Katodisk beskyttelse af subsea installationer...Danmark, Sverige og Holland. Exploration and Production I farvandene omkring Danmark, Færøerne, Grønland, Norge og Storbritannien

Katodisk beskyttelse af

subsea installationer Levetidsforlængelse og data registrering

Udarbejdet af: Søren Petersen

Vejleder: Lektor Jesper Nielsen

Afleveringsdato: 4. juni 2013

Antal normalsider: 37

Katodisk beskyttelse af subsea installationer Levetidsforlængelse og data registrering

Side | 1

Forfatterens navn Søren J. M. Petersen

Studienummer F10178

Samarbejdspartner DONG Energy E&P

Forsidebillede Stine Xmas-tree, DONG Energy

Projektets titel Katodisk beskyttelse af subsea installationer

Levetidsforlængelse og data registrering

Projekttype Bachelorprojekt

Placering i uddannelsesforløbet 6. semester

Uddannelse Proffesionsbachelor i maritim og

maskinteknisk drift og ledelse

Uddannelses institution Aarhus School of Marine and

Technical Engineering

Projektvejleder Lektor Jesper Nielsen

Dato for aflevering 4.juni 2013

Antal normalsider 37


Side | 2

1. Abstract

This report reviews the technical problems, and management opportunities associated

with the maintenance and lifetime extension of the subsea installation Stine.

The report is written in two different parts, a corrosion technical part, including the

calculation of cathodic protection on the subsea installation Stine, and a management

part, that includes proposals for data collection of anomalies found by inspection, and

ending up with a proposal of the Scope of work, that will act as a tender document for

DONG Energy ´s suppliers.

Since the cathodic protection is a prerequisite for planning the lifetime extension, this

report is initiated with a general overview of the phenomenon of corrosion. This review

outlines the different parameters that can affect corrosion, as well as the possible

solutions that can be used to delay or even prevent the corrosion. subsequently the

requirements of the standards used in the oil industry reviewed. Based on the standard

from NORSOK, the calculation of the mass need of anodes on the PLET structure will be

performed.

To ensure, that DONG Energy may retain status as operator, it is necessary to achieve

the" Certificate of Compliance". This Certificate is an expression of that DONG Energy

has demonstrated that they perform regular inspections and that any anomaly recorded,

will be classified, and logged in a system. The recorded anomaly, will then be used as

basis for planning of maintenance on the subsea installations.

In connection with the planned studies of lifetime extension on the subsea installation

Stine, there must be carried out studies of the installation´s current state. Based on

studies, it should be assessed what actions need to be done to extend the life of the

installation. In order to implement the studies of the lifetime extension, it´s required that

DONG Energy prepare a "Scope of Work", which acts as tender documents for DONG

Energy's suppliers.

Based on the calculation of the need of anode mass, there will be proposed a solution for

mounting the anodes with bolts. To ensure that DONG Energy will achieve the

"Certificate of Compliance", it is proposed to change the current system containing the

anomaly register, and use TAG no. combined with the SAP database. Finally the "Scope

of work" is proposed to be split into minor parts, allowing more participants to bid on the

tender document.


Side | 3

Indhold 1. Resume.............................................................. Fejl! Bogmærke er ikke defineret.

2. Forord ...................................................................................................................... 4

3. Indledning ................................................................................................................ 5

3.1 Virksomhedsprofil.............................................................................................. 5

4. For analyse .............................................................................................................. 7

4.1 Problemstilling ................................................................................................... 8

5. Problemformulering: ................................................................................................. 9

5.1 Afgrænsning: ..................................................................................................... 9

5.2 Metode: ............................................................................................................. 9

6. Korrosionens natur og principper for katodisk beskyttelse ...................................... 10

6.1 Elektrokemisk korrosion .................................................................................. 10

6.2 Faktorer der har indvirkning på korrosion ........................................................ 12

6.3 katodisk beskyttelse ........................................................................................ 13

7. Katodisk beskyttelse af PLET strukturen ................................................................ 19

7.1 Designparametre............................................................................................. 20

7.2 Valg af anode type .......................................................................................... 26

8. Løsningsforslag til katodisk beskyttelse af PLET .................................................... 29

8.1 Anbefalet løsning ............................................................................................ 29

9. Inspektion og registrering af afvigelser ................................................................... 31

9.1 Analyse ........................................................................................................... 35

10. Løsningsforslag til registrering af afvigelser ........................................................ 38

10.1 Anbefalet løsning ............................................................................................ 38

11. Scope of work ..................................................................................................... 39

12. Konklusion .......................................................................................................... 59

13. Perspektivering ................................................................................................... 60

14. Litteraturhenvisning ............................................................................................ 61

15. Bilag ................................................................................................................... 62

15.1 Bilag 1) Annual Field Condition Report ............................................................ 62

15.2 Bilag 2) Registrerede afvigelser for Stine ....................................................... 68

15.3 Bilag 3) Inspektions ark ................................................................................... 70

15.4 Bilag 4) Subsea Software Report .................................................................... 71


Side | 4

2. Forord

Denne rapport er udført som sidste del af maskinmesteruddannelsen. Uddannelsen er

en professionsbacheloruddannelse i maritim og maskinteknisk ledelse og drift / Bachelor

of Technology Management and Marine Engineering.

Uddannelsens længde er, for teori fagene, normeret til 3 år, svarende til 180 ECTS, og

er gennemført via fjernundervisning på Aarhus Maskinmesterskole.

Maskinmester uddannelsens 6. semester, er tilegnet et praktikophold i en selvvalgt

virksomhed, samt et tilhørende bachelorprojekt. Ved bachelorprojektet, skal den

studerende arbejde udviklingsorienteret med planlægning og gennemførelse af en, for

den studerende, spændende problemstilling.

Bachelorprojektet er den afsluttende eksamen, med bedømmelse af selve rapporten,

samt et mundtligt forsvar af denne.

Denne bachelorrapport, er udarbejdet i samarbejde med DONG Energy E&P, hvor jeg

har haft mit praktikophold.

Rapporten har primært teknisk indhold, hvorfor læseren bør have en hvis teknisk indsigt,

for at have fuldt udbytte af denne.

Jeg vil gerne takke de ansatte ved DONG Energy E&P Denmark for deres hjælp og

assistance i forbindelse med udarbejdelsen af denne rapport.

En særlig tak til alle i Technical Authority, for den åbenhed, og hjælpsomhed jeg er

blevet mødt med gennem forløbet. Ingen nævnt - ingen glemt.

Ligeledes tak til min vejleder, Lektor Jesper Nielsen, for kyndig vejledning gennem

forløbet.

Ishøj d. 29. maj 2013

Søren J. M. Petersen

_____________________________


Side | 5

3. Indledning

3.1 Virksomhedsprofil

DONG Energy er en af de førende energikoncerner i Nordeuropa, med hovedsæde i

Danmark. Koncernens kerneområde er, baseret på at fremskaffe, producere, distribuere

og handle energi og tilknyttede produkter i Nordeuropa. DONG Energy beskæftiger

omkring 6.000 medarbejdere og omsatte for godt 50 mia.kr i 2010.

Den danske stat grundlagde Dansk Naturgas A/S i 1972, men selskabet skiftede navn til

Dansk Olie & Naturgas året efter. Selskabet indførte forkortelsen DONG, som officielt

navn i 2002. I forbindelse med sammenlægningerne af de danske energiselskaber

(NESA, ELSAM, EnergiE", Frederiksberg Forsyning og Københavns Energi´s el-

aktiviteter) i 2006, blev navnet ændret til DONG Energy.

DONG Energy er involveret i forskellige aktiviteter, som blandt andet omfatter:

Generation

Som producerer el og varme fra effektive kraftværker samt vedvarende energikilder.

Inden for etablering og drift af offshore vindmølleparker og "clean coal" teknologi, er

Generation blandt de markeds ledende.

Energy Markets

Energy Markets fungerer som bindeled mellem koncernens produktion og salg, og

medvirker til at optimere på DONG Energy´s energiportefølje.

Sales and Distribution

Står for salg af el, gas og relaterede produkter til private, virksomheder og institutioner i

Danmark, Sverige og Holland.

Exploration and Production

I farvandene omkring Danmark, Færøerne, Grønland, Norge og Storbritannien (West of

Shetland) har Exploration and Production aktiviteter med fokus inden for olie og gas.

DONG Energy vil skabe værdi gennem et antal aktiviteter i den producerende del af

markedet og dette fra egen udforskning og udvikling af olie- og gasfelter. Jo mere olie og

gas der produceres på egne felter, des stærkere står en anden del af forretningen (Sales

and distribution) idet de dermed i mindre grad er afhængige af forsyninger fra andre

virksomheder. Målet er at kunne levere mindst 30% af den gas, der sælges.

For nuværende har DONG Energy 73 licenser i Nordeuropa som er fordelt således:

Enheder, hvorfra der produceres: 13

Enheder under udvikling: 11

Enheder til efterforskning: 49

DONG Energy er operatører på i alt 10 licenser fordelt på Danmark, Norge og England.

De seneste to felter, som er sat i drift er Nini East (DK/2010) og Trym (N/2011).

Derudover er HPHT feltet Hejre under opbygning og Solsorten er planlagt til dette årti.

Ydermere er der to ubemandede platforme (Nena og Nelly) under overvejelse.


Side | 6

Laggan-Tormore (UK) og Marulk (N) er to felter, hvortil DONG Energy har store

forventninger. Det er endnu ikke besluttet hvorvidt DONG Energy vil involvere sig i disse

projekter, men det forventes.


Side | 7

4. For analyse

DONG Energy er ejer og operatør på produktionsplatformen Siri, placeret på dansk

sokkel i Nordsøen ca. 230 km nordvest for Esbjerg.

Der produceres olie fra 5 brønde på Siri og fra i alt 7 brønde fordelt på 3 ubemandede

satellit platforme, Nini A, Nini E og Cecilie samt fra sub sea installationerne, Stine 1 og 2.

Installationerne kan meget groft deles op i to hovedområder:

Topside, der dækker installationerne over vandlinien

Subsea, der dækker alle installationerne under vandlinien.

Da de forskellige installationer skulle etableres, blev de konstrueret ud fra en forventet

levetid. Da Siri startede produktionen i 1999, var den oprindeligt designet til at skulle leve

indtil 2005. Siden blev levetiden forlænget til 2009, og med kommende opgraderinger

forventes den minimum, at skulle producere indtil 2020.

Satellitterne Nini A og Nini E, blev etableret i 2003 med en designet levetid indtil 2015.

Satellitten Cecile blev etableret i 2009, med designet levetid indtil 2020.

Subsea installationen Stine blev etableret i 2003, med designet levetid indtil 2015.

DONG Energy har vurderet, at der med de nuværende produktionsanlæg, og en oliepris

i nuværende leje, vil være mulighed for, at fortsætte produktionen til minimum år 2020.

Ligeledes vil det med Siri som produktionsplatform, være muligt at udvinde forekomster

fra nye mindre felter, som ikke tidligere ville være rentable.

Oversigt over Siri reservoir & Stine segment 1 + 2 DONG Energys intranet


Side | 8

4.1 Problemstilling

For at kunne fortsætte produktionen ud over den designede levetid, skal installationerne

gennemgås, og opgraderes efter behov. For Topsides vedkommende, arbejdes der efter

faste vedligeholdelsesplaner, og der opgraderes løbende på installationerne.

For Subsea´s vedkommende, er det et meget vanskeligt område at vedligeholde, da

installationerne kun kan tilgås ved hjælp af dykkere, eller ROV. Man har derfor placeret

færrest mulige komponenter under vandet, og etableret mest muligt på Topside.

Historisk har Subsea ikke haft samme opmærksomhed som Topside. Der har typisk

været udført inspektioner med ROV med to års mellemrum. Resultaterne af

inspektionerne gennem tiden, har desværre ikke været dokumenteret optimalt. Der har

stort set kun været udført vedligehold, når fejl er opstået, så der har ikke på noget

tidspunkt været tale om forebyggende vedligehold.

Strukturen på subsea installationerne, har sporadisk været kontrolleret for korrosion,

men der har aldrig være gjort tiltag, for at udbedre opståede mangler ved den katodiske

beskyttelse.

Enkelte pipelines er blevet kontrolleret regelmæssigt vha. pigging, men det er ikke alle

pipelines der kan pigges. Dette betyder reelt, at det ikke vides med sikkerhed, hvilken

stand de enkelte pipelines er i.

Der har fra DONG Energy´s chefingeniør været rejst tvivl om, hvorvidt leverandører af

tidligere inspektioner har været tilstrækkeligt kvalificeret til at udføre deres arbejde.

Samtidig har det været påpeget, at DONG Energy måske heller ikke har været

tilstrækkelig præcise i deres udbudsmateriale, i forbindelse med inspektionerne.

Nu har subsea installationen "Stine" nået sidste fase i den designede levetid, og

korrosionsbeskyttelsen er mange steder mangelfuld, eller direkte nedbrudt.

Hvis levetiden for installationen skal forlænges, må der derfor gennemføres inspektion

som nøje angiver hvor evt. afvigelser findes. Her ud over må det klarlægges hvilken

stand korrosionsbeskyttelsen på installationen er i. Da en renovering, eller evt.

udskiftning, tager lang tid at planlægge og udføre, må der ud over selve

levetidsforlængelsen, ligeledes tænkes på løsninger til den korte bane.


Side | 9

5. Problemformulering:

Hvorledes kan den katodiske beskyttelse på "Stine" sikres, både på kort sigt og i

forbindelse med levetidsforlængelse?

Hvordan kan de indsamlede data registreres, så de kan anvendes som

dokumentation for fremtiden?

Hvorledes kan et Scope of Work udformes, så det sikres at

arbejdsbeskrivelserne bliver optimale?

5.1 Afgrænsning:

Rapporten vil vise beregninger på katodisk beskyttelse af PLET strukturen på "Stine", og

komme med løsningsforslag. Der vil ikke blive udarbejdet designpakker med dertil

hørende 3. parts godkendelser.

Der indhentes ikke priser, eller tages højde for leveringstider.

I rapporten udarbejdes et Scope of Work for underleverandører, med tilhørende

inspektions ark.

5.2 Metode:

Problemet løses ved indsamling af data fra tidligere inspektioner for at danne et indtryk

af situationen. Der studeres flere mulige løsninger i samarbejde med Subsea ingeniører,

specialister og leverandører til installationerne. Endvidere indsamles der

erfaringsmateriale fra firmaer der har haft lignende problemer, med henblik på at

afdække forskellige løsningsmuligheder. Der gøres brug af billeder / videomateriale,

datablade og manualer. Der vil især gøres brug af de af branchen anvendte standarder.

ligeledes vil materiale fra specialister og 3. part blive anvendt. Her ud over vil

informationer fra internet, samt litteratur fra maskinmesterstudiet blive studeret.


Side | 10

6. Korrosionens natur og principper for katodisk beskyttelse

6.1 Elektrokemisk korrosion

Ved tempererede områder, er korrosion af metaller en elektrokemisk proces, hvor metaloverfladen er i kontakt med en elektrolyt. Elektrolytten kan være en fugtig film der indeholder opløste salte, som ved korrosion i atmosfæren. Elektrolytten kan også være en del af det omgivne medium, f.eks. når metal er nedsænket i ferskvand eller havvand. Metallet kan ligeledes være begravet i jorden, og i dette tilfælde vil elektrolytten være vandet i jorden, som mindeholder opløste salte. Alle metaller der er i kontakt med en elektrolyt, har et elektrokemisk potentiale der er specifikt for denne metal / elektrolyt kombination. Forskellige metaller har forskellige potentialer i en specifik elektrolyt. På overfladen af et metal der korroderer i en elektrolyt, er der anodiske og katodiske områder, der har små forskelle i potentiale. Disse områder danner aktive elektrokemiske celler, hvor strømmen flyder fra de anodiske områder til elektrolytten, og fra elektrolytten til de katodiske områder.

Korrosionscelle DONG Energy

Ved de anodiske områder, forlader positivt ladede metal ioner overfladen, mens elektroner forlader overfladen på de katodiske områder. Korrosionen finder således sted på de anodiske områder, hvor metal ionerne reagerer med elektrolytten ved dannelse af de typiske korrosionsprodukter. Den grundlæggende elektrokemiske reaktion er: Opløsningen af metal finder ikke sted på de katodiske områder, men reaktionerne sker i elektrolytten. Afhængigt af elektrolyttens pH og tilstedeværelsen af oxygen, kan den grundlæggende elektrokemiske reaktion kan være: På anoden forlader den elektrokemiske strøm metaloverfladen og på det katodiske område bevæger strømmen sig ind i metaloverfladen.


Side | 11

Da reaktionen involverer et flow af elektroner, kan reaktionshastigheden udtrykkes som en elektrisk strøm. Når et potentiale på en metalelektrode forskydes i negativ retning, vil metallet have

tendens til at tiltrække ioner og den anodiske reaktion nedsættes. Når potentialet på metalelektroden ændres i en positiv retning, vil ioner lettere frigives, og korrosionen accelererer hermed. Tilsvarende kan den katodiske reaktionshastighed øges, når potentialet bliver mere negativt, og reaktionshastigheden langsommere, når potentialet bliver mere positivt. Forskydningen af potentialet af en elektrode kaldes polarisering. Virkningen af at ændre reaktionshastigheden med polarisering kan illustreres i et "Evans diagram".

I en isoleret elektrode, vil antallet af elektroner udsendt af den anodiske reaktion være lig med antallet af absorberede elektroner i den katodiske reaktion. Den anodiske strøm vil derfor være af samme størrelse som den katodiske strøm. Det naturlige potentiale eller "korrosionspotentiale" (Ecor) vil altså være lig med det potentiale, hvor de to linjer i Evans diagrammet skærer hinanden. Korrosionshastigheden (mængden af metal der fjernes) er direkte proportional med den aktuelle strøm der flyder ved korrosionspotentialet, dvs. korrosionsstrømmen (Icor). Med henblik på korrosions undersøgelser og katodisk beskyttelse, måles elektrokemiske potentialer for metaller i en elektrolyt, i forhold til en standardreference celler. Cellen har et veldefinerede og konstant potentiale i forhold til en bestemt elektrolyt.


Side | 12

Eksempler på disse er, kobber / kobbersulfat referencecelle og sølv / sølvklorid referencecellen. Den først nævnte anvendes især i jord, og den anden i havvand. I forhold til de nævnte referenceceller, vil jern / ståls potentiale altid være negativt. Det skal dog nævnes, at forskellige områder af samme metaloverflade, kan have forskellige potentialer.

6.2 Faktorer der har indvirkning på korrosion

Ståloverfladen

Dele af en ståloverflade, der er delvist dækket med glødeskaller eller visse korrosions

produkter såsom FeS, er katodiske i forhold til de omkringliggende områder af stål.

Korrosionen optræder derfor på det anodiske bare metal som vist i figur 3, og er

særlig alvorlig, hvis området af glødeskaller er stort i forhold til arealet af det bare metal.

Korrosion vil optræde i form af fordybninger eller kratere.

Elektrolytten

Graden af korrosion af metaller i jord eller vand, afhænger af forskellige faktorer,

såsom koncentrationen af elektrolytten (resistivitet), koncentrationen af opløst oxygen og

temperaturen. Generelt kan det siges, at korrosionen øges når en af de ovennævnte

faktorer forøges. Da alle de nævnte faktorer påvirker på samme tid, skal der tages højde

for deres relative betydning.

Jord

Stål-til-jord potentialet for begravet stål, er mere negativt (anodisk) i jord med et høj salt

indhold, end i jord med et lavt saltindhold. Højere saltkoncentration vil medfører en

lavere jord resistivitet. Derfor er der tendens til at korrosionen vil være mere alvorlige i de

dele af ståloverfladen, i kontakt med jorden, der har de højeste saltkoncentrationer.

Vand

I vand er resistivitet en af de vigtigste faktorer, til påvirkning af korrosion. Da oxygen

opløses bedre i brakvand, vil stål normalt korrodere hurtigere i brakvand end i normalt

havvand. Tilsvarende vil korrosionshastigheden i højt iltet, koldt vand (Nordsøen)

normalt være højere end i varmere tropiske farvande. Dette kan illustreres i

nedenstående Evans diagram for neutralt iltet vand. Højere korrosionshastigheder må

ligeledes forventes i turbulente farvande, hvor diffusionen af ilt foregår væsentligt

hurtigere.


Side | 13

Evans diagram Dong Energy

Bakteriel aktivitet

Bakteriel aktivitet i vand og jord, er et almindeligt fænomen. Bakterier producerer

stoffer, der kan have stor betydning for korrosion. Lavt iltindhold, navnlig i

fugtig jord, kan medvirke til et ætsende miljø for jern og stål gennem

vækst af sulfatreducerende bakterier (SRB), der genererer hydrogensulfid. Disse

mikroorganismer kan kun eksistere i fravær af fri ilt, og får deres energi fra reduktionen

af sulfater til sulfider. Bakteriel korrosion af jern og stål under fugtige anaerobe forhold er

normalt hurtig og kraftig. Denne type angreb kan ofte genkendes på det lyse (oxiderede)

korroderede overflader og en emission af hydrogensulfid

6.3 katodisk beskyttelse

Princip

I Evans diagrammet, ses det, at polariseringen af stålet i den negative (katodiske)

forstand reducerer korrosionsreaktionen indtil den er praktisk talt nul. Det er dette

fænomen der udnyttes, når katodisk beskyttelse anvendes.

Polarisering af stål kan foretages ved at tilføre en ydre strøm (Iprot) der strømmer ind

stålet, for at kompensere for ubalancen af den katodiske og anodiske strøm, ved det

polariserede potentiale, dvs. beskyttelses potentialet (Eprot). Dette er vist i Evans

diagram på næste side.


Side | 14

Evans diagram Dong Energy

Dette gøres ved at indføre en ekstra anode i elektrolytten, og tvinge en elektrisk

strøm til at løbe fra denne anode gennem elektrolytten, mod overfladen af det metal der

ønskes beskyttet, hvorved man undgår de anodiske områder. Dette kan opnås ved en

galvanisk virkning mellem struktur og en "offeranode" eller med "påtrykt strøm" en

ekstern kilde.

Offeranoder

Ved at anvende anoder, gøres der brug af galvanisk virkning til at tilvejebringe den

katodiske beskyttelse strøm. Overfladen af strukturen gøres katodisk, ved at forbinde

den elektrisk til en tilstrækkelig mængde mindre ædelt metal, som er i kontakt med den

fælles elektrolyt. Det mindre ædle metal fungerer på denne måde som anode.

Magnesium, aluminiumslegeringer og zink anvendes ofte til dette formål. Anoderne bliver

ofte omtalt som offeranoder fordi strukturen er beskyttet samtidig med at anoderne

gennemgår en elektrokemisk opløsning.


Side | 15

Princip for katodisk beskyttelse vha. offer anoder - www.shell.com

Reference celler

Effektiviteten af den katodiske beskyttelse der anvendes på en struktur, kan vurderes

ved måling af det elektrokemiske potentiale af strukturen. Strukturens potentiale måles i

forhold til elektrolytten, ved hjælp af en standard reference celle. En sådan reference

celle er en metal / elektrolyt kombination, med et veldefineret og stabilt potentiale, i

forhold til elektrolytten.

Der findes forskellige reference-celler til forskellige applikationer. Da potentialerne i de

forskellige reference celler varierer, skal der altid noteres i rapporter og journaler, hvilken

reference celle der anvendes.

De mest almindelige reference-celler der anvendes er vist i efterfølgende tabel.


Side | 16

De mest anvendte reference celler - www.shell.com

Potentialet af strukturen i forhold til referenceelektroden kaldes generelt

"Struktur-til-jord" potentialet, når der henvises til landbaserede systemer og "struktur til-

havvand" potentialet, når det bruges til offshore systemer.

Potentialet ved minimum polarisering for fuld beskyttelse kaldes "beskyttelses

potentialet".

Hvis strukturens potentiale gøres for negativt, kan der opstå uheldige virkninger, såsom

beskadigelse af strukturens coating eller hydrogenskørhed. Det mest negative potentiale

tilladt i henhold til katodisk beskyttelse kaldes "overbeskyttelses potentialet".

I nedenstående tabel ses de anbefalede beskyttelsespotentialer for kulstofstål.

Potentiale (mV)

Cu / CuSo4

Ag / AgCl /

havvand Zink

Beskyttelsespotentiale

for stål i aerob miljø -850 -800 +250

Beskyttelsespotentiale

for stål i anaerob miljø -950 -900 +150

Overbeskyttelses

grænse for kulstofstål -1150 -1100 -50


Side | 17

Strømkrav (tæthed)

Mængden af strøm, der kræves for at opnå beskyttelseskriteriet jf. ovenstående tabel,

afhænger af flere faktorer. Da kravet til beskyttelsen er proportional med det areal, der

skal beskyttes, kan den krævede strøm derfor udtrykkes som aktuel "strømtæthed" per

enhed overfladeareal, og der anvendes enheden mA/m2.

Den nødvendige strømtæthed afhænger også af styrken af korrosionens reaktion. I

princippet bør korrosionsstrøm på metaloverfladen modvirkes.

De faktorer, der har indflydelse på strømtætheden, er vandets sammensætning, ilt

koncentrationen, vandhastighed, temperatur og metaloverfladens tilstand

Nedenstående tabel viser empiriske data for strømtæthed i havvand.

Design strømtæthed (mA/m2)

Havvands

temperatur (°C)

Lav

gennemstrømnings-

hastighed

Moderat

gennemstrømnings-

hastighed

Høj

gennemstrømnings-

hastighed, (dybde <

20 m)

> 20 (tropisk) 50 60 70

12 - 20 (sub tropisk) 60 70 80

7 - 12 (tempereret) 70 80 100

<7 (arktisk) 90 100 120

Nedenstående diagram viser sammenhæng mellem havvandets temperatur, saltindhold

og strømtæthed.

Strømtæthed - www.shell.com


Side | 18

Beskyttende belægninger

Belægninger eller coating anvendes til korrosionsbeskyttelse af forskellige strukturer, der

er begravet eller nedsænket. Ideelt set bør belægningen være et uigennemtrængeligt

ikke ledende, stærkt adhærerende overtræk, som beskytter strukturen fuldstændigt mod

elektrolytten. Men denne disse ideelle betingelser er stort set umulige at opnå til en

rimelig pris. Belægningerne vil altid til en vis grad blive beskadiget under transport,

konstruktion eller drift. Nogle coatings er i et mindre omfang permeabel for elektrolytten,

og der vil derfor løbe en lille strøm gennem denne. Beskyttende belægninger anvendes

derfor ofte sammen med katodisk beskyttelse som komplementære systemer. Katodisk

beskyttelse giver en back up til belægningens beskadigelse, og belægningen begrænser

den nødvendige strøm til et acceptabelt niveau.

Begrænsninger i katodisk beskyttelse

I nogle tilfælde er de katodiske beskyttelsessystemer ikke fuldt ud effektive, selv om der

er rigelig strøm tilgængeligt. Dette sker, når stålkonstruktionen bliver afskærmet fra den

elektriske strøm. Afskærmningen kan skyldes tilstedeværelsen af metalgenstande

mellem anoder og katoder, som kan, eller ikke kan være en del af strukturen, der skal

beskyttes. Eksempler på afskærmning af strukturer kan være belægninger og løs

indpakning. Der kan også være tale om nedfaldne vragrester, som f.eks. ankerkæder.

Katodisk beskyttelse design og design

Ved udførelse af nye projekter, skal udformningen af det katodiske beskyttelsessystem

være en integreret del af den samlede konstruktion. Coating systemet er afhængig af det

katodiske beskyttelsessystem der skal bruges, mens evt. begrænsninger ved

anvendelsen af katodisk beskyttelse, kan påvirke den mekaniske konstruktion eller

materialevalg hertil. Det er vigtigt at overholde de gældende standarder ved design af

beskyttelsen. Den katodiske beskyttelse bør udelukkende kalkuleres af professionelle og

erfarne ingeniørfirmaer. Mindre systemer kan dog under tiden designes af lokale

ingeniører.


Side | 19

7. Katodisk beskyttelse af PLET strukturen

Stine består af mange forskellige separate enheder, som samlet set udgør subsea

installationen. Mest kendt er "Xmas-tree", som er placeret oven på selve brønden, og

ved hjælp af et antal ventiler, kan regulere flowet til pipelinen. Her ud over er der placeret

forskellige beskyttelses strukturer, styre enheder og pipeline forbindelser. Det kan aldrig

med sikkerhed vides, om alle enheder er fuldstændig elektrisk forbundne, og det er

derfor nødvendigt at foretage beregninger for hver enkelt enhed. På denne måde sikres

det, at der er tilstrækkelig beskyttelse, uanset om der er elektrisk forbindelse, eller hvis

forbindelsen med tiden skulle forringes.

Denne rapport vil gennemgå beregninger af de forhold der kan have indflydelse på

bestemmelse af dimensionerne på den katodiske beskytte af PLET strukturen. Som

udgangspunkt for beregningerne, antages det at PLET strukturen er fabriksny, og

placeret på landjorden for montage af anoder til katodisk beskyttelse.

Stine subsea installation med PLET struktur - DONG Energy


Side | 20

7.1 Designparametre

PLET strukturen er placeret på havbunden over sedimentniveau, og derfor vil

nedenstående beregninger kun tage højde for eksponering i havvand. Der regnes med

en designet levetid på 12 år. Den geografiske placering af PLET strukturen, er den

danske sektor af Nordsøen, og jf. NORSOK M-503, skal følgende kriterier derfor gælde:

Designet levetid (tf): 12 år.

Vanddybde: 60 meter

Havvandstemperatur: 3 - 9 C

Havvandets resistivitet: 30 Ω/cm.

Piping og ventiler: Udsat for max. 80 C

PLET struktur - DONG Energy


Side | 21

NORSOK henviser til DNV RP B401 ved selve kalkulationen af den katodiske

beskyttelse. Alle strukturens elementer og komponenter, er fremstillet af kulstofstål og er

coatet i henhold til NORSOK M-501 system 7, som er ækvivalent med kategori 3 jf. DNV

afsnit 6.4.6 Alle komponenter fremstillet i rustfast stål, er dog ikke coatet. Strømtætheden

og den forventede nedbrydelse af coatingen, med tages i beregningerne.

DONG Energy´s ingeniører har oplyst hvilke arealer, temperaturer, samt coating der i

beregningerne, bør medtages for de enkelte komponenter. Dette beskrives i

nedenstående tabel:

Beskrivelse Overflade areal

(m2)

Coating kvalitet Max.

temperatur

niveau

Stål strukturen 62,5 NORSOK system 7 < 25 C

Piping 10,6 NORSOK system 7 80 C

2" duplex rustfast

stålventil

0,6 Ubehandlet 80 C

Resterende piping´s og

ventiler *)

49,6 NORSOK system 7 80 C

*) Dækker PLET strukturens resterende piping´s og ventiler. Alle resterende ventiler er

fremstillet af kulstofstål.

Ifølge NORSOK M-503 skal nedenstående tabel over strømtæthed, anvendes ved anode

design i havvand med temperatur op til 25 C. Tabellen finder anvendelse for bare

overflader på kulstofstål, rustfast stål, aluminium og andre metaller.

Vanddybde

(m)

Nordsøen (op til 62 N) Nordsøen (Nord for 62 N)

Start

mA/m2

Middel

mA/m2

Slut

mA/m2

Start

mA/m2

Middel

mA/m2

Slut

mA/m2

0 - 30 200 100 130 250 120 170

>30 - 100 170 80 110 200 100 130

>100 - 300 190 90 140 220 110 170

>300 220 110 170 220 110 170

På overflader der udsættes for temperaturer højere end 25 C, skal strømtætheden øges

med 1 mA/m2 for hver grad temperaturen overstiger 25 C. Dette tillæg skal foretages,

inden effekten af coatingen inkluderes.


Side | 22

For coatede strukturer, som lever op til NORSOK M-501, system no. 7, skal der

anvendes en coating nedbrydnings faktor. Coating nedbrydnings faktoren beskriver

reduktionen i den katodiske strømtæthed, som opstår pga. coatingen. Coating

nedbrydnings faktoren kan beskrives som en funktion af coatingens egenskaber, det

omgivne miljø samt levetiden, og kan skrives som:

I DNV, tabel 10-4, angives anbefalede værdier for variablerne a og b

Vanddybde

(m) a b

0 - 30 m 0,02 0,012

>30 m 0,02 0,008

Ved hjælp af design levetiden samt faktor a og b, kan coating nedbrydnings faktoren for

middel og slutning af designlevetiden findes:

Anodens virkningsgrad afhænger af dens geometri. DNV tabel 10-8 anbefaler

virkningsgrader der afhænger af forholdet mellem længde og bredde (diameter) på

anoden.

Følgende formler kan herefter anvendes til beregning af massebehovet af anoder:

Strømbehovet for hver enkelt

komponent kan skrives som:

Masse behovet af anoder for hver

enkelt komponent kan skrives som:

I = strømbehovet (A) M = totale nettovægt af anoder (kg)

i = strømtætheden (mA/m2) I = middel strøm behov (A)

A = overfladen der skal beskyttes (m2) tf = design levetiden (år)

f = coating nedbrydnings faktoren (%) 8760 = omregning til timer pr. år

u = udnyttelsesgraden (%)

ε = anodens kapacitet (Ah/kg)


Side | 23

Her efter kan anode behovet for hver enkelt komponent på strukturen beregnes.

Overflade areal: Stål struktur 62,5 m2 Start Middel Slut

Strømtæthed i 170 80 110

mA/m2 Coating nedbrydningsfaktor f 2 7 12

%

Strøm behov I 213 350 825

mA Design levetid t 12 12 12

år

Udnyttelses grad u 85 85 85

% Anodens kapacitet ε 2.000 2.000 2.000

Ah/kg

Anode masse - 21,64 - kg Nettovægt

Overflade areal: Piping 10,6

m2

Start Middel Slut


mA/m2

Coating nedbrydningsfaktor f 2 7 12

% Strøm behov I 48 100 210

mA

Design levetid t 12 12 12

år Udnyttelses grad u 85 85 85

%

Anodens kapacitet ε 2.000 2.000 2.000

Ah/kg


Overflade areal: 2" ventil 0,6

m2

Start Middel Slut


mA/m2



mA


År Udnyttelses grad u 85 85 85

%


Ah/kg

Anode masse - 5,01 - Kg Nettovægt

Overflade areal: Resterende piping 49,6

m2

Start Middel Slut


mA/m2



mA


år Udnyttelses grad u 85 85 85

%


Ah/kg


Samlede strøm behov 0,618 1,000 2,116 Ampere Total


Side | 24

Ovenstående beregninger

tager som nævnt

udgangspunkt i en

fabriksny PLET struktur. Da

der jo er tale om

levetidsforlængelse på en

eksisterende PLET

struktur, vil behovet for

anode massen være

signifikant større. dette

skyldes, at der allerede vil

være en stor nedbrydning

af coatingen, hvorfor der

må tages forbehold for

dette.

Nedenstående diagram afspejler kravet til anode masse for stålstrukturen alene.

Som det kan aflæses af diagrammet, vil behovet for anode masse, ved en levetid på 12

år, være på ca. 22 kg. Hvis levetiden forlænges til 24 år vil der være behov for ca. 72 kg

anode masse. Grunden til det voldsomt øgede behov, skyldes at levetiden indgår i

beregningerne 2 gange (både i coating faktoren, og i levetiden).

Ovenstående diagram illustrerer hvorledes kravet til anode massen alene på stål

strukturen, ændres markant når levetiden forøges.

y = 0,1031x2 + 0,5153x - 2E-13

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30

An

od

e m

asse

i k

g

Tid i år

Anode masse som funktion af tid

PLET struktur før etablering subsea. Fra DONG Energy´s intranet


Side | 25

Samme beregning som foregående for PLET strukturen, gentages, men nu hvor

levetiden er forlænget til 24 år:

Overflade areal: Stål struktur 62,5 m2

Start Middel Slut


mA/m2


%

Strøm behov I 213 580 1.458

mA


år


%


Ah/kg


Overflade areal: Piping 10,6

m2

Start Middel Slut


mA/m2


%


mA


år


%


Ah/kg


Overflade areal: 2" ventil 0,6

m2

Start Middel Slut


mA/m2


%


mA


år


%


Ah/kg


Overflade areal: Resterende piping 49,6

m2

Start Middel Slut


mA/m2


%

Strøm behov I 223 777 1.735

mA


år


%


Ah/kg


Total strøm behov 0,618 1,604 3,662 Ampere Total

Hvis hele PLET strukturen ønskes beskyttes ud fra dette forhold, vil det betyde, at der

skal anvendes 198,34 kg anoder, i stedet for de først beregnede 61,82 kg. Da Plet

strukturen antages at være beskyttet indtil de første 12 år, antages det, at de 61,82 kg

fra første beregning kan fratrækkes, og det samlede behov vil således, ifølge

beregningerne, være på 136,52 kg anoder til levetidsforlængelsen.


Side | 26

7.2 Valg af anode type

Ud fra beregningerne i foregående afsnit, med hensyn til behovet for anode masse,

fremlægges der i det følgende to løsningsforslag til valg af katodisk beskyttelse af PLET

strukturen:

Flush mounted anode

Scarpenord Corrosion a.s1 fremstiller anoder, både i specialdesign, og efter standard

størrelser. Der er i dette løsningsforslag valgt en standard flush mounted Aluminium-

Zink-Indium anode. Anoden består af en stål stang, hvorpå anoden er støbt. Anoden skal

svejses på PLET strukturen. Nedenstående tabel, viser anodens karakteristika:

Anode design: Havvandets resistens: 0,30 Ω * m.

Scarpenord A- 80

Anode L x H x B 555 x 70 x 155 mm

Anode nettovægt 14,4 kg

Anode bruttovægt 16,8 kg

Antallet af anoder beregnes for de enkelte komponenter jf. nedenstående tabel:

Beskrivelse

Strøm behov (A) Netto anode

masse behov

(kg)

Anbefalet antal

af A-80 anoder Start Slut

Stål struktur 0,21 1,46 71,73 4,98

Piping 0,05 0,37 20,53 1,43

2" ventil 0,14 0,1 10,02 0,7

Resterende 0,22 1,74 96,06 6,67

Hvis det antages, at hele PLET strukturen skal være katodisk beskyttet jf. de

ovenstående beregninger, skal der anvendes 4,98 + 1,43 + 0,7 + 6,67 = 13,87 => 14 stk.

anoder. I realiteten vil en del af anoderne, som beskytter den store pipeline, også

medvirke til beskyttelse af PLET strukturen, da de jo er elektrisk forbundne, men ved

disse beregninger vælges der at tænke konservativt, da den elektriske forbindelse

måske forringes med tiden.

1 www.scarpenord-corrosion.no

www.scarpenord-corrosion.no


Side | 27

Anode bank

Firmaet Deep Water2 fremstiller forskellige designløsninger til offshore industrien. En af

deres løsninger, er en såkaldt anode bank, som består af et antal mindre anoder der

samles i en ramme. Denne anode bank kan forbindes til PLET konstruktionen ved hjælp

af kobberkabler. NORSOK M-503 angiver minimum tykkelsen på kabler, samt hvilke krav

der stilles til selve forbindelsen. Kablerne skal monteres på PLET konstruktionen med

bolte samling. Denne løsning anvendes i stor udstrækning på installationer i den

engelske del af Nordsøen.

Anode bank fra Deep water - www.stoprust.com

Analyse

Som beskrevet i starten af afsnittet, tager de ovenstående beregninger udgangspunkt i

en fabriksny PLET struktur, som er placeret på landjorden for montage af anoder til

katodisk beskyttelse. Ved en levetidsforlængelse af eksisterende systemer, vil der

optræde et antal ubekendte faktorer, som vil medføre en signifikant forskel på resultatet

af beregningerne.

2 www.stoprust.com


Side | 28

Coating

En af parametrene i beregningerne er coatingen. Ved en fabriksny konstruktion, vil

coatingen være intakt, hvilket illustreres ved at nedbrydningsfaktoren kun er 2% i starten

af levetiden, men herefter falder til 12% efter 12 års levetid. Hvis der i beregningerne

kalkuleres med en levetid på 24 år, hvilket antages at svare til en yderligere forlængelse

på 12 år af den eksisterende konstruktion, vil coating nedbrydnings faktoren ved

slutningen af levetiden, være på 21%. Da det ikke med sikkerhed kan vides, præcis i

hvilken stand coatingen er, kan selve behovet for anode masse, vise sig at være

markant højere.

Svejsning

For at sikre en fuldstændig elektrisk forbindelse mellem anode og katode, bør anoden

svejses fast på konstruktionen. Anoderne monteres efter konstruktionen er coatet og

coatingen slibes af umiddelbart i svejseområdet. Her efter coates svejseområdet igen

som beskyttelse mod korrosion jf. NORSOK M-501. Dette arbejde lader sig ubesværet

udføre onshore, da der er god adgang til de områder der skal arbejdes på. Ved

levetidsforlængelse skal svejsearbejdet udføres af dykkere, under vanskelige forhold. De

gamle anode beslag skal afmonteres, og der skal afrenses før montage af nye anoder.

Det vil ikke være muligt at efterbehandle svejsningerne, så der vil være yderligere

områder med blottet overflade, som udsættes for korrosion. Dette vil sandsynligvis

medføre højere anode forbrug, end det der i rapporten er beregnet for.

Prisen

Denne rapport vil ikke gennemgå de økonomiske aspekter, men en levetidsforlængelse

hvor der skal involveres dykkerskibe, og foretages større arbejder i forbindelse med

montage af anoder, vil være særdeles omkostningskrævende. Ligeledes må det

vurderes om der skal lukkes ned for olie produktionen under arbejdet, hvilket vil medføre

et stort tab i indtjening.

Følgende pris overslag er lavet i samarbejde med chefingeniør Keith Moar:

Det vurderes, at tabt indtjening ved nedlukning af produktionen, vil udgøre i omegnen af

kr. 400.000 pr time.

Leje af dykkerskib, med besætning og udstyr anslås at koste ca. kr. 1.500.000 pr døgn.

Løsning med fastsvejsede anoder

Beskrivelse Tid Pris (kr.)

Klargøring til arbejde 1 dag 1.500.000

Svejsearbejde 2 dage 3.000.000

Nedlukning af produktion 48 timer 19.200.000

Samlet udgift 23.700.000

Løsning med boltede anoder


Montage af anoder 19 timer 1.188.000

Samlet udgift 1.188.000

Løsning med montage af anode bank


Montage af anoder 8 timer 500.000

Samlet udgift 500.000


Side | 29

8. Løsningsforslag til katodisk beskyttelse af PLET

I foregående afsnit er der foretaget beregninger af det samlede behov for anoder til

PLET strukturen, ved en levetidsforlængelse på yderligere 12 år. I det efterfølgende,

vurderes fordel og ulemper, set fra forskellige perspektiver:

Korrosionsteknisk

Set fra et korrosionsteknisk perspektiv, vil montage af flush mounted anoder, som

fastgøres ved svejsning direkte på PLET strukturen være den optimale løsning, da der

herved opnås 100% elektrisk forbindelse mellem anode og katode. Det vil dog ikke være

muligt, at efterbehandle de svejste områder med coating, hvorfor et større område

efterfølgende vil være blottet og udsat for korrosion.

Etablering af et antal anode banker, vil være en teknisk mulighed. Det er dog absolut

nødvendigt, at der konstrueres montagebeslag, der passer meget nøjagtigt på PLET

strukturen. Ellers kan korrekt elektrisk forbindelse mellem anode og katode ikke

garanteres.

Montageteknisk

Vælges det at fast svejse flush mounted anoder, stilles der meget store krav til arbejdets

udførelse. Der kræves dykkere som vil have meget begrænset arbejdsplads. Selve

arbejdet vil være uhyre tidskrævende, og der kræves højst sandsynligt at

olieproduktionen må lukkes ned i arbejdsperioden.

Ved valg af anode banker, vil arbejdet for dykkerne, kunne udføres relativt let. Der skal

afrenses et antal områder, hvor beslagene monteres med bolte forbindelse. Nedlukning

af olieproduktionen under arbejdet, vil ikke være nødvendig.

Umiddelbart vurderes følgende punkter at være af betydning ved valg af løsning:

Kan der til stadighed sikres elektrisk forbindelse i kredsløbet

Er det teknisk muligt

Tidshorisont.

Økonomi

8.1 Anbefalet løsning

Set ud fra en økonomisk betragtning, er der en markant forskel på prisen på de

forskellige løsninger. Da levetiden udløber i 2015, betyder det, at der skal være etableret

en løsning inden 18 måneder. Dette forekommer kun muligt, ved valg af anode banker,

da der må påregnes en længerevarende forberedelsesfase ved valg af flush mounted

anoder. Da alt arbejde der involverer dykkere er forbundet med sikkerhedsmæssig risiko,

vil det være at foretrække at vælge en løsning, der kræver mindst mulig dykkertid.

Som løsning på den korte bane til katodiske beskyttelse på PLET strukturen, anbefales

det derfor at vælge løsningen med anode banker, som monteres med beslag på PLET

strukturen. Dette er ikke den optimale tekniske løsning, men det er en løsning der virker.

Anode bankerne kan monteres relativet enkelt, og sikkert. På denne måde, kan

integriteten på installationen sikres, indtil en permanent løsning er bragt på plads.


Side | 30

Som langsigtet løsning, anbefales det at montere flush mounted anoder, men ved

montage med bolte, i stedet for svejsning. Dette er heller ikke den optimale løsning

teknisk set, men som med anode bankerne, er det en løsning der virker. NORSOK M-

503 anviser hvorledes montagen skal foretages, samt hvilke kabler der skal anvendes

for at skabe korrekt forbindelse.

Vælges løsningen med anode bankerne, og senere med boltede forbindelser, må der

samtidig oprettes procedurer, så der med faste intervaller monitoreres på strukturen, for

at sikre at det elektriske kredsløb til stadighed er intakt. Dette punkt vil blive behandlet i

kommende afsnit.


Side | 31

9. Inspektion og registrering af afvigelser

På danske olieproduktionsplatforme kræves der en produktionstilladelse, som udstedes

af Energistyrelsen. For at opnå en produktionstilladelse, skal man som operatør kunne

eftervise at man overholder offshore-sikkerhedsloven.

Der er i modsætning til andre lovgivninger i Danmark ikke vejledninger eller anbefalinger

til offshore-sikkerhedsloven, men det er op til de enkelt operatører selv, at etablere et

internt kontrol system (egenkontrolsystem), som ved audits kan godtgøre at

betingelserne i offshore-sikkerhedsloven er opfyldt.

Der er krav omkring udledning af olie på vand, afbrænding af gas - dvs. CO2 udledning -

og andre miljømæssige tiltag.

Ydermere stilles der meget høje krav til personsikkerheden.

I tillæg til denne lovgivning, kan der af akkrediteret selskab - i Danmark er det oftest DNV

- udstedes et dokument, der retfærdiggør at selskabet er egnet som operatør. Dette

dokument er ikke begrænset til at omfatte offshore-sikkerhedsloven, men indeholder

blandt andet også en dokumentation for at der er etableret et funktionelt

vedligeholdelsessystem.

Dokumentet er benævnt COC (Certificate of Compliance). Hvis selskabet der er operatør

på en platform er i stand til at opnå, og bibeholde dette dokument, er det et internationalt

anerkendt udtryk for, at selskabet overholder sikkerhedslovgivningen, at der er etableret

et vedligeholdelsessystem som fungerer, at der er procedurer for evt. uønskede

hændelser m.m.

COC er derfor meget vigtigt for operatørerne. Det giver mulighed for at få lov til at

operere på andre felter, hvor selskabet er partner, og sidst men ikke mindst giver det

lettere adgang til at rejse midler til nye boringer og dermed indtægtskilder.

For at kunne leve op til COC, skal operatøren kunne dokumentere, at der foretages

regelmæssige inspektioner, og, at evt. afvigelser registreres. Alt efter hvilken betydning

for integriteten afvigelserne har, skal de klassificeres, så udbedring af afvigelserne kan

planlægges bedst muligt.

Nedenstående er indsat en beskrivelse af hvorledes DONG Energy vurderer at evt.

fundne afvigelser skal klassificeres.

"This Master Anomaly Register shall act as the primary tool for DONG E&P Subsea

Technology to record anomalies observed during subsea inspection. The Master

Anomaly Register is also the primary tool for demonstrating that the Asset Responsible

Engineer has addressed the observed anomalies, classified the risk of the anomaly, and

performed preventive action as required"


Side | 32

Primary Anomaly Classification:

Classification Description Status

Type A Anomaly assessed as having no impact on integrity.

Closed, or no action needed.

Type B

Anomaly assessed as having no risk to integrity within 3

years, but requiring monitoring to prevent further

deterioration.

Type C

Anomaly assessed as having a risk to integrity within 3

years, requiring further engineering assessment and/or

further inspection within 12 months.

Type D

Anomaly assessed as having a risk to integrity within 12

months thus requiring assessment, inspection and/or

repair within 2 months.

Som det ses, er den primære klassifikation delt op i fire kategorier, med hver sin farve,

alt efter hvilken indvirkning de vurderes at måtte have på installationens integritet.

Secondary Anomaly Classification

Nedenstående skema, beskriver de typiske typer af afvigelser der forekommer, og

hvorledes de skal klassificeres.

Debris which is not hazardous, has not caused damage,

could not cause damage or any risk to integrity

A - Green

Debris which could cause damage, be a hazard of affect

the function of anything (An example is anything lying

over an anode).

B - Yellow

All coating loss without significant evidence of corrosion B - Yellow

All coating loss showing evidence of advancing

corrosion

C - Orange

Damaged anodes showing correct CP levels B - Yellow

Damaged anodes showing below specification CP

readings

C - Orange

Any CP reading up to 25% below specification B - Yellow

Any CP reading greater than 25% below specification C - Orange

Any visual indication of a crack or impact damage C - Orange

Confirmation of a crack or impact damage by NDT D - Red

Any visual evidence of release of hydrocarbon D - Red

As built documentation does not reflect actual status B - Yellow


Side | 33

Follow up:

Once the anomalies have been classified and remedial works have been performed, the

Asset Responsible Engineer is to update and re-classify the anomaly in this register.

Observed anomalies should be included in the inspection data sheets for reference in

future inspection.

DONG Energy udførte I 2012 med "Stine Field Annual Condition Report 2012", en

inspektion af tilstanden på Stine installationen. Resultaterne fra denne inspektion, er

samlet i en rapport der er vedlagt som bilag 1).

Ifølge rapporten er der udført en generel visuel inspektion af PLET strukturen, hvilket

betyder at der ikke er lavet målinger af den katodiske beskyttelse.

I rapportens afsnit 7.7 beskrives tilstanden for PLET strukturen som følgende:

"The Stine PLET and associated structure appear to be in reasonable condition. The

main issues relates to coating breakdown, corrosion and anode wastage. The coating is

starting to breakdown as can be expected for subsea steel work of this age, there is

evidence of only minor surface corrosion, which indicates that the CP system is providing

some protection, but there is a significant wastage on many anodes so it would be

prudent to carry out a CP system review to look at the protection of the steel work going

forward in the life cycle of the asset."

I rapportens afsnit 8, konkluderes det, at udviklingen af afvigelser begynder at true

installationens integritet, og at der hurtigst muligt skal tages aktion.

"There are a large number of depleted anodes all over the Stine system, which have

been over 80% wasted for at least 5 years. Anodes with this degree of wastage are less

effective in protecting the metallic structures for which they are designed. From the

further anomalies it is clear to see that the paint coatings are starting to significantly

breakdown as we would expect for a development of this age. The combination of

severely depleted anodes and significant coating breakdown poses a strong threat to the

integrity of the Stine subsea system and needs to be addressed as a matter of urgency".

There is also some concern over the competence of our inspection contractor who have

been probing the anodes directly. Normal practice is to probe the steel structures that

these anode protect to see that they are effectively doing their job."

Endelig anbefaler rapporten I afsnit 9, at der foretage undersøgelse af, hvorledes

installationen kan bevare sin integritet, ved en evt. levetidsforlængelse.


Side | 34

Afvigelserne for hele Stine installationen, er samlet i et Excel ark og vedlagt som bilag 2).

I nedenstående skema, er afvigelserne for PLET strukturen listet med farvekode, der

indikerer den forventede indvirkning på installationens integritet.

Anomaly

no.

Elevation CP

mV

Description Status

2009/13 -58 m ÷ Anode depleted on the Skid.

2009/14 -58 m Continuity strap detached between

roof and body of Protection

Structure.

2009/15 -58 m FMC Hub

2009/16 -58 m Damaged and missing identification

on valve ports.

2009/17 -58 m Leak from bung in valve receptacle

2009/18 -58 m ÷ Coating damage on PLET structural

steelwork

2009/21 ÷ ÷ 30% loss of paint coating on Anode

protection frame – showing bare

metal. Two Frames display coating

loss of approximately 30% on the

West Side of the PLET roof.

2009/22 ÷ ÷ 4 x small areas of bare metal on

both hinges on SW corner of PLET

Protection Frame. No discoloration

or corrosion observed – CP readings

all within criteria.

2010/25 ÷ Continuity strap broken or not

connected

2010/26 ÷ Continuity strap broken or not

connected

2011/01 ÷ Small stream of gas bubbles

emanating from flange gap between

11 o'clock through 12 o'clock to 2

o'clock

2011/02 ÷ 1 x soft strop debris - 40mm x 5m 1

x wire metallic strop with ferruled

eye debris: ᴓ 25mm x 10m lying

over skid of internal PLET

2011/03 ÷ ÷ Anodes 1, 2, 3, 4, 6 and are buried

by build-up of seabed material

preventing inspection


Side | 35

9.1 Analyse

Som det fremgår af skemaet over afvigelser, er det vurderet at en del af punkterne ikke

har indflydelse på installationens integritet, hvorfor de markeres med grøn farve, og der

skal ikke foretages yderligere.

De punkter som er markeret med gul, har ifølge klassificeringen, ikke direkte indflydelse

på integriteten de næste 3 år, men skal monitoreres for at forebygge yderligere

nedbrydning.

De orange markerede punkter, har indvirkning på integriteten inden for 3 år, og

yderligere inspektion, eller udbedring skal foretages inden for 12 måneder. Som det ses

af skemaet, er der afvigelser fra 2009 som er markeret gule eller orange, der umiddelbart

ikke har været fulgt op på, da de ellers ville være fjernet fra listen.

Hvorledes har kampagnerne været udført

Den almindelige inspektion udføres normalt hvert andet år. Hvis der ikke har været

behov for at få udført arbejde i forbindelse med inspektionen, har man benyttet ROV.

Denne inspektions metode foretrækkes, da den er væsentligt billigere end inspektion ved

hjælp af dykkere.

I forbindelse med en inspektionskampagne, udfærdiges et "Scope of Work", som

beskriver hvilke områder man ønsker at få udført inspektion på. Selve entreprisen

udbydes til aktører på markedet, og man udpeger her efter en leverandør. DONG Energy

anskaffer relevant tegningsdokumentation, til brug ved inspektionen.

Hvorledes registrerer topside afvigelser?

På topside har alle komponenter et TAG nr. Alle komponenterne er registreret i SAP, og

der kan derfor søges på historik for de enkelte komponenter. Samtidig kan vedligehold

løbende optimeres, da historikken for komponenterne, hele tiden kan følges. Når der

registreres afvigelser, oprettes der en "work order" og indtil sagen er lukket, vil denne

kunne ses i systemet.

Hvorledes registrerer subsea afvigelser?

Efter hver inspektion, samles afvigelserne i en rapport, og klassificeres efter kategori.

Her efter udarbejdes et "Scope of Work", som udbudsmateriale til underleverandører.

Afvigelserne burde så blive udbedret, i forbindelse med andet arbejde subsea. Dog er

nogle afvigelser af så stor betydning, at der omgående søges at udbedre problemerne

(eks. ved gas leak). Men som det fremgår af bilag 2 over afvigelser på PLET strukturen,

får man altså ikke udbedret alle afvigelser. Historisk har subsea ikke registreret

afvigelser i en database, men udelukkende anvendt inspektionsrapporterne som

udgangspunkt for vedligehold. Dette betyder at man kan ikke søge efter historiske fejl og

mangler, og man risikerer derfor at afvigelser "hænger i systemet". Ved inspektionerne

udfyldes et inspektions ark, (se bilag 3) hvor fundne afvigelser noteres. Ofte angives der

en omtrentlig position på områder med afvigelser. Man anvender ikke TAG nr., som

ellers ville angive præcis hvor, og præcis på hvilken komponent, afvigelsen er fundet.

Dette medfører en del usikkerhed, når afvigelserne skal klassificeres, da der jo reelt kan

være tale om at en alvorlig afvigelse klassificeres som mindre væsentlig. Et eksempel på

dette, er en 100% nedbrudt anode på en ventil på Xmas-tree, der klassificeres som

mindre væsentlig.


Side | 36

Subsea Software

I flg. subsea ingeniørerne, anvender andre operatører forskellig software, som er

designet til inspektion og registrering af afvigelser. Softwaren er en integreret løsning,

hvor der ud over inspektionsdelen, også kan foretages beregninger på pipelines, struktur

og mange andre områder. Dette software anvender man endnu ikke hos DONG Energy.

Der har dog været lavet undersøgelser med henblik på at finde et software, som kan

finde anvendelse til subsea. Ønskerne går på at finde et software, som både kan bruges

til beregning af korrosion i pipelines, og andre subsea relaterede problemstillinger, og

samtidig kan anvendes til dokumentation ved inspektioner. Der har været kontakt til 8

software leverandører, og der er udfærdiget en rapport vedlagt som bilag 4) med hensyn

til at udvælge en mulig løsning. Af de mulige løsninger, har man peget på 2

leverandører, hvor softwaren tilgodeser hovedparten af afdelingens ønsker, men dog

ikke alle. De 2 udvalgte leverandører er: SAP Linear Assets Management3, og Coabis fra

Aker Solution4 De nævnte software, er som sagt specielt udviklet med henblik på

subsea ingeniører, hvorfor størsteparten af DONG Energys medarbejdere ikke vil kunne

anvende dem.

Da man hos DONG Energy har forskellig software der kan anvendes til de forskellige

subsea områder, har man ikke ønsket at gå videre med valg af software på nuværende

tidspunkt. Så for nuværende, er situationen Status Quo.

SAP

SAP er reelt en database, hvor man kan søge oplysninger efter forskellige udvalgte

kriterier. Systemet finder allerede anvendelse på Topside, og det er muligt at vedhæfte

arbejdstegninger, Work Orders, billeder og mange andre væsentlige oplysninger i

systemet. SAP kan derfor sagtens håndtere de afvigelser der registreres ved

inspektioner. Men da det er en database, kan det naturligvis ikke bruges til beregninger

af korrosion og andre subsea relaterede problemer. Alle medarbejdere hos DONG

Energy kan få adgang til SAP, og kan derfor følge med i hvilke afvigelser der opstår, og

følge udviklingen. Det betyder at medarbejdere som ikke til dagligt arbejder med

Topside, alligevel kan søge oplysninger, i stedet for at skulle kontakte nogle få

specialister.

TAG nr.

Det er af største vigtighed, at de fundne afvigelser bliver registreret i et system, så

afvigelser ikke får lov til at "hænge i systemet" uden at blive udbedret.

For at kunne registrere afvigelser i et system, må der nødvendigvis kunne henføres til et

unikt nr. På subsea installationer, har man enkelte steder TAG nr. som kan ses på

konstruktionstegninger. Det vil være oplagt, at anvende disse TAG nr. da der således vil

være samhørighed mellem konstruktions tegningerne, og databasen med afvigelserne.

Billedet på næste side, viser uddrag af konstruktions tegninger fra Cecilie platformens

subsea struktur, hvor venstre billede viser anoderne, og højre billede viser strukturens

enkeltdele. Som det ses, har hver enkelt komponent sit eget unikke TAG nr.

3 www.sap.com

4 www.coabis.com


Side | 37

TAG nr. for anoder og struktur, på Cecilie platformen

På Stine, er der imidlertid ikke TAG nr. på konstruktionstegningerne. Derfor har det

været normal procedure, at der ved inspektionerne laves en beskrivelse af afvigelsen,

med henvisning til området hvor afvigelsen er fundet. Dette medfører en stor usikkerhed

ved registrering af afvigelserne, hvorfor de ikke med sikkerhed, kan antages at være

pålidelige.

Et eksempel har vist, at en afvigelse fundet ved inspektion, rent faktisk var placeret 20

meter fra det på beskrivelsen registrerede.

Valg af leverandør

Som nævnt i "Stine Field Annual Condition Report 2012" udtrykkes der bekymring for

hvorvidt leverandører af tidligere inspektioner rent faktisk har de fornødne kompetencer.

Som ovenstående viser, har der i en rapport været angivet en afvigelse, som var

placeret 20m fra det virkelige punkt. Her udover angives der, at CP målinger blev

foretaget direkte på anoderne, hvor målinger naturligvis skal foretages på strukturen,

hvor potentialet vil vise om beskyttelsen er inden for tilladte tolerancer. Ydermere har der

været konstateret mindre vragrester og fiskenet, nedfaldet på strukturdele, som ikke har

været fjernet ved inspektionerne. Således går samme afvigelser igen, over flere

inspektioner.


Side | 38

10. Løsningsforslag til registrering af afvigelser

I foregående afsnit er den hidtidige fremgangsmåde ved inspektion, og registrering af

afvigelser gennemgået. I det efterfølgende, vurderes fordel og ulemper, set fra

forskellige perspektiver:

Software

At de indsamlede date efter inspektioner ikke bliver samlet i en form for database, er

uacceptabelt. Den nuværende løsning, hvor afvigelser udmøntes i en rapport, og

derefter søges afhjulpet, bidrager ikke til en langsigtet planlægning af vedligehold. Da

der ikke kan søges historik på afvigelser, kan en gentagen fejl (f.eks. en defekt ventil)

blive udskiftet adskillige gange, hvor en historisk søgning måske ville kunne afdække et

problem mht. materialevalg eller design.

De nuværende anvendte software kan ikke registrere afvigelser, og er derfor ikke

anvendeligt ved inspektionerne. Ved evt. indkøb af nye softwareløsninger, vil det kun

være et fåtal af specialister som kan få adgang til databasen med afvigelser. Ved at

anvende SAP som database, vil selve problemet med at registrere afvigelserne kunne

løses. Alle medarbejdere kan få adgang til systemet, og har derfor mulighed for at kunne

følge op på opståede afvigelser, samt søge historik for at planlægge vedligehold.

Identifikation

For nuværende anvendes inspektions ark med en tegning af de dele der skal inspiceres.

Målinger og afvigelser noteres på inspektions arket, og bruges som dokumentation.

Hvis der skal foretages registrering i en database, må der nødvendigvis forefindes et

unikt TAG nr. for hver enkelt komponent. Her efter vil der ved inspektioner, kunne

noteres afvigelser og målinger, som kan tastes direkte ind i en database for videre brug.

10.1 Anbefalet løsning

Det anbefales at afvigelser fremover registreres i SAP, da det herved kan sikres at der i

fremtiden kan søges på historiske afvigelser. SAP er i flg. subsea ingeniørerne ikke det

optimale værktøj, men det har vist sig særdeles værdifuldt ved registrering af afvigelser

på topside. Når en afvigelse registreres i SAP, er det muligt at vedhæfte billeder,

arbejdsbeskrivelser og meget mere. Dette vil også kunne opfylde de krav der stilles i

forbindelse med "Certificate of Compliance"

For at kunne registrere afvigelserne, må der nødvendigvis kunne henføres til et unikt

TAG nr. Et TAG nr. skal fremgå af arbejdstegninger og anden nødvendig dokumentation.

På konstruktionstegningerne af de nyere installationer, forefindes TAG nr., så her kan

registrering umiddelbart foretages. På subsea installation Stine er der ingen TAG nr.

overhovedet. Derfor anbefales det, at der fremstilles ny dokumentation, hvor TAG nr. på

alle komponenter fremgår, således at fremtidige afvigelser kan registreres i SAP.


Side | 39

11. Scope of work

For at kunne søsætte en succesfuld proces med levetidsforlængelse af Stine, er der

nogle væsentlige punkter som bør klarlægges.

DONG Energy´s krav til valg af leverandører, må naturligvis være at leverandøren har de

nødvendige kompetencer.

Offshore branchen er et område, hvor der investeres endog særdeles store pengebeløb i

alt fra nykonstruktion, over produktion til vedligehold. Derfor kan branchen måske virke

dragende for enkelte aktører, som i virkeligheden slet ikke burde være der. Ved at lade

firmaer som ikke har de fornødne kompetencer deltage, risikeres det at sikkerheden

bliver kompromitteret. DONG Energy´s motto er: "The safe way or no way". Der må ikke

gås på kompromis med sikkerheden.

Der må derfor opstilles nogle kriterier for hvem der kan få lov til at byde på de enkelte

entrepriser ved en kommende inspektion.

Ligeledes må det klart fremgå af "Scope of work", hvilket arbejde der rent faktisk ønskes

udført.

Ved fremtidig valg af leverandører, foreslås det at der stilles krav om at leverandøren

skal kunne dokumentere flg.:

Sikkerhed

Leverandøren skal dokumentere at de har implementeret, og efterlever et system, der

registrerer alle indtrufne hændelser af sikkerhedsmæssig betydning. Dette for at bevise,

at man til stadighed har fokus på sikkerheden, og registrer evt. fejl, så der hele tiden sker

forbedringer.

Erfaring

Der stilles krav om at leverandøren kan dokumentere praktisk erfaring med de områder

der bydes på (en track record) Dette for at bevise, at man rent faktisk er i stand til at

udføre det udbudte arbejde. En del af subsea arbejdet er endog særdeles kompliceret,

og det er derfor kun højt specialiserede firmaer, der bør komme i betragtning .

Tidsramme

Det skal dokumenteres, at leverandøren overholder de tidsrammer der er aftalt. Samme

begrundelse som ovenfor. Ved en evt. nedlukning af produktionen i forbindelse med

service arbejde, vil en overskridelse af tidsrammen koste ufattelig store summer i tabt

indtjening.

På baggrund af ovennævnte, foreslås det, at der udarbejdes et "Scope of work" som

udbydes til interesserede leverandører. Selve "Scope of work" udformes med en

indledning som beskriver hele Siri komplekset med tilhørende infrastruktur, som Stine er

en del af. Her efter beskrives hvilke områder af installationen der ønskes omfattet. Da

der kun er ganske få leverandører som er i stand til at yde service på f.eks. "Xmas tree"

foreslås det, at selve "Scope of work" splittes op i mindre dele, således at flere

leverandører har mulighed for at byde på de mindre komplicerede områder.


Side | 40

I flg. PhD. MSc. Stephanie Enz, findes der ikke nogen standarder vedrørende studier af

levetidsforlængelse for subsea installationer. Nedenstående diagram viser hvorledes

studier for levetidsforlængelse af pipelines jf. ISO 12747 skal udføres. Dette foreslås

ligeledes indført i "Scope of work" og tilrettes en anelse.

I stedet for de 5 faser i diagrammet, anvendes i "Scope of work" kun 3 faser:

Fase 1 "Screening study"

Hvor der indsamles data fra tidligere inspektioner. Her efter evalueres installationens

integritet. Til sidst defineres installationens fremtidige behov ved levetidsforlængelse,

samt hvilke trusler der måtte kunne opstå.

Fase 2 "Lifetime extension study"

Hvor påkrævet data indsamles, og krav til levetidsforlængelse evalueres. Alle former for

dokumentation fremstilles.

Fase 3 "Execution"

Hvor selve levetidsforlængelsen udføres.

Lifetime extension ISO/TS 12747

Denne rapport er afgrænset til kun at omhandle PLET strukturen på Stine. Selve "Scope

of work" omhandler hele subsea systemet, og er indsat i det efterfølgende.

Hele afsnit 2 + afsnit 3.1 + 3.2 + 3.2.6 + 3.3 er relevant for denne rapport.

Phase 1 “Screening study”

Phase 2 “Life extension study”

Phase 3 “Execution”


Side | 41


Side | 42


Side | 43


Side | 44


Side | 45


Side | 46


Side | 47


Side | 48


Side | 49


Side | 50


Side | 51


Side | 52


Side | 53


Side | 54


Side | 55


Side | 56


Side | 57


Side | 58


Side | 59

12. Konklusion

I rapporten er der foretaget beregninger i henhold til NORSOK, og resultatet viser, at der

skal anvendes 14 stk. A-80 Flush mounted Aluminium-Zink-Indium anoder, for at

levetidsforlænge PLET strukturen med yderligere 12 år. Beregningerne er foretaget med

det forbehold, at tilstanden på installationens coating, er ukendt.

Ligeledes er der foretaget vurdering af forskellige montagemetoder af anoderne. For en

langsigtet løsning anbefales det, at anoderne boltes fast. Det må dog sikres, at den

elektriske forbindelse mellem anoder og struktur opretholdes. For at opnå tilstrækkelig

katodisk beskyttelse på strukturen, før konstruktionens levetid udløber, anbefales det at

montere en række anode banker, som forbindes til strukturen med særlige beslag. Her

gælder naturligvis også, at den elektriske forbindelse må kontrolleres jævnligt.

Der er foretaget vurdering af forskellige løsninger til at registrere fundne afvigelser ved

inspektioner. Den anbefalede løsning er SAP, som allerede tilgængelig, og derfor "bare"

skal sættes i værk. Det vigtigste aspekt i valg af løsning, har været at der skal være

tilgang til databasen, for alle medarbejdere. Da det samtidig bruges på topside, vil det

også lette adgangen for 3. part, som skal tildele "Certificate og Compliance"

Før registrering af afvigelserne kan finde sted, må der først oprettes TAG nr. på alle

relevante komponenter, samt fremstilles tilhørende tegningsdokumentation for

ovenstående.

Der er stillet forslag til hvilke krav DONG Energy bør stille over for leverandører i

forbindelse med et udbud af "Scope of work". Ved at stille krav om dokumentation for

sikkerhed, erfaring og tidsramme, vil det være muligt at frasortere evt. mindre

kompetente leverandører. Endvidere er stillet forslag til udformning af "Scope of work",

hvor blandt andet den tilrettede udgave af levetidsforlængelsen fra ISO 12747, indføres

med 3 faser. Samtidig foreslås det, at opsplitte det samlede "Scope of work" i mindre

enheder, så flere leverandører har mulighed, for at byde på de enkelte opgaver.


Side | 60

13. Perspektivering

Resultatet af beregningerne af den katodiske beskyttelse på Plet strukturen, har

efterfølgende vist sig at ligge forbavsende tæt på de oprindelige beregninger fra 2003,

foretaget af Force Technology.

PLET strukturen er kun en mindre del i en større helhed som alle er elektrisk forbundne.

En kompliceret konstruktion som subsea installation Stine, består af mange

komponenter, som alle skal beskyttes. Beregninger af denne type, bør derfor altid

foretages af særdeles erfarne specialister, som har nødvendige simuleringsprogrammer

til rådighed.

Som kortsigtet løsning er det foreslået at anvende anodebanker, som monteres med

særlige beslag på PLET strukturen. Efterfølgende har det vist sig, at i den engelske del

af Nordsøen, anvendes anodebanker på mange installationer. Her er de dog monteret

som en permanent løsning, og kan så løbende udskiftes når de er brugt op. Denne

løsning bør også tages med i overvejelserne ved hele Stine installationen, da der på

denne måde kan spares store summer på dykkerarbejde, og stadig opnås en

tilstrækkelig katodisk beskyttelse.


Side | 61

14. Litteraturhenvisning

NORSOK 501, 6. udgave februar 2012 www.standard.no

NORSOK M-503, 3. udgave maj 2007 www.standard.no

NORSOK U-009, 1. udgave marts 2011 www.standard.no

DNV-RP-B401, oktober 2010 / april 2011

British Standard BS 7361-1 Cathodic Protection 1991

Scarpenord anode fabrikation www.scarpenord-corrosion.no

DeepWater anodebanker www.stoprust.com

Coabis (Aker Solution) Subsea software www.coabis.com

SAP Linear Assetment Management Subsea software www.sap.com

Elektroteknik 1 Poul Erik Petersen 5. udgave 2006

Kemi 2000 A-niveau 2 Helge Mygind 2013

http://www.standard.no/



http://www.scarpenord-corrosion.no/

http://www.stoprust.com/


Side | 62

15. Bilag

15.1 Bilag 1) Annual Field Condition Report


Side | 63


Side | 64


Side | 65


Side | 66


Side | 67


Side | 68

15.2 Bilag 2) Registrerede afvigelser for Stine


Side | 69


Side | 70

15.3 Bilag 3) Inspektions ark


Side | 71

15.4 Bilag 4) Subsea Software Report


Side | 72


Side | 73


Side | 74

Documents

Katodisk beskyttelse af subsea installationer...Danmark, Sverige og Holland. Exploration and Production I farvandene omkring Danmark, Færøerne, Grønland, Norge og Storbritannien