حفاظت سکوهای دریایی از یخ زدگی Ice protection of offshore platforms
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : الزویر Elsevier
- چاپ و سال / کشور: 2011
توضیحات
رشته های مرتبط: مهندسی عمران، سازه و سازه های دریایی
۱٫مقدمه اکتشاف و تولید نفت در قطب شمال به دلیل کاهش در پوشش یخ دریا افزایش یافته است.این تقاضای جهانی افزایش یافته برای نفت،در نتیجه ی تعداد بیشتری از سازه های دریایی ساخته شده، استفاده شده، و در معرض یخ زدگی از منابع جوی،خواهد بود.یخ زدگی جوی،توسط سازمان استانداردهای بین المللی(ISO)،و شورای بین المللی سیستم های برقی بزرگ(CIGRG)،به این صورت تعریف می شود:”هر گونه فرآیند تراکم و انباشت یخ یا برف بر روی اشیا(چیزها)یی که در معرض جو قرار دارند.” (Farzaneh, 2008; Fikke et al., 2006)یخ زدگی جوی،بیشتر به صورت انواع یخ،براساس روش های رسوب و مشخصات رسوبات،طبقه بندی می شود.این موارد عبارتند از پوسته یخ حاصل از رسوب باران منجمد یا نم باران منجمد،برف،یخچه(یخبست)حاصل از ابرهای سرد و یا قطرات مه،و برفک حاصل از رسوب بخار آب به طور مستقیم به عنوان کریستال های یخی.تگرگ ،شکلی از بارش یخ زده و یخ رویی(فوقانی)حاصل از اسپری دریایی، است که به طور سنتی به عنوان یخ زدگی جوی طبقه بندی نشده اند، اما آنها در فرآیندهای شکلگیری شبیه هم هستند.توضیحات تکمیلی بیشتر این نوع یخ،می تواند در کارهای Farzaneh,2008،Fikkeوهمکارانش(۲۰۰۶)،) Ryerson2006)،و SAE(2002) یافت شود.این انواع یخ زدگی،می تواند ایمنی عملیات ساحلی(دریایی) و سرعت عملیات را کاهش دهد که در این پژوهش مورد بحث قرار می گیرند. اگرچه یخ دریایی شناور نیز ایمنی و اقدامات سکوی دریایی(ساحلی) را تخریب می کند اما انواع یخ دریایی شناور در این پژوهش مورد بحث قرار نگرفته و نباید با انواع یخ های جوی،مخلوط شود.(AES،۱۹۹۴) سکوهای دریایی(ساحلی) با توجه به انواع عملیات انجام شده روی کشتی،و نوع و متغیر بودن مشکلات یخ زدگی،پیچیده هستند. انتخاب فن آوری های حفاظت از یخ دارای افزایش ایمنی، نیازمند توجه به طراحی سکو،عملیات در معرض خطر،نوع،مقدار و فرکانس تشکیل یخ،و کاربرد تکنولوژی های حفاظت یخ،می باشد. ایجاد یک طرح جامع ایمنی یخ زدگی سکوی دریایی(ساحلی)،همچنان از دانش فیزیک حاصل از فرآیندهای یکپارچه و روش های پیش گویی حوادث یخ زدگی،بهره می برد.از آنجا که حرکت کوتاه مدت سکوها سخت است،برای اجتباب از حوادث یخ زدگی،پیش بینی آب و هوایی به ندرت مفید است.درحالیکه پیش بینی، می تواند به آماده سازی تاکتیکی یک سکو پیش از حوادث یخ زدگی کمک کند.فیزیک و مدلسازی یخ زدگی فوقانی(بستر رویی) و جوی،در این مقاله مورد بحث قرار نگرفته اند،اما بررسی های جامعی نظیر Makkonen(1989)و Losowskiوهمکارانش(۱۹۸۶،۲۰۰۰)،برای یخ زدگی فوقانی و Farzaneh(2008)،poots(1996)وMakkonen(1984)برای پوسته یخ،یخبست،برف و یخبندان،در دسترس است. این پژوهش،یک ارزیابی از تهدید یخ زدگی برای نواحی عملیاتی و ساختاری سکوها از طریق استفاده از ماتریس جدولبندی متقاطع،ارائه می کند.این ماتریس،تهدیدهای نسبی ایمنی شش نوع یخ و اهمیت نسبی هفده ناحیه و عملیات سکوهای دریایی را ترکیب می کند.جدولبندی های متقاطع،شاخصی از اهمیت نوع یخ در برابر مکان را ارائه می کنند. با وجود عدم دسترسی کنونی،علاوه بر فرکانس ساده یخ،مقدار اطلاعات نیز ارزشمند خواهد بود.همچنین یک جدول شامل ارائه موفق ترین تکنولوژی ها برای حفاظت از عملیات و نواحی مختلف سکو،می باشد. بیشتر رویکردهای کمی برای ارزیابی تهدیدات ایمنی یخ سکو و فن آوری های مناسب حفاظت یخ در مکان خاص،در حال حاضر در دسترس نیستند.درحالیکه رویکرد ارائه شده در اینجا، ساختار پیچیدگی های مربوط به یخ زدگی،ایمنی ناحیه سکو و انتخاب فناوری های مناسب حفاظت یخ،را تامین می کند. ۲٫زمینه محیط یخ زدگی و ساختارهای منحصر به فرد،و عملیات سکوهای دریایی کشف و تولید نفت،برای یخ زدگی جوی و فوقانی،تهدیدی برای ایمنی و سرعت عملیات ایجاد میکند.علاوه بر ملاحظات موجود درباره تاثیرات یخ زدگی بر سکوها،یخ زدگی به عنوان تهدیدی برای ایمنی،مطابق با نظریات مفهومی ایجاد حادثه است.با استفاده از طیف وسیعی از اتفاقات صنعتی جمع آوری شده توسط صنعت بیمه،Heinrich(1950)،اذعان داشت که حوادث ناشناخته جزئی و مکرر ایجاد شده توسط پدیده ای به نام یخ زدگی(انجماد)می تواند منجر به حوادث جدی تری شود.این فرض،به عنوان هرم یا مثلث برخورد(تصادف)شناخته شد که بسیاری از حوادث جزئی ناشناخته کمتر شده و اما حوادث شناخته شده رو به فزونی رفت.صدمات یا تصادفات شناخته شده کمتری، ممکن است منجر به یک یا چند واقعه مرگبار و فاجعه بار شود.پیرو این منطق،به نظر می رسد که تاثیر خوش خیم رویدادهای کوچک یخ زدگی که حاصل تهدیدی جزئی هستند،در نهایت منجر به برخوردهای یخ زدگی جدی می شوند.گرچه نظریه هاینریش بحث انگیز است و اغلب به چالش کشیده شده است، و بیش از ۷۰ سال به طور گسترده ای پذیرفته شده است، بسیاری از نظریه های دیگر مانند پیوند چند عامل، معمولا در ارزیابی حوادث هوایی،در تلاش برای توضیح علت حادثه،به کار رفته اند.Gunter(2008)،نظریه های علیت تصادف را بررسی کرد و نتیجه گرفت که اهمیت ارگونومی و فشار تحت تأثیر محیط زیست فیزیکی است.این تئوری های علیت تصادف(برخورد)، تاثیر بالقوه ایمنی یخ زدگی در محیط صنعتی دریایی را نشان می دهد. یخ زدگی فوقانی(بستر) ناشی از اسپری دریایی و یخ زدگی جوی ناشی از برف،پوسته یخ،یخبست و یخبندان،خطراتی که سکوهای دریایی در معرض آنها قرار دارند شناسایی کردند.خطرات تعریف شده برای یخ زدگی در ۲۵ سال پیش،هنوز در ابعاد بزرگ وجود دارد.به طور کلی، اطلاعات کم و منظم جمع آوری شده در مورد تأثیر زیرساخت ها یا یخ های جوی در عملیات دریایی موجود است. نه یخ زدگی رویی و نه یخ زدگی جوی،باعث از بین رفتن سکوهای حفاری نفت،نشده اند. (Oilrigdisasters, 2008) گرچه برخی از خسارات سکوهای حفاری،در طوفان زمستان رخ داده اند،هیچ نشانه ای وجود ندارد که یخ زدگی به این خسارت کمک کرده است.دریای شمال،با وجود شهرتش به دلیل زمستان های سخت و سرد،اما مشکلات جدی یخ زدگی برای سکوها ایجاد نکرده است،گرچه بارگذاری های یخ در طیف ۴۵۰-۲۲۵MT،در این سکوهای حفاری رخ داده است (Liljestrom,Lindgren,1983;Liljestrom),
۱٫مقدمه اکتشاف و تولید نفت در قطب شمال به دلیل کاهش در پوشش یخ دریا افزایش یافته است.این تقاضای جهانی افزایش یافته برای نفت،در نتیجه ی تعداد بیشتری از سازه های دریایی ساخته شده، استفاده شده، و در معرض یخ زدگی از منابع جوی،خواهد بود.یخ زدگی جوی،توسط سازمان استانداردهای بین المللی(ISO)،و شورای بین المللی سیستم های برقی بزرگ(CIGRG)،به این صورت تعریف می شود:”هر گونه فرآیند تراکم و انباشت یخ یا برف بر روی اشیا(چیزها)یی که در معرض جو قرار دارند.” (Farzaneh, 2008; Fikke et al., 2006)یخ زدگی جوی،بیشتر به صورت انواع یخ،براساس روش های رسوب و مشخصات رسوبات،طبقه بندی می شود.این موارد عبارتند از پوسته یخ حاصل از رسوب باران منجمد یا نم باران منجمد،برف،یخچه(یخبست)حاصل از ابرهای سرد و یا قطرات مه،و برفک حاصل از رسوب بخار آب به طور مستقیم به عنوان کریستال های یخی.تگرگ ،شکلی از بارش یخ زده و یخ رویی(فوقانی)حاصل از اسپری دریایی، است که به طور سنتی به عنوان یخ زدگی جوی طبقه بندی نشده اند، اما آنها در فرآیندهای شکلگیری شبیه هم هستند.توضیحات تکمیلی بیشتر این نوع یخ،می تواند در کارهای Farzaneh,2008،Fikkeوهمکارانش(۲۰۰۶)،) Ryerson2006)،و SAE(2002) یافت شود.این انواع یخ زدگی،می تواند ایمنی عملیات ساحلی(دریایی) و سرعت عملیات را کاهش دهد که در این پژوهش مورد بحث قرار می گیرند. اگرچه یخ دریایی شناور نیز ایمنی و اقدامات سکوی دریایی(ساحلی) را تخریب می کند اما انواع یخ دریایی شناور در این پژوهش مورد بحث قرار نگرفته و نباید با انواع یخ های جوی،مخلوط شود.(AES،۱۹۹۴) سکوهای دریایی(ساحلی) با توجه به انواع عملیات انجام شده روی کشتی،و نوع و متغیر بودن مشکلات یخ زدگی،پیچیده هستند. انتخاب فن آوری های حفاظت از یخ دارای افزایش ایمنی، نیازمند توجه به طراحی سکو،عملیات در معرض خطر،نوع،مقدار و فرکانس تشکیل یخ،و کاربرد تکنولوژی های حفاظت یخ،می باشد. ایجاد یک طرح جامع ایمنی یخ زدگی سکوی دریایی(ساحلی)،همچنان از دانش فیزیک حاصل از فرآیندهای یکپارچه و روش های پیش گویی حوادث یخ زدگی،بهره می برد.از آنجا که حرکت کوتاه مدت سکوها سخت است،برای اجتباب از حوادث یخ زدگی،پیش بینی آب و هوایی به ندرت مفید است.درحالیکه پیش بینی، می تواند به آماده سازی تاکتیکی یک سکو پیش از حوادث یخ زدگی کمک کند.فیزیک و مدلسازی یخ زدگی فوقانی(بستر رویی) و جوی،در این مقاله مورد بحث قرار نگرفته اند،اما بررسی های جامعی نظیر Makkonen(1989)و Losowskiوهمکارانش(۱۹۸۶،۲۰۰۰)،برای یخ زدگی فوقانی و Farzaneh(2008)،poots(1996)وMakkonen(1984)برای پوسته یخ،یخبست،برف و یخبندان،در دسترس است. این پژوهش،یک ارزیابی از تهدید یخ زدگی برای نواحی عملیاتی و ساختاری سکوها از طریق استفاده از ماتریس جدولبندی متقاطع،ارائه می کند.این ماتریس،تهدیدهای نسبی ایمنی شش نوع یخ و اهمیت نسبی هفده ناحیه و عملیات سکوهای دریایی را ترکیب می کند.جدولبندی های متقاطع،شاخصی از اهمیت نوع یخ در برابر مکان را ارائه می کنند. با وجود عدم دسترسی کنونی،علاوه بر فرکانس ساده یخ،مقدار اطلاعات نیز ارزشمند خواهد بود.همچنین یک جدول شامل ارائه موفق ترین تکنولوژی ها برای حفاظت از عملیات و نواحی مختلف سکو،می باشد. بیشتر رویکردهای کمی برای ارزیابی تهدیدات ایمنی یخ سکو و فن آوری های مناسب حفاظت یخ در مکان خاص،در حال حاضر در دسترس نیستند.درحالیکه رویکرد ارائه شده در اینجا، ساختار پیچیدگی های مربوط به یخ زدگی،ایمنی ناحیه سکو و انتخاب فناوری های مناسب حفاظت یخ،را تامین می کند. ۲٫زمینه محیط یخ زدگی و ساختارهای منحصر به فرد،و عملیات سکوهای دریایی کشف و تولید نفت،برای یخ زدگی جوی و فوقانی،تهدیدی برای ایمنی و سرعت عملیات ایجاد میکند.علاوه بر ملاحظات موجود درباره تاثیرات یخ زدگی بر سکوها،یخ زدگی به عنوان تهدیدی برای ایمنی،مطابق با نظریات مفهومی ایجاد حادثه است.با استفاده از طیف وسیعی از اتفاقات صنعتی جمع آوری شده توسط صنعت بیمه،Heinrich(1950)،اذعان داشت که حوادث ناشناخته جزئی و مکرر ایجاد شده توسط پدیده ای به نام یخ زدگی(انجماد)می تواند منجر به حوادث جدی تری شود.این فرض،به عنوان هرم یا مثلث برخورد(تصادف)شناخته شد که بسیاری از حوادث جزئی ناشناخته کمتر شده و اما حوادث شناخته شده رو به فزونی رفت.صدمات یا تصادفات شناخته شده کمتری، ممکن است منجر به یک یا چند واقعه مرگبار و فاجعه بار شود.پیرو این منطق،به نظر می رسد که تاثیر خوش خیم رویدادهای کوچک یخ زدگی که حاصل تهدیدی جزئی هستند،در نهایت منجر به برخوردهای یخ زدگی جدی می شوند.گرچه نظریه هاینریش بحث انگیز است و اغلب به چالش کشیده شده است، و بیش از ۷۰ سال به طور گسترده ای پذیرفته شده است، بسیاری از نظریه های دیگر مانند پیوند چند عامل، معمولا در ارزیابی حوادث هوایی،در تلاش برای توضیح علت حادثه،به کار رفته اند.Gunter(2008)،نظریه های علیت تصادف را بررسی کرد و نتیجه گرفت که اهمیت ارگونومی و فشار تحت تأثیر محیط زیست فیزیکی است.این تئوری های علیت تصادف(برخورد)، تاثیر بالقوه ایمنی یخ زدگی در محیط صنعتی دریایی را نشان می دهد. یخ زدگی فوقانی(بستر) ناشی از اسپری دریایی و یخ زدگی جوی ناشی از برف،پوسته یخ،یخبست و یخبندان،خطراتی که سکوهای دریایی در معرض آنها قرار دارند شناسایی کردند.خطرات تعریف شده برای یخ زدگی در ۲۵ سال پیش،هنوز در ابعاد بزرگ وجود دارد.به طور کلی، اطلاعات کم و منظم جمع آوری شده در مورد تأثیر زیرساخت ها یا یخ های جوی در عملیات دریایی موجود است. نه یخ زدگی رویی و نه یخ زدگی جوی،باعث از بین رفتن سکوهای حفاری نفت،نشده اند. (Oilrigdisasters, 2008) گرچه برخی از خسارات سکوهای حفاری،در طوفان زمستان رخ داده اند،هیچ نشانه ای وجود ندارد که یخ زدگی به این خسارت کمک کرده است.دریای شمال،با وجود شهرتش به دلیل زمستان های سخت و سرد،اما مشکلات جدی یخ زدگی برای سکوها ایجاد نکرده است،گرچه بارگذاری های یخ در طیف ۴۵۰-۲۲۵MT،در این سکوهای حفاری رخ داده است (Liljestrom,Lindgren,1983;Liljestrom),
Description
Arctic oil exploration and production have increased because of a reduction in sea ice cover. The increased global demand for oil will result in a larger number of offshore structures built, used, and exposed to icing from atmospheric sources. Atmospheric icing is defined by the International Standards Organization (ISO) and the International Council on Large Electric Systems (CIGRE) as any process of ice or snow accumulation on objects exposed to the atmosphere (Farzaneh, 2008; Fikke et al., 2006). Atmospheric icing is further classified as types of ice, based upon methods of deposition and characteristics of deposits. These include glaze from precipitating freezing rain or freezing drizzle, snow, rime ice resulting from supercooled cloud or fog droplets, and hoar frost resulting from the deposition of water vapor directly as ice crystals. Sleet, a form of freezing precipitation, and superstructure ice resulting from sea spray, are traditionally not classified as atmospheric icing, but they are similar in formation processes. More complete descriptions of these ice types may be found in Farzaneh (2008); Fikke et al. (2006), Ryerson (2008), and SAE (2002). These types of icing can reduce offshore operations safety and operational tempo and are discussed in this paper. Though floating sea ice also degrades offshore platform operations and safety, floating sea ice types are not discussed in this paper and should not be confused with atmospheric ice types (AES, 1994). Offshore platforms are complex with regard to the types of operations conducted onboard, and the type of and variability of icing problems. Selection of safety-enhancing ice protection technologies requires consideration of platform design, operations compromised, type, amount and frequency of ice formation, and applicability of ice protection technologies. The creation of a comprehensive offshore platform icing safety plan is also benefitted by knowledge of the physics of ice accretion processes and methods for prediction of icing events. Because platforms are difficult to move on short notice, weather prediction is rarely useful for avoidance of icing events. Forecasting, however, can aid in tactical preparation of a platform prior to an icing event. Superstructure and atmospheric icing physics and modeling are not discussed in this article, but comprehensive reviews are available from Makkonen (1989) and Lozowski et al. (1986, 2000) for superstructure icing, and from Farzaneh (2008), Poots (1996), and Makkonen (1984) for glaze, rime, snow, and frost. This paper presents an assessment of the threat of icing to structural and operational areas of platforms through the use of a cross-tabulation matrix. The matrix combines relative safety threats of six ice types and the relative importance of seventeen areas and operations of offshore platforms. Cross tabulations provide an indication of the importance of ice type versus location. Although not currently available, the addition of explicit ice frequency and magnitude information would add value. A table is also included to present the most successful technologies for protection of differing platform areas and operations. More quantitative approaches for assessing platform ice safety threats and appropriate location-specific ice protection technologies are not currently available. However, the approach presented here provides structure to the complexities of icing-related, platform area safety and choice of appropriate ice protection technologies.
