stringtranslate.com

Динамическое позиционирование

Судно поддержки бурения на шельфе Toisa Perseus , на заднем плане — глубоководное буровое судно пятого поколения Discoverer Enterprise , над нефтяным месторождением Thunder Horse . Оба судна оснащены системами DP.

Динамическое позиционирование ( DP ) — это управляемая компьютером система для автоматического поддержания положения и курса судна с помощью собственных винтов и подруливающих устройств. Датчики положения, в сочетании с датчиками ветра, датчиками движения и гирокомпасами , предоставляют компьютеру информацию о положении судна, а также величине и направлении воздействий окружающей среды, влияющих на его положение. Примерами типов судов, использующих DP, являются корабли и полупогружные мобильные буровые установки (MODU), океанографические исследовательские суда, суда-кабелеукладчики и круизные лайнеры .

Компьютерная программа содержит математическую модель судна, которая включает информацию, касающуюся сопротивления ветра и течения судна, а также расположения движителей. Эти знания в сочетании с информацией датчиков позволяют компьютеру рассчитать требуемый угол поворота и выход движителя для каждого движителя. Это позволяет проводить операции в море, где швартовка или постановка на якорь невозможны из-за большой глубины, заторов на морском дне (трубопроводы, шаблоны) или других проблем.

Динамическое позиционирование может быть абсолютным, когда положение фиксируется в фиксированной точке над дном, или относительно движущегося объекта, например, другого корабля или подводного транспортного средства. Можно также расположить корабль под благоприятным углом к ​​ветру, волнам и течению, что называется «ветерванинг».

Динамическое позиционирование используется во многих оффшорных нефтяных отраслях, например, в Северном море , Персидском заливе , Мексиканском заливе , Западной Африке и у берегов Бразилии . В настоящее время насчитывается более 1800 судов DP. [1]

История

Динамическое позиционирование началось в 1960-х годах для морского бурения . С перемещением бурения на все более глубокие воды самоподъемные баржи больше не могли использоваться, а постановка на якорь в глубокой воде была неэкономичной.

В рамках проекта Mohole в 1961 году буровое судно Cuss 1 было оснащено четырьмя управляемыми винтами. Проект Mohole пытался пробурить Мохо , что требовало решения для глубоководного бурения. Удалось удержать судно на месте над скважиной у берегов Ла-Хойи , Калифорния, на глубине 948 метров.

После этого у берегов Гваделупе , Мексика, было пробурено пять скважин, самая глубокая из которых находилась на глубине 183 м (601 фут) ниже морского дна на глубине 3500 м (11700 футов), сохраняя при этом позицию в радиусе 180 метров. Местоположение судна определялось с помощью радара, определяющего дальность до буев, и сонара, определяющего дальность до подводных маяков.

В то время как Cuss 1 удерживался на месте вручную, позднее в том же году Shell спустила на воду буровое судно Eureka , имевшее аналоговую систему управления, соединенную с натянутым тросом, что сделало его первым настоящим судном DP. [2]

Хотя первые суда DP имели аналоговые контроллеры и не имели избыточности, с тех пор были сделаны огромные улучшения. Кроме того, DP в настоящее время используется не только в нефтяной промышленности, но и на различных других типах судов. Кроме того, DP больше не ограничивается поддержанием фиксированного положения. Одной из возможностей является плавание по точному маршруту, полезному для укладки кабеля , труб, обследования и других задач.

Сравнение вариантов удержания позиции

Другие методы удержания позиции — использование якорной стоянки и использование самоподъемной баржи. Все они имеют свои преимущества и недостатки.

Хотя все методы имеют свои преимущества, динамическое позиционирование сделало возможным выполнение многих операций, которые ранее были невозможны.

Расходы снижаются благодаря новым и более дешевым технологиям, а преимущества становятся все более убедительными, поскольку оффшорные работы проникают все глубже в воду, а окружающей среде (кораллам) уделяется больше внимания. Благодаря контейнерным операциям переполненные порты могут стать более эффективными за счет более быстрых и точных методов швартовки. Эксплуатация круизных судов выигрывает от более быстрой швартовки и неякорных «швартовок» у берегов или недоступных портов.

Приложения

SBX в процессе

Важные приложения включают в себя:

Объем

Можно считать, что корабль имеет шесть степеней свободы в своем движении, то есть он может поступательно перемещаться и вращаться вокруг трех перпендикулярных осей.

Три из них связаны с переводом :

и три других вращения :

Динамическое позиционирование в первую очередь касается управления судном в горизонтальной плоскости , т. е. перемещения по двум горизонтальным осям (волнение и качка) и вращения по вертикальной оси (рыскание).

Требования

Для судна, которое будет использоваться для ДП, требуется:

Для большинства приложений системы отсчета положения и элементы тяги должны быть тщательно рассмотрены при проектировании судна DP. В частности, для хорошего контроля положения в неблагоприятных погодных условиях тяговая способность судна по трем осям должна быть адекватной.

Поддержание фиксированного положения особенно сложно в полярных условиях, поскольку ледовые силы могут быстро меняться. Судовые системы обнаружения и смягчения ледовых явлений недостаточно развиты для прогнозирования этих сил, но могут быть предпочтительнее датчиков, размещаемых вертолетом . [3]

Системы позиционирования

Существует несколько способов определения местоположения судна в море. Большинство традиционных методов, используемых для навигации судов, недостаточно точны для некоторых современных требований. По этой причине за последние десятилетия было разработано несколько систем позиционирования . Производители систем DP: Marine Technologies LLC, Kongsberg Maritime , Navis Engineering Oy, GE , SIREHNA, Wärtsilä (бывший L-3), MT-div. Chouest, [ проверить написание ] Rolls-Royce plc , Praxis Automation Technology, Brunvoll AS. Термин «цифровой якорь» использовался для описания таких динамических систем позиционирования. [4] . Применение и доступность зависят от типа работы и глубины воды. Наиболее распространенными системами отсчета положения (PRS) и системами измерения положения (PME) являются:

Спутник GPS на орбите
Легкая натянутая проволока на HOS Achiever

Системы управления заголовком

Более продвинутые методы:

Другие датчики

Помимо положения и курса, в систему DP через датчики поступают и другие переменные :

Системы управления

Структурная схема системы управления

В начале использовались ПИД-регуляторы , и сегодня они все еще используются в более простых системах DP. Но современные контроллеры используют математическую модель корабля, которая основана на гидродинамическом и аэродинамическом описании, касающемся некоторых характеристик корабля, таких как масса и сопротивление . Конечно, эта модель не совсем верна. Положение и курс корабля вводятся в систему и сравниваются с прогнозом, сделанным моделью. Эта разница используется для обновления модели с использованием метода фильтрации Калмана . По этой причине модель также имеет входные данные от датчиков ветра и обратную связь от двигателей. Этот метод даже позволяет не иметь входных данных от какой-либо PRS в течение некоторого времени, в зависимости от качества модели и погоды. Этот процесс известен как счисление пути .

Точность и достоверность различных PRS не одинаковы. В то время как DGPS имеет высокую точность и достоверность, USBL может иметь гораздо более низкую точность. По этой причине PRS взвешиваются. На основе дисперсии PRS получает вес от 0 до 1.

Силовые и двигательные системы

Североморский гигант

Для поддержания положения используются азимутальные подруливающие устройства (электрические, L-привод или Z-привод ) , носовые подруливающие устройства , кормовые подруливающие устройства, водометы , рули и гребные винты . Суда DP обычно, по крайней мере, частично дизель-электрические , поскольку это обеспечивает более гибкую настройку и лучше справляется с большими изменениями в потреблении электроэнергии, типичными для операций DP. Эти колебания могут быть подходящими для гибридной работы . Судно снабжения платформ, работающее на СПГ, начало работу в 2016 году с аккумулятором 653 кВт·ч/1600 кВт, действующим в качестве вращающегося резерва во время DP2, что позволяет экономить 15–30 % топлива. [11] 154-метровый North Sea Giant объединил 3 силовых агрегата, распределительные щиты и 2 МВт·ч аккумулятора для работы в DP3, используя только один двигатель, [12] [13] поддерживая нагрузку двигателя от 60 % до 80 %. [14]

Настройка зависит от класса DP судна. Класс 1 может быть относительно простым, тогда как система судна Класса 3 довольно сложна. На судах Класса 2 и 3 все компьютеры и справочные системы должны питаться через ИБП .

Требования Международной морской организации к классу

На основании публикации ИМО (Международной морской организации) 645 [15] классификационные общества выпустили правила для судов с динамическим позиционированием, описываемых как Класс 1, Класс 2 и Класс 3.

Классификационные общества имеют свои собственные обозначения классов:

Правила DNV 2011 Pt6 Ch7 ввели серию классификации «DPS» для конкуренции с серией «DPS» ABS.

Руководящие принципы Норвежского морского управления

В то время как ИМО оставляет решение о том, какой класс применяется к какому виду операции, оператору судна DP и его клиенту, Норвежское морское управление (NMA) указало, какой класс следует использовать в отношении риска операции. В Руководящих принципах и примечаниях NMA № 28, приложение A определены четыре класса:

Исходя из этого, для каждой операции указывается тип судна:

Отказ

Потеря позиции, также известная как сток, может представлять угрозу для безопасной работы и окружающей среды, включая возможную потерю жизни, травму, ущерб имуществу или окружающей среде, а также потерю репутации и времени. Записи об инцидентах показывают, что даже суда с избыточными системами динамического позиционирования подвержены случайной потере позиции, что может быть вызвано человеческой ошибкой, процедурным сбоем, сбоями системы динамического позиционирования или плохой конструкцией. [16]

Сбой динамического позиционирования приводит к невозможности поддержания положения или управления направлением и может быть вызван дрейфом, вызванным недостаточной тягой, или смещением, вызванным ненадлежащей тягой. [16]

Сигнализация динамического позиционирования и реакция на выбег для водолазов

Базовый ответ с закрытым колоколом похож на мокрый колокол, но после укладки шлангокабелей люк будет запечатан, чтобы внутреннее давление могло быть сохранено. Колокол будет восстановлен как можно быстрее в красной тревоге и может быть восстановлен, если есть сомнения, что желтая тревога будет понижена. [19]

Избыточность

Резервирование - это способность выдерживать в режиме DP потерю оборудования, находящегося в сети, без потери позиции или направления. Единичный отказ может быть, среди прочего:

Для некоторых операций избыточность не требуется. Например, если исследовательское судно теряет способность DP, то обычно нет риска повреждения или травм. Такие операции обычно выполняются в классе 1.

Для других операций, таких как погружение и подъем тяжестей, существует риск повреждения или травм. В зависимости от риска операция выполняется в классе 2 или 3. Это означает, что следует выбрать не менее трех систем отсчета положения. Это позволяет реализовать принцип логики голосования, чтобы можно было найти неисправную PRS. По этой причине на судах класса 3 также есть три компьютера управления DP, три гирокомпаса, три MRU и три датчика ветра. Если возникает одна неисправность, которая ставит под угрозу избыточность, т. е. отказ двигателя, генератора или PRS, и это не может быть устранено немедленно, операцию следует прекратить как можно быстрее.

Для достаточной избыточности достаточное количество генераторов и двигателей должно быть в сети, чтобы отказ одного из них не привел к потере позиции. Это остается на усмотрение оператора DP. Для классов 2 и 3 в систему должен быть включен анализ последствий, чтобы помочь DPO в этом процессе.

Избыточность судна DP должна оцениваться с помощью анализа характера и последствий отказов (FMEA) и подтверждаться испытаниями FMEA. [20] Кроме того, проводятся ежегодные испытания, и обычно перед каждым проектом завершаются функциональные испытания DP.

Оператор ДП

Оператор DP (DPO) оценивает, достаточно ли избыточности в любой момент операции. IMO выпустила MSC/Circ.738 (Руководство по обучению операторов систем динамического позиционирования (DP)) 24-06-1996. Это относится к IMCA (Международная ассоциация морских подрядчиков) M 117 [21] как к приемлемому стандарту.

Чтобы получить квалификацию оператора DP, необходимо пройти следующий путь:

  1. Вводный курс DP + Онлайн-экзамен
  2. минимум 60 дней морского опыта по программе DP
  3. Продвинутый курс DP + онлайн-экзамен
  4. минимум 60 дней несения вахты на судне DP
  5. заявление о пригодности от капитана судна DP

При несении вахты на судне DP класса 1 выдается ограниченный сертификат; в противном случае выдается полный сертификат.

Схемой обучения и сертификации DP управляет Морской институт (NI). NI выдает судовые журналы стажерам, аккредитует учебные центры и контролирует выдачу сертификатов.

С ростом числа судов DP и ростом потребностей в рабочей силе позиция DPO становится все более значимой. Этот меняющийся ландшафт привел к созданию Международной ассоциации операторов динамического позиционирования (IDPOA) в 2009 году. www.dpoperators.org

Членами IDPOA являются сертифицированные специалисты по защите данных, имеющие право на получение стипендии (fDPO), в то время как членами (mDPO) являются лица, имеющие опыт работы в качестве специалистов по защите данных или уже работающие в рамках схемы сертификации специалистов по защите данных.

Международная ассоциация морских подрядчиков

Международная ассоциация морских подрядчиков была образована в апреле 1995 года в результате слияния Ассоциации владельцев судов динамического позиционирования, основанной в 1990 году, и Международной ассоциации подрядчиков по морским водолазным работам, основанной в 1972 году. [22]

Хотя он начинался со сбора и анализа инцидентов DP, [23] с тех пор он выпустил публикации по различным темам для улучшения стандартов для систем DP. Он также работает с IMO и другими регулирующими органами.

Комитет по динамическому позиционированию Общества морских технологий

Миссия Комитета по динамическому позиционированию (DP) Общества морских технологий заключается в содействии безаварийным операциям DP посредством обмена знаниями. Этот комитет преданных своему делу волонтеров приносит пользу сообществу DP, состоящему из владельцев судов, операторов, обществ морских классификаций, инженеров и регулирующих органов, посредством ежегодной конференции DP, тематических семинаров и обширного набора руководящих документов, охватывающих философию проектирования DP, операции DP и профессиональное развитие персонала DP. Кроме того, растущий набор уникальных документов, называемых TECHOP, посвящен конкретным темам, представляющим значительный интерес и влияние. Материалы конференции доступны для скачивания общественностью, что обеспечивает наиболее полный единый источник технических документов отрасли DP, доступных где-либо.

Руководящие документы DP, опубликованные Комитетом MTS DP, предназначены для распространения знаний, методов и уникальных инструментов, помогающих сообществу DP в достижении безаварийных операций DP. Документы можно бесплатно загрузить с веб-сайта Комитета http://dynamic-positioning.com

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Что такое динамическое позиционирование?". Морской институт. Архивировано из оригинала 2013-01-25 . Получено 2013-01-24 .
  2. ^ ab Введение в динамическое позиционирование Архивировано 2010-06-26 на Wayback Machine
  3. ^ Уолден, Грета (февраль 2017 г.). «Forskning: Dynamisk Posisjonering для Arktis: Система самых сложных операций и экстремальных условий». Технический Укеблад . Проверено 2 февраля 2017 г.
  4. ^ "Реклама от Mercury Marine" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2015-05-22 . Получено 2015-05-22 .
  5. ^ "IMCA M 141, Руководство по использованию DGPS в качестве опорного положения в системах управления DP". Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков. Октябрь 1997 г.
  6. ^ "Система Veripos DP может быть установлена ​​с несколькими системами дополнения, а также с поддержкой ГЛОНАСС, они могут отключить любой спутник или службу с помощью поправок Ultra, полученных по каналам Spotbeam или Inmarsat". Архивировано из оригинала 25.05.2006.
  7. ^ "IMCA M 151, Основные принципы и использование гидроакустических систем определения местоположения в условиях шельфа". Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков.
  8. ^ «IMCA M 170, Обзор морских лазерных систем позиционирования».
  9. ^ «IMCA M 174, Обзор системы позиционирования Artemis Mk V». Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков.
  10. ^ «Система относительного позиционирования RADius» . Консберг Группен. 15 августа 2011 г.
  11. ^ Стенсволд, Торе (11 октября 2016 г.). «Первая информация: ее аккумулятор заменил двигатель и критическую ситуацию». Технический Укеблад . Техниск Укеблад Медиа АС . Проверено 11 октября 2016 г.
  12. ^ Стенсволд, Торе (14 марта 2018 г.). «Et avverdens mest avanserte Skip er bygget om: Sparer 30 prosent Drivstoff med batteri». Ту.но (на норвежском языке). Технический Укеблад . Проверено 31 марта 2019 г.
  13. ^ "The Motorship | Гигантский аккумуляторный форсаж для судоходства в Северном море". www.motorship.com . Получено 31 марта 2019 г. .
  14. Фёрде, Томас (31 мая 2019 г.). «Этот запасной вариант и сокращение выбросов CO2 с использованием аккумуляторной системы». Ту.но (на норвежском языке). Технический Укеблад .
  15. ^ "IMO MSC/Circ.645, Руководство для судов с системами динамического позиционирования" (PDF) . 6 июня 1994 г. Архивировано из оригинала (PDF) 2007-06-10.
  16. ^ abc Кастро, Александр (13–14 октября 2015 г.). Аварийные учения DP (PDF) . Конференция по динамическому позиционированию. Хьюстон: Общество морских технологий.
  17. ^ Администратор CADC (31 октября 2012 г.). «Динамически позиционируемый сброс судна / Разрыв шлангокабеля водолаза». Канадская ассоциация водолазных подрядчиков . Получено 29 ноября 2018 г.
  18. ^ ab Руководство для руководителей водолазных работ IMCA D 022, глава 11 Водолазные работы с использованием воздуха, подаваемого с поверхности, раздел 8 Планы действий в чрезвычайных ситуациях и непредвиденных обстоятельствах
  19. ^ Руководство для руководителей водолазных работ IMCA D 022, глава 13. Водолазные работы в закрытых колоколах, раздел 10. Планы действий в чрезвычайных ситуациях и непредвиденных обстоятельствах
  20. ^ "IMCA M 166, Руководство по анализу видов и последствий отказов (FMEA)". Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков.
  21. ^ «IMCA M 117, Обучение и опыт ключевого персонала DP». Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков.
  22. ^ "Dynamiv positioning - A brief IMCA History" (PDF) . Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков. Архивировано из оригинала (PDF) 2006-03-11.
  23. ^ "IMCA M 181, Анализ данных об инцидентах, связанных с удержанием судов на плаву, 1994-2003". Лондон: Международная ассоциация морских подрядчиков.

Источники

Внешние ссылки