اصول طراحی انواع سکوهای دریایی
سکوهای دریایی سازه های بزرگ، همراه با وسایل حفاری برای کاوش، استخراج، ذخیره و پردازش نفت خام و گاز طبیعی از بستر سنگی دریا می باشند. آنها معمولاً در صنعت نفت به کار می روند، اما در زمینه پخش برنامه های رادیویی، چراغ های ناوبری، نظارت بر رادار، عملیات فضایی، تحقیقات اقیانوس شناسی و غیره نیز کاربرد دارند. اگر چه اغلب سکوهای دریایی مجهز به وسایلی برای سازگاری بیشتر با محیط پیرامونشان می باشد، رایج ترین آنها به منظور فعالیت های زیردریایی به کار گرفته می شوند. همچنین از آن ها میتوان در دریاچه ها و آب های ساحلی استفاده کرد. اولین قدم در طراحی سکوی دریایی این است که بر اساس نیازهای عملکردی آن، محدودیت های محیطی و روش ساخت آن مفهوم دقیقی از این سازه به دست آوریم. بنابراین با در نظر گرفتن جنبه های زیست محیطی و جغرافیایی و همچنین با توجه به روش ساخت آن ها، در طراحی سکوهای دریایی چندین عامل غیرمعمول مانند بارهای زیست محیطی، مراحل ساخت، جنبه های اقتصادی، روش ساخت و تاریخ و محل نصب باید در نظر گرفته شود.
انواع سکوهای دریایی
با توجه به شرایط، ممکن است سکوهای دریایی ثابت یا بر روی آب شناور باشند. به طور کلی سکوهای ثابت به منظور تولید ساخته می شوند و سکوهای شناور منحصراً برای عملیات اکتشافی و حفاری به کار می روند. طی پنج دهه اخیر، چندین نوع سکوی دریایی طراحی و به کار گرفته شده است که تنوع در این سازه ها به دلیل عوامل متعدد من جمله: فرایندهای علمی و فنی، عوامل اقتصادی، نیاز به استفاده از مخازن طبیعی عمیق تر و محدودیت های زیست محیطی می باشد. در جدول زیر انواع سکوهای دریایی آورده شده است:
تفاوت بین سکوهای سخت و سازگار در نحوه مواجهه آن ها با کنش های جانبی محیطی (یعنی باد و موج) است. همانطور که از اسم آن ها مشخص است، سکوهای سخت ساختارهای قدیمی هستند؛ بدین معنا که اگر چه آن ها درون آب های دریا قرار دارند، اما تغییر شکل آن ها در برابر کنش های جانبی اندک است. برخلاف سکوهای سخت، سکوهای سازگار طوری طراحی شده اند که در برابر نیروهای جانبی تحرک داشته باشند؛ در نتیجه اثرات این نیروها را کاهش می دهد.
عوامل خوردگی سکوهای دریایی
خوردگی زمانی رخ می دهد که الکترولیت های موجود در اثر تعامل با محیط اطراف خود درگیر واکنش الکتروشیمیایی می شوند. عوامل متداول که بر میزان خوردگی سکوهای دریایی در یک منطقه تأثیر می گذارند عبارتند از:
- رطوبت نسبی: با افزایش نسبی رطوبت میزان خوردگی افزایش می یابد. به عنوان مثال، رطوبت موجود در اقلیم دریایی کشور ترینیدادوتوباگو حدوداً بین 80 تا 85 درصد است.
- دما: افزایش دمای محیط میزان خوردگی را افزایش می دهد. در طول روز افزایش حداکثری دما باعث افزایش میزان رطوبت نسبی می شود و در نتیجه به افزایش سرعت و میزان خوردگی کمک می کند.
- سرعت باد: وزش بادهای موسمی مناطق دریایی را تحت تأثیر قرار می دهد؛ زیرا این بادها با پاشیدن آب دریا به سکوهای دریایی رطوبت مملو از نمک را به سطح آنها میرسانند و پس از آن قطرات و ریزگردهای نمک بر روی سطوح فلزی که در مسیر باد قرار دارد، رسوب می کنند. بنابراین در سطوح مواجهه با بادهای غالب، خوردگی شدید اتفاق می افتد؛ در حالیکه در مناطق پناه داده شده و پشت به باد، خوردگی کمتر یا بدون خوردگی است.
- شوری: یکی از مهمترین عوامل خوردگی سازه های فلزی در مناطق دریایی کلرید موجود در آب دریا می باشد. محتوای کلرید موجود در آب دریا معمولاً در بازه بین 3.7% تا 3.9% می باشد، هرچه شوری آب بیشتر باشد، یون های کلرید سریع تر موفق به نفوذ به سطح فلزی سکو دریایی خواهند شد.
3 خطر تهدید کننده برای سکوهای دریایی
در گذشته برای ساخت سازه های دریایی از الوار استفاده می کردند اما این سازه های چوبی به دلیل نداشتن مقاومت و استحکام، مناسب نبودند. با گذشت زمان و پیشرفت در صنعت، برای ساخت سازه های دریایی مصالح مقاوم تر و مستحکم تر مانند بتن و فولاد به کار گرفته شد. با این وجود، سکوهای دریایی معمولاً در معرض خطرات و حوادثی هستند که باعث فرسایش و فروپاشی آنها می شود. بنابراین بررسی و شناخت عوامل مؤثر در شکست و فروپاشی سکوهای دریایی بسیار حائز اهمیت می باشد. از جمله خطراتی که مقاومت و ایمنی سکوهای دریایی را تهدید می کند، میتوان به سه گروه خطرات ناشی از ایمنی کم سکو، خطرات ناشی از حوادث غیر مترقبه و خطرات ناشی از خطا در زمان طراحی و ساخت سکو اشاره کرد.
خطر ناشی از ایمنی کم سکوی دریایی
این نوع خطرات به دلیل رعایت نکردن استانداردها و الزامات ایمنی به وجود می آید و باعث می شود ظرفیت مقاومت سکو در برابر نیروهای وارد بر آن کمتر از میزان مورد انتظار باشد.
خطر ناشی از حوادث غیرمترقبه
حوادث غیر مترقبه مانند طوفان شدید، آتش سوزی، انفجار، افتادن اجسام سنگین بر روی قسمت های سکو، برخورد کشتی ها با سکوها یا سقوط هلیکوپتر بر روی آن که خسارات مالی و جانی جبران ناپذیری برای سکوهای دریایی ایجاد می کنند.
خطر ناشی از خطا در زمان طراحی و ساخت سکوی دریایی
معمولاً اشتباهات فاحش انسانی و سازمانی در هنگام طراحی، ساخت، نصب و بهره برداری از سکو، خسارات متعددی را در پی خواهد داشت. این خطاها شامل خطا در طراحی، خطا در ساخت و خطا در بهره برداری می باشد.
5 عامل تشدید کننده شکست سکوهای دریایی
با توجه به تقسیم بندی خطرات، میتوان علت شکست سکوهای دریایی را دو عامل کاهش مقاومت سکو و افزایش نیروهای وارد بر آن در نظر گرفت.
کاهش مقاومت سکوهای دریایی: به طور کلی عواملی مانند محاسبات نادرست و استفاده از مصالح نامرغوب در مراحل طراحی و ساخت سکو، باعث کاهش مقاومت آن می شود. همچنین از دیگر عوامل مهم در کاهش مقاومت سکو میتوان به فرسایش، خوردگی، نشست بستر دریا و شرایط محیطی و اقلیمی اشاره کرد.
افزایش نیروهای وارد بر سکوهای دریایی: نیروهایی همچون نیروهای محیطی، نیروهای عملیاتی و نیروهای ناشی از حوادث بر سکوهای دریایی فشار وارد می کنند. اگر فشار ناشی از این نیروها از ظرفیت مقاومت سکو بیشتر باشد، باعث شکست و فروپاشی آن می شود. در ادامه انواع نیروهای هر گروه مشخص شده است.
نیروهای محیطی: نیروهای محیطی شامل نیروی ناشی از افزایش ارتفاع موج، افزایش سرعت جریان آب، رشد گیاه بر پایه سکو، وقوع پدیده ورتکس، زلزله و تغییرات آب و هوایی می شود. با وقوع ناگهانی این تغییرات، هم در مقیاس جهانی، هم در مقیاس منطقه ای به سکو آسیب می زند.
نیروهای عملیاتی: این نیروها زمانی به وجود می آید که تجهیزات و پرسنل بر روی سکو بیش از حد مجاز باشد. اضافه کردن تجهیزات و پرسنل اگر مطابق با استانداردهای ایمنی انجام نشود، خسارات جبران ناپذیری در پی خواهد داشت.
نیروهای ناشی از حوادث: این دسته از نیروها در اثر حوادث طبیعی و غیر طبیعی ایجاد می شوند. به عنوان مثال فشار ناشی از برخورد کشتی با سکو یا فشار ناشی برخورد توده های یخ با سکو. همچنین نیروی ناشی از انفجار، طوفان و زلزله می تواند بیش از ظرفیت مقاومت سکو باشد و باعث شکست آن شود.
نکات طلائی در مقاوم سازی سکوهای دریایی
به منظور تشخیص نیاز سکو به مقاوم سازی، سکوهای دریایی مطابق با شرایط آیین نامه و طی مراحل زیر ارزیابی می شوند:
- انتخاب سکوی دریایی
- طبقه بندی سکوها
- ارزیابی وضعیت
- بررسی پایه طراحی
- بررسی آنالیز
- ملاحظات سبک سازی
در صورتی که سکو استانداردهای ایمنی را در ارزیابی نداشته و به اندازه ای خراب نباشد که استفاده از آن متوقف شود، مقاوم سازی انجام می شود. مقاوم سازی سکوهای دریایی شامل چهار بخش می باشد:
- افزایش استحکام و مقاومت همه قسمت های سکو
- افزایش توان پایه ها، ستون ها و شمع ها برای مقاومت بیشتر در برابر نیروها
- افزایش ظرفیت مقاومت سکو در برابر کنش خاک و نیروهای جانبی حاصل از تغییرات اقلیمی
- افزایش توان سکو برای تحمل سازه های وزنی
با به کارگیری روش های متعددی مانند کاهش وزن، افزایش سختی و مقاومت، تغییر کاربری، حذف نامنظمی ها می توان به افزایش مقاومت سکوهای دریایی و موارد فوق الذکر دست یافت. همچنین در شرایط ضروری برای مقاوم سازی سکوها میتوان بخش هایی از آن را تعویض یا با افزودن قسمت های اضافه تقویت کرد؛ اگر چه این روش باعث به وجود آمدن عدم تقارن در سکو می شود و بسیار سخت و پرهزینه است. سیستم اتلاف انرژی یکی دیگر از روش های تقویت و مقاوم سازی می باشد.
در این روش از سیستم های مختلفی مانند میراگرهای ویسکوز و میراگرهای اصطکاکی و میراگرهای ویسکو الاستیک به کار گرفته می شود. روش استفاده از سیستم های اتلاف انرژی یکی از مناسب ترین و مقرون به صرفه ترین روش ها در مقاوم سازی سکوهای دریایی می باشد؛ به دلیل اینکه این روش با صرف هزینه کمتر مشکلات ساختاری مانند عدم تقارن در سکو ایجاد نمی کند. هدف از انجام مقاوم سازی، افزایش طول عمر سکوهای کار کرده و همچنین افزایش ظرفیت مقاومت سکوها در برابر نیروهای وارد بر آن است. علاوه بر این با مقاوم سازی سکو و بهبود ساختار آن میتوان مشکلات و نقایصی که در زمان بهره برداری اولیه سکو وجود داشت، برطرف کرد. در نهایت توان سکو را در برابر نیروهای ناشی از افزودن تجهیزات و پرسنل بر روی عرشه افزایش داده و همچنین می توان با مقاوم سازی سکو، کاربرد آن را تغییر داد.
جمع بندی
سکوهای دریایی از جمله ساختارهای بزرگ می باشند که در مناطق دریایی به منظور کاوش و استخراج مواد نفتی و دیگر عملیات صنعتی ساخته می شوند. با توجه به شرایط محیطی و کاربری سکوهای دریایی به دو گروه ثابت و شناور تقسیم می شوند. عوامل مؤثر در افزایش خوردگی سکوها شامل رطوبت نسبی، دما، سرعت باد و شوری می شود. علاوه بر این، سکوهای دریایی در معرض خطراتی هستند که باعث فرسایش و فروپاشی آن ها می شود. این خطرات شامل خطرات ناشی از ایمنی کم سکو، خطرات ناشی از حوادث غیرمترقبه و خطرات ناشی از خطا در زمان طراحی و ساخت سکو می شود. همچنین عوامل مؤثر در شکست سکوهای دریایی را میتوان کاهش مقاومت سکو و افزایش نیروهای وارد بر آن در نظر گرفت. قبل از شروع مقاوم سازی، لازم است برای تشخیص نیاز سکو به مقاوم سازی، آن را مطابق با شرایط و استانداردها ارزیابی کنیم و سپس با توجه به نتایج به دست آمده سکو را تقویت و تعمیر کنیم.
نوشته اصول طراحی انواع سکوهای دریایی اولین بار در مرکزآهن. پدیدار شد.
دیدگاه شما