سمینار  سمینار لوله گذاری به روش O-Lay مدرس : مهندس کیانوش محسنی زاده 

مقدمه ای بر خطوط لوله


انسان همواره نیازمند انتقال سیالات از مکاني به مکان ديگر بوده است . برخي سیالات بايد در احجام بزرگ و در مسیرهاي طولاني جا به جا شوند : آب، نفت، گاز طبیعي، اتیلن و دياکسید کربن از اين قبیل سیالات هستند . سیالات ديگر بايد در کمیتهاي کوچکتر يا در مسیرهاي کوتاهتري انتقال بیابند که از جمله آنها میتوان بخار، نیتروژن، هواي فشرده، خون، شیر، نوشیدنیهاي مختلف، هلیم، جیوه، نیتروگلیسیرين و مواد شیمیايي را نام برد.

براي انتقال سیالات اصولاً سه راه وجود دارد . اولین راه شامل ريختن سیال در يک مخزن، انتقال مخزن پر شده به محل مورد نیاز و خالي کردن آن است . مخزن متحرک و روش پر و خالي کردن آن اجزاي اصلي اين روش هستند . دومي عبارت است از ساخت يک لوله )يا کانال ( از جايي که سیال وجود دارد به جايي که میخواهم برود و سپس سیال بوسیله پمپ انتقال می¬یابد . قنات ها نیز که براي انتقال آب زيرزمیني در مسافت هاي کوتاه و بلند در مناطق مختلفي از کشورمان ساخته شده اند از اين دست می باشند . سومین گزينه، که گاه در ترکیب با دو روش قبلي استفاده میشود، عبارت است از انتقال سیال درون يک جامد يا درون يک سیال ديگر که راحت تر انتقال مییابد .

روش انتقال با مخزن، انعطاف پذير بوده و اغلب هزينه هاي اساسي کمتري دارد . اين روش بطور تغییرناپذيري براي احجام کوچکتر از سیالات با ارزشي همچون جیوه، نوشیدنیها، خون و هلیم استفاده میشود . مخزن، سیال را در مقابل آلودگی ها محافظت میکند . میزان خطر نشت سیال از مخزن و آسیب رسیدن به محیط به سلامت مخزن و ايمني آن بستگي دارد . به عنوان مثال در خشکي در مسیرهاي طولاني مواقعي که خط لوله وجود ندارد، نفت بوسیله راه آهن منتقل میشود . براي مثال، طي قراردادي میان روسیه و چین، در سال 2005 ده میلیون تن نفت خام از طريق ريل به چین صادر خواهد شد . نفت از روسیه مرکزي نیز به همین شیوه به شرق دور روسیه منتقل میشود . اين روش به دلیل انعطاف پذيرياش بطور گسترده اي براي انتقال نفت و گاز طبیعي مايع در دريا استفاده میشود . به عنوان مثال، نفت خلیج فارس توسط نفتکش ها به اروپا و چین و صادر میشود . يک نفتکش میتواند نفت را در يک سفر از خاور میانه به ژاپن و در سفر ديگر از آلاسکا به کالیفرنیا حمل کند؛ در حین سفرها محموله میتواند فروخته شود و دوباره فروخته شود، به مقصد ديگري برگردانده شود و يا بخشي از محموله در مقصد ديگري تخلیه شود .

نوع انتقال بوسیله خط لوله در مقام مقايسه نسبتاً غیر قابل انعطاف است . خط لوله يک سرمايه ثابت با هزينه هاي اساسي نسبتاً بالا است . اگرچه، همین که خط لوله در مکان خود واقع شد، هزينه هاي عملیاتي و تعمیر و نگهداري نسبتاً کم هستند و خط لوله عمر عملیاتي حدود 40 سال يا بیشتر دارد . يک خط لوله ممکن است نسبت به جنگ يا حملات تروريستي آسیب پذير باشد يا نسبت به توقف سرويس توسط مناسبات سیاسي يک يا چند کشور که خط لوله از خاک آنها میگذرد . همین فاکتور است که اجراي خط لوله براي حمل نفت از خاور میانه به اروپا را محدود کرده است و همچنین مانع ساخت خط لوله گاز از ايران به هند شده است . انتقال بوسیله خط لوله انرژي کمي را به هدر میدهد . مناسب ترين مثال در اين زمینه مقايسه بین انتقال گاز طبیعي بوسیله خط لوله از يک طرف و میعان و سپس انتقال از دريا بوسیله نفتکش و مجددا تبديل آن به گاز از طرف ديگر است . حتي در يک مسافت بلند، عملیات اداره يک خط لوله کمتر از 10 درصد انرژي گاز حمل شده را مصرف میکند، در حالي که گزينه میعان گاز بیش از 30 درصد انرژي گاز را مصرف میکند . همین مزيت بزرگ باعث توسعه اين روش به بستر درياها شده است . از طرفي زماني که مقدار قابل توجه از يک مايع قرار است در يک مسیر ثابت و کوتاه )همچون فاصله میان چاه هاي نفت در دريا و تاسیسات ساحل ( به طور پیوسته در طولاني مدت انتقال يابد، روش مخزن انعطاف پذيري خود را از دست خواهد داد .

تاريخچه لوله گذاري زير دريايي


سابقه احداث خط لوله زير دريايي به بعد از جنگ جهاني دوم برمیگردد . در 14 نوامبر سال 1947 ، شرکت کِرمکگي به کمک شرکت براون و روت احداث اولین سکوی فراساحلي تولید کننده نفت را کامل کردند و اين روز را به عنوان تولد صنعت فراساحلي مدرن نامگذاري کردند . اين سکوی در 20 مايلي ساحل لوئیزيانا و در عمق 20 فوتي خلیج مکزيک احداث شد . بعد از اين واقعه شرکت هاي مختلفي کار طراحي و ساخت سکوی هاي فراساحلي را به جهت استخراج نفت از بستر دريا ادامه دادند .

با توسعه جهاني فعالیتهاي اکتشاف نفت در درياها و اقیانوسها در دهه هاي 50 و 60 میلادي در آب هاي همیشه عمیقتر اين سئوال پرسیده میشد که چگونه تولیدات اين ثروتهاي عظیم تازه کشف شده به تجهزات ساحلي منتقل خواهد شد. يکي از راه هاي انتقال هیدروکربن ها به ساحل خطوط لوله خوابیده شده در بستر دريا )يا مدفون زير بستر دريا ( است . علاوه بر اين خطوط اصلي )انتقال از سر چاه به ساحل(، میداني با پیچیدگي زياد معمولاً به تعدادي خط جريان درون میداني که امکانات زيردريايي را به پلاتفرم اصلي متصل می­کند نیازمنداست .


تا سال 1969 ، ابزار استفاده شده براي خواباندن اين خطوط لوله بطور انحصاري شامل بارج هاي ته پهن که بوسیله لنگرها کنترل میشدند بود . بعلاوه، تا آن زمان اکثر خط لوله ها در آبهاي نسبتاً سطحي و درياهاي آرام خوابانده میشدند . در اوايل دهه 70 نیاز براي خطوط لوله اي که بايد در آبهاي عمیق و شرايط محیطي سخت خوابانده شوند ديده شد .

براي برآوردن اين احتیاجات صنعت، ابزار لوله گذاري پیشرفته جديدي طراحي و ساخته شد . دو مورد از مهمترين

پیشرفتها عبارت بودند از :


کِشنده هاي طولي با ظرفیت بالا که مستقیماً بر لوله عمل میکرد و منجر به کاهش طول استینگر میشد .
انتقال اصل نیمه زير آبي از عملیات حفاري دريايي به تکنولوژي بارج لوله گذار .

در اواسط دهه 1970 اولین شناورهاي لوله گذار نسل سوم وارد بازار شدند . اين بارجها با موفقیت خطوط اصلي با قطر بزرگ را تا عمق 600 متر خواباندند . با ادامه کار در اوايل دهه 90 روش J-lay در مقابل روش S-lay ابداع شد که قابلیت نصب خطوط لوله در آبهاي عمیق و فوق عمیق را به ارمغان آورد)تعريف آبهاي عمیق در میان شرکتها و کشورهاي گوناگون متفاوت است، اما مشهورترين معیار قابل قبول عبارت است از 1500 فوت و بیشتر براي آبهاي عمیق و 5000 فوت و بیشتر براي آبهاي فوق عمیق .

براي درک بهتر از روند توسعه صنعت لوله گذاري دريايي مهمترين وقايع و تحولات آن در زير ارائه می­شود:


1954:
اولین خط لوله فراساحلي توسط شرکت براون و روت در خلیج مکزيک خوابانده شد .
1958:
اولین بارج لوله گذار مخصوص با هدف لوله گذاري (BAR 207 ) توسط شرکت براون و روت طراحي و ساخته شد.
1959:
خط لوله انعطاف پذير توسط شرکت شل در خلیج آمريکا نصب شد .
1961:
روش تثبیت موقعیت دينامیکي براي اولین بار استفاده شد .Eureka – H. Shatto
1961:
روش لوله گذاري با قرقره ايجاد شد Aquatic Contractors.
1961:
اولین ايجاد کننده شیار براي خط لوله زير آبي ساخته شد Orinoco/Phillips.
1962:
اولین شناور لوله گذار قرقره اي تجارتي به آب انداخته شد U-303.
1963:
عمق لوله گذاري به 264 فوت رسید California – shell.
1966:
نسل دوم بارج لولهگذار به کار گرفته شد North sea-Brown& Root.
1966:
خط لوله دوقلو در شرايط جريان آب عرضي با سرعت 8 نات خوابانده شد McDermott – Cook Inlet.
1967:
استینگر و کشنده در عملیات لوله گذاري استفاده شد .
1967:
خط لوله hot-tap بوجود آمد Ocean systems – Union Carbide.
1969:
اولین شناور لوله گذار با رمپ مرکزي به آب انداخته شد .LB 22-McDermott.
1969:
اولین شناور لولهگذار نیمه زيرآبي ساخته شد Choctaw I- Sante Fe.
1974:
عمق لوله گذاري از 1000 فوت گذشت Castoro V – Saipem.
1975:
عمق لوله گذاري به روش قرقرهاي از 1000 فوت گذشت . Chickasaw
1977:
نصب خط لوله به روش يدک کشیدن از زير دريا امتحان شد .
1978:
اولین خط لوله به روش يدک کشیدن نصب شد Statfjord.
1979:
عمق لوله گذاري از 2000 فوت گذشت Castoro VI – Sicily.
1993:
اولین عملیات لوله گذاري به روش J-lay انجام شد McDermott-Shell.
1993:
اولین خط جريان (درون میداني) threaded نصب شد BP.
2000:
عمق لوله گذاري به روش S-lay از 3000 فوت گذشت .)McDermott-Shell Brutus)

 

انواع روش های لوله گذاری عبارتند از :

 

1. S-Lay (منطقه کم عمق تا فوق عمیق)
2. J-Lay (
عمق متوسط تا عمیق)
3. Reel-Lay (
عمق متوسط تا عمیق)
4. Towing
5. O-Lay (
خیلی کم عمق تا فوق عمیق)

 

Description: D:\hajian\seminars\mohseni\o-lay\O-Lay1.JPG

 

 

Description: D:\hajian\seminars\mohseni\o-lay\olay2.JPG

 

Description: D:\hajian\seminars\mohseni\o-lay\olay3.JPG

 

O-Lay
تکنیکی است که اخیرا در رابطه با آن زیاد صحبت می شود. دلیل این موضوع این است که در آینده لوله گذاری در این روش دیده می شود. این روش بدلیل هزینه¬های اجرایی پایین، امکان لوله گذاری از عمق کم تا عمق هزاران متر و سرعت لوله گذاری بالا خود قابل توجه است. تفاوت اصلی این روش با روشهای متداول کنونی این است که جوش دادن لوله ها و تست جوش در خشکی و در فاصله کمی از بارانداز انجام می شود و پس از کوتینگ خط لوله بصورت یک مارپیچ بزرگ تخت به محل مورد نظر انتقال میابد. همچنین این تکنولوژی برای لوله گذاری خلاف جهت نیز طراحی شده است. بازیابی خطوط لوله استفاده نشده نیز در این تکنولوژی امکان پذیر است و در بعضی موارد خاص میتوان خطوط لوله اضافی را دوباره در میدان گازی یا نفتی دیگری استفاده کرد. در این روش بارج نقش متفاوتی در فرایند خواهد داشت(در روشهای دیگر از بارج به عنوان وسیله لوله گذار، انبار، محل جوش و غیره استفاده می­گردد.

با توجه به این امر که لوله در بیرون از بارج لوله گذار انبار می­شود، از این روش می­توان در آبهای خیلی کم­عمق نیز استفاده کرد. در این روش امکان استفاده از پوشش وزنی بتنی برای لوله بنا بر مشخصات مخصوص بتن وقتی که از روان کننده­های خاص استفاده می­شود وجود دارد.


انجام آزمایشهای بسیار در آزمایشگاه و تحت شرایط واقعی اثبات کرده است که این روش برای خطوط لوله با قطر های مختلف قابل اجراست.


این سیستم ترکیبی از بعضی تکنولوژی های شناخته شده مثل S-Lay همراه با ایده ¬های جدید است.
مزیت بزرگ این سیستم این است که به جای آنکه لوله در محل قرارگیری ساخته و یا جوش داده شود، با یک طول از پیش تعیین شده در خشکی جوش داده می­شود، به درون آب کشیده می­شود و به صورت O شکل جلوی محوطه ساخت انبار می¬گردد سپس از آنجا به محل مورد نظر برده می­شود و به روش S-lay با استفاده از یک بارج ساده سازی شده در کف دریا قرار می­گیرد.

خم کردن لوله فولادی


با در نظر گرفتن محدودیت­ها هر چیزی میتواند در محدوده الاستیک تغییر شکل داده شود. لوله فولادی میتواند در منطقه الاستیکش تغییر شکل داده شود و پس از برداشتن نیروی اعمال شده به فرم اصلی خود بازگردد.
بنابر آزمایشهای بسیاری که روی فولاد و بخصوص روی خطوط لوله انجام شده است پیش¬بینی محدودیت ها برای خم کردن لوله آسان است. به طور میانگین قطر اولین حلقه از مارپیچ در حدود پانصد برابر قطر لوله باشد.
تا زمانی که لوله در منطقه­ی الاستیک بماند به شکل بیضی در نمی­آید.
بیضی شکل شدن لوله بر اساس ناسازگاری با عملیات پیگ رانی غیرقابل قبول است.
نقطه قوت این روش این است که خط لوله طی مارپیچ شکل شدن به صورت پلاستیک تغییر شکل نمی دهد و همواره پس از برداشتن نیروهای اعمال شده به شکل اصلی خود بازمی­گردد.

 

Description: D:\hajian\seminars\mohseni\o-lay\olay5.JPG

 

Description: D:\hajian\seminars\mohseni\o-lay\olay6.JPG

 

محاسبات قطر خمش و نیروهای وارده

نحوۀ ساخت مارپیچ لوله و حمل آن در شکل های زیر مشاهده می­گردد.

 

Description: D:\hajian\seminars\mohseni\o-lay\olay7.JPG

 

Description: D:\hajian\seminars\mohseni\o-lay\olay8.JPG

این روش برای برداشتن خطوط لوله موجود در کف دریا نیز گزینه خوبی است بخصوص وقتی که خط لوله در شرایط خوبی باشد و امکان استفاده مجدد آن وجود داشته باشد.
استفاده از این روش از نظر اقتصادی بسیار بصرفه است. مدیریت انجام عملیات پیچدگی های کمتری نسبت به روشهای سنتی دارد. عملیات جوش و بازرسی جوش در خشکی و با زمان و دقت بیشتری صورت می¬پذیرد. هزینه¬های مربوط به کارکنان بسیار کمتر است. تجهیزات به انداز روشهای قدیمی گران نیست. بارج لوله گذار کوچکتر و ساده تر خواهد بود. بنابراین میتواند برای پروژه ی خاصی ساخته شود.
انتقال لوله های مارپیچ شده تنها نیازمند سه یا چهار یدک کش و یک سیستم اتصال مهار کششی است.

 

Description: D:\hajian\seminars\mohseni\o-lay\olay9.JPG

 

Description: D:\hajian\seminars\mohseni\o-lay\olay10.JPG

 

بحث خستگی : در روش های قدیمی لوله گذاری لوله بلافاصله پس از جوش به آب دریا انداخته می شد که باعث ایجاد و رشد بیشتر ترک های ناشی از خستگی می شد، اما با این روش و فاصله زمانی بین جوش و ورود به آب این خستگی کاهش خواهد یافت.

عملیات در آب عمیق

 

Description: D:\hajian\seminars\mohseni\o-lay\olay11.JPG

 

Description: D:\hajian\seminars\mohseni\o-lay\olay12.JPG

 

عملیات در آب کم عمق

ریسک
استفاده از هر سیستم جدید در هر صنعتی همیشه مقداری ریسک قطعی به همراه دارد بخصوص در صتعت فراساحلی که عواقب آن دو چندان است. از آنجایی که در این روش پرسنل کاهش می یابد ریسک کم حادثه مزیت بزرگی برای این روش است.

نتایج:
با توجه به مطالب فوق انتظار میرود که این روش هزینه¬های کم و سرعت اجرایی بالایی داشته باشد. سرعت لوله گذاری با این روش میتواند 20 تا 25 کیلومتر در روز باشد.

لوله های تا 36 اینچ می توانند در این روش استفاده شوند.قطر اولین حلقه مارپیچ 500 برابر قطر لوله باید باشد.

به خاطر سرعت بالای لوله گذاری 20-25 کیلومتر در روز این سیستم در برابر امواج تا 1.5 متر(H 1/3) در طول عملیات مقاومت می کند.

برای مثال پروژه ای مانند خط لوله عمان هند به طول 1300 کیلومتر که لوله گذاری آن به روش J_Lay حدود دو سال و نیم به طول می انجامد با استفاده از این روش در طول 150 روز انجام خواهد پذیرفت. صرفه جویی چنین پروژه ای در حدود 500 میلیون دلار خواهد بود.

با توجه به بالا بودن حجم انیمیشن های انجام این نوع لوله گذاری برای دوستان علاقه مند پیشنهاد می شود جهت درک بهتر مطالب فوق از این سایت بازدید نمایند http://www.o-lay.net

 

منبع مقدمه ای بر خطوط لوله : ایران پتروتک