морская ледостойкая платформа

Формула изобретения

1. Морская ледостойкая платформа, включающая опорное основание, колонну и верхнее строение, а также ледовое ограждение, установленное на платформе в зоне воздействия льда и содержащее стенку ограждения с набором ребер жесткости и устройство для теплоотдачи и циркуляции теплоносителя, отличающаяся тем, что устройство для теплоотдачи и циркуляции теплоносителя выполнено в виде каналов, расположенных в пространстве между упомянутыми ребрами жесткости и образованных не менее чем двумя герметичными полостями, одна из которых предназначена для циркуляции теплоносителя, а другая - для воздушной изоляции, причем полость для циркуляции теплоносителя примыкает к внутренней поверхности стенки ледового ограждения, а полость воздушной изоляции образована смежной перегородкой между обеими полостями и крышкой, установленной на полках ребер жесткости упомянутого ледового ограждения, при этом в полости циркуляции теплоносителя продольно потоку установлены теплоотдающие элементы, жестко закрепленные к стенке ограждения.

2. Морская ледостойкая платформа по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые теплоотдающие элементы выполнены из пластин, расположенных вдоль потока теплоносителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидротехнических сооружений, а более конкретно к морским платформам, эксплуатирующимся в ледовых условиях.

Известна двухкорпусная морская буровая платформа, предназначенная для работы в ледовых условиях (см. патент США №3872814, МКИ⁷ В63В 35/10, 1973), в которой каждый корпус, а также буровая шахта снабжены противоледовыми наделками в виде наклонных стенок с жестким набором, которые не приспособлены для подплавления контактируемого со стенкой ограждения льда.

Известна также морская ледостойкая платформа (см. патент США №6371695, МКИ Е02В 17/02, 1998), включающая основание, колонну и верхнее строение, а также ледовое ограждение в виде конических кольцевых наделок, установленных на колонне в зоне подвижки и припая льда. Наклонные поверхности ограждения противостоят движущейся массе льда. При столкновении с ними лед отклоняется вверх или вниз, что ведет к его механическому разрушению вследствие появления в нем напряжений изгиба.

Однако и в указанной известной конструкции платформы стенки ограждения не приспособлены к подплавлению контактирующего с ними льда и не обеспечивают исключения его примерзания в период слабой подвижки или неподвижности. Примерзание льда к стенке ограждения платформы при наличии большой поверхности смерзшихся льдин и образовании при этом обширного ледяного поля приводит под воздействием ветра к превышающим допустимые нормы усилиям опрокидывания платформы, что снижает надежность и безопасность ее эксплуатации.

Известна морская ледостойкая платформа, включающая опорное основание, колонну и верхнее строение, а также ледовое ограждение, установленное на платформе в зоне воздействия льда и содержащее стенку ограждения с набором ребер жесткости и устройство для теплоотдачи и циркуляции теплоносителя (см. патент США №4486125, МКИ⁷ Е02В 17/02, 1982 - прототип). Согласно указанному известному патенту устройство для теплоотдачи и циркуляции теплоносителя (продукции скважины или системы отопления самой платформы) выполнено в виде цистерн с теплоотдающей жидкой средой, примыкающей к внутренней поверхности наружной стенки корпуса платформы, в том числе к ее участку в зоне контакта со льдом, а также снабжено расположенными в цистернах трубчатыми змеевиками для подогрева теплоотдающей среды.

Однако в прототипе передача тепла от теплоотдающей среды в цистернах к внутренней поверхности стенки в зоне воздействия льда недостаточна по следующим основаниям:

- низкий коэффициент теплоотдачи от теплоносителя (стоячей нагретой жидкости в цистернах) к внутренней поверхности наружной стенки;

- малая теплоотдающая поверхность внутренней стенки на участке взаимодействия со льдом из-за отсутствия теплоотдающих элементов с развитой поверхностью теплоотдачи;

- значительные бесполезные потери тепла греющего теплоносителя в цистернах относительно окружающего пространства (забортной воды, холодного наружного воздуха, воздуха внутренних помещений с металлоконструкциями платформы), что снижает количество передаваемого тепла к стенке платформы и соответственно температуру ее нагрева. Все вышеперечисленные недостатки существенно снижают надежность и безопасность эксплуатации платформы в ледовых условиях.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности и безопасности эксплуатации платформы в ледовых условиях путем увеличения количества тепла, передаваемого к стенке ограждения, взаимодействующей со льдом, за счет чего повышается температура стенки и увеличивается скорость подплавления льда.

Это достигается в морской ледостойкой платформе, включающей опорное основание, колонну и верхнее строение, а также ледовое ограждение, установленное на платформе в зоне воздействия льда и содержащее стенки ограждения с набором ребер жесткости и устройство для теплоотдачи и циркуляции теплоносителя тем, что устройство для теплоотдачи и циркуляции теплоносителя выполнено в виде каналов, расположенных в пространстве между упомянутыми ребрами жесткости и образованных не менее чем двумя герметичными полостями, одна из которых предназначена для циркуляции теплоносителя, а другая - для воздушной изоляции, причем полость для циркуляции теплоносителя примыкает к внутренней поверхности стенки ледового ограждения, а полость воздушной изоляции образована смежной перегородкой между обеими полостями и крышкой, установленной на полках ребер жесткости упомянутого ледового ограждения, при этом в полости циркуляции теплоносителя продольно потоку установлены теплоотдающие элементы, жестко закрепленные к стенке ограждения.

Указанный технический результат достигается также тем, что упомянутые теплоотдающие элементы выполнены из пластин, расположенных вдоль потока теплоносителя.

В заявляемом изобретении коэффициент теплоотдачи от циркулирующей греющей среды в полостях каналов, примкнутых к внутренней поверхности стенки ограждения, увеличивается за счет наличия скоростного потока теплоотдающей среды, а также за счет сокращения бесполезных потерь тепла в окружающее пространство и увеличения теплоотдающей поверхности в зоне контакта со льдом.

На фиг.1 показан пример конструктивного выполнения заявляемой морской ледостойкой платформы;

на фиг.2 - вид в плане фиг.1;

на фиг.3 - узел А фиг.2;

на фиг.4 - узел Б фиг.3;

на фиг.5 - узел В фиг.4;

на фиг.6 - сечение Г-Г фиг.4;

на фиг.7 показана принципиальная схема циркуляции теплоносителя.

Морская ледостойкая платформа 1 включает основание 2 с колоннами 3 и верхним строением 4, а также ледовое ограждение 5, установленное на платформе 1 в зоне воздействия льда. Ледовое ограждение 5 содержит стенку 6 с набором ребер жесткости 7 и устройство для теплоотдачи и циркуляции теплоносителя.

Для повышения надежности и безопасности эксплуатации платформы в ледовых условиях устройство для теплоотдачи и циркуляции теплоносителя содержит каналы 8 для циркуляции теплоносителя в виде герметичных полостей, смонтированных в пространствах между ребрами 7 и примыкающих к стенке 6, и каналы 9 для воздушной изоляции в виде герметичных полостей, которые образованы смежными с каналами 8 перегородками 10 и крышками 11, установленными на полках 12 ребер 7 жесткого набора.

В полости каналов 8 циркуляции теплоносителя продольно потоку теплоносителя установлены теплоотдающие элементы 13, жестко закрепленные к внутренней поверхности 14 стенки 6 ледового ограждения 5. Боковые поверхности 15 и 16 теплоотдающих элементов 13 находятся в одной полости каждого из каналов 8. Теплоотдающие элементы 13 выполнены из пластин со скосами кромок 17 и 18 по ходу потока теплоносителя.

Полости каналов 8 на входе сообщены трубопроводами 19 через клапаны 20, входной распределительный коллектор 21 и трубопровод 22 с напорным трубопроводом 23 подачи горячей пластовой воды через клапан 24 или через клапан 25 с напорным трубопроводом 26 системы отопления морской платформы 1. Полости каналов 8 на выходе сообщены трубопроводами 27 через клапаны 28, выходной распределительный коллектор 29 и трубопровод 30 с трубопроводом 31 выхода пластовой воды через клапан 32 или через клапан 33 с трубопроводом 34 возврата теплоносителя в систему отопления морской платформы 1.

В период подвижки льда и при наличии на морской платформе 1 горячей пластовой воды (отсепарированной продукции скважины) открывают клапаны 32, 28, 20 и 24. При этом горячая пластовая вода от напорного трубопровода 23 поступает через клапан 24 по трубопроводу 22 через входной распределительный коллектор 21, клапаны 20 и трубопроводы 19 к полостям каналов 8 для циркуляции теплоносителя, где, отдав свою теплоту, выходит по трубопроводам 27 через клапаны 28, выходной распределительный коллектор 29, трубопровод 30 и клапан 32 к трубопроводу 31 выхода пластовой воды. При отсутствии горячей пластовой воды (в начальный период бурения или стоянках) открывают клапаны 25 и 33 и закрывают клапан 32. При этом греющий теплоноситель системы отопления морской платформы 1 поступает по трубопроводу 26 через клапан 25 по трубопроводу 22 и далее аналогично проходу горячей пластовой воды к полостям каналов 8, где отдав свою теплоту, выходит также аналогично проходу горячей пластовой воды через клапан 33 к трубопроводу 34 возврата теплоносителя в систему отопления морской платформы 1. Проходя через полости каналов 8 с определенной скоростью, греющий теплоноситель отдает теплоту как внутренней поверхности 14 стенки 6, так и боковым поверхностям 15 и 16 теплоотдающих элементов 13, от которых в силу высокой теплопроводности металла тепло передается к стенке 6 через жестко закрепленные к ней теплоотдающие элементы 13. Ввиду того, что теплопроводность воздуха, находящегося в полости канала 9, примерно в 2000 раз меньше теплопроводности металла, передача тепла от теплоносителя в полости канала 8 через перегородку 10, полость воздушной изоляции канала 9 и крышку 11 к окружающей среде (забортной воде, наружному воздуху) слишком мала по сравнению с передачей тепла через толщину металлической стенки 6 ледового ограждения 5. При этом толщина слоя воздуха в полости канала 9 в несколько раз больше, чем толщина металлической стенки 6 ледового ограждения 5 платформы 1.

По предварительному расчету бесполезная потеря тепла в окружающее пространство через полости воздушной изоляции каналов 9 составляет не более 0,1% от количества подводимого тепла, что не сказывается на снижении температуры циркулирующего теплоносителя в полостях каналов 8 и соответственно стенки 6 морской платформы 1. Стенка 6 ледового ограждения 5 в зоне взаимодействия льда из-за наличия скоростного потока теплоносителя через примкнутые к стенке 6 полости канала 8 и жестко закрепленные к этой же стенке теплоотдающие элементы 13 воспринимает тепло как непосредственно от своей внутренней поверхности 14, так и от боковых поверхностей 15 и 16 теплоотдающих элементов 13, чем увеличивается общее количество тепла, отдаваемого стенке 6, и ее температура. Кроме того, за счет установки теплоотдающих элементов 13 со скосами кромок 17 и 18 образуется турбулентность потока теплоносителя, способствующая также более высокому коэффициенту теплоотдачи и увеличению количества отдаваемого стенке 6 тепла.

За счет увеличенного количества тепла, передаваемого к внутренней поверхности 14 стенки 6, обеспечивается более высокая ее температура, способствующая повышению скорости расплавления контактируемого слоя льда и предотвращению его припая к стенке 6 морской ограждения 5.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет существенно повысить надежность и безопасность эксплуатации платформы путем повышения температуры стенки ледового ограждения и тем самым увеличения скорости подплавления слоя льда в зоне его взаимодействия с платформой.