АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ РИСКА ОБЛЕДЕНЕНИЯ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ СООРУЖЕНИЙ АРКТИЧЕСКОГО ШЕЛЬФА

Фомина А.В.¹, Юн Д.Х.²

¹Студент, ²Студент, Дальневосточный Федеральный университет, кафедра Гидротехники, теории зданий и сооружений, г. Владивосток

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ РИСКА ОБЛЕДЕНЕНИЯ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ СООРУЖЕНИЙ АРКТИЧЕСКОГО ШЕЛЬФА

Аннотация

В данной статье авторы рассмотрели влияние образования льда на устойчивость сооружения, бесперебойность работы, ремонтопригодность и безопасность при эксплуатации морских промысловых объектов в Арктике. Целью данной работы является анализ влияния риска обледенения надводной части строения на функциональность сооружений арктического шельфа. Важность проблемы обусловлена возросшей интенсивностью развития арктических территорий. Выявлены основные проблемы, которые необходимо учитывать при проектировании сооружений.

Ключевые слова: Шельфовое сооружение, лед, устойчивость, безопасность.

Fomina A.V.¹, Yun D.H.²

¹Student, ²Student, Far Eastern Federal University, Hydrotechnics Department, Theory of Buildings and Structures, Vladivostok

ANALYSIS OF RISK INFLUENCE OF ICING ON THE FUNCTIONALITY OF ARCTIC OFF-SHORE CONSTRUCTIONS

Abstract

The following article examines the effect of ice formation on the stability of a structure, the continuity of operation, maintainability and safety in the operation of marine fishing facilities in the Arctic. The purpose of this work is to analyze the impact of the risk of the above-water part icing of the structure on the functionality of the structures of the Arctic shelf. The importance of the problem is related to the increased intensity of Arctic territories development. The paper identifies the main problems that need to be considered when designing structures.

Keywords: Off-shore constructions, icing, stability, safety.

При проектировании сооружений, предназначенных для работы в северных районах, необходимо учитывать суровые природные условия. Помимо воздействия горизонтальных сил движущегося льда, давления ветра и волн, существует риск обледенения элементов надводного строения. В арктических морях часто бывают дожди, снегопады и туманы, которые чрезвычайно затрудняют условия добычи полезных ископаемых на шельфе и повышают опасность судоходства. В статье описано влияние нарастания льда на верхних частях строения на основные функциональные характеристики сооружений для арктических морей.

Нарастание льда воздействует на работоспособность шельфовых производственных объектов различными способами, включая продолжительность ремонта и интенсивность отказов оборудования. Это может привести к потерям мощности, экономическому ущербу и угрозам безопасности. В данной статье рассмотрено влияние образования льда на рабочую производительность морских промысловых объектов в Арктике.

Воздействие обледенения на устойчивость шельфовой платформы.

В арктическом шельфе для устранения проблем, связанных с ледообразованием, необходимо принимать во внимание механические или электрические методы борьбы с обледенением надводной части строения. Оборудование и площадки, требующие антиобледенительной защиты, должны располагаться вдали от воздействия морских волн. Это может быть достигнуто за счет использования полностью закрытых или полузакрытых частей с использованием затворов и ограждений, что приводит к увеличению использования энергии и материалов, и, следовательно, данные методы защиты негативно влияют на устойчивость шельфовой платформы. Кроме того, данные методы защиты являются дорогостоящими. Например, для покупки и установки системы противообледенительной защиты и антиобледенительных систем необходимы инвестиции в размере 5% от стоимости турбины мощностью 600 кВт. Срок окупаемости данных систем может составить 5 лет. Кроме того, причиной больших затрат на энергию морских установок в арктическом районе являются выбросы собственных парниковых газов от производства. Использование опасной химической ледовой защиты приводит к ухудшению качества окружающей среды и увеличивает производственные отходы и серьезные последствия для экологии Арктики.

Воздействие обледенения на бесперебойность работы.

Бесперебойность работы – это способность механизма выполнять требуемые функции в течение указанного времени и при определенных условиях. Большинство исследований надежности в арктических морских условиях были сосредоточены на конструктивной надежности. Тем не менее по-прежнему существует значительные неопределенности в отношении расчета нагрузок различных типов льда (например, морское брызговое обледенение, атмосферное обледенение или плавающий морской лед) и влияния их ледовой нагрузки на сооружения [4]. Влияние обледенения на надежность можно классифицировать как:

• Статические ледовые нагрузки;
• Воздействие ветра на обледенелые конструкции и оборудования;
• Динамические нагрузки;
• Разрушения, вызванные падением льда;
• Низкотемпературное напряжение на материал

Ледообразование увеличивает нагрузку на структурные компоненты и массовый дисбаланс сооружения. Антенны и антенные системы могут быть легко перегружены ледообразованием. Лед увеличивает нормальную нагрузку, что приводит к ослаблению крепежных деталей [3].

Воздействие обледенения на качество элементов сооружения.

Качество сооружения является показателем степени его соответствия проектным показателям и принятым стандартам качества. Морские производственные объекты состоят из сложных подсистем и элементов. Эти элементы могут иметь присущую им естественную изменчивость во время срока эксплуатации. Изменение параметров и размеров приводит к снижению надежности, несоответствию элементов сооружения проектным параметрам, вибрациям и т.д. Эти проблемы приводят к увеличению отказов оборудования. Следовательно, необходимо установить эффективный план обследований, чтобы контролировать качество элементов  сооружения для предотвращения экономических потерь.

Качество элементов сооружения можно разделить на два типа: качество проектирования и качество изготовления. При проектировании используемые материалы требуют оценки качества и соответствия требуемым эксплуатационным характеристикам, чтобы подтвердить их надежность в течение срока эксплуатации объекта. Следовательно, набор тестов должен быть установлен для проверки качества проектирования. Изучение особенностей окружающей среды, условий эксплуатации и напряжений, которые могут возникать в элементах, может предотвратить сбои из-за износа и отказа от перенапряжения. Из-за отсутствия достаточного опыта и изучения обледенения с учетом всех внешних факторов в Арктическом регионе существуют значительные неопределенности в отношении расчета влияния льда, например, расчётов ледовой нагрузки на различные компоненты. Такая неопределенность может создать некоторые проблемы в процессе проектирования. Обледенение может создать ситуацию, при которой элементы установки неспособны работать в проектных пределах. Например, сварные швы охлаждаются быстрее в холодную погоду, что приводит к повышенной восприимчивости к растрескиванию как во время, так и после сварки. Наличие льда может снизить эксплуатационные характеристики устройств средств связи и датчиков. Например, на датчики температуры может воздействовать лед; исследования показывают, что в условиях обледенения ошибки измерения скорости ветра могут достигать 30%.

Воздействие обледенения на ремонтопригодность.

Ремонтопригодность, одно из основных свойств надёжности; заключается в приспособленности сооружения к проведению различных работ по его техническому обслуживанию и ремонту. Ремонтопригодность измеряется удобством и временем, в которое система может быть восстановлена до эксплуатационного уровня после отказа. Обледенение элементов сооружения может способствовать изменению характеристик ремонтопригодности деталей путем воздействия на них обслуживающего персонала и диспетчеров, элементов и средств технического обслуживания, технической поддержки.

В условиях обледенения обслуживающий персонал должен носить теплую одежду и перчатки, которые могут увеличить размеры тела и уменьшить подвижность и ловкость рук. Скользкие дорожки из-за обледенения также могут уменьшить мобильность персонала. Плохая видимость в рабочей области из-за снега или обледеневших окон затрудняет чтение технических данных и руководств эксплуатации и увеличивает вероятность неправильного ремонта, и, следовательно, это может привести к снижению ремонтопригодности. Обледенение может изменить доступность отказавшего элемента, изменив его внешний вид и форму, что ведет к неудобству обслуживания. Неудобство обслуживания может увеличить время доступа, замены и удаления поврежденных компонентов. Специалисты по техническому обслуживанию оценивают, что может быть сэкономлено около 30% времени на техническое обслуживание, если доступ к оборудованию был бы незатрудненным или неограниченным. Эффективная связь очень важна в ремонтопригодности. Лед на антеннах может вызвать недостаточное качество связи, затрудняя общение между оператором и обслуживающим персоналом[2].

Обледенение может создать проблемы для безопасного и быстрого прохода персонала к местам хранения оборудования и увеличить срок поставки запасных частей. Нарастание льда может привести к остановкам в вертолетных работах, которые важны для материально-технического обеспечения потребностей людей и материалов [1].

Влияние обледенения на безопасность.

Стабильность и целостность морских производственных объектов могут быть поставлены под угрозу большими скоплениями льда. Обледенение может привести к скользким поверхностям на поручнях, лестницах, палубах и т.д., что представляет собой угрозу безопасности персонала. Обледенения могут покрывать спасательные лодки и палубное оборудование для тушения пожаров, которые являются важными элементами оборудования. Лед на стрелах горелки может привести к взрыву, пожару или накоплению токсичных газов, если лед превышает грузоподъемность стрелы горелки. Обледенение на клапанах препятствует нормальной работе и способности видеть показания положения. Лед, падающий сверху, может причинить повреждения обслуживающему персоналу. Общая вероятность успеха эвакуации и спасения значительно сократится в присутствии льда на производственном объекте [5]. Обычно применяемые механические способы устранения обледенения требуют доступа к ледовому оборудованию, которое может обеспечить угрозу безопасности.

Освоение арктического шельфа связано с реальными рисками и поиском решений проблем для обеспечения безопасной эксплуатации сооружений. Главное место занимает комплексный подход к проблемам безопасности, так как может быть причинён вред не только обслуживающему персоналу, но и окружающей среде, которая особенно чувствительна к внешнему воздействию. Таким образом, необходимо уделять внимание при проектировании и эксплуатации сооружений риску возникновения обледенения на поверхностях верхних строений. Обледенение влияет на устойчивость сооружения, безопасность эксплуатации, соответствие качества элементов проектным характеристикам, а также на ремонтопригодность.

Список литературы / References

1. Алексеев Ю.Н. Ледотехнические аспекты освоения морских месторождений нефти и газа. – Спб.: Гидрометеоиздат, 2001. – 356 с.
2. Арчегов В.Б. Арктические моря России и их будущее//Нефтегазогеологический прогноз и перспективы развития нефтегазового комплекса Востока России: Сборник материалов научно-практической конференции/ВНИГРИ. СПб, 2013. – С.5-14.
3. Зубакин Г.К. Ледяные образования морей Западной Арктики. – СПб.: Типография ААНИИ, 2006. – 272 c.
4. Мельников Н.Н., Калашник А.И. Шельфовые нефтегазовые разработки западного сектора российской Арктики: геодинамические риски и безопасность//Газовая промышленность. – 2011. – № 661. – С. 52-61.
5. Hamilton J. M., Holub C., Mitchell D. A., Kokkinis T. Ice Management for Support of Arctic Floating Operations // OTC-22105, 2011.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Alekseev Ju.N. Ledotehnicheskie aspekty osvoenija morskih mestorozhdenij nefti i gaza. [Ledotechnical aspects of development of offshore oil and gas fields] – Spb.: Gidrometeoizdat, 2001. – 356 p. [in Russian]
2. Archegov V.B. Arkticheskie morja Rossii i ih budushhee[Arctic seas of Russia and their future]//Neftegazogeologicheskij prognoz i perspektivy razvitija neftegazovogo kompleksa Vostoka Rossii [Oil and gas geological forecast and development prospects of the oil and gas complex of the East of Russia]: Sbjrnik materialov nauchno-prakticheskoy konferencii [The materials of the scientific-practical conference]/VNIGRI. SPb, 2013. – p.5-14. [in Russian]
3. Zubakina G.K. Ledjanye obrazovanija morej Zapadnoj Arktiki [Ice formations of the seas of the Western Arctic.]. – SPb.: Tipografija AANII, 2006. – 272 p. [in Russian]
4. Melnikov N.N., Kalashnik A.I. Shel'fovye neftegazovye razrabotki zapadnogo sektora rossijskoj Arktiki: geodinamicheskie riski i bezopasnost' [Offshore oil and gas development of the western sector of the Russian Arctic: geodynamic risks and safety]//Gazovaja promyshlennost' [Gas industry]. – 2011. – № 661. – p. 52-61. [in Russian]
5. Hamilton J. M., Holub C., Mitchell D. A., Kokkinis T. Ice Management for Support of Arctic Floating Operations // OTC-22105, 2011.