Assessment · Industry Code · Offshore Structure

A Note on Offshore Air Gap Requirement


A Note on Offshore Air Gap Requirement

K.Kurojjanawong

11-Jan-2018

ผมเห็นมีคนแชร์ (ผมตัดโลโก้เค้าออก เพื่อไม่ให้เสียมารยาทเกินไป) อยู่ในโซเชียลเน็ตเวิร์คหนึ่ง และมันไม่ถูกต้องสักเท่าไร เลยอยากจะชี้ให้ดูว่าคนเข้าใจผิดกันเยอะขนาดไหน ทั้งที่มันเป็นเรื่องที่สำคัญที่สุดก็ว่าได้ การที่คลื่นขึ้นไม่ถึง Topside เป็นสาเหตุสำคัญที่สุดที่ทำให้แท่นในอ่าวไทยรอดจากพายุปาบึกมาได้ ถ้าถึงเมื่อไรอาจจะได้เห็น End Game แบบ ดิ แอดเวนเจอร์ (ก็ไม่ทั้งหมด บางตัวยังมีกำลังแฝง ขึ้นถึงก็ยังพอรับได้ แต่ตัวเล็กๆทั้งหลายอาจจะไม่รอด)

1 ) สมัยก่อน ตั้งแต่ API RP2A 21st Ed ลงไป เค้าคำนวณ Crest Height จาก n-year Extreme Wave Height ตอนนี้ เทรนมันเปลี่ยนไปหมดแล้ว ISO, NORSOK, DNV เปลี่ยนไปใช้ n-year Extreme Crest Height กันมากว่า 10 ปีแล้ว และ API คือโค๊ดอเมริกัน ที่ห่วยและล้าที่สุด เปลี่ยนหลังเค้า เพิ่งเปลี่ยนเมื่อสัก 5 ปี ที่ผ่านมา

2 ) n-Year Extreme Crest Height มาจากการคำนวณทางสถิติ จากการที่เค้าพบว่า เกิดคลื่นขึ้นถึงหัวโครงสร้าง (Topside) หลังเกิด Hurricane ทั้ง Andrew, Ivan, Katrina, Rita ในอ่าวเม็กซิโกที่ล้มโครงสร้างได้ จากการชกที่หัว (Wave-In-Deck) ทั้งที่กำหนดความสูงส่วนหัวจากการคำนวณความสูงหัวคลื่น (Crest Height) ผ่านค่าสถิติของความสูงคลื่น (n-Year Extreme Wave Height)

จากนั้นใน Industry เริ่มเปลี่ยนมาใช้ ค่าสถิติของความสูงคลื่นโดยตรง (n-Year Extreme Crest Height)

ดังนั้น มาตรฐานในปัจจุบัน ทุกประเทศ การคำนวน Air Gap นั้นต้องใช้ ค่า Extreme Statistic ของ ”ความสูงหัวคลื่น (Crest Height)” ไม่ใช่ ค่าสถิติของ “ความสูงคลื่น (Wave Height)”

เช่น ค่าสถิติของความสูงหัวคลื่นคาบ 100 ปี (100Yrs Crest Height) อาจจะได้ 12 ม จากระดับน้ำอ้างอิง แต่ค่าสถิติของความสูงคลื่นคาบ 100 ปี (100Yrs Wave Height) คือ 18ม และคำนวณตามทฤษฎีคลื่นได้ความสูงหัวคลื่น (Crest Height from 100Yrs Wave Height) คือ 11.7ม

จะเห็นว่า ค่า Crest Height ที่คำนวณจาก Extreme Statistic Wave Height นั้น ได้ 11.7ม ต่ำกว่าที่ควรจะเป็นคือ 12ม

หรือพูดง่ายๆ Crest Height ต้องมาจากการคำนวณทางสถิติโดยตรง ไม่ใช่มาจากการคำนวณแบบอ้อมจากความสูงคลื่น

ดังนั้นในรูปไม่ถูกต้องเพราะคำนวณจาก n-Year Extreme Wave Height มันจะไม่ได้ n-Year Extreme Wave Crest Height หรือ คลื่นความสูงคาบ 100 ปี ไม่จำเป็นต้องให้ ความสูงหัวคลื่นคาบ 100 ปี อาจจะกลายเป็นความสูงหัวคลื่นคาบ 90 ปี แทน ซึ่งจะ Underdesign

3 ) กรณีไม่มีข้อมูลก็อาจจะอนุโลมให้คำนวณ n-Year Crest Height จาก n-Year Wave Height นั้น (ไม่มีในโค๊ด ต้องตกลงกับเจ้าของงานเอง แต่ระวัง 3rd Party Checker จะไม่ยอม)

ปกติพวก n-Year Extreme Wave Height ที่สูงมากๆ ที่เอามาใช้กำหนด Air gap นั้น เช่น คาบ 100ปี หรือ 10000ปี นั้น หารสองแบบในรูปไม่ได้ด้วย เพราะจะไม่ใช่ Linear Wave (Airy wave) ที่เป็น Sinusoidal wave แต่มีความเป็น Nonlinear คือ ยอดสูง ท้องแบน (ยิ่งน้ำตื้นๆ หัวจะยิ่งสูง อาจจะถึง 80% ของความสูงคลื่นทั้งหมด ถ้าไม่ Break ก่อน) หรือ หัวคลื่น วัดจากระดับน้ำจะสูงกว่าท้องคลื่น ความความสูงหัวคลื่น (Crest Height) รวมกับความสูงท้องคลื่น (Trough Height) จะเท่ากับหนึ่งลูกคลื่นสูงเท่ากับ Wave Height (H)

ดังนั้นทำแบบในรูป คือเอาความสูงคลื่นหารสองจะได้ระดับของ Topside หรือ Deck Underside ต่ำกว่าที่ควรจะเป็น ยังไม่นับว่ามันไม่ใช่ n-Year Crest Height จริง ดังนั้นมัน Underdesign 2 เด้งเลย ทำให้เกิดความเสี่ยงในการที่จะโดน Extreme wave กระแทกที่หัวโครงสร้าง (Wave In Deck) และวิบัติได้ ซึ่งเกิดเยอะมากจากสถิติที่เค้าเก็บมาหลัง เฮอริเคน เข้าไปในอ่าวเม็กซิโกเมื่อหลายปีก่อน

4 ) n-Year Return Period ของคลื่นที่ใช้คำนวณ Air gap และ Minimum Deck Underside (จุดต่ำสุดของ Topside ต้องเป็นท้องของคานตัวที่ลึกที่สุด หรือ ท้องของท่อใต้ชั้นต่ำสุด กรณีที่ห้อยลงมาใต้ Deck) ปกติแล้วแต่ว่าใช้โค๊ดอะไร

– API RP 2A ตั้งแต่ 21Ed. ลงไป ใช้ คาบ 100 ปี + 1.5ม เป็นวิธีโบราณ เลิกนิยมไปแล้ว ปัจจุบันใช้ n-Year Extreme Crest Height กำหนด ตรงๆ เลย

– API RP 2A ปัจจุบัน คือ 22Ed. ต้องใช้คู่กับ API RP 2MET ตอนนี้ให้ใช้ คาบ อย่างน้อย 1000 ปี ไม่มี Air Gap หรือ จริงๆ ก็คือ คาบ 100 ปี บวก Air Gap ประมาณหนึ่ง ซึ่งไม่คงที่ แต่ละบริเวณไม่เท่ากัน

ดังนั้นโครงสร้างออกแบบด้านกำลังที่คาบ 50 ปี แต่การกำหนด Deck Elevation ต้องใช้คาบ 1000 ปี หรือ อีกนัยหนึ่ง คือ การใช้ คาบ 100 ปี บวก 1.5 ม สมัยก่อน มันจะไปตกประมาณคาบ 1000 ปี ในอ่าวเม็กซิโก แต่ มันอาจจะต่ำไปสำหรับ บริเวณอื่นที่ 1.5ม Air Gap นั้นอาจจะไม่เพียงพอ ถ้า Hazard Curve ของคลื่นมันราบมาก

– ISO, NORSOK, DNV ให้ใช้ค่ามากสุดของคาบ 100 ปี + 1.5ม, 1.3*คาบ 100ปี และ 10000 ปี ในการกำหนด Deck Elevation จะเห็นว่าสามโค๊ดนี้ Minimum Deck Underside ต้องสูงกว่าหัวคลื่น 10000 ปี เป็นอย่างน้อย

5 ) การคำนวณ Minimum Deck Underside ต้องคำนึงถึง Uncertainty ที่เป็นไปได้ทั้งหมด เช่น Platform Settlement, Resivior Subsidence, Water Depth Inaccuracy, Tide, Long Term Sea Water Rise (Global Warming Effect)

6 ) มันเป็นการคำนวณง่ายๆ แค่บวกลบคูณหารกันธรรมดา แต่สำคัญที่สุด สามารถชี้เป็นชี้ตายโครงสร้างได้เลย มากกว่า การคำนวณ Fancy Analysis อย่าง Fatigue, Time Domain Wave หรืออะไรก็ตามที่ดูน่าสนใจ แต่ทำผิดก็ไม่พัง ส่วน Air Gap นั้นง่าย แต่สำคัญที่สุด แต่คนมักจะไม่เข้าใจและละเลยในรายละเอียด ทำให้พาโครงสร้างไปอยู่ในความเสี่ยงโดยไม่จำเป็น

7 ) พึงระลึกไว้ว่าคลื่นทะเลนั้น ไม่เหมือนลม หรือแผ่นดินไหว ในน้ำนั้นพื้นที่รับแรงไม่คงที่ด้วย Return Period สูงขึ้น ไม่ใช่แค่แรงดันเพิ่มขึ้น แต่ พื้นที่รับแรงมันสูงขึ้นด้วย เพราะยอดคลื่นสูงขึ้น งั้นมันพันกันแบบยุ่งไปหมด แรงถึงวิ่งขึ้นเร็วมาก ถ้าขึ้นถึงหัวได้เมื่อไร พื้นที่รับแรงมหาศาลทันที เพราะมีอุปกรณ์วางขวางไปหมด จากสถิติ และ รายงานมีโครงสร้างพัง แบบหัวหลุดออกมาจากฐาน หรือหักกลางเลยก็มี จากการที่ เฮอริเคน เข้ามาจนมีคลื่นสูงเกินที่ประมาณไว้

การทำ Wave Pushover มันเลยใส่เป็น Force Incremental ไม่ได้ (ทำได้ แต่จะถือว่าเป็นการประมาณเท่านั้น) เพราะ Force Profile มันขยับขึ้นสูงตามความสูงคลื่นด้วย ไม่เหมือนลม ที่กระทำเต็มหน้าอาคารแล้วก็แรงขึ้นเรื่อยๆ แต่ พท รับแรงยังเท่าเดิม

8 ) ใน มยผ เรื่องออกแบบโครงสร้างรับสึนามิ เค้าถึงเขียนบอกว่าให้ออกแบบกำแพงชั้นล่างที่แรงค่าหนึ่ง จากนั้น ให้พัง คือต้องการให้กำแพงพัง เพื่อลดแรงจากน้ำ ซึ่งคือเรื่องเดียวกัน อย่างที่บอกบ่อยๆ Drag Load เหมือนกันระหว่าง ลม กับ น้ำ นั้น น้ำน่ากลัวกว่าเยอะ เพราะความหนาแน่นสูงกว่าลมเกือบพันเท่า เคลื่อนช้าแต่พลังมหาศาล ใครคิดจะออกแบบสู้น้ำนั้น โง่มากๆ ควรสู้เท่าที่สู้ได้ คือ วางแค่เสาเล็กๆ ในน้ำ ให้มีขาให้ยืนได้ มีพื้นที่รับแรงต่ำๆ จากนั้นให้ยกหนี ครับ นี่คือการอยู่กับน้ำที่ฉลาด จะเห็นแท่นในบริเวณคลื่นสูงๆ อย่างทะเลเหนือ เค้ายกหัวขึ้นสูงขนาดไหน เพื่อหนีคลื่น จน Boatlanding ไม่มี ต้องเข้าออกด้วย Helicopter อย่างเดียว

ถ้าเราไปเที่ยวทะเล ยืนแถวริมหาด มีคลื่น ถ้าน้ำตื้นๆ แค่เข่าเราจะยืนได้ เพราะ พท รับแรงแค่ขา ถ้าเราย่อตัวให้ลำตัวจมน้ำ เราอาจจะหงายหลังได้ เพราะ พท รับแรงมันมากขึ้น

ถ้ากลับไปดูรูปสึนามิ ปี 2547 อาคารที่ไม่พัง คืออาคารที่กำแพงแตกก่อน เช่น พวก กำแพงก่ออิฐ ส่วน อาคารดีๆ กำแพงคอนกรีตหนาๆนั้นพังเรียบ เพราะแข็งเกินไป รับแรงมาเยอะ แล้วถ่ายเข้าเสาจนรับไม่ได้

9 ) ทุกวันนี้การกำหนด Deck Elevation ใช้ n-Year Wave Crest Height แต่ออกแบบโครงสร้างยังใช้วิธี Design Wave แบบ n-Years Wave Height ซึ่ง จะชดเชยกันด้วย การใช้ค่าสถิติแบบ 90% Level of Confidence ของ Wave Period หรือ ที่ Percentile 5 และ 95 จากการศึกษาแรงที่ได้จะครอบคลุมค่าของ n-Year Wave Crest Height ได้ (อันนี้แถวบ้านเรารวมไปถึงประเทศเพื่อนบ้านไม่ยอมทำกัน เพราะว่าไม่เข้าใจหลักการ ใช้แต่ Mean Period กัน งั้นจะ Under design ได้)

ดังนั้น คลื่นที่หนึ่งความสูง อาจจะต้องคิด อย่างน้อยสองคาบ (P5 & P95) หรืออาจจะเพิ่มคาบที่ P50 เข้ามาด้วยเป็นสามคาบ หรือ ง่ายๆ บ้านเราทำกันกี่เคส ให้เอาสามคูณเข้าไป

ตอนนี้นอร์เวย์ คือ NORSOK (เป็นโค๊ดสำหรับ Offshore Structure ที่ก้าวหน้าที่สุดในโลก) ตั้งแต่ปี 2017 เปลี่ยนจากการใช้ Design Wave Method แบบ n-Year Wave Height เป็น n-Year Wave Crest แทน ดังนั้น Metocean Report เค้าจะให้ ค่า Crest Height แทนที่จะให้ Wave Height จึงไม่ต้องคิด 90% Level of Confidence ของ Wave Period อีกต่อไป แต่ใช้ P50 หรือ Mean Period ได้เลย

ต่อไป โปรแกรมทั้งหลายต้องเปลี่ยนการอินพุตตามด้วยจากใส่ Wave Height เป็นใส่ Crest Height แทน

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s