بازوی بارگیری دریایی

بازوی بارگیری دریایی یا لودینگ آرم (Marine Loading Arm) ، لوله کشی موجود در ساحل را به مانیفولد کشتی متصل می کند و امکان بارگیری یا تخلیه کشتی در اسکله دریایی فراهم میکند.

شرکت رهروان صنعت و انرژی آسیا تولید کننده بازوهای بارگیری دریایی ثابت و متحرک است که اولین بازوی بارگیری ساخت این شرکت در سال 1391 نصب گردیده است. درقسمت پروژه ها میتوانید اطلاعات مربوط به تجهیزات ساخته و نصب شده را مشاهده فرمایید.

در ادامه در مورد اجزا و نحوه کارکرد بازوی بارگیری توضیح داده می شود.

اجزای بازوی بارگیری دریایی :

  • Riser
  • inboard arm assembly
  • outboard arm assembly
  • triple swivel assembly
  • counterweight system
اجزای بازوهای بارگیری دریایی

رایزر در بازوی بارگیری دریایی

رایزر، یک تجهیز اصلی حمایتی برای بازوی بارگیری دریایی است که از طریق بیس پلیت با پیچهای مهاری (انکر بلت) ، مستقیما به اسکله متصل شده و خط لوله نفتی از داخل رایزر عبور مینماید. طراحی رایزر برای تحمل وزن بازو و مقاومت در مقابل حرکات نوسانی در اثر باد و یا وزن مایع درون بازو است. رایزر با یک مفصل در بالای آن به سایر مجموعه متصل شده است.

swivel در بازوی بارگیری دریایی

swivel  یا اتصال مفصلی سه حرکته : سیستمی است که امکان حرکت بازو در فضای سه بعدی را فراهم می کند و با توجه به حرکت کشتی به دلیل جزر و مد و پر و خالی شدن مخزن کشتی باعث بالارفتن یا پایین رفتن بازو می شود.

با توجه به اینکه در هنگام عملیات بارگیری یا تخلیه، موقعیت کشتی همیشه با موقعیت اسکله هماهنگ نیست،  swivel این امکان را فراهم می آورد که بازو کاملا در حالت افقی باز شود و بچرخد و حرکت کشتی در بالا و پایین اسکله امکان پذیر باشد.

سیستم counter weight در بازوی بارگیری دریایی

سیستم counter weight یا سیستم متعادل کننده وزن تجهیز، به قسمت پشتی بازوی داخلی (inboard) وصل شده است و به گونه ای طراحی شده که هنگام خالی بودن بازو ، وزن آن متعادل شود. بدون این توازن ، در هنگام اتصال لودینگ آرم به کشتی یا بازگشت آن به محل اصلی به نیروی زیادی نیاز خواهد بود.

Inboard arm assembly میتواند باعث حرکت و جمع شدن بازوی خارجی شود. چرخ قرقره بالایی و پایینی توسط سیم به یکدیگر متصل شده اند تا حرکت بازوی خارجی متعادل گردد.

Outboard arm assembly از قسمت بالا به یک چرخ قرقره وصل شده و یک اتصال  مفصلی در انتهای آن وجود دارد تا اتصال مناسب به فلنج مانیفولد کشتی انجام گیرد.

انواع بازوی بارگیری دریایی

لودینگ آرم  دستی (manual) ساده ترین نوع بازو توسط طنابهای راهنما جهت تطبیق وضعیت، به کشتی متصل می شود.
لودینگ آرم هیدرولیکی حرکت بازو توسط پیستونهای هیدرولیکی متصل به بازو از طریق کنسول کنترلی تعیین میشود.
لودینگ آرم  high temperature برای مواد نفتی گرم مانند آسفالت مجهز به سیستم تریسینگ مجهز به عایق
لودینگ آرم LPG و LNG بازوهای ساخته شده با متریال مناسب برای مواد low temperature
لودینگ آرم Piggy Back نوع خاصی از بازو با پایپینگ چند گانه در داخل رایزر، قابل حمل توسط بازوهای داخل و خارجی

تجهیزات الکتروهیدرولیکی بازوی بارگیری

سیستم HVC بازوی بارگیری دریایی

سیستم HVC بازوی بارگیری
سیستم HVC لودینگ آرم
سیستم HVC بازوی بارگیری دریایی

سیستم ECU بازوی بارگیری دریایی

لوکال کنترل پنل بازوی بارگیری
رادیو ریموت کنترلر بازوی بارگیری دریایی
سیستم ECU بازوی بارگیری
رادیو ریموت کنترلر بازوی بارگیری

سیستم HPU بازوی بارگیری دریایی

سیستم HPU بازوی بارگیری

تجهیزات فرعی بازوی بارگیری دریایی

علاوه بر مولفه های اصلی عنوان شده، بازوهای بارگیری مجهز به تجهیزات فرعی (نه کم اهمیت) نیز هستند.

این تجهیزات شامل دو دسته هستند:

  • تجهیزات ایمنی
  • تجهیزات ارتقاء کارایی

نصب و استفاده از این تجهیزات به نوع ماده انتقالی و نیازمندیهای فرایند ارتباط دارد.

انواع تجهیزات ایمنی و  الزامات استفاده

SAFETY SYSTEM NORMAL STANDARD
Electrical Insulation Joint مورد نیاز برای مکانهای با آب شور
Storm (Parking) Lock مورد نیاز برای کلیه بازوها
Range Monitoring System مورد نیاز برای کلیه بازوهای هیدرولیکی
Emergency Release System مورد نیاز برای LPG، LNG و سایر فراورده های نفتی سبک مانند بنزین- نفتا و نفت خام

انواع تجهیزات ارتقاء کارایی و  الزامات استفاده

EFFICIENCY SYSTEM STANDARD INSTALATION
Manual Couples توصیه شده برای بازوهای با قطر کوچک
بازوهای با عملکرد دستی (manual)
Hydraulic Couplers توصیه شده برای بازوهای با عملکرد هیدرولیکی
Nitrogen Purge System توصیه شده برایLNG و LPG
Stripping System توصیه شده برای محصولات با ارزش بالا
توصیه شده برای سایتهای فاقد سامپ
سیستم کوپلر بازوی بارگیری دریایی
سیستم کوپلر بازوی بارگیری دریایی

سیستم کوپلر بازوی بارگیری دریایی

  • کوپلر قطع/وصل سریع (Quick connect/disconnect coupler) تجهیزی است که در سر آن تعدادی clamp هیدرولیکی نصب شده و این clamp ها فیس کوپلر را در مقابل فلنج مانیفولد کشتی نگه میدارد.
  • این کوپلرهای زمان اتصال به کشتی را کاهش داده، همچنین نیاز به بستن و بازکردن بولتها را به صورت دستی از بین میبرد.
  • کوپلرها از طریق کنترل پانل بازوی بارگیری و هر سیستم کنترل از راه دور دیگر کنترل می شوند.
  • کوپلر مجهز به یک لامپ است که اتصال کامل آن به فلنج مانیفولد کشتی را نشان میدهد.
  • کوپلر همچنین لازم است به یک mechanical flag که از فاصله 10 متری قابل رویت باشد مجهز گردد تا قفل شدن کامل و باز شن قفل کوپلر کاملا واضح شود.

سیستم آزاد سازی اضطراری (ERS)

سیستم آزاد سازی اضطراری (ERS) در شرایط اضطراری مثل آتش سوزی  مانیتورهای آتش نشانی ،  فرمان قطع سریع بازو از مانیفولد کشتی و رهاسازی طناب کشتی از کوییک ریلیز هوک را اجرا می کند.

این تجهیز بر روی پایه عمودی Triple Swivel Assembly قرار دارد. آزادسازی کوپلینگ توسط پیستون هیدرولیکی تجهیز شده بر روی یونیت ERS انجام می گیرد. پیستون دوم شیرهای توپی مسیر را می بندد. البته پیستون اول به صورت مکانیکی به بسته شدن شیرهای توپی اینترلاک شده است؛ به این معنی که تا شیرها بسته نشود، ERS آزاد نمی شود.

سیستم آزادسازی اضطراری ERS
  • تجهیزات آلارم برای بازوی بارگیری الکترو-هیدرولیک و بازوهای بارگیری دستی در نظر گرفته می شوند.
  • سیستم آلارم بر روی بازوی بارگیری آلارم کاملا قابل رویت و شنیدن است و نقطه آلارم توسط لیمیت سویچ تعیین می­گردد.
  • وقتی که بازو به حد نهایی حرکت میرسد، لیمیت سویچ فعال شده و سیستم آلارم دیداری، شنیداری را برای اطلاع بهره­بردار صادر مینماید.
  • همچنین این سیستم قادر به صدور سیگنال الکتریکی برای سیستم ERS  بمنظور فعال کردن شیر است.
سیستم آزادسازی اضطراری ERS
سیستم آزادسازی اضطراری ERS
سنسور بازوی بارگیری محدوده عملکرد بازو در مرحله اول را تشخیص میدهد.

شیرهای توپی بسته شوند.

آلارم صوتی به صورت متناوب پخش شود و چراغ زرد چشمک زن روی اسکله فعال شود.

سنسور بازوی بارگیری دریایی محدوده عملکرد بازو در مرحله دوم را تشخیص میدهد.

کوپلینگ آزاد شود.

آلارم صوتی به صورت پیوسته پخش شود و چراغ قرمزچشمک زن روی اسکله فعال شود.

ESD pushbutton اسکله

شیرهای توپی بسته شوند.

آلارم صوتی به صورت متناوب پخش شود.

ERS pushbutton اسکله

شیرهای توپی بسته شوند و کوپلینگ آزاد شود.

آلارم صوتی به صورت پیوسته پخش شود و چراغ قرمزچشمک زن روی اسکله فعال شود.

  • زمان بسته شدن شیرها، بین 10 تا 30 ثانیه مجاز است.
  • زمان قطع کامل کوپلر (شامل باز شدن کوپلینگ و جدا شدن فلنجها) بین 2 تا 10 ثانیه است.

عوامل موثر بر سایز بازوی بارگیری دریایی

  • قطر مانیفولد کشتی
  • نرخ بارگیری یا تخلیه
  • OPERATING ENVELOPE

قطر مانیفولد کشتی

سایز بازوهای بارگیری، باید با قطر مانیفولد کشتی مطابقت داشته باشد. با توجه به اینکه تعادل و توازن بازوی بارگیری برای شرایط خالی طراحی شده، بخشی از بار وزن ماده مورد انتقال توسط منیفولد کشتی تحمل می شود. لذا اگر سایز بازو صحیح انتخاب نشود باعث تنش بر روی مانیفولد و تغییر شکل آن خواهد شد.

به  صورت استاندارد، سایز بازو حداکثر میتواند دو سایز بزرگتر از سایز مانیفولد انتخاب شود، ولی انتخاب سایز کوچکتر محدودیتی ندارد.

قطر مانیفولد کشتی

نرخ بارگیری یا تخلیه

مهمترین عامل محدود کننده سرعت در بازوی  بارگیری دریایی پدیده کاویتاسیون است.

کاویتاسیون یک اثر فرکانس بالا است که شامل تشکیل و فروپاشی حبابهای بخار، به دلیل تغییر سریع شرایط فشار در یک سیال است.

کاویتاسیون در بازوهای بارگیری در زانوییهای شعاع کوتاه و در شرایط دبی بالا رخ میدهد.

اثرات کاویتاسیون:

کاویتاسیون باعث اثرات سایشی، ویبره و استرسهای دینامیکی بر روی بازوی بارگیری شده و نهایتا منجر به شکست ناشی از فرسودگی در بازو یا مانیفولد کشتی می گردد.

ممانعت از کاویتاسیون:

جهت اجتناب از کاویتاسیون، سرعت جریان در بازوهای بارگیری باید حداکثر 11 متر بر ثانیه در نظر گرفته شود.

تعیین OPERATING ENVELOPE

برای تعیین طول مناسب اجزای بازو (شامل رایزر، بازوهای داخلی و خارجی) لازم است operating envelope بازوی بازگیری تعیین شود.

operating envelope:

فضایی است که در آن بازوی بارگیری میتواند به صورت ایمن حرکت کند.

operating envelope شامل دو envelope است:

Working Envelope

شامل فضایی است که تمامی حالات ممکن برای مانیفولد هر نوع کشتی در نظر گرفته شده و بازوی بارگیری در شزایط عملیاتی نرمال امکان اتصال به آن را خواهد داشت.

Drift Envelope

شامل فضایی است که در آن امکان هرگرنه حرکت غیر نرمال کشتی، بعنوان مثال بدلیل تغییر شرایط آب و هوایی در لنگرگاه وجود دارد

بازوی بارگیری دریایی

طراحی مکانیکی بازوی بارگیری دریایی

در طراحی مکانیکی بازوی بارگیری دریایی لازم است بارهای زیر در نظر گرفته شود:

  • بار وزن تجهیز
  •  بار وزن سیال
  • بار فشار سیال
  • بار باد
  • بار زلزله
  • بار حرارتی (صرفا برای سیالات با دمای بالا)

تحلیل تنش

بدلیل حساسیت عملیات اتقال فراورده نفتی از بازو به مانیفولد کشتی و برعکس، جهت تعیین مشخصات مکانیکی از جمله تعیین ضخامت لوله ها، تقویت هریک از اجزا تحلیل تنش در بدترین حالت ممکن عملیاتی انجام میگیرد.

تحلیل تنش بازوهای بارگیری

تحلیل تنشل لودینگ آرم