ابداع روشی برای کاهش خسارات ناشی از زلزله در پالایشگاه

دکتر فریبرز ناطقی الهی در گفت‌وگو با ایسنا، با بیان اینکه زلزله‌ها، عامل فجایع بزرگی در مناطق پرجمعیت شهری و مجتمع‌های صنعتی می‌شوند، افزود: طی دو دهه اخیر، زمینلرزه‌های بزرگی مانند زلزله سال ۱۹۹۹  نورثریج، ۱۹۹۵ کوبه، ۱۹۹۹ کوجالی، ۱۹۹۹ تایوان، ۲۰۰۹ ژاپن و ۲۰۱۴ پاکستان خسارات مالی و جانی فراوانی را به بار آورده است و پیشرفت و گسترش صنایع و همچنین تمرکز جمعیت در مناطق شهری از علل افزایش خسارات ناشی از این پدیده طبیعی به شمار می‌رود.

وی اضافه کرد: در نتیجه نیاز به ارزیابی لرزه‌ای همه سازه‌ها و تاسیسات شهری و صنعتی برای کاهش خسارات ناشی از زلزله لازم است و در این میان بایستی به سازه‌ها و تاسیسات خاص، توجه ویژه‌ای شود.

ناطقی الهی با تاکید بر اینکه در میان تاسیساتی که در بالا ذکر شد، سازه‌های نگهدارنده لوله از اهمیت بالایی برخوردارند، خاطر نشان کرد: این سازه‌ها وظیفه نگهداری لوله‌هایی را دارند که مواد را بین تجهیزات پالایشگاه منتقل می‌کنند و تخریب این سازه‌ها منجر به خرابی لوله‌ها و نشت مواد درون لوله‌ها می‌شود. همچنین خروج سیالات سمی از لوله‌ها منجر به فجایع بزرگتری می‌شود که اهمیت این سازه‌ها را بیش از پیش می‌کند.

به گفته وی شکست لوله‌ها در این سازه‌ها، عمدتا به دوعلت "شکست تکیه گاه لوله" و "یا تخریب خود سازه نگهدارنده" است. نمونه‌هایی از آسیب‌های وارد شده به این سیستم‌های سازه‌ای در تصویر ذیل قابل مشاهده است:

مجری طرح آسیب پذیری لرزه‌ای پالایشگاه شهید تندگویان تهران و پالایشگاه پتروشیمی شیراز، با بیان اینکه در این زمینه در طی سالیان گذشته تحقیقات و مطالعات فراوانی بر روی آسیب پذیری لرزه‌ای لوله‌های فرآیندی انجام دادیم، اظهار کرد: در این پروژه با استفاده از نوعی "میراگر"های آکاردئونی به عنوان مهار جانبی لوله تا حد قابل توجهی می‌توان از آسیب‌های لوله‌ها در اثر زلزله کاست.

به گفته وی میراگرهای آکاردئونی نوعی میراگر جاری شونده هستند که با مکانیزم تسلیم شدن، انرژی وارد شده در اثر زلزله را مستهلک می‌کند.

مسؤول تیم ارزیابی این پروژه، افزود: با مدلسازی نمونه‌های مختلف و با استفاده از مدل‌های اجزای محدود با کنترل دینامیکی رفتار لرزه‌ای لوله و مهارکننده لوله به صورت توامان با مقایسه سهولت اجرا، هزینه به فایده، کنترل تحریک دینامیکی و محدود سازی تنش‌ها، کرنش‌ها و تغییر مکان ها بالاخره طرح بهینه بدست آمد.

مهندس محمد رضایی، محقق ارشد این پروژه تحقیقاتی پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله در گفت‌وگو با ایسنا نیز در این باره توضیح داد: در این طرح تحقیقاتی، ابتدا با بازدید میدانی از مجموعه پتروشیمی بندر امام(ره)، سازه‌ای را به عنوان سازه مرجع انتخاب کردیم و سپس مطالعاتی را بر روی نحوه مدلسازی سازه نگهدارنده لوله و اتصالات لوله‌ها به سازه انجام دادیم.

به گفته وی در اکثر سازه‌های پالایشگاهی، اتصال لوله به سازه با استفاده از اتصالات U شکل است که در شکل زیر نمونه‌ای از آن را مشاهده می‌کنید:

یک سازه نگهدارنده لوله و لوله‌های متصل به آن با استفاده از اتصالات Uشکل

رضایی خاطر نشان کرد: پس از بررسی‌ها و مطالعات جامع بر روی لوله‌ها با قطرهای مختلف که بوسیله اتصالات U شکل به سازه متصل هستند، دریافتیم که این اتصالات عملکرد مناسبی در هنگام زلزله از خود نشان نمی‌دهند. تنش لوله‌ها در محل اتصال لوله به مهار U شکل بسیار بالا است و این به دلیل نوع ساخت این مهارها است، به خصوص در لوله‌های با قطر بزرگ که در این مطالعه لوله‌های ۲۹۱ میلیمتری و ۱۹۱ میلیمتری درنظر گرفته شدند.

وی یادآور شد: در این لوله‌ها، مهارهای Uشکل دچار شکست شدند و باعث جابه جایی و تنش بسیار زیاد این لوله‌ها شدند.

رضایی افزود: پس از مشاهده مشکلات ناشی از استفاده از اتصالات U شکل، تحقیقات بسیاری بر روی طراحی یک مهارکننده لوله انجام شد.

"مهارکننده طراحی شده، از یک غلاف لوله که دو میراگر آکاردئونی به صورت جانبی به آن وصل شده، تشکیل شده است"همچنین سایر اتصالات و مهارکننده‌های لوله در صنعت نفت کشور که جهت مقابله با بارهای زلزله استفاده می‌شوند، از طراحی پیچیده و هزینه ساخت بسیار بالایی برخوردارند.

این محقق اضافه کرد: بنابراین بر آن شدیم تا با طراحی و مدلسازی یک مهارکننده لوله علاوه بر طراحی ساده و هزینه ساخت پایین، کارایی بسیار خوبی در مستهلک کردن انرژی و کاهش تنش‌ها داشته باشد. مهارکننده طراحی شده، از یک غلاف لوله که دو میراگر آکاردئونی به صورت جانبی به آن وصل شده، تشکیل شده است. جهت حفظ پایداری مجموعه و نصب مهارکننده به سازه روی آن، یک قاب فلزی که به میراگرها جوش شده، طراحی شده است.

وی گفت: در شکل های زیر میراگر آکاردئونی مورد استفاده، مهارکننده طراحی شده و نحوه قرارگیری آنها بر روی سازه های پالایشگاهی را مشاهده می کنید:

میراگر آکاردئونی طراحی شده

تصاویری از مهارکننده لوله طراحی شده

نحوه قرارگیری مهارکننده لوله و لوله بر روی سازه

پس از مدلسازی و بررسی جامع، مقایسه‌ای بین نتایج استفاده از مهارکننده Uشکل و مهارکننده طراحی شده انجام شد که در نمودار زیر مشاهده می‌شود:

وی اضافه کرد: همانطور که از نمودار فوق مشخص است، با استفاده از مهارکننده پیشنهادی می‌توان تنش ناشی از بارهای لرزه‌ای در لوله‌ها را تا ۵۰ درصد کاهش داد.

محقق این طرح با تاکید بر اینکه در نمودار فوق نسبت تنش بدست آمده در لوله‌های ۱۹۱ و ۲۹۱ میلیمتری با مهارکننده Uشکل بیشتر از ۹ است، اظهار کرد: این عدد نشان دهنده شکست این لوله‌ها است، در حالی که نسبت تنش در حالت استفاده از مهارکننده طراحی شده با کاهشی حدود ۵۰ درصد عملکرد بسیار خوبی در کاهش تنش و شکست لوله از خود نشان داده است.

ناطقی الهی، مدیر علمی طرح و عضو هیات علمی پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله نیز تاکید کرد: این اتصال اولین بار در صنعت پالایشگاهی معرفی می‌شود و ترکیب آلیاژ مطرح در ساخت این نمونه‌ها و شکل عملی اتصال از یافته‌های نوین پژوهشگاه به شمار می‌رود.

وی افزود: با استفاده از مهارکننده لوله طراحی شده، علاوه بر کاهش تنش‌های لوله‌های فرآیندی، از هزینه‌های بسیار زیاد بهسازی کاسته شده و همچنین موجب تولید بی وقفه محصولات نفتی و کاهش خسارات مالی و جانی در زلزله‌های شدید می‌شود.