EP2043910B1 - Système de transfert d'un fluide tel que du gaz naturel liquéfié entre un navire tel qu'un méthanier navette et une unité flottante ou fixe - Google Patents

Système de transfert d'un fluide tel que du gaz naturel liquéfié entre un navire tel qu'un méthanier navette et une unité flottante ou fixe Download PDF

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EP2043910B1
EP2043910B1 EP20070823577 EP07823577A EP2043910B1 EP 2043910 B1 EP2043910 B1 EP 2043910B1 EP 20070823577 EP20070823577 EP 20070823577 EP 07823577 A EP07823577 A EP 07823577A EP 2043910 B1 EP2043910 B1 EP 2043910B1
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EP
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articulated arm
piping
manifold
natural gas
liquefied natural
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EP20070823577
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Bernard Dupont
Stéphane PAQUET
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Technip Energies France SAS
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Europeenne dIngenierie Mecanique SA EURODIM
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B27/00—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers
    • B63B27/24—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers of pipe-lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D9/00—Apparatus or devices for transferring liquids when loading or unloading ships
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D9/00—Apparatus or devices for transferring liquids when loading or unloading ships
    • B67D9/02—Apparatus or devices for transferring liquids when loading or unloading ships using articulated pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/08—Pipe-line systems for liquids or viscous products
    • F17D1/14—Conveying liquids or viscous products by pumping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/8807—Articulated or swinging flow conduit

Definitions

  • the invention relates to a system for transferring a fluid such as liquefied natural gas between a vessel such as a shuttle methane tanker and a floating or fixed fluid production or storage unit of the articulated arm type with n degrees of freedom, in general 6, each ensured by a rotating joint.
  • a system of this type is known from the document US 4408 943 , which is considered to be the closest state of the art.
  • the articulated arm must be able to be connected to the LNG carrier and disconnected safely in difficult sea conditions.
  • This system and, in general, all fluid transfer systems based rigid pipes articulated to each other, have the disadvantage that all the rotary joints are provided on the articulated arm which, therefore, has a structure complex, bulky, large mass and whose rotations are difficult to control.
  • the invention aims to overcome this disadvantage.
  • the transfer system according to the invention is characterized in that at least one rotary joint is provided on the ship.
  • reference numeral 1 denotes a vessel such as a shuttle tanker, 2 the manifold of the ship, 3 an articulated transfer arm which comprises at its free end a connection / disconnection device to the manifold, designated by the reference 4 and whose other end is connected to the piping 5 of the production or storage unit.
  • This unit could be floating or fixed.
  • the figure shows the transfer system during a connection to the manifold of the ship.
  • the articulated arm 3 essentially comprises three segments of pipe articulated to each other, namely a first support segment 6 whose free end is connected to the pipework 5, a second arm segment 7, called the inner arm, which is connected to the segment 6 by a first rotary joint 8 and whose other end is connected by a second rotary joint 9 to a 90 degree elbow 12 connected at its other end to a third rotary joint 11 which connects this elbow to the third arm segment 10, said outer arm.
  • the lower free end of the outer arm is connected by a fourth rotary joint 15 to the connection device 4.
  • the axis of rotation of the rotary joint 9 is perpendicular to the axis of rotation of the 8
  • the axis of the rotary joint 11 is perpendicular to the axis of the joint 9
  • the axis of the joint 15 is perpendicular to that of the seal 11.
  • the schematic figure 3 clearly shows these orientations of the four rotary joints of the articulated arm 3, as well as the relative arrangement of the different bends and interconnecting pieces.
  • the two missing rotary joints of the transfer device with six degrees of freedom and therefore six rotary joints are provided on the ship. These two rotation joints are part of the connection pipe 18 which is fixed on the manifold 2 and is formed by two 90 ° elbows 19, 20.
  • the two remaining rotary joints designated by the references 26 and 27 are provided , 27, of the same axis as the manifold 2 which is connected to the elbow 19, the other 26 connecting the elbows 19 and 20.
  • the axes of the rotating joints 26 and 27 are oriented perpendicularly to one another.
  • the transfer system is equipped with a guiding and handling device, part of which is mounted on the articulated arm and another part on the connection pipe 18.
  • This guiding device comprises, in known manner, a pinch 28 which is oriented by the tensile force of the cable 35 indicated below and mounted on a support arm 29 supported by the pipe element 20 to be shifted laterally. of the flange 21, and a trumpet 31 mounted on the connection device 4 being laterally offset by a support arm 32 of the service coupler 33 of the device 4.
  • the supports 32 and 29 are such that the axis axis trumpet 31 / axis service coupler 33 and pinch pin 28 / flange axis 21 are identical. The cooperation of the trumpet and pinch ensures the parallelism of the flange face 21 and the face of the service coupler 33.
  • the device further comprises a winch 34 mounted, in the example shown, on the upper part of the outer arm 10 of the articulated arm 3 and a cable 35 capable of being wound on this winch and brought by cable guides 36 through the trumpet 31 to be fixed, as in the example shown, at the end of the pinch 28.
  • the winch could be removed at any other suitable place, for example on the support arm of the trumpet.
  • the support arm 29 of the pinch 28 is provided at its end with a rotary indexing fork 38 intended to cooperate with a rotating indexing roller 39 secured to the trumpet 31 with an offset appropriate side corresponding to the offset of the fork 38 / pinoche 28. It is the cooperation of the roller 39 and the fork 38, which ensures the good coaxiality of the coupler 33 and the flange 21 by rotation about the common axis pinoche 28 / trumpet 31.
  • the articulated arm 3 is balanced by means of a counterweight 41 disposed on an extension 42 of the internal arm 7.
  • the balancing must be such that the handling cable is always in tension during the phases of connection / disconnection.
  • the figures presented advantageously have arranged the different elements of the arm so that, whatever the angle of rotation of the rotating joints 8, 9, 11 and 15, the axis of the trumpet always intersects the axes of rotation of the rotating joints 9, 11 and 15.
  • it will be attached during the production of such a system to arrange the elements of the outer arm 10 and transfer device 4 so as to bring the center of gravity of these elements at the axis of the trumpet 31 and as high as possible.
  • the elements of the connection piping 18 have been arranged in such a way that the axis of the pinch always intersects the axes of rotation of the rotating joints 26 and 27.
  • the six rotating joints give the system the six degrees of freedom required.
  • the correct positioning of the arm 3 on the connection flange 21 of the manifold is ensured by the guiding device (28, 31, 38, 39), which allows the transfer system according to the invention to also be used at open sea despite the dynamic movements generated by the environment (swell, current, wind).
  • the articulated arm can be less imposing and lighter.
  • the figure 4 illustrates an embodiment of the transfer device according to the invention according to which three rotary joints corresponding to rotating joints 8, 9 and 11 of Figures 1 to 3 are located on the articulated arm 3, while the pipe 18 attached to the manifold comprises, additionally to the rotating joints 26, 27, a third rotary joint designated by the reference 15 'since it corresponds, functionally, to the rotary joint 15 of the Figures 1 to 3 .
  • the pipe 18 comprises an additional portion in the form of a U 41, the seal 15 being placed in the base of this U-shaped portion so as always to comply with the advantageous geometric provisions mentioned above. It should be noted that, in the case where this component becomes available, the three-rotational arrangement could be replaced by a single fluid-flow ball joint which would reduce the bulk.
  • FIGS 5 and 6 illustrate an embodiment of the invention according to which five rotary joints are provided on the articulated arm 3, namely the joints 8, 9, 11, 15 and 26 ', the latter seal corresponding functionally to the seal 26 of the Figures 1 to 3 .
  • the seal 26 ' is disposed just upstream of the connection device 4.
  • the sixth rotary joint 27 remains on the manifold pipe 18, in accordance with the Figures 1 to 3 .
  • the figure 7 shows yet another embodiment whose particularity lies in the fact that the guide device and the connecting device of the articulated arm 3 are integrated so as to obtain a coaxial structure.
  • the pinch 28 is arranged coaxially in the connection flange 21 of the pipe 18 attached to the manifold and the trumpet 31 is made in a tubular member 45 which is arranged coaxially in the connection opening 46 of the connection device extending into the axis thereof while the tube away from the end takes the form of a U allowing the tubular member 45 to open outwardly in the curved portion.
  • the winch 34 is housed in the space defined by the U-tube, above the tubular member 45 of the trumpet 31 so that the cable can pass through the trumpet.
  • connection flange 21 at the edge of the vessel and to be supported by a support 45 on the ship structure so as to transmit all or part of the efforts from the arm to the ship's structure and relieve the manifold of the ship, as illustrated by the figure 8 .
  • connection device 4 of the articulated arm 3 comprises a service coupler 33 and an emergency disconnection device 43.

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Description

  • L'invention concerne un système de transfert d'un fluide tel que du gaz naturel liquéfié entre un navire tel qu'un méthanier navette et une unité flottante ou fixe de production ou de stockage du fluide, du type à bras articulé et comportant n degrés de liberté, en général 6, chacun assuré par un joint tournant.
  • Un système de ce type est connu par le document US 4408 943 , qui est consideré comme étant l'état de la technique le plus proche. Le bras articulé doit pouvoir être connecté au méthanier et déconnecté en toute sécurité en conditions de mer difficiles. Ce système et, de manière générale, tous les systèmes de transfert de fluide à base de tuyauteries rigides articulées les unes aux autres, présentent l'inconvénient que tous les joints rotatifs sont prévus sur le bras articulé qui, de ce fait, présente une structure complexe, encombrante, de masse importante et dont les rotations sont difficilement maîtrisables.
  • L'invention a pour but de pallier cet inconvénient.
  • Pour atteindre ce but, le système de transfert selon l'invention est caractérisé en ce qu'au moins un joint rotatif est prévu sur le navire.
  • Ce but est atteint grâce aux caractéristiques qui sont énoncées dans la partie caractérisante de la revendication 1.
  • D'autres caractéristiques de l'invention sont énoncées dans des revendications dépendantes.
  • L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en élévation d'un système de transfert selon l'invention ;
    • la figure 2 est une vue latérale de ce même système de transfert, en direction de la flèche II de la figure 1 ;
    • la figure 3 est un schéma cinématique du système de transfert selon l'invention ;
    • la figure 4 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation du système de transfert selon l'invention ;
    • les figures 5 et 6 sont respectivement une vue en élévation et une vue latérale d'encore un autre mode de réalisation de l'invention ;
    • la figure 7 illustre encore un autre mode de réalisation du système de transfert selon l'invention ; et
    • la figure 8 illustre le rallongement du manifold jusqu'au bord du navire.
  • L'invention sera décrite ci-après dans un mode de réalisation selon lequel deux joints rotatifs du système sont prévus sur le navire. De façon analogue, conformément à l'invention, il est envisageable de prévoir trois joints rotatifs ou seulement un sur le navire.
  • Sur les figures, la référence 1 désigne un navire tel qu'un méthanier navette, 2 le manifold du navire, 3 un bras de transfert articulé qui comporte à son extrémité libre un dispositif de connexion / déconnexion au manifold, désigné par la référence 4 et dont l'autre extrémité est reliée à la tuyauterie 5 de l'unité de production ou de stockage. Cette unité pourrait être flottante ou fixe. La figure montre le système de transfert au cours d'une connexion au manifold du navire.
  • Le bras articulé 3 comporte essentiellement trois segments de tuyauterie articulés les uns aux autres, à savoir un premier segment de support 6 dont l'extrémité libre est reliée à la tuyauterie 5, un deuxième segment de bras 7, dit bras interne, qui est relié au segment 6 par un premier joint tournant 8 et dont l'autre extrémité est reliée par un deuxième joint tournant 9 à un coude 12 à 90 degrés relié par son autre extrémité à un troisième joint tournant 11 qui relie ce coude au troisième segment de bras 10, dit bras externe. L'extrémité inférieure libre du bras externe est reliée par un quatrième joint tournant 15 au dispositif de connexion 4.
  • Il est à noter que l'axe de rotation du joint tournant 9 est perpendiculaire à l'axe de rotation du joint 8, l'axe du joint tournant 11 est perpendiculaire à l'axe du joint 9 et l'axe du joint 15 est perpendiculaire à celui du joint 11. La figure schématique 3 fait clairement apparaître ces orientations des quatre joints rotatifs du bras articulé 3, ainsi que la disposition relative des différents coudes et pièces d'interconnexion.
  • Les deux joints rotatifs manquants du dispositif de transfert à six degrés de liberté et donc six joints rotatifs sont prévus sur le navire. Ces deux joints de rotation font partie de la tuyauterie de connexion 18 qui est fixée sur le manifold 2 et est formée par deux coudes à 90° 19, 20. Les deux joints tournants restants désignés par les références 26 et 27 sont prévus l'un, 27, de même axe que le manifold 2 auquel est relié le coude 19, l'autre 26 reliant les coudes 19 et 20. Les axes des joints tournants 26 et 27 sont orientés perpendiculairement l'un à l'autre.
  • Le système de transfert est équipé d'un dispositif de guidage et de manutention dont une partie est montée sur le bras articulé et une autre sur la tuyauterie de connexion 18.
  • Ce dispositif de guidage comporte, de façon connue en soi, une pinoche 28 qui est orientée par l'effort de traction du câble 35 indiquée plus loin et montée sur un bras de support 29 supporté par l'élément de tuyauterie 20 pour être décalé latéralement de la bride 21, et une trompette 31 montée sur le dispositif de connexion 4 en étant latéralement déportée par un bras de support 32 du coupleur de service 33 du dispositif 4. Les supports 32 et 29 sont tels que les entraxes axe trompette 31 / axe coupleur de service 33 et axe pinoche 28 / axe bride 21 sont identiques. La coopération de la trompette et de la pinoche assure le parallélisme de la face de bride 21 et de la face du coupleur de service 33.
  • Le dispositif comporte en outre un treuil 34 monté, dans l'exemple représenté, sur la partie supérieure du bras extérieur 10 du bras articulé 3 et un câble 35 susceptible d'être enroulé sur ce treuil et amené par des guide-câbles 36 à travers la trompette 31 pour être fixé, comme dans l'exemple représenté, à l'extrémité de la pinoche 28. Bien entendu, le treuil pourrait être déposé à tout autre endroit approprié, par exemple sur le bras de support de la trompette.
  • Pour assurer un positionnement correct, le bras de support 29 de la pinoche 28 est pourvu à son extrémité d'une fourche d'indexage en rotation 38 destinée à coopérer avec un galet d'indexage en rotation 39 solidaire de la trompette 31 avec un déport latéral approprié correspondant au déport de la fourche 38 /pinoche 28. C'est la coopération du galet 39 et de la fourche 38, qui assure la bonne coaxialité du coupleur 33 et de la bride 21 par rotation autour de l'axe commun pinoche 28 / trompette 31.
  • Il est encore à noter que le bras articulé 3 est équilibré à l'aide d'un contrepoids 41 disposé sur un prolongement 42 du bras interne 7. L'équilibrage doit être tel que le câble de manutention est toujours en tension lors des phases de connexion / déconnexion.
  • Il est à noter que dans un souci d'optimisation de la manutention, on a, dans les figures présentées, avantagement disposé les différents éléments du bras de telle sorte que, quelque soit l'angle de rotation des joints tournants 8, 9, 11 et 15, l'axe de la trompette coupe toujours les axes de rotation des joints tournants 9, 11 et 15. De plus, on s'attachera lors de la réalisation d'un tel système, à disposer les éléments du bras externe 10 et du dispositif de transfert 4 de façon à amener le centre de gravité de ces éléments au niveau de l'axe de la trompette 31 et le plus haut possible. De même, côté manifold, les éléments de la tuyauterie de connexion 18 ont été disposés de telle sorte que l'axe de la pinoche coupe toujours les axes de rotation des joints tournants 26 et 27. On pourra de plus, lors de la réalisation de la tuyauterie de connexion 18, l'équilibrer à l'aide de contrepoids ou de dispositifs élastique (de type ressorts par exemple). L'ensemble de ces dispositions permet d'optimiser l'alignement du câble de manutention, de l'axe de la pinoche et de l'axe de la trompette quelque que soit la position relative entre le navire et l'unité de stockage ou de production et leurs mouvements.
  • Concernant le fonctionnement du système de transfert selon l'invention, on comprend aisément que les six joints tournants confèrent au système les six degrés de liberté nécessaires. Le positionnement correct du bras 3 sur la bride de connexion 21 du manifold est assuré par le dispositif de guidage (28, 31, 38, 39), ce qui permet au système de transfert selon l'invention d'être également utilisé en mer ouverte malgré les mouvements dynamiques engendrés par l'environnement (houle, courant, vent). En disposant une partie des joints tournants sur le navire, le bras articulé peut être moins imposant et plus léger.
  • La figure 4 illustre une réalisation du dispositif de transfert selon l'invention selon laquelle trois joints tournants correspondant aux joints tournant 8, 9 et 11 des figures 1 à 3 se trouvent sur le bras articulé 3, tandis que la tuyauterie 18 fixée au manifold comporte, supplémentairement aux joints tournants 26, 27, un troisième joint tournant désigné par la référence 15' puisqu'il correspond, fonctionnellement, au joint tournant 15 des figures 1 à 3. A cette fin, la tuyauterie 18 comporte une partie supplémentaire en forme d'un U 41, le joint 15 étant placé dans la base de cette partie en U de façon a toujours respecter les dispositions géométriques avantageuses citées ci-dessus. Il est à noter que, dans le cas où ce composant deviendrait disponible, l'agencement à trois rotations pourrait être remplacé par une unique rotule à passage fluide ce qui permettrait de réduire l'encombrement.
  • Les figures 5 et 6 illustrent un mode de réalisation de l'invention selon lequel cinq joints rotatifs sont prévus sur le bras articulé 3, à savoir les joints 8, 9, 11, 15 et 26', ce dernier joint correspondant fonctionnellement au joint 26 des figures 1 à 3. Le joint 26' est disposé juste en amont du dispositif de connexion 4. Le sixième joint tournant 27 reste sur la tuyauterie de manifold 18, conformément aux figures 1 à 3.
  • La figure 7 montre encore un autre mode de réalisation dont la particularité réside dans le fait que le dispositif de guidage et le dispositif de connexion du bras articulé 3 sont intégrés de façon à obtenir une structure coaxiale. La pinoche 28 est disposée coaxialement dans la bride de connexion 21 de la tuyauterie 18 fixée au manifold et la trompette 31 est réalisée dans un organe tubulaire 45 qui est disposé coaxialement dans l'ouverture de connexion 46 du dispositif de connexion en s'étendant dans l'axe de celui-ci tandis que le tube en s'éloignant de l'extrémité prend la forme d'un U permettant à l'organe tubulaire 45 de s'ouvrir vers l'extérieur dans la partie courbée. Le treuil 34 est logé dans l'espace délimité par le tube en U, au-dessus de l'organe tubulaire 45 de la trompette 31 pour que le câble puisse passer à travers la trompette. La disposition des joints tournants est celle des figures 1 à 3, avec quatre joints sur le bras articulé 3 et deux sur la tuyauterie de manifold, à l'exception du joint 15 qui n'est plus dans la partie droite du segment de bras extérieure 10 mais sur la branche supérieure de la partie en U du dispositif de connexion 4. Ce joint est indiqué par la référence 15'.
  • Il est encore à noter que la tuyauterie 18 fixée au manifold pourrait être suffisamment longue pour déporter la bride de connexion 21 au niveau du bord du navire et venir prendre appui par un support 45 sur la structure du navire de façon à transmettre tout ou partie des efforts du bras à la structure du navire et soulager le manifold du navire, comme l'illustre la figure 8.
  • Pour compléter la description, il est à noter que le dispositif de connexion 4 du bras articulé 3 comporte un coupleur de service 33 et un dispositif de déconnexion d'urgence 43.

Claims (6)

  1. Système de transfert d'un fluide tel que du gaz naturel liquéfié entre un navire tel qu'un méthanier navette et une unité flottante ou fixe de production et/ou de stockage du fluide, ce système étant du type à n degrés de liberté, en général six, chacun materialisé par un joint rotatif, et comprenant un dispositif à bras articulé monté sur l'unité flottante ou fixe tandis que le navire comporte un manifold auquel le bras articulé doit être connectable, caractérisé en ce qu'il comporte une tuyauterie de connexion (18) qui est formée par au moins une partie en forme d'un coude comportant au moins un (27, 26, 15') des joints rotatifs et est fixée par une extrémité au manifold (2) et dont l'autre extrémité porte une bride (21) de connexion au bras articulé (3).
  2. Système de transfert selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bras articulé (3) comporte un segment de support (6) relié à une tuyauterie fixe (5)de l'unité flottante ou fixe, un segment de bras extérieur (7) et un segment de bras intérieur (10) qui comportent au moins trois joints tournants (8, 9, 11) tandis que les trois autres joints (26, 27, 15) tournants sont prévus sur la tuyauterie (18) fixée au manifold et dont l'extrémité porte la bride (21) de connexion du bras articulé (3).
  3. Système de transfert selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bras articulé (3) et la tuyauterie fixe (18) du manifold comportent des coudes et parties en U adaptées pour assurer l'orientation appropriée des axes de rotation des joints tournants.
  4. Système de transfert selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de guidage et de manutention du dispositif de connexion (4) du bras articulé (10) du type à pinoche (28) et trompette (31), disposé latéralement du dispositif de connexion.
  5. Système de transfert selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de guidage et de manutention du dispositif de connexion (4) du type à pinoche (28) et trompette (31), qui est intégré coaxialement aux moyens de connexion.
  6. Système de transfert selon la revendication 6, caractérisé en ce que la trompette (31) est prévue sur la tuyauterie de connexion (18) et est disposé de façon que son axe coupe toujours les axes de rotation des joints tournants prévus sur la tuyauterie (18) et les axes de rotation des joints tournants prévus sur et adjacents au bras articulé (10) dont l'extrémité est connectable à la bride de connexion de la tuyauterie (18).
EP20070823577 2006-07-13 2007-07-12 Système de transfert d'un fluide tel que du gaz naturel liquéfié entre un navire tel qu'un méthanier navette et une unité flottante ou fixe Not-in-force EP2043910B1 (fr)

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