ساخت استراکچر و سازه های فولادی صنعت نفت و گاز

منظور از طراحی و ساخت سازه‌های فولادی صنایع نفت و گاز، انجام محاسبات طراحی، مهندسی و در نهایت تولید سازه‌های فولادی است که در صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی استفاده می‌شوند. برای ساخت سازه های فولادی صنعت نفت و گاز، پالایشگاهی و پتروشیمی، معمولاً یک تیم مهندسی متخصص در زمینه طراحی سازه‌های فولادی و استفاده از استانداردهای مربوطه، همکاری می‌کند. این تیم شامل مهندسان مکانیک، مهندسان سازه، مهندسان جوشکاری و دیگر متخصصان مرتبط است که با رعایت استانداردها، مقررات و اصول مهندسی، سازه‌های فولادی ایمن و قابل اعتماد را طراحی و ساخت می‌کنند.

استانداردها و مقررات محلی و بین‌المللی برای طراحی و ساخت سازه‌های فولادی در صنایع نفت و گاز، پالایشگاهی و پتروشیمی مورد استفاده قرار میگیرند. به عنوان مثال، استانداردها و مقررات از سازمان‌های ملی مختلف و استانداردهای بین‌المللی از سازمان‌هایی مانند ASTM International، ISO (سازمان بین‌المللی استاندارد) و IEC (کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک) می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند.

از نظر مهندسان نخبه شرکت دانش بنیان پترو صنعت تاراز، در صنعت نفت، استفاده از تکنولوژی و فن آوری‌های پیشرفته در طراحی و ساخت سازه‌های فولادی بسیار ضروری است. با استفاده از روش های تحلیلی پیشرفته برای مدلسازی و تحلیل سازه‌های فولادی می‌توان به طور دقیق تر از رفتار سازه در شرایط مختلف (مانند بارگذاری دینامیکی یا زلزله) پی برد و طراحی بهینه‌تری انجام داد. بهره‌برداری از تکنولوژی Building Information Modeling که یک روش تحول‌بخش در طراحی و ساخت سازه‌هاست که با استفاده از مدل‌سازی سه‌بعدی و اطلاعات جامع در سراسر دوره عمر سازه، امکان مدیریت بهتر پروژه و هماهنگی بین تیم‌های مختلف را فراهم می‌کند.

انواع سازه های فولادی در صنعت نفت و گاز

سازه های فولادی در صنایع نفت و گاز، پالایشگاهی و پتروشیمی بسیار حیاتی هستند. این سازه ها برای ساختمان ها، تجهیزات و تأسیسات مختلف استفاده می‌شوند و نقش حیاتی در عملیات صنعتی این صنایع دارند. برج‌ها و سازه‌های بلند در صنایع نفت و گاز، پالایشگاهی و پتروشیمی برای ساختمان‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سازه ها عموماً از فولاد با استحکام بالا ساخته می‌شوند و برای نگهداری تجهیزات، انبارهای مواد، سیستم‌های لوله‌کشی و دیگر تأسیسات استفاده می‌شوند.

در صنایع نفت و گاز، پالایشگاهی و پتروشیمی، سازه‌های پلی جهت عبور خطوط لوله‌ها و تسهیل نقل و انتقال مواد استفاده می‌شوند. این سازه‌ها می‌توانند پل‌ها، گذرگاه‌ها و پاساژهای ارتباطی باشند و در طول مسیر خطوط لوله‌ها قرار می‌گیرند. تانک‌ها و مخازن نفتی و شیمیایی در این صنایع برای ذخیره‌سازی و نگهداری مواد مختلف استفاده می‌شوند. این سازه‌ها عموماً از فولاد با ویژگی‌های خاص مقاومت در برابر فشار، حرارت و تاثیرات شیمیایی ساخته می‌شوند.

سازه‌های مخزنی در صنایع پتروشیمی برای ذخیره و نگهداری مواد مختلف مانند گاز، مایعات و مواد شیمیایی استفاده می‌شوند. این سازه‌ها برای محافظت از محتویات مخزن، جلوگیری از نفوذ و نشت مواد و حفظ شرایط امنیتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سازه‌های پایه و پله در پالایشگاه‌ها و پتروشیمی‌ها برای حمایت از تجهیزات و اتصالات مختلف استفاده می‌شوند. این سازه‌ها برای ایجاد پایه و سطح مناسب جهت قرارگیری تجهیزات، ایمنی کارکنان و دسترسی به سازمان‌ها و تجهیزات مورد استفاده قرار می‌گیرند.

استراکچر های فولادی صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی

استراکچرهای فولادی در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی بسیار مهم هستند و برای انواع تأسیسات و واحدهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سازه‌های پلتفرم فولادی در صنعت نفت و گاز، پتروشیمی و پالایشگاهی برای استخراج و تولید نفت و گاز در سواحل و دریاها استفاده می‌شوند. این سازه‌ها شامل پلتفرم‌های حفاری، پلتفرم‌های تولید و پلتفرم‌های نگهداری و تعمیر و نگهداری می‌شوند. سازه‌های فولادی در سیستم‌های لوله‌کشی برای انتقال مواد مختلف مانند نفت خام، گاز، آب، محصولات پالایشگاهی و شیمیایی استفاده می‌شوند. این سازه‌ها شامل لوله‌ها، خطوط انتقال، پل‌ها و تأسیسات مربوط به لوله‌کشی می‌شوند.

در صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی، سازه‌های فولادی برای تأسیسات حمل و نقل مانند پل‌ها، پله‌ها، ریل‌ها، نرده‌ها و سکوهای حمل و نقل استفاده می‌شوند. این تجهیزات برای انتقال مواد و محصولات، حمایت از تجهیزات حمل و نقل و ایمنی کارکنان استفاده می‌شوند. سازه‌های فولادی بلند در پتروشیمی و پالایشگاهی برای ساختمان‌ها و تأسیسات مختلف استفاده می‌شوند. این سازه‌ها برای نگهداری تجهیزات، انبارهای مواد، سیستم‌های لوله‌کشی و دیگر تأسیسات مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سازه‌های فولادی پایه و پشتیبانی در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی برای حمایت از تأسیسات مختلف مانند تانک‌ها، مخازن، برج‌ها و تجهیزات دیگر استفاده می‌شوند. این سازه‌ها برای ایجاد پایه و سطح مناسب جهت قرارگیری تجهیزات، ایمنی کارکانان و دسترسی به تجهیزات مورد استفاده قرار می‌گیرند.

استانداردهای طراحی و ساخت سازه های پالایشگاهی

1. استاندارد ASME BPVC
   استاندارد ASME BPVC (American Society of Mechanical Engineers Boiler and Pressure Vessel Code) یک استاندارد بین‌المللی است که در طراحی و ساخت تجهیزات و سازه‌های پالایشگاهی استفاده می‌شود، از جمله تانک‌ها، لوله‌ها و دیگ‌ها. این استاندارد شامل نکات مربوط به طراحی، مواد، جوشکاری، آزمون‌ها و ایمنی است.
2. استاندارد API STD 650
   استاندارد API STD 650 (American Petroleum Institute Standard 650) برای طراحی و ساخت تانک‌های ذخیره‌سازی مایعات نفتی و پتروشیمی استفاده می‌شود. این استاندارد شامل مشخصات فنی، روش‌های ساخت و آزمون‌های مورد نیاز برای تانک‌ها می‌شود.
3. استاندارد API STD 620
   استاندارد API STD 620 (American Petroleum Institute Standard 620) برای طراحی و ساخت تانک‌های ذخیره‌سازی گازهای مایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. این استاندارد شامل الزامات طراحی، مواد، جوشکاری، آزمون‌ها و ایمنی مرتبط با تانک‌های گازی است.
4. استاندارد ACI 350
   استاندارد ACI 350 (American Concrete Institute 350) برای طراحی و ساخت سازه‌های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله تیرها، ستون‌ها و سازه‌های پشتیبانی. این استاندارد شامل الزامات طراحی، مواد، اجرا و آزمون‌های مرتبط با سازه‌های بتنی است.
5. استاندارد AISC 360
   استاندارد AISC 360 (American Institute of Steel Construction 360) برای طراحی و ساخت سازه‌های فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله ستون‌ها، تیرها و سازه‌های پلتفرم. این استاندارد شامل الزامات طراحی، مواد، جوشکاری و آزمون‌های مرتبط با سازه‌های فولادی است.
6. استاندارد NFPA 30
   این استاندارد برای طراحی و ساخت انبارهای ذخیره مایعات قابل اشتعال استفاده می‌شود. آن شامل الزامات ایمنی، طراحی و نصب سیستم‌های حفاظتی می‌باشد.
7. استاندارد AWS D1.1
   استاندارد AWS D1.1 (American Welding Society Structural Welding Code) برای جوشکاری سازه‌های فولادی استفاده می‌شود. این استاندارد شامل الزامات جوشکاری، نحوه تست و آزمون جوشکاری و استانداردهای مربوط به جوشکاری فولاد است.

محاسبات طراحی و ساخت

در طراحی سازه‌های فولادی، برای تعیین بارگذاری‌های عملیاتی و زندگی مفید سازه، از استانداردها و مقررات مربوطه مانند ASCE 7، AISC 360 و API RP 2A استفاده می‌شود. این محاسبات شامل انواع بارگذاری مانند بارگذاری استاتیک، بارگذاری دینامیکی، بارگذاری باد، بارگذاری زلزله و بارگذاری حرارتی است. در طراحی سازه‌های فولادی، از معادلات استاتیکی مانند معادله تعادل نیوتن-اویلر و معادله مومنت-کشش استفاده می‌شود. این معادلات برای تعیین توزیع نیروها و مومنت‌ها در سازه و همچنین برای انجام محاسبات مقاومت سازه به کار می‌روند.

برای محاسبه مقاومت سازه‌های فولادی، از معادلات مقاومت مواد فولاد استفاده می‌شود. این معادلات شامل معادله تنش-کرنش و استفاده از پارامترهای مقاومتی مانند مقاومت کششی، مقاومت مدول کششی و مقاومت لرزه‌ای می‌شوند. جهت بررسی رفتار استاتیکی و دینامیکی سازه‌های فولادی، از معادلات مختلفی استفاده می‌شود. این معادلات شامل معادلات تعادل نیرو و مومنت، معادلات حرکت سازه، معادلات تغییر شکل و معادلات دینامیکی مانند معادله نیوتن دوم و معادله ارتعاشات آزاد است.

فرایند ساخت پالایشگاه‌ها و واحدهای پتروشیمی، شامل مرحله محاسبات ترمودینامیکی برای تعیین خواص مواد و عملکرد واحدها می باشد. از معادلات مانند معادله حالت، معادله حرکت مواد و معادلات حرارتی استفاده می‌ششوند. همچنین در مناطق زلزله‌خیز، از معادلات زلزله‌نگاری مانند طیف پاسخ و معادله طرح زمین‌لرزه استفاده می‌شود. این معادلات برای تعیین بار زلزله و تاثیر آن بر سازه استفاده می‌شوند.

اتصالات بین عناصر فولادی بسیار مهم هستند، لذا برای طراحی اتصالات، از معادلاتی مانند معادله تقویت کننده، معادله برش و معادلات خمش استفاده می‌شود. این معادلات برای تعیین ابعاد و ویژگی‌های اتصالات به کار می‌روند. در طراحی سازه‌های فولادی، بررسی پایداری سازه بسیار مهم است. از معادلات پایداری مانند معادله برازشیلور، معادله ایولر، و معادلات پایداری برشی و خمشی استفاده می‌شود. این معادلات برای بررسی پایداری و مقاومت سازه در برابر بارهای خمشی و برشی استفاده می‌شوند.

نرم افزارهای کاربردی

تیم طراحی شرکت دانش بنیان پترو صنعت تاراز، جهت انجام مراحل نقشه کشی پروژه های پالایشگاهی از نرم افزار های تخصصی و پیشرفته مرتبط با این صنایع استفاده می کند. در طراحی و ساخت سازه‌های فولادی صنعت نفت و گاز، برای انجام محاسبات و طراحی بهره‌برداری از نرم‌افزارهای مختلف ضروریست.

نام نرم افزار	کاربرد
SAP2000	این نرم‌افزار یکی از قدرتمندترین نرم‌افزارهای مدلسازی و تحلیل سازه است. از SAP2000 برای طراحی و تحلیل سازه‌های فولادی با توجه به استانداردهای مربوطه مانند AISC 360 استفاده می‌شود.
ETABS	این نرم‌افزار نیز از خانواده نرم‌افزارهای CSI (Computers and Structures, Inc.) است و برای تحلیل و طراحی سازه‌های فولادی، بتنی و سازه‌های هجیمی استفاده می‌شود.
STAAD.Pro	این نرم‌افزار یکی از قدرتمندترین و پرکاربردترین نرم‌افزارهای طراحی و تحلیل سازه است. STAAD.Pro قابلیت طراحی و تحلیل سازه‌های فولادی را با در نظر گرفتن استانداردهای ملی و بین‌المللی فراهم می‌کند.
Tekla Structures	این نرم‌افزار به عنوان یکی از پیشروهای طراحی و مدلسازی سازه‌های فولادی شناخته می‌شود. با استفاده از Tekla Structures، می‌توان مدل‌های سه‌بعدی دقیق و جزئیات کامل سازه‌های فولادی را طراحی و تحلیل کرده و اطلاعات لازم برای ساخت و ساز را ارائه داد.
SACS	این نرم‌افزار به خصوص برای طراحی و تحلیل سازه‌های پلتفرمی در صنعت نفت و گاز استفاده می‌شود. SACS قابلیت مدلسازی دقیق سازه‌های فولادی دریایی را داراست و محاسباتی مبتنی بر استانداردهای بین‌المللی را انجام می‌دهد.
PLS-CADD	این نرم‌افزار برای طراحی و تحلیل خطوط انتقال برق هوایی و سیم‌کشی‌های فولادی استفاده می‌شود. این نرم‌افزار قابلیت طراحی سازه‌های فولادی در مناطق زلزله‌خیز و با در نظر گرفتن بارگذاری‌های وزنی، بادی و زلزله را داراست.

ساخت سازه های دانش بنیان در صنعت نفت

در طراحی سازه‌های فولادی، استفاده از الگوریتم‌های بهینه‌سازی و هوش مصنوعی (مانند الگوریتم ژنتیک و شبکه‌های عصبی) برای بهینه‌سازی مقطع و استفاده از مواد، کاهش وزن سازه، بهبود عملکرد و کاهش هزینه‌ها رایج است. همچنین در ساخت سازه‌های فولادی صنعت نفت، جوشکاری یکی از عملیات کلیدی است. استفاده از روش‌های جوشکاری پیشرفته مانند جوشکاری بدون فلز محلول (Friction Stir Welding) و جوشکاری لیزری می‌تواند به کیفیت بالاتر و بهبود عملکرد سازه‌ها منجر شود.

برای بررسی و کنترل کیفیت سازه‌های فولادی در صنعت نفت، از روش‌های غیرمخرب مانند آلتراسونیک (Ultrasonic Testing)، رادیوگرافی (Radiography) و مغناطیسی (Magnetic Particle Testing) استفاده می‌شود. این روش‌ها به دقت بالا در تشخیص خرابی‌ها و نقص‌های مختلف در جوشکاری و سازه‌ها کمک می‌کنند. در مناطق زلزله‌خیز، طراحی سازه‌های فولادی برای مقاومت در برابر زلزله بسیار حائز اهمیت است. استفاده از روش‌های پیشرفته مانند طراحی مبتنی بر عملکرد (Performance-Based Design)، استفاده از روش‌های تحلیلی دینامیکی (Dynamic Analysis) و استفاده از روش‌های تثبیت جانبی (Lateral Bracing) و جداسازی برای کاهش اثرات زلزله در سازه‌ها توسعه یافته است.

در صنعت نفت، سازه‌های فولادی معرض عوامل آب، رطوبت، خوردگی و زنگ زدگی هستند. برای حفاظت از سازه‌ها در برابر این عوامل، از روش‌های پوشش دهی پیشرفته مانند رنگ‌آمیزی خاص، روش‌های ضدزنگ (Anti-Corrosion) و استفاده از پوشش‌های محافظ مانند روکش‌های اپوکسی (Epoxy Coatings) استفاده می‌شود. در سازه‌های فولادی صنعت نفت، بهینه‌سازی استفاده از انرژی بسیار مهم است. استفاده از سیستم‌های تهویه مطبوع و سیستم‌های نورپردازی با کارایی بالا، استفاده از مواد ساختمانی با خواص حرارتی بهینه (مانند عایق‌های حرارتی) و استفاده از سیستم‌های تولید برق پاک (مانند پنل‌های خورشیدی) می‌تواند منجر به کاهش مصرف انرژی و حفظ محیط زیست شود.