بخشی از مقاله
چکیده
ایران یکی از مناطق زلزله خیز در جهان میباشد لذا توجه به زلزله میبایست یکی از اهداف اصلی متخصصین در امر ساخت و ساز کشور باشد. مسئله مورد بررسی در این تحقیق بررسی اثر استفاده از سیستم جداسازی لرزهای در رفتار مخازن استوانهای نگهدارنده نفت و فرآوردههای پتروشیمی است که بطور گسترده در مجتمعهای نفتی و از جمله انبارهای نفت ایران بکار برده میشوند. تجربه زلزلههای گذشته در کشورهای مختلف نظیر ژاپن، ایالات متحده، ترکیه و غیره نشان میدهد که اینگونه مخازن در مقابل حرکات نیرومند زمین در زلزله بسیار آسیب پذیر بوده و مطالعات آسیب پذیری و مقاوم سازی آنها از اهمیت زیادی برخوردار است. در این تحقیق، مطالعه عددی رفتار لرزهای مخازن نگهداری فرآوردههای نفتی با خصوصیات متعارف در مجموعههای نفتی ایران در سطوح مختلف نسبت هندسی - ارتفاع به قطر مخزن - از طریق شبیه سازی عددی به روش اجزاء محدود مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، انواع مودهای آسیب شامل کمانش پافیلی، تاثیرات نوسان سیال و واژگونی و بلند شدگی کف از نتایج آنالیزهای عددی ارزیابی گردیده و تاثیر استفاده از سیستم جداساز لرزهای از طریق مقایسه نتایج بین سازه جداسازی شده و سازه اولیه بررسی گردیده است. نتایج در قالب پیشنهاداتی برای استفاده مفید تر از مخازن بخصوص از لحاظ مقدار بهینه ارتفاع آزاد سیال داخل مخزن ارائه گردیده است.
- 1 مقدمه
در 10 سال گذشته، میزان تقاضا برای استفاده از منابع انرژی بطور فزایندهای افزایش یافته است و تخمینهای اخیر نشان میدهد که تقاضا برای انرژی های سوختی بیش از این نیز میتواند افزایش یابد. مخازن نگهداری مایعات بطور گستردهای در شبکههای توزیع آب، صنایع و نیروگاههای برق هستهای به ترتیب برای ذخیره سازی آب شرب، مایعات سمی قابل اشتعال و سوختهای هستهای مورد استفاده قرار میگیرند. رشد تقاضا برای استفاده از منابع انرژی نشان دهنده نیاز به مخازن بیشتر برای نگهداری فرآوردههای مایع میباشد .[ 1] عملکرد لرزهای مخازن نگهداری مایعات همواره از مسائلی بوده است که دارای اهمیت بسیاری در اینگونه سازهها است و حتی اهمیتی بالاتر از جنبه اقتصادی سازه دارد که علت آن نیاز به حفظ سرویسدهی سازه پس از یک زلزله بزرگ است. به علاوه پارامترهایی نظیر ملاحظات اجتماعی، کیفیت زندگی جوامع اطراف و تاثیرات محیطی موجب گردید تا ارزیابی ریسک ناشی از نشت مواد خطرناک از پالایشگاهها و تاسیسات پتروشیمی در طول زلزله در دستور کار تیمهای تحقیقاتی و فنی قرار گیرد .[2] بنابراین، ایمنی اینگونه مخازن، بخصوص در نواحی دارای خطرپذیری لرزه ای، روز به روز اهمیت بیشتری مییابد - شکل 1 را ببینید - .
مسئله رفتار لرزهای مخازن نگهداری مایعات تا کنون مورد توجه طیف وسیعی از محققین قرار گرفته است. برای محافظت از مخازن نگهداری مایعات در برابر خطرات ناشی از زلزلههای احتمالی، یک روش معمول تقویت سازه است که موجب جذب سطح بالاتری از انرژی در سازه میگردد. روش دیگر برای حل این مسئله استفاده از سیستمهای جداسازی لرزهای است. جداسازی لرزهای از طریق نصب اجزاء جداسازی که ساختار سازه اصلی را از زمین تفکیک مینمایند حاصل میگردد که باعث کاهش در پاسخ حداکثر سازه میشود. در این حالت میتوان از سازه اصلی حتی در هنگام زلزلههای بزرگ رفتاری از نوع الاستیک خطی را انتظار داشت.
شکل : - 1 - نمای هوایی از مخازن نگهداری مایعات
گزارشهای متعددی در خصوص خسارات عمده وارده به مخازن زمینی نگهدارنده مایعات وجود دارد. مانند گزارشهای مربوط به زلزله Chilean در سال 1960، زلزله Alaska در سال 1964، زلزله SanJan Argentina در سال 1977، زلزله Imperial Country در سال 1979، زلزله Livermore در سال 1980، زلزله Coalinga در سال 1983، زلزله Northridge در سال 1994 و زلزله Bhuj در سال .[3] 2001 مطالعات متعددی به منظور بررسی رفتار لرزه ای مخازن جداسازی نشده و سنتی نگهداری مایعات انجام شده است .[6] -[4] این بررسی ها نشان داد که خرابیهایمخازن جداسازی نشده عمدتاً به دلیل
کمانش در جداره مخازن، خرابی سیستمهای لولهای متصل و بلند شدگی در سیستم مهار مخزن بوده است. در طول بیش از 4 دهه، همزمان با توسعه ابزارهای جداسازی، جداسازهای لرزه ای به عنوان یک راهکار مطمئن جهت حفاظت از مخازن نگهداری مایعات در برابر زمین لرزههای بزرگ شناخته شده اند. از اینرو، مطالعات متعددی انجام گردیده است تا رفتار لرزهای مخازن نگهداری مایعات دارای سیستم جداسازی لرزهای را ارزیابی نمایند. در یکی از اولین بررسیها Chalhob و [7] Kelly مشاهده نمودند که با جداسازی لرزهای مخازن نفتی، میزان تلاطم امواج سیال درون مخزن افزایش مییابد، اگر چه فشار دینامیکی حداکثر و عکس العمل های تکیه گاهی بطور قابل توجهی کاهش مییابند. همچنین Liang و [8] Tang و Bo و [9] Jia-Xiang تاثیر جداسازی لرزهای را بر روی تغییرات فشار هیدرودینامیکی مورد بررسی قرار دادند. Kim و [10] Lee با استفاده از یک آزمون شبه دینامیکی عملکرد لرزهای مخازن جداسازی شده را بررسی نمودند. همچنین [11] Malhotra مشاهده نمود که جداسازی لرزهای بر روی پاسخ سازهای مخازن استوانهای قائم نگهداری مایعات تاثیر بسزایی دارد. متعاقباً همچنین [12] Malhotra تاثیر استفاده از تکنیک جداسازی لرزهای را بر روی رفتار اجزاء تحت فشار در سیستمهای متصل به مخازن فولادی مورد مطالعه قرار داد. یک مدل تحلیلی که کل سیستم را بصورت یک مدل سه درجه آزادی فرض مینمود توسط Shenton و [13] Hamton ارائه گردید و از طریق آن پاسخ لرزهای مخازن آب هوایی بررسی گردید.
پیدایش و توسعه سیستمهای شبیهسازی اجزاء محدود و همزمان پیشرفت صنعت کامپیوتر و پیدایش پردازندههای پرسرعت موجب شد تا تحقیقات و آنالیزهای متعددی بر روی مسائل مختلف مهندسی انجام گردد. Jadhav و [14] Jangid با استفاده از یک مدل عددی پاسخ لرزهای مخازن نگهدارنده مایعات را که با استفاده از جداسازهای الاستومتریک و سیستم لغزشی جداسازی شده بودند در برابر زلزلههای واقعی بدست آوردند. از مدل مذکور در ادامه جهت مطالعه رفتار مخازن در برابر حرکات گسلهای حوزه نزدیک استفاده گردید [15] و پارامترهای مهم متعددی - به عنوان مثال نسبت هندسی مخزن، پریود سیستم جداسازی و میرایی جداگرها - در مطالعه منظور گردیدند. به علاوه، Shrimali و [18] - [16] Jangid پاسخ لرزهای مخازن نگهدارنده مایعات را در برابر تحرکات لرزهای زمین و با در نظر گرفتن پارامترهای مختلف سیستمهای جداسازی لرزهای مورد مطالعه قرار دادند. بر اساس بررسیهای نویسندگان، تا کنون مطالعات اندکی بر روی شبیهسازی محیط سیال جهت ارزیابی پاسخ لرزهای مخازن انجام شده است. در تحقیق حاضر، تاثیر جداسازی لرزهای بر روی عملکرد لرزهای مخازن استوانهای شکل پذیر فلزی که تحت حرکات افقی ناشی از زمین لرزه قرار دارند مورد بررسی قرار گرفته است. آنالیزهای دینامیکی بر روی سازه مخازن از طریق شبیهسازی اجزاء محدود انجام شده که از المانهای پوستهای برای شبیهسازی سازه مخزن و از المانهای سه بعدی آکوستیک برای شبیه سازی محیط سیال استفاده گردیده است. بارهای زمین لرزه از طریق شرایط مرزی شتاب گرههای واقع در وجه تحتانی مخزن اعمال گردیده است. یک مطالعه پارامتری انجام گردیده است تا تاثیر خصوصیات هندسی و همچنین حضور یا عدم حضور سیستم جداسازی لرزهای را در عملکرد سازه مخزن نشان دهد. همانطور که ذکر گردید، اغلب محققینی که پاسخ لرزهای مخازن ذخیره مایعات را مطالعه نموده اند، برای منظور کردن تاثیر سیال درون مخزن از روش جرم متمرکز
