Hydro Aluminium Aluminium i offshore-industrien Esbjerg 2. juni 2006 Aluminium: Applikasjoner i Marine og Offshore miljøer Johnny Tollefsbøl Prosjektleder Hydro Aluminium Profiler as
PRESENTASJON Hydro Aluminium Profiler og Marine Aluminium Materialer og prosesser Aktuelle materialer Aluminium, prosesser ekstrudering, sveising og sammenføyninger Mekaniske egenskaper, Design, Konstruksjon og Produksjon Evaluering av materialvalg Produktstudie: Helikopter dekk Andre produktapplikasjoner PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 2
Hydro Aluminium Profiler z Vi er en av Skandinavias ledende produsenter av ekstruderte aluminiumprofiler z Vi leverer profiler og komponenter til de fleste bransjer z Våre hovedmarkeder er Norge, Sverige, Finland og Storbritannia z Vi består av 7 enheter i 4 land PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 3 Salgskontor Produksjon
Marine Aluminium a.s Karmøy Marine Aluminium a.s : 70 ansatte Konstruksjon/design-avdeling, produksjon Produkter: Helikopter dekk, offshore installasjoner, teleskopiske gangbruer, marine moduler, flexi barriers, rekkverksystemer, FSW paneler PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 4
Framstillingsprosessen Forvarming av verktøy Pressbolt i lange lengder Kapping av pressbolt Forvarming av pressbolt Ekstrudering Avkjøling og strekking Kontroll Herdin Forbehandling Anodisering Kappning Lakkering Pakking Transport til kund Mekanisk bearbeiding Kontroll PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 5
Kapasitetsoversikt Raufoss Magnor Karmøy Åseda/ Vetlanda Presser (Tonn) 1200 2200 V 2200 Ø 4000 7000 1600 4000 Maks omskr sirkel 125 190 200 260 550 175 410 Maks vekt kg/m 1,5 4,0 7,0 15,0 30,0 2,5 25,0 Maks lengde [m] 8,6 8,6 6,0 7,0 12,0 8,0 15,5 Naturanodisering [m] 7,8 6,4 7,8 Fargeanodisering [m] 6,4 Lakkering X Bearbeiding X X X X X SF Partners 30 X X X X PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 6
Eksempel på profil design PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 7
Legeringer STYRKE HOS DE VIKTIGSTE LEGERINGSGRUPPENE (for ekstrudering) Legeringsgrupp Legering Tillstand Rp0.2 (MPa) Rm (MPa) A5 (%) Hardhet Brinell 1XXX 1050 O-F 30-40 80-90 30-40 20-23 1370 O-F 25-40 70-80 30-45 18-21 3XXX 3003 O-F 40-70 95-120 15-20 30-35 6XXX 6060 T6 160-230 180-250 10-14 50-80 6063 T6 170-240 200-260 10-14 55-85 6005 T6 240-280 260-300 8-12 85-100 6082 T6 240-320 270-340 8-12 85-113 6463 T6 170-240 200-260 10-14 55-85 6101 T6 170-240 200-260 10-14 55-85 7XXX 7108 T6 320-385 350-420 12-17 105-125 PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 8
Material Egenskaper Mekaniske egenskaper: Material: Alloy: Rp 0,2 (N/mm2) Rm (N/mm2)Elong. (A%) E-mod. (N/mm2)Dens. (kg/dm3) Normal Steel DIN St. 37 235 360-510 25 206000 7,8 HS Steel DIN St. 52 355 510-680 22 206000 7,8 Alu. Profiles: AA 6082-T6 250-270 295-310 10 70000 2,7 Alu. Plates: AA 5083 H22 215 305-380 10 70000 2,7 (For aluminium vises ikke sveiset tilstand.) PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 9
Aluminium materialer Fourdigit series Aluminium content or main alloying elements Suffix letter First suffix digit (indicates secondary (F, O, H, T treatment used to influence properties) indicates primary treatment or condition) Second suffix digit (H only indicates residual hardening) 1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx 99.00 % min. Cu Mn Si Mg Mg and Si Zn others F O H as fabricated annealed cold worked 1 2 3 1 2 cold worked only cold worked and partially annealed cold worked and stabilized partial solution + natural ageing annealed (cast prod. only) 2 4 6 1/4 hard 1/2 hard 3/4 hard 3 4 solution + cold work solution + natural ageing 8 hard T heat treated 2xxx, 6xxx, 7xxx and 8xxx only 5 6 7 8 artificial aged only solution + artificial ageing solution + stabilizing solution + artificial + cold work ageing 9 extra hard 9 solution + artificial ageing + cold work PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 10
Ekstruderingsprosessen Aluminium er godt formbart. Ekstrudering gir tilnærmet ubegrensede muligheter i forhold til tverrsnittet i profilen. Den forvarmede bolten presses gjennom verktøyet. Produksjonskjeden for ekstrudering: M elt treatm ent Casting Homogenizing Billet preheating Extrusion C o o lin g Stretching Cutting Storing Deformation Ageing Anodizing Painting Fabrication User Recycling PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 11
Material processing: Extrusion of profiles cont. Typical temperatures during processing of extrusions: ~ 700 C Temperature ~ 580 C 2-3 hours 200-500 C/h ~ 600 C Casting ~ 200 C/h 440-490 C 5-45 minutes (induction) or gas 0.5-1 min in total (~5 sec.) in deformation zone) Forced air or water 185 C 5 hours Homogenization Preheating Extrusion Cooling Ageing Time PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 12
Sveising Sveisbarhet: Sveising er den mest brukte metoden for sammenføyning av aluminim konstruksjoner. Sveisbarheten på de ulike legeringer avhenger blant annet kjemisk sammensetting og sveisemetode. Legeringer i seriene EN AW 1000, 3000, 5000 and 6000 er sveisbare,mens høyfaste legeringer med kobber, I EN AW 2000 serien er vanskelige å sveise. Sveisemetoder: MIG (Metal Inert Gas) bruk av tilsatsmateriale som elektrode i stedet for wolfram for å smelte metallet. TIG (Tungsten Inert Gas) bruk av wolfram som elektrode som tilsatsmateriale. Praktisek råd ved TIG /MIG Arbeidsmiljø Fjerne oksydsjikt Rengjøring Forvarming Valg av sveisetråd Valg av dekk-gass Sveiesøm PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 13
Sveising i fast tilstand Prosess: Friction Stir Welding material thickness; d FSW tool geometry RPM µ download force; Fv Fd No filler wires No arcs No fume No spatter No weld pool shield gas Inexpensive power supply welding travel speed; WTS Alloy hot strength - flow stress at elevated temperature PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 14
Designeksempel PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 15 15
Sveising i fast tilstand Prosess: Friction Stir Welding Low distortion Low shrinkage Post treatment and straightening of panels not necessary PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 16
Korrosjon Aluminium er motstandsdyktog mot korrosjon i de fleste omgivelser. Korrosjonsegenskapene varierer i samsvar med 1) legeringen, 2) miljøparametere, 3) design, og 4) beskyttelse. Oksydlaget vil brytes ned i miljøer med høy eller lav ph, eller i omgivelser der det finnes aggressive ioner. Økende korrosjonstakt vil normalt inntreffe I surt miljø med ph under 4, eller I basisk miljø med ph over 8.5 (figur). Mest vanlige korrosjonstyper 1. Pitting korrosjon (mest vanlig begynner i svake punkter i oksidsjiktet. Sporelementer Zn, Cu og Fe + klorid konsentrasjoner (sjøvann) 2. Galvanisk korrosjon to forskjellige metallske materialer I kontakt + klorid konsentrasjoner 3. Spaltekoroosjon spalter med forskjellige miljøer I omgivelsene 4. Korngrensekorrosjon utvikles rundt korngrensene legeringsavhengig, 6000 genrelt bra, 7000 negativ 5. Stresskorrosjon statisk stress + korrosjon: sensitive legeringer og sensitivt miljø i kombinasjon med stress I konstruksjonen. mg/dm 2 /h ph PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 17
Korrosjon Beskyttelse: For å unngå korrosjon må man forhindre at det utvikles korrosjonsceller eller dempe aktiviteten. Katodisk beskyttelse bruk av offeranoder (Zink eller spesialaluminium). Kun under vannlinjen. Belegg organisk eller mettallisk Anodisering tykt Rengjøring slett overflate Groing Effekten av sveising problem med MgZn (7000 legeringer) Design av struktur: redusere risikoen for galvanisk- og spaltekorrosjon PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 18
Brann - Beskyttelse Aluminium er et ikke-brennbart materiale. Ved en normal brann situasjon vil aluminium derfor ikke avgi varme eller utvikle gasser som utvikler varmen. SOLAS bestemmelsene (Safety of Life at Sea) erklærer att brannklassifiserte konstruksjoner skal bygges i stål eller tilsvarende materiale. Bestemmelsene bekrefter at aluminium er ansett for å være et tilsvarende materiale. SOLAS bestemmelsene legger ingen restriksjoner på bruk av aluminium som materiale for bruk i skrog eller overbygningen på skip, uavhengig av størrelse og bruk. PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 19
Brann Beskyttelse forts. Det finnes diverse løsninger i markedet for brannklassifisering som inkluderer løsninger for både dekk og skott isolering. Skipsdekk- og skott konsept finnes opp til Klasse A 60 (brann i 1 time). I oljeindustrien finnes løsninger for delstrukturer produsert i aluminium opp til H120 (hydrokarbon brann i 2 timer). Alloy Temper Metal temperature 20 100 150 200 250 300 350 550 EN AW 5052 O 1.00 1.00 0.96 0.82 0.68 0.48 0.23 0 EN AW 5052 H34 1.00 1.00 0.92 0.52 0.33 0.22 0.13 0 EN AW 5083 O 1.00 1.00 0.98 0.90 0.75 0.42 0.22 0 EN AW 5083 H113 1.00 1.00 0.80 0.60 0.31 0.16 0.10 0 EN AW 5454 O 1.00 1.00 0.96 0.88 0.50 0.32 0.21 0 EN AW 5454 H32 1.00 1.00 0.92 0.78 0.36 0.23 0.14 0 EN AW 6061 T6 1.00 1.00 0.92 0.79 0.62 0.32 0.10 0 EN AW 6063 T6 1.00 1.00 0.90 0.74 0.38 0.20 0.10 0 EN AW 6083 T6 1.00 1.00 0.80 0.69 0.42 0.29 0.10 0 Reduction factor for yield stress R p0.2 for aluminium alloys at high temperatures for up to two hours thermal exposure (Eurocode 9, part 1.2). PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 20
Reparasjoner og modifiseringer Reparasjon av sveis Uakseptable feil må repareres i samsvar med godkjente prosedyrer. Sprekker i sveisen skal ikke repareres før årsaken er fastlagt tiltak innført for å forhindre gjentagelse. Sveisefeil skal fjernes før ny sveising, og overgangen skal være jevn. Dersom gjenværende tykkelse er under kravene, skal det fylles med sveis. Minimum område som fjernes er 50 mm.dersom avstanden mellom feilene er under 100 mm skal de betraktes som en feil. Etter reparasjonssveising,skal sveisen kontrolleres på samme måte som den opprinnelige sveisen. En reparasjonssveis skal ikke utføres mer enn to ganger på samme sted. PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 21
Engineering Hvordan lykkes med å konstruere aluminiumkonstruksjoner: Ikke designe en stål-struktur Bruk profiler i stedet for plater med stivere. Dekk seksjon med ekstruderte profiler. PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 22
Engineering Hvordan lykkes med å konstruere aluminiumkonstruksjoner: Ikke designe en stål-struktur Integrer detaljer (friksjon, fastspenning, utseende) Helideck toppdekk med integrert lengde- og tverr gående frisksjonsspor/riller PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 23
Engineering Hvordan lykkes med å konstruere aluminiumkonstruksjoner : Ikke designe en stål-struktur Bruk riktig sammenføyningsmetode til andre materialer (bolter, klemmer, sveising) Alu/stål bimetallforbindelse PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 24
Engineering Hvordan lykkes med å konstruere aluminiumkonstruksjoner : Tenk produksjon ved design Sveisetype (MIG, TIG, FSW, Laser) Tilgang for sveiseutstyr PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 25
Engineering Hvordan lykkes med å konstruere aluminiumkonstruksjoner : Ikke designe en stål-struktur Ta hensyn til legeringer, evt. begrensninger Styrke Deformasjon Utmatting Korrosjon Bruk internasjonale standarder som retningslinjer BS 8118 DNV HSLC Eurocode PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 26
Aluminium vs. Stål Helideck studie Bærestruktur er tenkt stål ved begge alternativene. Tilbehør (lys etc.) ikke inkludert I studien, normalt likt for begge alt. Stål helidekk tenkt produsert ved verft i Asia Aluminium helikopter dekk forutsetter prefabrikajson hos helideck produsent og innstallasjon av verft in Asia 30 års livstid for installasjonen 19,5m helideck til Super Puma PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 27
Aluminium vs. Ståll Helikopterdekk - sammenligning HELIDECK WEIGHT 120 100 80 60 40 20 Accessories Substructure Top pancake 0 Steel Aluminium with steel substructure Aluminium with alu. Substructure PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 28
Aluminium vs. Steel Helideck case study LIFE CYCLE COST COMPARISON ON A FIXED INSTALLATION STEEL vs ALUMINIUM HELIDECK OPEX & CAPEX SUMMARY SHEET 19.5m x 19.5m diameter helideck suitable for Super Puma Helicopter. ALUMINIUM TOTAL USD TOTAL - PRESENT VALUE (PV) CAPEX -$ 80 700,00 TOTAL - PRESENT VALUE (PV) OPEX $ 3 000,53 TOTAL -$ 77 699,47 STEEL TOTAL USD TOTAL - PRESENT VALUE (PV) CAPEX -$ 211 232,02 TOTAL - PRESENT VALUE (PV) OPEX -$ 103 216,06 TOTAL -$ 314 448,09 Note the model does not factor in: a) Additional Risk Premium associated with the increased probability of a HSE accident during maintenance of the Steel Helideck. As can be seen there is 99% more maintenance required on an Steel Helideck when compared to an equivalent Aluminium Helideck. b) This model is for fixed installations only so does not factor in cost savings relating to balast control and fuel savings for floating installations. PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 29
Aluminium vs. Steel Helideck case study Corrosion on an elderly offshore installation steel helideck PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 30
Aluminium vs. Steel Helideck case study Corrosion on an elderly offshore installation steel helideck (Tie down point) PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 31
Aluminium vs. Steel Helideck case study Top surface of Helideck Borgland Dolphin after 22 years in service. (Built 1976, picture taken 1998. Still in service today) PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 32
Aluminium vs. Stål Helikopterdekk Undersiden av Helikopterdekk Borgland Dolphin etter 22 år i bruk. (Bygd 1976, bilde fra 1998. Fortsatt i bruk) PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 33
Eksempel: Bolig kvarter og helikopterdekk Oseberg Sør Bolig kvarter, 400 tonn aluminium, A60 / H120 brannklasse PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 34
Mini-moduler Redusert vekt tilsier: Enkel og rask innstallasjon Ingen ekstra kran Ferdi utstyrt før innstallasjon Mindre effekt på rigg bæreevne Andre fordeler: Ingen overflatebehandling eller annet vedlikehold 100% Resirkulerbart, miljøvennlig PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 35
Teleskopiske Gangbruer Den sikreste måten å forflytte personnel mellom offshore innstallasjoner PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 36
Gangbaner, trapper og rekkverk Hydro StarPlank gratings Hydro Rekkverk PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 37
Subsea konstruksjon for beskyttelse Løvebur beskyttelse, Halliburton PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 38
Skip helikoptedekk MPSV Normand Pioneer 22,2m Helideck Design Helicopter Sikorsky S61N DNV/NCAA/UKCA A rules Aluminium Helideck med Stål bærestruktur HMA dekk og utstyr PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 39
Offshore helikopterdekk WHP NINI-A 22,8m Helideck Design Helicopter Sikorsky S61N Danske CAA forskrifter Aluminium Helideck med Aluminium bærestruktur HMA innstallasjon PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 40
Stillassystem ALUSTAR AS Produkt Stillassystem for off-shore, prosessindustri, bygningsindustri, tribuner med mer Utfordring Skape et sterkt og stabilt system med økt fleksibilitet, lettere å håndtere, montere og demontere. Konkurrere m.h.t. pris og holdbarhet med stål. Kompatibelt med andre system. Reduserte totalkostnader for kunden. PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 41
Stillassystem KONSTRUKSJONSDETALJER Spir, lengde- og tverrbjelker er utformet for optimal styrke og vekt Låseprofil for gulv med snappfunksjon Hullmønster for sklisikkerhet og drenering Kranskoblinger for raske og stabile koblinger Kranskoblinger skrues fast under høyt trykk Festeprofil for rask innfesting av tverrbjelker og spir-rør Rustfrie og syrefaste boltforbindelser Profilutforming/koblinger for rask tilknytning av tverrbjelker, vanger, kransutrustning etc Legering 6082 for gode korrosjonsegenskaper PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 42
PRESENTASJON Oppsummering & Konklusjon Hydro Aluminium Profiler og Marine Aluminium Materialer og Prosesser Aktuelle materialer Aluminium videreforedling ekstrudering, sveising og sammenføyningsteknikker Mekaniske egenskaper, Design, Vurderinger av forutsetninger for materialvalg Produkteksempler Budskap; Design med aluminium PRESENTATION Conference KL, 2004-09-28, Page: 43