Морська льодостійка платформа

Винахід відноситься до галузі гідротехнічних споруд, а більш конкретно до морських платформ, що експлуатуються в льодових умовах. Відома двохкорпусна морська бурова платформа, призначена для роботи в льодових умовах [див. патент США №3872814, МКІ 7 В63В35/10, 1973], в якій кожен корпус, а також бурова шахта обладнані протильодовими елементами у вигляді нахилених стінок з жорстким набором, що не пристосовані для підплавлення льоду, який контактує з стінкою загороди. Відома також морська льодостійка платформа (див. патент США № 6371695, МКІ 7 Е02В 17/02, 1998), що містить основу та верхню споруду, а також льодову загороду у вигляді конічних кільцевих елементів, встановлених на колоні в зоні. посування та припаю льоду. Нахилені поверхні загороди протистоять масі льоду, що рухається. При зіткненні з ними лід відхиляється вгору, або вниз, що призводить до його механічного руйнування внаслідок виникнення в ньому напружень згину. Однак і у вказаній відомій конструкції платформи стінки загороди не пристосовані до підплавлення льоду, що з ними контактує, та не забезпечують виключення його примерзання в період слабкого посування, або нерухомості. Примерзання льоду до стінки загороди платформи при наявності великої поверхні крижин, що змерзлися, та створення при цьому льодового поля призводить під дією вітру до перевищуючих допустимі норми зусиллям перекидання платформи, що знижує надійність та безпеку її експлуатації. Відома морська льодостійка платформа, що містить опорну основу, колону та верхню споруду, а також льодову загороду, встановлену на платформі в зоні дії льоду, та стінку загороди з набором ребер жорсткості і пристрій для теплопередачі та циркуляції теплоносія [див. патент США №44861625, МКІ 7 Е02В17/02, 1982 – прототип]. Згідно з вказаним патентом, пристрій для тепловіддачі та циркуляції теплоносія (продукції свердловини чи системи опалювання самої платформи) виконано у вигляді цистерн, що прилягають до внутрішньої поверхні зовнішньої стінки корпусу платформи, в тому числі до її ділянки в зоні контакту з льодом, а також обладнано розташованими в цистернах трубчатими змійовиками для підігріву тепловіддаючого середовища. Однак у прототипі передача тепла від тепловіддаючого середовища в цистернах до внутрішньої поверхні стінки в зоні взаємодії льоду недостатня з наступних підстав: - низький коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія (стоячої нагрітої рідини в цистернах) до внутрішньої поверхні зовнішньої стінки; - мала тепловіддаюча поверхня внутрішньої стінки на ділянці взаємодії з льодом із-за відсутності тепловіддаючих елементів з розвинутою поверхнею тепловіддачі; - значні некорисні втрати тепла зігріваючого теплоносія в цистернах відносно зовнішнього простору (забортної води, холодного зовнішнього повітря, повітря внутрішніх приміщень з металоконструкціями платформи), що знижує кількість тепла, яке передається до стінки платформи, і, відповідно, температуру її нагріву. Всі вищевказані недоліки суттєво знижують надійність та безпеку експлуатації платформи в льодових умовах. В основу винаходу покладена задача створення такої конструкції морської льодостійкої платформи, яка забезпечує можливість підвищення надійності та безпеки експлуатації платформи в льодових умовах шляхом підвищення температури стінки загороди та збільшення швидкості підплавлення льоду. Поставлена задача вирішується в морській льодостійкій платформі, що містить опорну основу та верхню споруду, а також льодову загороду, що встановлена на платформі в зоні дії льоду та містить стінки загороди з набором ребер жорсткості і пристрій для тепловіддачі та циркуляції теплоносія, тим, що пристрій для тепловіддачі та циркуляції теплоносія виконано у вигляді каналів, розташованих в просторі між вказаними ребрами жорсткості та створеними не менш чим двома герметичними порожнинами, одна з яких призначена для циркуляції теплоносія, а інша - для повітряної ізоляції, причому порожнина для циркуляції теплоносія прилягає до внутрішньої поверхні стінки льодової загороди, а порожнина повітряної ізоляції створена суміжною перегородкою між обома порожнинами та кришкою, встановленою на полицях ребер жорсткості вказаної льодової загороди, при цьому в порожнині циркуляції теплоносія, вздовж потоку встановлені тепловіддачі елементи, жорстко закріплені до стінки загороди. Поставлена задача вирішується також тим, що вказані тепловіддаючі елементи виконані з пластин, розташованих вздовж потоку теплоносія. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак винаходу, що заявляється, та технічним результатом, що досягається, полягає в наступному: Виконання пристрою для тепловіддачі та циркуляції теплоносія у вигляді каналів, розташованих в просторі між ребрами жорсткості стінок льодової загороди та створеними не менш ніж двома герметичними порожнинами, одна з яких призначена для циркуляції теплоносія, а інша - для повітряної ізоляції, причому порожнина для циркуляції теплоносія прилягає до внутрішньої поверхні стінки льодової загороди, а порожнина повітряної ізоляції створена суміжною перегородкою між обома порожнинами та кришкою, встановленою на полицях ребер жорсткості вказаної льодової загороди, при цьому в порожнині циркуляції теплоносія, вздовж потоку встановлені тепловіддачі елементи, жорстко закріплені до стінки загороди, дозволяє зробити конструкцію морської льодостійкої платформи більш надійною та безпечною при експлуатації в льодових умовах шляхом збільшення кількості тепла, що передається до стінки загороди, яка взаємодіє з льодом, за рахунок чого підвищується температура стінки та збільшується швидкість підплавлення льоду. У винаході, що заявляється, коефіцієнт тепловіддачі від середовища, що циркулює в порожнинах каналів, суміжних з внутрішньою поверхнею стінки загороди, збільшується за рахунок наявності швидкісного потоку тепловіддаючого середовища, а також за рахунок скорочення некорисних втрат тепла в зовнішній простір та збільшення тепловіддаючої поверхні в зоні контакту з льодом. На фігурі 1 показано приклад конструктивного вирішення морської льодостійкої платформи, що заявляється; На фіг.2 - вузол А фіг.1; На фіг.3 - вузол Б фіг.2; На фіг.4 - вузол В фіг.3; На фіг.5 - переріз Г-Г фіг.3; На фіг.6 показана принципова схема циркуляції теплоносія. Морська льодостійка платформа 1 містить опорну основу 2 з колоною 3 та верхню споруду 4, а також, що встановлена на платформі 1 в зоні дії льоду. Льодова загорода 5 містить стінку 6 з набором ребер жорсткості 7 і пристрій для тепловіддачі та циркуляції теплоносія. Для підвищення надійності та безпеки експлуатації платформи в льодових умовах пристрій для тепловіддачі та циркуляції теплоносія містить канали 8 для циркуляції теплоносія у вигляді герметичних порожнин, що змонтовані у просторі між ребрами 7 та прилеглими до стінки 6, та канали 9 для повітряної ізоляції, у вигляді герметичних порожнин, що створені суміжними з каналами 8 перегородками 10 та кришками 11, встановленими на полицях 12 ребер 7 жорсткого набору. В порожнині каналів 8 циркуляції теплоносія вздовж потоку теплоносія встановлені тепловіддаючі елементи 13, що жорстко закріплені до внутрішньої поверхні 14 стінки 6 льодової загороди 5. Боковые поверхні 15 та 16 тепловіддаючих елементів 13 знаходяться в одній порожнині кожного з каналів 8. Тепловіддачі елементи 13 виконані з пластин зі скосами кромок 17 та 18, розташованих вздовж потоку теплоносія. Порожнини каналів 8 на вході сполучаються трубопроводами 19 через клапани 20, вхідний розподільчий колектор 21 та трубопровід 22 з напірним трубопроводом 23 подачі гарячої пластової води через клапан 24 або через клапан 25 з напірним трубопроводом 26 системи опалення морської платформи 1. Порожнини каналів 8 на виході сполучаються трубопроводами 27 через клапани 28, вихідний розподільчий колектор 29 та трубопровід 30 з трубопроводом 34 повернення теплоносія в систему опалення морської платформи 1. В період посування льоду та при наявності на морській платформі 1 гарячої пластової води (відсепарований продукт свердловини) відкривають клапани 32, 28, 20 та 24. При цьому гаряча пластова вода від напірного трубопроводу 23 поступає через клапан 24 по трубопроводу 22 через вхідний розподільчий колектор 21, клапани 20 та трубопроводи 19 до порожнин каналів 8 для циркуляції теплоносія, де, віддавши своє тепло, виходить по трубопроводам 27 через клапани 28, вихідний розподільчий колектор 29, трубопровід 30 та клапан 32 до трубопроводу 31 виходу пластової води. При відсутності гарячої пластової води (в початковий період буріння чи на стоянках) відкривають клапани 25, 33 та закривають клапан 32. При цьому гріючий теплоносій системи опалювання морської платформи 1 надходить по трубопроводу 26 через клапан 25 по трубопроводу 22 і далі аналогічно проходу гарячої пластової води до порожнин каналів 8, де, віддавши своє тепло, виходить також аналогічно проходу гарячої пластової води через клапан 33 до трубопроводу 34 повернення теплоносія в систему опалення морської платформи 1. Проходячи через порожнини каналів 8 з певною швидкістю, зігріваючий теплоносій віддає тепло як внутрішній поверхні 14 стінки 6, так і боковим поверхням 15 та 16 тепловіддаючих елементів 13, від яких, в силу високої теплопровідності металу, тепло передається до стінки 6 через жорстко закріплені до неї тепловіддачі елементи 13. У зв'язку з тим, що теплопровідність повітря, яке знаходиться в порожнині каналу 9, приблизно в 2000 раз менша теплопровідності металу, передача тепла від теплоносія в порожнині каналу 9 через перегородку 10, порожнину повітряної ізоляції каналу 9 та кришку 11 до зовнішнього середовища (забортної води. зовнішнього повітря) занадто мала у порівнянні з передачею тепла через товщину металевої стінки 6 льодової загороди 5. При цьому товщина шару повітря в порожнині каналу 9 в кілька разів більше, ніж товщина металевої стінки 6 льодової загороди платформи 1. Згідно з попередніми розрахунками, некорисна втрата тепла в навколишній простір через порожнини повітряної ізоляції каналів 9 складає не більше 0,1 % від кількості підведеного тепла, що не виявляється в зниженні температури теплоносія, що циркулює в порожнинах каналів 8 та відповідно стінки 6 морської платформи 1. Стінка 6 льодової загорожі 5 в зоні взаємодії льоду із-за наявності швидкісного потоку теплоносія через прилягаючі до стінки 6 порожнини каналу 8 та жорстко закріплені до цієї ж стінки тепловіддачі елементи 13 сприймає тепло як безпосередньо від своєї внутрішньої поверхні 14, так і від бокових поверхонь 15 та 16 тепловіддаючих елементів 13, завдяки чому збільшується загальна кількість тепла, що віддається стінці 6, та її температура. Крім цього, за рахунок установки тепловіддаючих елементів 13 зі скосами кромок 17 та 18 створюється турбулентність потоку теплоносія, що сприяє також більш високому коефіцієнту тепловіддачі та збільшенню кількості тепла, що віддається стінці 6. За рахунок збільшеної кількості тепла, що передається до внутрішньої поверхні 14 стінки 6, забезпечується більш висока її температура, що сприяє підвищенню швидкості розплавлений контактного шару льоду, та запобігає припаю льоду до стінки 6 морської загороди 5. Таким чином, винахід, що заявляється, дозволяє суттєво підвищити надійність та безпеку експлуатації платформи шляхом підвищення температури стінки льодової загороди і, тим самим, збільшення швидкості підплавлення шару льоду в зоні його взаємодії з платформою.