Wednesday, December 21, 2016

DP vessels مراكب التمركز الديناميكي


مراكب التمركز الديناميكي
Dynamic Positioning Vessels





تمثل المراكب والهياكل العائمة جزءا هاما من صناعة البترول والغاز وخاصة فيما يتعلق بمرحلة الإنشاءات والتركيبات installation وأيضا فى المراحل اللاحقة للتشغيل فيما يتعلق بالتفتيش الهندسي والصيانة والإصلاح. IMR Inspection Maintenance and Repair

عند العمل فى المياه الضحلة فإنه يمكن تحقيق تمركزالمركب وتثبيتها فى موضعها عن طريق المخاطيف Anchors





ومع تطور فرع هندسة المياه العميقة وبدأ العمل فى مياه أكثر عمقا  لا يمكن معها استعمال المخاطيف ظهرت الحاجة إلى تحقيق تمركز للمنصات والمراكب خاصة التى تقوم بأعمال التركيبات والصيانات. ومن هنا ظهرت أنظمة التمركز الديناميكي 
Dynamic positioning systems 

وتعرف اختصارا ب DP systems.


تعريف نظام التمركز الديناميكي DP system

هو نظام متحكم به عن طريق الكمبيوتر للحفاظ على موضع واتجاه المركب أوتوماتيكيا عن طريق دفاعات المركب.  يتم تغذية الكمبيوتر بنوعين من البيانات:
1-بيانات خاصة بالعوامل البيئية المحيطة بالمركب
2-بيانات خاصة بحساب إنحراف المركب عن الموضع أو الإتجاه المراد الثبات عليه.

 ويتم ذلك عن طريق الحساسات التالية : حساسات قياس شدة واتجاه الريح ، حساسات الحركة،  حساسات الإنحراف عن الموضع وكذلك البوصلة. كل هذه البيانات تمكن الكومبيوتر من حساب المؤثرات البيئية المحيطة بالمركب وعمل نموذج رياضي لها ومن ثم معادلتها عن طريق توفيرقوة دفع مساوية فى المقدار ومضادة فى الإتجاه وبالتالى تحقيق ثبات المركب دون إنحراف عن الموضع والإتجاه الذى تم تحديده. 

التطبيقات والاستخدامات 

فيما يلي أهم الاستخدامات لنظام التمركز الدنياميكي DP


Cable-laying  مراكب ومنصات إنزال الكابلات

 
Crane vessels المراكب المزدوة بأوناش



 المراكب الداعمة للغطس والمركبات المتحكم بها عن بُعد 
Diving support and ROV vessels



Dredging مراكب التعميق البحري

Drillships المراكب المزودة بآلات حفر



FPSOs  مراكب الإنتاج والتخزين والتحميل العائمة



Flotels الفنادق العائمة

Maritime research مراكب الأبحاث البحرية

Mine sweepers كاسحات الألغام

Pipe-laying ship مراكب إنزال خطوط الأنابيب



Platform supply vessels مراكب تموين المنصات البحرية

Survey ships مراكب المسح


حركة المركب

للمركب -وكأي جسم فى الفراغ- حركة فى الأبعاد الثلاثة، اتجاهات س،ص،ع  (طول وعرض وارتفاع) وللمركب ست درجات من الحرية فى الحركة 6 degrees of freedom. ثلاث منها حركات تغير الموضع وثلاث منها حركات دورانية.

حركات تغيير الموضع

surge الحركة للأمام والخلف
sway الحركة للجانب الأيمن والأيسر
heave الحركة لأعلى وأسفل

حركات الدوران

الدوران حول محور الحركة للامام والخلف roll
الدوران حول محور الحركة للجانبين pitch
الدوران حول محور الحركة لأعلى وأسفل yaw


ويختص نظام التمركز الديناميكي بتحقيق الثبات فى اتجاهات ال Surge ، Sway and Yaw. ال surge وال sawy متعلقين بموقع المركب وال yaw متعلق باتجاه المركب





يمكن تبسيط نظام التمركز الديناميكى DP system بتقسيمه إلى ثلاث اجزاء رئيسية متساوية فى الأهمية

1- حساسات وأجهزة استشعار sensors ونظم مرجعية reference system
2- كمبيوتر ونظام تحكم contorl system
3- دَفاعات thrusters




من أهم مدخلات نظام التمركز الموضعي هو النظام المرجعي reference system، وللحفاظ على المركب فى موضع واتجاه ثابت يجب تحديد هذا الموقع والإتجاه بالنسبة إلى شئ آخر. بمعنى آخر مرجع تقارن أجهزة المركب موضعها بالنسبة له وتقوم بتصحيح موضعها إذا حدث إنحراف عنه. ومن أنواع هذا المرجع

1- نظام ال DGPS 



يعد نظام تحديد المواقع المعروف GPS غير مناسبا لتطبيقات التمركز الديناميكي لعدم دقته الكافية، وبالتالى يتم تحسين دقته عن طريق محطات أرضية معروفة الإحداثيات، تقوم بمقارنة إحداثيات المحطة المعروفة مسبقا بإحداثيات نظام ال GPS . ثم يتم إرسال قيمة التصحيح إلى جهاز الإستقبال الموجود على مراكب التمركز الموضعي.  وهذا سبب تسميته Differential حيث يتم حساب الفارق بين موقع المحطات الأرضية وقراءات الGPS. يقوم نظام ال DGPS بحساب أى انحراف عن الموقع المراد الثبات عليه وبين الموقع الحالي للمركب وتغذية نظام ال DP به.



2-نظام ال HIPAP
High accuracy acoustic positioning
نظام التمركز الصوتي عالي الدقة


وفي هذا النظام يتم تثبيت أحد الأجهزة التى تصدر موجات صوتيه في قاع البحر، ويقوم هذه الجهاز بإرسال الموجات الصوتية بصوة منتظمة يلتقطها جهاز آخر مثبت فى باطن المركب من الأسفل. وعند حدوث حركة للمركب او إنحراف عن الموضع تتغير زاوية استقبال تلك الموجات ويتم تغذية نظام ال DP بقيم هذه الإنحرافات حتي يعمل على تصحيحها.


3-نظام ال Tout wire



وهو عبارة عن ثقل مثبت فى قاع البحر متصل بحبل معدني متصل بسطح المركب. عند حدوث حركة للمركب تتغير زاوية الشد فى الحبل وكذلك طول الحبل الخارج من الجهاز، يتم ترجمة هذه القيم إلى قيمة إنحراف المركب عن موضعها الأساسي ويتم تغذية نظام ال DP بهذه القيم حتى يعمل على تصحيحها. 


4- نظام البوصلة Gyrocompas

وهو مختص بتحديد إتجاه المركب بالدرجات وكذلك حساب إى تغير أو إنحراف في إتجاه المركب وتغذية نظام ال DP به

5- نظام Fanbeam and CyScan


وهو نظام يتم استخدامه عند العمل بجوار منصات ثابتة، وهو مكون من جهاز ليزر مثبت بالمركب وعاكس يتم تثبيته على الجسم الثابت. يقوم الليزر بإرسال شعاع واستقبال الإنعكاس ومن ثم الحفاظ على موقع المركب بالنسبة للمنصة الثابتة.

هذا بالإضافة إلى العديد من النظم المرجعية الأخرى المشابهة والتى تعتمد على الرادر مثل نظام Artemis، أو نظام DARPS والذي يقوم بمقارنة موقع المركب بموقع مركب آخر مجاور له وحساب الإنحراف النسبي بين المركبين.

أما بالنسبة لأجهزة الإستشعار الخاصة بالمركب فيمكن حصرها فيما يلي:

1- حساسات شدة وإتجاه الريح
2- حساسات الحركة  وتقوم بحساب حركات المركب التالية (Pitch، Roll and Heave)

وكما سبق توضيحه فإن كل تلك البيانات يتم إدخالها لنظام ال DP حيث يقوم بعمل نموذج رياضى لموقع المركب وحركته والعوامل المؤثرة عليه. ومن ثم إعطاء أوامر لأجهزة الدفع الخاصة بالمركب لمعادلتها من أجل الحفاظ على الموضع.

هناك العديد من الطرازات الخاصة بنظام الDP وكلما زادت خطورة ودقة الوظيفة التى تقوم بها مركب زادت الحاجة إلى وجود نظم احتياطية Back up systems بحيث إذا تعطل أى نظام استشعار أو جهاز دفع تحافظ المركب على موضعها دون تغير عن طريق النظم الإحتياطية. يتم الإشارة إلى طرازات ال DP بالأرقام كما يلي:

1- نظام DP1 وفيه لا يوجد نظم احتياطيه.

2-نظام DP2 مزود بنظم احتياطية، وفى حالة حدوث عطل واحد بأى من الأنظمة تستطيع المركب الحفاظ على موضعها.

3-نظام DP3 وهو مزود أيضا بنظم إحتياطية. ويمكنه الحفاظ على موضع المركب حتى في حالة حدوث غرق أو احتراق فى أحد أجزاءه.

تم التعرض فى هذه المقالة بصورة عامة لنظام التمركز الموضعي وأهميته وكيفية عمله، وكذلك أهم عناصره ومكوناته. ويمكن الآن فهم دور هذا النظام فى جعل القيام بأعمال التركيبات والإصلاحات فى المياه العميقة ممكنا.



المصادر

http://www.slideshare.net/khnks/dp-presentation-2755758
https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_positioning