بخشی از مقاله
چکیده
طراحی و آنالیز مخازن استوانه ای ذخیره کننده فرآورده های نفتی که مستلزم ایمنی و صرفه اقتصادی بالاست به عنوان یک موضوع مهم در صنایع نفتی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در این مقاله به بررسی رفتار لرزه ای مخازن استوانه ای ذخیره کننده مواد نفتی در سطوح مختلف با نسبت هندسی - نسبت ارتفاع به قطر مخزن - متفاوت تحت تحریکات زلزله های اخیر ایران از طریق شبیه سازی عددی پرداخته و نتایج در قالب بررسی پارامترهای تاثیرگذار در رفتار لرزه ای مخازن و مقدار بهینه ارتفاع آزاد سیال داخل مخزن ارائه می گردد.در همین راستا،مطالعه آسیب پذیری و مقاوم سازی این سازه ها در مقابل زلزله از اهمیت بسزایی برخوردار است.
کلمات کلیدی رفتار لرزه ای ، مخازن ذخیره نفتی ، نسبت هندسی ، ارتفاع آزاد سیال ، شبیه سازی عددی
مقدمه
درسالهای گذشته به علت رشد تقاضای استفاده از سوخت های فسیلی در کشورهای در حال توسعه و استفاده از مخازن ذخیره فرآورده های نفتی،یررسی عملکرد لرزه ای این سازه ها به دلیل افزایش عمر و سرویس دهی بهتر از اهمیت بسزایی برخوردار است.علاوه بر این به علت احتمال نشت مواد خطرناک از این سازه ها در پالایشگاهها و تاسیسات،بهداشت و سلامتی جوامع و زندگی اطراف و محیط را به چالش میکشد،بنابراین الزام ایمن بودن این سازه ها در نواحی دارای خطر زلزله دارای اهمیت بیشتری می باشد.
مسئله رفتار لرزه ای این مخازن تاکنون مورد بحث تعدادی از پژوهشگران بوده که راه هایی برای تقویت و نگهداری در برابر خطرات ناشی از زلزله های احتمالی ارائه شده اند که یکی از آنها تقویت سازه فلزی بود که باعث افزایش وزن و بالا رفتن مخارج می گردید.بنابراین باید به بررسی پارامترهای حساس و تاثیرگذار بر رفتار لرزه ای مخازن پرداخت. به همین دلیل با استفاده از استاندارد API 650 که بهترین و پرکاربردترین مرجع ساخت و نصب مخازن ذخیره فرآورده های نفتی است به طراحی و انتخاب نسبت های ابعادی متفاوت پرداخته تا مخازنی با ابعاد متفاوت و استاندارد شبیه سازی شوند.
مطالعات اولیه که در رابطه با رفتار لرزه ای مخازن صورت گرفت توسط ژاکوبسن هاوزنر انجام گرفت که نتایج نشان داد که همانند استاندارد API 650 ، مایع درون مخزن به دو قسمت تقسیم می گردد که بخشی از مایع درون مخزن که در قسمت پایین قرار گرفته و همزمان با پوسته مخزن تغییر شکل و حرکت می نماید به بخش سخت و بخشی از مایع که دچار نوسانات و پدیده امواج سطحی3 میگردد به بخش مواج4 موسوم است.همچنین گزارشات و مطالعات متعددی درباره خسارات جبران ناپذیر وارده به این مخازن وجود دارد که ناشی از خرابی سیستم های لوله ای متصل و نیز سرریز شدن بیش از حد سیال داخل مخزن می باشد.
کلاف و همکارانش از مخازن با مقیاس کوچک جهت انجام آزمایشگاهی رفتار لرزه ای مخازن پرداختند که نتایج این مقاله دلیل محکمی برای محاسبه دقیق دو بخش مواج و سخت در خلال تحریک است. شکری و همکاران به بررسی برش پایه و نیز ارتفاع موج بوجود آمده با استفاده از تحلیل عددی پرداخته که نتایج حاکی از آن بود که با افزایش نسبت ابعادی مخزن برش پایه افزایش می یابد در حالیکه در ارتفاع موج بوجود آمده تغییر آنچنانی احساس نمی گردد.
نیز به بررسی رفتار لرزه ای مخازن با نسبت ابعادی متفاوت با استفاده از نرم افزار انسیس پرداخته و نتایج را با استاندارد های مقایسه نمود که نتایج نشان دهنده وجود اختلاف بین نتایج شبیه سازی و کدهای استاندارد می باشد که ناشی از اختلاف بین شرایط مرزی اعمالی می باشد.اما از طرفی تنش فشاری محاسبه شده توسط نرم افزار و کدها از نظر بزرگی باهم اختلاف زیادی داشته اما با توجه به اینکه %35 کمتر از حد تسلیم محاسبه شده برای ماده بود بنابراین مشکلی در طراحی بوجود نمی آمد.
نکته خیلی مهمی که در مورد اغلب این تحقیقات لازم است مطرح شود این است که تعریف مشخصی از نسبت ابعادی معین به عنوان مرز وجود ندارد به عبارتی مرزی بین مخزن باریک5 و پهن6 وجود ندارد و هر پژوهشگری بنا به تحقیقاتی که انجام می دهد یک نسبت خاصی را برای این مورد مشخص می کند. بر اساس عملکرد مخازن گذشته و ارزیابی منحنی های شکنندگی تغییرات پارامترهای موثر بر رفتار لرزه ای مخازن دریافتند که نتایج مربوط به نسبت های ابعادی بیشتر از 0,7 با نتایج کمتر از 0,7 متفاوت است.این درحالیست که که دیگر محققان نسبت های ابعادی 0,5 و 0,6 را مرز بین مخازن بلند و پهن می دانند.
مطالعات تجربی و عملی نیز با توجه به محدودیت مخازن در معرض زلزله قرار گرفته مسلما دارای عدم قطعیت های قابل توجهی می باشند و انجام مطالعات پارامتریک بر روی آنها عملا امکان پذیر نمی باشد. نکته دیگری که حائز اهمیت است این است که بررسی ها بیشتر بر اساس مدل های ساده و فرضیاتی ساده کننده جهت تحلیل انجام شده اند و از پدیده امواج سطحی صرف نظر شده است، این در حالیست که مدلهای ساده اغلب تقریبی هستند.
در نشان دادن رفتار واقعی سازه پیچیده ناتوان هستند یا در اغلب مقالات بر روی یک پارامتر خاصی تمرکز کرده و بقیه موارد را مورد بررسی قرار نداده اند. در این مقاله سعی شده پارامترهایی همچون نیروی عکس العمل سطح،ارتفاع موج سیال،تنش های وارده به پوسته و ممان واژگونی را که بر رفتار لرزه ای مخازن تاثیر میگذارند مورد بررسی قرار گیرند.
مفاهیم
با توجه به کاستی هایی که در بخش قبل ذکر شد هدف از این تحقیق بررسی تاثیر نسبت ابعادی،درصد محتویات درون مخزن و شتاب افقی زلزله بر پارامترهای موثر بر رفتار لرزه ای مخازن استوانه ای ذخیره می باشد.در این تحقیق از تنش،ممان واژگونی،برش پایه و میزان ارتفاع موج بوجود آمده جهت مقایسه استفاده شده است.جهت بدست آوردن پاسخ لرزه ای مخازن از تحلیل دینامیکی صریح که مخصوص محاسبات مدل های بزرگ با زمان های پاسخ دینامکی کوتاه است استفاده شده است.
در این مقاله از سه نوع مخزن با مشخصات مندرج در جدول 1 که مطابق با استاندارد API 650 از نوع سقف شناور طراحی شده و نرم افزار آباکوس جهت مدلسازی این مخازن انتخاب شده است.از المان پوسته چهار گرهی با انتگرال گیری کاهشی جهت مدلسازی مخزن و از المان هشت گرهی با انتگرال گیری کاهشی و از نوعی المان خاص موسوم به المان حالت که برای طراحی پدیده امواج سطحی کاربرد دارد جهت مدلسازی سیال داخل مخزن استفاده شده است.
از سه زلزله اخیر و مهم منجیل،طبس و ناقان به عنوان تحریکات لرزه ای مخازن استفاده گردیده است.البته ذکر این نکته ضروریست که جهت کاهش زمان آنالیز و نیز عدم وجود حافظه کافی و مناسب جهت ذخیره اطلاعات،به گونه ای از رکوردهای مذکور استفاده شده که محتوای فرکانسی شتاب نگاشت اصلی را در برگیرد.در این تحقیق در ابتدا اثر نسبت های ابعادی و درصد محتویات درون مخزن مد نظر قرار گرفته است.نهایتا جهت بررسی اثر تغییرات بیشینه شتاب زلزله ورودی بر عملکرد لرزه ای مخازن،تحلیل های دینامیکی بر روی مخازن با شتابنگاشت های مذکور جهت بررسی پارامترهای موثر بر پاسخ لرزه ای مخازن انجام خواهد گرفت.
