Преимущества и область применения СДП

Использование краново-трубоукладочных судов с динамическим позиционированием имеет следующие преимущества:

- отсутствие риска повреждения имеющихся кабелей и трубопроводов на дне якорями кранового судна только с якорной системой позиционирования;

- уменьшение количества задействованных вспомогательных судов для постановки кранового судна на точку для выполнения работ;

при работе в районе интенсивного строительства и эксплутации нефтегазопромысловых платформ крановое судно с динамической системой позиционирования создаёт меньше помех выполнению вспомогательными судами других операций по обслуживанию платформ, при этом имея возможность работы над якорными линиями ПБУ и других заякоренных объектов;

- сокращение времени выполнения работ за счет снижения времени подготовительных операций по раскладке якорей, большая свобода в выборе позиции начала работ и перехода к другой позиции или трубоукладке, что в итоге снижает общее время использования кранового судна на месторождении;

- возможность быстрого отхода на безопасное расстояние от платформы для штормового отстоя, а также оставления на дне строящегося трубопровода
(pipe abandonment operations) в случае ухудшения погоды, в том числе при резком изменении ледовых условий, опасности появления айсбергов и т.п.;

- отсутствие простоев в результате погодных ограничений для вспомогательных судов при установке якорей кранового судна;

- возможность повышения производительности трубоукладки за счёт непрерывного движения судна, по сравнению с традиционным периодическим перемещением трубоукладочного судна на длину двойной трубы (24 м) после завершения каждого рабочего цикла;

- возможность работы (отстоя) в битых льдах при надлежащем ледовом усилении корпуса и защите движительно-рулевых средств судна.

В условиях относительного мелководья применение СДП является ограниченным, энергозатратным и дорогостоящим, поэтому ее использование эффективно для глубоководных акваторий. В относительно мелководных условиях применение якорной системы позиционирования более экономично и позволяет осуществлять выполнение крановых операций и прокладку трубопроводов.

Классификация СДП

Правилами International Marine Organization (IMO) суда, оборудованные системами динамического позиционирования подразделяются на 3 класса.

Типовые схемы технических средств позиционирования судов с ДП соответствующего класса согласно требованиям IMO представлены на рисунках 5.1 – 5.3.

DP class 1 – смещение судна с установленной позиции или курса допускается при выходе из строя единичного элемента СДП. Пример типовой схемы оснащения судна техническими средствами DP class 1 приводится на рисунке 5.1.

DP class 2 – при выходе из строя единичного активного элемента (генератора, поворотной колонки, распределительного щита, дистанционно управляемого клапана и т.п.) судно должно сохранять установленную позицию и курс. Смещение судна допускается при выходе из строя единичного пассивного элемента (кабеля, трубопровода, клапана с ручным управлением и т.п.). Пример типовой схемы оснащения судна техническими средствами DP class 2 приводится на рисунке 5.2.

DP class 3 – при любом отказе оборудования (включая пожар или затопление одного из машинных отделений, неумышленные действия персонала, вызывающие аварийную ситуацию) судно должно сохранять установленную позицию и курс. Пример типовой схемы оснащения судна техническими средствами DP class 3 приводится на рисунке 5.3

Рисунок 5.1 - Типовая схема технических средств позиционирования DP class 1

Рисунок 5.2 - Типовая схема технических средств позиционирования DP class 2

Рисунок 5.3 - Типовая схема технических средств позиционирования DP class 3

Информация по СДП

Анализируемая информация по СДП, установленных на крановых судах большой грузоподъемности, приведена в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Информация по системам динамического позиционирования

КС «Олег Страшнов»
	Тип –однокорпусное судно LxBxD= 171,6 x 37,8/47 x 19,2 м Осадка при г/п операциях -13,4 м Класс СДП - DP3 Ходовые кормовые ДРУ – 2х5000 кВт Выдвижные поворотные колонки СДП – 2х3500 кВт Носовые туннельные ПУ – 2х1012 кВт Крановые операции: скорость ветра 17 м/с (с 1 час осред-нением) Высота волны – 2,5 м (значительная) Скорость течения - 1 м/сек Трубоукладочные операции: скорость ветра -12,5 м/с ( с 1 час осреднением) Высота волны - 4,0 м (значительная) Скорость течения - 1 м/сек
КС «DLV 4400»
	Тип –однокорпусное судно LxB= 174.8x48м Осадка при г/п операциях –10,0 м Класс СДП - DYNPOS AUTRO Ходовые кормовые ДРУ– 2х4500 кВт Выдвижные поворотные колонки DP – 2х2500 кВт Носовые туннельные ПУ – 2х2000 кВт
ППКС «Balder»
	Тип –полупогружное краново-трубоукладочное судно LxBxD= 137x86x42 м Осадка при г/п операциях -11,5–28,2 м Класс СДП - DP3 Ходовые кормовые ДРУ – 2х4400 кВт Поворотные колонки DP – 7х3500 кВт Крановые операции: Высота волны – 3,6 м

Продолжение таблицы 5.1

Thialf
	Тип – Краново-трубоукладочное судно LxBxD= 151,2/144,4 x 88,4 x 49,5 м Осадка при г/п операциях 4 - 6 м Класс СДП - DP3 Поворотные колонки – 6х5500 кВт
Borealis
	Тип – Трубоукладочное крановое судно LxBxD=182x46x16,1м Осадка = 7-11,5 м Класс СДП – DP 3 Ходовые ДРУ – 2х2250 кВт выдвижные поворотные колонки - 4х 3200 кВт носовое ПУ – 1 х 2700 кВт Крановые операции: высота волны h3%=3,6 м
Saipem 7000
	Тип – Полупогружное краново-трубоукладочное судно LxBxD=197,95 x95,58 x43,50 м Осадка -10,5-27,5 м Класс СДП – DP 3 Ходовые кормовые ДРУ – 4х3000 кВт Выдвижные поворотные колонки СДП – 2х5500 кВт Носовые туннельные ПУ 4х4500 кВт

Продолжение таблицы 5.1

Saipem S-3000
	Тип – Крановое судно LxBxD= 161,8x37,8x9,14 м Осадка при г/п операциях – 6,7 м Класс СДП – DP 3 Ходовые ДРУ – 2х4500 кВт Выдвижные поворотные колонки СДП – 2х2684 кВт Носовые туннельные ПУ1х1200 кВт
DB 50
	Тип – Краново-трубоукладочное судно LxBxD= 151,5x45,99x12,50м Осадка при г/п операциях - 9,5 м Класс СДП – DP 3
OSA Goliath
	Тип – Крановое строительное судно LxBxD= 180/168x32x12,0 м Осадка – 7,5 м Класс СДП – DP 3

Продолжение таблицы 5.1

OSA Highlander
	Тип – Крановое строительное судно LxBxD= 210/199x36x16м Осадка -10 м Класс СДП – DP 3
LST 3000
	Тип – Трубоукладочное крановое судно LxBxD= 160/155x37,8x9,1м Осадка - 9,1 м Класс СДП – DP3
Sapura 3000
	Тип – Краново-трубоукладочное судно LxBxD= 151,2/144,4x37,8x9,1м Осадка при г/п операциях -9,1 м Класс СДП – DP2

Выбор класса СДП

Наличие СДП сегодня является общим требованием к КС. При операциях по подъему тяжеловесных грузов, которые обычно производятся в непосредственной близости к другим объектам, может потребоваться самый высокий класс резервирования. Самый высокий класс резервирования в большинстве случаев относится к DP class 3 (так, например, КС «Олег Страшнов» спроектировано в соответствии с требованиями DNV и имеет класс DYNPOS-AUTRO, что является эквивалентным DP class 3).

Он требует системы выработки энергии, разработанной таким образом, чтобы судно могло сохранять местоположение после любой аварии, включая пожар или затопление отсека. Это фактически делает необходимым наличие, минимум, двух отдельных машинных отделений, помещений распределительных щитов и помещений оборудования движительной установки. Более того, для уменьшения возможности аварийного перерыва в электроснабжении эти операции должны проводиться с помощью отдельных систем распределения энергии, обеспечивающих необходимое резервирование.

Для трубоукладочных и грузоподъемных операций, производимых на расстоянии от других конструкций, обычно достаточным является DP class 2, при этом требования к резервированию снижены относительно DP class 3 в том, что не учитывается пожар в машинном отделении или затопление отсека.

Помимо требований к резервированию, операции по подъему тяжеловесных грузов отличаются от других операций тем, что они проводятся в благоприятных погодных условиях и являются краткосрочными. Это уменьшает количество энергии, необходимой для удержания местоположения КС. Трубоукладочные же операции, напротив, проводятся в более суровых погодных условиях и являются более продолжительными, и, следовательно, требуют больше энергии. Кроме того, горизонтальная составляющая натяжения труб может воздействовать на судно, приводя к дополнительным силам, действующим на судно, которым необходимо противодействовать.

Применение DP class 3 может иметь значительное влияние на установленную мощность и необходимое количество подруливающих устройств. Фактически, DP class 3 приводит к использованию двух отдельных систем позиционирования, каждая из которых требует достаточной мощности для возможности позиционирования и управления курсом судна. Каждая из этих систем должна, следовательно, обладать достаточной мощностью энергогенерации и средствами активного управления. Судно, подходящее под DP class 3 может производить операции судов DP class 2 без изменений, поскольку DP class 3 имеет более высокий класс резервирования. Однако, более высокую производительность можно достигнуть с такой же системой в DP class 2 при соединенных системах распределения энергии, что разрешается для судов с DP class 2.

Количество оборудования в целом определяется количеством средств активного управления (САУ), необходимых для удержания судна по DP class 3. Для снижения количества оборудования любой отказ должен приводить к потере минимального количества САУ, так как возможности СДП существенно ограничены количеством эффективной тяги, которая может быть выработана после отказа.

В идеале, только одно САУ должно быть потеряно в случае аварии. Для систем DP class 3 это может быть достигнуто путем обеспечения полностью автономной системы для каждого САУ, что ведет к увеличению массы кабелей, распределительных устройств, систем управления и т.д. Это, соответственно, влечет за собой возрастание строительной стоимости и эксплуатационных расходов.

В целях сокращения потребляемой мощности и количества оборудования для КС «Олег Страшнов» была спроектирована сложная система распределения электроэнергии. Система спроектирована таким образом, чтобы достигнуть максимальной гибкости и в то же время представляет собой надежную систему с резервированием. Ключевым моментом этого проекта является объединение функций, выполняемых DP class 2 и 3. Кроме того, для снижения количества САУ, каждое из них оснащено двойной питающей линией. Это позволяет каждому САУ питаться от любой из двух систем распределения. В случае отказа одной из систем, САУ переключается с одной системы на другую.

Особенности работы СДП КС

Некоторые особенности СДП КС определяются условиями их эксплуатации. Например, при монтаже КС блок-модуля верхнего строения стационарной платформы на опорный блок, когда КС удерживается только системой позиционирования, к обычной СДП предъявляются дополнительные требования. Стандартные СДП предназначаются для позиционирования свободно плавающих судов. КС в рассматриваемом случае после ориентации блок-модуля относительно опорного блока, опускает блок-модуль до взаимодействия со специальными монтажными конструкциями (ловителями, упорами) на опорном блоке и постепенно продолжает опускать гак, передавая нагрузку от блок-модуля на опорный блок.

При этой операции КС должен удерживаться строго в определённой позиции, а также производить перекачку значительной массы жидкого балласта (воды) из одних цистерн в другие для компенсации изменения посадки КС при передаче нагрузки от блок-модуля с гака крана на опорный блок. Продолжительность этой операции может занимать полчаса и более, в течение которой КС – уже не свободно плавающее судно, а фактически связанное со стационарной платформой посредством крана и грузовой оснастки. Динамика движения КС при этом существенно отличается от движений свободно плавающего судна, что должно отражаться в системе управления ДП. Для этого в СДП КС применяются специальные симуляторы, которые, в частности, поставляются компанией Kongsberg Simrad. Стандартный пульт управления СДП оборудуется настольным компьютером, с инсталлированной программой, разработанной Морским Исследовательским Институтом Нидерландов (MARIN), посредством которой производится учёт воздействия связей КС со стационарной платформой (см. рисунок 5.4).

Рисунок 5.4 - Монтаж КС верхнего строения стационарной платформы на опорный блок.

Общий вид экрана симулятора, учитывающего связь КС со стационарной

платформой

Выводы по разделу

Из анализа представленной информации можно сделать следующие выводы:

5.6.1 В настоящее время СДП устанавливаются как на КС (одно– и двухкорпусных, так и краново-трубоукладочных судах.

5.6.2 Для динамического позиционирования на однокорпусных крановых судах, как правило, применяются два кормовых движительно-рулевых устройства (ДРУ), две выдвижные ВПК и, в случае необходимости, при действии внешних сил в борт кранового судна, используются носовые ПУ.

5.6.3 Колонки СДП на однокорпусных судах, которые не используются на ходу, как правило выдвижного исполнения, что позволяет снизить буксировочное сопротивление на переходе, уменьшить габаритную осадку, а также обеспечить защиту САУ в ледовых условиях.

5.6.4 Для динамического позиционирования двухкорпусных, в том числе полупогружных крановых судов, используется, как правило, восемь поворотных колонок (включая ДРУ), поскольку на них воздействуют большие внешние нагрузки, вызванные тем, что данные объекты имеют большую поверхность, находящуюся под воздействием внешних сил и предназначены для работы в более тяжелых ветро-волновых режимах.

5.6.5 Предварительное значение мощности СДП ПКБГ будет определено на дальнейших стадиях разработки концептуального проекта, но ожидается, что эта мощность будет ориентировочно соизмерима с мощностями, указанными в таблице 5.1.

5.6.6 Для ПКБГ целесообразно применение СДП DP class 2, но с резервированием питающих линий САУ по типу КС «Олег Страшнов» с целью повышения безопасности проведения крановых операций при снижении строительной стоимости ПКБГ и его эксплуатационных расходов.

6 ЯКОРНЫЕ СИСТЕМЫ позиционирования кС И ИХ ЭЛЕМЕНТЫ

Общие положения

Проведенный анализ информации по плавучим кранам и крановым судам показал, что подавляющее большинство этих технических плавсредств оснащены системами позиционирования, в том числе и якорными системами позиционирования. Это особенно относится к плавучим кранам и крановым судам, предназначенным для проведения грузоподъемных операций в условиях открытого моря и эксплуатирующимся на континентальном шельфе.

Основное назначение систем позиционирования, в том числе и якорных систем позиционирования – это удержание плавсредства в заданной точке морской акватории с заданными допустимыми параметрами отклонения от исходной точки, а также обеспечение возможности перемещения удерживаемого плавсредства на заданное расстояние от исходной точки в пределах, обеспечиваемых системой позиционирования.

До определенного времени плавучие краны (ПК) и крановые суда (КС) в связи с необходимостью проведения грузоподъемных операций на относительно небольших глубинах моря (не более 200…300 м) оснащались исключительно якорными системами позиционирования, но по мере освоения более глубоководных районов континентального шельфа ПК и, главным образом, КС стали все более широко оснащаться системами динамическими позиционирования (ДП), предусматривающими удержание и позиционирование этих судов с помощью движительно-рулевых комплексов. В отличие от якорных систем позиционирования использование системы ДП позволяет осуществлять удержание и позиционирование судна практически на любой глубине моря без непосредственной контактной связи судна с морским дном. Это существенно повышает мобильность и маневренность судна при проведении грузоподъемных операций в условиях открытого моря. Тем не менее, современные КС, независимо от оснащения их системами ДП, как правило, оснащаются и якорными системами позиционирования, использование которых особенно на малых глубинах моря или при большой длительности проведения грузоподъемных операций экономически более выгодно. При этом якорные системы позиционирования и системы ДП в зависимости от эксплуатационных условий могут использоваться независимо друг от друга либо в отдельных случаях совместно.

Для удержания и позиционирования плавучих кранов (ПК) и крановых судов (КС) применяются многоточечные якорные системы, включающие от 4 до 10 якорных линий с якорями, раскладываемыми равномерно или ориентированно определенным образом вокруг ПК или КС.