindretningen (2) er indrettet med sin nedre side i niveau med fartøjets plane ydre bundflade (40).

4. Fartøj ifølge krav 1,kendetegnet ved mindst en stående rand (24) hovedsage-20 lig langs dæmperindretningens (2) yderkant (21), hvor randen (24) er indrettet til at begrænse friheden for vandmassernes vandrette strømning indenfor randen i tværskibs retning og at binde vandmasserne for at bidrage til fartøjets rullende inertimoment.

5. Fartøj ifølge krav 1,kendetegnet ved fremspring eller skrogvinger (4) på hver 25 side af skrogets hæk (3) defineret som en progressiv sideværts forøgelse bagud af skrogets (3) tværsnitsbredde i den agterste del af skroget, og omfattende i det væsentlige mellem afstanden mindre end den agterste fjerdedel af skroget (3) og spejlgattet (32), således at tværsnitsbredden af skroget i det væsentlige forøges langs hele fartøjets dybde. 30 DK 173813 B1 10

6. Fartøj ifølge krav 1, kendetegnet ved en i det væsentlige vandret udstrakt dæmperindretning (2’) under vandlinien af skrogets (3) hæk (32).

7. Fartøj ifølge krav 6, kendetegnet ved, at dæmperindretningen (2’) generelt er 5 pladeformet, fortrinsvis med sin nedre side i niveau med fartøjets plane ydre bundflade (40), og at den udgør bunden i en konkav hvælving eller niche åbning (34) i omkring den nedre halvdel af fartøjets spejlgat (32) og befinder sig i det væsentlige mellem fremspringene (4). 10

8. Fartøj ifølge krav 6 eller 7 , kendetegne tved, at dæmperindretningens (2’) bagkant (2Γ) mod havet strækker sig parallelt med og er indrettet i det væsentlige direkte under hoveddækkets (1) mod agter vendende ende og er i plan med fartøjets spejlgat (32). 15

9. Fartøj ifølge krav 6 eller 7, kendetegnet ved, at dæmperindretningens mod agter vendende kant (2Γ) mod havet strækker sig som en hovedsagelig konveks bue (2Γ) ud fra hækken (32) og er indrettet til at afvise fartøjer, som ville komme for tæt på hækken (32). 20