DP vessels مراكب التمركز الديناميكي

مراكب التمركز الديناميكي
Dynamic Positioning Vessels

تمثل المراكب والهياكل العائمة جزءا هاما من صناعة البترول والغاز وخاصة فيما يتعلق بمرحلة الإنشاءات والتركيبات installation وأيضا فى المراحل اللاحقة للتشغيل فيما يتعلق بالتفتيش الهندسي والصيانة والإصلاح. IMR Inspection Maintenance and Repair

عند العمل فى المياه الضحلة فإنه يمكن تحقيق تمركزالمركب وتثبيتها فى موضعها عن طريق المخاطيف Anchors

ومع تطور فرع هندسة المياه العميقة وبدأ العمل فى مياه أكثر عمقا  لا يمكن معها استعمال المخاطيف ظهرت الحاجة إلى تحقيق تمركز للمنصات والمراكب خاصة التى تقوم بأعمال التركيبات والصيانات. ومن هنا ظهرت أنظمة التمركز الديناميكي 

Dynamic positioning systems 

وتعرف اختصارا ب DP systems.

تعريف نظام التمركز الديناميكي DP system

هو نظام متحكم به عن طريق الكمبيوتر للحفاظ على موضع واتجاه المركب أوتوماتيكيا عن طريق دفاعات المركب.  يتم تغذية الكمبيوتر بنوعين من البيانات:

1-بيانات خاصة بالعوامل البيئية المحيطة بالمركب

2-بيانات خاصة بحساب إنحراف المركب عن الموضع أو الإتجاه المراد الثبات عليه.

 ويتم ذلك عن طريق الحساسات التالية : حساسات قياس شدة واتجاه الريح ، حساسات الحركة،  حساسات الإنحراف عن الموضع وكذلك البوصلة. كل هذه البيانات تمكن الكومبيوتر من حساب المؤثرات البيئية المحيطة بالمركب وعمل نموذج رياضي لها ومن ثم معادلتها عن طريق توفيرقوة دفع مساوية فى المقدار ومضادة فى الإتجاه وبالتالى تحقيق ثبات المركب دون إنحراف عن الموضع والإتجاه الذى تم تحديده. 

التطبيقات والاستخدامات 

فيما يلي أهم الاستخدامات لنظام التمركز الدنياميكي DP

Cable-laying  مراكب ومنصات إنزال الكابلات

 

Crane vessels المراكب المزدوة بأوناش

 المراكب الداعمة للغطس والمركبات المتحكم بها عن بُعد 

Diving support and ROV vessels



Dredging مراكب التعميق البحري

Drillships المراكب المزودة بآلات حفر

FPSOs  مراكب الإنتاج والتخزين والتحميل العائمة

Flotels الفنادق العائمة

Maritime research مراكب الأبحاث البحرية

Mine sweepers كاسحات الألغام

Pipe-laying ship مراكب إنزال خطوط الأنابيب

Platform supply vessels مراكب تموين المنصات البحرية

Survey ships مراكب المسح

حركة المركب

للمركب -وكأي جسم فى الفراغ- حركة فى الأبعاد الثلاثة، اتجاهات س،ص،ع  (طول وعرض وارتفاع) وللمركب ست درجات من الحرية فى الحركة 6 degrees of freedom. ثلاث منها حركات تغير الموضع وثلاث منها حركات دورانية.

حركات تغيير الموضع

surge الحركة للأمام والخلف

sway الحركة للجانب الأيمن والأيسر

heave الحركة لأعلى وأسفل

حركات الدوران

الدوران حول محور الحركة للامام والخلف roll

الدوران حول محور الحركة للجانبين pitch

الدوران حول محور الحركة لأعلى وأسفل yaw

ويختص نظام التمركز الديناميكي بتحقيق الثبات فى اتجاهات ال Surge ، Sway and Yaw. ال surge وال sawy متعلقين بموقع المركب وال yaw متعلق باتجاه المركب

يمكن تبسيط نظام التمركز الديناميكى DP system بتقسيمه إلى ثلاث اجزاء رئيسية متساوية فى الأهمية

1- حساسات وأجهزة استشعار sensors ونظم مرجعية reference system

2- كمبيوتر ونظام تحكم contorl system

3- دَفاعات thrusters

من أهم مدخلات نظام التمركز الموضعي هو النظام المرجعي reference system، وللحفاظ على المركب فى موضع واتجاه ثابت يجب تحديد هذا الموقع والإتجاه بالنسبة إلى شئ آخر. بمعنى آخر مرجع تقارن أجهزة المركب موضعها بالنسبة له وتقوم بتصحيح موضعها إذا حدث إنحراف عنه. ومن أنواع هذا المرجع

1- نظام ال DGPS 



يعد نظام تحديد المواقع المعروف GPS غير مناسبا لتطبيقات التمركز الديناميكي لعدم دقته الكافية، وبالتالى يتم تحسين دقته عن طريق محطات أرضية معروفة الإحداثيات، تقوم بمقارنة إحداثيات المحطة المعروفة مسبقا بإحداثيات نظام ال GPS . ثم يتم إرسال قيمة التصحيح إلى جهاز الإستقبال الموجود على مراكب التمركز الموضعي.  وهذا سبب تسميته Differential حيث يتم حساب الفارق بين موقع المحطات الأرضية وقراءات الGPS. يقوم نظام ال DGPS بحساب أى انحراف عن الموقع المراد الثبات عليه وبين الموقع الحالي للمركب وتغذية نظام ال DP به.

2-نظام ال HIPAP

High accuracy acoustic positioning

نظام التمركز الصوتي عالي الدقة

وفي هذا النظام يتم تثبيت أحد الأجهزة التى تصدر موجات صوتيه في قاع البحر، ويقوم هذه الجهاز بإرسال الموجات الصوتية بصوة منتظمة يلتقطها جهاز آخر مثبت فى باطن المركب من الأسفل. وعند حدوث حركة للمركب او إنحراف عن الموضع تتغير زاوية استقبال تلك الموجات ويتم تغذية نظام ال DP بقيم هذه الإنحرافات حتي يعمل على تصحيحها.

3-نظام ال Tout wire

وهو عبارة عن ثقل مثبت فى قاع البحر متصل بحبل معدني متصل بسطح المركب. عند حدوث حركة للمركب تتغير زاوية الشد فى الحبل وكذلك طول الحبل الخارج من الجهاز، يتم ترجمة هذه القيم إلى قيمة إنحراف المركب عن موضعها الأساسي ويتم تغذية نظام ال DP بهذه القيم حتى يعمل على تصحيحها. 

4- نظام البوصلة Gyrocompas

وهو مختص بتحديد إتجاه المركب بالدرجات وكذلك حساب إى تغير أو إنحراف في إتجاه المركب وتغذية نظام ال DP به

5- نظام Fanbeam and CyScan

وهو نظام يتم استخدامه عند العمل بجوار منصات ثابتة، وهو مكون من جهاز ليزر مثبت بالمركب وعاكس يتم تثبيته على الجسم الثابت. يقوم الليزر بإرسال شعاع واستقبال الإنعكاس ومن ثم الحفاظ على موقع المركب بالنسبة للمنصة الثابتة.

هذا بالإضافة إلى العديد من النظم المرجعية الأخرى المشابهة والتى تعتمد على الرادر مثل نظام Artemis، أو نظام DARPS والذي يقوم بمقارنة موقع المركب بموقع مركب آخر مجاور له وحساب الإنحراف النسبي بين المركبين.

أما بالنسبة لأجهزة الإستشعار الخاصة بالمركب فيمكن حصرها فيما يلي:

1- حساسات شدة وإتجاه الريح
2- حساسات الحركة  وتقوم بحساب حركات المركب التالية (Pitch، Roll and Heave)

وكما سبق توضيحه فإن كل تلك البيانات يتم إدخالها لنظام ال DP حيث يقوم بعمل نموذج رياضى لموقع المركب وحركته والعوامل المؤثرة عليه. ومن ثم إعطاء أوامر لأجهزة الدفع الخاصة بالمركب لمعادلتها من أجل الحفاظ على الموضع.

هناك العديد من الطرازات الخاصة بنظام الDP وكلما زادت خطورة ودقة الوظيفة التى تقوم بها مركب زادت الحاجة إلى وجود نظم احتياطية Back up systems بحيث إذا تعطل أى نظام استشعار أو جهاز دفع تحافظ المركب على موضعها دون تغير عن طريق النظم الإحتياطية. يتم الإشارة إلى طرازات ال DP بالأرقام كما يلي:

1- نظام DP1 وفيه لا يوجد نظم احتياطيه.

2-نظام DP2 مزود بنظم احتياطية، وفى حالة حدوث عطل واحد بأى من الأنظمة تستطيع المركب الحفاظ على موضعها.

3-نظام DP3 وهو مزود أيضا بنظم إحتياطية. ويمكنه الحفاظ على موضع المركب حتى في حالة حدوث غرق أو احتراق فى أحد أجزاءه.

تم التعرض فى هذه المقالة بصورة عامة لنظام التمركز الموضعي وأهميته وكيفية عمله، وكذلك أهم عناصره ومكوناته. ويمكن الآن فهم دور هذا النظام فى جعل القيام بأعمال التركيبات والإصلاحات فى المياه العميقة ممكنا.



المصادر

http://www.slideshare.net/khnks/dp-presentation-2755758
https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_positioning

التفتيش الهندسي على أنظمة المياه العميقة-2 (اختبارات المشاهدة Visual Inspection)

تعرضنا فى المقال السابق لموضوع التفتيش الهندسي فى المياه العميقة، فى هذا المقال نستكشف بشئ من التفصيل للنوع الأول " اختبارات المشاهدة visual inspection"

يتم اختبار المشاهدة بواسطة العين المجردة في أغلب الاحوال، فهو الاختبار المبدأي لحالة المُعدة/ الهيكل البحري و كفاءتها و مطابقتها للرسومات الهندسية و البيانات الخاصة بها، و هذ البيانات يتم تسليمها للمالك من المقاول المنفذ للتصنيع، و الذي بدوره يقوم بتصنيع المعدات عملا توصيات الأكواد و المعايير العالمية على سبيل المثال ASME, API, NACE .....الخ.

يتم تقسيم اختبارات المشاهدة في البحر إلى نوعين و هما اختبار المشاهدة العام General Visual Inspection GVI و اختبار المشاهدة عن قرب Close Visual Inspection CVI.

بالنسبة لاختبار المشاهدة العام لا يتطلب الاختبار سوى المشاهدة العامة دون الحاجة لتنظيف المُعدة أو الاقتراب منها وإذا كانت المُعدة جديدة أو في حالة عامة جيدة يكون هذا الاختبار كافياً و من مميزاته أنه اختبار سريع و من الممكن تكراره بشكل دوري دون أن يكلف المالك الكثير من الوقت و لكن يعيبه الدقة و الاعتمادية المطلقة عليه.

بالنسبة لاختبار المشاهدة عن قرب فإنه يتطلب تنظيف أسطح المعدات من الرمال و الحشف الملتصق بها بطبيعة الحال تحت سطح الماء و خصوصاً في الأعماق و الإقتراب أكثر لبعض المناطق المعرضة لإجهادات عالية و خصوصاُ الاجهادات الترددية أو ما يدعى اجهادات الكلالة Fatigue Stresses، و أيضاً المناطق الضعيفة نسبياً مثل نقاط اللحام و الربط بالكلابات Clamps.

وهذا الاختبار يتم باستخدام الكاميرات الملحقة بالمركبات المتحكم بها عن بُعدROV   أو عن طريق الغطاسين فى المياه الضحلة، و يتم عمل التقارير بحالة المعدات مع إلحاق الصور و الفيديوهات لتكون دليلاً على المشاهدات فلابد بعد أي عملية تفتيش هندسي من تسجيل الحالة و الاحتفاظ بها و مراجعتها في كل مرة نقوم بالتفتيش على نفس المُعدة.

المركبات المتحكم بها عن بعد المزودة بكاميرات للقيام بالتصوير

لابد لمهندس أو أخصائي التفتيش الهندسي القائم بأعمال المشاهدة أن تكون له خلفية بأعمال اللحام المختلفة و عيوبه و علوم المعادن و القدرة على تقييم العيوب، و من التخصصات التي تتميز بهذه المعرفة  مهندسين الميكانيكا و الفلزات.

فى المقالات المقبلة سنستكمل باقي أنواع التفتيشات الهندسية وشرح لكيفية عمل المعدات المستخدمة فى التفتيش الهندسي وأهم الملاحظات التي يجب الإلتفات إليها.

شكر خاص للمهندس: محمد محروس على مساهمته بتلك المقالة عن التفتيش الهندسي - اختبارات المشاهدة- . كذلك نرحب بمشاركاتكم بالمقالات المتعلقة بهندسة المياه العميقة، ويمكنكم مراسلتنا على عنوان: subseaar@gmail.com

            

فريق عمل مدونة SubseaAr

التفتيش الهندسي على أنظمة المياه العميقة 1

  مقدمة

يعتبر التفتيش الهندسي من أهم عناصر تكامل الأصول Asset integrity بالشركات التي تعمل بمجال البترول و الغاز الطبيعي، و يطبق التفتيش على المعدات الإستاتيكية و الهياكل، و لا تختلف مفاهيم التفتيش الهندسي بالموقع البرية عن المواقع البحرية كثيراً فالهدف في النهاية هو الحفاظ على الأنفس البشرية و معدات التشغيل و التأكد أنها تعمل بالشكل المرجو.

المعدات الإستاتيكية في العموم تتضمن الخزانات Tanks و حاويات الضغط Pressure Vessels و خطوط الانابيب Pipelines و نظم الأنابيب Piping Systems و الهياكل المعدنية Structures  . أما في مجال المياه العميقة فالمعدات المستهدفة هي خطوط الانابيب و نظم الانابيب والهياكل الموجودة فى قاع البحر على سبيل المثال هياكل المنصات البحرية Platforms، يتم التفتيش الهندسي بواسطة بعض الاختبارات تسمى الاختبارات غير الإتلافية و التي تستخدم لتحديد حالة المعدة و في بعض الأحيان تحديد الفترة المتبقية للاستخدام remaining life  و أحيان أخرى لتحديد تناسب المعدة مع الخدمة  fitness for servic .

ومن المفاهيم الأساسية في مجال التفتيش الهندسي أن هذه الاختبارات لا تتم بشكل عشوائي فهي تتم بشكل دوري منتظم بناءً على توصيات بعض الأكواد و المعايير Codes and standards العالمية ، فالتفتيش الهندسي عملية تعتمد بشكل أساسي على الإجراءات المرفوض تماماً مخالفتها أو مخالفة ترتيبها تماماً مثل الصلاة و الوضوء فلا يجوز صلاة قبل الوضوء أو بدونه، فقد تمت كتابة هذه الأكواد و المعايير بناءً على تجارب عملية و خبرات في المواقع ويتم مُراجعتها بشكل دوري ونشر الإصدارات الحديثة بشكل منتظم، و على هذا فإن القائم بكل مهمة من مهام التفتيش الهندسي لابد له أن يحمل الشهادة الخاصة بالعمل الموكل إليه و على سبيل المثال: القائم بأعمال الاختبارات الإتلافية لابد أن يتوفر لديه شهادة - المستوى الثاني Level II - للاختبار الذي يقوم به  و يتم الحصول عليها عن طريق دورة تدريبية على يد متخصص حاصل على - المستوى الثالث Level III - و تتم الاختبارات تحت إشراف المالك أو مهندس تفتيش هندسي حاصل على شهادة  مفتشInspector  الخاصة بالمٌعِدة، و في مجالنا تكون شهادة CSWIP 3.4U.

أنواع الإختبارات غير الإتلافية الخاصة بنظم ومعدات المياه العميقة:

          أ‌-         اختبار المشاهدة Visual Inspection

        ب‌-       اختبار الاجزاء المغمورة (Flooded Member Detection (FMD.

        ج-       اختبار السُمك باستخدام الموجات الصوتية Ultrasonic thickness measurement.

        د-        اختبار الجزيئات الممغنطة Magnetic particles.

         هـ        اختبار مجال التيار المتردد Alternating Current Field Measurement.

         و-         قياس الحشف Marine Growth Measurement.

         ز-         اختبار الإشعاع Radiographic testing

        فى المقالات المقبلة سيتم التعرض بالتفصيل لكل نوع من هذه الأنواع السابق ذكرها وشرح لكيفية عمل المعدات المستخدمة فى التفتيش الهندسي وأهم الملاحظات التي يجب الإلتفات إليها.

       شكر خاص للمهندس: محمد محروس على مساهمته بتلك المقالة عن التفتيش الهندسي. كذلك نرحب بمشاركاتكم بالمقالات المتعلقة بهندسة المياه العميقة، ويمكنكم مراسلتنا على عنوان: subseaar@gmail.com

            فريق عمل مدونة SubseaAr

نظام التوزيع فى المياه العميقة 1

نظام التوزيع فى المياه العميقة -1- 

(SDS (Subsea distribution system

بكلمات بسيطة ومختصرة ، يعتبر نظام توزيع المياه العميقة  هو النظام المسئول عن التحكم فى الآبار وكذلك توزيع  الخدمات للآبار وغيرها من المنشآت البحرية تحت الماء. يعد نظام التوزيع مسئولا عن أربعة مهام أساسية:

1.       توزيع الطاقة الهيدروليكية

2.       توزيع كيماويات الحقن فى الآبار وخطوط الإنتاج

3.       توزيع الطاقة الكهربية

4.       توزيع نظام الاتصال ونظام التحكم بالآبار

المكونات الأساسية لنظام التوزيع:

·   وحدة "بداية" خط التحكم
TUTA (topside umbilical termination assembly)

·    خط التحكم
  umbilical

·  وحدة نهاية خط التحكم UTA
umbilical termination assembly

·   خطوط التوصيل

Flying leads

·         وحدة التوزيع البحرية

Subsea distribution assembly

·   وحدة توزيع الهيدروليك 

Hydraulic distribution module (HDM)

·  وحدة توزيع الكهرباء

Electrical distribution unit (EDU)

· وحدة تخزين الضغط

(Subsea accumulator module (SAM

كيف يعمل نظام التوزيع ؟

يمكن تمثيل نظام التوزيع بصورة مبسطة كأنظمة توزيع الكهرباء أو المياه فى المنزل ،يبدأ الأمر بمصدر تغذية رئيسي ثم خطوط ناقلة للتغذية (أسلاك فى حالة الكهرباء وأنابيب فى حالة المياه) ويتخلل ذلك نقاط عزل وتوصيل وينتهى الأمر بمخارج التغذية النهائية مثل نقاط التوصيل الكهربى أو نقاط التغذية بالماء.

لو انتقلنا لنظام المياه العميقة وبنفس التشبيه ، يبدأ نظام التوزيع بمصادر تغذية كهربية وهيدروليكية وكيماويات للحقن، مصادر التغذية تكون مجهزة بخزانات مناسبة ومضخات فى حالة الهيدروليك و كيماويات الحقن. أما فى حالة التغذية الكهربية تكون وحدات تغذية كهربية بفرق جهد مناسب.  يتم تجميع كل هذا عن طريق (وحدة بداية خط التحكم TUTA) ومنها إلى (خط التحكم Umbilical) الذى يقوم بنقل التغذية عبر كابلات وأنابيب خاصة مجمعة داخل خط واحد.

بعد ذلك ينتهى (خط التحكم Umbilical) عند (وحدة نهاية خط التحكم UTA) والتى تعمل على فصل الخط إلى عدة مخارج منفصلة، ويأتى بعد ذلك دور (خطوط التوصيلFlying leads) وتقوم بتوصيل التغذية من وحدة نهاية خط التحكم إلى وحدة التوزيع البحرية.

(وحدة التوزيع البحرية SDA) هى بشكل مبسط مثل المشترك الكهربائى فى المنزل ، له مدخل واحدة وعدة مخرجات ، بالمثل وحدة التوزيع البحرية عبارة عن مدخل واحد للتغذية سواء الهيدروليكية أو الكهربية أو الكيماوية ويتفرع هذا المدخل إلى عدة مخرجات ليمكن لكل واحد منها من تغذية بئر منفرد. فبدلا من مد خطوط تحكم لكل بئر على حدة يتم مد خط تحكم واحد إلى وحدة التوزيع البحرية ومنها تتفرع الخطوط إلى الآبار المختلفة لتغذيتها.

(وحدة التوزيع البحرية SDA) تتكون من وحدة توزيع هيدروليك (HDM)، واسمها يوضح عملها فهى تقوم بتوزيع الهيدروليك وكذلك كيماويات الحقن إلى عدة مخارج. ووحدة التوزيع الكهربي (EDU) وتقوم بتوزيع الطاقة الكهربية وإشارات التحكم من مدخل واحد إلى عدة مخارج.

نظام الهيدروليك

نظام وظيفته توفير القوة اللازمة لتشغيل الصمامات المتحكم بها عن بعد الموجودة على البئر  "شجرة الكريسماس" أو  غير ذلك من المنشآت مثل مجمع الغاز أو أنظمة الحماية من الضغط (HIPPS)

ومن أهم العوامل التى يجب الانتباه إليها عند تصميم نظام هيدروليك لآبار المياه العميقة:

1.       حجم الخزان المطلوب لتوفير كمية كافية من الهيدروليك لملئ خطوط التوزيع وتشغيل الصمامات.

2.       الوقت المستغرق فى شحن أو "ضغط" نظام التوزيع. عن طريق ملئ (خطوط التحكمumbilical ) و(خطوط التوصيل Flying leads)   بسائل الهيدروليك بالكمية والضغط المناسبين.

3.       الوقت المستغرق لاستعادة الضغط عقب تشغيل الصمامات ، فبعد أى عملية تشغيل للصمامات على شجرة الكريسماس أو غيرها يحدث فقد لكمية من سائل الهيدروليك ، ويجب تعويضه عن طريق مضخات التعويض بالكمية والضغط المناسبين.

4.       إمكانية إحداث استقرار للصمامات المفتوحة وعدم إغلاقها نتيجة فتح صمامات أخرى ، وذلك عن طريق إيجاد و(حدات تخزين الضغط SAM)وهو ما سيتم شرحه لاحقا

5.       الكمية المسموح بها من التسريب والتى يستطيع نظام التوزيع تعويضها دون التعرض لحالة إغلاق للصمامات بطريقة مفاجأة أو غير متوقعة

فى المقال القادم بإذن الله، نستعرض أهم مكونات نظام التوزيع بشئ من التفصيل مع شرح الوظيفة وكيفية العمل.