Risiko knyttet til gassutslipp under vann Seminar Petroleumstilsynet 15. November 2006 Odd J Tveit
Innhold. Risiko knyttet til gassutslipp under vann Gassutslipp under vann, - en aktuell problemstilling? Hendelser, hyppighet, frekvenser Noe vi skal dimensjonere for? I design, drift, beredskap Behov for kunnskap om utslippsscenariet Hvor presist behøver vi å beskrive, kvantifisere? Hvor godt dekker vi behovet? Valg, beslutningsproblemer knyttet til gassutslipp
Risiko Risikoreduserende tiltak/virkemidler må påvirke, - i ønsket retning, ett eller flere av leddene i hendelseskjeden som gir tap Feilmekanismer Lekkasje Brudd Utslipp Utslippsscenariet Tenning Eksponering Tap Korrosjon Utmatting Overbelastning Isolering Trykkavlasting SSIV etc Vind Ventilasjon Tennmekanismer lay-out etc Poeng: for å finne/velge virkemidlene må du forstå feilmekanismene og scenariet!
Gassutslipp under vann Hendelser, data, kunnskap om feil, lekkasjer Anbefalte feildata for rørledninger 2005. Statoil/Gassco/DNV Tidligere utgaver: 1988, 1991, 1997 Viktigste datakilder: Parloc 2001 The Update of Loss of Containment Data for Offshore Pipelines. (HSE, UKOOA og IP) EGIG og PSG: Gassledninger på land, Vest-Europa CONCAWE: Oljeledninger på land, Vest-Europa andre
Transportnettet Det er nylig gjennomført en risikoog beredskapsanalyse som omfatter alle rørledninger i transportnettet, - til havs Motiv: en samlet oversikt over risikobidrag fra rørledningssystemene til havs klare grenseoppganger mot anlegg på land og til havs konsistens i valg av analysemodeller og generiske data en mer rasjonell prosess ved oppdateringer når det foretas eller planlegges endringer i transportnettet et samlet underlag for beredskapsplaner
Lekkasjefrekvenser. Kvalitative vurderinger. Datagrunnlaget for lekkasjer er magert, spesielt for: Store dimensjoner Høye trykk (-> veggtykkelser) Ledninger på havbunnen Vi forsøker oss på: Ekstrapolering (av data fra land, fra mindre dimensjoner etc.) Faglige vurderinger, skjønn I vårt tilfelle: Karakterer i henhold til Anbefalte feildata for rørledninger
Anbefalte feildata for rørledninger, r rledninger, 2005 Eksempel på p karakter -setting Feilmekanisme: laster fra tråling
Lekkasjefrekvenser transportnett Totalt for alle rørledningene: 0,14 /år Midlere tid mellom lekkasje: 7 år Fordelt: Liten (1-20 mm hull diameter): 0.1 per år (71 %) Stor (20-80 mm hull diameter: 0.027 per år (19 %) Fullt brudd (more than 80 mm hole): 0.014 per år (10 %). Forutsatt eksponensiell fordeling: sannsynlighet for å oppleve null feil: 50 % i løpet av 5 år 6 % i løpet av 20 år
Landledninger, lekkasjedata.
Hyppighet/frekvens av lekkasjer Påvirker det våre valg, våre beslutninger? Et eksempel: For 20 år siden: Skal vi investere i et system for Reparasjonsberedskap (PRS)? Hva er beslutningskriteriet? Gevinst > Tap/kostnad Gevinsten ligger primært i redusert nedetid (redusert produksjonstap) ved feil: Σ pi Ci (forventet gevinst, nåverdi) > Cinvestert
Deteksjon av lekkasje, lokalisering Avgjørende for aksjon System basert på massebalanse: måling av prosessparametere (flow, trykk, temp) inn og ut av rørledning. Gassco opererer system for gasstransport Statoil for væskeledninger Ytelsen begrenset, varierer for ulike ledninger. Typisk 2% av flow, - etter en tid: (10-60 min)
Deteksjon av lekkasje, lokalisering Inspeksjon med ROV Detekterer meget små lekkasjer (enkelt boble) Lange intervall, typisk 1-2 år (Akustiske og andre prinsipper) Observasjon på havets overflate Også lokaliserer Mulig å anslå lekkasjens størrelse (?) Blant annet væravhengig
Gass opp vannsøylen. Stasjonær r tilstand. Water Dyp Lekk. rate Diam. synlig Void fraksj + Hav nivå rise (L w) (D) (V) (L w ) Diameter (D) m kg/s m m 100 200 180 13 % 1.3 Water depth Void fraction (V) 100 100 500 1000 220 260 25 % 40 % 2.4 3.8 200 200 220 5 % 0.8 200 500 280 10 % 1.5 200 1000 320 15 % 2.4
Krefter påp et objekt i vann/gass-str strømmen Water Dyp Lekk. rate Diam. synlig Void fraksj + Hav nivå rise (L w) (D) (V) (L w ) Diameter (D) m kg/s m m 100 200 180 13 % 1.3 Water depth Void fraction (V) 100 100 500 1000 220 260 25 % 40 % 2.4 3.8 200 200 220 5 % 0.8 200 500 280 10 % 1.5 200 1000 320 15 % 2.4
Krefter påp et objekt i vann/gass-str strømmen Tidlig FoU-prosjekt Statoil og Hydro. Her Åsgard A utslipp 400 kg/s Vanndyp 300 m ***** Ubetydelig slagside.
Krefter påp et objekt i vann/gass-str strømmen Hva med den transiente fasen av et utslipp? Massivt utslipp På grunt vann Uavklart!
Viktigste faktor: Risiko for liv Eksponeringen av mennesker Tilknyttede plattformer, - ved landfall Rørledningene er store reservoar Fullt brudd gir enorme utslipp Antenning av gasskyen Særlig fokus må rettes mot feilmekanismer som gir fullt brudd!
sannsynlighet for eksponering for gass langs ledningen Tre ventiler Eksponeringssannsynlighet for gass i området over en rørledning. Dette må kombineres med for eksempel p(fartøy)
Transportnett Risiko for tap av liv. Beregnet for utvalgte worst case For vår mann om bord i inspeksjonsfartøyet: FAR < 0,1 Potetial Loss of Life per year due to pipeline incidents Fatality rates for selected worst cases for work related to Europipe II 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08 Working onboard a ferry 3. person Working onboard a pipeline inspection vessel Activity Acceptance criteria 3.person Working onboard a trawler
Samfunnsrisiko Basert påp 27.000 skipspasseringer /år/ B a Frequency per year (cumulative frequency) 1,E-01 1,E-02 1,E-03 1,E-04 1,E-05 1,E-06 1,E-07 ALARP area Not Acceptable Area 1 10 100 N ( fatalities) Results for Europipe II Upper acceptance limit Reference level - previous limit for ALARP region
Eksponering av plattformer.
Eksponering av plattformer, fartøyer yer. Gasspredningsplot sett fra siden Utslipp 100 kg/s Dyp 300m Vind 5 m/s. Molvekt 23.8 g/mol. Mørkerødt er gass over 100 % LEL.
Eksponering av plattformer, fartøyer yer. Gasspredningsplot sett fra siden Utslipp 200 kg/s, Vind 3 m/s. Molvekt 23.8 g/mol. Mørkerødt er gass over 100 % LEL.
Eksponering av plattformer, fartøyer yer. Det er klart at fysiske objekter påvirker vindfelt og spredningen av gass. Problemstillinger, beslutningsproblemer: Gass inn ventilasjonsinntak? hva så? Inn sjøvannsinntak? hva så? Kan vinden snu? hva så? Kan helikopteret lande? Kan lekkasjeraten øke? hva så? Kan vi stoppe/redusere lekkasjen?, - etc., etc. En god forståelse av selve utslipps-scenariet er svært viktig for hensiktsmessig opptreden.
Valg, beslutninger i design. Plassering, lokalisering av undervannsinnretninger i forhold til bemannede innretninger. Beskyttelse av undervanns innretninger og rørledninger Stengeventiler på sjøbunnen eller ikke og lokalisering av disse Overvåking, lekkasjedeteksjon
Åsgard undervannslekkasje/-reparasjon reparasjon Åsgard feltrør: en spesiell feilmekanisme (HISC) som kan lede til brudd.? Tilsvarende feilmekanisme på de øvrige tilkoblingene? Øket risiko? Øket usikkerhet. Sprøbrudd, - fullt brudd? Øket eksponering av Åsgard B, Åsgard A? Behov for presise estimater på gasseksponering ved brudd på aktuelle lokasjoner Behov for å estimere effekt av tiltak, som Hyppig inspeksjon, nedstengning av deler, prioritering av reparasjon, trafikkbegrensninger, vaktfartøy etc
Åsgard undervannslekkasje/-reparasjon reparasjon For hver reparasjon, - løfteoperasjon: Nedstengning og trykkavlasting av nærliggende innretninger og rørledninger Hvilke? Hvor langt ned må vi ta trykket? Her er scenariet sterkt transient! Dette er eksempler på situasjoner hvor store usikkerheter i beregningsestimatene er sterkt uønsket
Utslipp under vann. Tenning Eksempel: Stasjonært 500 kg/s Vind: 7 m/s Tenning i kant T=60 s
T= 90 s
T = 120 s
T = 150 s
T = 600 s
Tung gass effekt ved brudd Lav temperatur ved utslipp Minus 50, - 60, - - 100 C avhengig av trykk, gasskomposisjon bl.a. På land: Stor betydning for skyens spredning langs bakken Hva med lavtemperatureffekt under vann? For eksempel på grunt vann?
Fullt brudd. Ghislenghien i Belgia Vanskelig å forutse strømningsmønsteret etter et brudd. *** Initialbetingelsene for spredningsberegningene
Eksempel påp temperaturforløp etter et brudd 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500-20 -40 Temperatur (C -60-80 -100-120 Tid (s)
Tunggasseffekt ved brudd Ny modell Masserate etter brudd: rør mot kårstø (svart) rør mot sjø (rød) Temperaturforløp etter brudd Svart: kort rør mot Kårstø Rødt: mot sjø
Emner som ikke drøftes i dette seminaret. Eventuelt til senere. Lekkasjedeteksjon (det pågår arbeid, bl. a. i OLF) Beredskap (undervanns utslipp) Interessante case og prosjekter/studier Olje og kondensat miljøeffekter Brønnlekkasjer, utblåsninger Tunggasseffekt Feilmekanismer (som fører til lekkasjer) Animasjoner Noe av dagens program som krever oppfølging?