بخشی از مقاله
چکیده:
در این تحقیق رفتار مخزن متوسط - + 0,63 - ذخیره نفت تحت بارگذاری زلزله موردبررسی قرار گرفته است. برای انجام مدلسازی از روش اجزای محدود و نرمافزار آباکوس استفاده شده است. در ابتدا برای اطمینان از صحت پیشبینی نتایج مدلهای اجزای محدود، صحت سنجی با استفاده از نتایج تحقیقات محققین قبلی انجام شده است. پس از اطمینان از دقت پیشبینیهای مدل اجزای محدود به بررسی رفتار مخازن تحت اثر زلزله پرداخته شد. متغیرهای تحقیق شامل هندسه مخزن، نوع رکورد زلزله و عمر مخزن با توجه به خوردگی جدار مخزن در طول مدت عمر مخزن است. تحلیل بهصورت تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی و با در نظر گرفتن غیرخطی شدن مواد و هندسه انجام گرفت. نتایج حاصل از تحلیل نشان داد که بهطورکلی، با افزایش عمر مخزن و کاهش ضخامت جداره آن، تغییر مکان افقی جدار در زلزله بیشتر شده است. بااینحال میزان حداکثر برش پایه مخزن در طول زلزله تغییر قابلتوجهی نداشته است.
مقدمه
در تمام شاخههای صنعت بهویژه در صنایع نفت و پتروشیمی، سازههای فلزی جدار نازک بهطور گسترده استفاده میشود. مخازن استوانهای عمودی روزمینی نمونههایی از چنین سازههایی هستند. نمونههای متعددی از آسیب و خسارات مخازن در زلزله 1964 آلاسکا، 1971 سن فرناندو، 1978 سندایی ژاپن و زلزله 1999 ترکیه دیده شده است. انتشار مواد آتشزا و خطر گسترش آتشسوزی، انتشار مواد سمی و خطرناک که منجر به آلودگی محیطزیست میشود و همچنین هدر رفتن سرمایههای ملی، نمونههایی از اثرات جبرانناپذیر تخریب مخازن است .این مخازن میتواند محتوی مایعات اشتعالپذیر یا سمی باشند که آزاد شدن هر یک از آنها باعث تحتالشعاع قرار گرفتن عملکرد قسمتهای دیگر پالایشگاه و حتی شهرهای اطراف پالایشگاه میگردد. این موضوع اهمیت بررسی رفتار لرزهای این سازهها را مشخص مینماید .هاسکینز و جاکوبسن در سال 1934 فشار ناشی از مود ضربههای مایع درون مخزن را بهطور تجربی آنالیز کردند .[1] جاکوبسن در سال 1949 با فرض صلبیت دیوار مخازن، با حل معادله لاپلاس و توزیع فشار هیدرودینامیکی مایع در مخازن و با اعمال شرایط مرزی مناسب، مسئله فشار دینامیکی مایع ناشی از مؤلفه افقی زلزله در مخازن استوانهای را تحلیل نمود .[2] هارون در سال 1983 به روش آزمایشگاهی اندرکنش سیال-سازه و مشخصات دینامیکی سه مخزن واقعی - دو مخزن مهارشده و یک مخزن مهار نشده - را مطالعه نمود و با استفاده از روش تحلیلی با در نظر گرفتن تغییر شکلپذیری دیوار، برای طراحی مخازن روشی ارائه نمود .[3] هارون و الیسی در سال 1985 برای تحلیل مخازن استوانهای انعطافپذیر تحت اثر مؤلفه افقی زلزله و حرکت گهوارهای بستر صلب مخزن روشی تحلیلی ارائه نمودند .[4] اورورک و سو [5] بر اساس عملکرد مخازن در زلزلههای گذشته نشان دادند که نسبت ارتفاع به قطر مخزن بر روی آسیبپذیری لرزهای مخازن تأثیرگذار است. بر اساس نتایج این بررسی، منحنیهای شکنندگی مخازن با نسبت ارتفاع کل به قطر مخزن برابر و کوچکتر از 0/7 و نسبت به مخازن با نسبت ارتفاع کل به قطر مخزن بزرگتر از 0/7 با یکدیگر متفاوت است. این در حالی است که مالهوترا [6] نسبت H/D = 0/5 را بهعنوان مرز بین مخازن باریک و پهن معرفی مینماید. نکتهای که در مورد اغلب تحقیقات انجامشده بر روی مخازن مهار نشده محتوی مایع مطرح است این است که این تحقیقاتعمدتاً بر اساس مدلهای سادهشده و مبتنی بر روشهای استاتیکی معادل و یا بر اساس مطالعات تجربی بر روی عملکرد واقعی مخازن در زلزلههای گذشته میباشند. مطالعات تجربی نیز با توجه به محدود بودن تعداد مخازن قرارگرفته در معرض زلزله اغلب دارای عدم قطعیتهای قابلتوجهی میباشند [7] و انجام مطالعات پارامتری بر روی اینگونه دادههاعملاً امکانپذیر نیست.
ماهری و سورن در سال 1989، با آزمایش مخازن روی میز لرزان تأثیر تغییر شکلپذیری دیوار مخزن روی نیروهای هیدرودینامیکی مایع را بررسی نمودند. آزمایشها روی دو مدل مخزن و در دو فاز انجام شد. در فاز اول اثرات سیال - در دو حالت مخزن پر و مخزن خالی - روی خصوصیات دینامیکی مخازن موردبررسی قرار گرفت و در فاز دوم آزمایشها ارتعاش اجباری بهمنظور بررسی نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر پوستهی مخازن انجام گرفت. نتایج حاصل از بررسیها نشان داد که نیروهای هیدرودینامیکی برای مخازن انعطافپذیر بسیار بزرگتر ازآنچه است که برای مخازن صلب به دست میآید .[8] در سال 2008 آهاری – عشقی [9] و رزاقی – عشقی [10] مطالعاتی در خصوص بلند شدگی مخازن استوانهای مهار نشده فولادی تحت اثر زلزله انجام دادند. دهقان منشادی و ماهری در سال 2010 با در نظر گرفتن سه مخزن با نسبت ارتفاع به قطر 0/4، 0/63 و 0/95 برای اولین بار اثرات خوردگی در دیواره مخزن را بر خصوصیات دینامیکی مخزن موردمطالعه قراردادند .[11] در ادامهی پژوهش قبلی، ماهری و عبداللهی در سال 2012 اثرات پدیده درازمدت خوردگی را روی مقاومت کمانشی دیوارهی مخازن موردبررسی قراردادند .[12] در ساخت و سرهمبندی کردن و همچنین در طول مدتزمانی که از عمر چنین سازههایی میگذردمعمولاً، نقایصی به وجود آمده که آنها را از فرم ایده آل خارج میکند. بهعنوان نمونه میتوان به پدید ه ی خوردگی در طول عمر مخازن اشاره کرد که یکی از مهمترین عوامل گسیختگی مخازن میباشد. طول عمر مخازنمعمولاً بین 20 تا 40 سال میباشد و در تعدادی از آنها بعد از 1/5 تا 2/5 سال پدیده خوردگی مشاهده میشود. بر اساس اطلاعات انجمن نفت آمریکا - API - حدود 19 درصد از نشتیهای موجود در صنایع نفت و پتروشیمی مربوط به خسارتهای ناشی از خوردگی در مخازن میباشد. خوردگیمعمولاً در اثر وجود مواد خورنده و سیالات ساینده به وجود آمده و عوامل طبیعی همچون سرما، گرما، یخبندان و همچنین ضربههای ناشی از بارهای مکانیکی که در اثر پر و خالی کردن متوالی مخازن به وجود میآیند، بر شدت آن میافزایند. کلیهی مخازن فارغ از کاربری و شرایط متفاوت حاکم بر آنها تحت تأثیر زلزله قرارگرفته و آسیب میبینند. مخازن استوانهای مهارشده نگهداری مایعات با توجه به اندرکنش موجود بین سازه و مایع دارای رفتار دینامیکینسبتاً پیچیدهای میباشند. عوامل متعددی ازجمله نسبت ارتفاع به قطر مخزن , - H/D - درصد پرشدگی یا نسبت ارتفاع مایع داخل مخزن ب ارتفاع کل مخزن - HL/H - و بیشینه شتاب زلزله ورودی نیز میتوانند بر رفتار لرزهای این مخازن تأثیرگذار باشند. هدف اصلی این مطالعه بررسی اثر غیریکنواختی ضخامت دیوارهی مخزن در اثر خوردگی روی پاسخ لرزهای مخازن نظیر برش پایه، لنگر واژگونی و ... با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی میباشد. بهمنظور مدلسازی عددی از نرمافزار اجزای محدود آباکوس استفاده میشود.
