Utvikling av system/produkt for fjerning av marin begroing på jacketer i forbindelse med avvikling av utrangerte offshoreinstallasjoner

Abstract

Denne oppgaven har sitt opphav i utfordringer AF Offshore Decom opplever knyttet til fjerning av marin begroing fra jacketer i forbindelse med avvikling av utrangerte offshoreinstallasjoner. I et prosjekt de for tiden jobber med, der den britiske Murchison- plattformen skal avvikles og rives på AFs miljøbase i Vats i Rogaland, møter de utfordringer da høyden på plattformens jacket er spesielt stor. Dette fører til at fjerning av marin begroing ved bruk av høytrykksspyling fra lift eller kran kan bli problematisk. I tillegg til dette avgir den marine begroingene er sterk lukt som tidvis har vært til sjenanse for lokalbefolkningen som bor i nærheten av miljøbasen. Oppgavens hovedproblemstilling er å utvikle en ny metode eller et nytt produkt for fjerning av marin begroing som skal kunne være et alternativ til metoden AF bruker i dag. Hovedmålet var å kunne bruke større deler av ingeniørutdannelsen vår til å komme opp med en løsning som vil være like effektiv som dagens metode uten at det går på bekostning av tid og kost. I tillegg til dette var det ønsket å finne en så miljøvennlig løsning som mulig som også skal kunne brukes på flere fremtidige prosjekter. For å sørge for at prosjektet skulle resultere i et best mulig løsningsforslag ble det arbeidet etter flere produktutviklingstrinn. Første del av disse trinnene var utredningsdelen der marin begroing i Nordsjøen og dens egenskaper var det første som ble utredet. Deretter ble de forskjellige metodene både AF gruppen og andre avviklingsanlegg i Norge og Storbritannia benytter for fjerning av marin begroing kartlagt. Til slutt ble den forventede utviklingen av mengden offshoreinstallasjoner som skal avvikles i fremtiden undersøkt. Neste del var selve utviklingsdelen der utredningsteorien ble brukt som grunnlag for identifisering og valg av konseptområde. Da konseptområdet var valgt ble det gjort en produktspesifisering før metoder som integrert produktutvikling, PUGHS metode og Osbornes SCAMPER-huskeliste ble brukt for å velge de best egnede produktløsningene basert på en rekke kriterier. Da en av disse løsningene baserte seg på en kombinasjon av luft- og høytrykksspyling subsea, og det var usikkerhet rundt effektiviteten den tilførte luften ville ha, ble det gjort et forenklet forsøk av dette. Resultatene fra dette forsøket medførte endringer i konseptets utforming. Det ble så utført grunnlagsberegninger som igjen la grunnlaget for dimensjonering av de forskjellige komponentene før hele løsningen ble 3D modellert. Det ble utført forenklede FEM-analyser av 3D modellen med hensyn på deformasjon og jevnførende spenninger. Det ble valgt materialer og foreslått produksjonsmetoder både ved produksjon av prototype og ved serieproduksjon før det til slutt ble gjort en forenklet kostnadsanalyse. Resultatet ble et verktøy utstyrt med spesialutviklede hydrauliske børster som, via en skid, skal monteres på en ROV slik at begroingen kan fjernes subsea før jacketen demonteres og fraktes til miljøbasen i Vats. Verktøyet er utformet på en modulbasert måte, bestående av fem moduler, slik at det kan velges om en har behov for én, tre eller fem børster når begroingen skal fjernes. Selve verktøysrammen er utformet i aluminium 5083-H116 og den er leddet mellom hver modul slik at verktøyet hydraulisk kan tilpasses de forskjellige søylestørrelsene en jacket er sammensatt av. For at verktøyet skal være i likevekt når det er nedsenket i havet er det utstyrt med oppdriftskomponenter utformet i en type syntaktisk skum. Den tiden det teoretisk sett vil ta å rense jacketen ved bruk av dette konseptet er godt innenfor de grensene som er satt. Verktøyet er et konsept som på dette tidspunktet ikke er helt klart for prototyping. Dersom det skulle blitt jobbet videre med konseptet ville fokuset vært på å finne, eventuelt utvikle, en passende rotator aktuator som er egnet for bruk subsea og som sterk nok til å kunne tåle vekten av verktøyet. Det er også muligheter for å optimalisere verktøyrammens utforming og eventuelt gjøre selve rammen lufttett for å minke behovet for oppdriftskomponenter. Til slutt ville det også blitt sett på behovet for et større hydraulikksystem som har kapasitet stor nok til å drive alle fem børstene med maksimal kraft.

This thesis has its origins in challenges that AF Offshore Decom experience related to removing marine growth from jackets in connection with the liquidation of outmoded offshore installations. In a project they are currently working on, where the British Murchison platform will be phased out and demolished at their environmental base in Vats in Rogaland, they meet challenges because of the jackets particularly large height. Because of this the removal of the marine growth using high pressure washing from a lift or a crane may be problematic. In addition to this the growth emits a strong odor that occasionally has been of annoyance for the locals living near the environmental base. The main research question for this thesis is therefore to develop a new method or a new product for removing the marine growth that will be an alternative to the method used by AF Gruppen today. The main objective is to be able to use large parts of our engineering education to develop a solution that will be just as effective as the method used today without compromising on time and cost. In addition to this it is desirable to find a solution that is as environmentally friendly as possible and also is suitable for future projects. To ensure that the project would result in a best possible solution the project followed several product development steps. The first part of these steps was the assessment part where marine growth in the North Sea and its properties was the first to be studied. Subsequently, the different methods both AF Gruppen and other liquidation plants in Norway and Great Britain uses for marine growth removal was mapped out. Finally, the expected amount of offshore installations to be phased out in the future was investigated. The next part of the product development steps was the development section where the assessment theory was used as the basis for identification and selection of the concept area. When the concept area was chosen, a product specification was done before methods such as integrated product development, PUGHS method and Osbournes SCAMPER list was used to select the most suitable solutions based on several criteria. One of these solutions was based on a combination of air- and high pressure washing subsea and there was uncertainty about the effectiveness the air supply would have. This led to an experiment in which this effectiveness was studied, and the results of this experiment led to changes in the concept design. It was then done some basic calculations which laid the foundation for the design of the various components before the entire solution was 3D-modeled. Simplified FEM analysis of the 3D-model was performed with focus on deformation and bearing stresses. Materials were chosen and then there were proposed production methods for both the production of a prototype and for a mass production. Finally a simplified cost analysis was made. The final result is a tool equipped with specially developed hydraulic brushes which, via a skid, will be mounted on an ROV so that the marine growth can be removed from the platform jacket before it is disassembled and transported to the environmental base in Vats. The tool is designed in a modular way, comprising five modules so that they may use one, three or five brushes when the marine growth is to be removed. The tool frame itself is designed in aluminum 5083-H116 and it is hinged between each module so that the tool can be hydraulically adapted to the different pillar sizes a jacket is composed of. For the tool to be in equilibrium when it is immersed in the sea it is equipped with buoyancy components formed in a type of syntactic foam. The time it theoretically would take to clean the jacket using this concept is well within the limits set. The tool is a concept which at this point is not entirely ready for prototyping. If the work on the concept were to be continued the main focus would be on finding, or develop, a rotary actuator that is suitable for use subsea and is strong enough to withstand the weight of the tool. There is also opportunities to optimize the design of the tool frame and possibly make the frame airtight to decrease the need for buoyancy components. And finally it would also have been examined whether there is a need for a larger hydraulic system that has sufficient capacity to operate all five brushes with maximum force.