DK143114B - Fremgangsmaade ved drift af en marinekonstruktion som er anbragt stationaert paa bunden af et vandomraade og marinekonstruktion til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

1431 14

Opfindelsen angår en fremgangsmåde ved drift af en marinekonstruktion, gom er anbragt stationært på bunden af et vandområde, der under naturligt herskende forhold kan fryse til, hvilken marinekonstruk-5 tion over vandet har en arbejdsplatform, som bæres af en nedre del med en opad konvergerende ydervæg, der strækker sig både under og over vandoverfladen og danner en rampe til løftning af en isflage, som bevæger sig ind mod væggen.

10 I arktiske og antarktiske farvande kan vinter isen nå op på en tykkelse af 3 m eller mere, og skruninger og andre ophobninger kan på visse steder give istykkelser, der er flere gange tykkelsen af selve isdækket. Selv om isflager normalt bevæger sig for-15 holdsvis langsomt under påvirkning af vind og vandstrømme, kan bevægelige ismasser forårsage meget store påvirkninger på en stationær konstruktion, som de møder.

Fra en artikel i tidsskriftet The Oil and 20 Gas Journal, 14. september 1970, side 60-61 kendes en marinekonstruktion med den ovenfor angivne udformning, hvor den opad skrånende rampe virker analogt med en isbryder, idet den tvinger drivende isflager opad, således at de kan brække i mindre stykker. I den 25 kendte konstruktion er den bærende del over og under vandoverfladen for en væsentlig dels vedkommende udfyldt af frosne isblokke, som forøger konstruktionens vægt, stabilitet og mekaniske styrke.

Fremgangsmåden ifølge nærværende opfindelse er 30 ejendommelig ved, at i det mindste den konvergerende ydervæg af konstruktionens nedre del ved tilførsel af varme holdes på en temperatur over smeltepunktet for den is, som naturligt dannes i vandet uden om væggen.

I modsætning til den kendte teknik, hvor risiko-35 en for beskadigelser som følge af isens påvirkninger 143114 2 er imødegået ved forstærkning af selve marinekonstruk-tionen, bygger den foreliggende opfindelse på den nye ide, at det vil være teknisk og økonomisk gørligt og forsvarligt at løse styrke- og stabilitetsproblemerne 5 ved at reducere de maksimale kræfter, hvormed isen kan komme til at påvirke konstruktionen.

Det er ved modelforsøg blevet bekræftet, at den horisontale kraft fra vind og strøm,som en til marinekonstruktionen fastfrosset ismasse kan mod-10 stå, inden den sætter sig i bevægelse, og dermed den kraft, som ismassen kan udøve på konstruktionen, er mange gange større end den tilsvarende kraft, som kræves for at tvinge en frit bevægelig ismasse op ad den stigende rampeflade, hvorved isen på grund af de vok-15 sende bøjningspåvirkninger efterhånden knækker i mindre stykker. I overensstemmelse hermed tjener den for opfindelsen karakteristiske opvarmning af marinekon-struktionens ydervæg til at hindre vedhængning mellem væggen og en omgivende ismasse, idet der - så snart 20 ismassen er i kontakt med konstruktionen - dannes et tyndt vandlag mellem væggen og isen. Hvadenten ismassen opbygges successivt omkring konstruktionen ved frysning af det fra begyndelsen isfri vand, eller en relativt svag strøm holder en stor isflage presset 25 mod konstruktionen gennem nogen tid med deraf følgende tendens til fastfrysning, vil den manglende vedhængning mellem væggen og isen og tilstedeværelsen af det friktionsnedsættende vandlag på væggen sikret at isen bevæger sig op ad den skrå ydervæg og ender med at 30 knække, så snart kræfterne fra tiltagende vind og strøm overstiger en relativt lav værdi. Opfindelsen muliggør på denne måde en væsentlig reduktion af materialeforbruget og fremstillingsomkostningerne for en marinekonstruktion af given størrelse.

35 Opfindelsen angår også en marinekonstruktion 3

1431 U

til udøvelse af fremgangsmåden og omfattende en over vandet beliggende arbejdsplatform, som bæres af en nedre del med en opad konvergerende ydervæg, der strækker sig både under og over vandoverfladen og danner 5 en rampe til løftning af en isflage, som bevæger sig ind mod væggen. Ifølge opfindelsen er marinekonstruk-tionen ejendommelig ved, at den har midler til at opvarme den konvergerende ydervæg til en temperatur over smeltepunktet for den is, som naturligt dannes 10 omkring væggen, og til at holde væggen på en sådan temperatur.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvorpå fig. 1 er et lodret billede, delvis i snit, 15 af en første udførelsesform for en marinekonstruktion i form af en boreplatform ifølge opfindelsen.

fig. 2 et snit efter linien 2-2 i fig. 1, fig. 3 et til fig. 1 svarende lodret billede, delvis i snit, af et andet eksempel på en boreplatform 20 ifølge opfindelsen, og fig. 4 et snit efter linien 4-4 i fig, 3 med visse dele fjernet for at vise detaljer af konstruktionen.

Selv om de viste konstruktioner er betegnet som 25 boreplatforme, er det klart, at opfindelsen kan anvendes i andre marinekonstruktioner, f.eks. produktionsplatforme, laste- og lossestationer for tankskibe, fyrtårne, moler og andre bygværker, der er anbragt på en fast position, og som udsættes for kræf-30 ter fra is, som bevæger sig på vandets overflade.

Fig. 1 viser en boreplatform 10, der er placeret i et vandområde og midlertidig fastgjort til havbunden 14 ved hjælp af pæle 16. Platformen er udformet specielt til anbringelse i arktiske have, på 35 hvilke der sæsonmasssigt dannes et tykt daskke af is 18.

4

H31U

Platformen har en bærende nedre del 20, som går ned i vandet og understøtter en arbejdsplatform 22 over vandets overflade. Arbejdsplatformen kan indeholde flere dæk og kan være lukket og opvarmet til tilveje-5 bringelse af en passende komfortabel arbejdsplads og beskyttelse af personel og udstyr mod vintervejret, hvor temperaturen kan falde ned til ca. -50°C. Boreplatformen i fig. 1 kan være konstrueret til. boring af ti eller flere brønde fra samme platform i en 10 dybde på ca. 4800 m, og som eksempel kan en platform af denne kapacitet og til anbringelse på 12 m vand have en bunddiameter på ca. 55 m og en diameter i vandlinien på ca. 36 m. Dens nederste del kan have en højde på ca. 35 m, og dens øverste del kan ind-15 befatte et boretårn, som når op i en højde på ca.

50 m over havets overflade.

En boreplatform af den nævnte størrelse og borekapacitet vil være udrustet med et kraftmaskineri, der kan levere en effekt på ca. 2500 kW til 20 drift af bor, optrækningsudstyr, slampumper og andet udstyr og tilbehør, der er nødvendigt for boringen.

I en udførelsesform for opfindelsen anvendes spil-devarme fra kraftmaskinerne til at opvarme den nedre del 20's ydervæg over isens smeltepunkt.

25 Hvis kraftmaskineriet består af gasturbiner, vil der være over 9000 kW spildvarme fra turbinerne til rådighed til opvarmningen. Denne effekt er rigelig til at holde væggen konstant på en temperatur over smeltepunktet for den is, som naturligt dannes 30 i vandet uden om platformen.

Konstruktionen i fig. 1 og 2 har ballasttanke 24, som er indbygget i delen 20, og som har fjernbetjente søhaner 26 og indbiæsningsrør 28 for trykluft fra en kompressor 30.

35 Platformen har ben 31, som er forskydelige 5 143114 op og ned i forhold til selve platformen ved hjælp af donkrafte 33, og som har fødder 35 og indre styr 32, se fig. 2, for pælene 16, når disse drives ned i havbunden for at holde platformen fast på po-5 sitionen.

Som nævnt ovenfor kan man anvende gasturbiner som primær kraftkilde på platformen. To sådanne gasturbiner 34 og 36 er vist skematisk i fig. 1. Udstødsgassen fra hver turbine ledes gennem ledninger 10 38 og 40 til varmevekslere, der er vist som rørslan ger 42 og 44.

Når boreplatformen er driftsklar, fyldes ballasttankene 24 med en varmeoverførende væske. I toppene af tankene efterlades der et luftrum 48, 15 der skal tillade ekspansion af væsken. Den varmeoverførende væske kan være havvand med tilsætning af antikorrosionsmiddel til at beskytte de stålplader, som er i kontakt med havvandet, og antifrostmiddel for at hindre vandet i at fryse i ballasttankene 20 og sikre at det stadig kan pumpes, selv om det ikke opvarmes i en periode, hvor den bærende dels ydervæg kommer under frysepunktet. Hvor ferskvand er til rådighed i tilstrækkelig mængde, kan ballasttankene tømmes for saltvand og fyldes med ferskvand med til-25 sætning af antikorrosionsmiddel, antifrostmiddel og algicid.

Varmevekslerne 42 og 44 er ved hjælp af pumper 50 og 52 sluttet til en manifold 54, hvorfra der fører ledninger 56 og 58 til toppen af tankene 30 24 under niveauet 59 for væsken i tankene. For neden er hver tank sluttet til en manifold 60 gennem ledninger 61 og 62. Varmevekslerne 42 og 44 er sluttet til manifolden 60 gennem ledninger 63 og 64, og pumperne pumper koldt vand fra toppen af tan-35 kene gennem varmevekslerne og derfra ned til mani- 6 143114 folden 60, hvorfra vandet ledes ind i den nederste del af tankene 24. Ventiler i de øverste og nederste ledninger, f.eks. en ventil 65 i ledningen 56 og en ventil 66 i ledningen 61, styrer strømnin-5 gen af varmeoverførende væske gennem den enkelte tank uafhængigt af strømningen gennem de andre tanke og giver mulighed for afspærring af en enkelt tank fra cirkulationssystemet med henblik på reparation eller vedligeholdelse.

10 Ballasttankene til en platform af de oven for nævnte dimensioner kan ialt indeholde mere end 3000 m3 vand. Cirkulationssysternet kan være udformet til at cirkulere væsken gennem disse tanke i en mængdestrøm på ca. 3000 liter pr. minut, når platfor-15 men er i normal drift, hvor godt 9000 kW er til rådighed fra turbinerne til opvarmning af væsken. Når væsken i ballasttankene er opvarmet tilstrækkeligt til at holde ydersiden af konstruktionens nedre del på ca. 1,5°C, vil der være tilstrækkelig 20 varme oplagret i væsken til at holde væggens temperatur over frysepunktet for det omgivende vand i en periode på 24 timer, hvorved man har en sikkerhedsperiode til reparation eller til lukning af borebrøndene og til at forlade platformen, hvis dens kraft-25 maskineri skulle svigte under tilstande, som bringer fare for platformens sikkerhed.

De i fig. 1 og 2 viste seks ballasttanke 24 er adskilt.af radialt beliggende vandtætte skodder 67 og er lukkede på deres radialt indadvendende 30 sider af et cylindrisk skod 68. Tankenes ydervægge udgør ydervæggen 70 af platformens nedre del 20.

I fig. 1 strækker ballasttankene sig fra den vandtætte bund 37 op til dækket 74 på den øverste del 22, og den varmeoverførende væske i ballast-35 tankene er i direkte varmeoverførende berøring med den ydre væg 70's inderside 76 hovedsagelig i 7

1431 U

hele dette område. For nogle platformes vedkommende vil det imidlertid være tilstrækkeligt at anvende tanke med mindre volumen end vist. Sådanne mindre tanke kan være fordelt langs væggen 70's inder-5 side 76 og være udformet til at holde indersiden i berøring med den varmeoverførende væske i hele det område, hvor is kan fryse fast til væggen ned til et stykke under det omgivende vands overflade.

Ved denne udformning kan man anvende en tør ballast, 10 som kræver mindre plads end en vandballast, og derved få et større tørt arbejdsområde inde i platformen.

I det viste eksempel afgrænser den cylindriske væg 68 arbejdsrum i midten af platformen, og deri findes· dæk 41, 78 og 80 for personel og 15 maskineri. Der er anbragt et lag isolation 84 på indersiden 86 af væggen 68 for at reducere varmetabet fra tankene, hvis temperaturen af midterområdet 88 skulle ligge under tankenes temperatur.

En slidplade 90 er fastgjort på ydersiden 20 af væggen 70 i den zone af platformen, hvor is er i berøring med væggen, for at forstærke denne zone og optage stød - og slidpåvirkninger fra isdækket.

Fig. 3 og 4 viser en alternativ udformning af konstruktionen, hvor der er anvendt samme henvis-25 ningsbetegnelser som i det foregående for tilsvarende komponenter.

I dette eksempel kan platformens dele 20 og 22 være udformet som separate enheder, der samles på stedet. Den nedre del 20 har pælestyr 32 ind-30 bygget langs platformens periferi og gennem dens midterdel til at optage et tilsvarende antal pæle 16.

Platformens nedre del bugseres til en valgt position og sænkes ned på havbunden ved forøgelse af 35 ballastens vægt. Pælene 16 sættes i pælestyrene 32 og drives ned i havbunden. Delen 20 nivel- 143114 δ leres, og pælene støbes fast til pælestyrene for at holde platformen sikkert på plads. Derefter flådes den øverste del 22 til positionen og monteres på den stabiliserede nedre del.

5 I dette eksempel omgiver, ligesom ved plat formen i fig. 1, et vandtæt skod 68 det midterste område 88 af platformen og udgør den indre væg af rum 100 og 102, der kan anvendes som ballasttanke til trimning af platformen under bugsering og 10 til at sænke den på borefeltet, som forklaret i det foregående. Den varmeoverførende væske, som tjener til at holde væggen 70 over frysepunktet for det omgivende vand, cirkulerer her gennem paneler 104 af rørslanger monteret på indersiden af væggen og for-15 bundet indbyrdes til optagelse af den varmeoverførende væske fra varmevekslerne, hvori væsken opvarmes af udstødsgas fra kraftturbinerne på platformen.

Som vist i fig. 3 er panelerne 104 anbragt på væggen 70's inderside 76 i det område, som 20 vil komme i berøring med et isdække 18, der dannes på overfladen af det omgivende vand, og panelerne strækker sig fortrinsvis lidt over og under tykkelsen af isdækket. Panelerne er på deres inderside dækket af et lag isolationsmateriale 106, f.eks.

25 opskummet urethan, som igen er dækket af en beklædning 107, der er fastgjort vandtæt til fladen 76 for at hindre vand i ballasttankene i at komme i berøring med varmepanelerne og isolationen.

Under drift strømmer en varmeoverførende væske 30 af den art, som er angivet ovenfor, fra stigtanke 108 og 110 til en manifold 54, hvorfra pumper 50 og 52 leverer væsken til varmevekslere 42 og 44, som optager varme fra udstødsgas leveret fra platformens kraftmaskiner 34 og 36 gennem ledninger 38 35 og 40. Væsken strømmer fra varmevekslerne til en ma- 9

1431 U

nifold 112 og derfra gennem ledninger 114 til de varmeoverførende paneler 104. Væsken pumpes gennem rørene 116 i panelerne og videre gennem ledninger 118 til en manifold 120, hvorfra den føres 5 gennem rør 122 til stigtankene 108 og 110.

Der er ventiler 124 i ledningerne 114 fra manifolden 112 til de tilsvarende sektioner af de varmeoverførende paneler 104 og ventiler 126 i ledningerne 118, som fører væsken retur fra 10 panelerne til manifolden 120. Hver sektion af stigtankene kan afspærres fra de andre sektioner ved hjælp af en ventil 128 i røret 122 fra manifolden 120 og en tilsvarende ventil 65 i ledningerne 56 og 58 fra de enkelte stigtanke 108 og 110 15 til manifolden 54.

Da varmeoverføringen til væggen 70 i eksemplet i fig. 3 er koncentreret i zonen for dannelse af is i det omgivende vand, kræves der mindre totalvarme til at holde denne del af væggen over isens 20 smeltepunkt end ved eksemplet ifølge fig. 1, og der kræves dermed mindre varmekapasitet til dette formål.

Det er under visse betingelser muligt at opvarme væggen over isens smeltepunkt ved direkte strøm-25 ning af udstødsgas fra kraftmaskinerne gennem ledninger i varmeoverførende kontakt med indersiden af væggen. Alternativt kan kraftmaskineriet på platformen dimensioneres til at levere strøm til paneler af elektriske varmeelementer anbragt på samme måde 30 som de varmeoverførende paneler i fig. 3 og 4.

Hvis platformen skal blive på positionen, efter at boreoperationerne er afsluttet, kan man anvende hjælpemaskineri til at levere den varme, som er nødvendig for at hindre is i at fryse fast til plat-35 formen. Man kan således anvende en kedel, som primært

Claims (10)

1. Fremgangsmåde ved drift af en marinekonstruk- tion, som er anbragt stationært på bunden af et vandområde, der under naturligt herskende forhold kan fryse til, hvilken marinekonstruktion over vandet har en arbejdsplatform, som bæres af en nedre del med en 20 opad konvergerende ydervæg, der strækker sig både under og over vandoverfladen og danner en rampe til løftning af en isflage, som bevæger sig ind mod væggen, kendetegnet ved, at i det mindste den konvergerende ydervæg af konstruktionens nedre 25 del ved tilførsel af varme holdes på en temperatur over smeltepunktet for den is, som naturligt dannes i vandet uden om væggen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at varmen tilføres ved cirkulation af et 30 varmeoverførende fluidum gennem et indre kammer i konstruktionen, som delvis afgrænses af nævnte ydervæg.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at det varmeoverførende fluidum opvarmes af en varmekilde på marinekonstruktionen og cirkuleres gennem kammeret ved hjælp af en pumpe. 1431 U

4. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at det varmeoverførende fluidum opvarmes af spildevarme fra en motor, som frembringer kraft til drift af maskineri og udstyr hørende 5 til marinekonstruktionen.

5. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 2-4, kendetegnet ved, at der som varme-overførende fluidum anvendes en blanding af vand, et antifrostmiddel og/eller et korrosionsbeskyttende 10 middel.

5 For platforme af de dimensioner, som er nævnt ovenfor, vil den totale kraft, som udøves på en sådan platform ved bevægelsen af et isdække på ca. 2,5 m tykkelse, som er frosset fast til platformens yderside, være ca. 5-10 x 106 kp. Når 10 væggen opvarmes over isens smeltepunkt, således at isens vedhængning er brudt, vil isens kraft mod platformen være reduceret til omkring en tiendedel, dvs. ca. 106 kp.

6. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-5, kendetegnet ved, at nævnte ydervæg fremstilles af et godt varmeledende materiale.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kende-15 tegnet ved, at varmen tilføres ved hjælp af varmepaneler monteret på ydervæggen.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at varmepanelerne opvarmes elektrisk.

9. Marinekonstruktion til udøvelse af frem- 20 gangsmåden ifølge krav 1 og omfattende en over vandet beliggende arbejdsplatform (22), som bæres af en nedre del (20) med en opad konvergerende ydervæg (70), der strækker sig både under og over vandoverfladen og danner en rampe til løftning af en isflage, som be-25 væger sig ind mod væggen, kendetegnet ved, at konstruktionen har midler til at opvarme den konvergerende ydervæg (70) til en temperatur over smeltepunktet for den is, som naturligt dannes omkring væggen, og til at holde væggen på en sådan temperatur.

10. Marinekonstruktion ifølge krav 9, ken detegnet ved, at opvarmningsmidlerne omfatter mindst ét kammer (24) anbragt ved konstruktionens omkreds med den konvergerende ydervæg (70) som ydervæg i kammeret, samt midler til opvarmning af et var-35 meoverførende fluidum og midler (50, 52) til cirkulation af fluidumet gennem kammeret.