Duplex ruostumaton teräs vs hiiliteräs: offshore-rakenteiden elinkaarikustannusanalyysi

Offshore-rakenteet elävät yhdessä syövyttävimmistä, pääsyä{0}}rajoitetuimmista ympäristöistä, joita materiaali koskaan kohtaa, ja tämä yhdistelmä muuttaa materiaalin valinnan taloudellisuutta tavalla, jota tyypillinen maalla tapahtuva elinkaarivertailu ei kata kaikkia.

Pinnoitettu hiiliteräs on edelleen halvempi-materiaali ostohetkellä, mutta offshore--erityiset tekijät - roiskevyöhykkeen korroosion vakavuus, äärimmäiset tarkastuskustannukset ja painonpudotuksen suuri rakenteellinen arvo - muuttavat elinkaarimatematiikkaa merkittävästi ruostumattoman duplex-teräksen eduksi monissa rakennesovelluksissa. Tässä oppaassa käydään läpi strukturoitu, offshore-{5}}elinkaarikustannusten vertailu ruostumattoman duplex-teräksen ja pinnoitetun hiiliteräksen välillä.

Mikä on elinkaarikustannusanalyysi ja miksi se on erityisen tärkeä offshore-rakenteille?

Elinkaarikustannusanalyysi laskee yhteen kaikki materiaalille rakenteen koko elinkaaren aikana aiheutuvat kustannukset - ei vain sen ostohinta -, ja sillä on enemmän merkitystä offshore-rakenteille kuin lähes millekään muulle sovellukselle, koska tarkastus-, huolto- ja käyttökustannukset offshoressa ovat dramaattisesti korkeammat kuin vastaavat toimet maassa, mikä tekee huoltotiheyden vähentämisestä suhteettoman arvokasta.

Maalla huoltohenkilöstö voi tyypillisesti saavuttaa syöpyvän rakenneosan tikkailla, hissillä tai lyhyellä tiematkalla; offshore-alueella saman jäsenen saavuttaminen voi vaatia helikopterin tai aluksen mobilisoinnin, aikataulun mukaisen sääikkunan, erikoistuneen köysipääsyn tai rakennustelineen ja omistetun tarkastusryhmän - kustannukset, jotka voivat johtua moninkertaisista vastaavista maissa tapahtuvasta toiminnasta, ennen kuin lasketaan edes mahdollisia tuotannon keskeytyksiä.

Tämä käyttökustannuspalkkio on keskeinen syy, miksi elinkaarikustannusanalyysillä on ylimitoitettu merkitys erityisesti offshore-materiaalien valinnassa: materiaalivalinta, joka vähentää vaadittujen tarkastus- ja huoltotoimien tiheyttä tai intensiteettiä, kerää offshore-arvon sellaisella nopeudella, jota sama valinta ei saisi tyypillisessä maalla sijaitsevassa laitoksessa, mikä on juuri se dynamiikka, jota tässä oppaassa tarkastellaan yksityiskohtaisesti duplex-ruostumattoman teräksen ja pinnoitetun hiiliteräksen osalta.

Mikä on etukäteiskustannusero offshore-rakenteiden duplex-ruostumattoman teräksen ja päällystetyn hiiliteräksen välillä?

Duplex ruostumaton terästyypillisesti maksaa noin kolmesta viiteen kertaa niin paljon kuin hiiliteräs kiloa kohden alkuperäisessä ostossa, todellinen ja huomattava palkkio, joka on näkyvin luku kaikissa vertailuissa, ja ensisijainen syy pinnoitettu hiiliteräs on edelleen oletusmateriaali suurimmassa osassa offshore-rakenteista.

Tämä palkkio heijastaa duplexin metalliseospitoisuutta - kromi, nikkeli ja molybdeeni -, jotka kaikki ovat huomattavasti kalliimpia kuin rauta ja hiili, jotka muodostavat rakenteellisen hiiliteräksen, eikä sitä tule koskaan hylätä tai minimoida reilussa vertailussa. Se, mitä elinkaarikehys lisää, ei ole näiden todellisten etukäteiskustannusten poissulkeminen, vaan jäsennelty tapa verrata niitä luokkiin, joissa duplexin edut kerääntyvät rakenteen käyttöiän aikana - erityisesti tietyllä korroosiovyöhykkeellä, jossa offshore-rakenteet ovat haavoittuvimpia.

Miksi roiskevyöhyke on kaikkein korroosio{0}}kriittisin alue offshore-rakennusmateriaalien valinnassa?

Roiskevyöhyke - avomerirakenteen alue, joka vuorotellen kostutetaan ja altistuu ilmalle aaltoliikkeen vaikutuksesta -, kokee nopeimman korroosionopeuden koko rakenteessa, eikä sitä voida suojata katodisuojausjärjestelmillä, jotka toimivat vesirajan alapuolella, joten se on merkittävin yksittäinen vyöhyke materiaalien valinnassa ja pinnoitusstrategiassa.

Vesilinjan alapuolella upotettu teräs voidaan suojata korroosiolta katodisuojauksella - uhrautuvat anodit tai painevirtajärjestelmät, jotka estävät sähkökemiallisen korroosioreaktion -, mutta katodisuojaus toimii vain täysin upotetuilla, sähköisesti jatkuvilla upotetuilla pinnoilla, eikä se ulota mielekästä suojaa vain roiskevyöhykkeelle, jossa pintoja on ajoittain. Tämä jättää roiskevyöhykkeen riippuvaiseksi kokonaan pinnoitteista ja materiaalin korroosionkestävyydestä sen sijaan, että muualla rakenteessa on sähkökemiallinen suojaus, juuri siinä paikassa, jossa aaltotoiminta, vuorotteleva märkä-kuivakierto ja korkea hapen saatavuus yhdessä tuottavat korkeimman yleisen korroosionopeuden kaikkialla offshore-alustalla.

Hiiliteräs roiskevyöhykkeellä vaatii tyypillisesti lämpösumutusalumiinin (TSA) pinnoitteen - vankemman, pidempään-kestävämmän suojajärjestelmän kuin perinteinen maali - yhdistettynä usein ylimääräiseen korroosionrajoitukseen seinänpaksuudessa erityisesti tälle alueelle, mikä kuvastaa alan pitkää-dokumentoitua tunnustamista, että roiskevyöhykkeen hiiliteräs on ainutlaatuisen haavoittuvampi. Duplex ruostumattoman teräksen luontainen korroosionkestävyys korjaa juuri tämän haavoittuvuuden ilman erillistä pinnoitusjärjestelmää, minkä vuoksi roiskevyöhykkeiden rakenneosat ovat yksi sovelluksista, joissa duplex syrjäyttää hiiliteräksen johdonmukaisimmin offshore-suunnittelukäytännössä.

Kuinka Duplexin korkeampi lujuus vähentää rakenteellista painoa ja perustan kustannuksia?

Ruostumattoman duplex-teräksen myötöraja on noin kaksinkertainen standardihiiliteräkseen verrattuna, jolloin rakenneosat, kulkutiet, portaat ja liitokset voidaan suunnitella vähemmällä materiaalilla samaan kantavuuteen, mikä pienentää paitsi rakenteen omaa painoa, myös mahdollisesti sitä kantavan perustuksen ja tukirakenteen kokoa ja hintaa.

Rakenneosien mitoitus tietylle kuormitukselle on suoraan sidottu materiaalin lujuuteen, joten materiaali, jonka myötöraja on suunnilleen kaksinkertainen normaaliin rakenteelliseen hiiliteräkseen verrattuna, voi periaatteessa kantaa saman kuormituksen merkittävästi pienemmällä poikkileikkausmateriaalilla -, mikä tarkoittaa kevyempiä kävelyteitä, portaita, kaiteita ja rakennekehystä.

Offshore-alustalla tämä painonpudotus ei ole vain materiaalikustannusarvio; yläpinnan kokonaispaino on hallitseva suunnitteluparametri, joka vaikuttaa alustan rakenneteräksen mitoitukseen, nosto- ja asennuslogistiikkaan sekä joissakin tapauksissa koko projektin toteutettavuuteen, joten kevyempi duplex-rakenne voi oikeissa olosuhteissa tuottaa muualla projektissa säästöjä, jotka ulottuvat paljon suorien materiaalikustannusten vertailua pidemmälle. Tämä dynaaminen heijastaa samaa painoon perustuvaa etua, jota duplex- ja superduplex-lejeeringit tarjoavat offshore-putkisovelluksissa, joita käsitellään muissa teknisissä oppaissa ja joita sovelletaan tässä rakenteellisiin teräsrakenteisiin painetta{2}}pitävien komponenttien sijaan.

Miten tarkastus- ja huoltokustannuksia verrataan offshore-alueelle, jossa pääsy on erittäin kallista?

Ruostumaton duplex-teräs vaatii yleensä harvempaa, vähemmän intensiivistä kuntoon perustuvaa tarkastusta ja huoltoa kuin päällystetty hiiliteräs, ja koska offshore-tarkastusten käyttö on poikkeuksellisen kallista verrattuna vastaaviin kohteisiin, tämä vaaditun toiminnan vähentäminen tuo suhteettoman suuria säästöjä rakenteen suunnittelun aikana.

Päällystetyn hiiliteräksen tarkastusohjelmien on seurattava pinnoitteen kuntoa, tunnistettava rikkoutuminen tai vauriot ja suunniteltava uudelleenpinnoituskampanjoita - toimintoja, jotka roiskevyöhykkeellä tai vaikeassa{1}}pääsypaikassa merellä voivat vaatia erikoistuneita köysitekniikkoja, rakennustelineitä tai alukseen-perustaista pääsyä, joista jokaisesta aiheutuu huomattavia mobilisointikustannuksia todellisista korjaustöistä riippumatta. Ruostumattomasta teräksestä valmistetut kaksipuoliset rakenneosat, joista puuttuu pinnoitusjärjestelmä, joka voi rikkoutua tai heiketä, vaativat yleensä kevyemmän tarkastusjärjestelmän, joka keskittyy mekaaniseen eheyteen jatkuvan pinnoitteen kunnonvalvonnan sijaan, mikä vähentää sekä vaaditun pääsyn tiheyttä että työn laajuutta, kun pääsy on saavutettu.

Ottaen huomioon, kuinka suhteettoman kalliita offshore-pääsyjä verrataan vastaaviin maalla, tämä tarkastusintensiteetin aleneminen on yksi johdonmukaisemmin mainituista ruostumattoman duplex-teräksen käytännön eduista offshore-rakenteita koskevissa elinkaarikustannuksia koskevissa keskusteluissa, mikä eroaa pinnoitemateriaalin ja levityskustannusten suorasta välttämisestä ja täydentää sitä.

Mitkä ovat kokonaisomistuskustannukset: Duplex vs. päällystetty hiiliteräs alustan suunnittelun aikana?

Kun alkukustannukset, roiskevyöhykkeiden suojaus, rakenteiden painovaikutukset ja pääsy offshore-tarkastuksiin lasketaan yhteen tyypillisen usean vuosikymmenen offshore-suunnittelun aikana, ruostumattoman duplex-teräksen kokonaisomistuskustannukset ovat usein verrattavissa roiskevyöhykkeisiin ja muihin korroosiovyöhykkeisiin ja muihin korroosio{1}}kriittisiin{1}}hiiliteräksiin tai alhaisemmat, huolimatta sen huomattavasti korkeammista alkuperäisistä rakennekustannuksista.

Alla olevat taulukot jakavat vertailun kustannusluokittain ja yhdistävät sitten nämä luokat havainnollistavaksi indeksoiduksi kokonaissummaksi:

Taulukko 1. Elinkaarikustannuskategorioiden vertailu, duplex ruostumaton teräs vs. pinnoitettu hiiliteräs, offshore-rakennesovelluksiin.

Havainnollistava kustannusten lisäys-tyypillisen offshore-rakenteen suunnittelun elinkaaren ajalta, indeksoituna hiiliteräsmateriaalin alkuperäiseen hintaan 100 yksikön perusarvoksi:

Taulukko 2. Havainnollistava indeksoitu kustannusvertailu offshore-rakennesovelluksiin, mikä kuvastaa tyypillistä usean vuosikymmenen alusta suunnittelun käyttöikää roiske-vyöhykkeellä tai korroosio-kriittisellä paikalla. Luvut ovat suuntaaproksimaatioita, joiden tarkoituksena on havainnollistaa vertailun muotoa, eivät projektikohtaista-arviota. todelliset luvut vaihtelevat huomattavasti sijainnin, rakennetyypin, pinnoitusjärjestelmän ja projektin mittakaavan mukaan, ja ne tulisi kehittää projektikohtaisen elinkaarikustannusanalyysin avulla.

Missä hiiliteräs on edelleen taloudellisempi vaihtoehto offshore-alueella?

Päällystetty hiiliteräs on edelleen taloudellisempi valinta suurimmalle osalle offshore-rakenteesta, joka sijaitsee roiskevyöhykkeen ulkopuolella, ei ole alttiina epätavallisen aggressiiviselle ilmakehän korroosiolle ja joka on kohtuullisesti saatavilla rutiininomaiseen pinnoitteen huoltoon ilman poikkeuksellisia kustannuksia, minkä vuoksi useimmat offshore-alustat ovat pääasiassa hiiliteräksisiä rakenteita, joissa käytetään vain korkeatasoista-.

Duplexin elinkaaritapa on vahvin erityisesti silloin, kun roiskevyöhykkeille altistuminen, vaikea pääsy tai korkea korroosion vakavuus ja tarkastuskustannukset ovat yhdistelmä - ei ole yleinen suositus rakentaa kokonaisia ​​offshore-rakenteita duplex-ruostumattomasta teräksestä. Päällysrakenneteräs ilmakehän vyöhykkeillä, joihin on kohtuullinen pääsy, rakenteet, joiden suunniteltu käyttöikä on lyhyempi, mikä ei anna tarpeeksi aikaa duplexin elinkaarietujen kerääntymiseen, ja sovellukset, joissa hyvin rahoitettu, realistisesti ylläpidettävä pinnoitusohjelma on jo käytössä, ovat kaikki tapauksia, joissa pinnoitetun hiiliteräksen alhaisemmat alkuperäiset kustannukset edustavat edelleen parempaa kokonaishintaa{{3}{101}{101}{001}

Pikaseulontakysymykset offshore-rakennemateriaalien valintaan

1. Onko komponentti roiskevyöhykkeellä tai sen lähellä, jonne katodisuoja ei pääse ja korroosionopeus on suurin?
2. Kuinka vaikeaa ja kallista on saada tämä tietty komponentti rutiinitarkastukseen ja pinnoitteen huoltoon?
3. Tuottaisiko pienennetty rakenteellinen paino tässä erityissovelluksessa mielekästä toissijaista hyötyä perustusten mitoituksessa, nostokapasiteetissa tai asennuslogistiikassa?
4. Mikä on alustan todellinen suunnitteluikä, ja onko se tarpeeksi pitkä, jotta duplexin elinkaariedut kertyvät mielekkäästi sen korkeampia alkukustannuksia vastaan?

Miten insinöörien tulisi lähestyä materiaalien valintaa uusiin offshore-rakennusprojekteihin?

Insinöörien tulisi soveltaa vyöhykettä-vyöhykkeeltä-vyöhykkeeltä ja komponentilta--komponenttimateriaalin valintamenetelmällä - perustuen tunnustettuihin offshore-materiaalien valintaohjeisiin, kuten NORSOK M-001 -, eikä yksittäisen laitoksen-laajuisen oletuksena, käyttämällä kaksipuolista ruostumatonta terästä, säästäen valikoivasti kustannuksia, eniten roiskealuetta tai altistumista.

Käytännön lähestymistapa tämän päätöksen jäsentämiseen:

1. Karttaa korroosion vakavuus vyöhykkeittäin,tunnistaa roiskevyöhykkeet, ilmakehän ja vedenalaiset alueet erikseen, koska materiaalin ja pinnoitusstrategian tulisi erota merkittävästi vyöhykkeittäin sen sijaan, että käytettäisiin yhtä -laajuista määrittelyrakennetta.

2. Viitehyväksytyt offshore-materiaalin valintaohjeet,kuten NORSOK M-001 tai vastaava operaattori/projektistandardi, joka kuvastaa alan kertynyttä kokemusta siitä, missä duplex- ja muut korroosionkestävät seokset ovat perinteisesti perusteltuja offshore-rakenteissa.

3. Arvioi käyttökustannukset ja tarkastustiheys komponenttikohtaisesti,tunnustaa, että vaikeapääsyinen--roiskevyöhykkeen komponentti kerää paljon enemmän elinkaariarvoa vähäisemmiltä-huoltomateriaaleista kuin helposti saavutettava ilmakehän-vyöhykkeen jäsen.

4. Arvioi, luoko painonpudotus tietyssä sovelluksessa mielekästä toissijaista arvoaperustuksen mitoituksen, nostokapasiteetin tai asennuskustannusten perusteella sen sijaan, että arvioitaisiin materiaalikustannuksia erillään näistä loppupään vaikutuksista.

5. Mallin kokonaiskustannukset koko projektin suunnittelun aikana,koska duplexin elinkaariedut vaativat riittävän käyttöajan kerryttääkseen sen korkeampia alkukustannuksia, mikä tekee itse suunnittelusta käyttöiästä olennainen panos materiaalipäätökseen.

Usein kysytyt kysymykset

Käytetäänkö duplex-ruostumatonta terästä kokonaisissa offshore-laturirakenteissa vai vain tietyissä komponenteissa?

Tyypillisesti vain tietyt komponentit - roiskevyöhykkeen rakenneosat, kulkutiet ja portaat vaikeapääsyisissä-tai erittäin syövyttävissä paikoissa sekä tietyt putket ja laitteet - koko rakenteen sijaan; useimmat offshore-alustat säilyvät pääosin pinnoitetulla hiiliteräksellä, ja dupleksi- ja muita korroosionkestäviä seoksia käytetään valikoivasti siellä, missä elinkaaritapa on vahvin.

Tekeekö lämpösuihkualumiinipinnoite (TSA) hiiliteräksestä täysin vastaavan vaihtoehdon duplexille roiskevyöhykkeellä?

TSA:ta pidetään laajalti vankana,-suorituskykyisenä pinnoitejärjestelmänä, ja se parantaa merkittävästi hiiliteräksen roiskevyöhykkeiden suorituskykyä perinteiseen maaliin verrattuna, mutta se vaatii silti määräaikaista tarkastusta ja mahdollisesti huoltoa tai uusimista usean vuosikymmenen ajan, toisin kuin duplexin luontainen korroosionkestävyys, joka ei riipu pinnoitteen pysymisestä paikallaan.

Miten katodinen suoja otetaan huomioon tässä vertailussa upotettuja rakenneosia?

Katodinen suojaus on yleensä tehokas ja taloudellinen korroosiontorjuntamenetelmä täysin upotetuille hiiliteräksisille rakenneosille, minkä vuoksi roiskevyöhyke -, joka on erityisesti suljettu tehokkaan katodisuojauksen kattavuudesta -, on se, missä materiaalivalinnan vertailu dupleksi- ja hiiliteräksen välillä on tärkeintä täysin upotetun alueen sijaan.

Tarvitseeko NORSOK M-001 erityisesti ruostumatonta duplex-terästä roiskevyöhykkeiden komponentteihin?

NORSOK M-001 ja vastaavat offshore-materiaalien valintastandardit tarjoavat jäsenneltyä ohjeistusta, joka heijastaa alan kertynyttä kokemusta sopivista materiaalivalinnoista vyöhykkeen ja palvelun olosuhteiden mukaan, mukaan lukien tilanteet, jotka suosivat korroosionkestäviä seoksia, kuten dupleksia roiskevyöhykkeellä ja muissa vaativissa paikoissa, mutta tietyt materiaalivaatimukset riippuvat sovellettavasta painoksesta, ja yksittäisen projektikohtaisen teknisen arvion sijaan tulisi ottaa suoraan huomioon yksittäinen standardisääntö.

Miten duplexin elinkaari muuttuu lyhyemmän-design-käyttöiän tai väliaikaisen offshore-rakenteen vuoksi?

Kotelo heikkenee suunnittelun lyhyemmän käyttöiän vuoksi, koska duplexin elinkaariedut kertyvät ajan myötä vältyttyjen pinnoitteen ylläpito- ja tarkastuskustannusten ansiosta, ja rakenne, jonka suunniteltu käyttöikä on lyhyt, voidaan poistaa käytöstä ennen kuin nämä säästöt ehtivät kompensoida duplexin korkeammat alkukustannukset, mikä tekee päällystetystä hiiliteräksestä suhteellisen houkuttelevampaa aidosti väliaikaisiin tai lyhytikäisiin{0}}sovelluksiin.