船用流體輸送的移動系統和方法
【專利摘要】本發明公開一種在船(202)與第二位置(201)之間輸送流體的移動系統，其中，所述船和第二位置由水隔開，該系統包含一個至少帶有兩個收集區域的卷筒(101)、與卷筒固定的耦合器(所述耦合器在每個收集區域有開口且開口指向同一纏繞方向)、從一個開口延伸至船(202)的第一條軟管(186)、從另一開口延伸到第二位置(201)的第二條軟管(184)以及一個向卷筒沿軸向施加扭矩的驅動手段。當流體傳輸結束后，驅動手段轉動卷筒(101)向與軟管纏繞方向相反的方向旋轉，使得第一條軟管(186)和第二條軟管(184)在各自收集區域里被卷起來。此后移動傳輸系統就可以儲存起來或轉移到別處進行流體輸送。
【專利說明】
船用流體輸送的移動系統和方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種在船與第二位置之間輸送流體的系統和方法。特別地，本發明提供一種移動傳輸系統，通過從卷筒內同時拉出一對軟管形成流體通道。在非輸送期間，軟管纏繞在卷筒內儲存。
【背景技術】
[0002]浮式生產已被廣泛地用于在海洋油田附近處理和儲存烴流體。油輪再將流體輸送到靠近用戶的終端。在這種情況下，需要加載系統將流體從生產船轉移到運油輪。在其它情況下，流體需要從服務船轉移到鉆井船、從燃料駁船到運輸船、從一個大船向小船轉輸、在陸上設施和船之間輸送、從吸泥船送到岸上等。在一個良好的環境下，一艘船可以停靠在另一艘船的旁邊或者碼頭，流體通過懸在空氣的軟管或剛性裝卸臂利用船中歧管裝卸。為提高安全性，在惡劣環境下，需要在兩艘船之間保持一定距離(例如，60至120米)。一種方法是兩艘船一前一后停靠。另一種方法是由單點系泊(SPM)固定一個浮體，頂部裝旋轉轉盤。該浮體固定在與生產船一定距離以外，油輪通過纜繩停泊在浮體處。在這兩種方法中，油船可自動對準風/海流方向。
[0003]作為一種替代方式，SPM浮體和海底管道、立管已在淺水中用于油輪和陸上設施之間輸送流體。浮體也已用來固定從井口向上延伸的立管并向附近的FPSO來輸送流體。當用于深水油田開發時，浮體可在海面下幾百米處通過浮力拉住其下的立管。
[0004]漂浮軟管也已用于定點船和油輪之間或SPM浮體和油輪之間進行流體輸送。目前的做法是將卷筒固定在定點船上，并從卷筒拉出軟管連接到油輪上。流體輸送完成后，將軟管卷回。該系統需要在定點船上的旋轉軸和固定管之間安裝旋轉接頭。當使用SPM浮體時，軟管自由地漂浮在水中。留在水中的漂浮軟管可能會受到第三方或海浪造成的損壞。Poldervaart等人在美國專利7438617中公開了一備選方案，將軟管纏繞在旋轉轉盤上，但是這需要對已有的SPM浮體進行大的改動。Ehrhardt等人在美國專利7836840中公開了在船底開口并安裝水下旋轉塔的可替代方案，該系統的缺點是需要對現有的油輪進行顯著改造。
[0005]為了節省在生產船上的空間，許多解決方案已經被提出。例如，在美國專利申請2013/0240085申請文件中，Hallot等人公開了多個卷筒疊放在一艘生產船上，漂浮軟管纏繞在卷筒上Adkins等人在美國專利8286678中公開了水下管道連接生產船和輸送船。在美國專利6427617中Breivik等人公開了一條具有一個旋轉接頭的漂浮軟管，不用時將軟管儲存在船體側面高于水面的位置。在美國專利5803779中，Horton公開了一種將兩個卷筒放在一浮體上通過兩個旋轉接頭和三條軟管構成的傳輸系統。也就是說，一條軟管從一個卷筒延伸到生產船上，另一條軟管從另一卷筒延伸到油輪上，第三條軟管(或管道)連接于卷筒的兩軸之間。所有這些系統都需要旋轉接頭。
[0006]因此，有必要開發用于船和第二位置(包括站廠)之間不帶旋轉接頭且覆蓋較大的分隔距離的通用流體輸送系統。
【發明內容】
[0007]本發明提供一種在船和第二位置之間輸送流體的移動系統，其中，所述船和第二位置由水隔開，該系統包含一個帶有一個筒和幾個法蘭的卷筒，第一條軟管和第二條軟管，和一個旋轉卷筒的驅動手段。第一條軟管和第二條軟管在卷筒內通過一個耦合器相連，兩條軟管沿同一方向(順時針或者逆時針)纏繞在卷筒上，但分布在不同收集區域。在流體輸送過程中，第二條軟管的外端頭與第二位置相連，第一條軟管的外端頭與船相連。通過一對繩索或者驅動機在卷筒上施加反向扭矩，使得兩條軟管處于受拉狀態且卷筒居中。當流體傳輸結束后，反向轉動卷筒，同時收起兩條軟管。
[0008]在一個實施例中，卷筒軸線與水面垂直，軟管纏繞在立式卷筒上。在另一個實施方案中，卷筒軸線與水面平行，軟管纏繞在臥式卷筒上。浮力裝置優選均勻地分布在卷筒上以保持卷筒在水中漂浮和合適的姿勢。浮力設備包括閉孔泡沫和空氣填充的容器，如袋、瓶、空心球、管、箱或由聚合物制成的其它形狀的容器。空氣填充的金屬容器，如鋼罐或盒子也可以用來提供浮力。
[0009]在條件允許時，優先將移動輸送系統儲存在固定設施處。對于一艘定點船，該系統停靠在船尾可得到保護，且第二條軟管與定點船相連。當油輪來時，用繩索拉第一條軟管在的外端，并與油輪上歧管連接。一旦流體傳輸結束后，斷開與油輪相連的第一軟管并反向轉動卷筒，軟管被收起且卷筒自動拖回到定點船后。此后，輸送系統可用于隨后的傳輸操作。在極端天氣情況下，系統可以被拖至港口或陸地。
[0010]第二位置可以是一個陸上地點或離岸地點。它包括一個設施如燃料槽車、燃料駁船、鉆井船、浮式生產船如FLNG(浮動液化天然氣)和FPSO(浮式生產、儲存和卸載)、再汽化船、帶或者不帶旋轉平臺的SPM(單點系泊)浮體、在終端或GBS(在近海基于重力的儲罐)的固定平臺、浮動平臺、位于陸上或海上管道端頭歧管、吸頭等。該船可以是任何油輪、服務船、使用烴作為燃料的船、吸泥船等。軟管可以是任何柔性管或導管，最小彎曲半徑最好小于3m，便于卷起。軟管包括塑料管(可折疊或非可折疊)、金屬波紋軟管、由塑料和金屬構成的復合軟管、軟管套軟管和軟管束。
[0011]因此，本發明的主要目的是提供一種不帶旋轉接頭的輸送系統，既能夠適應惡劣環境又能夠實用于在船和第二位置之間大范圍的間距(比如5米到500米)。
[0012]本發明的另一目的是提供一種可以用在船和陸上設施之間輸送系統。
[0013]本發明的另一目的是提供一種移動式輸送系統，既可在不用時儲存在安全地帶，也可以轉移到其它地方進行輸送。
[0014]本發明的另一目的是提供一種不需要對船或設備做大的改動的傳輸系統。
[0015]本發明的另一個目的提供一種適用于任何可流動的流體或產品的輸送系統，包括低溫流體。
【附圖說明】
[0016]本發明的輸送系統、方法以及優點可通過參考附圖而更易于理解，其中:
[0017]圖1A，圖1B和圖1C是本發明的具有一條流動通道的第一實施例。圖1A是俯視圖，圖1B是橫截面圖，圖1C是正視圖；
[0018]圖2A和圖2B是本發明的具有兩條流動通道的第二實施例。圖2A是正視圖，圖2B是一個俯視圖；
[0019]圖3A和圖3B是本發明的具有一條半流動通道的第三實施例。圖3A是正視圖，圖3B是一橫截面圖；
[0020]圖4A和圖4B是本發明具有兩對軟管束的第四實施例。圖4A是正視圖，圖4B是一個斷面圖；
[0021 ]圖5A是由馬達獨立旋轉兩個卷筒的俯視圖。
[0022]圖5B是一個馬達驅動外邊緣齒輪的詳細圖；
[0023]圖5C是由電動機驅動兩個卷筒的正視圖；
[0024]圖6A是小車提升軟管脫離其支座的詳細圖；
[0025]圖6B是軟管外端端頭的詳細圖；
[0026]圖7A是一對圍繞卷筒纏繞織帶的詳細圖；
[0027]圖7B是圖7A的變通，三根繩纏繞在卷筒上；
[0028]圖8A和圖SB是在一前一后停泊的運輸船和定點船之間的傳輸系統的第一類應用(圖8A是正視圖，圖8B是俯視圖)；
[0029]圖9A是移動輸送系統停泊在定點船后的正視圖；
[0030]圖9B是用繩索來收集軟管的移動卷筒的正視圖；
[0031]圖10是用在燃料槽車和船之間的本發明的第二類應用；
[0032]圖11是用在一根海底管道端頭和船之間的本發明的第三類應用；
[0033]圖12A是本發明將軟管保持在水面以上的輸送狀態的正視圖，圖12B是該系統處于停泊位置的正視圖；
[0034]圖13是在SPM轉臺和船之間的輸送系統的第四類應用(俯視圖)；
[0035]圖14是兩個移動傳輸系統串聯在一起的應用(俯視圖)；
[0036]圖15是利用船中歧管從大船到小船轉輸的本發明的第五類應用(正視圖)；
[0037]圖16是在旁靠的油輪和裝載平臺之間輸送的本發明的第六類應用(正視圖)。
【具體實施方式】
[0038]本發明的第一實施例顯示在圖1A、圖1B和圖1C中。立式卷筒101浮在水中，且轉軸垂直于水面93。立式卷筒101由三個法蘭盤和中央的筒99組成。頂部的收集區位于頂部法蘭盤98和中間法蘭盤97之間，底部收集區位于中間法蘭盤97和底部法蘭盤96之間。換句話說，中間法蘭盤97將筒99的表面分隔成兩個收集區域。輪子95被安裝在底部法蘭盤96的底部。輪轂92和輪輻91用來加強立式卷筒101以應對流體動力(例如，海浪)，以設在筒99的頂部和底部為佳。
[0039]耦合器104固定在筒99上，耦合器104具有兩個順時針開口，一個位于卷筒的頂部收集區(例如，第一收集區)，另一個位于底部收集區(例如，第二收集區)。頂部軟管102沿順時針纏繞在頂部收集區，且內端與耦合器104相連，外端位于外部易于接觸。底部軟管103沿順時針纏繞在底部收集區，且內端與耦合器104相連(例如，通過端頭法蘭105)，外端位于外部易于接觸。換句話說，頂部軟管102和底部軟管103在卷筒內部相連，繞卷筒纏繞，讓外端始終位于已纏繞環的外邊，且一條在頂部收集區，一條在底部收集區。當軟管外端從相反的方向拉出(例如，一個從南邊拉，一個從北邊拉)，立式卷筒101順時針旋轉并保持在南北方向建立的流動通道的中間。
[0040]一些角鋼106固定在頂部法蘭盤98的上表面的外緣，形成用于收集繩索的第三收集區。頂部繩索107和底部繩索108(圖1C)綁在角鋼106的短腿上且逆時針纏繞，外端位于頂部法蘭盤98的外邊緣。當從相反的方向拉繩索的外端(例如，一個從南拉和一個從北拉)，立式卷筒101逆時針旋轉，兩根繩索沿南北方向排列，且立式卷筒位于當中。當一對繩索(107和108)和一對軟管(102和103)，以相反的方向纏繞在卷筒上時，拉繩索的外端，軟管(102和103)會被卷起。當拉軟管的外端時，繩索被卷起。或者，第四個法蘭盤可代替角鋼106和頂部法蘭盤98和筒99一起組成繩索收集區。或者，繩索可以纏繞在頂部法蘭盤98的外緣槽內(參照圖3B)。
[0041 ]筒99的半徑比軟管的最小彎曲半徑大。三個法蘭盤(98，97和96)具有足夠大的尺寸來支撐和保護軟管。如圖1B所示，端頭法蘭105和耦合器104位于筒99內。或者，耦合器104可以位于筒99的表面上，這樣筒99是一個完整的圓柱體形狀(如圖3A中所示)。
[0042]浮力裝置如輕型材料或空氣填充的容器可以均勻分布在筒99的內部或法蘭盤的周圍，以保持卷筒飄浮，且保持立式。當水表面93位于中間法蘭盤97處，頂部軟管102的重量支撐在中間法蘭盤97上，底部軟管103由于浮力也靠在中間法蘭盤97上。輪子95便于立式卷筒101和軟管在岸上移動。
[0043]圖2A和圖2B是本發明的第二實施例。臥式卷筒110在水中漂浮，筒99的軸90與水面93平行。軸90可以繞位于兩端和中間的管鞍111自由旋轉。通過結構構件113，管鞍111固定在浮體112上。筒99的一端，有一個驅動法蘭盤114，可以由馬達115驅動。當馬達115旋轉時，筒99繞軸90旋轉。中間法蘭盤97將筒表面分成兩個收集區域。耦合器104穿過中間法蘭盤97，在每一收集區有一個開口，且兩個開口面對順時針纏繞方向。請注意卷繞方向也可以是逆時針方向。低位拉出軟管116和高位拉出軟管117的內端與耦合器104相連，兩條軟管以彈簧狀方式順時針纏繞在筒99上，分別從中間法蘭盤97開始向筒的兩頭纏繞。
[0044]螺紋桿118支撐在浮體112上，通過滾輪119來控制軟管的位置。具體而言，軟管的進出導致滾輪119繞桿旋轉，通過兩端固定的螺紋桿產生沿軸向的平移。為防止滾輪表面和軟管之間的滑動，滾輪119以粗糙表面為佳。這樣，軟管就可均勻地纏繞在卷筒上。或者，齒輪和蝸桿可用于特別是多層軟管的纏繞。在這種情況下，滾輪119的水平移動是通過卷筒的旋轉角度控制。蝸桿的機理已被廣泛應用，在這里不作詳細介紹。
[0045]為了提供兩條通道，可加入第二個卷筒。兩個卷筒供用軸90，兩條低位拉出軟管位于筒端，兩條高位拉出軟管位于筒中間，以形成對稱的移動傳輸系統。浮體112比筒99長，以便保護軟管。浮體提供浮力以防止卷筒下沉或者在海浪作用下傾覆(即，沿卷筒軸向外的任何方向旋轉)。海上應用時該卷筒可以沒有輪子。它可以被拖到安全地方或維修處。另一方面，當輪子120支持卷筒時，移動傳送系統可以在陸地上拖動，便于儲存或修理。
[0046]圖3A和圖3B表示本發明的第三實施例，帶有大口徑的中間軟管121和兩條側軟管122 ο三條軟管在筒99表面與E形耦合器123 (具有三個分支)相連。E形耦合器123位于筒99的表面，并且被固定在筒99上或者法蘭盤124上。填料125填在耦合器123周圍，形成一個光滑的表面。繩索127纏繞在法蘭盤124的外邊緣的槽內，以便收起軟管。兩個大車輪126(比法蘭盤尺寸大)，與筒99相接，為法蘭盤和軟管提供移動能力、浮力和保護。該纏繞方案是將軟管一層層疊起來，對可折疊的軟管最適合(傳輸操作后，軟管折成平面)。
[0047]圖4A和圖4B示出本發明的第四實施例:軟管束。在每個軟管的收集區，兩條軟管編織在一起，并一層一層纏繞在筒99上。2條軟管通過絲線或類似材料(柔性材料如尼龍)捆在一起，以防止由海浪引起的對軟管表面的磨損。第一低位拉出軟管束131和高位拉出軟管束132與第一連接頭133 (即具有四個分支的耦合器)連在一起。同樣，第二低位拉出軟管束134和高位拉出軟管束135與第二連接頭136連接在一起。浮體137通過軸承(未示出)與軸90相接。起保護作用的緩沖器138固定在浮體137外表面。在筒的中間，有一個用來收集織帶139的收集區。織帶纏繞的細節可參考圖7A。為了增加軟管的浮力，輕質材料可纏繞在軟管外面，以便其外部尺寸比軟管的端頭法蘭大。或者，兩個分支的耦合器可以用于連接一對軟管，這樣可建立四條流動通道，可用于多達四種類型的流體。或者，三個或更多的軟管可捆綁在一起，并使用同一收集區。
[0048]與圖4B相比，圖5A采用電機來驅動卷筒。浮體137固定在軸90的端部。小卷筒151和大卷筒152能夠通過軸承153獨立地繞軸90轉動。第一對電機115固定在就近的浮體上并驅動小型卷筒151。具體來說，當軟管拉出時，電機可設置并提供較小的旋轉阻力。收集軟管時，電機在與軟管纏繞相反的方向產生比軟管阻力更大的扭矩，反向旋轉卷筒151。類似地，另外一對電動機固定在另一浮體上驅動大卷筒152。
[0049]圖5B顯示電機115的細節。驅動軸154驅動驅動法蘭114周邊的齒輪155，當驅動軸154逆時針轉動時，驅動法蘭114順時針轉動。
[0050]圖5C示出了用電動機操作兩個立式卷筒(參見圖1B)。為了節省紙張，只示出了實施例的一半(另一半可以通過卷筒軸線鏡像而成)。在這種情況下，底部卷筒156的輪轂92向上延伸，并作為一個頂部卷筒157的軸(S卩，同軸)。輥環(包括若干球輥)158允許頂部卷筒157在底部卷筒156自由旋轉。電動機115固定在輪轂92的頂部，驅動軸154與位于頂部卷筒157頂部法蘭盤上的齒輪155接合。電纜159從電機115的基座延伸到底部卷筒上的一條軟管，并與該軟管捆在一起。電纜159提供電力和控制。頂部卷筒157的兩條軟管(S卩，一條頂部軟管和一條底部軟管)與底部卷筒156的兩條軟管纏繞方向相反，所有的軟管可同時被拉出或卷起。或者，電機可以通過臍帶提供加壓流體來驅動。在現有技術中通常使用的流體包括空氣和水。或者，一對繩索可用作驅動裝置，代替頂部卷筒157兩條軟管。此時，鎖緊銷(未示出)可以在頂部卷筒157和輪轂92之間，或者在法蘭盤或筒的位置將二者固定在一起，使得兩個卷筒可以在收集軟管時一起旋轉。
[0051]圖6A示出了與圖1B所示的移動卷筒配套使用的小車。箱形梁162被嵌入在頂部法蘭盤98靠近外緣的位置。該箱形梁162內部有一個環形軌道，下方開口。一小車160通過開口懸掛在頂部法蘭盤98下方。小車160帶有軟管掛鉤161和位于底部的輥輪163。頂部軟管102被支撐在輥輪163上且高于法蘭盤97的上表面。在頂部軟管102被卷起或拉出時，小車160自動沿環形軌道行進。小車160用來減少頂部軟管102和中間法蘭盤97(即支撐法蘭)之間的摩擦(即部分消除)。或者，一個環形軌道可以固定在中間法蘭盤97的外邊緣。用底部帶小輪子的小車沿圓形軌道行進，并在小車的頂部配滾輪163，將軟管抬離支撐法蘭盤。
[0052]圖6B示出了高位拉出軟管164的外端部，在端頭法蘭166的附近，有一個閥門167，以及用于提供浮力和保護的套環165(端部裝配件的一個例子)。閥門167最好作為ERC(緊急釋放耦合器)的一部分或易斷耦合。在輸送完成后，盲法蘭168用螺栓固定到端頭法蘭166上(為看得清楚，圖中螺栓沒有完全擰緊)O第二軸環169可通過帶子拴在盲法蘭168 (未示出)，以提供額外的浮力和保護。當高位拉出軟管164的外端頭被拉回到卷筒，它可以用帶子固定在如圖1B所示的卷筒上(例如，中間法蘭盤97上)，或者固定在如圖2所示的浮體112的座椅上。另外，快速連接和斷開裝置(QC/DC)可連接到端頭法蘭166上。
[0053 ]圖7A和圖7B示出了用繩索轉動卷筒的設計。如圖7A所示，兩個錨固銷171被錨定在筒172的外表面，兩個短繩173被拴在錨固銷171上，且外端帶扣174。外端扣用于快速與長繩索(至少兩倍于船和第二位置之間的間隔距離)連接。高位拉出繩索175在頂部與扣扣上，而低位拉出繩索176在底部和扣174扣上。當筒172順時針旋轉時，兩個繩索(175和176)被纏繞在筒172上。相反，在外端拉動繩索(175和176)，筒172逆時針轉動。高位拉出繩索175和低位拉出的繩索176可以共享一個收集區。它們也可以位于不同的收集區。當使用織帶時，兩個織帶適合重疊在一起，共享一個收集區。或者，可以使用三條繩，如圖7B所示。兩條邊繩索178和一條中間繩索179分別繞在三個繩索收集區。固定兩條邊繩索178(的外端)，沿方向177拉中間繩索179，滾筒172被強制逆時針旋轉。繩索這樣布置時，拉力得到平衡。
[0054]圖8A和圖SB顯示在兩船之間的本移動傳輸系統的第一應用例子，且處在輸送狀態。一艘定點船181和油輪182—前一后停靠。一個臥式卷筒110位于兩個第一軟管186中間，由延伸到油輪182的船頭歧管187的第一條軟管186和延伸到定點船181船尾歧管185兩條第二條軟管184形成。第一條軟管和第一條繩索中“第一”的定義是指與船相連，“第二”是指連接到第二位置。第一條軟管在圖1B中可以是底部拉出的軟管或頂部拉出軟管，也可是圖2A中的高位拉出軟管或低位拉出軟管。第一條軟管或第二條軟管可以是單一的軟管、或者帶有外部絕緣/浮力層的軟管、軟管套軟管或軟管束。其它設備包括起重機、歧管延長段、對口輔助工具和控制設備，可用于協助連接和斷開。這些工具被廣泛使用(例如，在公開的美國專利6886611中)，此處未示出。
[0055]—套移動傳輸系統通常停靠在定點設施，且第二條軟管的外端頭與該設施保持連通，通過向船拉第一條軟管的外端建立流動通道。當流體輸送結束后，關閉在兩條第一條軟管186端部的閥門、斷開端頭法蘭。當臥式卷筒110由電機逆時針轉動時，第二條軟管184和第一條軟管186同時被收起。第一軟管186的外端以兩倍于內端的速度行進。用來拉第一條軟管186的外端到油輪182的繩索可在軟管被卷繞過程中提供一些張力，控制軟管外端部下降速度。臍帶可連接在定點船181并延伸到卷筒。此臍帶最好與軟管捆在一起，如圖5C所示。或者，臍帶可以單獨漂浮。當單獨漂浮時，隨著臥式卷筒110向定點船移動，可通過固定在定點船上的臍帶卷筒收起臍帶。
[0056]圖9A示出了處于儲存狀態的移動傳輸系統。第一條軟管186和第二條軟管184被纏繞在卷筒110上且系統停靠在定點船181的船尾。當電源關閉時，電動機處于鎖定位置，防止卷筒漂走。在正常天氣條件下，定點船181保護其后的卷筒和軟管免受波浪和風的破壞。為防止端頭閥門和法蘭在外端部相互碰撞，可以用套環保護(如圖6B所示)。第二條軟管可以從定點船斷開，移動傳輸系統可以拖到另外的地方進行流體輸送，或在極端天氣到來之前拖往安全的港口。
[0057]圖9B顯示了用繩索旋轉臥式卷筒191。第二條繩索192從定點船181延伸到卷筒191，第一條繩索193從卷筒191延伸到油輪182。一旦流體輸送結束，第一條軟管186的外端頭從油輪182的船首歧管斷開，使用位于定點船181船尾的絞盤195拉第二條繩索192，而第一條繩索193仍然系在油輪182上，這導致臥式卷筒191逆時針旋轉并同時收集所有的軟管，并導致卷筒沿運動方向194向定點船181移動。一旦第一條軟管186完全收起，其外端可用另外的短繩固定在卷筒的法蘭盤上。第二條繩索192和第二條軟管184的未卷部分可以一起用來停泊卷筒191，使之停靠在定點船181的后面。在第一條繩索193從油輪182斷開后，油輪182就可以離開。
[0058]下次當油輪182再次到達后，在第一條軟管186的外端系一條牽引繩(未顯示)，在卷筒指定繩子收集區系第一條繩索193(例如，如圖7A中所示將其一端插入錨固帶的扣中)。延伸牽引繩和第一條繩索193到油輪182，并將第一繩索193系到油輪182上。朝油輪拉動牽引繩并同時從定點船181上釋放第二繩索192時，卷筒191順時針旋轉并朝向油輪182移動，并且兩條繩索(第一條繩索193和第二條繩索192)圍繞卷筒191被部分地纏繞。如此，可建立如圖8A流動通道。當拉緊第二條繩索192，給卷筒施加與軟管纏繞方向相反的扭矩，兩條軟管保持受拉狀態并且從頂部看幾乎為直的。
[0059]圖10顯示傳送系統在陸上位置與船之間傳送的第二應用例子。一個立式卷筒101漂浮在水面188，下面是海床(或者河床或湖床)203。第二條軟管184從流體運輸車201延伸到卷筒，而第一軟管186從卷筒101延伸到船202。為簡化，繩索沒有畫出。或者岸上設施是一個儲罐，泥土傾倒點，也可是和儲罐相連的歧管。
[0060]圖11示出了本輸送系統的在海底位置(例如，管線端頭歧管，S卩PLEM)與油船之間處于傳送狀態的第三應用例子。海底管道212鋪設在海床207，并在支撐結構213處終止。在終止處至少帶一個閥門(未示出)和歧管214。臥式卷筒211浮在水面188。第一條軟管216從油輪182延伸到臥式卷筒211而第二條軟管215從臥式卷筒211延伸到海底歧管214。在此情況下，可選擇先將第一條軟管216與油輪182連接，再通過固定在支撐結構的拉伸和對口設備(未示出)，將第二條軟管215的外端拉向歧管214，并與歧管214相連。或者，歧管214具有向上的開口，通過第二條軟管215的大拉力將卷筒211停泊在水面188下的位置。或者，管道212的端頭只有一個開口，名為PLET(管道端頭對接裝置)。或者，海底管線可以是埋地的，在淺水中管道端頭提升到水表面上方。或者，該海底位置是在航運通道，與第二條軟管215連接的是用于吸收流沙的吸盤。或者，該海底位置是在水面，與第二條軟管215連接的是抽油污的吸盤(例如，清理在水面上的溢油)。
[0061]對于低溫流體如液化天然氣(LNG)，最好采用適合低溫流體的浮式軟管。在沒有的情況下，可以將低溫軟管支撐在水面以上。圖12A示出了用于裝載低溫流體的方案。液化天然氣運輸船222停靠在一艘FLNG船221的后面。第一條軟管225與運輸船222相連，第二條軟管224與FLNG船221相連。除了一個支撐卷筒223的卷筒浮體外，還有其它浮體(例如，前方浮體228，后方浮體226)。每個浮體頂部有一個管鞍將軟管支撐在空中。浮體上的每個管鞍具有輥棒形成的凸面和側向導板，其半徑大于軟管的最小彎曲半徑。管鞍既可增大與軟管的接觸面積，并在需要時可以改變軟管的方向。兩個相鄰浮體之間的最大距離可以通過繩索的長度來確定，例如前方繩索229的長度決定前方浮體228與運輸船222之間的距離。一旦流體輸送結束，轉動馬達230將軟管卷起，并停靠在FLNG船221的后面，如圖12B所示。或者，可以使用空氣充氣浮子。理想的作法是將壓縮后浮子均勻附著在軟管上，等到軟管通道建立后，再將空氣充入浮子。
[0062]圖13示出是傳送系統的第四應用例子，是在一個SPM浮體上的轉臺231和油輪182之間，纜索232用來將油輪182系泊在轉臺231上。SPM浮體是通過鏈錨固到海床上，并具有一底部結構支撐其上轉盤轉動。轉臺是和存儲罐或浮式生產船相連的。這種做法在石油行業很普遍，這里沒有給出細節。一個立式卷筒101斜靠在油輪182傍邊，第二條軟管184從轉臺231延伸到立式卷筒101，而第一條軟管186從立式卷筒101延伸到油輪182的船中歧管的延伸段233。請注意一個典型的船中歧管的法蘭位于離附近的船邊緣約3.5米處，此歧管延伸段233從船中歧管的法蘭延伸到船側體以外，最好帶有彎頭，且向下開口。細節可在例如美國專利的現有技術6886611中找到。類似地，第二條繩索234從轉臺231延伸到立式卷筒101，而第一條繩索235從立式卷筒101延伸到油輪182。通過調整繩索的張力，兩個軟管處于受拉狀態，且從俯視圖上看，呈現一條直線。或者，轉盤可以被支撐位于水面之上的鋼筋混凝土平臺上，其下部固定在海床上。或者，SPM浮體可以位于水面之下。
[0063]圖14示出的是將本發明的兩個移動卷筒串聯布置，以便到達船中的歧管。油輪182通過纜232—前一后停靠在定點船241后面。主卷筒242和一組軟管在一般情況下是足夠長的，從定點船船尾延伸到油輪船頭。然而，對于許多現有的油輪，歧管位于船的中部。第二卷筒243與主卷筒242通過中間的法蘭245連接，可以建立幾百米的流動通道。對于低溫的液體，前方浮體244用來保持端部接頭246在拉伸過程中保持在水面以上，且帶有另外的柔性軟管247，便于與位于離側面幾米遠的船中歧管連接。前方浮體244可配推進器(未顯示)駛向油輪182的船中歧管。或者，前方浮體是拖船，朝著船中歧管行駛并拉出卷筒中的軟管。
[0064]移動傳輸系統非常適合在惡劣環境下輸送流體。然而，該系統也可用于在平靜的水面進行流體輸送。圖15顯示傳輸系統的第五個應用例子，用在并排停靠的兩船之間通過船中歧管進行轉輸。小型油輪251和大型油輪252在相距一定的安全距離(例如40米)并排停靠。轉輸船253位于兩船之間，將轉輸系統支撐在水面以上，轉輸船帶有推進器，可以獨立航行(未示出推進器)。或者，本發明的轉移系統可以支撐在固定的裝載平臺的頂部。或者，二油輪之間的安全距離可以小到只有如圖2B所示的卷筒的寬度，且卷筒本身可起避免兩油船相互撞擊的作用。或者，FPS0，FLNG船或鉆井船可以替代大油輪252，而一個服務船或燃料駁船代替小油輪251。
[0065]圖16示出了本發明的第六個應用例子，用在旁靠的油輪和一個裝載平臺之間。油輪251停靠在裝載平臺261旁，卷筒263坐落在平臺上的一個小車264上，第一條軟管266與油輪251上的船中歧管262連接，而第二條軟管265連接到平臺上的管道端口(未示出)。懸臂梁269延伸出來，繩268—端系在軟管266的外端，另一端系在懸臂梁上，用于在緊急情況下避免第一條軟管266的外端自由下落。一旦輸送結束，電機230可轉動卷筒263收起軟管，并將卷筒263拉回到儲藏室267中。為降低第二條軟管265的長度，在卷筒263的指定收集區采用小尺寸筒。
[0066]工業適用性
[0067]當需要時，移動式轉輸系統可以迅速在船和另外位置之間建立輸送通道，且兩者之間的允許間距范圍廣(包括水平面和豎直間距)。它不僅可以在大風浪條件下提供足夠的安全距離(比如100米)，也可以在沒有碼頭的情況下進行岸上槽車和船之間流體轉輸。它可以用來輸送淡水、廢水、飲料、液態碳氫化合物、生物燃料、化學品、鉆井泥漿、清泥時的泥漿、泄漏后的油水混合物、低溫液體等。
【主權項】
1.一種在船與第二位置之間輸送流體的輸送系統，其中，所述船和第二位置由水隔開，所述輸送系統包含:a)—個卷筒，帶有一個筒和幾個法蘭，相鄰法蘭之間設有第一收集區域和第二收集區域； b)—個耦合器，所述耦合器與所述卷筒固定，所述耦合器帶有位于所述第一收集區域的第一開口和位于所述第二收集區域的第二開口，且指向一個圍繞所述卷筒的纏繞方向； c)第一條軟管，所述第一條軟管帶有第一內端頭和第一外端頭，所述第一內端頭與所述親合器的第一開口相連，所述第一外端頭與所述船相連； d)第二條軟管，所述第二條軟管帶有第二內端頭和第二外端頭，所述第二內端頭與所述耦合器的第二開口相連，所述第二外端頭與所述第二位置相連； e)—個施加扭矩的驅動手段，其特征在于，所述驅動手段向卷筒沿與所述纏繞方向相反的方向施加扭矩，所述第一條軟管和第二條軟管在流體輸送過程中處于受拉狀態。2.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，所述驅動手段包括至少一個馬達以及用于提供動力和控制的臍帶。3.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，所述驅動手段包括由外端從相反方向拉出一對繩索，所述繩索內端與卷筒固定且纏繞在所述卷筒上，與所述纏繞方向相反。4.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，在流體輸送完成后，所述驅動手段使所述卷筒朝與所述纏繞方向相反的方向轉動，同時收集所述第一條軟管和第二條軟管。5.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，在纏繞和展開所述軟管時，所述卷筒在裝載平臺上移動。6.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，還包含多個浮力裝置，保持所述卷筒在水中漂浮，所述浮力裝置選自閉孔泡沫塑料、充氣容器。7.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，所述卷筒被支撐在水面以上。8.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，還包含多個輪子，用于支撐所述卷筒，以便在陸地上移動。9.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，還包含一個管鞍，所述管鞍帶有半徑大于所述軟管的最小彎曲半徑的凸狀表面，用于支撐所述軟管。10.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，還包含端部裝配件，連于所述第一條軟管和第二條軟管的外端頭。11.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，還包含與所述除第一收集區域和第二收集區域外的額外收集區域。12.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，所述耦合器具有兩個以上的分支，用于與所述卷筒上的兩個以上的軟管進行流體連接。13.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，還包含第二卷筒，與所述卷筒并聯。14.根據權利要求13所述的輸送系統，其特征在于，還包含一鎖桿，以便將所述卷筒和所述另外的卷筒一起同軸鎖定在一起轉動。15.根據權利要求13所述的輸送系統，其特征在于，所述兩個卷筒用馬達來收集軟管，所述馬達固定在所述卷筒，馬達驅動桿作用在所述另外的卷筒上。16.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，還包含另外的輸送系統，在所述船與第二位置之間串聯。17.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，所述第二位置位于水下。18.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，所述第二位置還包含一設施。19.根據權利要求18所述的輸送系統，其特征在于，所述設施是生產船、鉆井船、第二艘船、燃料駁船、單點系泊(SPM)浮體、旋轉轉盤、基于重力的海中儲罐、海上吸頭、裝載平臺、管道端頭歧管、陸上流體輸送車或者陸上儲罐中的任意一項。20.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，所述軟管是單層塑料軟管、由塑料層和金屬環制成的復合軟管、單層金屬波紋管、軟管套軟管或者軟管束中的任意一項。21.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，所述第一條軟管和第二條軟管是浮式軟管。22.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，所述第一條軟管和第二條軟管帶保溫，用于低溫流體。23.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，所述卷筒躺在水面，卷筒軸線基本與水面平行。24.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，所述卷筒立在水面，卷筒軸線基本與水面垂直，并且所述第一軟管和所述第二軟管分別被其中的一個法蘭支撐。25.根據權利要求24所述的輸送系統，其特征在于，還包含環形軌道和小車，所述軌道附在所述支撐法蘭的外邊緣，所述小車沿所述軌道運動，在軟管的收放時將所述軟管從支撐法蘭上部分提起。26.根據權利要求1所述的輸送系統，其特征在于，還包含浮體，所述浮體附在所述第一外端頭，使所述第一外端頭浮在水面。27.根據權利要求26所述的輸送系統，其特征在于，所述浮體帶有多個便于航行的推進器。28.—種在船與第二位置之間輸送流體的方法，其中，所述船和第二位置由水隔開，所述方法包含通過在船與第二位置之間的一種流體輸送系統進行輸送，所述輸送系統包含: a)—個卷筒，帶有一個筒和幾個法蘭，相鄰法蘭之間設有第一收集區域和第二收集區域； b)—個耦合器，所述耦合器與所述卷筒固定，所述耦合器帶有位于所述第一收集區域的第一開口和位于所述第二收集區域的第二開口，且指向同一圍繞所述卷筒的纏繞方向； c)第一條軟管，所述第一條軟管帶有第一內端頭和第一外端頭，所述第一內端頭與所述親合器的第一開口相連，所述第一外端頭與所述船相連； d)第二條軟管，所述第二條軟管帶有第二內端頭和第二外端頭，所述第二內端頭與所述耦合器的第二開口相連，所述第二外端頭與所述第二位置相連； e)—個施加扭矩的驅動手段，其特征在于，所述驅動手段向卷筒沿與所述纏繞方向相反方向施加扭矩，所述第一條軟管和第二條軟管在流體輸送過程中處于受拉狀態。29.—種在船與第二位置之間輸送流體的方法，其中，所述船和第二位置由水隔開，所述方法包含以下步驟: a)將一套移動輸送系統布置在所述船與第二位置之間，所述移動輸送系統包含一個卷筒、第一條軟管和第二條軟管，所述第一條軟管和第二條軟管在不同的收集區域沿纏繞方向纏繞在所述卷筒上，所述第一條和第二條軟管在所述卷筒內部的內端頭相連，外端頭露在外面； b)同時拉出所述兩條軟管，在所述船與第二位置之間建立一條輸送通道，其中，第一條軟管的外端頭與所述船相連，第二條軟管的外端頭與所述第二位置相連； C)通過所述輸送通道輸送流體，其特征在于，通過在所述卷筒上施加與纏繞方向相反的扭矩，所述兩條軟管在流體輸送過程中處于受拉狀態。30.根據權利要求29所述的輸送方法，其特征在于，所述移動輸送系統還包含一個耦合器，所述耦合器有兩個開口，面向所述纏繞方向，與所述兩條軟管的內端頭相連。31.根據權利要求29所述的輸送方法，其特征在于，還包含在流體輸送過程中牽拉所述外端頭使其遠離所述卷筒。32.根據權利要求29所述的輸送方法，其特征在于，還包含沿與所述纏繞方向相反的方向旋轉卷筒，同時將所述兩條軟管收起。33.根據權利要求29所述的輸送方法，其特征在于，還包含將所述移動輸送系統保存在遠離海浪和水流的安全地方。
【文檔編號】B63B22/02GK105899428SQ201480068642
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月12日
【發明人】劉學杰
【申請人】劉學杰