Nghiên cứu, tính toán ổn định tai nạn giàn khoan bán chìm

TÍNH BỨC THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Bài toán tính toán ổn định tai nạn tàu thủy hiện nay sử dụng phương pháp xác suất để giải quyết và đáp ứng được những yêu cầu của Công ước Quốc tế.. Tuy nhiên

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

“Nghiên cứu, tính toán ổn định tai nạn

giàn khoan bán chìm”

Học viên: KS Đồng Đức Tuấn

Lớp: KTTT 2012 Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Hồng Bang

Hải Phòng - 2015

NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TAI NẠN CÔNG TRÌNH

BIỂN DI ĐỘNG

GIÀN KHOAN ĐẠI HÙNG 01

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1 TÍNH BỨC THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Bài toán tính toán ổn định tai nạn tàu thủy hiện nay sử dụng phương pháp xác suất để giải quyết và đáp ứng được những yêu cầu của Công ước Quốc tế Tuy nhiên bài toán tính toán ổn định tai nạn cho giàn khoan bán chìm áp dụng phương pháp xác suất thì chưa thấy được công bố ở Việt Nam Việc nghiên cứu những quy định của IMO về bài toán tính ổn định tai nạn cho giàn khoan

bán chìm là rất cần thiết trong trong giai đoạn hiện nay

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Hiểu và áp dụng có hiệu quả phương pháp tính toán ổn định tai nạn cho giàn khoan bán chìm phù hợp với các yêu cầu do Quy phạm và Công ước quốc tế SOLAS74-Bổ sung sửa đổi

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Đối tượng nghiên cứu: Các giàn khoan bán chìm và áp dụng tính toán ổn định tai nạn cho giàn khoan bán chìm ĐH01

Phạm vi nghiên cứu: Áp dụng phương pháp xác suất để giải quyết bài toán ổn định tai nạn Các kết quả tính toán được sự hỗ trợ của phần mềm AUTOSHIP

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp lý thuyết có sự hỗ trợ của phần mềm AUTOSHIP Đề tài có 3 nội dung chính:

- Giới thiệu chung về phương pháp tính toán ổn định tai nạn cho công trình biển di động

- Xây dựng mô hình tính toán ổn định tai nạn cho giàn khoan bán chìm

- Áp dụng tính toán ổn định tai nạn cho giàn khoan Đại Hùng 01

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đề tài sẽ xây dựng mô hình tính toán ổn định tai nạn cho giàn khoan bán chìm và áp dụng tính toán cho giàn khoan Đại Hùng 01

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là mẫu tính toán phục vụ cho việc tính toán thiết kế giàn bán chìm nói chung và giàn khoan bán chìm nói riêng, là tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Thiết kế tàu và công trình ngoài khơi và những người có quan tâm tới ổn định tai nạn của công trình nổi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

ỔN ĐỊNH TAI NẠN CÔNG TRÌNH BIỂN DI ĐỘNG

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI

Trước đây, việc tính toán ổn định tai nạn cho tàu hoặc công trình biển di động theo phương pháp áp dụng các công thức giải tích

Ngày (10-19/05/2005) IMO đã thông qua nghị quyết MSC.194(80), trong đó có nội dung sửa đổi bổ sung chương II-1 SOLAS 74 về ổn định tai nạn, xây dựng mối quan hệ giữa phân khoang và ổn định tai nạn dựa trên quan điểm xác suất Thi hành ngày 1/1/2009

Hiện nay, trên thế giới, các phần mềm chuyên dụng như: Tribon, Autoship, Napa v.v được sử dụng để tính toán ổn định tai nạn theo tiêu chuẩn mới của SOLAS 74 với bổ sung, sửa đổi 2010

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

Hiện nay ở nước ta, việc tính toán ổn định tai nạn đang được áp dụng

các qui định của SOLAS 74 với bổ sung, sửa đổi 2010

Tuy nhiên, việc áp dụng lý thuyết xác suất vào việc giải quyết bài toán

ổn định tai nạn cho công trình biển di động chưa thấy được công bố Với mong muốn được đưa ra các cơ sở lý thuyết của phương pháp xác suất trong tính ổn định tai nạn cho tàu cũng như công trình biển di động và áp dụng nó để đưa ra một lộ trình giải quyết cụ thể

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TAI NẠN

2.1 Quy định chung

Những yêu cầu về ổn định tai nạn trong những phần dưới đây được áp dụng với những tàu có chiều dài từ 80 m trở lên và sẽ được áp dụng cho việc tính toán ổn định tai nạn đối với công trình biển di động một cách hợp lý Cơ sở tính toán ổn định tai nạn của công trình biển di động đó là lý thuyết xác suất áp dụng cho ổn định tai nạn của tàu thủy

Yêu cầu: A ≥ R

A: Hệ số phân khoang đạt được R: Hệ số phân khoang yêu cầu

2.4 Quy tắc tính toán hệ số pi

2.4.1 Phân chia các khu vực thiệt hại theo chiều dài

sẽ đƣợc phân chia ra làm các khu vực tai nạn riêng biệt (damage zone)

định nghĩa Tuy nhiên, lựa chọn cách phân chia thích hợp là điều quan trọng để thu đƣợc giá trị A lớn

2.4.2 Quy tắc tính toán hệ số p i

Tính toán ứng với trường hợp một,

hai hoặc ba vùng hư hỏng liền kề

x1: Khoảng cách từ mút đuôi của

Ls đến mút đuôi của vùng đang xét

đến;

x2: Khoảng cách từ mút đuôi của

Ls đến mút mũi của vùng đang xét

2.5 TÍNH TOÁN XÁC SUẤT NGẬP KHOANG AN TOÀN s i

thái tải ban đầu đƣợc xác định theo công thức sau:

s i = min{s intermediate,i , s final,i , s mon,i }

sintermediate,i: Xác suất để duy trì ổn định ở tất cả các giai đoạn ngập trung gian đến giai đoạn cân bằng cuối cùng

sfinal,i: Xác suất để duy trì ổn định trong giai đoạn cân bằng cuối cùng của quá trình ngập

smon,i: Xác suất để duy trì ổn định với mômen nghiêng

0,12

𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒16

1 4

0,60 0,95 0,85 0,95

Bảng 2.1 Hệ số ngập của các không gian của tàu thủy

2.8 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI ĐẶC TÍNH TƯ TẾ CHÚI VÀ ỔN ĐỊNH TAI NẠN ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH NỔI [18] [19]

1 Kích thước của lỗ thủng

Chiều dài lỗ thủng bằng (3L%+3) m hoặc bằng 11 m

Chiều sâu của lỗ thủng (xuất hiện trong pônton) bằng 1,5 hoặc 0,2 chiều rộng phần chiếm nước của ponton đối với giàn khoan bán chìm

Chiều cao của lỗ thủng bằng khoảng cách từ mặt phẳng cơ bản tới boong trên của ponton

Tại vị trí khai thác (đối với giàn khoan bán chìm) chiều dài lỗ thủng bằng 1/8 chu vi trụ ổn định, chiều sâu =1,5 m và chiều cao =3 m

2 Chiều cao tâm nghiêng GM>= 0.3 m

3 Tay đòn lớn nhất Gzmax>=0,5 m, độ dài đường cong ổn định tĩnh có

chú ý đến góc nghiêng khi gặp tai nạn không nhỏ hơn 10 độ

4 Góc nghiêng tĩnh không được vượt quá 10 độ

5 Đường mớn nước của công trình khi gặp tai nạn đến trước thời điểm

thăng bằng, trong thời gian lấy lại cân bằng và sau khi thăng bằng phải nằm dưới mép boong kín nước và ngoài vùng bị chìm hoặc nằm dưới 0,3

m so với lỗ khoét trên vách ngăn, boong, mạn, mà nước có thể tiếp tục tràn qua đó

6 Giàn phải có đủ lực nổi và ổn định để hoạt động và di chuyển khi

ngập từng phần hoặc cả một khoang nào đó phía dưới đường nước đang xét như là buồng bơm, buồng máy có hệ thống làm mát bằng nước mặn hoặc một khoang thông biển

Yêu cầu: RoS ≥ 7 0 + 1.5qs ; RoS ≥ 10 0

Hình 3.5 Yêu cầu về đường cong ổn định tĩnh

Hình 3.6 Yêu cầu về tư thế sau tai nạn

Yêu cầu:

Giá trị nhỏ nhất của Zone A là 4m

Giá trị nhỏ nhất của Zone B là 7 độ

(Initial waterline)

Đường nước ban đầu

(Final Damage waterline

including 50 kt wind)

Đường nước sau tai nạn với

gió thổi 50 knots

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TAI NẠN CHO

GIÀN KHOAN ĐẠI HÙNG 01

3.1 Giới thiệu giàn khoan Đại Hùng 01

3.1.1 Tình hình khai thác hiện nay [17]

3.1.2 Giới thiệu sơ lược chung về hình dáng, kiến trúc và kết cấu của

giàn khoan bán chìm Đại Hùng 01

3.1.3 Các kích thước chủ yếu của giàn khoan bán chìm Đại Hùng 01 3.1.4 Sơ đồ bố trí khoang két của giàn khoan bán chìm Đại Hùng 01

Hình 3.3 Giàn khoan Đại Hùng ở chế độ khai thác

PT14 PT12 PT10 PT08 PT06 PT04 PT02

PT15 PT13 PT11 PT09 PT07 PT05 PT03

PT01 ER.P

ST14 ST12 ST10 ST08 ST06 ST04 ST02

ST15 ST13 ST11 ST09 ST07 ST05 ST03

ST01 ER.S

ER.P

PT15 PT13 PT11 PT09 PT07 PT05 PT03 PT01 PT20 PT19 PT18 PT16

Hình 3.4 Sơ đồ bố trí khoang két

3.2 Tính toán ổn định tai nạn cho giàn khoan ĐH01

Bước 1 Tính toán ÔĐ nguyên vẹn cho ĐH01 tại 3 trang thái quy định Bước 2 Tính toán A và R theo SOLAS 74 bổ sung, sửa đổi

Hai chỉ số này được tính toán tại các mớn nước yêu cầu của SOLAS

74, đó là các mớn nước:

Bước 3 Kiểm tra điều luật bổ sung “Cross flooding” (Bỏ qua)

Bước 4 Tính toán lại tư thế và ổn định cho giàn khoan Đại Hùng 01

trong các trường hợp tai nạn giả định

Bước 5 Thiết lập sơ đồ kiểm soát tai nạn cho giàn khoan ĐH 01

ZONE 1 ZONE 2 ZONE 3 ZONE 4 ZONE 5 ZONE 6 ZONE 7 ZONE 8 ZONE 9

Ls = 108,2 m

Hình 3.7 Phân chia vùng tai nạn cho giàn ĐH01

3.2.3 Phân chia khu vực tai nạn theo chiều dài Ls

3.2.5 Tính toán ổn định tai nạn

Tính toán chỉ số phân khoang đạt được

Chỉ số phân khoang đạt đƣợc A = 0.4908

Tính chỉ số phân khoang yêu cầu

Chỉ số phân khoang yêu cầu:

Nhƣ vậy A = 0.4908 > R = 0.4631, tức là chỉ số phân khoang

đạt đƣợc lớn hơn chỉ số phân khoang yêu cầu theo quy định của IMO

3.2.6 Tính toán ổn định tai nạn cho một số trường hợp

Trường hợp thủng két ST02.S (Chiều chìm phân khoang)

PT01 ER.P

ST01 ER.S

Tƣ thế giàn khoan

3.2.6 Tính toán ổn định tai nạn cho một số trường hợp

Trường hợp thủng két ST10.S (Chiều chìm phân khoang)

M/n mũi 19.906 m Heel stbd 5.17 độ GM(Solid) 6.201 m

M/n giữa 21.136 m Equil Yes F/S Corr 0.000 m

M/n đuôi 22.367 m Wind 50.0 kn GM(Fluid) 6.201 m

Trim aft 2.45/108.20 Wave No KMT 19.684 m

LCG 0.286a m VCG 13.510 m TPcm 3.26

3.2.9 Sơ đồ kiểm

soát tai nạn

Tính toán trạng thái nổi cuối cùng

Nước ngừng tràn vào khoang

Đóng các cửa kín nước, miệng khoang hàng cũng như

các bộ phận kín thời tiết và các van Kiểm tra mức độ tai nạn và kiểm tra dung tích các két

Tính toán mức độ ngập khoang

Công suất bơm

> Mức độ ngập khoang

Tiếp tục bơm

Sự cố tai nạn

Cảnh báo chung: Cung cấp thông tin tới toàn bộ sĩ quan

vận hành và người liên quan

Yes

No

No

3.2.9 Sơ đồ kiểm

soát tai nạn

Tính toán lượng nước dằn để cải thiện tư thế

Điều chỉnh chất lỏng, kiểm tra kết quả

Thông báo tình trạng hiện thời tới lực lượng bảo

vệ bờ biển và cơ quan liên quan

Nước ngừng tràn vào khoang

No

Nhận xét

Dựa và mô hình tính toán và kết quả đưa ra, ta thấy ở một số trường hợp tai nạn thì yêu cầu về ổn định và tư thế của giàn khoan Đại Hùng 01 không đảm bảo yêu cầu theo luật Đối với các trường hợp tai nạn không thỏa mãn điều kiện theo luật thì

ta phải đưa ra các phương án dằn nhằm thay đổi tư thế của giàn một cách hợp lý

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết quả thu được từ đề tài nghiên cứu

Đề tài đã tổng hợp được các yêu cầu của SOLAS 74 với sửa đổi bổ sung

2010 quy định về tính toán ổn định tai nạn theo phương pháp xác suất Ngoài ra, đề tài cũng đã đưa ra mô hình toán học tính toán ổn định tai nạn cho giàn khoan bán chìm nói chung và tính toán ổn định tai nạn cho giàn khoan bán chìm Đại Hùng 01 nói riêng theo các quy định của IMO

Đã áp dụng AUTOSHIP để tính toán ổn định tai nạn cho ĐH01

Những nghiên cứu và kết quả của đề tài sẽ là tài liệu tham khảo để tính toán ổn định tai nạn cho các giàn khoan bán chìm có kiểu kiến trúc và kết cấu gần giống với giàn khoan bán chìm Đại Hùng 01

2 Kiến nghị và hướng phát triển của đề tài

Mặc dù đã có cố gắng trong quá trình làm luận văn, tuy nhiên, bài toán tính toán ổn định tai nạn theo SOLAS 74 với sửa đổi bổ sung 2010 là tương đối phức tạp Tác giả cần thêm nhiều thời gian để có thể nghiên cứu sâu sắc hơn về lĩnh vực này

Trong thời gian tới, tác giả sẽ tham khảo thêm kết quả tính toán thực tế

đã được các tổ chức đăng kiểm uy tín trên thế giới chấp thuận và sẽ tiếp tục cập nhật những nội dung mới để hoàn thiện bài toán tính toán ổn định tai nạn cho giàn bán chìm hơn nữa Với hướng nghiên cứu này thì đề tài

sẽ có tính ứng dụng cao hơn và cho kết quả tính toán chính xác hơn và so sánh được kết quả nghiên cứu với kết quả tính toán đã được một tổ chức đăng kiểm công nhận

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[9] Viện khoa học công nghệ Việt Nam, Viện Cơ học (2003), Cơ sở khoa học

cho việc xây dựng và hoàn thiện TCVN về công trình biển di động, Hà Nội

[11] The International Convention for the Safety of Life at Sea, 1974 (SOLAS1974)

[12] Revised guidance to the master for avoiding dangerous situations in adverse weather and sea conditions, IMO (2007)

[13] Interim explanatory notes to the solas chapter II-1subdivision and damage stability regulations, IMO (2007)

[14] Stability calculations for Jack-up and semi-submersible, J A Van Saten, Washington (1986)

[15] Dai Hung 01 Project, Petrol Vietnam (2009)

[16] Subdivision and damage stability of ships, M Pawlowski, Gdansk, (2004) [17] Rules for MODU, ABS (2012)

[18] Rules and classification for offshore structures, BV (2013)

Chân thành cám ơn sự lắng nghe của các Thầy, Cô và các bạn!