Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6474 - 4: 2007 về Qui phạm phân cấp và giám sát kỹ thuật kho chứa nổi

• Số hiệu: TCVN6474-4:2007
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2007

Smean	=	Độ dịch chuyển trung bình của kho chứa nổi do gió, dòng chảy và lực trôi dạt trung bình (m)
Slf(sig)	=	Chuyển động tần số thấp biên độ đơn đáng kể (m)
Slf(max)	=	Chuyển động tần số thấp biên độ đơn lớn nhất (m)
Swf(sig)	=	Chuyển động tần số sóng biên độ đơn đáng kể (m)
Swf(max)	=	Chuyển động tần số sóng biên độ đơn lớn nhất (m)

Ngoài ra có thể xác định sự lệch trục cực đại từ thử mô hình.

Chuyển động tần số thấp S_lf(sig) và chuyển động tần số sóng S_wf(sig) nói chung được tính bằng cách nhân giá trị biên độ đơn tương ứng với hệ số C, hệ số này được xác định như sau:

trong đó:

T

=

thời gian bão quy định tính bằng giây, tối thiểu 10800 giây (3h). Đối với các khu vực có thời gian xảy ra bão lâu hơn (khu vực có gió mùa), có thể cần giá trị T cao hơn.

T_a

=

...

...

...

Đối với các kết cấu có tần số dao động thấp, T_a có thể lấy bằng tần số dao động riêng, T_n của kho chứa nổi với hệ thống neo. T_n có thể ước tính từ khối lượng kho chứa nổi (hoặc mô men khối lượng quán tính của chuyển động xoay quanh trục z), m (kể cả khối lượng kèm hoặc mô men khối lượng quán tính của chuyển động xoay quanh trục z), và độ cứng hệ thống neo, k đối với các chuyển động ngang và chuyển động xoay quanh trục z tại vị trí trung bình của kho chứa nổi và hướng cân bằng như sau:

Các đại lượng m và k được tính theo đơn vị thống nhất.

Chú thích: Công thức trên không áp dụng cho C để xác định chuyển động tần số sóng hoặc chuyển động tần số thấp. Các giới hạn thống kê của giá trị C và các phương pháp tính khác có thể tham khảo các tiêu chuẩn được công nhận (ví dụ API RP 2SK).

Các thông số khác ảnh hưởng đến chuyển động tần số thấp như độ cứng của hệ thống, các lực cản được hiệu chỉnh và các số liệu hỗ trợ phải được trình duyệt.

Lực kéo dây neo trung bình tương ứng với độ dịch chuyển trung bình và hướng cân bằng của kho chứa nổi. Lực kéo dây neo thiết kế (cực đại), T_max được xác định như sau (có thể tham khảo API RP 2SK):

...

...

...

T_mean

=

Lực kéo dây neo trung bình do gió, dòng chảy và lực trôi dạt tĩnh trung bình (N)

T_lf(sig)

=

Lực kéo tần số thấp biên độ đơn đáng kể (N)

T_wf(sig)

=

Lực kéo tần số sóng biên độ đơn đáng kể (N)

...

...

...

Tuổi thọ mỏi của các dây neo được đánh giá bằng phương pháp T-N, sử dụng đường cong T-N xác định số chu trình N khi bị phá hủy tại một chênh lực kéo đặc trưng T. Tỉ số tổn thương mỏi D_i cho một trạng thái biển đơn lẻ thứ i được ước lượng từ công thức Miner như sau:

trong đó

n_i

=

Số chu trình trong khoảng lực kéo thứ i trong một trạng thái biển cho trước

N_i

=

Số chu trình đến khi phá huỷ tại dải lực kéo thứ i đưa ra trong đường cong T-N­.

...

...

...

D không vượt quá 1 đối với tuổi thọ thiết kế, bằng tuổi thọ hoạt động của mỏ nhân với hệ số an toàn quy định trong Bảng 4-4.

Khuyến nghị sử dụng tính toán mỏi chi tiết theo phần 7.5 tiêu chuẩn API RP 2SK cho hệ thống neo buộc cố định.

Cần xác định tuổi thọ mỏi của từng dây neo. Các đường cong T-N cho các bộ phận khác nhau của dây neo cần được xác định dựa trên các số liệu thử mỏi và các phân tích hồi quy.

Các dây neo phải được thiết kế với các hệ số an toàn được quy định trong Bảng 4-4 trên cơ sở lực kéo đứt và các đặc trưng mỏi của các dây neo. Các hệ số an toàn này phụ thuộc vào điều kiện thiết kế của hệ thống cũng như mức độ phân tích. Các dự trữ ăn mòn và mài mòn của dây neo cần được xét đến trong tính toán.

Bảng 4-4: Hệ số an toàn cho dây neo

Hệ số an toàn

Tất cả nguyên vẹn

...

...

...

DEC

1,67

Tựa tĩnh

DEC

2,00

Một dây neo bị đứt (tại vị trí cân bằng mới)

Tính toán động

DEC

1,25

...

...

...

DEC

1,43

Một dây neo bị đứt (giai đoạn chuyển tiếp)

Tính toán động

DEC

1,05

Tựa tĩnh

DEC

1,18

...

...

...

Khu vực có thể tiếp cận kiểm tra

DEC

3,00

Khu vực không tiếp cận và các khu vực quan trọng

DEC

10,00

Các dây, xích buộc tạm thời kho chứa nổi với các bộ phận neo cố định xuống đáy biển phải tuân theo Qui phạm phân cấp và chế tạo phao neo TCVN 6809:2001.

Các hệ thống định vị động lắp đặt cho mục đích neo định vị phải được trình duyệt tuân theo các yêu cầu trong TCVN 5311:2001 hoặc các tiêu chuẩn được công nhận.

...

...

...

Thiết bị neo cho kho chứa nổi bao gồm tời, xích, dây cáp, phao trên dây neo và sôma dẫn hướng. Các neo và các hệ thống cơ khí neo đơn được đề cập ở phần khác trong qui định này.

Khi xét duyệt thiết bị neo, Đăng kiểm sẽ áp dụng các yêu cầu trong các TCVN/hướng dẫn liên quan hoặc các tiêu chuẩn được công nhận như:

Két nổi              Tiêu chuẩn ASME về bình chịu áp lực và nồi hơi

                        (AMSE Boiler and Pressure Vessel Code)

Xích                  TCVN 6259-7B:2003 và TCVN 5311:2001

Hệ thống tời      TCVN 5311:2001

Cáp neo            API Spec 9A và RP 9B (API Spec 9A and RP 9B)

Thông thường tải trọng thiết kế cho sôma dẫn hướng và các liên kết với kho chứa nổi lấy bằng lực kéo đứt dây neo.

Thiết bị chặn xích trong các hệ thống neo định vị được thiết kế chịu được lực kéo đứt của dây neo. Tuổi thọ mỏi cho các chặn xích có thể tiếp cận kiểm tra không được nhỏ hơn ba lần tuổi thọ phục vụ. Đối với các chặn xích mà không thể kiểm tra tiếp cận thì tuổi thọ mỏi phải lấy tối thiểu bằng 10 lần tuổi thọ phục vụ. Chặn xích được thử chức năng tại tải trọng thử quy định thỏa mãn Đăng kiểm.

...

...

...

Đối với hệ thống neo có dùng neo cản, chiều dài dây neo phải đủ dài sao cho không có góc giữa dây neo và đáy biển trong mọi điều kiện thiết kế như đã mô tả trong 1.3.1, Phần 2.

Lực bám của neo cản phụ thuộc vào loại neo cũng như trạng thái của neo có chú ‎‎ý đến độ xuyên của đầu càng mỏ neo, độ mở đầu càng mỏ neo, độ chôn sâu, sự ổn định của neo khi kéo, phản ứng với đất của đầu càng mỏ neo… Người thiết kế cần trình duyệt cho Đăng kiểm các số liệu làm việc của từng loại neo cụ thể và các điều kiện nền đất cụ thể tại vị trí neo cho việc đánh giá khả năng giữ tới hạn của thiết kế neo. Do có sự không chắc chắn và có nhiều các đặc trưng neo, lực bám chính xác được xác định sau khi thả neo và thử tải.

Tải trọng lớn nhất tại neo F_a được tính theo một đơn vị thống nhất như sau:

trong đó:

P_line

=

Lực kéo dây neo lớn nhất (N)

WD

...

...

...

Độ sâu nước (m)

f_sl

=

Hệ số ma sát trượt của dây neo trên đáy biển

L_bed

=

Chiều dài dây neo trên đáy biển trong điều kiện bão thiết kế, không vượt quá 20% của tổng chiều dài dây neo (m)

W_sub

=

...

...

...

Chú ý: phương trình xác định F_a trên chỉ chính xác cho trường hợp dây neo đơn có W_sub không đổi và không có phao hoặc cục khối lượng dằn. Đối với các trường hợp khác yêu cầu phải có điều chỉnh phù hợp.

Hệ số ma sát f_sl phụ thuộc vào điều kiện nền đất và loại dây neo. Đối với đất bùn, cát và sét có thể tham khảo các giá trị đại diện sau của f_sl cùng với hệ số ma sát lúc bắt đầu f_st của dây cáp và xích trong Bảng 4-5 sau:

Bảng 4-5 Hệ số ma sát

Hệ số ma sát f_sl

Lúc bắt đầu (f_st)

Trượt (f_sl)

Xích

1,00

...

...

...

Cáp (kim loại)

0,60

0,25

Neo cọc truyền thống có khả năng đồng thời chịu lực nhổ và lực xô ngang. Phân tích cọc như một cột dạng dầm trên nền đàn hồi phải được trình duyệt. Các phân tích cho các loại nền đất khác nhau sử dụng cường độ đất nền điển hình và đường cong chuyển vị (p-y) được mô tả trong các tài liệu như API RP 2A hoặc API RP 2T. Phân tích mỏi của cọc phải được trình duyệt.

VLA có thể được sử dụng trong hệ thống neo chân căng với góc nghiêng xấp xỉ 35^o đến 45^o giữa đáy biển và dây neo. Neo loại này được thiết kế chịu cả tải trọng thẳng đứng và ngang từ dây neo. Thiết kế kết cấu và khả năng giữ theo mặt địa kĩ thuật bao gồm khả năng giữ giới hạn và độ sâu chôn neo bên dưới đáy biển phải được trình duyệt. Ngoài ra, cần trình duyệt các phân tích mỏi neo và liên kết giữa VLA và dây neo.

Các hệ số an toàn của khả năng giữ neo VLA được quy định như sau:

Bảng 4-6: Hệ số an toàn cho lực bám của neo

Hệ số an toàn

...

...

...

Thiết kế nguyên vẹn

DEC

1,50

Dây neo bị đứt

DEC

1,00

Neo chất tải thẳng đứng VLA

Thiết kế nguyên vẹn

DEC

...

...

...

Dây neo bị đứt

DEC

1,50

Một dây neo bị đứt (giai đoạn chuyển tiếp)

Tính toán động

DEC

1,05

Tựa tính

DEC

...

...

...

Neo cọc

Tham khảo API RP 2A, API RP 2T nếu áp dụng được

Cọc mút

Thiết kế nguyên vẹn

DEC

1,5 đến 2,0*

Dây neo bị đứt

DEC

1,2 đến 1,5*

...

...

...

Neo cọc mút là các ống xuyên đến độ sâu xác định bằng cách bơm nước ra ngoài cọc nhằm tạo áp suất loãng bên trong. Loại này thường bao gồm ống hình trụ được gia cường có nắp bao ở trên và đáy mở. Cọc mút thường có đường kính lớn hơn và chiều dài ngắn hơn so với loại cọc truyền thống. Các cọc này có thể thiết kế có nắp gắn cố định hoặc có thể thu hồi, phụ thuộc vào khả năng giữ yêu cầu theo phương thẳng đứng. Tai móc cẩu cho liên kết với dây neo có thể ở đỉnh hoặc ở giữa phụ thuộc vào việc sử dụng cọc mút.

Neo cọc mút có khả năng chịu các lực xô ngang và lực nhổ. Do dạng hình học của cọc nhổ, dạng phá hủy nền đất có thể khác so với của cọc truyền thống dài và mảnh hơn. Hệ số an toàn cho khả năng giữ cọc nhổ được quy định trong Bảng 4-6.

Khả năng giữ về mặt địa kĩ thuật và phân tích kết cầu cho cọc mút phải được trình duyệt nhằm kiểm chứng sự phù hợp của cọc mút chống chịu các tải trọng trong quá trình lắp đặt và vận hành. Ngoài ra phân tích mỏi cũng được trình duyệt nhằm kiểm chứng tuổi thọ mỏi tại các vị trí quan trọng.

Phân tích lắp đặt phải được trình duyệt nhằm kiểm chứng cọc mút xuyên đến độ sâu thiết kế và cọc có thể thu hồi được (nếu cần thiết). Nên sử dụng tỉ số tối thiểu 1,5 giữa lực có khả năng nhổ của nút đất bên trong cọc và lực lắp đặt cọc hữu hiệu trong tính toán độ xuyên.

Hệ số an toàn cho khả năng giữ neo trong thiết kế neo cản, VLA và cọc mút được quy định trong Bảng 4-6. Khả năng giữ tới hạn yêu cầu được xác định trên cơ sở tải trọng dây neo xác định từ tính toán động để tính đến tính chất động của dây neo. Cọc neo truyền thống cần thỏa mãn các hệ số an toàn khuyến nghị như quy định trong API RP2A và API RP2T nếu áp dụng.

Sau khi lắp đặt hệ thống neo, phải thử kéo toàn bộ các dây neo. Trong quá trình thử mỗi dây neo sẽ được kéo đến tải trọng thiết kế lớn nhất xác định từ tính toán động trong điều kiện thiết kế nguyên vẹn và giữ trong vòng 30 phút. Đối với neo cản hiệu quả cao trong điều kiện sét mềm, tải trọng thử có thể giảm nhưng không được nhỏ hơn 80% tải trọng thiết kế lớn nhất trong điều kiện nguyên vẹn. Tất cả các loại cọc đều phải kiểm chứng độ xuyên xuống nền đất tối thiểu đạt yêu cầu thiết kế.

Đăng kiểm sẽ xác định sự cần thiết của thử theo lực kéo thiết kế lớn nhất phụ thuộc vào phạm vi của khảo sát địa chất, biên độ tải trọng, phương pháp tính sử dụng trong thiết kế nền móng và kinh nghiệm với loại nền đất trong khu vực. Đối với cọc mút, Đăng kiểm cũng sẽ xem xét các biên bản thi công cọc nhằm kiểm chứng sự thống nhất giữa áp lực mút tính toán và áp lực sử dụng để thi công. Đối với loại cọc truyền thống Đăng kiểm sẽ xem xét biên bản thi công cọc để kiểm chứng sự thống nhất giữa số nhát búa đóng cọc tính toán và số nhát búa thực tế để đóng cọc đến độ sâu thiết kế.

Nếu thử kéo theo lực kéo thiết kế lớn nhất trong điều kiện nguyên vẹn được miễn, Đăng kiểm sẽ yêu cầu chất tải trước mỗi neo đến tải trọng đủ để phát triển khả năng giữ tới hạn của neo, nhưng không được nhỏ hơn lực kéo trung bình thiết kế và nhằm đảm bảo tính toàn vẹn và sự thẳng hàng của dây neo.

Đối với hệ thống neo có thể tháo được, tải trọng thử kéo có thể lớn hơn hai giá trị sau:

...

...

...

2.   Tải trọng thiết kế lớn nhất của dây neo trong điều kiện môi trường thiết kế DEC khi không có kho chứa nổi, nghĩa là chỉ riêng hệ thống neo.

Việc thiết kế các kết cấu chịu lực và các chi tiết cơ khí phải xét đến tổ hợp bất lợi nhất của các tải trọng tính toán tối thiểu dưới đây:

1.   Tĩnh tải

2.   Tải trọng động

3.   Tải trọng neo buộc

4.   Tải trọng mỏi

Thông thường các bộ phận kết cấu được thiết kế theo các tiêu chuẩn được công nhận. Các chi tiết kết cấu và phao neo của CALM và SALM phải tuân theo các yêu của của quy phạm phân cấp và chế tạo phao neo TCVN 6809:2001. Kích thước tối thiểu của neo tháp và càng nối tuân theo TCVN 5310:2001, phần 4.5.3.

Các chi tiết cơ khí của neo đơn thường bao gồm bộ phân phối sản phẩm (PDU), gối trục quay, cơ cấu truyền động và các loại liên kết khác. TCVN 6809:2001 áp dụng tổng thể cho các chi tiết trên và trong trường hợp các yêu cầu cụ thể không được đề cập trong TCVN 6809:2001 thì Đăng kiểm sẽ chấp nhận các tiêu chuẩn khác như:

Bộ phân phối sản phẩm

...

...

...

Tiêu chuẩn về thép của AISC (AISC steel code)

ANSI B31.3 (cho khớp ống)

Gối trục quay

AFBMA (Hiệp hội các nhà chế tạo gối trục quay chống ma sát – Anti friction bearing manufacturers association)

ASME 77-DE-39

Các thiết bị nối: cơ cấu dẫn động

...

...

...

Tiêu chuẩn về thép của AISC

Các tiêu chuẩn áp dụng của API

Các chi tiết cơ khí phụ như thiết bị nối kết cấu, khớp nối, bệ đỡ xích (chain jack), cơ cấu thu hồi neo tháp, cần trục, tời, thiết bị nối và tháo nhanh… có thể sự dụng các tiêu chuẩn liên quan khác của Việt nam hoặc quốc tế đã được công nhận nếu Đăng kiểm chấp nhận.

Các yêu cầu về các khu vực nguy hiểm và việc lắp thiết bị điện tuân theo yêu cầu trong TCVN 6809:2001.

Các yêu cầu về thiết bị chữa cháy tuân theo yêu cầu trong TCVN 6809:2001. Ngoài ra đối với bố trí neo tháp trong, áp dụng Phụ lục VII, Phần 9.

Ống nổi và hệ thống đường ống sản phẩm tuân theo yêu cầu áp dụng của TCVN 6809:2001 và Phụ lục VII, Phần 9.

Hệ thống neo tháp là một loại hệ thống định vị cho kho chứa nổi và có thể được lắp đặt bên trong và bên ngoài. Cả hai hệ thống neo tháp trong và ngoài đều cho phép kho chứa nổi quay xung quanh tháp theo thời tiết. Xích neo sẽ được gắn cố định vào đáy biển bằng neo hoặc cọc.

Đối với hệ thống neo tháp trong, tháp được đỡ trong kho chứa nổi bởi một hệ thống gối trục đỡ. Tải trọng tác động lên tháp sẽ chuyển qua hệ thống gối trục đỡ lên kho chứa nổi. Thông thường, gối trụ quay được đặt gần mặt boong của kho chứa nổi và gối trụ trượt được đặt gần ki kho chứa nổi.

...

...

...

Tải trọng tác động lên hệ thống neo tháp bên trong bao gồm các tải trọng cơ bản gây ra bởi xích neo, ống đứng, trọng lực, sức nổi, lực quán tính và áp suất thuỷ tĩnh. Các tải trọng khác như sóng đập, tải trọng gây ra do dung sai hoặc gá lắp không thẳng hàng mà có thể ảnh hưởng đến tháp cũng phải được xem xét trong thiết kế. Trong việc thiết lập ra được tải trọng quyết định trong thiết kế tháp, cần xem xét các tổ hợp khác nhau của các trạng thái chất tải từ tối đa đến tối thiểu, hướng sóng, các điều kiện môi trường cộng tuyến và không cộng tuyến. Tải trọng neo và tải trọng tác động lên kết cấu tháp bên ngoài được truyền sang kho chứa nổi qua hệ thống gối trục đỡ. Phạm vi và các tổ hợp tải trọng được xem xét và phương pháp phân tích tương tự với hệ thống neo tháp bên trong. Ngoài ra, phải xem xét thêm các tải trọng do môi trường tác động lên kết cấu tháp.

Phải thực hiện một phân tích dùng phương pháp FEM để kiểm tra lại kết cấu tháp có đủ độ bền. Ứng suất Von Mises cho phép của kết cấu tháp phải bằng 0,6 độ bền chảy cho trạng thái thiết kế tháp nguyên vẹn trong khai thác, như quy định trong qui định 4.3. Cho phép tăng một phần ba (1/3) ứng suất cho phép đối với điều kiện thiết kế neo làm việc nguyên vẹn trong điều kiện bão và cho điều kiện thiết kế tháp có một xích bị đứt trong bão để xác minh lại vị trí gắn kết cấu tháp và kết cấu đỡ.

Ghi chú: độ bền chảy phải được tính từ giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sau: ứng suất chảy tối thiểu quy định hoặc 72% ứng suất kéo tối đa quy định.

Kiểm tra sức bền chống mất ổn định kết cấu tháp phải được thực hiện theo các yêu cầu trong TCVN 6259-2:2003 hoặc các tiêu chuẩn được công nhận. Một đánh giá mỏi của hệ thống tháp dùng phương pháp phổ hay phương pháp được công nhận khác phải được thực hiện để xác định tuổi thọ mỏi của các bộ phận tháp. Tuổi thọ mỏi của tháp không được nhỏ hơn 3 lần tuổi thọ mỏi của vùng có thể kiểm tra được và 10 lần vùng không thể tiếp cận kiểm tra được.

Kết cấu kho chứa nổi trong khu vực hệ thống neo trụ phải có khả năng chịu được các lực (giá trị lớn nhất thu được từ các điều kiện thiết kế được xem xét) truyền từ hệ thống neo tháp và được gia cường hợp lí.

Các lực neo truyền lên kết cấu đỡ của kho chứa nổi qua hệ thống neo tháp phảI được xác định từ các phân tích thiết kế. Sự truyền lực và tiêu tán các lực neo lên kết cấu kho chứa nổi phải được xác định từ các phương pháp tính kĩ thuật được chấp nhận, ví dụ như phương pháp phần tử hữu hạn. Các tải trọng tác dụng lên kết cấu đỡ của kho chứa nổi từ tháp được truyền chủ yếu qua các gối trục đỡ trên và dưới. Các điều kiện tải trọng có thể xảy ra được chọn sao cho tạo ra các tải trọng bất lợi nhất. Tải trọng neo được xác định như ở trên trong phần hệ thống neo tháp. Mô hình kết cấu sử dụng trong phân tích phần tử hữu hạn kết cấu đỡ được mở rộng đến khoảng cách hợp lí so với kho chứa nổi nhằm giảm tối thiểu ảnh hưởng do các điều kiện biên.

Các hạng mục được sử dụng trong hệ thống neo được kiểm tra trong quá trình chế tạo, tiến hành thử thoả mãn yêu cầu của Đăng kiểm viên hiện trường.

Các bộ phận chi tiết được chế tạo bằng hàn phải tuân theo yêu cầu trong TCVN 6259-6:2003 và phải thỏa mãn các yêu cầu của Đăng kiểm viên hiện trường. Các chỉ tiêu kĩ thuật của xích, cáp và phần cứng liên kết phải được trình Đăng kiểm xét duyệt. Thử vật lí bao gồm bẻ, kéo, kiểm tra kích thước và thử không phá huỷ NDT yêu cầu được tiến hành theo các chỉ tiêu kĩ thuật đã trình duyệt và phải thỏa mãn các yêu cầu của Đăng kiểm viên hiện trường.