Ny Norsok standard N-006

Bakgrunn og innhold i forslag til ny Norsok standard for levetidsforlengelse av bærende konstruksjoner

Konstruksjonsseminar , Petroleumstilsynet 27 august 2008.

Gunnar Solland, Det Norske Veritas

Bakgrunn for en ny standard

n Plattformene på norsk sokkel blir eldre.

n Stadig flere plattformer må få sin konstruksjon gjennomgått på nytt av en eller flere av følgende grunner:

- opprinnelig planlagt levetid er oppbrukt- oppfyller ikke lenger de opprinnelige dimensjoneringskriteriene (eks. redusert fribord

pga. reservoar innsynkning)- større ombygginger eller endret bruk- ny kunnskap (for eksempel oppdaterte miljødata)- skader.

n Vurderinger av eksisterende plattformer krever behandling av andre problemstillinger enn hva som tradisjonelle dimensjoneringsstandarder dekker.

n Det vil være tilfeller hvor verken opprinnelig eller dagens regelverk er oppfylt uten at plattformen er uegnet for videre drift.

n Petroleumstilsynet tok i brev til industrien (OLF) i juli 2006 initiativ til å få laget en standard.

Organisering av arbeidet

n Oljeindustriens landsforening (OLF) har påtatt seg å få utarbeidet standarder for levetidsforlengelse.

n Det er nedsatt en arbeidsgruppe når det gjelder konstruksjoner med følgende medlemmer:

- Lars Bjørheim, StatoilHydro (formann)- Gerhard Ersdal, Petroleumstilsynet, - Vidar-André, Gjerstad ConocoPhillips- Erik Hörnlund, Petroleumstilsynet- Terje Malvik, Talisman- Philip Smedley, BP- Lars Tømmervåg, A.S Norske Shell.

n OLF har engasjert DNV til å utarbeide forslag til standard.

n Arbeidet startet April 2007.

n Det er foreslått at standarden utgis som en Norsok standard.

Krav til eksisterende konstruksjoner

n API RP-2A har formulert mildere krav til eksisterende konstruksjoner enn til nybygg.

n Sammenligning av sannsynlighet for brudd mellom API RP-2A og Norsok:

nDet er i forslaget til N-006 ikke lagt opp til å redusere sikkerhetskravene til eksisterende plattformer sammenlignet med minimumskravene til nye plattformer.

Drift med forutsatt evakuering

n Plattformer som ikke lenger oppfyller opprinnelige krav for eksempel til fribord kan fortsette å operere hvis:

- de evakueres under dårlig vær- tilfredsstiller Norsok krav til ubemannede plattformer.

n I forslaget til N-006 er det derfor gitt veiledning i hvordan evakueringskriterier kan etableres.

n I kommentardelen er det vist eksempler på hva disse kriteriene vil innebære.

Evakueringskriterier, søndre del av Nordsjøen

Ved å beregne den maksimale bølgen som plattformen kan tåle (her uttrykt med bølgekamhøyde (CLAT)) kan man finne den sjøtilstanden hvor man måevakuere plattformen.

Evakueringshyppighet, søndre del av Nordsjøen

1

10

100

1000

15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0

Capacity Crest (LAT) (m)

Ret

urn

Perio

d Th

resh

old

Hs

(yea

rs) Ut fra plattformens

kapasitet kan man i kommentardelen ogsåfinne figur som viser evakuerings hyppighet.

Levetidsforlengelse utmatting

n For å kunne vise at plattformene skal ha sikker drift må vi ha trygghet for at vi ikke har for stor fare for utmattingsbrudd.

n Hvis plattformen skal brukes lengre enn hva som kan dokumenteres påvanlig måte, må det tas i bruk alternative fremgangsmåter.

n Fremgangsmåten vil være ulik om man står over for detaljer som kan inspiseres eller ikke.

n I begge tilfeller vil man søke å utnytte erfaringene fra plattformens oppførsel.

n Disse prosedyrene er presentert som flytskjemaer.

Assess calculatedhot spot stress (FE -analysis) and S-N data

Plan inspection for the life extension periodthat fulfills the target safety level for the structure

Yes

Yes

No

No

Fatigue analysis triggered

Assess platform data and required analysis model(s)

Perform fatigue analysis

Are calculated fatiguelives shorter thantotal design life

including DFFs?

Perform measurementsof action effects

Compare calculated action effectswith measured (if available)

Performcalibration of action effects

Performrevised fatigueanalysis

Calculated and measuredaction

effects in agreement?

Compare calculated lives with inspectionhistory

Yes

No

Cracksdetected in

primary joints?

Perform calibration of action effects, hot spot stress and S-N data

Perform revised fatigueanalysis

Compare calculatedlives withinspection history

Canrequiredstructural reliability be

documentedbasedon in-serviceinspection?

No

Yes

Assess calculatedhot spot stress (FE -analysis) and S-N data

Plan inspection for the life extension periodthat fulfills the target safety level for the structure

Yes

Yes

No

No

Fatigue analysis triggered

Assess platform data and required analysis model(s)

Perform fatigue analysis

Are calculated fatiguelives shorter thantotal design life

including DFFs?

Perform measurementsof action effects

Compare calculated action effectswith measured (if available)

Performcalibration of action effects

Performrevised fatigueanalysis

Calculated and measuredaction

effects in agreement?

Compare calculated lives with inspectionhistory

Yes

No

Cracksdetected in

primary joints?

Cracksdetected in

primary joints?

Perform calibration of action effects, hot spot stress and S-N data

Perform revised fatigueanalysis

Compare calculatedlives withinspection history

Canrequiredstructural reliability be

documentedbasedon in-serviceinspection?

No

Yes

Forlenget utmattingslevetidfor detaljer som kan inspiseres.

Performan assesment of the in-service history of the structureto check control of corrosionprotectionsystems like potential readings including check of consumedanodes and condition of coating in and above the splashzonearea

Based on status assess likely conditionof corrosion protection in areas that can not be inspected

Corrosioncondition likely

acceptable?

Performa consistent fatigue analysis of ”as is structure” and loads based on design standards of today

Yes No

Calculatedfatigue damage

larger than1/DFF?

Calculatedfatigue life of details thatcan not be inspected3

times longer than at details that can be

inspected?

Assessment concludedto be negative and mitigation to be considered

Measureaction effects close to details that can not be inspectedfor calibrationwith analysis model

YesNo

No

Assessment concludedto be positive. Reliability to be controlled by inspectionof details with the shortest calculated fatigue lives

Assess fatigue lives of areas that can not be inspectedversus areas that can be inspected

Check if details with the shortestcalculatedfatigue livese have been inspected

Compare calculatedfatigue lives with those areas that can not be inspected

Fatiguecracksfound in areas that can be

inspected and that areconsidered to show a

correlatedloading?

No

Yes

Yes

Calculatedfatiguedamage

larger than1/DFF?

Yes

No

Performa consistent fatigueanalysis of the structure

Performan assesment of the in-service history of the structureto check control of corrosionprotectionsystems like potential readings including check of consumedanodes and condition of coating in and above the splashzonearea

Based on status assess likely conditionof corrosion protection in areas that can not be inspected

Corrosioncondition likely

acceptable?

Performa consistent fatigue analysis of ”as is structure” and loads based on design standards of today

Yes No

Calculatedfatigue damage

larger than1/DFF?

Calculatedfatigue life of details thatcan not be inspected3

times longer than at details that can be

inspected?

Assessment concludedto be negative and mitigation to be considered

Measureaction effects close to details that can not be inspectedfor calibrationwith analysis model

YesNo

No

Assessment concludedto be positive. Reliability to be controlled by inspectionof details with the shortest calculated fatigue lives

Assess fatigue lives of areas that can not be inspectedversus areas that can be inspected

Check if details with the shortestcalculatedfatigue livese have been inspected

Compare calculatedfatigue lives with those areas that can not be inspected

Fatiguecracksfound in areas that can be

inspected and that areconsidered to show a

correlatedloading?

No

Yes

Yes

Calculatedfatiguedamage

larger than1/DFF?

Yes

No

Performa consistent fatigueanalysis of the structure

Forlenget utmattingslevetid for konstruksjoner med detaljer som ikke lar seg inspisere.

Beregningsutfordringer eksempler

n Det er ofte god økonomi i å regne mer nøyaktig for en eksisterende plattform enn for et nybygg.

n Det er derfor naturlig at man benytter beregningsmetoder som tar i bruk alle kapasitetsreserver hvor det er mulig.

n Dette innebærer bruk av ikke-lineære beregninger.

n Bruk av ikke-lineære beregningsmetoder er ikke en standard dimensjoneringsmetode og noe veiledning om dette er gitt i standarden.

n Blant annet må faren for gjentatt flytning kontrolleres for konstruksjoner som utnytter kapasitet utover hva som kan oppnås med lineære analyser og som forutsettes å bære dynamiske laster.

Krav til kapasitet mot gjentatt flyting

Sprekker kan vokse raskt hvis konstruksjonen utsettes for store vekslende belastninger (lavsyklusutmatting).

Denne har utviklet seg løpet av dager.

Kontroll mot syklisk last

Standarden gir en metode for å bestemme en lasthistorie for en bruddgrenselast.

Her er vist høydene av de nest høyeste bølgene i en storm.

Det er forutsatt at plattformen må kunne motstå hele den dimensjonerende stormen.

Wave impacts for subsequent wavesFreeboard 14 m

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Wave number

Impa

ct h

eigh

t (m

)

Impact height= 0.5Impact height= 1Impact height= 1.5Impact height= 2Impact height= 2.5Impact height= 3Impact height= 3.5

Kapasitet mot gjentatt flytning

1

10

100

1000

10000

1 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000Number of cycles

Hot

spo

t str

ess

rang

e (M

Pa)

Standarden gir en metode for å fastlegge kapasiteten mot sykliske laster som innebærer flyting. (lavsyklusutmatting)

Kontrollen gjøres påsamme måte som ordinære utmattingskontroller.

InnholdForeword 4

Introduction 41 Scope 52 Normative and informative references 5

2.1 General 52.2 Normative references 52.3 Informative references 5

3 Terms, definitions, abbreviations and symbols 63.1 Terms and definitions 63.2 Abbreviations 63.3 Symbols 7

4 Assessment Process 74.1 General 74.2 Structural assessment initiators 9

5 Data collection 95.1 General 95.2 Collection of data 95.3 Requirements to in-service inspection to assess as-is condition 10

6 Assessment principles for existing structures 116.1 General 116.2 Assessment of maritime systems 116.3 Shut-down and unmanning criteria related to structural integrity 116.4 Shut-down and unmanning criteria related to Main Safety Functions 116.5 Structural requirements due to pollution risk 126.6 Determination of directional wave criteria 12

7 Check of Fatigue Limit States 127.1 General 127.2 Fatigue analysis procedure 167.3 Assessment of details that can not be inspected 167.4 Specific issues for fatigue assessment 197.5 Acceptance criteria for fatigue crack growth 197.6 Improvement methods 207.7 Mitigations for fatigue 20

8 Check of Ultimate- and Accidental Limit States 208.1 General 208.2 Action and material factors for assessment of existing structures 208.3 Requirements to assessment based on analysis with non-linear methods 218.4 Resistance to cyclic storm actions 218.5 Wave-in-deck actions 248.6 Effect of corrosion and wear 248.7 Suggested mitigation possibilities 25

9 Requirements to in-service inspection after assessment 259.1 General 259.2 Risk based inspection 269.3 Effect of different crack growth characteristics on inspection interval 27

10 Documentation of structural reassessment 28Annex A Commentary (informative) 29

Fremdriftstatus

n OLF komiteen har godkjent utkastet til standard for oversendelse til Norsok sekretariatet.

n Forslaget til standard er under kvalitetskontroll hos Norsok sekretariatet hos Standard Norge.

n Det forventes at forslaget vil bli sendt ut på industrihøring i månedsskiftet august-september.

n Etter en høringstid på 1 måned vil det være hvor lang tid som kreves for åavklare og innarbeide kommentarene som avgjør utgivelsen. November?