Açık Deniz Yapıları ve Platformları

Açık deniz yapıları kıyıdan uzakta ve deniz ortamında inşa edilen, yapı türüne bağlı olarak çeşitli amaçlar için kullanılan çelik, betonarme veya diğer kompozit yapılardır. Genel olarak, açık deniz endüstrilerindeki önemli açık deniz yapıları, petrol ve doğal gaz üretmek için açık deniz platformları (rayser/boru hattı sistemi ile) ve temiz elektrik enerjisi üretmek için açık deniz rüzgar türbinleridir.

Açık deniz platformları, deniz tabanından gelen petrolün ve doğal gazın keşif ve çıkarılması için kullanılmaktadır.

1. Açık Deniz Yapılarının Temel Esasları

Açık deniz yapılarının, doğalgaz ve petrol alanında gelişiminde dört ana teknik aktivite bulunmaktadır. Bunlar;

• Mühendislik ve tasarım faaliyetleri
• Üretim ve saklama faaliyetleri
• Kuyu üretimi için sondaj çalışması
• Yükleme sisteminin sağlanması (tanker, borular)

Bir açık deniz yapısının başlangıcından sonuna kadar takip eden dört temel süreç bulunmaktadır;

1. Aktarma
2. Kurulum
3. Çalışma
4. Yapı Ömrü

1.1. Aktarma

Tersanelerde ya da inşa alanlarında yapımı biten açık deniz yapısının bir şekilde çalışma alanına getirilmesi gerekmektedir. Açık deniz yapıları deniz içinde faaliyet gösterdikleri için genelde gemiler yardımıyla götürülmektedir. Bu yapılar bir bütün olarak götürüldüğü gibi, elemanlar olarak götürülüp monte edilebilir. Yapının denize inişi sırasında çok dikkatli olunmalıdır.  Aşağıdaki şekillerde açık deniz yapılarının denize indirilişi, suyun içine yerleştirilmesi ve götürülmesi gösterilmiştir.

1.2. Kurulum

Açık deniz yapıları genel olarak çelik elemanlardan oluşmaktadır. Açık deniz yapısının kurulumu bir geminin yapım aşamalarına benzemektedir. Bu yapıların kurulumunda açık deniz yapıları saç ve bazı çelik elemanları birleştiren kaynak teknolojisi ya da çelik elemanların ara bağlantı elemanları çok büyük önem kazanmaktadır. Bu yapıların uzun dönemde etkilenecekleri yüklerden dolayı kaynak dikişlerinin kopması ya da bağlantı elemanlarının görevini yerine getirememesi gibi sorunlar suyun içinde bulunan yapıda çok büyük sorun teşkil edebilir. Bunun için yapının kurulum esnasında dikkatli olunmalıdır.

Kurulum ya denizin içinde bölüm bölüm birleştirilerek ya da bir bütün olarak inşa alanında yapılır. Örnek olarak aşağıda bir açık deniz platformunun birleştirilmesi şematik olarak görülmektedir.

 

1.3. Çalışma

Açık deniz yapıları kullanım amaçlarına göre imal edilmektedir. Açık deniz yapılarının genel kullanım amacı denizlerde bulunan doğal kaynakların özellikle petrol ve doğalgazın tespiti, sondajı, bunların çıkarılması ve son olarak bunların işlenmesi olarak söylenebilir. Bu işlemler için inşa edilecek yapıların işlevlerini yerine getirebilmesi için belli özelliklere sahip olması gerekir. Eğer bir açık deniz yapısının görevi petrol ya da doğalgazın sadece tespiti ise maruz kalacağı yükler, sondaj yapacak olan açık deniz yapısının maruz kalacağı yüklerden çok farklı olacaktır.

1.4. Yapı Ömrü

Her yapının bir ömrü olduğu gibi açık deniz yapılarının da bir çalışma ömrü vardır. Fakat açık deniz yapıları çalışma koşulları nedeniyle klasik yapılardan farklı özelliklere sahiptirler. Genel anlamıyla düşündüğümüzde bu yapılar petrol hammaddesi ile iç içe oldukları için yangın, patlama ve bunun gibi olayların meydana gelme olasılığı normal bir yapıda meydana gelme olasılığından çok daha yüksektir. Açık deniz yapılarında kullanılacak malzemenin de çok kaliteli olması ve deniz suyuyla temas halinde olduğu için normal yapılarda kullanılan betondan ya da çelikten daha kaliteli olması gerekir. Bu malzemelerin en önemli özelliği ise korozyona karşı dayanıklı olmaları gerekmeleridir.

Yapı ömrü ile ilgili diğer bir problem ise mühendislik ve imalat esnasında yapılacak hatalardır. Tasarım esnasında yapılacak en ufak bir hata ya da imalat esnasındaki kaynak dikişinin ya da bağlantı elemanın hatası yapının görevini yerine getirememesine neden olabilir. Bu yapı ömrünü beklenenden kısa yapar bu da istenilmeyen bir durumdur.

2. Açık Deniz Yapısı Türleri

İnşa edilecek bir açık deniz yapısının türünü belirlerken bazı kıstaslar göz önüne alınmalıdır. Bu kıstaslar en genel anlamıyla düşünüldüğünde, yapının kullanım amacı, çalışma alanı ve etkileneceği çevresel koşullar olarak söylenebilir.

Açık Deniz Yapıları Nelerdir?

Günümüzde genel anlamda bilinen dört ana model açık deniz yapısı vardır.

1. Sondaj Gemileri
2. Yarı Dalgıç Yapılar
3. Dalgıç Yapılar
4. Yükselen Platformlar

2.1. Sondaj Gemileri

Sondaj gemileri; sondaj kulesi, ay havuzu denilen bir açıklığın üzerine oturtulmuştur. Sondaj gemileri diğer platformlara nazaran demirleme ve DWT (Dead Weight Ton) bakımından avantajlı, fakat dalga yüklerinin etkisiyle yalpa, dalıp çıkma gibi hareketleri yapmaya daha yatkındır. Sondaj gemilerinin birçokları geleneksel demir ve demir halatlarından ibaret bir sabitleme sistemine sahiptirler. Sondaj sırasında demirler gemi etrafında çeşitli yönlerde dağıtılırlar. Yeni yapılan en gelişmiş tekneler ise, yerlerinde dinamik pozisyonlama sistemi ile durabilmektedir. Bunlar bilgisayar kontrollü, gövdenin muhtelif yerlerine yerleştirilmiş iticilerle çalışmaktadır. Demir halatlarına bağımlı olmanın avantajı belirgindir. Bunlar sondaj gemisinin kullanabileceği su derinliğini de sınırlamaktadır. Çünkü ağır demirler ve zincirler, geminin yükünü artırmaktadırlar. Dinamik pozisyonlama sistemine sahip gemiler değişen rüzgâr, dalga ve akıntı şartlarına da çok kolay ve çabuk uyum göstermektedirler. Sondaj gemilerinin dezavantajları; güverte alanlarının dar olması, dalgalı deniz durumlarında zayıf stabiliteye sahip olmaları ve sondaj işlemlerinin büyük hareketlere uygunluğu gerekmeleridir. Dinamik pozisyonlama sistemleri dalgaların meydana getirdiği salınımlara karşı çok az etkin olmaktadır.

Sondaj gemilerinin başta gelen avantajları; düşük ulaşım maliyeti ve zamanı, güverte yükünün ve vinç yükünün fazla olması ve hareket kabiliyetleridir. Diğer tipler ister çekilsinler, ister kendileri hareket etsinler, birkaç millik hıza sahiptirler. Sondaj gemileri ise normal geminin hızı ile hareket edebilirler.

2.2. Yarı Dalgıç Yapılar

Yarı dalgıçlar kare, üçgen, beşgen bir güverteye veya platforma sahiptirler. Bu güverte kolonlar üzerine oturtulmuştur. Sabit kolonlar su altında büyük hacimli ayaklara bağlıdırlar. Bu ayaklar yapının su üstünde kalmasını sağlamaktadır. Yarı dalgıçların çalışma alanları değişebilir bu nedenle yarı dalgıçların hareket kabiliyetleri oldukça iyidir ve çok kötü hava şartlarında bile yönlerini değiştirmezler. Yapının çalışma ve sondaj boyunca demir çapalarla sabitlenmesi sağlanır.

Tasarımda ana amaç ana kaldırma elemanlarını su altında tutarak dalga etkisini azaltmaktır. Bundan dolayı kötü hava şartlarında bile yapı daha dengeli olup yatay hareketler ve yalpalamalar daha azdır. Çalışma bölgesine hareket sırasında tanklar boşaltılarak ayaklar su yüzeyine kadar çıkartılır. Böylece hareket halindeki su direnci azaltılmış olur. Bu yapının avantajları; yüksek hızla yer değişimi yapabilmesi, stabil olması, dalga etkilerine karşı minimum tepki vermesi ve geniş güverte çalışma alanına sahip olmasıdır. Dezavantajı ise; yapının yapım aşamasındaki yüksek maliyeti, sınırlı güverte yükünün olması, yapısal yorulmanın çok olması ve uzun mesafede taşıma olayının maliyetli olmasıdır.

2.3. Dalgıç Yapılar

İsminden de anlaşılacağı gibi batarlar deniz tabanına oturtulur ve sondaj çalışma süresince orada dururlar. İşlem bitince tanklar boşaltılarak yapı yüzdürülür ve yeni bir çalışma sahasına çekilir. Orada tanklara deniz suyu doldurularak tekrar deniz tabanına oturtulur. Böylece yapı faaliyet hazırlıkları tekrar başlar. Bu şekilde çalışma kolay ve daha emniyetlidir. Bu yapıların avantajı; düşük maliyetli olması, yeniden kullanılabilir olması yani gemiye dönüşebilmeleri ve hareket kabiliyetlerinin yüksek olmasıdır. Dezavantajına gelince, çalışma alanlarının sınırlı olması, düşük güverte yük kapasitelerine sahip olmaları, hareketleri esnasında küle yapılarının zarar görebilmeleri, dalgalı deniz durumlarında stabilitelerinin zayıf olması ve ancak sınırlı derinliklerde çalışabilmeleri mümkündür.

Sahillerde petrol aramakta kullanılan ilk sondaj yapıları yarı dalabilen (dalgıçlar) yapılardır. Bu yapıların geliştirilmesi çok az olmuştur ve sayıları diğer yapılara nazaran pek artmamıştır. 1979 yılında 16 adet dalgıç yapısı mevcuttur. Bunların yapısal şekilleri yarı dalgıç yapılara benzemektedirler. Ancak yarı dalgıç yapılar çok daha büyük yapılardır. Alt kısımları boru şeklinde, daha doğrusu dairesel kesitli ayak şeklinde olup kolonlar bunların üzerine oturmuştur. Kolonların üzerine ise güverte bölümü oturtulmuştur. Kolonlar arasındaki bağlantılar yapının sistemine yeterli rijitliği vermektedir. Bu yapıların avantajı kullanımlarının kolay, emniyetli, maliyetlerinin az olması ve sondaj için sabit bir yere oturtulmuş olmalarıdır. Dezavantajları ise kullanılabilecekleri su derinliklerinin sınırlı olmasıdır.

2.4. Yükselen Platformlar

Yükselen platformlar hareket edebilen, bağımsız bir ayak ve güverte bölümlerinden oluşan sondaj çalışmalarını gerçekleştiren yapılardır. Yükselen platformlar, sondaj sırasında bacaklar üzerinde taşınan ve yeni bir çalışma sahasına çekilirken yüzebilen birgövdeye sahiptir. Sondaj alanına giderken ayaklar, kaldırma kuvvetini sağlayan yüzen gövde görevi yapar. Sondaj yerinde mesnetler deniz tabanına indirilir, platform mesnetler üzerine doğru yukarıya doğru tırmanır. Tırmanma miktarı dalga yükseklini aşacak miktardadır. Bu pozisyonda sondaj işlemi yapılabilir. Başka yere gideceği zaman, platform kilitleri çözülerek bacaklar üzerine denize indirilir, kaldırma kuvveti platformca sağlanacağından mesnetler yukarı çekilir ve yeni çalışma bölgesine gitmek için hazırlık tamamlanmış olur.

Yükselen platformların büyük avantajı, sabit bir sondaj yeri sağlayabilmeleri, maliyetlerinin çok olmamasıdır. Dezavantajı ise yavaş hareket edebilmeleri, sondaj yerine otururken, kalkarken ve taşıma sırasında dalga etkilerinin ve hava koşullarının tehlikeli olması ve fazla derin olmayan bölgelerde çalışabilmeleridir. Genel olarak bir yükselen platform yapısı dikey olarak 3 yada 4 ayaktan oluşur.

3. Açık Deniz Platformları

Açık deniz platformları ile ilgili olarak, su derinliklerine (sığ, orta, derin), çevresel, operasyonel ve jeoteknik şartlara bağlı olarak bu yapılar yüzer veya deniz tabanına sabitlenmiş olabilmektedir.

Açık Deniz Platformları ve Çeşitleri Nelerdir?

Açık deniz platformları, deniz altındaki doğal kaynakların, özellikle de deniz altı petrol madenlerinin ortaya çıkarılması ve geliştirilmesi amacıyla kullanılmaktadır. Açık deniz platformları dört başlık altında toplanabilir. ;

1. Ceket Tip Platform
2. Yerçekimi Tip Platform
3. Gergi Ayaklı Platform
4. Kriko Tip Platform

Bu açık deniz platformları kendine özgü ayırt edici özellikler taşımaktadır. Yapılacak olan platform seçiminde, yapının yapılacağı yerdeki su derinliği, yapının ne amaçla kullanılacağı ve amaçlanan işe göre gerekli olan güverte araç gereçleri rol oynamaktadır.

3.1. Ceket Tip Platform

Bu sabit platformlar petrol ve doğalgaz üretimi için suyun derinliklerinde sabitlenip kullanılan yapılardır. Genelde bu yapılar çelik kafes sistemlerden oluşmaktadır. Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi bu çelik kafes sisteminin üzerine güverte kısmı yerleştirilmektedir.

Dünyada en çok kullanılan açık deniz yapı türüdür. Yaygın olarak 150 m’den daha az su derinliklerinde yapılmasına karşın, 300 metreye kadar olan su derinliklerinde de yapılabilmektedir. Bu platformlar 4 ayaklı, 6 ayaklı ve 8 ayaklı kuleler şeklinde inşa edilmektedir. Bu yapılar iki kısımdan oluşmaktadır. Bu tür yapılar sahada inşa edildikten sonra çalışma alanına nakil edilir ve çalışma pozisyonu alır.

Altyapı (Ceket): Çelik elemanların kaynak yardımıyla ya da bağlantı elemanları yardımıyla birleştirilmektedir. Bu yapılar çelik kazıklarla birlikte deniz zeminine sabitlenmektedir. Kazıklar 1–2 m çapındaki kalın çelik borulardır ve 100 m ye kadar deniz yatağına girebilirler. Bu temel çakım işlemi aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi gerçekleştirilir.

Üstyapı (Güverte) : Bu kısım yapını işlevini yerine getirmesi için gerekli araç ve gereçlerin bulunduğu bölümdür. Bunlar, gaz türbini, pompalar, kompresörler, vinçler, helikopter sahası vb. şeyleri içeren üretim malzemeleri, geçici meskenler ve yiyecek depolarıdır.

Bu yapıların avantajları; yüksek güverte yüküne sahip olmaları, bölüm bölüm inşa edilip çalışma alanına nakil edilebilmeleri, geniş alanlarda uzun zaman çalışabilmeleri, çok iyi stabiliteye sahip olmalarıdır. Dezavantajları; derinlik artıkça maliyetin artması, başlangıç ve bakım maliyetinin yüksek olması, tekrar kullanılmayacakları, çelik yapı elemanlarının korozyondan etkilenmeleridir.

3.2. Yerçekimi Tip Platform

Bu tür yapılar değişik çalışma alanlarında ve zor çevre koşullarına sahip bölgelerde örnek olarak Kuzey Denizi’nde tercih edilmektedir. Diğer bir ana model ise genelde ağırlık betonlarından oluşan açık deniz platformlarıdır. Genelde, deniz tabanının kazıklı temel içinuygun olmadığı yerlerde çelik veya betondan yapılmaktadır.

Yapının zemin ile temas eden alt bölümü ağılığa bağlıdır, stabildir ve toprağın davranışı yapı için önemlidir. Bu yapı türleri için zeminin davranışı çok önemlidir. Bu nedenle yapı tasarlanmadan önce zemin bilgileri detaylı olarak bilinmek zorundadır. Bu yapılar çok geniş ayak tabanlarına sahiptirler ve bunların üzerine güverte kısmı yerleştirilir.

Bu yapıların avantajları; güverte yük kapasitesinin yüksek olması, çalışma alanının geniş olması, yapı ömrünün uzun olması ve depolama kapasitesinin fazla olmasıdır. Dezavantajları; derinlik artıkça maliyetin artması, temel yerleşimi için deniz tabanının düzgün olması ve kullanılan malzemenin çok olmasıdır.

3.3. Gergi Ayaklı Platform

Gergi ayaklı platformlar gergin bağlantılarla yüzen platform yapılardır ve deniz madenlerinde kazı yapmak ve petrol çıkarmak için kullanılmaktadır. Bu yapılar esasen sabit platformların kullanılması ekonomik olmayan küçük madenlerde kullanılmakta ve farklı yerlere taşınabilmektedir. Gergi ayaklı platformlar genellikle 250 ile 600 m arasında derinlikte kullanılmaktadır fakat bu tip yapılar 300 m den daha az derinliklere sahip denizlerde daha verimli çalışabilmektedir. Bu yapılar, çok sayıda esnek bağlantı elemanlarıyla deniz dibine yerleştirilen büyük bir betonarme plağa tutturulmaktadır.

Deniz tabanının üzerindeki kazıkların tepesine bağlanan dubalara oturtulan bir güverteye sahiptirler. Bu kazıklar her zaman gergide duran uzun borulardan oluşmaktadır. Bununsayesinde esnekliğini koruyabildiği için kolonların burkulmadan dolayı hasar görme veya çökme riski yoktur. Üst yapının yüzmesi nedeniyle bağlantı elemanları, sürekli olarak çekme etkisinde kalmaktadırlar.

Bu yapıların avantajları; hareket kabiliyetlerinin olması, yenilenebilir olmaları, stabil olmaları, minimum dikey harekete izin vermeleri, su derinlik kapasitelerinin yüksekolması, düşük bakım maliyetlerinin olması olarak söylenebilir. Dezavantajları ise; başlangıç maliyetinin yüksek olması, gergi ayaklarının yorulma mekanizmasına maruz kalmaları, depolama olayının çok az ya da hiç olmaması ve bakım olayının zor şartlarda gerçekleşmesidir.

3.4. Kriko Tip Platform

Açık deniz yapılarının içinde en az tercih edilen yapı türüdür. Genelde su derinliği sığ olan alanlarda yapılmaktadır. Bu tip platformların yüzen bölümlerden oluşan kısımları bulunmaktadır.

4. Açık Deniz Yapılarına Etkiyen Yükler

Açık deniz yapılarına etkiyen yükleri en genel şekilde aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir;

1. Kalıcı Yükler
2. Hareketli Yükler
3. Üretim ve Tesisat Yükleri
4. Çevresel ve Tesadüfi Yükler

4.1. Kalıcı Yükler

Kalıcı yükler aşağıdaki yüklerden oluşmaktadır;

• Yapının kendi ağırlığı
• Yapının üzerinde devamlı duran araçlar
• Yapı elemanları üzerinde etkiyen hidrostatik kuvvetler başlığı altında toplanır

4.2. Hareketli Yükler

• Yapı işlevi nedeniyle bulunan gereçler ve kullanılan elemanlar.
• Sondaj, geminin demirlenmesi, helikopterin inişi, vincin çalışması gibi olaylarda meydana gelen yükler.

Bu olaylardan kaynaklanan yüklerle ilgili verileri hesaplamak tasarımcının yapması gereken en önemli konulardandır. BS6235 (Code of practice for fixed offshore structures) standardına göre yükler aşağıda verilmektedir;

• Mürettebat ve geçit yerleri: 3,2 kN/m2
• Çalışma alanları: 8,5 kN/m2
• Depolama ve muhafaza etme yerleri: 6,78 kN/m2

4.3. Üretim ve Tesisat Yükleri

Bu yükler; geçici, yapıda üretim boyunca meydana çıkan ve açık deniz yapılarının kurulumunda bulunan elemanların meydana getirdiği yüklerdir ve bu yüklerden kaynaklanan kuvvetlerdir.

• Kaldırma elemanlarının çalışması esnasında
• Tahliye elemanlarının çalışması esnasında
• Nakliye esnasında
• Denize indirme ve dikine çevirme esnasında

4.3.1. Kaldırma Elemanlarının Çalışması Esnasında

Kaldırma elemanları çalışırken yapıya tasarımcının dikkate alması gereken önemli yükler etki etmektedir. Bu kuvvetler genelde yapının dikey elemanlarına etkiler. Kaldırma elamanlarının çalışma yerleri ve şekilleri farklıdır.

Bütün yapı elemanları ve birleşim noktaları tasarlanırken bu kuvvetler dikkate alınmalıdır. Bu yüklerle ilgili bilgiler API-RP2A (Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms Working) standartlarında bulunmaktadır. Kaldırma yükleri genelde yatay olarak etki yapmazlar.

4.3.2. Tahliye Elemanlarının Çalışması Esnasında

Bu kuvvetler genelde yapının inşa sahasından mavna üzerine tahliye edilirken meydana gelen kuvvetlerdir. Tahliye olayı vinç yardımı ile kaldırılıp mavna üzerine yada yapının kaydırılarak mavna üzerine yerleştirilmesi gibi değişik şeklilerde yapılabilir. Her durum için API-RP2A standardında katsayıları bulunmaktadır. Gel-git durumunda, değişik draft koşullarında örnek verilebilir.

4.3.3. Nakliye Esnasında

Bu kuvvetler açık deniz yapılarının mavna üzerine yada kendi kendine yüzmesi için nakliye yapılırken meydana gelen kuvvetlerdir. Bu kuvvetler yapı ağırlığına, geometrisine, mavna şartlarına ve nakliye sırasındaki çevresel koşullarına (dalga, rüzgar, akıntı) bağlıdır.

4.3.4. Denize İndirme ve Dikine Çevirme Esnasında

Bu kuvvetler yapının mavnadan alınıp denize indirilmesi ve denizin içinde dikey konumu alana kadar geçen zamanda yapılan çalışmalarda meydana gelen kuvvetlerdir.

4.4. Çevresel ve Tesadüfî Yükler

Açık deniz yapıları tasarlanırken çevresel koşullar önemlidir ve tasarımcı bu çevresel koşullardan kaynaklanan yükleri tespit etmesi gerekmektedir. Yapının çevre koşulları karakterize edilirken;

• Yerleşimdeki su derinliği.
• Yerleşimdeki toprak özelliği.
• Rüzgar hızı ve hava sıcaklığı.
• Dalga, gelgit, fırtınalarda deniz yükselmesi ve akıntı.
• Depremler dikkate alınır.

Kaynaklar;
İnş. Müh. Murat YAYLACI-AÇIK DENİZ YAPI UYGULAMALARI VE BUNLARIN TASARIM PARAMETRELERİNİN İRDELENMESİ
MURAT ERGENOKON SELÇUK-AÇIK DENİZ YAPILARININ SIVILAŞABİLEN TABAKALAR ÜZERİNDEKİ DAVRANIŞI
AIDIN KAZEMI DALIRI-AÇIK DENİZ JACKET YAPILARDA VE RAYSERLERDE YENİ MATERYALLERİNİN KULLANIMININ DEĞERLENDİRİLMESİ
İnş. Yük. Müh. Vedat TOĞAN-AÇIK DENİZ YAPILARININ GÜVENİLİRLİĞE DAYALI OPTİMİZASYONU