K.W. Yuen
Heavy lift operations.
Literatuuropdracht/scriptie,
Rapport 99.3.TT.5143, Sectie Transporttechniek en Logistieke Techniek.
Onder 'offshore heavy lift operation' wordt het transport van zeer zware
modulen op zee verstaan. Met behulp van drijvende kranen worden deze modulen,
met een gewicht van 10.000 ton of meer, geïnstalleerd op het booreiland;
of als er sprake is van removal, van het booreiland afgehaald. Meestal worden
deze modulen op een ponton naar de bestemming vervoerd. Een drijvende kraan
heeft de taak deze units van de ponton naar het olieplatform of vice versa te
takelen. In het algemeen gebruikt men hiervoor drie soorten kraanschepen: een
barge, een conventioneel kraanschip een semisubmersible.
De bruikbaarheid van drijvende offshore kranen voor het
installeren / afbreken van offshore constructies hangt, behalve van
het gewicht van de module, af van het golfpatroon ter plekke en van het
bewegingsgedrag van de kraanschepen. In het rapport worden de drie genoemde
typen kraanschepen besproken en met elkaar vergeleken. Van de bewegingen van
het kraanschip zijn de roll- en pitchbewegingen van groot belang, met de
verticale beweging (heave) van het kraanschip als de meest kritische parameter
tijdens de lift1ngsactie. Bovendien hangt het zeer gecompliceerde
bewegingsgedrag (vooral bij Semisubmersible Crane Vessels, SSCVs) ook af van de
lengte van de hijskabel en de massa van de last. Deze bewegingen zijn uitvoerig
onderzocht. Bij de SSCV hebben de gekoppelde resonantiebewegingen heave, pitch,
roll en die van de opgehangen last grote invloed. Een afname van horizontale
lastbeweging reduceert, in het geval van gekoppelde pitch-, roll- en
last-oscillaties, de pitch- en roll-bewegingen van het schip, en, ten gevolge
daarvan, de verticale lastbeweging.
In dit verslag is een wiskundig lineair model met acht vrijheidsgraden
gepresenteerd. Het model beschrijft het ingewikkelde bewegingsgedrag van
kraanschepen met opgehangen last en geeft aan dat de vorm van de kraanschepen
hun bewegingsgedrag bepaalt. Mede doordat heavy lifting operaties niet in zwaar
weer worden uitgevoerd, is de SSCV superieur aan de andere twee typen
kraanschepen. Voor de SSCV zijn de minimale bewegingen in gematigde zeegang
karakteristiek, terwijl het zwak gedempte resonantie-schommelingen vertoont in
lange golven. Bij barges en kraanschepen zijn de resonantie-effecten minder
significant vanwege de grotere demping. Ten gevolge van de doorsnede van de
romp met het wateroppervlak, wat een gunstiger verhouding van
displacement / oppervlakte geeft. Hun bewegingen in gematigde zeegang
zijn echter groter. Dit is meer een kwestie van waterverplaatsing dan van de
scheepsvorm. Bij de simulatie vertonen een kraanschip en een SSCV met een
vergelijkbare waterverplaatsing ook vergelijkbaar bewegingsgedrag. Grote
offshore maatschappijen, zoals Heerema, zijn met onderzoek begonnen naar de
mogelijkheden van een kraanschip met twee zware hijskranen aan boord en een
waterverplaatsing van meer dan 300.000 ton.
De bewegingen van de kraanschepen hangen sterk af van de zeegang. Het
bewegingsgedrag van de verschillende scheepstypen is niet aan elkaar gelijk
bij een gelijk golfpatroon. Om goed te weten hoe kraanschepen zich gedragen
in open zee, worden vaak modelproeven en simulaties uitgevoerd. Om zo
betrouwbaar mogelijk resultaten te krijgen dient men de zeegang goed na te
bootsen. Om de zeegang te bestuderen gebruikt men als uitgangspunt de
sinuscurve om de regelmatige golven te definiëren. Door de amplitude,
golflengte en faseverschuiving te variëren worden diverse regelmatige
golven gecreëerd. Door middel van het energiespectrum kan men vaststellen
hoeveel energie een golftrein bij een bepaalde frequentie bezit. Wanneer de
golflengte ongeveer gelijk is aan de lengte van het schip, dan ontstaan er
schommelingenj en gaat het schip meedeinen. Als de golflengte erg lang is (bij
rustig weer), zullen de golven weinig bewegingen veroorzaken.
Door deze sinussen met verschillende amplitude, golflengte en faseverschuiving
bij elkaar op te tellen, krijgt men een onregelmatig golfpatroon, dat de
werkelijke zeegang zeer dicht benadert. Dit onregelmatige golfpatroon kan men
als input in de computer invoeren. De uitkomst is dan het bewegingsgedrag van
het vaartuig.
In dit verslag zijn verder twee voorbeelden van 'active heave compensation
systems', actieve deiningscompensatiesystemen, opgenomen. Het betreft
systemen voor een maximaal takelgewicht van niet meer dan 200 ton. Deze
apparaten bestaan uit een toren, een kraanarm en een of meerdere hydraulische
cilinders met daarbij behorende control units. De taak van active heave
compensation system is de hoogte van de haak snel te veranderen (de golven
volgen als het ware) om de opgehangen last veilig en zonder schade van de
supply boot op te takelen of op de boot neer te zetten.
De reden waarom zulke systemen niet bij de heavy lifting operaties worden
toegepast, is de energie die nodig maar niet voorhanden is. Om de module 1
meter te hijsen, dienen de hijstrommels veel meer in te korten, omdat de
kabels vele malen zijn ingeschoren (inscheren = het halen en spannen van de
hijskabel door twee groepen leidschijven). Om nu een massa van meer dan
10.000 ton constant en snel van hoogte te veranderen, is een energievraag
nodig in de orde van grootte van een kleine energiecentrale.
Rapporten studenten Transporttechniek en Logistieke Techniek
Gewijzigd: 2007.01.06;
logistics@3mE.tudelft.nl
, TU Delft
/ 3mE
/ TT
/ LT.