Materialtekniske utfordringer ved arktiske operasjoner Ny teknologi og standardiserte løsninger

Transkript

1 Materialtekniske utfordringer ved arktiske operasjoner Ny teknologi og standardiserte løsninger Mons Hauge, Statoil Norge setter standarden for arktiske operasjoner Standard Norge Classification: Internal

2 Innhold Materialtekniske utfordringer i arktis Lave temperaturer Store avstander Isfjell, is og snø Vinterisering av anlegg materialtekniske løsninger Ny teknologi, forskning og utvikling Standardisering av krav og løsninger 2 Classification: Internal

3 Hvor kaldt er det? Temperature zones according to SNIP Zone I: Top. -40 o C, Zone 2: -40 o C > Top. -50 o C, Zone 3: -50 o C > Top. -65 o C; Top., o C Air temperature of the coldest day with cumulative probability o C -33 o C -26 o C -26 o C o C -28 o C -39 o C Vidyaevo Cape Kanin Nos Prirazlomnoye -46 o C YAMAL -45 o C -46 o C Dmitry Laptev Strait -46 o C -46 o C -36 o C -46 o C -53 o C -38 o C Northern Ural -63 o C -30 o C -46 o Nadym Urengoy C -53 o Oimyakon C -34 o C -3 o -27 C C -45 o C o C -9 o C -27 o C -44 o C -40 o C Sakhalin I, II -47 o C -30 o C Dickson Cape Cheluskin -43 o C -39 o C -48 o C o C -8 o C -41 o C -44 o C -40 o C -28 o C -40 o C -37 o C -46 o C Yukagir Anadyr Classification: Internal

4 Hva betyr temperaturen for materialkravene? Materialene må tåle lave temperaturer Stål kan bli sprøtt ved lav temperatur Plastmaterialer og gummi kan bli hard og sprø ved lav temperatur Polymere materialer endrer styrke og bestandighet ved store temperaturvariasjoner Gjentatt frysing og tining kan skade materialene på grunn av frostsprengning

5 Risiko for sprøbrudd øker med fallende temperatur Alle konstrukssjonsstål får et dramatisk fall i seighet når temperaturen kommer ned i omslagsområdet Sveisesonen er spesielt utsatt Egenskapene må dokumenteres med testing ved aktuell temperatur og ved aktuelle sveisebetingelser Statistisk spredning må tas hensyn til for å sikre pålitelige beregninger Testmetodikk og akseptkriterier er under utvikling Stålleverandørene utfordres til å lage sveisbare stålkvaliteter for arktiske forhold Omslagsområdet 5 Classification: Internal

6 6 Bruddseighetsmålinger i varmepåvirket sone

7 Critical CTOD (mm) Hvordan skal vi ungå sprøbrudd T p1 =1400 Martensite-Austenite Constituent at Crack Initiation Site Second Peak Temp. ( ) Vi må unngå lokale sprø soner i sveiseforbindelsene

8 Hvor langt borte er det? Skrugard/Havis 200 km Snøhvit 140 km Hoop 310 km Shtokman 550 km

9 Hva betyr avstand og klima for materialvalg? Vedlikehold og utskifting blir vesentlig dyrere på grunn av Lang transport Korte værvinduer Krav til materialene: Høy pålitelighet Lang levetid Minimalt vedlikehold

10 Skruis, pakkis og isfjell Design standard: ISO

11 Korrosjon og slitasje i Arktis Is inneholder alltid litt vann som ikke har størknet. I dette vannet er saltkonsentrasjonen høy Iskrystaller har forskjellig hardhet og hardheten øker med fallende temperatur. Dette øker slitasjen Is som stryker langs skroget skaper statisk elektrisitet som lades ut og påvirker korrosjonsforholdene Is medfører at kalkavleiringer fjernes og korrosjonshastigheten øker Fjerning av is kan skade belegg Katodisk vern må tilpasses bruk i is Classification: Internal

12 Vinterisering Mange hensyn for design av produksjonsanlegg Ventilasjon Tilgjengelighet for operasjon, inspeksjon og vedlikehold Temperatur styring (HVAC) Beskyttelse mot is og snø Materialkrav: Lav vekt Ungå ising Lang levetid

13 Deltakere: Statoil, ENI, Total, Aker, JFE Steel, Nippon Steel, Scana, Trelleborg, Bredero Shaw, Brück, Technip, Utført av SINTEF, NTNU, DNV Budsjett : 40 MNOK Oppgaver Hvilke krav skal stilles til materialer og fabrikasjon? Hvordan kan integriteten og sikkerhetsnivået kvantifiseres? Nye løsninger Leveranser Arctic Materials I: Vektbesparelser Isofobe overflater Bestandighet mot skader fra is og temperatur Tekniske rapporter, publikasjoner, PhD og Master grader, Utkast til Guideline for industrien 13 Classification: Internal

14 Deltakere: Statoil, ENI, Total, Lundin, Aker, Bredero Shaw, FMC, Hydro, JFE Steel, Kobe Steel, Marine Aluminium, Nexans, Posco Steel, Ruukki Steel, Sapa, Scana Trelleborg Utført av SINTEF, NTNU, DNV Budsjett : 60 MNOK Oppgaver Nye stålkvaliteter med forbedrede lavtemperaturegenskaper Vitenskaplig forankring av krav til materialer og fabrikasjon Nye løsninger med bruk av aluminium Isolasjon og belegg for installasjon ved lave temperaturer Leveranser Arctic Materials II: Tekniske rapporter, publikasjoner, PhD og Master grader, Guideline for industrien 14 Classification: Internal

15 Standardisering ISO Arctic structures: Oppdatering iverksatt ISO Offshore structures: Oppdatering diskuteres referanse til NORSOK N-004,M-101og M120 ISO TC67 SC8 WG5 Material requirements for Arctic Operations Krav til materialer for bærende konstruksjoner Krav til fabrikasjon Krav til drift og vedlikeholdsoppgaver Korrosjonskontroll Reparasjon Integritet og levetidsberegning 15 Classification: Internal

16 Temperaturbegrensninger i dagens standarder Konstruksjoner NORSOK N-004: -14 C ISO 19902: Ingen begrensning, test temperatur bestemmes ut fra LAST (laveste antatte driftstemperatur) EN 10225: laveste test temperatur er -40 STÅLINDUSTRIEN KAN IKKE LEVERE ETTER DISSE STANDARDENE Prosessanlegg ASME B31.3 og relaterte standarder for materialer: -46 C Test temperatur og minimum design temperatur er som regel det samme Prosessmessige forhold (e.g. blow down) kan tilsi at minimum design temperatur er lavere enn minimum utetemperatur NORSOK er basert på ASME DISSE STANDARDENE TAR IKKE HENSYN TIL OPERASJON I KALDE STRØK 16 Classification: Internal

17 ISO 19902: Skårslagprøving av sveiseprøver Classification: Internal Status: Draft

18 TAKK FOR OPPMERKSOMHETEN 18 Classification: Internal