ROTERE: Arendalsbedriften APL leverer svivelsystemet som båten skal kobles til. Skipet kan rotere rundt denne. (Bilde: APL)

Eksplosjonssikker Alvheim

  • Olje og gass

Alvheim:

Feltet er utbygget med ombygget oljetanker (Odin) på 262 meter til FPSO (Floating Production Storage and Offloading). 10 produserende brønner, to vanninjeksjon. Produksjonsstart juni 2008. Operatør er Marathon Petroleum Company (Norway).

Alvheim-feltet ligger vest for Heimdal-feltet. Feltet er bygget ut med fire undervannsenheter med tilhørende brønner. Satellittfeltet Vilje er også knyttet til Alvheim-FPSO.

Arendalsbedriften APL har levert forankringssystemet Submerged Turret Production (STP) som er koblet permanent mot produksjonsskipet. Forankringssystemet er konstruert for å møte utfordringer som en 100-års storm med bølger på 14,6 meter. Feltets levetid er ventet å være 25 år.

Advanced Production and Loading AS (APL):

Grunnlagt i 1993 i Arendal. Utvikler forankringssystemer og olje- og gassoverføring offshore. Hovedprodukter: Submerged Turret Loading (STL) og Submerged Turret Production (STP). Overtatt av BW Offshore 2007.

Omsetning:

2009: 251 millioner US dollar

Driftsresultat: – 9,3 millioner dollar (mot 10 millioner US dollar året før og 22 millioner US dollar i 2008)

Ansatte i APL:

2010: 233 (ned fra 322 i 2008, delvis pga. sammenslåing av funksjoner med BW Offshore og dels nedgang i markedet)

ARENDAL: Plater fyker i været, rør bøyes. Lufttrykket merkes før lyden. Voldsom lyd. Eksplosjon. Flammene står opp. Riggen flyter, ingen personer er skadet, ikke noe olje lekker ut, men produksjonen stanses umiddelerbart. Alvheim er rystet, men ikke ”dødelig” skadet. Den ligger fortsatt fortøyd, knyttet til havbunnen ute på feltet.

Dette har ikke skjedd i virkeligheten. Bare i simuleringsprogrammet Flacs.

OMBYGGET: Den tidligere tankeren Odin ble bygget om i Singapore før den her er på vei inn til Haugesund 10. mars i 2006 for å bli utrustet ved verkstedet til Aibel.
Dette har ikke skjedd i virkeligheten. Bare i simuleringsprogrammet Flacs. OMBYGGET: Den tidligere tankeren Odin ble bygget om i Singapore før den her er på vei inn til Haugesund 10. mars i 2006 for å bli utrustet ved verkstedet til Aibel. MARATHON

Gjennomanalysert

APL i Arendal har designet systemet for forankring og overføring av olje- og gass til FPSO-en Alvheim. Forbindelsen mellom skip, fortøyning og alle rør- og forbindelser til havbunnen og oljebrønnene er samlet i ett punkt, STP – submerged turret production. I skipet føres dette inn i et sylindrisk rom med svivel for overføring av væsker og signaler.

Igjen og igjen er det sylindriske rommet og området på skipet sjekket og analysert for konsekvenser i tilfelle eksplosjon.

– Det gjelder å styre kreftene. Vi har lagt inn eksplosjonspaneler i toppen som skal gi etter ved spesielle trykk. Vi analyserer alle relevante laster inkludert eksplosjonslaster og designer strukturer og utstyr for å tåle dette selv om det skulle smelle, sier David Litlekalsøy.

På Alvheim har APL hatt ansvar for STP og det sylindriske rommet på skipet, 15 meter i diameter samt infrastruktur som lys, rør, trapper, ventiler, gassdetekterings og brannslokking (overrislingsanlegg).

Jeanette Berntsen, Tom Lassen, professor  i materialteknikk og styrkeanalyse ved Universitetet i Agder, og David Litlekalsøy i APL i Arendal.
KVALITETSSIKRING: Jeanette Berntsen følger med når sjefen for kvalitetssikringsavdelingen i APL, professor Tom Lassen, tegner og forklarer STP-prinsippet. David Litlekalsøy til høyre. Tore Stensvold

Sjekker 3D-modell

APL jobber med design i 3D. Ulike disipliner jobber med sine ting, men alt legges inn i en sentral modell. Denne sendes til GexCon i Bergen.

– Vi har ikke selv programvare for å analysere gass- og eksplosjonsfare, men leier konsulenthjelp og får designen sjekket av GexCon, sier ingeniør Jeanette Berntsen i APL. Berntsen, David Litlekalsøy og Tom Lassen utgjør APL-avdelingen Technical Safety, teknisk sikkerhet. Avdelingen ledes av Lassen, som også er professor i materialteknikk og styrkeanalyse ved Universitetet i Agder.

APL: grunnlagt i 1993 i Arendal. Utvikler fortøyingssystemer og olje- og gassoverføring offshore. Hovedprodukter: Submerged Turret Loading (STL) og Submerged Turret Production (STP). Overtatt av BW Offshore 2007.
– Vi har ikke selv programvare for å analysere gass- og eksplosjonsfare, men leier konsulenthjelp og får designen sjekket av GexCon, sier ingeniør Jeanette Berntsen i APL. Berntsen, David Litlekalsøy og Tom Lassen utgjør APL-avdelingen Technical Safety, teknisk sikkerhet. Avdelingen ledes av Lassen, som også er professor i materialteknikk og styrkeanalyse ved Universitetet i Agder. SNITT: Det sylindriske rommet og den gule STP-enheten skal tåle eksplosjoner på opp mot 8 bars trykk uten at det skal oppstå utslipp til det ytre miljøet. APL

GexCon har utviklet markedets mest brukte verktøy for eksplosjonssimuleringer, Flacs. GexCon selger også rene konsulenttjenester.

Når APL sender over sin 3D-modell laget i Inventor, konverteres den til det formatet Flacs trener. Deretter begynner simuleringer: Hva skjer dersom det lekker ut gass og denne antennes? Hvordan skal utstyret designes så det ikke blir ødelagt og fører til større eksplosjoner og brann? Hvor må gassdetektorene plasseres for å oppdage lekkasjer, og hvor skal evakueringstrapp for personell plasseres?

Kundekrav

– Alle slike spørsmål og en hel rekke andre må vi besvare og dokumenter overfor kunden, sier Jeanette Berntsen. Bare i løpet av de siste årene har kravene blitt strengere.

- Ved å opparbeide oss mer kunnskap kan vi optimalisere designet med tanke på eksplosjon. Nå vet vi hvilke farer vi skal unngå og passer på å bygge inn paneler som skal gi etter og unngå løse deler som kan fyke rundt og gjøre større skade på personell og utstyr, sier Berntsen.

Dersom APL gjør designendringer etter at Ex-testingen er gjort i Flacs, må det nye beregninger til.

– Da kan en telefon til GexCon gi raskt svar på konsekvensene av å flytte en vinsj eller en ventil. De går inn i modellen, endrer og ser om det kan få negative konsekvenser, sier Berntsen.

GexCon har brukt Flacs til analyse av svivelrommet på Alvheim. Maksimalt eksplosjonstrykk ved ulike tidspunkter i eksplosjonsforløpet  der blått er lavt trykk og oransje og rødt er høyere trykk.
FLACS TIL ANALYSE: GexCon har brukt Flacs til analyse av svivelrommet på Alvheim. Maksimalt eksplosjonstrykk ved ulike tidspunkter i eksplosjonsforløpet der blått er lavt trykk og oransje og rødt er høyere trykk. FOTO: FLACS Flacs

Strengere enn USA-krav

APL har lagt seg på strengere krav enn det myndighetene har satt for operasjoner i Mexicogolfen. Svivler og det sylindriske rommet med utstyr skal tåle kraftigere eksplosjoner enn spesifisert av kundene dersom APL mener det er riktig.

– Vi gir oss ikke på det. Vi tester og forsøker til vi har en design som gir så lave eksplosjonsverdier som mulig, bedyrer hun.

APL: grunnlagt i 1993 i Arendal. Utvikler fortøyingssystemer og olje- og gassoverføring offshore. Hovedprodukter: Submerged Turret Loading (STL) og Submerged Turret Production (STP). Overtatt av BW Offshore 2007.
– Vi gir oss ikke på det. Vi tester og forsøker til vi har en design som gir så lave eksplosjonsverdier som mulig, bedyrer hun. EX-SIKKER: Toppen av det sylindriske rommet der svivel (turret) er plassert har en ex-vegg som skal gi etter for å slippe ut trykket i tilfelle eksplosjon. APL

Det betyr blant annet av panelene skal gi etter for å slippe ut trykket ved en eksplosjon ved for eksempel 0,1 bar. Det sylindriske rommet på Alvheim er konstruert for å tåle 8 BAR, men APL har designet det slik at maks trykk rommet vil bli utsatt for i det verste scenariet vil være 3 bar.

På Alvheim har APL krav om at en eventuell lekkasje ikke skal kunne føre til noe utslipp til sjø.

– Vi har dimensjonert og designet slik at en eksplosjon ikke skal være kritisk for verken skip eller miljø. Vi aksepterer kun deformasjon og skade for ikke-kritisk utstyr og sekundære konstruksjoner, presiserer Litlekalsøy.

Aldri si aldri

Vel så viktig e det å unngå kilder til antennelse. Slike kan armgang i roterende utstyr som pumper og vifter, elektrisk feil, statisk elektrisitet eller gnist fra verktøy som mistes.

APL har designet STP-rommet med sikte på å minimere antall tennkilder. For eksplosjonsanalyser kalkulerer man antall tennkilder basert på erfaringsdata fra industrien.

– Sannsynligheten for at man først får en lekkasje som ikke oppdages i tide og at vi får en antennelse, er svært liten. Men sannsynligheten er aldri null. det må vi ta høyde for, sier Berntsen.





DEMO: Her kommer flammen fra en gasseksplosjon ut fra testkammeret til GexCon. Demoen ble gjort med 4,3 % propan og antent i motsatt ende av containeren. Trykket som oppsto var på 550 mbar og rystet de 80 tilskuerne godt.  Testen og virkningen var beregnet til minste detalj av Gexcon.
DEMO: Her kommer flammen fra en gasseksplosjon ut fra testkammeret til GexCon. Demoen ble gjort med 4,3 % propan og antent i motsatt ende av containeren. Trykket som oppsto var på 550 mbar. Tore Stensvold

Forberedt på det verste

Deepwater Horizon-ulykken vil gi økt fokus på eksplosjoner. Det er ekspertene ved GexCon i Bergen sikre på.

BERGEN: Teknisk direktør ved GexCon, Kees van Wingerden, er ansett for å være en av verdens fremste eksperter. Han mener at de aller fleste offshoreinstallasjoner og industrianlegg kan designes slik at et tenkelig eksplosjonsscenario ikke bør få så katastrofale konsekvenser.

– Effekten av en eksplosjon er trykk. Det er trykkbølgen som ødelegger og dreper. Det gjelder derfor å designe og utforme anlegg og utstyr slik at det enten kan motstå trykkeffektene eller at det ikke oppstår for store trykk, sier van Wingerden.

EKSPERT: Teknisk direktør Kees van Wingerden i GexCon er en av verdens fremste eksperter på eksplosjoner.  Her fra selskapets testsenter utenfor Bergen.
– Effekten av en eksplosjon er trykk. Det er trykkbølgen som ødelegger og dreper. Det gjelder derfor å designe og utforme anlegg og utstyr slik at det enten kan motstå trykkeffektene eller at det ikke oppstår for store trykk, sier van Wingerden. PYRO: Teknisk direktør Kees van Wingerden i GexCon med testcontaineren i bakgrunnen. Tore Stensvold

Han har sette utallige uheldige utforminger, blant annet av rørsystemer på industrianlegg eller på plattformer. Turbulens dannet av eksplosjon selv ved uheldig plasserte hindringer kan medføre en positiv tilbakekoblingsprosess som resulterer i høye lokale trykk og vindhastigheter som kan komme opp i 300-400 meter i sekundet.

– Det tilsvarer 10 ganger en orkan i styrke, sier eksperten.

30 års erfaring

Det er her programvaren Flacs, som van Wingerden har vært med på å utvikle, kommer inn.

Utviklingen startet som en del av forskningen på Christian Michelsens Institutt (nå Christian Michelsen Research -CMR) på 80-tallet. Mer og mer kunnskap og erfaring er bygget inn i programmet, og selskapet GexCon ble dannet for å utvikle og selge lisenser av Flacs samt å drive konsulentvirksomhet.

Flacs brukes til simulering og avansert og presis beregning av gasspredning og trykk fra en eksplosjon. Beregningene er basert på CFD, Computational Fluid Dynamics.

CFD-baserte modeller krever stor regnekraft og implementering av mange submodeller som beskriver fysikken og kjemien. Bare slike modeller kan gi så å si eksakt kunnskap om virkninger av eksplosjoner på oljeplattformer eller på et raffineri.

CFD-baserte modeller krever stor regnekraft og implementering av mange submodeller som beskriver fysikken og kjemien. Bare slike modeller kan gi så å si eksakt kunnskap om virkninger av eksplosjoner på oljeplattformer eller på et raffineri.

– Vi har verifisert mange modellberegninger med fullskalatester i ettertid, sier van Wingerden.

Rør og turbulens

Han skisser opp plassering av rør der det ikke tas hensyn til en eventuell eksplosjon. Med piler og sirkler viser han hvordan forbrennings- og vindhastigheten og dermed trykket øker. Med et pennestrøk viser han hvor rørene burde vært plassert.

– Ved å legge rørene vekk fra områder hvor store strømningshastigheter kan oppstå og kanskje bygget dem inn, ville en eksplosjon ikke fått så store konsekvenser. Rives rør med brann- og eksplosjonsfarlig væske over av en liten eksplosjon, kan situasjonen forverres flerfoldige ganger.

GexCon har solgt programmet Flacs til mange operatører på norsk sokkel, engineeringsselskaper og andre som må planlegge i forhold til gasslekkasje eller eksplosjonsvern.

Nødvendig verktøy

En kunde siden 1990 er franske Total. Sikkerhetsekspert Henri Tonda har vært med siden selskapet begynte å bruke Flacs.

Sikkerhetsekspert i franske Total, Henri Tonda, bruker av programvaren FLACS fra Gexcon siden 1990 for å beregne og konstruere eksplosjonssikkerhet. Gexcon er eid av CMR.
En kunde siden 1990 er franske Total. Sikkerhetsekspert Henri Tonda har vært med siden selskapet begynte å bruke Flacs. TROFAST: Oljeselskapet Total har vært med på å utvikle og bruke Flacs siden 1990, opplyser sikkerhetsekspert Henri Tonda. Tore Stensvold

– Vi er helt nødt til å planlegge plattformer ut fra mulig eksplosjonsfare. Store verdier kan gå tapt om det skulle eksplodere uten at vi har tatt høyde for det. Vi bygger også ut i områder der utslipp av giftig gass kan være et problem, sier Tonda.

Han opplyser at Total har opplevd gasslekkasjer og i ettertid simulert hendelsen med Flacs.

Finner årsak

– Ved å gjenskape og analysere hendelsen med Flacs, fant vi årsaken til lekkasjen og fikk rettet opp skaden. Vi må ha presise verktøy når vi planlegger. Vi vet ikke om noe bedre enn Flacs, sier Tonda.

GexCon er ikke ferdig med å utvikle programmet.

– Vi har pakket inn 30 års kunnskap i kodene i programmet, og fortsatt får vi ny kunnskap både gjennom egen forskning, forskning gjort av andre, og tilbakemeldinger fra kundene, sier Kees.