オフショアプラットフォームの生涯設計に対する確率論的アプローチ

Aug 15, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 7101 (2023) この記事を引用

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オフショア プラットフォームは、ライフタイム サービスが中断されると急速に多大な損失が発生する可能性があるため、重要なインフラストラクチャと考えられています。 これらの構造は多くの場合、初期建設コストを考慮して設計されますが、直接コストと間接コストの両方が設計プロセスに関与するよう、生涯ベースの設計を検討する価値があります。 ここでは、オフショア プラットフォームのライフサイクル コスト (LCC) 分析に対する確率ベースのアプローチを提案します。 固定式海洋プラットフォームは、まず現在の設計規制に基づいて、100 年のリターン期間を想定して設計されます。 設計の最適化に対する LCC の効果については、波、海流、および風の合流の同時効果が確率的に考慮されます。 構造要素は 5 つの異なるモデル向けに設計されています。 1 つのモデルは現在の設計要件に基づいており、残りは要件を超えるモデルです。 それに応じて各モデルのLCCが決定されます。 結果は、生涯コスト期間と比較した場合、コードベースのモデルが最適ではないことを示しています。 最適点を満たすためには、構造要素のサイズを最大 10% 大きくする必要があります。 結果は、初期コストが 5% 増加すると、LCC の最大約 46% の減少が観察されることを示しています。 ここで紹介する取り組みは、生涯コストを削減するために重要な構造物の LCC ベースの設計を促進するよう関係者を刺激することです。

海洋プラットフォームは、深海から石油とガスの埋蔵量を抽出するために設立されています。 その重要性により、日常業務が中断された場合、ステークホルダーは巨額の損失を被る可能性があります1、2。 オフショアプラットフォームは通常、利用可能な標準に基づいて設計されますが、メキシコ湾で発生し大規模な被害を引き起こしたような最近の経験により、現在の規制に基づいた設計が必ずしも経済的に最適ではないことが明らかになりました3,4。 最適な構造設計についての一般的な考えは、初期建設コストを削減する必要があるということです。 ただし、生涯コストは初期コストよりもはるかに高くなる可能性があります。現在の規制では、この重要な点が取り上げられていません。 生涯コストはライフサイクルコスト（LCC）と呼ばれ、一次コストと二次コストに分けられます。 主なコストには、材料の購入、賃金、建設、設計、実装、輸送、セットアップ、プラットフォーム テストが含まれます5。 二次コストは、運用期間のコストと構造物に対する生涯リスクに関係します。 損害は、プラットフォームと投資機会の喪失、スタッフの負傷と死傷、石油とガスの採掘の停止、プラットフォームの再試験と起動にかかるコスト、機器の損失、修理と改修という形で定義できます。

確率的アプローチによる従来の構造の LCC ベースの設計は、ここ数十年にわたってある程度の注目を集めてきました。たとえば、Liu と Neghabat6、Asiedu と Gu7、Lagaros et al.8、Uddin と Mousa9、Marzouk et al.10、Behnam11、Hassani et などです。 al.12、Talaslioglu13、14、15、および Jebelli et al.16。 海洋プラットフォームに関しては、全体として、上記のアプローチを採用している研究はまだ稀ですが、積荷の特性を確率的にモデル化する研究や、間接コスト、特に環境コストを考慮する研究は存在します。 いくつかの研究では、尤度モデルを使用して風速と波高を推定しました。 Heredia-Zavoni ら 17 は、適用された荷重の限界状態関数を定義する疲労損傷下でのスチール ジャケット プラットフォームの破損確率を決定しました。 Lee ら 18 は、ガンベル分布とワイブル分布を使用して極端な風速を推定しました。 波を直接研究するために、Kwon et al.19 は極端な海面の推定に統計的手法を採用しました。 Bea et al.20 は、内部および外部要因を考慮した信頼性とリスク評価に基づいて、オフショア プラットフォームのライフサイクル リスク特性を一般化しました。 Pinna et al.21 は、費用対効果の高い基準によって一脚プラットフォームの最適な設計を決定し、故障の経済的影響と建設コストの割合を考慮しました。 Leon と Alfredo22 は、社会的および経済的問題を経営上の意思決定の枠組みに統合することを考慮して、石油プラットフォームのリスク管理のための信頼性に基づく費用対効果の最適な意思決定モデルを提案し、費用関数を損害レベルの関数として定式化しました。 Ang と Leon23 は、メキシコ湾に建設された海洋構造物を損傷指標としてのコスト関数を用いて解析し、最適な設計手法に適用しました。 Hasofer24 は、構造要素の信頼性の定義をモデル化しました。 Rockweiss と Flessler25 は、構造信頼性を計算するための数値的手法を提案しました。 新しい境界波理論に基づく波長解析法は、信頼性理論として Zeinoddini ら 26 によって導入されました。 Ricky et al.27 は、2 つの固定マリンジャケットに故障の可能性がないか検査しました。 彼らはさまざまな方向での失敗の確率を推定しました。 障害のレベルは、信頼性指標に基づいて、軽度、中度、重度の 3 つのカテゴリに分類されました。 Lee ら 28 は、海洋構造物を設計し、さまざまな帰還期間における故障の確率と、それに対応する推定間接コストを計算しました。 次に、ターゲット機能の最小 LCC を決定し、最適な負荷を実現する構造を設計しました。 Guédé29 は、リスクベースの評価方法を導入し、固定式海洋プラットフォームの構造完全性管理計画の一環として検査計画を作成しました。 Ayotunde et al.30 は、LCC の観点からオフショアプラットフォーム用の高出力エネルギー貯蔵技術の正しさを評価しました。 Vaezi et al.31 は、まず海洋プラットフォームの動的応答に対する特定の構造システムの影響を調査し、次に負荷がかかった状態で海洋構造物の設計に使用される最適化フレームワークを提案しました。 Qi ら 32 は、移動式海洋プラットフォーム用の時間依存腐食モデルを開発しました。 Li と Wang33 は、最適化されたオフショア プラットフォームの環境上の利点を計算するアプローチを提案しました。 Katanyowongchareon ら 34 は、オフショア プラットフォームの直接コストを最適化するために、信頼性分析と定量的リスク評価を実行しました。 Colaleo ら 35 は、LCC の観点から既存のオフショア プラットフォームの環境的および経済的影響を評価しました。 Janjua と Khan36 は、オフショア プラットフォームの環境および経済的影響を評価するための環境効率フレームワークを開発しました。 Heo ら 37 は、疲労損傷を評価するための海洋エネルギー移行のための最適化フレームワークを開発しました。