اشتباهات مهندسی در فاز طراحی؛ داستان غرق شدن سکوی نفتی نروژی

می, 2020 بدون نظر آموزش, انرژی, بازرسی, خدمات, دریایی, نفت و گاز

اشتباهات مهندسی محدود به یک منطقه جغرافیایی نیست. در همه جای دنیا اشتباهاتی رخ می دهد که منجر به اتلاف سرمایه های مادی و معنوی زیادی می شود. در امور تحقیقاتی و صنعتی به دلیل جدید بودن و حرکت در لبه ی علم و دانش بشر، همواره امکان وقوع اشتباهات کوچک و بزرگ وجود دارد. اشتباهات ناگزیر هستند. اما درس گرفتن از این اشتباهات و عدم تکرار آنها بسیار مهم است. ریشه یابی خرابی های صنعتی و مهندسی تبدیل به شاخه ای از علم شده است که نیاز به تخصص بالایی هم دارد. دقیقا مثل یک پزشک که از آثار پدید آمده در یک مریض پی به نوع بیماری می برد و برای آن دارو تجویز می کند. در صنعت و مهندسی هم همینطور است. دائما احتمال خرابی، شکست و … وجود دارد. اما اینجا پیشگیری و ایمنی خیلی مهمتر از درمان است. در مطالبی که قصد داریم در مورد اشتباهات مهندسی مطرح کنیم، بیشتر هدف مرور همین اشتباهات است که اینها از کجا شروع شده اند و مهندسان کجا سهل انگاری کرده اند. اگر مهندس ، مدیر یا دانشجو هستید حتما این مطالب را دنبال کنید و آن را در هنگام اجرای پروژه ها درنظر داشته باشید.

شناسنامه حادثه
نمایی از سکوی مدل کاندیپ
نمایی از سکوی مدل کاندیپ

سکوی نفتی Sleipner A یک سکوی فراساحل ترکیبی جهت تولید و فرآوری در میدان گازی واقع در دریای شمال و متعلق به نروژ می باشد که دارای خوابگاه جهت اقامت خدمه و پرسنل آن نیز هست. این سکوی نفتی از نوع کاندیپ (Condeep) – نوع خاصی از سکو که توسط یک مهندس نروژی طراحی شد- و سازنده آن شرکت نفت و گاز نروژ استات اویل که بعدها به اکوینر تغییر نام داد می باشد.

علت شهرت این سکو، حادثه ای است که در سال 1991 میلادی برای آن رخ داد. علت حادثه مربوط به اشتباهی است که در هنگام طراحی آن انجام شد. در مورد علل اصلی حادثه تحقیقات مختلفی انجام شده است که در این مطلب توضیحات بیشتری ارائه می کنیم تا کارفرمایان و پیمانکاران پروژه های مهندسی از اهمیت تحلیل درست نتایج طراحی و شبیه سازی ها آگاهی پیدا کنند.

طراحی سکو
  • طراحی سکو بر اساس اقامت 160 نفر انجام شد.
  • ابعاد: 60 در 140 متر و ارتفاع آن 210 متر
  • 24 سلول شناوری
  • وزن کل سازه گرانشی حدود 57000 تن
  • عمق عملکرد سکو 82 متر
  • مساحت کل سطح مبانی سازه 16000 متر مربع
  • 4 شفت به منظور تکیه گاه درنظر گرفته شد
سناریوی غرق سکوی

علت اصلی خرابی و فروپاشی سکو در مرحله آخر ساخت را نقص و ایراد در طراحی گزارش کرده اند. در هنگام به آب اندازی این سکوی بتنی قرار بر اجرای عملیات بالاست کنترل شده با سرعت یک متر بر 20 دقیقه بود. اجرای دقیق آن به جهت نصب درست عرشه سکو بر بدنه بسیار با اهمیت است. همانطور که بدنه به علامت 65 متری نزدیک می شد، صدای وحشتناکی بدنبال صدای پاشش سنگین آب شنیده شد. جداره سلول شکست و ترک با سرعت پیشروی کرد. در همان حالت آب با سرعت بسیار زیادی در حال پاشیدن به داخل بود که عملا بازگشت بالاست (یا همان توازن) بوسیله پمپ ها ممکن نمی شد. در عرض چند دقیقه، بدنه با سرعت 1 متر بر دقیقه شروع به غرق شدن کرد. به همان صورت که سازه در حال غرق شدن بود، اتاقک های شناوری سکو ترکیدند که موجب زمین لرزه ای به قدرت 3 ریشتر شدند. خوشبختانه در این عملیات به کسی آسیب وارد نشد.

بررسی دلایل حادثه

پس از این حادثه، تحقیقات برای بررسی دلیل یا دلایل اصلی حادثه شروع شد. مالک سکو، شرکت ملی نفت نروژ، استات اویل، یک گروه ارزیاب به همراه SINTEF (سازمان مستقل نروژی که تخصص آن تحقیق و توسعه صنعتی می باشد) را برای مشاوره های فنی این گروه استخدام کرد. این گروه از تست های آزمایشگاهی سازه ای و هیدرودینامیکی در کنار پرس و جو از شاهدان حادثه به منظور پی بردن به ابهامات حادثه بهره بردند.

ارزیابی های آنها مجموعا در 16 گزارش شرح شده است. تحقیقات این نهاد تحقیقاتی نشان داد که علت اصلی خرابی و شکست سازه، محاسبات نادرست نرم افزار معروف نسترن –NASTRAN- در هنگام طراحی و آنالیز سازه بوده است. این نرم افزار تنش های وارد به اتاقک های بالاست یا همان آب توازن را 47% کمتر از مقدار واقعی تخمین زده بود. در نتیجه ی آن جداره های بتنی بسیار نازک تر از مقدار مجازی طراحی شدند که تحمل فشار های هیدرواستاتیک را در هنگام شناوری داشته باشند. در نتیجه، با افزایش فشار، ترک در دیواره ها رشد کردند و در نهایت منجر به شکست آن شدند. با شکست دیواره ها، آب دریا با سرعتی عجیب وارد تانکرها شد و در پی آن غرق سازه در کمتر از 18 دقیقه رخ داد.

مشهور است که پس از حادثه کارفرمایان که بسیار ناراضی و عصبانی بودند از پیمانکار پرسیدند که آیا می توانید یک سکوی جدید تا پیش از برنامه زمان بندی شده بسازید؟ که او در جواب می گوید “بله ما می توانیم” و جالب اینجاست که واقعا آنها توانستند و قبل از 45% سریعتر از برنامه زمان بندی شده ی اول، سازه ی جدید را به آب انداختند!

به طور کل خسارت وارده در اثر این حادثه در سال 1991، مبلغ 700 میلیون دلار گزارش شده است.

چه اتفاقی در فاز محاسبات و شبیه سازی رخ داد؟

آنگونه که در گزارشات امده است، مکانیزم خرابی ناشی از اشتباهاتی در تعریف شرایط اولیه در نرم افزار اجزا محدود نسترن (NASTRAN) و همچنین اندازه بسیار بزرگ و نامناسب مش برای شبیه سازی بوده است که عملا موجب پیش بینی غلط مقدار تنش های برشی در قسمت تریسل (Tricells) سازه شده است. گزارشات ارائه شده توسط کارگروه ارزیابی حادثه نشان داد که علت اصلی این شکست، تلفیقی از اشتباهات محاسباتی نرم افزار نسترن (NASTRAN)، در محاسبات اجزا محدود و عدم تقویت درست جداره ی بتنی در ناحیه بحرانی بوده است.

در گزارش دیگر، علت شکست جداره بتنی، تخمین و محاسبه اشتباه رفتار الاستیک خطی تریسل در نرم افزار NASTRAN بوده است که این امر موجب خطای  در محاسبه تنش های برشی آن شده است. به طور کل این خطاها تخمین اشتباه ضخامت جداره تریسل را در پی داشته است. پس از این خرابی، شبیه سازی های دقیق نرم افزاری نشان داد که طراحی اشتباه سازه موجب شکست جداره در عمق 62 متری دریا می شود که این با آنچه در واقعیت و در عمق 65 متری رخ داد بسیار نزدیک است و تطابق دارد.

 

چرا نباید به نتایج نرم افزار اعتماد کرد؟

به طور کل همواره باید این نکته را در ذهن داشته باشیم، که تمام جوابهای بدست آمده از شبیه سازی های عددی اشتباه است، مگر آنکه خلاف آن ثابت شود. یعنی حتما باید صحت سنجی های مختلفی در ضمن طراحی و آنالیز داشته باشیم. اینطور نیست که هر جوابی که نرم افزار داده است جواب درستی است. علاوه بر این همواره باید کیفیت مش، شرایط مرزی و بارگذاری، متریالهای اعمال شده، دیمانسیون و ابعاد پارامترهای وارد شده در نرم افزار و بسیاری موارد دیگر چندین و چند بار چک شود و بهمین دلیل است که سیکل تصدیق دانش فنی و مدلسازی در شرکت های مشاوره در زمینه شبیه سازی عددی بسیار با اهمیت است.

مراجع

http://www-users.math.umn.edu/~arnold//disasters/sleipner.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Sleipner_A

 

تگ ها

ارسال نظر شما

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

×

Hello!

Click one of our representatives below to chat on WhatsApp or send us an email to info@banumusagr.com

سلام، مسئول مربوطه را انتخاب کنید تا هم اکنون در واتساپ شما را راهنمایی کند. یا با شماره 05135424520 تماس بگیرید.

× سلام ، سوالی دارید؟ می تونم بهتون کمک کنم