Aluminium mister 50 % av styrken i sveiser. Marine Aluminium mener det er mulig å designe seg rundt når man er klar over det. (Foto: Marine Aluminium)

ARCTIC MATERIALS

Oljeselskapene ser mot Arktis. Nå leter de etter materialene som kan ta dem dit

Materialegenskapene i ekstrem kulde byr på store problemer.

Arctic Materials

  • Arctic Materials ved Sintef tester ut bruddstyrken for materialer ned mot minus 60 grader for petroleumsvirksomhet i Arktis.
  • Prosjektet går fra 2008 til 2018 med et budsjett på 130 millioner kroner . Det skal utarbeide retningslinjer og standarder for hele bransjen.
  • Arbeidet utføres av Sintef, NTNU og DNV GL.
  • Deltagerne i prosjektet er Statoil, ENI, Total, Lundin, Aker Solutions, Bredero Shaw, Borealis, FMC, Hydro, JFE Steel, Kobe Steel, Marine Aluminium, Nexans, Posco Steel, Ruukki Steel, Sapa, Scana Steel Stavanger og Trelleborg.
  • Prosjektet delfinansieres av Forskningsrådet.

Oljeselskapene har allerede kartlagt ressurser i Johan Castberg, Wisting, Atlantis, Apollo, Gotha og Alta i Barentshavet.

Skal feltene bygges ut, må det mer kunnskap til om hvordan materialer oppføre seg i mer ekstrem kulde enn lenger sør i Barentshavet. 

I et større prosjekt ledet av Sintef, Arctic Materials, er det omfattende studier og tester i gang for å finne løsninger.

Sprøtt som stål

Prosjektet Arctic Materials har som mål å finne fram til kriterier og løsninger for sikre og kostnadseffektiv materialer og strukturer som skal brukes i offshoreproduksjon i arktiske strøk. Materialer og utstyr må kunne tåle kulde ned mot -40 til -60 grader.

Aluminium er ett av materialene de studerer. Aluminium har den store fordelen at den ikke blir sprø og lettknuselig som glass, slik som skjer med stål og plast.

Stålet kan få såkalte sprøbrudd, der en sprekk veldig raskt utvider seg og det blir brudd og kollaps i konstruksjonen på minutter.

Les også: Her flyttes Gina Krogs 17.000 tonn tunge understell

Sveis halverer styrke

– Den store fordelen er at aluminium er svært lett, og at materialet ikke endrer egenskaper på samme måte som stål og plastmaterialer. Utfordringen med aluminium er at det skjer noe i materialet når du sveiser det. Bærestyrken halveres i sveisen. Å finne løsninger på dette problemet vil bli et sentralt tema for forskerne i tiden fremover, sier prosjektleder Odd Magne Akselsen i Sintef.

Han påpeker imidlertid at halvering av styrken i sveis ikke nødvendigvis er et problem hvis man designer konstruksjonene på aluminium sine premisser, og tar hensyn til de reduksjonene man forventer å få i de sveiste forbindelsene.

Les også: Her merker de lite til oljekrisen. Nå vil de ha «søringan» nordover

Hittil har aluminium i stor grad vært begrenset til trapper, gangbruer, rekkverk og helikopterdekk offshore.
Hittil har aluminium i stor grad vært begrenset til trapper, gangbruer, rekkverk og helikopterdekk offshore. Marine Aluminium

Aluminium i -196 grader C

Doktor i materialteknologi, Ole Terje Midling, er produksjonssjef i Marine Aluminium og deltar i prosjektet. Han sier at aluminium kan få bedre egenskaper i kulde.

Han har selv vært med på prosjekter der man har undersøkt sveiste profilbaserte aluminiumløsninger for lagring av LNG. 

– Disse konstruksjonene skal tåle temperaturer ned mot -196 grader celsius.  Men mens Kværner Masa Yards blant annet har laget kuletanker i aluminiumsplatelegeringer for LNG-fartøy i flere tiår, har ekstruderte profilbaserte aluminiumløsninger ennå ikke funnet sitt marked for oppbevaring og transport av LNG, opplyser Midling.

Slik er livet på en oljeplattform:

Plater og profiler

Krumvalsede platelegeringer i aluminium med 40 mm tykkelse er brukt i sveiste LNG- tanker til kuletankskip for LNG-transport.

– Nå ser vi på aluminiumslegeringer for profiler og valsede plater til andre anvendelser, produkter og med andre kriterier, sier Midling.

Aluminiumsentusiastene jobber på spreng. I Fase 2 av et femårig prosjekt sveiser man opp aluminiumsprøver, som fryses ned for testing ved aktuelle test-temperaturer. 

Marine Aluminium har som del av prosjektet laget en rekke sveiseprøver.  Prøvene fryses ned og utsettes for alle mulige mekaniske tester og påkjenninger i laboratoriene hos Sintef og på NTNU. 

I prosjektet sjekkes blant annet hva som skal til for at det oppstår riss og sprekker i materialet, og hvordan og hvor fort de utvikler seg. 

Utviklingen i strekkfasthet og flytespenning når temperaturen faller ned mot -60C blir da viktige kriterier å få kartlagt.

Les også: Aldri før har det blitt installert utstyr så dypt i Norge

Øke bruksområde

–  Aluminium utgjør en relativt liten del av prosjektet Arctic Materials. Vi må benytte anledningen til å vise hva aluminium kan brukes til og gradvis får det innarbeidet, sier Midling.

Aluminium er ikke fullt ut akseptert i offshorebransjen.

I dag brukes aluminium offshore hovedsakelig til helikopterdekk, trappe- og rekkverk-systemer, samt heissjakter, trappetårn og gangveier.

Ifølge selskapene som jobber med materialet, er potensialet stort.

Midling sier at designkompetansen finnes. Blant prosjektdeltakerne er det også material- og profil-leverandører, som Hydro og Sapa, som ivaretar hele verdikjeden.

Les også: Her testes is-sensorer som kan gjøre oljeutvinning i Arktis mulig

Bryter med 40 års sedvane

Apply Leirvik har klart å overbevise oljeselskaper med «overvektige» plattformer om at boligmoduler i aluminium både er nær halvparten av stålmoduler i vekt, og at kvaliteten ikke er noe dårligere.

– Det er brukt stål i offshorebransjen i 40 år her i landet. Det er ikke så lett å endre, sier Midling.

Han tror det kan skyldes to ting. De aller fleste utdannes til å tenke, jobbe og designe i stål.

For det andre; Det er ikke like godt dokumentert og akademisk belagt hva slags egenskaper og muligheter materialet gir og har, selv om industrien har hatt design- og engineering-miljø som har jobbet med slike problemstillinger i 30 år.

Odd Akselsen i Sintef leder prosjektet Arctic Material. Her fra kick-off-møte på Svalbard.
Odd Akselsen i Sintef leder prosjektet Arctic Materials. Her fra kick-off-møte på Svalbard. Sintef

Umulig med blåkopi

– Kjernen i utfordringen som aluminiumsindustrien har er at man må designe helt annerledes dersom noe skal bygges opp med aluminium. Det er ikke umulig, men du kan ikke kopiere en ståltegning, sier Midling.

Stålmannen Akselsen er enig.

– Aluminiumsindustrien må ta på seg litt av ansvaret for dette selv. De har ikke gjort god nok jobb med dokumentasjon hittil, sier Akselsen.

Les også: Denne gigantplattformen tåler jordskjelv, 44 minus og 18 meter bølger

Løsningsorientering

Men han avskriver slett ikke aluminium i Arktis.

– Vi må finne en løsning på sveiseproblematikken som gjør at vi kan erstatte stål med aluminium. Det har ikke minst store vektfordeler, påpeker Akselsen.

Prosjektet følger Enis Goliat-plattform med argusøyne.

Enis Goliat-plattform vil gi nyttig kunnskap om materialer i Arktiske strøk.

Goliat-studier

Goliat skal snart taues ut og plasseres i den sørlige del av Barentshavet. Konstruksjonen er designet for temperatur ned til "bare" -20, men kan likevel gi nyttig lærdom til prosjektet.

– Det finnes ikke standarder og regelverk for lavere temperaturer. Norsok-standarden stanser på -14. Bransjen ønsker seg klare retningslinjer og krav, sier Akselsen.

Han sier at russernes kunnskap og erfaring fra Sibir ikke kan trekkes direkte over til Barentshavet.

– Sibir er på land. Offshoreinstallasjoner har andre krav, sier Akselsen.

Les også: Dette er oljearbeidernes favorittplattformer