طراحی خطوط لوله زیر دریا

Design of Sub-Sea Pipelines

خطوط لوله زیر دریا نقش مهمی در انتقال نفت و گاز (هیدروکربن) از سایت‌های اکتشاف و تولید از راه دور به تأسیسات فرآوری و در نهایت مصرف‌کنندگان دارند. آنها اجزای ضروری فرآیند تولید نفت و گاز دریایی هستند. با افزایش تقاضای انرژی، نیاز به راه حل های قابل اعتماد و کارآمد خط لوله زیر دریا نیز بسیار افزایش یافته است. اینجاست که شرکت هایی که با خطوط لوله زیر آب سروکار دارند وارد عمل می شوند. در این مقاله به طور خلاصه با اصول اولیه خطوط لوله زیر دریا و مراحل طراحی آنها آشنا می شویم.

خط لوله زیر دریا چیست؟

خط لوله زیر دریا (همچنین به عنوان خط لوله زیردریایی هم شناخته می شود)، طول لوله‌ای است که در بستر دریا یا زیر آن در داخل یک ترانشه(درازگودال) قرار می گیرد. آنها به طور خاص نفت، گاز یا سایر سیالات را از چاه های زیر دریا به تأسیسات پردازش خشکی یا بین تأسیسات مختلف دریایی منتقل می کنند. با این حال، آنها همچنین می توانند آب آشامیدنی را به جزایر مختلف منتقل کنند. طراحی خطوط لوله زیر دریا بسیار چالش برانگیز است زیرا در معرض محیط های سخت زیر دریا، فشارهای بسیار بالا و سیالات خورنده قرار دارند. این خطوط لوله معمولاً از فولاد ساخته شده اند و برای مقاومت در برابر شرایط سخت محیط دریایی طراحی شده اند. خطوط لوله زیر دریا برای حمل و نقل هیدروکربن ها از میادین نفت و گاز دریایی به تاسیسات فرآوری خشکی بسیار مهم هستند و به طور قابل توجهی به زنجیره تامین انرژی جهانی کمک می کنند.

به طور کلی، خطوط زیر 16 اینچ در داخل یک ترانشه قرار می گیرند در حالی که خطوط لوله بزرگتر (بالای 16 اینچ) در بستر دریا قرار می گیرند. با این حال، پارامترهای مختلف دیگری باید در نظر گرفته شود.

مزایا و معایب خطوط لوله زیر دریا

خطوط لوله زیر دریا نشان دهنده خطوط حیاتی اکتشاف و تولید نفت و گاز دریایی است که به عنوان شریان های حیاتی برای انتقال هیدروکربن‌ها از اعماق کف اقیانوس به تاسیسات خشکی عمل می‌کند. مزایای اصلی خطوط لوله زیر دریا عبارتند از:

دسترسی بیشتر: می تواند به طور کلی هر طول لوله را بدون هیچ محدودیتی متصل کند.

کاهش زمان نصب: نصب خطوط لوله زیر دریا در مقایسه با نصب خط لوله معمولی بسیار سریع است.

با این حال، خطوط لوله‌ی زیر دریا پرهزینه هستند. هزینه‌های نصب، ساخت و نگهداری بسیار بالاست. همچنین، ساخت و نگهداری خطوط لوله زیر دریا چالش‌های متعددی را به همراه دارد، از جمله:

خوردگی و فرسایش: محیط سخت دریایی می تواند باعث خوردگی و فرسایش سطوح خطوط لوله در طول زمان شود و استفاده از پوشش های محافظ و سیستم های حفاظت کاتدی برای افزایش طول عمر خطوط لوله را ضروری می کند.

خطرات زمین شناسی: خطوط لوله زیر دریا باید از طریق سازندهای پیچیده زمین شناسی، از جمله خطوط گسل، دره‌های زیردریا، و بی‌نظمی‌های بستر دریا، که می تواند خطراتی مانند رانش زمین و زمین لرزه ایجاد کند، حرکت کند.

خطرات عملیاتی: چالش‌های عملیاتی مانند نشت خط لوله، خرابی تجهیزات و برخورد کشتی‌های دریایی می‌تواند خطرات قابل‌توجهی را برای یکپارچگی خطوط لوله زیر دریا ایجاد کند که نیازمند نظارت و پروتکل‌های نگهداری قوی است.

خطوط لوله زیر دریا را می توان تقریباً در هر عمق آب نصب کرد. اعماق آب به شرح زیر طبقه بندی می شود:

بنادر یا بندرها: عمق آب کمتر از 25 متر.

آب کم عمق: عمق آب از 25 متر تا 180 متر.

آب عمیق: عمق آب بالای 180 متر تا 1000 متر.

آب فوق عمیق: عمق آب بالای 1000 متر.

 

*خطوط لوله زیر دریا در معرض نیروهای عمودی و افقی مختلفی قرار می گیرند.

طراحی خطوط لوله زیر دریا

خطوط لوله زیر دریا طبق مراحل خاصی که در شکل 1 در زیر ذکر شده است طراحی می شوند.

1-9 شناسایی الزامات برای حمل و نقل محصول

این اولین گام در طراحی خط لوله زیر دریا است. تمام الزامات فرآیند (مانند سرعت جریان، دما، فشار و غیره) در این مرحله شناسایی می شوند. تمام بررسی های میدانی (مانند بررسی های عمق سنجی، بررسی های ژئوتکنیکی، اندازه گیری امواج جزر و مدی و غیره) باید در این مرحله انجام شود. این بررسی‌ها برای درک ماهیت بستر دریا و شرایط دریا که در طول فرآیند طراحی دقیق مورد استفاده قرار خواهند گرفت، مورد نیاز است.

2-9 شناسایی کدها و استانداردهای سیستم های خط لوله زیر دریا

کدها و استانداردهای مختلفی وجود دارد که می تواند برای هر طراحی سیستم خط لوله زیر دریا قابل اجرا باشد. بنابراین در این مرحله تمامی این کدها و استانداردها نهایی می شوند. برخی از رایج ترین کدها و استانداردهای سیستم های خط لوله زیر دریا عبارتند از:

DNV-OS-F101: سیستم های خط لوله زیردریایی

DNV-ST-F101: تنش های انطباق با کد

DNV-RP-F109: پایداری در پایین خطوط لوله زیردریایی

API-RP-1111: طراحی، ساخت و بهره برداری از خطوط لوله دریایی.

ASME B31.3: لوله کشی فرآیند

3-9 محاسبه قطر داخلی خط لوله

تجزیه و تحلیل هیدرولیک برای یافتن قطر داخلی خط لوله مورد نیاز مطابق با کد حاکم و الزامات استاندارد انجام می شود. قطر خط لوله انتخاب شده، باید برای ارائه جریان و فشار مورد نیاز کافی باشد.

4-9 تصمیم گیری در مورد مواد خط لوله

در این مرحله، یک مطالعه فنی-تجاری برای یافتن مواد بهینه از مواد پیشنهادی انجام می‌شود. متریال انتخاب شده باید برای فشار و اقتصاد طراحی داده شده مناسب باشد.

5-9 محاسبه ضخامت دیوار خط لوله

حداقل ضخامت دیوار خط لوله مورد نیاز با در نظر گرفتن پارامترهای مختلفی از جمله:

•  فشار طراحی خارجی و داخلی
•  مواد خط لوله
•  قطر خط لوله
•  در نظر گرفتن کمانش

6-9 انتخاب مسیر خط لوله

قبل از اجرای خط لوله، مهندسان با در نظر گرفتن عواملی مانند عمق آب، توپوگرافی بستر دریا و نگرانی های زیست محیطی، بررسی های گسترده ای از بستر دریا برای تعیین مناسب ترین مسیر انجام می دهند. بر اساس بررسی عمق سنجی و سایر کارهای بررسی سایت، مسیر خط لوله، برای به حداقل رساندن طول خط لوله انتخاب می شود. بستر دریا در بیشتر موارد صاف نخواهد بود. بنابراین، مسیر باید به گونه ای انتخاب شود که از طول های طولانی خط لوله بدون پشتیبانی جلوگیری شود.

7-9 پایداری در پایین

در این مرحله تمامی نیروهای عمودی و افقی که بر روی یک خط لوله وارد می شوند محاسبه می شود. اطمینان حاصل می شود که خط لوله تحت تأثیر ترکیبی همه بارها پایدار خواهد بود. تمامی نیروها از جمله امواج دریا، نیروی شناوری بالابرنده، بارهای ناشی از وزن و غیره در نظر گرفته شده و بررسی می شوند. در شرایطی که خط لوله ناپایدار است، سیستم های تثبیت کننده اضافی مانند بالاست بتنی، تخلیه سنگ، تشک بتنی و غیره برای پایدار کردن خط لوله زیر دریا معرفی می شوند.

8-9 تجزیه و تحلیل تنش خط لوله

در این مرحله، پیکربندی کامل خط لوله در نرم افزارهای موجود تجزیه و تحلیل تنش خط لوله مانند Caesar II یا AutoPipe مدل سازی می شود تا مشخص شود که آیا سیستم از همه ملاحظات تنش ایمن است یا خیر. نتایج تولید شده توسط این برنامه های نرم افزاری، برای قضاوت در مورد سیستم و تصمیم گیری در مورد اینکه آیا هر گونه اصلاحی لازم است یا اینکه آیا می توان سیستم را همانطور که هست پذیرفت، کافی است.

9-9 تجزیه و تحلیل نصب خط لوله

این آخرین مرحله طراحی خط لوله زیردریایی است. در این مرحله تنش های ایجاد شده بر روی سیستم خط لوله در حین نصب با در نظر گرفتن روش نصب مورد استفاده بررسی می شود. برای این منظور با متخصصان تماس گرفته می شود.

ساخت و نصب خطوط لوله زیر دریا

خطوط لوله زیردریایی شگفتی های مهندسی هستند که به دقت طراحی و ساخته شده اند تا در برابر شرایط سخت محیط دریایی مقاومت کنند. فرآیند ساخت و ساز معمولاً شامل چندین مرحله کلیدی است:

1. ساخت خط لوله:

بخش‌های خط لوله در خشکی با استفاده از فولاد با استحکام بالا، با پوشش‌هایی برای محافظت در برابر خوردگی و سایش، تولید می‌شوند. سپس این بخش ها به محل نصب دریایی منتقل می شوند.

2. نصب و راه اندازی:

روش های نصب بسته به عواملی مانند عمق آب و شرایط بستر دریا متفاوت است. تکنیک‌های متداول شامل روش‌های S-lay، J-lay و Reel-lay است که هر کدام بسته به نیاز پروژه، مزایای منحصر به فردی را ارائه می‌کنند.

3. زیرساخت زیر دریا:

علاوه بر خود خطوط لوله، زیرساخت‌های زیردریایی مانند رایزرها، منیفولدها و پشتیبان‌های زیردریایی برای تسهیل حمل و نقل و پردازش هیدروکربن‌ها نصب شده‌اند.

 

خطوط لوله زیر دریا نقشی حیاتی در زنجیره تامین انرژی جهانی ایفا می کند. این امکان توسعه میادین نفت و گاز دریایی را فراهم می کند که در غیر این صورت بهره برداری از آنها غیراقتصادی خواهد بود و منابع جدید انرژی برای پاسخگویی به تقاضای رو به رشد جهانی را باز می کند.

شرکت استیل پایکار ارس آماده‌ی همکاری، جهت تأمین لوازم و تجهیزات تاسیسات صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، نیروگاهی، آبرسانی و ساختمانی، با مدیران و پیمانکاران محترم در سراسر کشور می‌باشد.