MORSKE TEHNOLOGIJE

MORSKE TEHNOLOGIJEOdobalne tehnologije

Predavanje 9Doc.dr.sc. Gorana Jelić Mrčelić

Odobalne tehnologije (eng. Offshore technologies)

Engleska riječ Offshore ima dva značenja:• fizički - na moru udaljeno od obale (odobalno)• financijski – eng. low tax jurisdictions on off-shore islands -

relativan izraz koji označava države s niskim porezima u kojima je pogodno osnivati fiktivne firme (eng. letterbox companies)

Odobalne industrije

Pripadaju MT jer iskorištavaju prednost odvijanja tehnoloških procesa u morskom okolišu zbog:

• pomanjkanja raspoloživog prostora na kopnu,• ekoloških ograničenja na kopnu,• pomanjkanja kvalificirane radne snage,• postizanja mobilnosti,• ubrzanja izgradnje industrijskih postrojenja.

Kolijevka odobalne industrije je Meksički zaljev (Gulf of Mexico).

1. Plutajuće tvornice

To su industrijski objekti koji se ističu svojstvom plovnosti, bez obzira na njihovu namjenu, a tu se ubrajaju i oni objekti koji nemaju funkcije pretvaranja sirovina, već su, primjerice, namijenjeni istraživanju i eksploataciji sirovina u podmorju, npr. bušeće platforme, objekti za podmorsko rudarenje i sl.

Od 1959 do 1985 izrađeno je više od četrdeset projekata plutajućih tvornica u užem smislu (bez platformi i brodova za kopanje i bušenje) za različite namjene.

Prema njihovoj općoj namjeni mogu se podijeliti u:

1. energetska postrojenja (elektrane)2. procesna postrojenja – proizvodnja sirovine (tvornice

kemijske industrije, tvornice cementa, celuloze, postrojenja za regasifikaciju plina, desalinizacijska postrojenja i dr. )

3. tvornice prerađivačke industrije – prerada sirovine (objekti teške industrije (čeličane, tvornice oružja i municije, i dr.) i lake industrije (pilane, tvornice šperploče, papira, tekstila, gume i dr.)).

Prema izvedbi mogu se podijeliti:1. barže (najčešće korištene),2. pontoni (vezani za obalu),3. platforme (samopodižuće, poluuronjive),4. brodovi i brodoliki objekti.

Prema uvjetima okruženja za vrijeme eksploatacije objekta mogu se podijeliti:

1. objekti za eksploataciju u otvorenom akvatoriju (u plovidbi, na vezu ili dinamičko pozicionirani),

2. za eksploataciju u zaklonjenim vodama.

Prednosti:• lokacijska fleksibilnost (mobilnost) - mogućnost

eksploatacije postrojenja na više lokacija, prema potrebama, ovisno o energetskim i sirovinskim izvorima;

• uštede ukupnog ciklusa gradnje – mogućnost gradnje u brodogradilištu uz kontinuirano korištenje raspoloživih proizvodnih kapaciteta, sredstava rada i tehničkih uređaja: – vremenske uštede od 20% do 40% ukupnog ciklusa

gradnje istih objekata u klasičnim uvjetima,– cijena koštanja je za 10% do 20% manja od cijene

objekta podignutog na kopnu konvencionalnim sistemom,

– mogućnost osiguranja visoke kvalitete objekta.

Prednosti plutajućih tvornica u troškovnom pogledu nad objektima koji se grade na udaljenim lokacijama:

• udaljene i negostoljubive lokacije povećavaju troškove gradnje zbog angažiranja radne snage iz drugih sredina;

• izvor dodatnih troškova, često i zakašnjenja je uskladištenje opreme na lokaciji gradnje;

• troškovi gradnje industrijskih objekata u nerazvijenim zemljama povećavaju se zbog potpune odsutnosti infrastrukture, zbog pomanjkanja radne snage i tehnološke opreme;

• može se u brodogradilištu obaviti preliminarno puštanje objekta u pokusni pogon, tako da postoji mogućnost ispitivanja kompletnih sistema tvornice prije isporuke objekta na mjesto eksploatacije.

Nedostaci: • Za njihovu gradnbju potreban je viši stupanj inženjerskih

ekspertiza i analize rizika jer se u nekim procesnim postrojenjima koriste tehnološki procesi koji su osjetljivi na gibanja kojima podliježe objekt u akvatoriju, pa su potrebna znatna investicijska sredstva prilikom realizacije projekta.

2. Morske nastambe i potrebna komunalna djelatnost

Odobalni urbanizam rješava probleme: • specijalnog prijevoza, • nedostatka prostora za konvencionalne komunalne

djelatnosti (aerodromi, skladišta i sl.) i • ekološke probleme...

Vrste objekata:• umjetni otok - objekt na čeličnoj ili

betonskoj konstrukciji oslonjenoj o morsko dno

• objekt usidren u blizini obale• objekt privezan uz obalu• objekt nasukan na obali

Studentski dom u Zwolle, Netherlands

Prednosti:• mobilnost - objekti se mogu premještati (plutajući hoteli

(Floateli), plutajuće nastambe, bolnice, opservacijske i istraživačke stanice, garaže, skladišta, prodavaonice)

• vremenske i financijske uštede - objekti se grade u proizvodnim pogonima što pojeftinjuje objekt, osigurava kvalitetu i standardizaciju, te skraćuje vrijeme izgradnje;

• rješava problem nedostatka prostora i mogućnost uključivanja u postojeću infrastrukturu - ukoliko postoji potreba za pratećim postrojenjima u funkciji komunalne djelatnosti mogu se sagraditi novi prostori u blizini postojeće obalne urbanizirane sredine i;

• jamstvo - privlačno rješenje s obzirom na investicije jer investitor može pružiti dodatne garancije na pokretnu imovinu.

Umjetni otoci

Grade se uglavnom na grebenima ili kao proširenja otočića, uobičajeno od zemlje dobivene iskopavanjem.

U novije doba rade se slično naftnim platformama, no nije usaglašeno da li se ovakve strukture smatraju umjetnim otocima.

Od prethistorije poznati plutajući otoci na jezeru Titicaca.

Uros island - Titicaca

Tenochtitlan – umjetni otok za 250,000 ljudi

Dejima – nizozemska kolonija – izoliran od susjednog Nagasakija

Formoza (Gdynia)

Umjetni otoci kroz povijest

Moderni umjetni otoci

• 1975 u blizini otoka Okinawe u Japanu izgrađen je prvi plutajući grad Aquapolis;

• 1994 izgrađen je u Japanu prvi seadrom Kansai International Airport, a danas postoji 5 offshore aerodroma u Japanu;

• Dubai:– Palm Islands projects - tri umjetna otoka – Dubai Waterfront - za 400,000 ljudi – The World

Chūbu Centrair International Airport

• 5.5 milijarde €• gradio se 5 godina• oblik slova "D" – da ne ometa struje

The Palm Jumeirah

• izgrađen nasipavanjem stijena i pijeska • preko 100 luksuznih hotela, vila, marina, parkova, restorana,

trgovačkih centara, sportskih terena i toplica• po površini veći od Pariza• bit će potpuno završen za 10k godina

The World

• oblik kontinenata• 250 to 300 malih privatnih

umjetnih otoka• $1.8 milijardi USD

Politički status

Bilo koja država može sagraditi umjetni otok izvan nacionalnih voda.

Prema UN konvenciji o pravu mora (United Nations Convention on the Law of the Sea treaty UNCLOS) umjetni otoci smatraju se lučkim građevinama i nalaze se pod jurisdikcijom najbliže obalne države unutar 200 NM, ali nemaju vlastite teritorijalne vode ni gospodarski pojas.

3. Podvodni habitati (eng. underwater habitat)

Namijenjeni su uglavnom za istraživačke svrhe. Posada se naziva aquanautima, ukoliko provede više od 24 sata u podvodnom habitatu (analogija s astronautima).

Vrste podvodnih habitata:1. Pritisak unutar habitata je identičan vanjskom tlaku (npr.

SEALAB);2. Pritisak niži od vanjskog tlaka (npr. Aquarius laboratory);3. Kombinacija – neke komore pod istim, a neke pod nižim

tlakom od vanjskog tlaka.

SEALAB I, II i III konstruirani su za United States Navy u 1960im u svrhu

istraživanja ronjenja.

Pliskavica Tuffy koja je bila istrenirana za opskrbu SEALAB II

Conshelf (Continental Shelf Station) I, II i IIItim Jacques Cousteau konstruirao u je 1960im tri istraživačke

stanice na 100m dubine koje su se koristile su se za iskorištavanje mora.

Tektite I and II

NASAin (National Aeronautic and Space Administration) ured za istraživanja mora (the Office of Naval Research) razvio je 1969 i 1970. Tektite II izveo je prve podmorske ekološke studije.

Hydrolab

La Chalupa Research Laboratory

70ih je godina bio najveći i najopremljeniji habitat poznat kao Jules' Undersea Lodge. Bio je jedini podvodni hotel na svijetu s preko 10 000 gostiju u 20 godina rada.

Konstruiran je 1966, a od 1970 korišten je od strane američke National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Izvršio je oko 180 misija.

Aquarius

Sagrađen je 1986 u vodama Floride na dubini od 20 m od strane National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)Tim od 4 znanstvenika i 2 tehničara mogu provesti 10 dana uz 17 sati dekompresije.

MarineLab radi neprekidno na Floridi od 1984

Scott Carpenter space analog stationOd 1997 do 1998 NASA (the National Aeronautics and Space

Administration) je konstruirala seafloor platformu za istraživanje i obrazovanje.

To je četvrti podmorski habitat na svijetu koji je u funkciji, a svi locirani unutar 15 NM (Aquarius, MarineLab i Jules Undersea Lodge)

4. Umjetni greben (eng. artificial reef)

To je podvodna struktura napravljena od strane ljudi radi poticanja života u moru posebice na beživotnim dnima.

Nastaje odlaganjem željeznog otpada (brodovi, platforme, automobili), automobilskih guma, građevinskog otpada...na koje se pričvršćuju morske biljke i životinje, te privlače riblja jata

Postoji udruga znanstvenika the Global Coral Reef Alliance (GCRA), koja se bavi proučavanjem umjetnih grebena.

Razlozi postavljanja umjetnih grebena:• oporavak koraljnih grebena (postavljanje koje stvaraju struje

pogodne za razvoj koralja, primjena struja niske voltaže za poticanje rasta koralja...)

• zaštita plaža od erozije, • unapređenje ribolova, • unapređenje podvodnog turizma, sufing turizma...

Uvjeti koje moraju zadovoljavati:• stabilnost u olujama,• trajnost,• biološka prikladnost,• neopasnost po okoliš,• dostupnost,• niska cijena.

The Reef Ball Foundation je vodeći svjetski proizvođač umjetnih grebena, a izgradili su preko 3500 grebena, između ostalog Eternal Reefs kao memorijalni greben s posmrtnim ostacima (podvodno groblje).

5. Kolonizacija oceana – SF milenijski projekt

Prema projektu, ova bi kolonija bila usidrena oko ekvatora.Strukturu kolonije čine umreženi heksagonalni jastučići od

magnezija. Magnezij bi se dobivao iz morske vode,a na mrežu će se taložiti soli kalcija (eng. electrical salt deposition) i dobit će se materijal sličan armiranom betonu.

Za dobivanje energije koristio bi Ocean thermal energy conversion (OTEC), a za skladištenje energije vodik.

Pitka voda dobivala bi se desalinizacijom kao nusproizvod OTECa, a hrana iz marikulture.

Stvanost kolonizacije oceana:

• najkorozivniji okoliš na planeti,• najžešće oluje na planeti,• brza vertikalna promjena tlaka,• ekstremno skupa infrastruktura,• potrebno znanje i vještina,• opasnost od utapljanja,• psihološki trening i bolesti (morska bolest...),• politička i pravna ranjivost.

Futuristički koncept plutajući grad-lopoč Lilypad

• projekt arhitekta Callebauta - gigantski ekopolis koji odgovara na četiri izazova čovječanstva: klima, bioraznolikost, voda i zdravlje;

• proizvodio bi više energije nego li je troši. Koristio bi solarnu, termalnu, plimnu, osmoznu energiju, te energiju vjetra;

• u pogonu bi bili fito-pročiščivači koji bi reciklirali CO2 i proizvodili kisik.

http://www.net.hr/alternativa/page/2008/06/16/0314006.html

MORSKE TEHNOLOGIJE

Predavanje 10Doc.dr.sc. Gorana Jelić Mrčelić

Brodovi za odobalnu gradnju(eng. offshore construction vessels)

Brodovi postoje razni tipovi:• jaružala, • dizalice,• brodovi za teške terete, • brodovi za polaganje podmorskih cjevovoda i kabela:

– Derrick barge (DB), – Pipelay barge (LB) i – kombinacija Derrick/Lay barge (DLB),

Ronioci: se koriste do dubina od 120ft – ronioci ulaze u more iz metalne košare i spušta se sa palube broda do razine mora,

Ronilačka zvona (eng. Diving Bells): koriste se do dubina od 1500ft, uglavnom od 400 do 800ft,

1. Brodovi dizalice (eng. crane vessels)

Oni specijalizirani za dizanje teških tereta, a često i za gradnju. Najveći su uglavnom:

• poluuronjivog tipa (eng. semi-submersibles) ili • konvencionalni jednotrupci (eng. conventional monohulls).

Povijest

1920 ratni brod USS Kearsarge (BB-5) preuređen je u brod dizalicu Crane Ship No. 1 , te je korišten kao skladište za municiju i druge teške terete s brodova.

1949 J. Ray McDermott sagradio je Derrick Barge Four - pojava ovog tipa plovila promijenila je odobalnu gradnju i omogućio je konstrukciju naftnih platformi u dijelovima (spajanje modula).

1963 tvrtka Heerema preuređuje norveški tanker the Sunnaas u brod dizalicu Global Adventurer (300 tona), koji je najbolje je odgovarao za rad u teškim uvjetima na Sjevernom moru.

1978 Heerema je izgradila dva poluuronjiva broda dizalice (2000 i 3000 tona) za teška mora velike stabilnosti i kapaciteta,

1986 tvrtka Micoperi gradi M7000 s dvije dizalice kapaciteta 7000 tona svaka.

1985 brod dizalica poluuronjivog tipa SSCV Thialf konstruiran je kao DB-102 za tvrtku McDermott u Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. Heerema preuzima brod 1997 preimenuje ga u Thialf. 2000 je nadograđen: kapacitet dvije dizalice od 7100 tona. To je najveći brod dizalica na svijetu, opremljen s Class III Dynamic Positioning System i sa šest 5500 kW retractable azimuthing thrusters za duboke vode i 12 Flipper Delta sidara za plitke vode.

Length overall 201.6 metersBreadth 88.4 metersMax. Draught 31.6 metersDepth to workdeck 49.5 metersHeight crane above workdeck 144.0 metersLightship weight 72,484 tMax. Displacement 198,750 tAccomodation 742 persons

Trošak gradnje ovakvih dizalica 2006: 1 milijardu US$

Thialf lifting a founation pile

OCEAN BUILDER 1

Oil-bulk-ore brod 1978 pretvoren u brod za teški teret. Ima dizalicu od 2000 tona, a služi kod instaliranja platformi u Trinidadu.

SHEARLEG 5000

Ima mogućnost plovidbe u plitkim zaljevskim vodama koje vode do Morgan City, srca off-shore operacija u Meksičkom zaljevu.

DB (Derric Barge) 50

2. Brodovi za prijevoz teških tereta

Vrste brodova za teške terete:• klasični brodovi za prijevoz teških tereta,• poluuronjivi i uronjivi brodovi za prijevoz teških tereta

(Float-on/Float-off heavy-lift vessels),• superklasa brodova za prijevoz teških tereta.

Neki od klasičnih brodova imaju jednu ili dvije dizalice za teške terete s mogućnosti istodobnog zajedničkog rada.

Način rada:

Brodovi su balastirani do samog kraja ukrcaja, ali kad se teret ukrca balast se većim dijelom isprazni.

Na ovom principu, nekoliko je oštećenih brodova transportirano u matične luke, što je bilo manje riskantno nego operacija tegljenja.

Zahtjevi koji se postavljaju pred takve brodove:

1. moraju biti dovoljno veliki s obzirom na teret koji će se prevoziti,

2. moraju zadovoljiti u pogledu ograničenja gaza,

3. stabilnosti broda u momentu kada je teški teret u zraku podignut dizalicom. Kod nekih brodova problem se rješavao krcanjem tankova balasta na suprotnim stranama od tereta, dok je kod drugih problem riješen postavljanjem:• hidrauličke stope na stranu doka,• vanjskog tanka ispunjenog morem na morskoj strani (kontra-teret).  

4. konstrukcijski moraju biti izvedeni:• s dodano ojačanim dnom broda, • ojačanom palubom, • tako da imaju dobra hidrodinamička svojstva, naročito glede ponašanja pri različitim stanjima mora i vjetra,• dovoljnim brojem balastnih tankova s jakim balastnim pumpama velike snage protoka, te • masivnim dizalicama za teret.

Računalni model brodskog dna i ojačanjaRačunalni hidrodinamički model broda za teški teret  

M/V INDUSTRIAL CHALLENGER Nosivost mu je 8000 tona, kapacitet dizalica 400 tona, brzina 16.5 čv, LOA 119.80 m i širina 20 m, prevozio je razne dijelove električnih postrojenja, željezničke lokomotive i brodove američke obalne straže.

THE VESSEL REVIVAL dug je 300 stopa. Posjeduje rampu za ukrcaj na prednjem dijelu broda i teške dizalice koje omogućuju ukrcaj-iskrcaj opreme za bušenje i kontejnera u neizgrađenim lukama. Ima plitak gaz što mu omogućuje pristup mjestima gdje drugi brodovi ne mogu doprijeti.

M/V HAPPY RIVER jedan je od 4 sestrinska broda. Dužina mu je 138.04 m, širina 22.80 m, nosivost 15634 tone i gaz 9.5 m. Na desnoj strani ima dvije dizalice od kojih je svaka sposobna dignuti 350 tona u radijusu 20.5m ili 400 tona u radijusu 18 m. Može krcati teret u skladišta i na palubu.

M/V AMERICAN CORMORANT je primjer je poluuronjivog (Float-on/Float-off) heavy-lifta. Stoji potopljen 15 stopa ispod vodene linije, čekajući da teški teret američke vojske bude 'naplavljen' na njega. Nakon što je teret ukrcan, brod se debalastira a teret se na kraju osigurava čeličnim lancima na palubi.  

M/V BLACK MARLIN

Postiže brzinu od 14,5 čvorova, ima palubu dužine 178 m i širine 42 m, 4 balastne pumpe kapaciteta 12 000 MT na sat, pa 36 balastnih tankova se može potpuno ispuniti u 20 minuta s promjenom gaza od 1 metra. Svi parametri ukrcaja se računaju sa visokom preciznošću pomoću računala, a moguća je i simulacija balastiranja pomoću istog računala.

NEPTUN HEAVY LIFT

NEPTUN HEAVY LIFT velikog je kapaciteta, a njegovo korištenje relativno ne košta mnogo u usporedbi sa drugim mogućnostima. Barže su spojene u obliku slova U i imaju brojne mogućnosti. 

Hvala na pažnji!

Pitanja za ponavljanje1. Objasnite značenje engleske riječi offshore?2. Koje su prednosti odobalnih industrija? Gdje im je kolijevka?3. Prednosti i nedostaci plutajućih tvornica?4. Prednosti i nedostaci morskih nastamba i odobalne komunalne djelatnosti?5. Navedite neke od projekata umjetnih otoka? Kakav im je politički status?6. Što su podvodni habitati? Navedite tri vrste podvodnih habitata i tri primjera. Tko su aquanauti?7. Koji su razlozi postavljanja umjetnih grebena, te kojim uvjetima moraju udovoljavati?8. Mogućnosti i ograničenja kolonizacije oceana?9. Navedite dva tipa brodova dizalica.10. Navedite tri tipa brodova za teške terete. Koje uvjete oni moraju zadovoljiti? Što je FOFO heavy lift vessel? Kako se kod klasičnih brodova za teške terete rješava problem stabioliteta u momentu podizanja tereta?

Hvala na pažnji!