Вероятностный подход к проектированию ресурса морских платформ

Aug 15, 2023

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 7101 (2023) Цитировать эту статью

1490 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Морские платформы считаются критически важной инфраструктурой, поскольку любой сбой в их работе в течение всего срока службы может быстро привести к большим убыткам. Хотя эти конструкции часто проектируются с учетом первоначальной стоимости строительства, стоит рассмотреть возможность проектирования на весь срок службы, чтобы в процессе проектирования были задействованы как прямые, так и косвенные затраты. Здесь предлагается вероятностный подход к анализу стоимости жизненного цикла (LCC) морских платформ. Стационарная морская платформа сначала проектируется на основе действующих правил проектирования и рассчитана на 100-летний период возврата. Для влияния LCC на оптимизацию конструкции вероятностно рассматривается одновременное влияние слияния волн, течений и ветра. Элементы конструкции рассчитаны на пять различных моделей; одна модель основана на текущих требованиях к проектированию, а остальные - на более высоких требованиях. Соответственно определяется LCC каждой модели. Результаты показывают, что модель на основе кода не является оптимальной по сравнению с периодом затрат в течение всего срока службы; для достижения оптимальной точки необходимо увеличить размеры элементов конструкции до 10%. Результаты показывают, что при увеличении первоначальной стоимости на 5% наблюдается снижение LCC примерно до 46%. Представленная здесь работа призвана стимулировать заинтересованные стороны продвигать проектирование важных структур на основе LCC для снижения затрат в течение срока службы.

Морские платформы создаются для добычи запасов нефти и газа из глубин морей. Ввиду их важности, в случае какого-либо перерыва в их повседневной деятельности их заинтересованные стороны могут понести огромные потери1,2. Хотя морские платформы обычно проектируются на основе существующих стандартов, недавний опыт, например, произошедший в Мексиканском заливе и причинивший значительный ущерб, показал, что проект, основанный на действующих правилах, не обязательно является экономически оптимальным3,4. Распространенное убеждение в том, что оптимальный структурный проект должен снизить первоначальную стоимость строительства; однако стоимость срока службы может быть намного больше первоначальной стоимости — в действующих правилах этот важный момент не рассматривается. Стоимость жизненного цикла называется стоимостью жизненного цикла (LCC) и делится на первичные и вторичные затраты. В первичную стоимость входят закупка материалов, оплата труда, строительство, проектирование, внедрение, транспортировка, настройка и испытание платформы5; вторичная стоимость связана со стоимостью периода эксплуатации и рисками, связанными с сроком службы конструкции. Ущерб может быть определен как потеря платформы и инвестиционных возможностей, травмы и потери персонала, затраты на остановку добычи нефти и газа, повторные испытания и запуск платформы, потерю оборудования, а также ремонт и модернизацию.

Проектирование традиционных структур на основе LCC с вероятностным подходом привлекло определенное внимание в последние десятилетия, например, Лю и Негабат6, Асиду и Гу7, Лагарос и др.8, Уддин и Муса9, Марзук и др.10, Бехнам11, Хассани и др. al.12, Таласлиоглу13,14,15 и Джебелли и др.16. Что касается морских платформ, то в целом вышеописанный подход пока применяется в редких исследованиях, но есть исследования по вероятностному моделированию характеристик нагрузок или учету косвенных затрат, особенно экологических. В некоторых исследованиях скорость ветра и высота волн оценивались с помощью моделей правдоподобия. Эредиа-Завони и др.17 определили вероятность разрушения платформ со стальными оболочками при усталостном повреждении, определив функции предельного состояния для приложенных к ним нагрузок. Ли и др.18 оценили экстремальную скорость ветра, используя распределения Гамбеля и Вейбулла. Для непосредственного изучения волн Квон и др.19 использовали статистический метод оценки экстремальных уровней моря. Беа и др.20 обобщили характеристики риска жизненного цикла морских платформ на основе оценки надежности и риска с учетом внутренних и внешних факторов. Пинна и др.21 определили оптимальную конструкцию моноподных платформ по экономически эффективным критериям и рассмотрели экономические последствия отказа и долю стоимости конструкции. Леон и Альфредо22 предложили основанную на надежности модель принятия оптимальных решений по затратам и выгодам для управления рисками нефтяных платформ, учитывая интеграцию социальных и экономических проблем в структуру управленческих решений, и сформулировали функции затрат как функции уровней ущерба. Анг и Леон23 проанализировали морские сооружения, построенные в Мексиканском заливе, используя функции стоимости в качестве индекса ущерба, и применили их к оптимальному методу проектирования. Хасофер24 смоделировал определение надежности структурных элементов. Роквейс и Флесслер25 предложили численный метод расчета надежности конструкции. Метод анализа длины волны, основанный на новой теории связанных волн, был предложен Зейноддини и др.26 как теория надежности. Рикки и др.27 исследовали две стационарные морские жилеты на предмет возможных повреждений; они оценили вероятность провала в разных направлениях. Уровень отказов был разделен на три категории в зависимости от показателя надежности: легкий, средний и тяжелый. Ли и др.28 спроектировали морскую конструкцию и рассчитали вероятность отказа для различных периодов повторяемости и соответствующие им предполагаемые косвенные затраты. Затем, определив минимальный НЦП целевой функции, спроектировали структуру для оптимальных нагрузок. Геде29 представил метод оценки рисков и разработал план проверок как часть плана управления структурной целостностью стационарных морских платформ. Айотунде и др.30 оценили правильность технологий хранения энергии высокой мощности для морских платформ с точки зрения LCC. Ваези и др.31 сначала исследовали влияние конкретной структурной системы на динамическую реакцию морских платформ, а затем предложили структуру оптимизации, которая будет использоваться при проектировании морских сооружений под приложенными нагрузками. Ци и др.32 разработали модель коррозии, зависящую от времени, для мобильных морских платформ. Ли и Ван33 предложили подход для расчета экологических преимуществ оптимизированных морских платформ. Катаньёвонгчареон и др.34 провели анализ надежности и количественную оценку рисков для оптимизации прямых затрат на морские платформы. Колалео и др.35 оценили экологические и экономические последствия существующей морской платформы с точки зрения LCC. Джанджуа и Хан36 разработали систему экологической эффективности для оценки экологического и экономического воздействия морских платформ. Хео и др.37 разработали схему оптимизации перехода к морской энергетике для оценки усталостного ущерба.