CC BY
6
Luskin Grigory Gennadievich, general director, ggluskin@mail.com , Russia, Tula region, Novomoskovsk, LLC "Roscontract",
Ambartsumov Dmitry Alexandrovich, director, 5022359@gmail.com , Russia, Moscow, "NPP "Ruskhimsintez"LLC
Reference
1. Kotlov V.F., Yudina R.N. Conceptual modeling of the geological environment based on system representations // Engineering geology. 1991. No. 1. pp. 132-143.
2. Arnu M. Theoretical foundations of the interaction of man and the geological environment // Collection of scientific tr. 27th International. geol. Congress. Engineering. geology. M.: Nauka, 1984. pp. 3-7.
3. Korolev V.A. Monitoring of the geological environment: textbook / Edited by V.T. Trofimov. M.: Publishing House of Moscow State University, 1995. 272 p.
4. Ziling D.S. Assessment of regional changes in the geological environment of platform territories caused by the activities of mining enterprises // Engineering Geology today: theory, practice, problems / Edited by E.M. Sergeev, V.T. Trofimov. M.: Publishing House of Moscow State University, 1988. pp. 268-281.
5. Trofimov V.T., Korolev V.A., Gerasimova A.S. Classification of technogenic impacts on the geological environment // Geoecology. 1995. No. 5. pp. 96-107.
6. Gulan E.A. Typification of the effects of ore-enrichment waste accumulators on the components of the natural environment // Bulletin of the Peoples' Friendship University of Russia. Ser. Engineering research. 2006. No. 1. pp. 136-139.
7. Kosolapov O.V. Typification of the impacts exerted on the environment during the development of mineral deposits // Izvestiya Ural State Mining University. 2014. No.2(34). pp. 54-60.
8. Ivanov A.N., Ignatieva M.N. Typology of impacts - a necessary stage in the assessment of economic damage // Collection of scientific tr. Ecological and technosphere safety of mining regions. VII International scientific and practical conference. Yekaterinburg, April 09, 2019. Esa-Edinburgh: Ural State Mining University, 2019. pp. 300-305.
9. Kachurin N.M., Levkin N.D., Komissarov M.S. Geoecological problems of coalmining regions: monograph. Tula: TulSU Publishing House, 2011. 560 p.
10. Levkin N.D. Assessment of the geoecological situation and ways to reduce environmental destruction in coal-mining industrial regions: dis. ... doctor of technical sciences. Tula, 2011. 234 p.
УДК: 622.276: 629.127
О БЕЗОПАСНОМ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ПОДВОДНОГО ЧЕЛНОЧНОГО ТАНКЕРА УГЛЕВОДОРОДОВ
Андреас Лукас Халворсен, Н.А. Еремин
Излагаются результаты исследования «Обеспечение системы контроля за траекторией движения подводного челночного танкера углеводородов». Цель работы - исследование безопасного функционирования подводного челночного танкера (Subsea
Shuttle Tanker, SST) при подъемах и погружениях в безаврийной эксплуатационной зоне (Safety Operating Envelope, SOE). Проведен анализ научно-технической литературы об устройстве подводных челночных танкеров, условий их эксплуатации внутри безопасной эксплуатационной зоны, в том числе при аварийных ситуациях. Рассмотрены сценарии возможных чрезвычайных ситуаций.
Ключевые слова: безопасность, подводный челночный танкер, углеводороды, опасности, аварийные ситуации, затопление, падение на глубину, ограничения на маневрирование, дифферентовка.
Введение
Трубопроводы соединяют плавучие буровые установки на море с береговой инфраструктурой при добыче большинства видов нефти и газа [1]. С тех пор как во время Второй мировой войны в Великобритании под водой был проложен первый трубопровод, технологии прокладки подводных трубопроводов значительно улучшились и в настоящее время считаются устоявшейся технологией [2]. Основным недостатком метода трубопроводной транспортировки нефти является стоимость прокладки, поскольку она может быть чрезвычайно высокой для удаленных от берега газовых и нефтяных месторождений. Глубоководные инспекции трубопроводов - сложный и дорогостоящий процесс. Для обслуживания и ремонта подводного трубопровода регулярно требуется полное или частичное его отключение, что является экономически невыгодно. Глубоководный трубопроводный транспорт лучше подходит для уникальных месторождений углеводородов с высокими показателями экономической эффективности [3]. Использование подводных трубопроводов на одном удаленном месторождении со средними запасами углеводородов экономически нерентабельно. В качестве альтернативы предлагается использовать подводные челночные танкеры [4, 27]. Танкерное судно является очень адаптируемым вариантом, который можно применять в различных условиях. Развертывание резервного танкера в случае поломки судна не составит труда. Челночный танкер - это плавучая конструкция, испытывающая значительные динамические нагрузки. Его эксплуатация очень зависит от погоды, и невозможна в условиях неспокойного моря. Компания Equinor [5] представила базовый проект подводного челночного танкера Subsea Shuttle Tanker (SST) грузоподъемностью 34 000 тонн. Этот проект сочетает в себе адаптивность и экономичность челночного танкера с возможностью работать под водой независимо от погодных условий. Концепция использования подводных транспортных средств для коммерческих перевозок была впервые выдвинута Якобсеном [6] и Тейлором и др. [7] в 1970-х годах. Было предложено использовать атомные подводные лодки различных размеров (дедвейтом от 20 000 до 420 000 тонн) для транспортировки арктической сырой нефти. В 1980-х годах были представлены два огромных проекта подводных арктических танкеров СПГ: атомный вариант с дедвейтом 660 800 тонн и неатомный вариант с
дедвейтом 727 400 тонн по проекту Якобсена и др. [8]. Многоцелевая подводная лодка дедвейтом 3500 тонн для выполнения различных подводных задач, включая обслуживание, ремонт, установку и инспекцию на глубине до 1500 м в Арктике, была недавно представлена Брандтом и другими [9]. Эллингсен и другие [10] предложили решение для перевозки грузов: подводный "грузовой поезд", состоящий из связанных между собой цистерн, с автономными двигательными установками, которые могут быть размещены в носовой или кормовой части судна. Высокоэффективный огромный подводный транспортный планер - еще одна идея, предложенная Эллингсеном и другими [10]. Массивные гидродинамические крылья этого подводного глайдера предназначались для размещения цистерн с углеводородами. Ксинг и другие [11] развили эту идею, предложив подводный грузовой глайдер грузоподъемностью 1500 тонн с предполагаемым средним энергопотреблением менее 10 кВт. Упомянутые ранее работы не вышли за рамки предложений по концептуальному проектированию. Чтобы восполнить этот пробел, Ма и др. [26] определили стандартный проект подводного челночного танкера, который включает в себя всесторонние глобальные стандарты проектирования. Основной целью подводного челночного танкера транспортировка сжиженного CO2 с морских или береговых объектов к подводным скважинам для непосредственной закачки в места его подземного хранения. На рис. 1 показано его местоположение по отношению к морским цепочкам поставок для улавливания и хранения углерода (CCS или УХУ). Базовый подводный танкер предназначен для использования в норвежском секторе, где Sleipner, Utgard и Sn0hvit - три активных проекта CCS или УХУ [12]. В рамках этих инициатив CO2, образующийся при добыче углеводородов, улавливается и закачивается обратно в пласт. Наряду с этими тремя активными инициативами, проект "Северное сияние" Equinor ASA [13], который предполагается ввести в эксплуатацию в 2024 году, будет транспортировать CO2, произведенный в результате наземной промышленной деятельности, не связанной с добычей нефти, на месторождение Тролль для закачки в пласт. На рис. 2 показано расположение различных проектов CCS или УХУ. Эти норвежские месторождения были выбраны потому, что в настоящее время они используются для хранения CCS или УХУ и могут соответствовать критериям миссии. Подводный челночный танкер может быть создан для функционирования во многих местах по всему миру с различными требованиями. Хотя CO2 является предполагаемой полезной нагрузкой, танкер может перевозить и другие виды грузов, включая подводное оборудование, углеводороды и электроэнергию (с помощью батарей). Существуют различные стратегии для применения подводного челночного танкера для решения проблемы выброса углерода в атмосферу. Подводный челночный танкер полностью работает на электричестве и не выбрасывает
в атмосферу вредных веществ, что обеспечивает экологическую устойчивость судоходства.
Рис. 1. Производственный цикл улавливания - сжатия - хранения челночного транспорта - подводной закачк - захоронения СО2 (расширенный CCS или УХУ) с подводно-челночной транспортировкой
(SST)
Snohvit (2008) I40km
250-345 m • 700.000 tonnes
Troll (2024) 65 km _ 300-330 m 1.5 million tonnes
Sleipner (l 996) & Utgard (2019)
250 km 80-120 m
1 million tonnes (Sleipner)
Field name (CCS starting date)
Distance to coast Depth
Annual storage capacity
Рис. 2. Текущие и планируемые места хранения CCS или УХУ в норвежском секторе [12] [13]. Безопасность эксплуатации подводного челночного танкера (SST)
В настоящее время 3,3 % выбросов CO2 приходится на судоходство [14]. При этом большая часть углекислого газа, выделяемого в результате промышленных процессов, может быть собрана и сохранена [15]. Любой экономически эффективный подход, который может увеличить объем хранения CCS или УХУ в глобальном масштабе, необходим для снижения преувеличенной тенденции повышения средней глобальной температуры. Ожидается, что тенденция роста потребления энергии в мире, которая приведет к удвоению уровня углекислого газа в атмосфере в 2100 году по сравнению с уровнем 1960 года, усугубит эту ситуацию [16].
Аварии, связанные с подводным челночными танкерами, могут привести к ряду проблем: потере судна, утечку CO2 или углеводородов, повреждению морских установок или даже травмы третьих лиц. Эти последствия повлекут за собой потерю имущества, нанесение ущерба окружающей среде и гибель людей. При проектировании операций подводного челночного танкера безопасность стоит на первом месте. Для обеспечения безопасности используются Требования к безопасному рабочему диапазону (Safety Operating Envelope, SOE). Безопасный рабочий диапазон системы определяется набором ограничений на передвижение. Требования к безопасному рабочему диапазону и ограничения маневренности зависят от конкретного подводного челночного танкера. Требования к безопасному рабочему диапазону использовались для нескольких типов подводных судов [17], и для оценки их эксплуатационной безопасности [10].
Нормативная документация для подводного челночного танкера была создана на основе опыта, полученного на военно-морских подводных лодках. Самый последний стандарт - кодекс подводных лодок ВМС от норвежского классификационного общества Det Norske Veritas (DNV) [19]. Чтобы гарантировать, что подводные лодки смогут пережить любую вероятную поломку, требования к безопасному рабочему диапазону устанавливает ограничения на маневры. Марчант и Кимбер [20] в 2014 году заявили, что существует два метода представления безопасного рабочего диапазона: первый - через безопасное маневрирование, которое показывает пределы безопасности для начальных условий дифферентовки; а второй - через диаграммы ограничения маневрирования, которые показывают пределы безопасности для угла тангажа плоскости управления кормой.
Исследования по аварийному подъему 150-тонной подводной лодки были проведены в 1966 году Гиддингсом и Луисом [21]. Подводная лодка INS Dakar израильского флота понесла 69 жертв [22] в 1968 году из-за блокировки кормовой плоскости, которая привела к погружению на глубину, превышающую глубину разрушения корпуса. Burcher и Rydill [23] исследовали, как Требования к безопасному рабочему диапазону влияют на конструкцию подводных судов, и обнаружили, что она оказывает
существенное влияние на динамику и системы управления подводных лодок. Анализ влияния расположения кормовой плоскости управления, проведенный британской оборонной технологической компанией QinetiQ, который показал, что наиболее выгодной конструкцией является Х-образная кормовая компоновка. Парк и Ким [24] [25] изучили глубинные характеристики подводных судов и сконструировали систему защиты в соответствии с Требованиями к безопасному рабочему диапазону во время заклинивания кормовой плоскости управления.
Иллюстрация безопасной рабочей зоны подводного челночного танкера показана на рис. 3 в виде графика зависимости глубины погружения от скорости всплытия. Эта иллюстрация показывает способность подводного челночного танкера пережить чрезвычайные ситуации, такие как затопление отсеков или заклинивание плоскости управления. Обеспечивая достаточную маневренность подводного челночного танкера в условиях, когда происходят такие сбои, Требованиям к безопасному рабочему диапазону призваны снизить операционный риск. Всплытие подводного челночного танкера - это манёвр перехода из подводного в надводное положение. Непотопляемость подводного челночного танкера -это его способность сохранять плавучесть и необходимую остойчивость при затоплении одного или нескольких отсеков вследствие повреждения корпуса. Устойчивость подводного челночного танкера - это его способность после выведения внешним воздействием из положения равновесия, возвращаться в него после прекращения воздействия. Погружение подводного челночного танкера - это его переход из надводного в подводное путём погашения запаса плавучести за счёт заполнения цистерн главного балласта. Подводный челночный танкер -это подводное судно, способное переносить углеводороды на значительные расстояния под водой, и при этом погружаться, всплывать и длительное время находиться в подводном положении.
Иллюстрация безопасной рабочей зоны подводного челночного танкера показана на рис. 3 в виде графика зависимости глубины от скорости. Эта иллюстрация показывает способность подводного челночного танкера пережить чрезвычайные ситуации, такие как затопление отсеков или заклинивание плоскости управления. Обеспечивая достаточную маневренность подводного челночного танкера в условиях, когда происходят такие осложнения, требования к безопасному рабочему диапазону призваны снизить операционный риск. Шесть отдельных зон, составляющих операционную оболочку безопасности подводного челночного танкера, выглядят следующим образом:
Зона предотвращения заклинивания при погружении: при возникновении заклинивания плоскости управления подводного челночного танкера возникает риск превышения его номинальной глубины аварийного погружения, что может вызвать разрушение его корпуса.
Поверхность моря
I челнока-танкера
Скорость
Безопасная глубина погружения челнока-танкера
1. Зона предотвращения заклинивания при погружении
3. Неограниченная рабочая зона
5.Запретная зон I для предотвраще! ия
4. Зона ограниченной эксплуатации
затопления отс ;ков
2. 3(Ж| предотвращения заклинивания при подъеме
Номинальная или аварийная | глубина погружения
6. Запретная зона для глубины погружения |
Разрушительная глубина погружения
Глубина моря
Рис. 3. Требования к безопасной рабочей зоне функционирования подводного челночного танкера углеводородов
Зона предотвращения заклинивания при подъеме: когда происходит заклинивание плоскости управления, подводный челночный танкер подвергается опасности пробить поверхность воды или столкнуться с надводными судами.
Неограниченная рабочая зона: эта зона отличается низкой скоростью и большим запасом глубины погружения челнока-танкера. При любом угле тангажа и любом угле плоскости управления подводным челночным танкером можно просто маневрировать.
Зона ограниченной эксплуатации: эта зона отличается высокой скоростью плавания. В этой зоне у подводного челночного танкера наблюдается меньшая маневренность. В результате как угол тангажа, так и угол плоскости управления должны быть ограничены определенными значениями.
Зона предотвращения затопления отсеков: в этой зоне недостаточно подъемной силы из-за низкой скорости подводного челнока-танкера. Плавание в этой зоне подвергает подводный челночный танкер опасности затопления отсеков в случае разрушения корпуса.
Запретная зона или зона избегания погружения подводного челночного танкера ниже номинальной или аварийной глубины погружения: подводный челночный танкер плавает на глубине, превышающей номинальную или аварийную глубину погружения, и поэтому находится в зоне риска разрушения корпуса челнока.
На такие эксплуатационные особенности, как глубина и скорость, могут повлиять требования к безопасному рабочему диапазону. Требования к безопасному рабочему диапазону помогают выявить любые возможные проблемы с проектированием систем управления или гидродинамики на последней стадии проектирования подводного челночного танкера.Наиболее значительными опасностями для подводного челночного танкера являются затопление отсеков на большой глубине и нерациональное погружение. Путь к восстановлению плавучести подводного челнока-танкера лежит через использование гидродинамических сил для преодоления гидростатических. Рассматрим основные типы угроз безопасности и шаги, которые могут быть предприняты для облегчения восстановления плавучести подводного челночного танкера или аварийное восстановление. Эти две части тесно связаны друг с другом, и аварийное восстановление - это вопрос того, что стоит предусмотреть при проектировании и что предпринять при эксплуатации. Эксплуатационные факторы все еще очень важны, даже если мы сосредоточимся на аспекте проектирования.
Затопление отсеков подводного челночного танкера
Из-за типичного скромного запаса плавучести на поверхности и полного отсутствия такового под водой, предотвращение случайного затопления отсеков было заботой конструкторов подводных судов и подводников с момента их изобретения. Затопление отсеков подводного челнока - танкера может произойти в результате следующих причин: ошибочное поведение, а именно, оставление люков недостаточно задраенными, погружение на неверную глубину и т. п.; пробитие корпуса челнока в результате столкновения; неправильная конструкция блокирующих механизмов напорной границы, которые направлены на предотвращение случайного проникновения воды и отсутствием контроля качества во время строительства или реновации оборудования, используемого для измерения подводного давления. Любая из перечисленных ошибок не является критической, если подводный танкер-челнок находится на поверхности, но она может стать катастрофическим, если она возникнет под водой. Риск увеличивается с глубиной погружения подводного челнока-танкера. На максимальной глубине погружения пробоина размером в несколько сантиметров может вызвать быстрое затопление отсеков, которое может закоротить те или иные электрические приборы на судне. Продувка цистерн главного балласта для увеличения плавучести подводного челнока-танкера, является необходимым шагом в аварийном восстановлении во время затопления отсеков, где бы по длине судна это ни произошло. Большинство подводных судов осуществляет продув воздухом под высоким давлением из цистерн главного балласта. Запасенный воздух не может мгновенно опустошить цистерны, когда подлодка опустится на максимальную или аварийную глубину погружения или приблизится к ней. Вместо этого образуются воз-
душные карманы, которые могут увеличиться, когда танкер-челнок начнет подниматься на поверхность. В этом случае гидродинамика может сыграть важную роль в оказании помощи при аварийном подъеме. Из этого следует, что подводный танкер- челнок, работающий на значительных глубинах, не может позволить себе двигаться слишком медленно, и очень важно построить подводный танкер-челнок с целью сохранения его движущей силы даже в случае затопления его отсеков. Одной из главных целей должно быть ограничение количества внутренних трубопроводов, подверженных внешнему давлению моря. Любые такие внутренние системы подачи морской воды должны включать в себя клапаны корпуса с механическим приводом, которые могут быть быстро закрыты, чтобы изолировать внутреннюю поломку и уменьшить объем затопления отсеков. Поскольку отключение систем охлаждения может привести к автоматическому аварийному отключению систем выработки электроэнергии, лишая судно возможности вывести себя из затопления, алгоритм работы таких клапанов требует тщательной оценки.
Погружение на аварийную глубину
Возможность непреднамеренного погружения подводного челнока-танкера, возникает позже, чем возможность случайного затопления отсеков. Гидродинамические силы могут преувеличить гидростатические, которые в случае чрезвычайной ситуации могут быть быстро задействованы, что делает их более типичными для высокоскоростных подводных челночных танкеров как из-за более короткого периода восстановления, так и из-за способности гидродинамических сил подавить их. Случай, который считается наиболее опасным с точки зрения непреднамеренного погружения на высоких скоростях, - это заклинивание кормовых гидропланов. В отличие от непреднамеренного затопления отсеков, которое неоднократно случалось во время операций на подводных судах, имеется мало свидетельств заклинивания кормовых гидропланов в эксплуатации, но было несколько менее серьезных инцидентов, когда они теряли контакт со своим рабочим оборудованием. В ситуации с заклиниванием кормовых плоскостей следует рассматривать "максимально правдоподобную аварию". Определение того, какой аспект заклинивания является правдоподобным, является сложной задачей. Если носовые плоскости не были убраны, то заклинивание кормовой плоскости на достаточно высокой скорости челнока приведет к тому, что они сместятся, но не преодолеют кормовой управляющий момент. Это подчеркивает важность снижения скорости челнока настолько, насколько это возможно. Данный вид осложнений представляет опасность для конструкции подводного челнока-танкера.
Проблема подъема подводного челнока первую очередь вызвана высокой скоростью, и что скорость должна постепенно уменьшаться по мере погружения подводного челнока на большую глубину. Существование вышеупомянутых рисков обуславливает необходимость
предоставления операторам подводных челноков инструкций и правил относительно соответствующих действий по аварийному восстановлению, регулирующих ограничение скорости подводной судна в зависимости от ее рабочей глубины, и соответствующих ограничений на допустимые углы положения кормовой плоскости. Виды ограничений зависят от вида возможных опасностей, которые необходимо устранить. Так например, погружение на глубину требует ограничения минимальной скорости.
Заключение
Подводный челночный танкер должен быть спроектирован с использованием анализа Требований к безопасному рабочему диапазону. В последнее время было проведено много исследований по подводным челночным танкерам, чтобы убедиться, что все различные компоненты должным образом учтены для достижения надлежащего уровня безопасности. В силу этого, проектирование должно включать в себя рассмотрение различных рабочих ситуаций с подводным челночным танкером и наблюдение за тем, как подводный челночный танкер реагирует на них. Тщательный анализ таких ситуаций, в конечном итоге, позволяет улучшить проектирование подводного челночного танкера, повысить его экономическую эффективность и жизнеспособность.
Список литературы
1. Fullenbaum R., Fallon J., Flanagan B.. Oil & Natural Gas Transportation & Storage Infrastructure: Status, Trends, & Economic Benefits // Technical report. IHS Global Inc. 2013. https://www.circleofblue.org/wp-content/uploads/2014/12/API-Infrast ructure-Investment-Study.pdf.
2. Palmer A., King R. Subsea Pipeline Engineering, second ed // PennWell Corp, Oklahoma, USA. 2008.
3. Wilson J. Shuttle tankers vs pipelines in the GOM frontier // World Oil. 229 (4),2008. Р.149-151.
4. Vestereng C. Shuttle Tankers in Brazil assessed Sep 2020 from. https://www.dnv. com/expert-story/ maritime-impact/ shuttle-tankers-Brazil.html.
5. Equinor Energy AS, 2019. RD662093 Subsea Shuttle System.
6. Jacobsen L.R. Subsea Transport of Arctic Oil - A Technical and Economic Evaluation // Offshore Technology Conference, OTC-1425-MS, Houston, TX, USA, 2 May. 1971. https://doi.org/10.4043/1425-MS.
7. Taylor P., Montgomery J. Arctic Submarine Tanker System // Offshore Technology Conference. OTC-2998. Houston. TX. USA. 2 May 1977. https://doi.org/10.404 3/2998-MS.
8. Transportation of LNG from the arctic by commercial submarine // L. Jacobsen [and others ] // Marine Technology and SNAME News. 1983. 20 (4). Р. 377-384. https://doi.org/10.5957/mt1.1983.20.4.377.
9. A Multipurpose Submarine Concept for Arctic Offshore Operations / H. Brandt [and others ] // OTC Arctic Technology Conference. OTC-25501-MS, Copenhagen, Denmark. March 2015. https://doi. org/10.4043/25501-MS.
10. RD677082 Subsea Shuttle System / K.E. Ellingsen [and others ]
2020.
11. Design considerations of a subsea shuttle tanker system for liquid carbon dioxide transportation / Y. Xing [and others ] // J. Offshore Mech. Arctic Eng. 2021. 143 (4). 045001 https://doi.org/ 10.1115/1.4048926.
12. Norwegian Petroleum Directorate (NPD). Carbon Capture and Storage assessed Aug 2020 from. http: //www.norskpetroleum.no/en/ environment-and-technology/c arbon-capture-and-storage/.
13. Equinor ASA. Northern Lights CCS assessed Sep 2020 from. https://www.equinor. com/en/what-we-do/northern-lights.html.
14. Papanikolaou A. Ship Design: Methodologies of Preliminary Design. Springer,Dordrecht Heidelberg New York London. 2014.
15. Carbon Capture and Storage Association (CCSA), 2020. What Is CCS?, assessed Sep 2020 from. http://www.ccsassociation.org/what-is-ccs/.
16. International Energy Agency (IEA). Energy Technology Perspectives 2010: Scenarios and Strategies to 2050. OECD Publishing, Paris, France.
17. On the Creation of a Safe Operating Envelope for Ships / S.M. Kery [and others ] // SNAME Maritime Convention, Rhode Island, USA. 2018.
18. Safe maneuvering envelope estimation based on a physical approach / T.J.J. Lombaerts [and others ] // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference 2013. Boston, MA.
19. DNV. Rules for Classification, Naval Vessels, Part 4 Sub-surface Ships (Chapter1) Submarines. 2018.
20. Marchant P., Kimber N. Assuring the Safe Operation of Submarines with Operator Guidline // Underwater Defence Technology, Liverpool, UK. 2014.
21. Giddings A.J., Louis W.L. Overcoming submarine control-surface jams and flooding casualties // Navel Engineerings Journal. 1966. 78 (6). P. 1055-1067. https://doi.org/ 10.1111/j.1559-3584.1966.tb04132.x.
22. Tingle C. Submarine accidents a 60-year statistical assessment // Professional Safety. 2009.54 (9).
23. Burcher R., Rydill L. Concepts in Submarine Design // Cambridge University Press, Cambridge. 1994.
24. Park J.-Y., Kim N. Design of a safety operational envelope protection system for the pitch angle of a submarine // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment. 2017. 231 (2). P.441-451. https://doi.org/10.1177/1475090216644281.
25. Park J.-Y., Kim N. Design of a safety operational envelope protection system for a submarine // Ocean Engineering 2018. 148. P.602-611. https://doi.org/ 10.1016/j. oceaneng.2017.11.016.
26. Ma Y., Xing Y., Ong M.C., Hemmingsen T.H. Baseline design of a subsea shuttle tanker system for liquid carbon dioxide transportation // Ocean Engineering 2021. 240.https://doi. org/ 10.1016/j. oceaneng.2021.109891.
27. Халворсен А.Л. Обеспечение системы контроля за траекторией движения подводного челночного танкера: магистерская. дис. М., 2023. 128 с.
Халворсен Андреас Лукас, лаб., anl.halvorsen@,stud.uis.no, Россия, Москва, Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина; Норвегия, Университет Ставангера,
Еремин Николай Александрович, д-р техн. наук, проф., гл. науч. сотр., ermn@mail.ru, Россия, Москва, Институт проблем нефти и газа Российской Академии Наук (ИПНГ РАН); Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина
ON THE SAFE OPERATION OF THE UNDERWATER SHUTTLE TANKER
OF HYDROCARBONS
Andreas Lucas Halvorsen, N. A. Eremin
The article presents the results of the study "Providing a control system for the trajectory of an underwater shuttle tanker of hydrocarbons". The purpose of the work is to study the safe operation of an underwater shuttle tanker (Subsea Shuttle Tanker, SST) during ascents and dives in an accident-free operational zone (Safety Operating Envelope, SOE). The analysis of scientific and technical literature on the design of underwater shuttle tankers, their operating conditions inside the safe operational zone, including in emergency situations, is carried out. The paper analyzes scenarios of possible emergencies.
Key words: safety, underwater shuttle tanker, hydrocarbons, hazards, emergencies, flooding, falling to depth, restrictions on maneuvering, trim.
Halvorsen Andreas Lucas, lab., anl.halvorsen@,stud.uis.no , Russia, Moscow, Gub-kin Russian State University of Oil and Gas (National Research University); Norway, Sta-vanger University,
Eremin Nikolay Alexandrovich, doctor of technical sciences, professor, chief of science. officer, ermn@mail.ru , Russia, Moscow, Institute of Oil and Gas Problems of the Russian Academy of Sciences (IPNG RAS); Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)
Reference
1. Fullenbaum R., Fallon J., Flanagan B.. Oil & Natural Gas Transportation & Storage Infrastructure: Status, Trends, & Economic Benefits // Technical report. IHS Global Inc. 2013. https://www.circleofblue.org/wp-content/uploads/2014/12/API-Infrast ructure-Investment-Study.pdf.
2. Palmer A., King R. Subsea Pipeline Engineering, second ed // Penn-Well Corp, Oklahoma, USA. 2008.
3. Wilson J. Shuttle tankers vs pipelines in the GOM frontier // World Oil 229 (4), 2008. pp.149—151.
4. Vestereng C. Shuttle Tankers in Brazil assessed Sep 2020 from. https://www.dnv. com/expert-story/ maritime-impact/ shuttle-tankers-Brazil.html.
5. Equinor Energy AS, 2019. RD662093 Subsea Shuttle System.
6. Jacobsen L.R. Subsea Transport of Arctic Oil - A Technical and Economic Evaluation // Offshore Technology Conference, OTC-1425-MS, Houston, TX, USA, 2 May. 1971. https://doi.org/10.4043/1425-MS.
7. Taylor P., Montgomery J. Arctic Submarine Tanker System // Off-shore Technology Conference. OTC-2998. Houston. TX. USA. 2 May 1977. https://doi.org/10.404 3/2998-MS.
8. Transportation of LNG from the arctic by commercial submarine // L. Jacobsen [and others ] // Marine Technology and SNAME News, 1983. 20 (4). pp. 377-384. https://doi.org/10.5957/mt1.1983.20.4.377 .
9. A Multipurpose Submarine Concept for Arctic Offshore Operations / H. Brandt [and others ] // OTC Arctic Technology Conference. OTC-25501-MS, Copenhagen, Denmark. March 2015. https://doi. org/10.4043/25501-MS.
10. RD677082 Subsea Shuttle System / K.E. Ellingsen [and others ] // 2020.
11. Design considerations of a subsea shuttle tanker system for liquid car-bon dioxide transportation / Y. Xing [and others ] // J. Offshore Mech. Arctic Eng. 2021. 143 (4). 045001 https://doi.org/ 10.1115/1.4048926.
12. Norwegian Petroleum Directorate (NPD). Carbon Capture and Stor-age assessed Aug 2020 from. http://www.norskpetroleum.no/en/ environment-and-technology/c ar-bon-capture-and-storage/.
13. Equinor ASA. Northern Lights CCS assessed Sep 2020 from. https://www.equinor. com/en/what-we-do/northern-lights.html.
14. Papanikolaou A. Ship Design: Methodologies of Preliminary De-sign. Springer, Dordrecht Heidelberg New York London. 2014.
15. Carbon Capture and Storage Association (CCSA), 2020. What Is CCS?, assessed Sep 2020 from. http://www.ccsassociation.org/what-is-ccs/.
16. International Energy Agency (IEA). Energy Technology Perspec-tives 2010: Scenarios and Strategies to 2050. OECD Publishing, Paris, France.
17. On the Creation of a Safe Operating Envelope for Ships / S.M. Kery [and others ] // SNAME Maritime Convention, Rhode Island, USA. 2018.
18. Safe maneuvering envelope estimation based on a physical approach / T.J.J. Lombaerts [and others ] // In: AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference 2013. Boston, MA.
19. DNV. Rules for Classification, Naval Vessels, Part 4 Sub-surface Ships (Chapter 1) Submarines. 2018.
20. Marchant P., Kimber N. Assuring the Safe Operation of Submarines with Operator Guidline // Underwater Defence Technology, Liverpool, UK. 2014.
21. Giddings A.J., Louis W.L. Overcoming submarine control-surface jams and flooding accidents // Navel Engineering Journal. 1966. 78 (6). pp.1055-1067. https://doi.org / 10.1111/j.1559-3584.1966.tb04132.x.
22. Tingle C. Submarine accidents a 60-year statistical assessment // Professional Safety. 2009.54 (9).
23. Burcher R., Rydill L. Concepts in Submarine Design // Cambridge University Press, Cambridge. 1994.
24. Park J.-Y., Kim N. Design of a safety operational envelope protec-tion system for the pitch angle of a submarine // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,
Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment. 2017. 231 (2). p.441- 451. https://doi.org/10.1177/1475090216644281 .
25. Park J.-Y., Kim N. Design of a safety operational envelope protection system for a submarine // Ocean Engineering 2018. 148. p.602-611. https://doi.org/10.1016/j . oceaneng.2017.11.016.
26. Ma Y., Xing Y., Ong M.C., Hemmingsen T.H. Baseline design of a subsea shuttle tanker system for liquid carbon dioxide transportation // Ocean Engineering 2021. 240. https://doi.org/10.1016Zj.oceaneng.2021.109891 .
27. Halvorsen A.L. Providing a control system for the trajectory of an underwater shuttle tanker: dis. ... master's degree. Gubkin University. 2023. 128 p.
УДК.622.271
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЖИЛЬНОГО КВАРЦА НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫЕМКИ
А.Ю. Чебан
Повысить эффективность разработки месторождений жильного кварца возможно за счет увеличения выхода кондиционных фракций кварцевого сырья. Предлагается технология комбинированной выемки, заключающаяся в опережающем извлечении включений наиболее качественного кварца путем выбуривания кернов большого диаметра, а также использовании усовершенствованной схемы взрывного рыхления приконтактной зоны вскрышных пород и кварцевой жилы для снижения отрицательного воздействия взрыва. Применение скважинных зарядов уменьшенного диаметра с кумулятивными полостями обеспечивает получение экранирующего слоя равномерной мощности, а, следовательно, и более эффективную защиту кварцевой жилы от разрушающего воздействия взрыва. Выемка оставшихся запасов жильного кварца преимущественно рядового качества ведется с применением гидромолота.
Ключевые слова: кристаллосберегающие технологии, кварцевое сырье, механическая выемка, взрывное рыхление, кондиционные фракции, гидромолот, экскаватор.
Введение. В настоящее время развитие горных технологий направлено на комплексное освоение недр, что подразумевает безотходное или малоотходное использование георесурсов, извлекаемых при освоении месторождений, а также, в ряде случаев, обеспечение максимально возможной сохранности природного качества минерального сырья при его добыче и переработке [1 - 4]. Наиболее остро вопрос сохранения природного качества стоит при освоении месторождений кристаллосырья (драгоценных и полудрагоценных камней, оптического кварца), применение взрывного рыхления массива при разработке таких объектов приводит к образованию различных дефектов (трещин, сколов, разрушения кристаллов и др.), что существенно снижает ценность получаемого кристаллосырья, а при добыче оптического кварца, кроме того, обуславливает повышенный выход не-
