سکوهای فراساحلی یا آفشور متشکل از سازههای فولادی عظیم، دکلهای حفاری و خطوط لوله است، تنها چیزی که نمیبینیم ابزاری نامرئی در پس آنهاست: هوای فشرده
اپراتور در اتاق کنترل فرمان میدهد: شیر را ببند. کامپیوتر خودبخود شیر را نمیبندد، عملگری پنوماتیکی هوای فشرده را برای ایجاد نیروی مورد نیاز به کار میگیرد تا شیر به حرکت واداشته شود.
موضوع تنها بکارگیری چند ابزار سادهی پنوماتیکی نیست. در هر تاسیسات فراساحلی هوای فشرده بخشی از زیرساخت کنترل، ایمنی، تعمیرات و خدمات عمومی صنعتی است. در سکوهای دریایی صدای متههای پنوماتیکی که قعر سنگها را میکوبند نمیشنوید، اما در بکگراند صدها عملیات خودکار و کنترلی را بیسروصدا مدیریت میکند.
هوای ابزار دقیق
سکوهای نفت و گاز کیلومترها دورتر از ساحل و وسط دریا قرار گرفتهاند. آب شور است، باد پیوسته به سازه میکوبد، فضای نصب تجهیزات محدود و خرابی هرگونه قطعهای نیازمند جایگزینی با کمک هلیکوپتر و کشتی پشتیبانی است که روزها، حداقل، تاخیر خواهد داشت.
محیط کاری خاص سکوهای نفت و گاز وسط دریا و اقیانوس
در هر سکوی آفشور تامین مطمئن هوای پاک و خشک که هوای ابزار دقیق نیز نامیده میشود اهمیت زیادی دارد. این هوا برای تنفس نیست، بلکه خون جاری در رگهای سیستمهای کنترلی سکوست. هوای فشرده عملکرد شیرهای پنوماتیکی سکو را هدایت میکند که کنترل جریان نفت و گاز بر عهدهی آن است. شیرآلات پنوماتیکی برای کنترل فرآیند معمول و همچنین برای سیستمهای اضطراری خاموشی یا ESD بر روی سکو ضرورت دارند.
شیرهای قطع اضطراری عمدتا در صنایع نفتی و بعضا در صنعتهای دیگر کاربرد دارند. این نوع سیستم حفاظتی طبق قانون بر روی تمامی سکوهای حفاری فراساحلی الزامی است تا از وقوع فجایعی همچون انفجار سال ۲۰۱۰ سکوی بریتیش پترولیوم هورایزن در خلیج مکزیک جلوگیری شود.
کیفیت هوای فشرده از اهمیت بسزایی برخوردار است، زیرا این هوا میتواند منجر به خوردگی تجهیزات شود. هوا بایستی خشک و فیلتر شود تا از رطوبت و دیگر آلایندهها تهی گردد. هوای ابزار دقیق با هوای خدماتی یکی نیست، در سکوهای فراساحلی همهی مصرفکنندگان هوای فشرده به کیفیت یکسانی از هوا نیاز ندارند.
سوال در خشکی: چند مترمکعب بر دقیقه هوای فشرده لازم دارید؟
سوالات در دریا: اگر کمپرسور خراب شود چه اتفاقی میفتد؟ فشار شبکه با چه سرعتی کاهش پیدا میکند؟ چه مقدار هوای ذخیره در دسترس است؟ تجهیزات ابزار دقیق و کنترلی به چه کیفیت هوایی نیاز دارند؟ آیا معماری چندکمپرسوری داریم و کمپرسور دیگری وارد مدار خواهد شد؟ قطعی برق چه عواقبی خواهد داشت؟ در هنگام تعمیرات ایمنی سیستم تضمین است؟ هوا در دریا سیالی داخل لولههای تاسیسات نیست، بخشی از زیرساخته سکو است.
سیستم تاسیساتی سکوی نفتی به قدری پیچیده است که انبوه لولهها اولین تجسمی هستند که ما از این مجموعههای فراساحلی داریم.
اما کاربرد هوای فشرده بسیار فراتر از روی عرشهی سکو است.
هیچکس نمیخواد وجود آب یا آلودگیها شیری حیاتی در سکوی نفتی را دچار اختلال کند. در سیستمهای ابزار دقیق کیفیت هوای فشرده مستقیما به قابلیت اطمینان سیستم کنترلی مرتبط است. هوای خدماتی هوای فشردهای است که ابزارهای پنوماتیکی، نظافت، تعمیرات، موتورهای بادی، بالابرها و وینچهای پنوماتیکی، تجیهزات کارگاهی و عملیات دمش و پاکسازی را هدایت میکند.
قانون اول سکوی فراساحلی: خرابی بسیار گران تمام میشود.
کمپرسور در کارگاهی معمولی از کار بیفتد، تکنسینی را خبر کرده و با هزینهی روزی ۱۰ میلیون تومان و چند ساعت کار مشکل را حل میکنید، اما خرابی در سکوی نفتی فراساحلی داستانی کاملا متفاوت دارد. تصور کنید وسط مریخ ماشینتان خراب شده، دیگر تعمیرگاه آشنا و باتریسازی آقای درخشان به کمک شما نخواهند آمد:
تجهیزات یدکی محدود و سفارش زمانبر و گرانقیمت است.
فضا بسیار محدود بوده و جایی برای تجهیزات اضافی نیست.
دسترسی دشوار است.
استانداردها و خطراتی برای این مناطق که شدیدا مستعد انفجار هستند برقرار است.
شرایط سخت محیط دریایی را در نظر بگیرید.
هزینههای بسیار بالای حمل و نقل
خطر توقف تولید
ناگهان به نظر میرسد که ای کاش وسط مریخ ماشینم خراب شده بود.
طراحی سیستم هوای فشرده در تجهیزات فراساحلی نه بر پایهی ارزانترین کمپرسور، که به دنبال بهترین و مطمئنترین گزینهی ممکن انجام میشود.
ایمنی زیردریایی
هوای فشرده منبع ترجیحی برای تامین نیروی تجهیزات ایمنی زیر دریا محسوب میشود. شیر BOP یا Blowout Preventer وسیلهای مکانیکی است که برای مسدودی، کنترل و نظارت بر چاههای نفت و گاز به کار میرود. این شیر از فوران یا هرگونه رهاسازی کنترلنشدهی نفت خام و گاز طبیعی از چاه جلوگیری میکند.
BOP مجموعهای از شیرآلات عظیم در کف دریاست و برای مسدود کردن چاه در هنگام اضطرار طراحی شده است. این شیرآلات اغلب با هوای بسیار پرفشار یا نیتروژن ذخیرهی مخازن پشتیبان کنترل میشوند.
ابعاد حقیقی تجهیزات جلوگیری از فوران
هوای فشرده نسبت به الکتریسیته ایمنی ذاتی دارد.
دو رقیب هوای فشرده معمولا عبارتند از الکتریسیته و نیروی هیدرولیکی. هر دوی این منابع نیرو مزایای جالبی در مقایسه با هوای فشرده داشته و هر دو بسیار بازدهی بهتری دارند. اما هوای فشرده هم در مقایسه با هر دوی آنها برگهای برندهای در آستین دارد:
ایمنی ذاتی: خطر جرقههای الکتریکی در جوار هیدروکربنهای اشتعالپذیر به ریسکش نمیارزد.
دوستدار محیط زیست: هوای فشرده هیچ آلاینده نیست و خطر نشت سیال هیدرولیکی که برای محیط زیست بسیار مضر است را برطرف میکند.
این موتورهای بادی با موادی مقاوم در برابر خوردگی و آببندیهای پیشرفته تجهیز میشوند تا فشارهای کوبندهی اعماق دریا را تحمل کنند.
هوای ابزار یا Instrument Air در بسیاری از تاسیسات فراساحلی اهمیت جدی دارد. این هوا نیروی مورد نیاز عملگردهای پنوماتیکی، شیرهای کنترلی، موقعیتدهنده یا Positionerها و دیگر تجهیزات کنترلی را فراهم میاورد.
ذخیره سازی انرژی تجدید پذیر، هوای فشرده با کاربردهای نوین و شگفتانگیز همراه است
توربینهای بادی دریایی در سالهای اخیر جذابیت مضاعفی پیدا کردهاند. ترکیب آنها با سیستم ذخیره انرژی هوای فشرده عالی است.
احتمالا هیجانانگیزترین تحول در صنایع هوای فشرده و پنوماتیکی امکان بکارگیری آن به عنوان باتری غولپیکری برای ذخیرهی انرژیهای تجدیدپذیر است. این مزیت برای مصارف فراساحلی و آفشور نیز بسیار ارزشمند است.
نیروگاه بادی دریایی به مجموعهای از توربینهای بادی که در دریا برای تولید برق مستقر شدهاند گفته میشود. سرعت باد در دریا شدیدتر از ساحل یا خشکی است از این رو برق را با توان بیشتری میتوان تولید کرد.
مزارع بادی فراساحلی روز به روز در حال توسعه بوده، بیشتر میشوند. انرژی بادی همانطور که از تجارب خشکی همچون توربینهای بادی منجیل میدانیم توان تولیدی متناوب و غیرپیوسته دارد. گاه باد میوزد و گاه ضعیفتر میشود، هرگاه باد میوزد ولی تقاضای مصرف کم است میتوان از انرژی مازاد برای فشردهسازی هوا و ذخیرهی آن در زیر آب استفاده کرد.
روش ذخیرهسازی انرژی بادی با کمک هوای فشرده بر ۳ مرحله استوار است:
۱. انرژی مازاد توربین بادی کمپرسور را به کار می اندازد.
۲. هوای فشرده به مخازنی صلب یا کیسههای بزرگ و انعطافپذیری در کف دریا منتقل و تزریق میشود.
۳. هرگاه به انرژی این مخازن نیاز داشته باشید هوا آزاد شده، ژنراتور را به حرکت درآورده و برق تولید میکند تا به شبکهی توزیع بازگردد.
این فناوری با نام ذخیرهسازی انرژی هوای خورشیدی زیردریایی یا UCAES شناخته میشود.
مزیت دریاهای عمیق برای ذخیرهسازی انرژی خورشیدی و بادی
دریایعمیق مزیت منحصربهفردی را در اختیار ذخیرهسازان انرژی قرار میدهد. فشار هیدرواستاتیک آب به حفظ فشاری پایدار و ثابت در داخل کیسههای ذخیره کمک کرده و سیستم کارآمدی خوبی دارد. سیستمهای جدید به گونهای طراحی میشوند که از آب دریا برای خنککاری هوا در فشردهسازی استفاده شود و بازدهی عملیاتی به ۹۳ درصد! برسد.
چالشها و مشکلات فناوری پنوماتیکی و هوای فشرده
فیلتر کمپرسور و هوای فشرده فراساحلی در لولهکشی کمپرسور
محیط کاری در هر مکانی مسائل خاص خود را به همراه دارد. بهترین و آسانترین محیط کاری محیط کارخانجات تر و تمیز است، محیط کارگاهی برای کمپرسورهای دیزلی و سیار که در دل کوه و کمر و معادن کار میکنند پر از گرد و غبار است، و اما سختگیرترین محیط، دریاست.
فناوری هوای فشرده بیخطر نبوده و در سکوهای حفاری فراساحلی و محیط کاری آف شور خطاهایی رخ میدهد. چرخش و ورود مجدد هوای گرم یا HAR به سیستم یکی از این مشکلات است. هوای خروجی داغ سیستم کولر کمپرسور دوباره به سمت ورودی مکیده شده و باعث داغی بیش از حد و خاموشی کمپرسور میشود. در سکویی که فضا محدود تجهیزات نزدیک به هم چیده میشود، این چالش جدی و مکرر است.
خطرات ناشی از خطای کارکنان نیز در تاریخ کم پیش نیامده است. برای نمونه کارگران مکزیکی در سال ۱۹۸۲ به اشتباه پمپ پنوماتیکی را به جای خط هوای فشرده به خط گاز طبیعی متصل کردند. انفجار ناشی از همین اشتباه ظاهرا ساده دو نفر را کُشت و شناور را نابود کرد.
کمپرسور اسکرو دیزل روغنی آف شور اطلس کوپکو – کمپرسور فراساحلی پکیج و تمهیدات مخصوص دارد.
کمپرسوری که روی سکوی نفتی و وسط دریا نصب شده باید ترکیبی از معضلات شامل آب شور، رطوبت، باد، تغییرات دما، لرزش، فضای محدود و احتمال انفجار را هندل کند. خوردگی بزرگترین دشمن این ماشینالات است. آب شور و هوای دریا مخلوطی ایدهآل برای خوردگی تجهیزات است و خنککاری و تهویهی تجیهزات هم نیازمند طراحی دقیق و دشوار است.
در عملیات آف شور وزن تجهیزات هم حائز اهمیت است. هرگونه انتقال تجهیزات به سکوهای فراساحلی هزینه و پیچیدگیهای لجستیکی خاص خود را خواهد داشت.
تصور ساده از کمپرسور:
کمپرسور ← لوله ← مصرف کننده
تصور واقعی از کمپرسور:
کمپرسور ← افترکولر ← سپراتور ← فیلترها ← درایر یا خشک کن ← مخزن هوای فشرده ← شبکه توزیع ← مصرف کنندگان
در محیط فراساحلی تجهیزات جانبی کمپرسور به اندازهی خود کمپرسور اهمیت دارد و در اینجا کیفیت هوای فشرده برای سلامت و اطمینان سیستم کنترلی و ابزار دقیق مهم است. در کاربردهای فراساحلی برای جلوگیری از آنکه خرابی یک کمپرسور به قطعی کامل سیستم هوای فشرده و نابودی کنترل پنوماتیکی بیانجامد از آرایش چندکمپرسوری استفاده میشود.
مصارف نیتروژن در تاسیسات فراساحلی
نیتروژن هم همانند هوای فشرده در این لولهها جاریست.
تنها گاز مهم تاسیساتی روی سکوهای نفت و گاز هوای فشرده نیست. در تاسیسات فراساحلی نیتروژن برای کاربردهایی از جمله
پرج کردن تجهیزات
ایجاد پوشش گازی یا Blanketing
فرآیندهای خاص و تجهیزات ویژه
سیستمهای فشار قوی
کاربرد دارد. در زنجیرهی تولید نیتروژن هوای فشرده نقش داشته و واحد تولید نیتروژن را پشتیبانی میکند.
