Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6474-2:2007 về Quy phạm phân cấp và giám sát kĩ thuật kho chứa nổi - Phần 2: Tải trọng môi trường và cơ sở thiết kế do Cục Đăng kiểm Việt Nam và Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn TCVN/TC8 Đóng tàu và công trình biển phối hợp biên soạn, Tổng cục tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 6474 - : 2007 QUY PHẠM PHÂN CẤP VÀ GIÁM SÁT KĨ THUẬT KHO CHỨA NỔI - PHẦN - TẢI TRỌNG MÔI TRƯỜNG VÀ CƠ SỞ THIẾT KẾ Rules for classification and technical supervision of floating storage units - Part 2: Environmental loading and design basis Lời nói đầu TCVN 6474 : 2007 thay cho TCVN 6474 : 1999 TCVN 6474 : 2007 Cục Đăng kiểm Việt Nam Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn TCVN/TC8 "Đóng tàu cơng trình biển" phối hợp biên soạn, Tổng cục tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học Công nghệ công bố QUY PHẠM PHÂN CẤP VÀ GIÁM SÁT KĨ THUẬT KHO CHỨA NỔI - PHẦN - TẢI TRỌNG MÔI TRƯỜNG VÀ CƠ SỞ THIẾT KẾ Rules for classification and technical supervision of floating storage units - Part 2: Environmental loading and design basis Các tiêu chuẩn trích dẫn định nghĩa xem Phần 1, TCVN 6474-1:2007 Tải trọng môi trường sở thiết kế 1.1 Cơ sở thiết kế Cơ sở thiết kế nhằm xác định sản lượng, sức chứa khả chất tải Do kho chứa nằm vị trí cụ thể nên điều kiện mơi trường ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế kho chứa Ảnh hưởng hướng gió xem xét nhằm làm giảm đến mức thấp nguy hợp chất hyđrô cácbon cháy hyđrơ cácbon gây cho người, khu vực nhà lối thoát nạn Về bản, thơng gió tự nhiên, hệ thống đốt khí ga khẩn cấp cần xếp cho gió theo hướng mang nóng khí ga chưa cháy hết khỏi nguồn có khả gây cháy kho chứa Các điều kiện mơi trường thiết kế phải tính đến điều kiện cho giai đoạn khác, chế tạo vận chuyển kho chứa Phần bao gồm tiêu môi trường thiết kế cụ thể cho: (1) Hệ thống neo định vị, (2) Đánh giá sức bền kết cấu tuổi thọ mỏi 1.2 Hồ sơ thiết kế Hồ sơ thiết kế trình nộp phải bao gồm báo cáo, tính tốn, vẽ tài liệu cần thiết khác nhằm kiểm chứng sức bền kết cấu thân kho chứa tương thích cho vận hành theo dự kiến hệ thống neo, thiết bị sản xuất phương tiện phụ trợ khác hệ thống ống đứng (nếu nằm phạm vi khẩn cấp) 1.3 Các điều kiện thiết kế 1.3.1 Hệ thống neo định vị Hệ thống neo định vị kho chứa thiết kế để chịu điều kiện môi trường thiết kế hoạt động điều kiện vận hành thiết kế Đối với hệ thống neo có khả tháo rời cần phải nêu rõ điều kiện giới hạn hệ thống neo tháo nối lại Điều kiện môi trường thiết kế (DEC) Điều kiện môi trường thiết kế định nghĩa điều kiện môi trường cực trị với tổ hợp cụ thể gió, sóng dòng chảy mà hệ thống thiết kế DEC điều kiện gây tải trọng nguy hiểm số tổ hợp sau: Sóng có chu kì lặp 100 năm tổ hợp với gió dòng chảy liên quan; Gió có chu kì lặp 100 năm với sóng dòng chảy liên quan Trong khu vực có dòng chảy với tốc độ lớn cần xem xét trường hợp tải trọng mơi trường thiết kế bổ sung Sóng có chu kì lặp 100 năm thường đặc trưng chiều cao sóng đáng kể với dạng phổ dải chu kì đỉnh sóng Đối với kho chứa nổi, chu kỳ lặp sóng yêu cầu tối thiểu 100 năm Trong trường hợp đặc biệt, chu kì lặp lại tối thiểu 50 năm sử dụng Đăng kiểm chấp nhận Bất tổ hợp khác có chu kì lặp nhỏ mà gây phản ứng tải trọng neo lớn phải sử dụng thiết kế Điều kiện vận hành thiết kế (DOC) Điều kiện vận hành thiết kế xác định điều kiện môi trường giới hạn yêu cầu dừng vận hành bình thường Điều kiện lắp đặt thiết kế (DIC) Điều kiện lắp đặt thiết kế xác định điều kiện môi trường giới hạn yêu cầu dừng việc lắp đặt Các giới hạn cụ thể cho điều kiện môi trường ảnh hưởng đến hoạt động an tồn suốt q trình lắp đặt nêu phần cần lập thành hồ sơ Phân tách góc gió, dòng chảy sóng Đối với hệ thống neo đơn mà kho chứa xoay theo thời tiết cần xem xét cộng tuyến tính khơng cộng tuyến tính gió, dòng chảy sóng Phân tách góc xác điều kiện môi trường thiết kế DEC xác định dựa nghiên cứu mơi trường vị trí lắp đặt Nếu khơng có sẵn thơng tin trên, tối thiểu phải xem xét tổ hợp góc khác cho điều kiện môi trường không cộng tuyến tính sau: Gió dòng chảy cộng tuyến tính chếch 30 o so với sóng Gió chếch 30o so với sóng, dòng chảy vng góc với sóng Đối với hệ thống neo chùm mà kho chứa có giới hạn góc hướng kho chứa (nhỏ 20 o) điều kiện môi trường thiết kế, sử dụng điều kiện mơi trường cộng tuyến tính gió, dòng chảy sóng Đối với trạng thái biển thiết kế, sóng đỉnh dài hướng thường xem xét phân tích neo buộc 1.3.2 Tuổi thọ mỏi sức bền kết cấu Vị trí lắp đặt Điều kiện sóng vị trí lắp đặt bao gồm điều kiện sóng dài hạn cực đại liệu biểu đồ phân tán sóng phân phối chiều cao chu kì phải sử dụng đánh giá tuổi thọ mỏi sức bền kết cấu Chu kì lặp tối thiểu 50 năm cho việc tính tốn phản ứng kết cấu xem xét Đăng kiểm chấp nhận Các điều kiện mơi trường khác gây phản ứng xấu khác phần khác kết cấu thân kho chứa Các phản ứng chuyển động lớn sóng hiệu ứng tải trọng kết cấu lớn chu kì sóng khác Do điều kiện mơi trường sau cần xem xét: (1) Sóng có chu kì lặp 100 năm đặc trưng chiều cao sóng đáng kể với dải chu kì đỉnh sóng Cả bão mùa đơng bão nhiệt đới cần xem xét (2) Dữ liệu biểu đồ phân tán sóng phân phối hai chiều chu kì sóng chiều cao sóng Khoảng thời gian để xây dựng sở liệu biểu đồ phân tán sóng phải đủ dài để đảm bảo độ tin cậy cho thiết kế (tốt tối thiểu năm) Phân phối xuất phải đưa hàng năm với mức xác suất thời điểm liệu Mỗi điểm liệu phải thể trạng thái biển lấy khoảng thời gian liên tục khoảng (3) Cần xem xét hướng sóng từ mũi kho chứa hướng sóng khác với mũi kho chứa có kể đến ảnh hưởng gió dòng chảy với phân phối xác suất phù hợp, tất loại hệ thống neo sử dụng (4) Sóng đỉnh dài sóng đỉnh ngắn với phổ lượng có hướng dạng cơsin bình phương phải dùng phù hợp hạng mục thiết kế khác Di chuyển Khi thiết kế xác định điều kiện mơi trường, sóng gió tuyến di chuyển từ nơi xây dựng, chế tạo (hoặc xưởng đóng tàu nơi thực việc hốn cải) đến vị trí lắp đặt thời gian năm Tối thiểu cần tính đến tốc độ gió chiều cao sóng đáng kể có chu kì lặp 10 năm, trừ có kế hoạch di chuyển tính đến thời tiết Các ảnh hưởng mùa đến môi trường thiết kế phù hợp với thời gian di chuyển dự kiến xem xét Bên cạnh việc kiểm tra sức bền kết cấu thân kho chứa trình di chuyển, cần đặc biệt ý đến hạng mục cần đốt, bệ đỡ cần cẩu gối đỡ thiết bị xử lí chịu tải trọng chuyển động gây và/hoặc ảnh hưởng nước tràn boong tàu (green water) Các tải trọng chuyển động q trình di chuyển phải tính toán Kết cấu thượng tầng kết cấu đỡ nằm phạm vi phân cấp phải kiểm chứng chịu tải trọng 1.4 Các điều kiện môi trường 1.4.1 Quy định chung Các điều kiện môi trường cho điều kiện thiết kế khác mô tả qui định 1.3 phải trình nộp với số liệu với vị trí hoạt động cụ thể Số liệu thống kê mơ hình tốn học mô tả phạm vi biến đổi điều kiện môi trường dự kiến phải sử dụng Tất số liệu phải cung cấp văn với nguồn cung cấp số liệu ước lượng độ tin cậy số liệu Một báo cáo môi trường mơ tả phương pháp xử lí thống kê số liệu có sẵn thành tiêu chuẩn thiết kế phải trình nộp theo yêu cầu TCVN 6474-1:2006 Các phương pháp xác suất nhằm dự đoán giá trị cực đại, ngắn hạn, dài hạn phải sử dụng phân phối thống kê phù hợp với tượng môi trường xét chứng minh qua phép thử xác suất phù hợp, giới hạn tin cậy phương pháp thống kê Phương pháp mơ hình dự báo phải báo cáo đầy đủ Nói chung liệu phân tích cung cấp Nhà tư vấn công nhận chấp nhận sở thiết kế Tiêu chuẩn thiết kế liệu ban hành, có, cho khu vực lắp đặt dùng cho báo cáo Cụ thể, số liệu sau cần cung cấp: Các kiện cực đại có chu kì lặp 100 năm, 10 năm năm cho vận tốc gió, chiều cao sóng đáng kể dòng chảy Một dải chu kì sóng liên quan phải xem xét cho chiều cao sóng đáng kể cụ thể Cần tính đến gió mùa đơng bắc bão nhiệt đới; Các liệu hướng phân tách góc cho giá trị cực đại sóng, gió dòng chảy; Cơng thức dạng phổ sóng; Prơfin vận tốc dòng chảy thay đổi theo hướng; Phân phối hai chiều chiều cao chu kì sóng (biểu đồ phân tán sóng với xác suất sản xuất hàng năm điểm liệu); Thống kế sóng dài theo hướng; Thay đổi độ sâu nước thủy triều có kể đến ảnh hưởng gió áp suất bão Nhiệt độ khí nước biển 1.4.2 Các tải trọng môi trường Việc thiết kế kho chứa yêu cầu thiết lập tải trọng môi trường xét đến tham số sau: (1) Nhiệt độ khí nước biển (2) Dòng chảy (3) Thủy triều nước dâng bão (4) Sóng (5) Gió Các tượng khác dòng chảy lặp, sóng thần, trượt lở đáy biển, thay đổi mực nước thay đổi áp suất khí quyển, thành phần dị thường khơng khí nước biển, độ ẩm khơng khí, độ mặn cần xem xét đặc biệt Tôt có kết từ thử nghiệm tunen gió bể thử cho phần thân chìm kết cấu thượng tầng kho chứa vị trí cụ thể để xác định tải trọng gió dòng chảy Nếu khơng có áp dụng quy trình tính sau 1.4.3 Dòng chảy Lực tác động dòng chảy lên phần thân tàu ngập nước, dây neo, ống đứng phần ngập nước liên quan khác phải tính tốn sử dụng prơfin dòng chảy tn theo 1.3 Trong khu vực có dòng chảy tốc độ tương đối lớn cần tính tốn việc thay đổi tải trọng dòng xốy Lực dòng chảy Fc tác dụng lên phần ngập nước kết cấu phải tính tốn theo cơng thức sau: Fc = w C D Ac uc uc , N đó" w = mật độ nước biển, 1,027 kg/m3 CD = hệ số cản, dòng chảy (khơng thứ ngun) uc = Véc tơ vận tốc dòng chảy vng góc với mặt phẳng chiếu, đơn vị m/s Ac = diện tích chiếu vng góc với dòng chảy, tính theo m2 1.4.4 Gió Các điều kiện gió có cho điều kiện thiết kế khác tính tốn từ liệu gió thu thập cần phù hợp với thông số môi trường khác giả thiết xảy đồng thời Thơng thường vận tốc gió dựa chu kì lặp 100 năm Báo cáo mơi trường cần thể số liệu thống kê gió vị trí lắp đặt Các số liệu thống kê phải dựa phân tích giải thích liệu gió Nhà tư vấn cơng nhận Báo cáo phải bao gồm hoa gió bảng biểu thể phân phối tần suất vận tốc hướng gió Báo cáo cần có bảng hiệu đồ thị thể chu kì lặp gió cực hạn Cần xác định khoảng thời gian tính theo phần trăm mà vận tốc gió giới hạn cho giai đoạn khai thác dự đoán bị vượt năm tháng mùa thời tiết xấu Tải trọng gió Tải trọng gió xem tải trọng gió tổ hợp tải trọng gió gió thay đổi theo thời gian sau: (a) Khi lực gió tính tốn lực khơng đổi (đều), vận tốc gió lấy trung bình phút sử dụng để tính tải trọng (b) Có thể kể đến ảnh hưởng thành phần động cách tổ hợp tải trọng tĩnh (đều) thành phần biến đổi theo thời gian tính từ phổ gió phù hợp Trong phương pháp này, vận tốc gió lấy trung bình sử dụng để tính tốn tải trọng gió tĩnh Phương pháp thứ thường sử dụng so với phương pháp không xây dựng phổ lượng gió đáng tin cậy Áp lực gió ρw mặt chắn gió cụ thể kho chứa tính tốn lực cản theo cơng thức sau: ρw = 0,610 CsChVr2 N/m2 = 0,0623 CsChVr2 kgf/m2 Vr tính theo m/s = 0,00338 CsChVr2 Vr tính theo m/s lbf/ft2 Vr theo knot đó: Cs = hệ số hình dạng (khơng thứ ngun), lấy theo Bảng 2-1 Ch = hệ số chiều cao (không thứ nguyên), lấy theo Bảng 2-2 Hệ số chiều cao công thức tính đến thay đổi vận tốc gió theo chiều cao Hệ số tính tốn theo công thức sau: Ch Vz Vr Ch z zr , Ch vận tốc gió Vz độ cao z tính sau: Vz Vr z zr Vr = vận tốc gió độ cao tham chiếu zr = 10 m (33 ft) = 0,09 0,16 vận tốc gió trung bình phút 0,125 vận tốc gió trung bình Lực gió tương ứng Fw lên mặt cản gió Fw = ρw Aw đó: Aw = diện tích thành phần cản gió chiếu vng góc với hướng gió theo m (ft2) Hợp lực gió tổng lực gió tác dụng lên mặt chắn gió Các giá trị tiêu biểu Cn đưa Bảng 2-2 tiêu chuẩn Các prơfin tốc độ gió cho vị trí cụ thể kho chứa cần sử dụng Hệ số hình dạng cho dạng kết cấu điển hình thể bảng 2-1 tiêu chuẩn Tại chiều cao tham chiếu 10 m (33 ft) mực nước biển, chuyển đổi vận tốc gió lấy trung bình thành vận tốc gió lấy trung bình khoảng thời gian theo cơng thức sau: Vt = fV(1h) Các giá trị f đưa Bảng 2-3 giá trị ví dụ vùng biển cụ thể Các giá trị cụ thể cho vị trí lắp đặt kho chứa xét phải dùng tính tốn Các lực gió cho kho chứa khác dạng tàu phải tính tốn dựa tổng hợp lực gió tác dụng lên phần chắn gió riêng rẽ tính theo cơng thức Nếu sử dụng vận tốc gió trung bình cần tính riêng ảnh hưởng động lực gió Có thể sử dụng phổ lượng gió khuyến nghị tiêu chuẩn cơng nhận (tham khảo API RP 2A) 1.4.5 Sóng Tiêu chuẩn sóng mơ tả dựa định nghĩa phổ lượng sóng, chiều cao sóng đáng kể chu kì tương ứng vị trí mà kho chứa hoạt động Các sóng tính tốn giả thiết đến từ hướng so với kho chứa Cần tính đến sóng có chiều cao nhỏ chiều cao cực đại số trường hợp phản ứng chuyển động sóng nhỏ có chu kì định lại lớn hơn, phản ứng động toàn hệ thống (kho chứa nổi/neo) Các lực sóng Các lực sóng tác dụng lên kho chứa gồm ba thành phần: lực bậc chu kỳ sóng, lực bậc hai chu kì nhỏ thành phần lực bậc hai Thành phần lực sóng gọi lực trơi dạt trung bình Việc tính tốn tải trọng sóng cần thiết cho việc đánh giá phản ứng chuyển động kho chứa hệ thống neo Công việc đòi hỏi xác định đặc trưng động lực klho chứa tải trọng thủy động tác dụng lên kho chứa điều kiện môi trường xác định Đối với phương tiện có phần tử mảnh mà khơng làm thay đổi đáng kể trường sóng tới, sử dụng cơng thức bán kinh nghiệm, công thức Morison Đối với phương tiện có phần tử làm thay đổi đáng kể trường sóng tới, việc xác định tải trọng sóng phải sử dụng phương pháp thích hợp có kể đến lực sóng tới (sóng Froude-Krylov) lực sóng nhiễu xạ Thơng thường áp dụng cơng thức Morison cho kết cấu bao gồm phần tử mảnh với đường kính (hoặc đường kính quy đổi cho diện tích song song với dòng chảy) nhỏ hai mươi phần trăm (20%) chiều dài sóng Đối với kho chứa có dạng cột ổn định bao gồm phần tử hình trụ lớn (cột pơntơng) phần tử hình trụ nhỏ (thanh giằng) cần kết hợp công thức nhiễu xạ công thức Morison để tính tốn đặc trưng thủy động tải trọng thủy động Có thể tham khảo TCVN 5310:2001 Ngồi sử dụng kết từ việc mơ hình thích hợp việc đo theo kích thước thật Việc tính tốn lực sóng cần kể đến ảnh hưởng nước nơng làm tăng vận tốc dòng chảy hiệu ứng cản, việc thay đổi tần số riêng hệ thống ứng xử phi tuyến hệ thống neo thay đổi chuyển động sóng Phản ứng chuyển động sóng Phản ứng chuyển động sóng kho chứa bao gồm ba dạng phản ứng, chuyển động bậc (tần số sóng), chuyển động tần số thấp thay đổi chậm, trôi dạt (1) Các chuyển động bậc nhất: chuyển động bậc có sáu bậc tự (chuyển động thẳng theo trục x, y z chuyển động xoay xung quanh trục x, y z - xem định nghĩa Phần 1) tần số sóng, chuyển động thu từ thử mơ hình với sóng đơn sóng ngẫu nhiên phân tích máy tính miền tần số miền thời gian (2) Các chuyển động tần số thấp: chuyển động tần số thấp chuyển động gây thành phần có tần số thấp lực sóng bậc hai Các chuyển động tần số thấp chuyển động thẳng theo trục x y chuyển động xoay quanh trục z lớn tần số gần với tần số riêng hệ thống Lực kéo dây neo chuyển động tần số thấp hầu hết hệ thống có kho chứa dạng tàu dầu sử dụng làm tải trọng thiết kế cho hệ thống neo Các chuyển động tần số thấp tính tốn để neo buộc kho chứa sử dụng phần mềm phân tích chuyển động từ kết thử mơ hình kho chứa (3) Trôi dạt đều: đề cập trên, tác dụng sóng kho chứa trơi dạt dọc theo chuyển động bậc bậc hai Lực trơi dạt trung bình sóng mơ men chuyển động xoay quanh trục z tính tốn chương trình máy tính phân tích chuyển động thích hợp ngoại suy từ kết thử mô hình kho chứa tương tự 1.4.6 Hướng Nếu có đầy đủ báo cáo mơi trường chi tiết cần xem xét hướng điều kiện môi trường 1.4.7 Điều kiện đất Cần khảo sát địa chất lấy mẫu (số liệu) khu vực phụ cận với móng hệ thống Việc đánh giá mẫu, số liệu phải tiến hành chuyên gia địa chất trình Đăng kiểm xét duyệt Để xác định đặc trưng đất vị trí lắp đặt, việc khoan lấy mẫu phải tiến hành đến độ sâu thích hợp tối thiểu độ sâu dự kiến cọc độ xuyên neo cộng với dự trữ thay đổi đất tất vị trí móng Một cách thay tiến hành điều tra prơfin đặc tính đất mặt đất mặt đáy biển (sub-bottom profile) đối chiếu với lỗ khoan thăm dò vùng phụ cận vị trí neo Việc xử lí số liệu cần thực chuyên gia địa chất công nhận để đưa mặt cắt prôfin địa chất tất vị trí neo Bảng 2-1: Hệ số hình dạng Cs cho loại mặt chắn gió Hình dạng Cs Dạng hình cầu 0,4 Dạng hình trụ 0,5 Thân kho chứa phía mực nước 1,0 Lầu boong 1,0 Các kết cấu độc lập (cần cẩu, dầm, …) 1,5 Các phần tử boong có dạng mặt trơn nhẵn 1,0 Các phần tử boong (dầm xà lộ thiên) 1,3 Tháp khoan (từng mặt) 1,25 Bảng 2-2: Hệ số chiều cao Ch cho mặt chắn gió Chiều cao đường nước Ch m ft 1h đến < 15,3 đến < 50 1,00 1,00 15,3 đến < 30,5 50 đến < 100 1,18 1,23 30,5 đến < 46,0 100 đến < 150 1,31 1,40 46,0 đến < 61,0 150 đến < 200 1,40 1,52 61,0 đến < 76,0 200 đến < 250 1,47 1,62 76,0 đến < 91,5 250 đến < 300 1,53 1,71 91,5 đến < 106,5 300 đến < 350 1,58 1,78 Bảng 2-3: Hệ số chuyển đổi vận tốc gió Khoảng thời gian lấy trung bình Hệ số f 1h 1,000 10 1,060 1,180 15 s 1,260 5s 1,310 3s 1,330 MỤC LỤC Tải trọng môi trường sở thiết kế 1.1 Cơ sở thiết kế 1.2 Hồ sơ thiết kế 1.3 Các điều kiện thiết kế 1.3.1 Hệ thống neo định vị 1.3.2 Tuổi thọ mỏi sức bền kết cấu 1.4 Các điều kiện môi trường 1.4.1 Quy định chung 1.4.2 Các tải trọng mơi trường 1.4.3 Dòng chảy 1.4.4 Gió 1.4.5 Sóng 1.4.6 Hướng 1.4.7 Điều kiện đất ... gió Các giá trị tiêu biểu Cn đưa Bảng 2-2 tiêu chuẩn Các prôfin tốc độ gió cho vị trí cụ thể kho chứa cần sử dụng Hệ số hình dạng cho dạng kết cấu điển hình thể bảng 2-1 tiêu chuẩn Tại chiều... riêng ảnh hưởng động lực gió Có thể sử dụng phổ lượng gió khuyến nghị tiêu chuẩn cơng nhận (tham khảo API RP 2A) 1.4.5 Sóng Tiêu chuẩn sóng mơ tả dựa định nghĩa phổ lượng sóng, chiều cao sóng đáng... báo cáo môi trường mô tả phương pháp xử lí thống kê số liệu có sẵn thành tiêu chuẩn thiết kế phải trình nộp theo yêu cầu TCVN 6474-1:2006 Các phương pháp xác suất nhằm dự đoán giá trị cực đại,