Oceaneering wurde mit der Entwicklung einer geeigneten Integritätsmanagementstrategie für eine alternde Offshore-Anlage in der Nordsee beauftragt. Der Arbeitsumfang konzentrierte sich auf Hochdruck-Rohrverbindungen in der Xmas-Tree-Konfiguration an den Bohrlochköpfen der Anlage.
Diese Arbeit umfasste die Entwicklung einer Strategie zur Identifizierung von Rohrschellenverbindungen mit vermutetem Metallverlust, die Quantifizierung des Metallverlusts vor Ort und die Entwicklung von Akzeptanzkriterien. Obwohl alle betroffenen Systeme für den Betrieb bei demselben Maximaldruck ausgelegt waren, konnten die einzelnen Systeme unterschiedlichen Rohrspannungen und strukturellen Belastungen ausgesetzt sein, wobei die entwickelten Akzeptanzkriterien allgemeiner Natur sein sollten, um eine detaillierte Bewertung jeder einzelnen betroffenen Schelle zu vermeiden.
Obwohl die Verwendung von Klemmverbindungen anstelle von herkömmlichen Flanschverbindungen viele Vorteile bietet, wird ihre Integrität kaum beachtet.
Die anfällige Beeinträchtigung beschränkt sich in der Regel auf atmosphärische Korrosion, wobei das Integritätsmanagement in der Regel aus einer visuellen Inspektion, einer regelmäßigen Instandhaltung des Gewebes und einem Austausch auf der Grundlage einer subjektiven Beurteilung ohne erkennbare Leitlinien oder klar definierte Akzeptanzkriterien besteht.
Bei der Demontage einer Klemmverbindung im Rahmen einer Routinewartung an einer alternden Anlage wurde ein erheblicher Metallverlust an der inneren zylindrischen Oberfläche der Klemme festgestellt, obwohl die äußere Oberfläche der Klemme in offensichtlich gutem Zustand war. Bei der visuellen Inspektion der korrodierten Klemme wurden verstopfte Entlastungsrillen entdeckt, die das freie Abfließen von Feuchtigkeit aus der unbeschichteten inneren zylindrischen Klemmenoberfläche verhindern. Die Inspektion einer Stichprobe ähnlicher Schellen ergab, dass die Entlastungsbohrungen verstopft und die Schellen in kritischen Hochdruckanwendungen schräg eingebaut waren, was den Abfluss behinderte.
Anhand von Auslegungsverfahren und einer zweidimensionalen, linear-elastischen Finite-Elemente-Spannungsanalyse wurden die maximal zulässigen Axialkräfte und Biegemomente für die Schellenkonfiguration bei maximalem Auslegungsdruck berechnet.
Die maximal zulässige Axialkraft, die Biegemomente und der Druck wurden anschließend auf ein dreidimensionales elasto-plastisches Spannungsanalysemodell angewandt, wobei der Metallverlust schrittweise erhöht wurde, um die Grenzen des zulässigen Metallverlusts zu bestimmen und gleichzeitig die damit verbundene lokale plastische Verformung auf einem für den Code akzeptablen Niveau zu halten.
Nach der Bestimmung des maximal zulässigen Metallverlusts für den ungünstigsten Auslegungsfall wurde eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um die Toleranz für weitere Metallverluste im Falle geringerer Rohrspannungen und struktureller Lasten zu ermitteln. Eine Tabelle mit dem maximal zulässigen Metallverlust und dem entsprechenden Niveau der maximal zulässigen strukturellen Belastung, ausgedrückt als Gewichtskraft oder "hängende Last", wurde für eine einfache Referenz und eine zweckmäßige Integritätsbewertung des Schellenzustands entwickelt, ohne dass eine zusätzliche rechnerische Bewertung erforderlich ist.
An der korrodierten Ex-Service-Klemme wurden verschiedene Ultraschall-Dickenmessverfahren getestet, um die Wirksamkeit der Erkennung und die Genauigkeit bei der Quantifizierung des Metallverlusts zu überprüfen. Es wurde ein geeignetes Prüfverfahren für die Massenprüfung und Erkennung von Klemmen mit Metallverlusten sowie ein spezielleres Verfahren für die genaue Quantifizierung von Metallverlusten in einzelnen Klemmen ermittelt. Für die ausgewählten Inspektionstechniken wurden geeignete, anwendungsspezifische Inspektionsverfahren entwickelt.
Zu Beginn des Projekts wurden mögliche Herausforderungen identifiziert. So wusste das Team beispielsweise, dass verschiedene Schellen unterschiedlichen Rohrbelastungen ausgesetzt sein können, etwa wenn an einem Bohrlochkopf zusätzliche Rohrleitungen angeschlossen sind, was zu einer zusätzlichen Belastung gegenüber einer Schelle führt, die nicht über einen ähnlichen Aufbau verfügt.
Eine Schwierigkeit für das Team bestand darin, generische Kriterien zu entwickeln, die unabhängig von der Rohrspannung sind. Wir erreichten dies, indem wir uns die Daten für den "schlimmsten Fall" von Rohrspannungen ansahen und eine Tabelle für Akzeptanzkriterien entwickelten, die den spezifischen Rohrspannungen entsprechen.
Eine weitere Herausforderung war die Messung des Metallverlustes auf der Innenseite der Klemme aufgrund der schwierigen Klemmenkonfiguration. Einige Klemmen hatten eine Oberflächenbeschaffenheit mit geprägten Schriftzügen und abgerundeten Ecken. Das Team führte Test-Ultraschallmessungen durch den Schellenkörper hindurch durch, wobei verschiedene zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP) und Verifizierungen eingesetzt wurden. Auf diese Weise konnte das Team ZfP-Techniken für ein schnelles Screening identifizieren und den Metallverlust genau messen, um die Akzeptanz der Schelle zu bestimmen.
Die Ergebnisse der technischen Studie versetzen den Kunden in die Lage, eine Strategie zur schnellen Überprüfung aller verdächtigen Klemmen mit Hilfe des Kerninspektionsteams an Bord umzusetzen. Betroffene Klemmen, die isoliert werden können, können entweder für einen dringenden Austausch oder eine weitere Quantifizierung des Metallverlustes identifiziert werden.
Anschließend kann ein spezialisiertes Inspektionsteam mobilisiert werden, um den Metallverlust in den identifizierten Klemmen, die noch in Betrieb sind, zu quantifizieren. Die gemessenen Mindestdickenwerte können mit den Akzeptanzkriterien für den "ungünstigsten Fall" verglichen werden. Schellen mit einem inakzeptablen Dickenwert können unter Berücksichtigung der externen Belastung und der Rohrspannung weiter untersucht werden, wobei die entwickelten Akzeptanzkriterien auf der Grundlage reduzierter Axialkraftwerte verwendet werden.
Unsere Gruppe für Integritätsmanagement und digitale Lösungen nutzte das umfassende Fachwissen von Oceaneering im Bereich der Integritätsbewertung und der zerstörungsfreien Prüfung, um unserem Kunden eine Lösung zur raschen Bewertung der Integrität und Quantifizierung des Risikos zu bieten, das mit einer zuvor unbekannten Integritätsbedrohung verbunden ist, die eine große Anzahl kritischer Komponenten betrifft.
Höhepunkte des Projekts
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