הבנת המתח העשר בסביבה של צוללות

כל חומר הנדסי מתרחב או חוזים כאשר הטמפרטורה משתנה, נכס המכוסה על ידי המקדם של הרחבה תרמית (CTE) עבור צינור אווירי ארוך ומתמשך או כבל, משמרת טמפרטורה של אפילו 10 מעלות צלזיוס יכולה לייצר עקירות אקסקליות של כמה מטרים מעל פני 10 ק"מ רוחב, כאשר התנועה הזו היא מאופקת על ידי חיכוך קרקעית הים, כיסוי סלע, קבורה, או משקל של עמודת המים עצמה - על ידי כמה מטרים תרמיים של מחזורים של מחזורים של מחזורים של מחזורים חמים כגון מתחמיים חמים של מחזורים חמים, או ירידה של מחזורים של מחזורים חמים של מחזורים.

כיצד מתפתחת רמת הטמפרטורות באוקיינוס

האוקיינוס רחוק מ-II.שמש חימום חם שכבת פני השטח, בדרך כלל מחזור 100-200 מטר העליון, בעוד מים עמוקים יותר נשאר ליד 2-4 מעלות צלזיוס.חום קבוע מפריד בין האזורים האלה, ואת עומקו משתנה עם רוחב, עונות, וזרם האוקיינוסים מספיק כדי לעבור את המדף היבשתי לתוך טמפרטורות עמוקות כמו עובר דרך קו חום, בנוסף מים חמים, כמו גם על פני שטח חם, כמו מעבר חם מימיים חמים, כמו גם על פני שטח חם, כמו גם על פני שטח חם, כמו מעבר חום, כמו גם על פני שטח חם מחזורי חום מימי חום, כמו גם על פני שטח חם, כמו גם על פני השטח חם מחזורי חום, כמו גם על פני שטח חם מחזורי אוויר חם יותר, כמו גם על פני השטח.

גורמים מרכזיים וקונטריוטרים ללחץ הירומלי

הלחץ העשרי בתשתיות מתחת למים נגרם לעתים רחוקות על ידי מקור יחיד.במקום, הוא נובע מן העלפוזיציה של כמה קלטות תרמיות, כל אחת עם גודלה וקבוע הזמן שלה.הבנת תורמים אלה חיונית עבור יסוד סופי מודלים ובחירת אמצעי הקטנת מתאימים.

דור היט

בכבלי כוח צוללות גבוהים, Joule חימום מהמנצח והפסדים דיאלקטריים מעל הטמפרטורה הפנימית היטב מעל מי הים הממוקד. כבל HVDC טיפוסי עשוי לפעול עם טמפרטורה מנצחת של 70-90 מעלות צלזיוס תחת עומס מלא.עבור צינורות, הטמפרטורה של נוזל הכבל המועבר בשקע - לעתים קרובות 80-120 מעלות צלזיוס עבור שמן וגז - שולטות עומס תרמילציה מהירה כדי לפתח חום במהירות של חום וטמפרטורות מהירות במהלך מחזורי חום בטווח הארוך.

Seabed and Environmental Factors

  • (FLT:0)Gethermal ⁇ : FLT:1 באגן עמוק של סממנטרי, זרימת חום מן הפנים של כדור הארץ מחמם את קרקעית הים, צמצום ה ⁇ התרמית האפקטיבי בין המבנה וסביבתו.זה יכול למעשה להפחית את הלחץ במים עמוקים אבל יש לקחת בחשבון בתכנון - במיוחד באזורים כמו מפרץ מקסיקו שבו ⁇ mal יכול לעלות על 40 / C.
  • (FLT:0) עומק ונוקשות הקרקע: FIRLT:1 ; כיסוי סימנט פועל כשכבה מרתיעה המפחיתה את פערי הטמפרטורה שיא, אך גם מעצימה את התנועה, מגבירה את הלחץ האקסקלי לשינוי טמפרטורה נתון. Stiffers לכפות משמורת גבוהה יותר מאשר חולות רפות.
  • (FLT:0) לחץ הינדרטטי: FLT:1rea במעמקי 2000 מ', הלחץ עולה על 20 MPa. בעוד זה מדכא כמה אפקטים של התרחבות תרמית, הוא גם מקטין את הדלונות החומרית ויכול להאיץ את צמיחת העייפות בפלדה.האפקט המשולב של לחץ תרמי ולחץ גבוה הוא מוקד של מחקר מתמשך בעיצוב צינורות מים עמוקים.
  • (FLT:0) אוצ'אן הנוכחי variability:FreaLT:1 ; זרמי מים עמוקים משנים את ה-חום הכרוך בהעברה יעילה על פני השטח של המבנה.שינויים מהירים במהירות הנוכחית יוצרים אפקטים תרמיים המרבים את החדירה דרך החדירה ושכבות שריון, מה שגורם לנטיעת יתר.ב באזורים עם גלים פנימיים חזקים, כגון הים הדרומי, אלה יכולים להתרחש על פני תקופות תרמיות של מחזורים, על פני זמן רב.

מצבי כישלונות הקשורים ללחץ הירומלי

כאשר מתח תרמי אינו מנוהל כראוי, הוא מוביל למגוון מנגנוני כישלונות שיכולים להתפשר על שלמות מבנית, להפחית את חיי השירות ולגרום למקרים יקרים או מזיקים לסביבה.

Upheaval and Lateral Buckling in Pipelines

צינורות קבורה חשופים עומסים axial דחוס גבוה יכול לטבול אנכי, להרים את הצינור ואת יתר על הקרקע, תופעה המכונה זעזועים axiling. לחלופין, הצינור עלול נחש מאוחר יותר על פני קרקעית הים אם ההתנגדות המאוחרת יותר היא מספיק. Both מצבי גדילה מתקדמים כדי לחדד את הצינור כדי לכווץ מתחים מעבר לתשואות, המוביל לציפוי נזק, קריסה מקומית, פוטנציאל קרע אווירי עמוק לתוך צינורות מים קריטיים עמוק.

התנהגות Fatigue ו-Insulation Breakdown in Cables

בכבלי כוח צוללות, התרחבות תרמית חוזרת ו התכווצות לגרום למוליכים לבלוט אחד נגד השני, לייצר כתמים חמים מקומיים ועייפות מחוספסת.לאורך זמן, זה יכול להוביל להתנגדות מוגברת וכישלון חשמלי בסופו של דבר.ה בידוד, בדרך כלל מכווץ פוליאתילן (XLPE) או נייר מבוזר מסיבי, מתפתח מיקרו-קרס תחת לחץ חשמלי גבוה יותר, עלולה לגרום לפירוק של נוזל חשמלי גבוה יותר, או ל- 0.2 קליברלית גבוהה של מים.

אסטרטגיות לחיקוי: בחירה חומרית

הבחירה של חומרים בשלב העיצוב יש השפעה עמוקה על היכולת של מבנה תת-ימי לעמוד בלחץ תרמי.המטרה היא לבחור פלדות, ⁇ , פולימרים, ומדורגים המשלבים CTE נמוך עם כוח עייפות גבוה והתנגדות קורוזיה, תוך השארת עלות יעילה לסביבה התפעולית.

האותיות הקטנות של Cable Armor and Pipe Liners

Invar, סגסוגת ניקל-ברזל עם CTE של בערך 1.2 × 10-6 / ° C - בערך אחד אינטנסיבי של פלדה פחמן - משמש בחלקים קריטיים של שריון כבל וכחומר כלי ב צינורות עתירי טמפרטורה גבוהה שבו סגסוגת חלקיקים ממדית היא גם מול חומרים סטנדרטיים יותר, עמידות גבוהה של פחמן נמוך (HSLA) עם שכבת חמצן דקירה גבוהה עם שכבת חמצן נמוכה (C) לעתים קרובות יותר של פחמן CTEF) עם צריכת חמצן נמוך יותר (C) עם פחות מול צינורות נמוך יותר של פחמן נמוך יותר (C) עם פחות חזק) עם פחות מול צינורות CTE) נמוך יותר (C).

מערכות פולימר מתקדמות ו- Composite

כבלי כוח צוללות מודרניים מעסיקים ריבוי שכבות של XLPE ו ethylene propylene Diene monomer (EPDM) אשר שומרים על גמישות בטווח טמפרטורה רחב (בדרך כלל -40 מעלות C ל +90 ° C) עבור צינורות מים עמוקים, עומסי שיניים מלאים פוליפרן או ציפויים פוליאורטן לשרת תפקידים כפולים: הם מספקים בידוד תרמיים כדי להפחית את השכבה המוסית ולהפחית את המצופה מכחול ארוך (GPS) אך גם על ידי נוזל מתכתי תיבות של מתכת מבוזרים).

אסטרטגיות לחיקוי: עיצוב ומאמץ

גם עם חומרים מטובים, עיצוב גיאומטרי נשאר הכלי החזק ביותר לניהול התרחבות תרמית. במקום התנגדות נוקשה לתנועה, העיצובים הטובים ביותר מאפשרים עקירה מבוקרת, אשר שומרת על לחצים בתוך גבולות בטוחים.

Slack Loops ו-Extras

לולאות Slack - אורך כבל רוטה מונחה עדין S- או עקומות בצורת U על קרקעית הים - מתפקדת כמו ללומות ההתרחבות בצנרת מעל הקרקע. כאשר הכבלים מתחממת ומרחיבים, זה יכול להשתנות מאוחר יותר לתוך הלולאה, צמצום כוח סגסוגת C625s מדהים, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 זה חייב להיות מתוכנן כדי למנוע מתח מופרז למנוע קביעות עצמית כדי למנוע ⁇ ⁇ â â â â € â â ¢ ¢ ¢ בדרך כלל ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ⁇ ⁇ â ¢ ¢ ⁇ ⁇ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ¢ ¢ ⁇ ¢ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כיסוי קבורה וסלע אסטרטגי

הקבורה מספקת בידוד תרמי המפחית את הטמפרטורה הנשגבת של המבנה.כיסוי הקרקע של 1-2 מטר יכול לחסן תנודות טמפרטורה עונתיות על ידי כמה מעלות להאט את transients תרמי במהלך ההתחלה.המשקל הנוסף של הכיסוי גם מגביר את ההתנגדות מעליבת יתר על פני כדור הארץ, כאשר trenching אינו אפשרי - בשל נטיעת ים או סביבתיים - מופעלים עמוק יותר על פני שטח חום (Frmic) כגון לחץ קצר לחץ דם נמוך יותר מגובה על פני שטח חום (מחץ) או חסום).

אופטימיזציה של שיטות שימוש במודלים

תוכנה מודרנית תכנון נתיב משלבת נתונים טמפרטורה ברזולוציה גבוהה ממקורות כמו FLT:0NOAA ארכיונים טמפרטורת האוקיינוס טמפרטורות אוקיאנוסים 1, רחצה, סקרים גיאוטכניים, ומודלים נוכחיים האוקיינוס יכולים לזהות כתמים חמים תרמיים, אזורים עם קידודים חדים, ואזורים של שפעת גיאותרמית גבוהה, וסביבותיהם במקרים מסוימים, המציגים פרופיל תרמי דורש כעת הקלה על פני השטח של קרינה גמישה ללא לחץ דם גמישה.

מערכות ניהול פעיל ופסיביות

מעבר לחומרים וגיאומטריה, שליטה בטמפרטורה עצמה באמצעות מערכות ניהול תרמיות יכולה להפחית באופן דרמטי את רמות הלחץ. בידוד עוברי הוא הגישה הנפוצה ביותר, אך קירור פעיל משמש בתנאים קיצוניים.

טכנולוגיות שקיפות

ציפויי בידוד צוללת ממערכות רטובות (החל ישירות על המבנה וחשוף למים ים) לתצורה של צינורות-in-pipe (PiP) . במערכת PiP, צינור פנימי סגור על ידי צינור חיצוני מראש, יצירת מחסומים יבשים מלאים microgeling או Polyurethane. PiP להשיג העברות חום הכולל מתחת ל- 1 / mcicolic טמפרטורה נמוכה יותר, תוך שמירה על חום טמפרטורות נמוכות יותר.

קירור פעיל וחום מתפשט

קירור פעיל הוא פחות נפוץ בשל עלות גבוהה ומורכבות, אבל הוא מועסק במתקני דיוק או גבוהה עוצמה גבוהה. קומפקטי ים מים ים-מחליף חום משולב תחנות סיום כבל או עלייה צינורות יכול להסיר חום עודף לפני שהוא מתפשט לתוך העיגול הראשי של צינורות מים חמים, ללא מרווחים ארוכים, לאורך זמן קירור חום ארוך, ללא צינורות חום מתפרץ, 000 ארוך טווח ארוך טווח לחץ דם ארוך טווח, ללא מגבלות חום מתוחים בטווח הקצר.

פיקוח, חשדנות ותחזוקה חיזוי

הפחתה בלחץ הרחם אינה מסתיימת בהתקנה. ניטור רציף מאפשר למפעילים לזהות תנאים מתפתחים ולהתערב לפני שכישלון מתרחש.

טמפרטורה מפולגת ו-Strin Sensing

כבלים אופטיים סיבים יכולים להכפיל כמו חיישנים. Brillouin ו-Raman לפזר מערכות DTS מבוססות אספקת פרופילי טמפרטורה בזמן אמת לאורך כל אורך הצינור או כבל עם החלטה מרחבית ברמה מטר. כאשר בשילוב עם סיבים ספקטרום אופטיים של עשרות מדדים לזיהוי כתמים חמים ידועים (כגון ליד הרחבת מפרקים או באזור מגע), מפעילי יכולים לנגיש נזק מתמשך שנותר מערכות אלה כבר לאפשר התראה לייזרית על ידי CDC קצר יותר (ה) ו-ידי בקרה אוטומטית של אבטחה).

תאומים דיגיטליים לניתוח התרמו-מיכאני

תאום דיגיטלי - סימולציה חיה של הנכס הפיזי המזין כל הזמן על ידי נתוני חיישן - מאפשר למהנדסים לרוץ "מה אם" תרחישים לשינוי תנאי הפעלה.על ידי מודל ההתנהגות התרמית-מכנית בת הזוג, התאום יכול לחזות סיכון מתפתל, מומלץ מחזורי התחלה אופטימליים כדי למנוע זעזועים תרמיים, ולקבוע חלונות תוך תקופות של טמפרטורות מינימליות של מתח תרמי.

תקנות רגולטוריות והנחיות בתעשייה

ניהול מתח תרמי בתשתיות תת-ימי נתמך על ידי קבוצה חזקה של סטנדרטים בינלאומיים ושיטות מומלץ.העקביות הנרחבות ביותר מפורסמות על ידי DNV (DNV-RP-F105 עבור צינורות לטווח חופשי, DNV-ST-F101 עבור מערכות צינורות צוללות), ISO (28 סדרה עבור מערכות ייצור תת-ימיות), וועדת הגנת הכבלים הבינלאומית (PC) עבור טלקום וכוח אלה.

מחקרים על ההרחבה Thermal Stress Mitigation in Major Projects

פרויקטים בעולם האמיתי ממחישים כיצד האסטרטגיות המתוארות לעיל משולבות כדי להתגבר על אתגרים תרמיים חמורים.

Upheaval Buckling Control in the North Sea[עריכת קוד מקור | עריכה]

כמה צינורות גז עתירי גבוה הניחו בתחילת שנות ה -2000 על פני סידים קרחונים רדודים בים הצפוני מנוסים 010 מתפתל בתוך חודשים של עמלה.הצנרת - החל מ 80-90 מעלות צלזיוס - כוחות אקסקליביים יעילים ללכוד מחדש את הקיבולת של ריצוף מחזורי של אדמה חולית רופפת הגיבו על ידי הוספת כיסוי סלעי כדי להגביר את ההתנגדות על ידי גורם של שלוש קומפקטיות משולבות של טכניקות מחזוריות מאוחר יותר, אשר הופעלו של מחזוריות, 000, 000, אשר הופעלו מאוחר יותר, כמו גם על ידי התרחבות מחזוריות, 000 קומפקטיות, 000 קומפקטיות, 000.

מערכות טלקום עמוק במים ו-Thermal Stability

רשת ה-Sea-ME-WE המשתרעת על פני 30,000 ק"מ ברחבי הים התיכון, הים האדום, האוקיינוס ההודי ומזרח אסיה, חוצה אזורים של ריקנות תרמית אינטנסיבית, בים הערבי, טמפרטורות פני הים יכולות לעלות על 30 מעלות צלזיוס בקיץ, בעוד המים העמוקים נמצאים במרחק של 2C.הכבלים המופצים על פני שטח כפול כפול חזק של פלדה דו-חמצני, ו- 0.2 ק"מ-מ-ב-מ-מ-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-מ-מ-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-מ-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב

מגמות עתידיות ודרכים מחקר

טכנולוגיות מתפתחות מבטיחות להפחית עוד יותר את הפגיעות של תשתיות תת-ימיות ללחץ תרמי ולדחוף את הגבולות של טמפרטורות הפעלה ומעמקים.

  • (FLT:0) ⁇ זיכרון של אשפה: 1FLT:1 ניקל-טיניום (NiTi) ⁇ s אשר יכול לשחזר מעיוותים לא-רשמיים לאחר חימום יכול ליצור מפרקי הרחבה או קלמפים אשר דורשים שום קידוד ידני לאחר אירוע תרמי. Prototype NiTiows הראו את היכולת לקלוט מעל 10 ס"מ של עקירה אקסקלית וחזרה מקורית לחום לאחר מחזור חום.
  • (FLT:0) חומרים של קידוד: קיד 1 (microcapsule מבוסס ריפוי סוכנים משובצים בציפוי צינורות או בידוד כבל מופעלים על ידי קידוד, שחרור פולימר אשר חותם את ה fissure לפני שהוא מתפשר את היושרה המבנית. Tests הראו שיקום של עד 80% של התנגדות בידוד מקורי ב XLPE עבור פלדה, אתרי סגסוגת עצמית המכילים ציפויים מיקרוסקופיים המכילים microacrossceptation יכול להיות סגסוגת.
  • (FLT:0) מונעים תרופות צמחיות: מודלים של למידת מכונות מאומן על עשרות שנים של טמפרטורה אוקיאנוסית, נתונים נוכחיים, מרחץ יכולים לחזות סיכון תרמי לאורך נתיבים המוצעים עם פתרון מרחבי גבוה יותר מאשר מודלים המבוססים על פיסיקה בלבד.זה מאפשר זיהוי מוקדם של אזורים בעייתיים לפני עלויות סקר מפורטות נמצאים בסכנה.
  • (FLT:0) אחסון אנרגיה במים: FLT:1 סוללות Co-locating או אחסון אוויר דחוס ליד חוף כבל קצה יכול להחליק את הדור המתחדש לסירוגין ולהקטין את האמרה של אופניים תרמיים בכבל השידור על ידי יותר מ -50%, להאריך את חיי בידוד. גישה זו נחשבת למרכז הרוחות המאורגן המוצע בנורווגיה.

בעוד רבים מהמושגים האלה נשארים בשלב המחקר או הפיילוט, השילוב שלהם לתוך שיטות הנדסה תת-ימי יכול לעצב מחדש סטנדרטים עיצוב לאורך העשור הבא, המאפשרים מתקנים עמוקים יותר, חמים יותר, וארוכים יותר של פרויקטים משותפים בין התעשייה לאקדמיה, כגון ניהול תת-קרקעי JIP, הם אימות פעיל טכנולוגיות אלה בתנאים עמוקים-ים.

מסקנה

הלחץ הרציני הוא תוצאה בלתי נמנעת של תשתיות תת-ימיות הפועלות בסביבה דינמית תרמית.אם נותרו ללא תיקון, הוא מוביל לעייפות סדקים, מבזבזת, וכישלון בידוד - מסכנ את האמינות התקשורת העולמית ורשתות האנרגיה שהכלכלות המודרניות תלויות בהם.התעשייה הגיבה עם ערכת חומרים מחוסמת יותר של מים: חומרים המונדסים להתרחבות נמוכה ותרמית, עיצובים שמאפשרים לשלוט, ואסטרטגיות מתוחכמות, ואקטיביות, ופעולות הפעלה קצרות וגמישות, תוך כדי לחץ על ידי תאים גמישות, תוך כדי לחץ על פני השטח, ופעולות אלה, תוך כדי לחץ על פני השטח, תוך כדי לחץ חיצוני מתמשך, תוך כדי לחץ על ידי מערכות הפעלה מחדש של תאים גמישים, תוך כדי לחץ על ידי תאים גמישים, תוך כדי לחץ על ידי תאים גמישים, תוך כדי לחץ על ידי תאים גמישים, תוך כדי לחץ על ידי מערכות הפעלה מחדש של תאים גמישים, ופעולות של מערכות הפעלה מחדש של תאים גמישים, תוך כדי לחץ על ידי מחזור חיים, רק על ידי תאים גמישים, רק על ידי מערכות הפעלה מחדש של תאים גמישים, תוך שמירה על פני השטח, תוך כדי לחץ חיצוני, תוך כדי לחץ על פני השטח, תוך כדי לחץ חיצוני, רק על פני השטח, ו