KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ

KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ KẾT CẤU TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ VÀ

TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ NHÓM AHTS 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ

Để khai thác được những nguồn tài nguyên này, cả một nghành công nghiệp

đồ sộ đã được phát triển, sử dụng các giàn khoan nổi, tàu thuyền và các giàn sản xuất cố định hoặc neo đậu trên biển Những công trình nổi này đòi hỏi những loại hình hoạt động hỗ trợ khác nhau và để cung cấp sự trợ giúp cần thiết này, người ta

đã cho ra đời nhiều chủng loại tàu qua nhiều năm

Thông thường, các loại tàu hỗ trợ xa bờ được vân hành bởi các chủ tàu, họ hoặc những công ty chuyên trách sở hữu và vận hành các loại tàu này hoặc là những công ty kết hợp vận hành hỗ trợ xa bờ với các hoạt động khác như là lai dắt và cứu

hộ, sở hữu tàu theo công ước, hay các hoạt động công nghiệp và thương mại khác Ngành khai thác và sản xuất dầu khí ngoài khơi do một số tổ chức nắm giữ Những

tổ chức này có thể là các công ty dầu khí quốc doanh hoặc những tập đoàn gồm các công ty dầu khí cùng với các bên liên quan, cho đến các công ty công nghiệp phụ trách việc cung cấp một số dịch vụ nhất định cho dự án

Những đòi hỏi từ phía các nhà khai thác và sản xuất đối với dịch vụ tàu hỗ trợ được đáp ứng bởi những con tàu hiện có thông qua một số cơ chế khác nhau Đó là thị trường giao nhận trực tiếp rất phát triển, hoạt động như một phương thức thanh toán bù trừ dành cho những hợp đồng ngắn hạn Ví dụ như trường hợp, người điều hành của một giàn khoan nửa chìm nửa nổi cần sử dụng dịch vụ tàu cung ứng kéo

và xử lý neo (AHTS) trong thời gian 3 tháng diễn ra hoạt động khoan để di chuyển giàn khoan tới và rời khỏi vị trí khoan Một số lượng tàu loại này hoạt động trên thị trường giao nhận trực tiếp, được phân loại theo kích cỡ, sức chứa và công suất, với thời gian thay đổi tùy theo khả năng của tàu và phương thức phục vụ và theo nhu cầu thị trường Đối với việc hỗ trợ dài hạn cho những công trình cố định người ta thuê những con tàu bằng những hợp đồng kéo dài nhiều năm, thường cùng quyền

đơn lẻ, nhưng thông thường người ta thường thiết kế tàu để thực hiện kết hợp một

số loại nhiệm vụ Khi phải giải quyết nhiều nhiệm vụ cùng lúc, thì chủ tàu phải đưa

ra quyết định để có được cán cân thăng bằng nhất giữa những yêu cầu đối nghịch nhau, và người thiết kế tàu phải hiện thực hóa các nhiệm vụ đó vào trong con tàu, đáp ứng được các yêu cầu về mặt vận hành và các bộ luật an toàn tương ứng

Các loại tàu hỗ trợ xa bờ gồm:

Tàu dịch vụ dầu khí (Offshore Support Vessels) là các tàu trực tiếp tham

gia dịch vụ các giàn khoan thăm dò và khai thác dầu khí Tàu dịch vụ dầu khí phục

vụ mục đích chung là đảm bảo an toàn cho người và công việc thăm dò, khai thác dầu khí ngoài khơi Những tàu cỡ lớn đảm bảo lắp ráp và bảo dưỡng giàn khoan, trang thiết bị giàn, giếng những tàu cỡ nhỏ hơn đảm bảo công tác cung ứng, dịch

vụ các giàn, đảm bảo chăm sóc y tế, sức khỏe người làm việc trên giàn ngoài khơi, đảm bảo an toàn công việc lặn biển

Những chức năng của đội tàu dịch vụ dầu khí bao gồm:

- Theo dõi động đất vùng biển có đặt các giàn khoan thăm dò và khai thác dầu khí

- Chuyên chở các giàn di động từ xưởng sản xuất đến vị trí khai thác Bố trí hệ thống neo - buộc giàn tại vị trí đã định

- Chuyên chở các giàn cố định từ bờ ra vị trí lắp đặt, định vị vị trí đặt giàn và hạ giàn

- Cung ứng dịch vụ cho giàn di động, giàn cố định những vật dụng, thiết vị cần thiết, chuyên chở người làm việc đến giàn, chuyên chở thực phẩm, dự trữ đến giàn và chở từ giàn những mẫu bùn, đất, dầu, vật thải

Tàu cung ứng dịch vụ dầu khí ( Platform Supply Vessels - PSV): Tàu

nhóm này ra đời cùng công nghiệp khai thác dầu khí ngoài khơi Tàu cung ứng dịch

vụ cho các giàn khoang trên biển Đặc tính chung của tàu nhóm này là tính cơ động cao, khả năng đi biển rất tốt, tính ổn định đảm bảo, độ bền kết cấu đảm bảo Ngày nay nhóm này mang tên gọi đồng nghĩa với PSV là OSV - Offshore Supply Vessels Tàu nhóm này cung ứng định kỳ cho giàn nhiên liệu, nước sinh hoạt cho người làm việc, lương thực, thực phẩm, thiết bị và các loại chất lỏng phục vụ khoan

Tàu hỗ trợ xa bờ đa năng (Anchor Handling Tug Supply Vessel - AHTS):

Trình bày rõ hơn ở mục 1.2

Tàu đa chức năng (Multifunctional Vessel): Tàu nhóm này thường được

cải tiến từ tàu thả neo (AHTS) Ngoài những công việc đã kể cho AHTS, tàu đã chức năng còn giải quyết các công việc thuộc phần dưới nước của các giàn khoan như khảo sát dưới nước và bảo dưỡng đường ống, thân giàn

1.2 GIỚI THIỆU VỀ TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ NHÓM AHTS

Nhóm này với số lượng rất lớn Đến năm 2010 tàu thuộc nhóm thao tác với neo đã vào khoảng 1500 chiếc Tên gọi của tàu nêu đủ chức năng tổng hợp của nó:

nằm thấp hơn là hệ thống súng hơi và kho chứa, và ở cao hơn là các tời kéo và những cuộn cáp ống Những hệ thống dẫn hướng chuyên dụng được bố trí ở phần đuôi mở để bảo vệ các dải cáp ống tránh hư hỏng và dàn trải chúng theo trình tự Bản thân con tàu phải có khả năng bám sát đường đi và ổn định vị trí một cách chính xác và hệ thống động lực phải có mức độ ồn lan tỏa thấp và độ ồn do chân vịt gây ra nhỏ nhất để tránh ảnh hưởng tới trang thiết bị khảo sát

Ngoài những chức năng như trên, nhóm tàu AHTS còn phục vụ như là tàu cứu hộ khẩn cấp và tàu cứu hộ (ERRV) Chúng cũng được sử dụng để vận chuyển hàng hóa đến và từ giàn khoan ra ngoài khơi cũng như vào bờ

Nhiều tàu loại này được được thiết kế để đáp ứng các điều kiện khắc nghiệt của Đại dương, và có thể thực hiện nhiệm vụ cung cấp giữa đất liền và địa điểm khoan hoặc giữa các địa điểm khoan trên đại dương Trong các trường hợp đặc biệt, nhóm tàu AHTS còn cung cấp, hỗ trợ kéo trong khi chở hàng, vận chuyển neo sâu,

và chở các vật thể nguy hiểm

Một số hình ảnh của tàu dịch vụ dầu khí nhóm AHTS

Hình 1.1: Tàu dịch vụ dầu khí nhóm AHTS (mô phỏng)

CHƯƠNG II: CÁC HÌNH THỨC KẾT CẤU CỦA TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ NHÓM AHTS VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN HÌNH THỨC KẾT

CẤU CHO TÀU THIẾT KẾ

2.1 CÁC HÌNH THỨC KẾT CẤU MỘT SỐ LOẠI TÀU DỊCH VỤ DẦU KHÍ

2.1.1 Tàu dịch vụ Long Sơn – 01

o Dàn đáy: Kết cấu đáy đôi, hệ thống kết cấu ngang

o Dàn boong: Hệ thống kết cấu ngang

o Dàn mạn: Kết cấu mạn đơn, hệ thống kết cấu ngang

o Dàn vách: Kết cấu nẹp đứng, sống nằm (Đối với vách kín nước và vách dọc)

- Một số hình ảnh kết cấu tàu dịch vụ Long Sơn – 01

Hình 2.1: Kết cấu mặt cắt giữa tàu Long Sơn – 01

Hình 2.3: Kết cấu vách dọc tàu dịch vụ Long Sơn – 01

Hình 2.3: Kết cấu đáy tàu dịch vụ Long Sơn – 01

Hình 2.4: Kết cấu boong tàu dịch vụ Long Sơn – 01

o Dàn đáy: Kết cấu đáy đôi, hệ thống kết cấu dọc

o Dàn mạn: Kết cấu mạn kép, hệ thống kết cấu ngang

o Dàn vách: Kết cấu nẹp đứng, sống nằm (Đối với vách kín nước và vách dọc)

- Một số hình ảnh tàu dịch vụ TBN

Hình 2.5: Tàu dịch vụ TBN

Hình 2.6: Bố trí chung tàu dịch vụ TBN

Hình 2.7: Bố trí khu vực Boong chính tàu dịch vụ TBN

Hình 2.8: Mặt cắt ngang sườn 49 tàu dịch vụ TBN

o Dàn đáy: Kết cấu đáy đôi, hệ thống kết cấu dọc

o Dàn mạn: Kết cấu mạn đơn, hệ thống kết cấu ngang

o Dày vách: Kết cấu nẹp đứng, sống nằm (Đối với vách kín nước và vách dọc)

o Dàn boong: Hệ thống kết cấu dọc

- Một số hình ảnh tàu dịch vụ Jura

Hình 2.9: Bố trí chung tàu dịch vụ Jura

Hình 2.10: Bố trí khu vực boong chính tàu dịch vụ Jura

Hình 2.11: Tàu dịch vụ Jura

2.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN HÌNH THỨC KẾT CẤU CHO TÀU THIẾT KẾ 2.2.1 Đề tài thiết kế:

Tính toán, thiết kế kết cấu toàn bộ các vách tàu dịch vụ dầu khí nhóm AHTS

2.2.3 Các phương pháp thiết kế kết cấu tàu thủy

- Thiết kế kết cấu tàu là quá trình xác định kích thước, hình dáng, quy cách bố trí các kết cấu để đáp ứng các yêu cầu về độ bền, độ cứng, độ ổn định của kết cấu thân tàu và phù hợp với điều kiện làm việc của tàu

- Có ba phương pháp thiết kế kết cấu chính

2.2.3.1 Thiết kế theo tàu mẫu

- Dựa trên cơ sở kết cấu tàu mẫu, kết hợp với kiến thức lý thuyết và kinh nghiệm của người thiết kế để phân tích và lựa chọn kích thước các kết cấu cho tàu đang tính

- Phương pháp đơn giản, dễ thực hiện nhưng cần chọn được tàu mẫu phù hợp

- Tàu mẫu có tính năng tốt, hoạt động an toàn trong nhiều năm, có kết cấu hợp

lý, cùng nhóm tàu và các đại lượng đặc trưng như: chiều dài, chiều rộng, chiều cao,

tỷ lệ các kích thước L/H, L/B, T/L, hệ số béo CB, lượng chiếm nước, giá trị mô men uốn dọc và lực cắt, bố trí khoảng sườn, các khoang hàng, miệng hầm, lỗ khoét gần với các đại lượng tương ứng của tàu thiết kế

2.2.3.2 Thiết kế theo phương pháp sức bền

- Dựa trên cơ sở kết cấu tàu mẫu, kết hợp với kiến thức lý thuyết và kinh nghiệm của người thiết kế để phân tích và lựa chọn kích thước các kết cấu cho tàu đang tính

- Phương pháp khá khó, thực hiện cần lượng lớn kiến thức về sức bền tàu và cần chọn được tàu mẫu phù hợp

- Tàu mẫu có tính năng tốt, hoạt động an toàn trong nhiều năm, có kết cấu hợp

lý, cùng nhóm tàu và các đại lượng đặc trưng như: chiều dài, chiều rộng, chiều cao,

tỷ lệ các kích thước L/H, L/B, T/L, hệ số béo CB, lượng chiếm nước, giá trị mô men

- Điều kiện áp dụng phương pháp là loại tàu, vùng hoạt động, các kích thước chính, tỷ lệ các kích thước, các đặc trưng của tàu nằm trong phạm vi áp dụng của quy phạm

- Quy phạm đóng tàu là tập hợp kiến thức lý thuyết, kết hợp với kinh nghiệm thức tế nên kết quả khá chính xác và luôn được bổ sung, hoàn chỉnh cho phù hợp nhiều hơn

- Các đòi hỏi trong quy phạm tuy nghiêm ngặt nhưng không thể phản ảnh hết thực tế nên nhiều khi phải chấp nhận tốn kém vật liệu và tăng trọng lượng tàu vì kết cấu tính theo quy phạm chưa phải ở dạng hợp lý nhất

- Do hình dáng, yêu cầu và việc bố trí trên các tàu khác nhau thường không giống nhau, nhất là đối với những tàu lớn hay tàu có tính năng đặc biệt nên các quy phạm đóng tàu không thể bao gồm hết tất cả và vẫn thiết kế theo phương pháp tính toán lý thuyết

 Kết luận:

- Cả ba phương pháp thiết kế trên đều có thể áp dụng để tính toán và thiết kế

tàu với chiều dài đã cho, tuy nhiên

o Áp dụng phương pháp thiết kế theo tàu mẫu thì hiện tại em không có tàu mẫu phù hợp với đề bài yêu cầu, cũng như không nắm rõ về vận tốc, máy tàu và vùng hoạt động của tàu nên cũng không thể tìm được tàu mẫu phù hợp với tàu thiết kế

o Áp dụng phương pháp thiết kế theo sức bền thì hiện tại em chưa được học môn “Sức bền tàu” cho nên chưa đủ kiến thức để tính toán; mặt khác, cách này cũng khá khó để tính toán

 Sử dụng phương pháp thứ ba: Thiết kế theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia “Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép” (QCVN 21:2010/BGTVT)

PHẦN 2B: KẾT CẤU THÂN TÀU VÀ TRANG THIẾT BỊ

(Tàu dài từ 20 mét đến dưới 90 mét) Sau đây viết tắt là QP-2B

2.2.4 Phân tích, lựa chọn hình thức kết cấu cho tàu thiết kế

- Tàu cần thiết kế có chiều dài L = 89.1 m > 40 m nên phần đáy và phần boong (trừ phần mũi và đuôi tàu) nên thiết kế theo hệ thống kết cấu dọc nhằm tăng khả năng chống uốn cho tàu Riêng phần mũi và đuôi tàu nên thiết kế theo hệ thống ngang nhằm tăng khả năng chịu lực cục bộ do va chạm với tàu khác ngoài ra để

thuận tiện cho quá trình thi công và ít tốn kém

- Ở khoang máy vì là nơi chịu phần lớn tải trọng trọng điều kiện làm việc nặng

nề và phức tạp nên đáy và boong ở khoang máy được thiết kế theo hệ thống các cơ cấu đều là cơ cấu khỏe Các đà ngang đáy đều là đà ngang đặc

- Tàu có chở hàng lỏng nên thiết kế theo đáy đôi mạn đơn, riêng phần mũi và phần đuôi thiết kế đáy đơn, mạn đơn Thiết kế theo mạn đơn để tăng phần thể tích khoang hàng mà vẫn đảm bảo độ an toàn Một phần do một số tàu đã giới thiệu ở

trên cũng thiết kế theo hình thức mạn đơn

- Tàu có bố trí một vách dọc ở mặt phẳng dọc tâm, ngoài ra còn có các vách ngang kín nước, vách chống va mũi và vách khoang đuôi nhằm tăng khả năng chống xoắn cho tàu Trong đó: Vách dọc và vách ngang kín nước bố trí theo hình thức nẹp đứng, sống đứng, sống nằm Vách chống va mũi và vách khoang đuôi vố

o Thép L dùng cho cơ cấu thường

o Thép T dùng cho cơ cấu khỏe

2.2.5.2 Tính toán khoảng sườn thực và khoảng dầm

- Khoảng cách sườn hệ thống ngang:

o Theo điều 5.2.1 QP-2B quy định: Khoảng cách chuẩn (a) của các sườn hệ thống ngang được tính theo công thức sau:

o a = 450 + 2L = 450 + 2.89,1 = 628,2 mm

o Chọn khoảng sườn thực bằng: 600 mm

- Khoảng cách dầm của hệ thống dọc:

o Theo điều 5.2.2 QP-2B quy định: Khoảng cách chuẩn (S) của các dầm

hệ thống dọc được tính theo công thức sau đây:

o S = 550 + 2L = 550 + 2.89,1 = 728,2 mm

o Chọn khoảng cách dầm bằng: 700 mm

2.2.5.3 Phân khoang

Từ sườn -11 đến sườn -6 két nước dằn 3 m (1)

Từ sườn 0 đến sườn 6 Khoang nước dằn lái 3.6 m (3)

Từ sườn 6 đến sườn 30 Khoang nước kỹ thuật 14.4 m (4)

Từ sườn 81 đến sườn 105 Khoang nước ngọt 14.4 m (7)

Từ sườn 105 đến sườn 117 Khoang nước sinh hoạt 7.2 m (8)

Từ sườn 117 đến sườn 132 Khoang nước ngọt 9 m (9),(10)

Bảng 2.1: Bảng phân khoang tàu thiết kế

- Như vậy tàu có 152 khoảng sườn thực  Loa = 91.2 m

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CÁC VÁCH 3.1 Vách ngang

- Vách ngang được thiết kế theo hệ thống gồm nẹp đứng, sống đứng và sống nằm

o Chọn chiều dày tôn vách t = 10 mm

o Chiều dày dải tôn dưới cùng của vách phải tăng thêm 1 mm so với công thức vừa tính, chọn t = 12 mm

o Chiều cao tiết diện dải tôn dưới cùng:

 Đáy đôi: chiều cao ≥ 610 mm

 Đáy đơn: chiều cao ≥ 915 mm

1 Boong

2 Nẹp đứng

3 Sống đứng

4 Sống nằm

3.1.2 Nẹp vách

3.1.2.1 Mô đun chống uốn tiết diện

- Mô đun chống uốn tiết diện của nẹp phải không nhỏ hơn trị số tính bởi công thức:

Z = 2,8CShl² = 193,86 cm³ (11.2.3 QP-2B) Trong đó:

3.1.2.2 Mép kèm

- Chiều dày mép kèm bằng chiều dày tôn bao t = 10 mm

- Chiều rộng mép kèm

b = min(0,5S;0,2l;50t) = 350 mm Với 0,5S = 350 mm

0,2l = 808 mm 50t = 500 mm Trong đó:

+ S = 700 mm - Khoảng cách giữa các nẹp

+ l = 4040 mm - Chiều dài nhịp

+ t = 10 mm - Chiều dày tôn tại vị trí đang xét

3.1.2.3 Quy cách kết cấu

Hình 3.2: Quy cách kết cấu nẹp vách

Bảng 3.1: Tính toán thép làm nẹp vách ngang

- Vậy quy cách thép đã chọn thỏa mãn quy phạm

3.1.3 Sống đứng vách

3.1.3.1 Mô đun chống uốn tiết diện

- Mô đun chống uốn tiết diện sống đứng phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:

Z = 4,75Shl² = 3946,46 cm³ (11.2.5-1 QP-2B) Trong đó:

+ S = 2,1 m - Chiều rộng của vùng mà sống phải đỡ

+ h = 6,06 m - Khoảng cách thẳng đứng đo từ trung điểm của nẹp đến đỉnh của boong vách đo ở đường tâm tàu Nếu khoảng cách này nhỏ hơn 6 m thì h được lấy bằng 1,2 m cộng với 0,8 lần khoảng cách thực

+ l = 8,08 m - Chiều dài nhịp

3.1.3.2 Mô men quán tính tiết diện

- Mô men quán tính tiết diện sống phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:

I = 10h = 258296,23 (11.2.5-2 QP-2B)

3.1.3.3 Chiều dày bản thành vách