Status tiltak, forskning, tilsyn og standardisering knyttet til bølger i dekk

Transkript

1

2 Status tiltak, forskning, tilsyn og standardisering knyttet til bølger i dekk Terje L. Andersen Fagområdet Konstruksjonssikkerhet Petroleumstilsynet Konstruksjonsdagen

3 Ptil granskningsrapport Ødelagte vinduer og deformerte skott Løsrevne og deformerte grating-paneler Adskillige tonn vann om bord Dører, skillevegger

4 Etter hendelsen Faktum: Bølge-slag på fremside av overbygget - 1 omkommet og 4 skadede personer - Stor materiell skade 17 vinduer & deformasjoner i skott mm. Granskning - Design-analyser og modellforsøk med forskjellige resultater: positivt air-gap vs ca. 4 m negativt - Steil bølge innenfor design-forutsetningene (< 100 års retur) - Stor dekkslast, DP operasjon, noe dønning-sjø, litt forover trim - "Påkjenning fra bølger" uheldig praksis: skille mellom vertikale og horisontale laster fra bølge-slag - Varierende eier- og designer- konstellasjoner i design- og bygge-perioden (informasjon, beslutninger) - Vinduer oppfylte bestillings spesifikasjon, ikke beregnet til dynamisk vann-belastning ( ~ 200 kpa)

5 Granskningsoppfølging, Ptil (innretning) Hoved observasjoner fra Ptil granskning: - Overbygg ikke dimensjonert for bølgeslag - Antakelse om positivt air-gap bygget på utydelig (tvetydig) dokumentasjon Pålegg (via rammeforskriftens 3) om manglende samsvar med Sdir byggeforskrift om "dekkets avstand til vannflaten" og klasseregler om "Air Gap" i DNV-OS-C103. Juridisk usikkerhet om regelverkets formuleringer (0m, 1.5m, 6 vs. 10) Pålegg tilbaketrukket fra Ptil

6 Læring etter hendelse (industri) Valg og beslutninger i design er essensielle! Flere rigger har ikke positive air-gap! Ernst A. Meyer, DNVGL, Offshore Class Sikkerhetsforums årskonferanse* : "Ingen skal omkomme på lugaren sin" "En signatur-ulykke som kommer til å forandre industrien" *Ptil video: 02:20

7 Midlertidige krav, september 2016 (2 vintre) DNV GL klassereglene er tilstrekkelige (DNV-OS-C103) DNV GL veiledninger skal presiseres (DNV-RP-C103 & DNV-RP-C205) - OTG-13 om beregning av air-gap (nær DNV-RP-C205 terminologi) - OTG-14 om bølge-laster ved negative air-gap ( ~2-3 MPa) DNV GL brev til alle selskap som eier innretning med DNVGL klasse ( ) - Dokumentere air gap (OTG-13) - Dokumentere kapasitet for bølgeslag hvis negativt air-gap (OTG-14) - Midlertidig aksept vinter 2016/17 og 2017/18 for negativt air gap inntil 4 meter hvis svake elementer sikres i et område 1.5 meter over forventet bølge-nivå (vinduer, ventiler, essensiell kabling, hydraulikk mm.) Sdir brev med tilsvarende krav for alle norsk-registrerte innretninger ( ) Ptil brev med tilsvarende krav for alle innretninger på norsk kontinental sokkel ( )

8 De facto regelverk Offshore Technology Guideline (OTG) - Ikke forskrift (Ptil, Sdir) - Ikke klasseregel (DNVGL) - Ikke formell standard - Ikke Recommended Practice document (DNVGL-RP) - Hurtig etablert retningslinje som med tiden kan finne vei opp i dette hierarki DNVGL-OTG-13 (July 2016, September 2016, March 2017) - Prediction of air gap for column stabilized units DNVGL-OTG-14 (June 2016, April 2017) - Horizontal wave impact loads for column stabilized units ABS (American Bureau of Shipping) - Air Gap Analysis for Semi-Submersibles (March 2017) - Presentert for redere, operatører, Ptil og Sdir på Sola ( ) - Omhandler ikke flate-trykk

9 TLA, PhD Bølge hevning og bølgeslag Vertikal vs. horisontal "Run-up" vs. bølge hevning (upwell) Kinematikk (bevegelsesretninger og fart) - Fase-hastighet - Gruppe-hastighet (halve fase-hast) - Partikkel-hastighet i bølgetopp (mindre enn fase-hastighet i ikke brytende bølger) - Brytende bølger opp til 20 + m/s horisontalt OTG-13 Sept Run-up, "water-jet" vertikal strøm vekk fra horisontal-bølg-slag - Stagnasjons-punkt og retningsendring i strøm - Innerste få meter mot flaten - Hastigheter m/s vertikalt (OTG-13) p v 2 Public Domain Lienhard Research Group

10 Air gap (OTG-13) Dynamisk system - Overflate av sjø: h(x,y,t) - Bevegelse av innretning: z p (x,y,t) - Stillevanns air-gap: a 0 (x,y) Air-gap: a(x,y,t) = a 0 (x,y) + z p (x,y,t) h(x,y,t) Oppskylling (upwell): c(x,y,t) = h(x,y,t) - z p (x,y,t) OTG-13 March 2017 Ikke lineært - Koplede dyn. sys. h(z p,x,y,t) z p (h,x,y,t) - Bølge (bølgefrekvens respons, WF) - Vind (lav frekvent respons, LF) - Flyterrespons (6 DOF, dønninger, strøm, grunne pongtonger, endringer i vann-flate-areal ) - DP (modellforsøk med respons vanligvis basert på ankret posisjonskontroll) - lastekondisjon (variasjoner i dekkslaster og ballasteringskondisjon ved samme dypgang)

11 Alpha faktoren (a) Tilnærming med 1. ordensteori - Overflate av sjø:, lineær, symmetrisk h (L) (x,y,t) - Innkludert 1. ordens forstyrrelser av sjøen; "Diffracted"; bølger reflektert på innretningen "Radiated"; skapt av innretningens bevegelser - Bevegelse av innretning: z (L) p (x,y,t) - Inkludert; Bølge-frekvent respons, WF Lav-frekvent respons, LF Statisk krengning OTG-13 Sept Ikke lineært estimat: c (NL) (x,y,t) a h (L) (x,y,t) - z p (L) (x,y,t) Bølge asymmetri og ikke lineariteter

12 Størelsen av a-faktoren Kalibrering ved modellforsøk: c (tst) a h (L) z p (L) - Typisk modellforsøk designet for ankringslaster - Må planlegge grundig for statistisk beskrivelse av air-gap - Skala effekter! OTG-13 veiledning (March 2017) - a = 1.2 Dype pongtonger pongtonger dypere enn 8 meter Regulær søyleform i vannflaten runde eller kvadratisk med rundede hjørner (uten blisters) Slanke søyler søylediameter mindre enn 0.3 * søyleavstand - a = 1.3 Ellers - a* >> 1.3 i litteraturen og innerst mot skroget i OTG-13, sept. 2016

13 Bølger som kan gi bølgeslag Steile bølger! Kanskje rettere "Bølge-tog" Energi-rike bølger (ikke de helt lave) Statistiske kontur kurver - Alle pos. (North Atlantic) - Stedsspesifikk (100 års), 10-4 ( års) Fysiske begrensninger - Steilhetskriteriet Bølge oppskylling (c) OTG-13-90% percentil oppskylling (NORSOK) års retur Høye bølger Stor kontur-gradient Steile bølger Lave bølger OTG-13 March 2017

14 Vindus kapasitet CI Økende partikkelhast Horisontal-trykk fra bølgeslag (OTG-14, Stor energi, få bølger 100 års retur oppskylling, OTG-13 Statistisk max. Lite energi, mange bølger OTG-14 April 2017 OTG-14 April m x 3 m: Lokale plate-felt og stivere 6 m x 6 m: Skott og rammer

15 Konkrete tiltak på innretninger Flere rigger stengt igjen vinduer og forsterket konstruksjoner Noen rigger justerer på operasjons betingelser (H s, T z ) Eksempel på ny overlevelses-dypgang for økt fribord / air-gap Muligheter for mellom-kondisjon (mellom operasjon- og overlevelse-) Steds-spesifikke godkjennelser for operasjoner (før world-wide sertifikater) Sesong-spesifikke godkjennelser og samtykker Erfaring fra maritim - "Skalke alle luker"/ "batten down the hatches" Ed Hansen, LinkedIn HMS Swan, AU

16 Forskning og fysisk forståelse Modellforsøk av CI hos MARINTEK (2016) Diverse modellforsøk på flyttbare og faste flytende innretninger (før, nå, då) WaDeck JIP, DNVGL ( ) - Airgap and Wave in Deck Loads for Semisubmersibles (OTG-13 & OTG-14) LOADS JIP, Offshore Consulting Group ( ) - The Loading and Reliability of Fixed Steel Structures in Extreme Seas BREAKIN JIP, MARIN (NL) ( /2018) - Wave impact loading on offshore structures due to BREAKing waves and their KINematics SMART JIP, SINTEF Ocean & MARIN (1Q Q2021) - Screening Methods for Analysis of extreme events SLADE JIP, SINTEF Ocean, NTNU Marin Tek. & NTNU SIMLab (1Q Q 2021) - Slamming Loads in Structural Design. Wave Impact in Extreme Seas - Tverrfaglig tilnærming; O. Faltinsen, T. Kristiansen, M. Langseth m.fl., søker Forskningsrådet om midler

17 Design med planlagt negativt air-gap? Hittil tenkt at det var positivt air-gap på "alle" innretninger I praksis har det blitt designet med negative air-gap Konstruksjoner hittil ikke tilstrekkelig designet for horisontale bølgelaster Sterke ikke-lineariteter og meget kompliserte analyser - "Badly behaved" (ref. Sverre Haver) Er de nye metodene og den fysiske forståelse god nok til å designe innretninger med negative air-gap (store oppskyllinger)? Er det grense for hvor store negative air-gap (oppskyllinger) som kan aksepteres? - Globale laster på riggen? - Akselerasjoner i riggen? - Mengden av vann som kan fanges på dekk - (kortvarig-) labil?, effekt for respons i følgende bølger?

18 Air gap regelverk 2018 (etter 2 vintre) Petroleumstilsynet høring, endringer i regelverk og forskrifter ( - Høring: Frist: Ramme forskriftens 3 med henvisning til maritimt regelverk, blant annet " tydeliggjøre hvilke MOU-klasseselskap som er likestilt og anerkjent i Norge." Sjøfartsdirektoratet høring, endring i byggeforskriften ( - Høring: Frist: om miljølaster og bærende konstruksjoner " et minste sikkerhetsnivå uavhengig av hvilke klasseregler som brukes " - 10 om air gap med henvisning til DNVGL-OTG-13 og OTG-14 DNVGL klasseselskap - klassereglene er tilstrekkelige men veiledninger og dokumentasjonskrav presiseres - WaDeck joint industry project (JIP) august 2017-august Ny revisjon høst 2018 DNVGL-OTG-13 (forbedret grunnlag for anbefaling, mulig grense for air-gap) - Ny revisjon høst 2018 DNVGL-OTG-14 (industri forventer lavere flate-trykk enn nåværende revisjon)

19 Takk for oppmerksomheten

20