HOVEDOPPGAVE FOR HØGSKOLEN I OSLO AVDELING FOR INGENIØRUTDANNING Vår 2008 Rørarrangement og stålkonstruksjon for prosess modul Aker Kværner er tildelt hovedansvaret for prosjektering av SKARV FPSO (Floating Production, Storage and Offloading), et 290 meter langt og 50 meter bredt skip. FPSOen skal ligge utenfor Nordlandskysten, og skal produsere olje og gass fra brønnrammer ved feltene Skarv, Idun og Tilje. BP er byggeansvarlig og oppstart er planlagt i 2011. Fra brønnrammene sendes gass og olje gjennom rørledninger og stigerør og kommer om bord for prosessering i FPSOen via en dreieskive/svivel. Hovedprosessen består av tre separasjonstrinn og en coalescer. Oljen lagres i tanker i skipet og blir deretter lastet over til tankskip for transport. Etter rekompresjon og behandling eksporteres gassen fra eksport kompressorene via Åsgard transport rørledningen til Kårstø. Følgende oppgaver skal løses: 1. Rørarrangement Det skal konstrueres et rørarrangementet mellom følgende utstyr på Skarv FPSO: 23-HB-001A, 1st Stage Recompressor Suction Cooler 23-HB-001B, 1st Stage Recompressor Suction Cooler 23-VG-001, 1st Stage Recompressor Suction Scrubber 23-PA-001A, 1st Stage Recompressor Suction Scrubber Pumps 23-PA-001B, 1st Stage Recompressor Suction Scrubber Pumps 23-KA-001, 1st Stage Recompressor 23-HB-002, 2nd Stage Recompressor Suction Cooler 23-VG-002, 2nd Stage Recompressor Suction Scrubber 23-KA-002, 2nd Stage Recompressor 23-HA-103, 3rd Stage Recompressor Suction Cooler, train 1 23-VG-103, 3rd Stage Recompressor Suction Scrubber, train 1 23-KA-103, 3rd Stage Recompressor, train 1 23-HA-203, 3rd Stage Recompressor Suction Cooler, train 2 23-VG-203, 3rd Stage Recompressor Suction Scrubber, train 2 23-KA-203, 3rd Stage Recompressor, train 2
Utstyret skal lokaliseres innenfor en modul. Plantegninger med ytre mål for modulen vil bli gitt. Det skal tas hensyn til vedlikehold, tilkomst og tyngdepunkt for modulen. Rørarrangementet skal utarbeides i henhold til krav, spesifikasjoner og prosess P&ID'er i Skarv prosjektet. Det skal tas hensyn til tilkomst og vedlikehold av ventiler og instrumenter, plassutnyttelse av hele systemet samt lokalisering av nødvendige rør supporter. Rørarrangementet skal presenteres på tegninger og skal gi et godt bilde av arrangementet inklusive alle rørlengder og elevasjoner. 2. Spenningsanalyser Det skal dokumenteres at rørsystemet tilfredsstiller de krav som er gitt i ASME B31.3. Det skal lages stress isometriske tegninger med nødvendig informasjon for analysering av rørsystemene. Følgende skal vurderes for rørsystemene: Temperatur Vekt Trykk Akselerasjoner Supportlaster, fjær størrelser og største spenninger rapporteres på stress isoene. Krefter og momenter på utstyrs nozzler skal kontrolleres i henhold til tillatte laster gitt på utstyrstegningene som er i henhold til Norsok R-001. Kompressorene skal kontrolleres i henhold til NEMA SM23 koden. 3. Struktur analyse Rørarrangementet er lokalisert innen en modul. Basert på at modulens ytre mål og opplagringspunkter er kjent skal modulen konstrueres og dimensjoneres. Det skal utføres strukturanalyse på modulen. Laster fra piping og utstyr skal estimeres, beregnes og benyttes i strukturanalysen. Ved valg av konsept for den bærende strukturen skal det tas hensyn til at enkelte av strukturens knutepunkter kan være utsatt for utmatting, løsninger som kan redusere dette problemet skal vurderes. Modulen skal konstrueres med fokus på å velge fabrikasjonsvennlige løsninger. Løsninger for en trygg og effektiv materialhåndtering i forbindelse med veldikehold og utskiftning av ventiler og utstyr skal vurderes. General deck live laster skal tas fra Norsok. Modulen skal dimensjoneres for operasjonslaster i henhold til gjeldende standarder og forskrifter (Norsok, NS3472). Evalueringer av ulike konsept for strukturen skal dokumenteres. Analyseresultater skal dokumenteres, og strukturen skal vises på en arrangementtegning.
4. Prosessberegninger for rørdimensjonering Å finne korrekt størrelse på rør på en offshoreinstallasjon er en funksjon av flere variable; vekt, kost, tilgjengelighet, totalt volum og plass er alle sentrale kriterier. For sugesiden av pumper på væskeutløp fra tanker er trykkfall kritisk. Sentrifugalpumper vil kavitere om de opplever for lavt sugetrykk. Studentene skal derfor dimensjonere rørene på væskeutløpet av 1st Recompressor Suction Scrubber (23-VG-001) til 1st Recompressor Suction scrubber pumps 23-PA-001A/B. Nødvendig informasjon er tilgjengelig fra Skarv Prosjektet i form av datablad på pumpen og strainer. Termodynamiske egenskaper for kondensatet fra scrubberen vil bli gjort tilgjengelig etter spesifikk forespørsel fra studentene. De kan også finne NORSOK P-001 på nettet (www.standard.no) som sier noe om rørdimensjonering. 5. Mekanisk design 23-VG-001, 1st stage Recompressor Suction Scrubber skal konstrueres og beregnes i henhold til spesifikasjoner og prosess data ark som vil bli utlevert. Tanken og fundamentet til tanken skal dimensjoneres og beregnes for operasjon og ulykkeslaster. Nozzler skal beregnes for rør laster. Resultater skal dokumenteres og presenteres på en utstyrstegning. 6. Safety Integritetsberegning trykktank: 23-VG-002, 2nd Stage Recompressor Suction Scrubber, vil i en ulykkessituasjon kunne være eksponert for en brann med en intensitet på 350 kw/m2 over en periode på 20 minutter. Ved en slik brannpåkjenning er det et krav om at scrubberene ikke skal sprekke opp. Dette vil kunne innebære krav om brannisolasjon av scrubberne. Basert på angitt brannlast og et antatt nedblåsningsforløp som vil bli oppgitt, så skal det utføres en integritetsberegning på hvorvidt scrubberen vil kunne sprekke opp ved brannpåkjenning og om hvorvidt brannisolasjon er nødvendig for å forhindre dette. 7. HVAC: Kompressormodulen skal bygges inn for beskytte utstyr og personell mot vind, snø og is da installasjonen skal stå i et subarktisk område. I forbindelse med dette så skal følgende gjøres: Identifisere krav til et HVAC system som forsyner luft til klassifisert område Beregne nødvendig luftmengder Beregne nødvendig energibehov for oppvarming av luft, hvis nødvendig, samt identifisere evt. behov for avfukting av luft
8. Instrumentering Prosessen, med rør arrangement, mekanisk utstyr, ect., beskrevet i punktene foran skal instrumenteres. Det skal lages et instrumenteringssystem basert på Skarvs instrument filosofi. Det skal produseres system beskrivelser og blokk diagrammer, samt detalj tegninger. Det skal lages et dokument som spesifiserer et instrument system for instrumenter og ventiler på og rundt 23-VG-001 (1st Recompressor Suction Scrubber). Forskjellige kommunikasjons- og instrumenteringsmetoder vurderes. Spesielt bruk av felt bus, RIO og/eller koblingsbokser (hardwiring) bør vurderes/diskuteres. Noen av instrumentene skal detaljspesifiseres. Instrumentene på vannutskiller skal plasseres i samarbeid med piping/mekanisk. Følgende dokumenter bør lages: - Instrumenteringsspesifikasjon / beskrivelse - Instrument topologi / blokk diagram - Instrument liste - System kontroll diagram - Instrument datatark for gitte instrumenter (NORSOK dataark brukes) - Monteringstegninger (hook-up) for gitte feltinstrumenter - Termineringstegninger eller sløyfetegninger for gitte feltinstrumenter Bestemmelser i NORSOKs I-001 Field instrumentation (revisjon 3, april 2000) og andre refererte standarder skal være førende for oppgaven. Prosjekt dokumenter brukes som underlag; P&ID, instrument filosofi, med mer(???). 9. Multidisiplin samhandling og planlegging: Oppgavene beskrevet i punktene 1-7 er av en flerfaglig karakter hvor hver enkelt oppgave er avhengig av de andre for å bli løst. Det blir således viktig at studentene identifiserer avhengigheter mellom de oppgitte oppgaver og setter dette i en sammenheng. Det vil bli lagt vekt på samarbeid og planlegning slik at studentene finner frem til hva som blir rett aktivitet til rett tid og hva som er viktigst å starte med først. Det legges også opp til at studentene definerer milepæler, med tilhørende beskrivelser, ved viktige perioder/ stadier i arbeidet for å sikre at gjennomføringen avsluttes innenfor definert tidsramme (antall milepæler bestemmes av studentene i samråd med veilederne). Ved hver milepæl skal det holdes en liten multifaglig gjennomgang og oppsummering. Det er viktig å være klar over at endelig evaluering gjøres på ferdig oppgave og at milepæl gjennomgangene kun er ment å være til støtte for studentene og for å verifisere at man er på rett kurs/ spor. Underlag for oppgaven Plantegninger for modul Prosess data P&ID'er Utstyrstegninger
Dataark for rør Typisk stress iso Aker Kværner bestemmelser for design og analyse Tilgang til relevant software (ref. AkerKvaerner)