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Sunday, 28 Maggio 2017

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Soluzioni di saldatura orbitale per fasci cavi ombelicali offshore

Gli ombelicali forniscono l’energia elettrica e idraulica necessaria per il controllo delle funzioni della testa di pozzo, degli impianti sottomarini collegati alla testa di pozzo e del collettore.  / Umbilicals supply the electrical and hydraulic power required by the control functions of the wellhead, subsea wellhead equipment and manifold. Gli ombelicali forniscono l’energia elettrica e idraulica necessaria per il controllo delle funzioni della testa di pozzo, degli impianti sottomarini collegati alla testa di pozzo e del collettore. / Umbilicals supply the electrical and hydraulic power required by the control functions of the wellhead, subsea wellhead equipment and manifold.

I sistemi Polysoude sono utilizzati nelle diverse fasi della costruzione dei fasci cavi - detti ombelicali - a partire dall’assemblaggio dei tubi avvolti in bobine fino al montaggio dei connettori che collegano i fasci cavi agli impianti. Una volta che questi vengono posizionati sul fondo marino, sono praticamente impossibili da riparare. Il raggiungimento di una qualità impeccabile è pertanto un requisito fondamentale.

di Andrea Husson

maggio-giugno 2015

Nel campo della ricerca del petrolio offshore, i fasci cavi rappresentano i collegamenti vitali fra la piattaforma o le unità FPSO e gli impianti posti sul fondo del mare. È evidente che questi componenti fondamentali devono presentare una qualità senza difetti e un’affidabilità ineccepibile. I fasci cavi - detti anche “ombelicali”- sono costituiti da tubi in acciaio duplex, super-duplex o persino iper-duplex, fili elettrici, cavi e fibre ottiche raccolti insieme all’interno di un tubo in acciaio dotato di una protezione in polietilene. La gamma dei diametri esterni finali varia da 75 a 300 mm. Gli ombelicali forniscono l’energia elettrica e idraulica necessaria per il controllo delle funzioni della testa di pozzo, degli impianti sottomarini collegati alla testa di pozzo e del collettore. Inoltre, permettono di iniettare composti chimici per migliorare la fluidità e arginare la formazione di incrostazioni e idrati nel flusso di produzione. Servono anche per mettere in comunicazione le diverse piattaforme e installazioni subacquee, consentendo il trasferimento bidirezionale dei dati. Gli impianti prodotti da Polysoude sono utilizzati nelle diverse fasi della costruzione degli ombelicali, a partire dall’assemblaggio dei tubi avvolti in bobine fino al montaggio dei connettori che collegano i fasci cavi agli impianti. Una volta che questi vengono posizionati sul fondo marino, solitamente in acque molto profonde, sono praticamente impossibili da riparare. Il raggiungimento di una qualità impeccabile è pertanto un requisito fondamentale e il cliente/produttore deve essere assolutamente sicuro del processo di costruzione.

La produzione dei tubi
Il processo comincia con una tubazione in super-duplex. Un primo metodo consiste nella saldatura di tubi di almeno 12 metri di lunghezza e con un diametro interno compreso tra 1” (25,4 mm) e 3½” (88,9 mm). A seguito della cianfrinatura delle estremità dei tubi in officina, i tubi vengono saldati testa a testa per formare un pipe lungo migliaia di metri e avvolto su un’enorme bobina. Per eseguire questo lavoro, Polysoude propone i suoi impianti TIG orbitali che utilizzano la serie di teste a camera aperta MU con controllo della tensione d’arco (AVC) e dell’oscillazione (OSC) per produrre cordoni di saldatura perfetti lungo l’intero spessore. Questo tipo di testa viene solitamente abbinato a un generatore modello P6 e a un alimentatore filo. Per applicazioni in cui viene richiesta una particolare qualità e produttività, è possibile utilizzare anche un generatore modello PC 300. È da sottolineare come solo il processo TIG (o GTAW) possa garantire l’integrità del materiale attraverso il controllo dell’apporto di energia. Infatti, l’elevato livello di flessibilità del processo TIG risiede proprio nel fatto che la velocità del materiale d’apporto è indipendente dalla corrente di saldatura. Naturalmente, le qualifiche delle procedure di saldatura dovranno soddisfare i requisiti relativi alla saldabilità e alla continuità nelle proprietà meccaniche e fisiche del materiale usato. Per questo motivo, i parametri vengono monitorati tramite un’unità di acquisizione dati che registra i valori in tempo reale. Questa concezione permette una grande flessibilità attraverso una serie di installazioni indipendenti per tutte le fasi della preparazione. Un secondo metodo consiste in un singolo macchinario completamente automatico che integra 4 operazioni: taglio, smussatura/cianfrinatura, saldatura e lucidatura. L’impianto è montato su un carrello motorizzato. Le utility e i cavi di connessione sono alloggiati in catene portacavi. Anche il generatore è montato sul carrello che regge la testa di saldatura. Questa configurazione automatizzata integra tutte le fasi dell’assemblaggio dei tubi.

Come si costruiscono i fasci cavi (ombelicali)
Dopo la costruzione dei vari componenti dei tubi, gli ombelicali vengono assemblati per raggruppare i tubi, i separatori dei tubi, i fili elettrici e i cavi delle fibre ottiche in unico fascio. A scelta del fabbricante, i fasci cavi possono essere assemblati orizzontalmente o verticalmente. Questa operazione può richiedere anche una dozzina di queste enormi bobine di tubi in acciaio inox, di vari diametri interni ed esterni. Le bobine vengono immesse in una struttura di assemblaggio, dove i tubi in acciaio inox vengono arrotolati attorno a un pipe più grande per formare il cuore dell’ombelicale. Gli ombelicali così formati vengono rivestiti, o preinseriti in una guaina di plastica, prima di essere sottoposti all’operazione finale di estrusione in cui vengono coperti con manicotto isolante in PE. Poiché nella costruzione degli ombelicali vengono utilizzati tubi di diversi diametri, le bobine contengono differenti lunghezze, che significa che devono essere cambiate spesso prima che l’ombelicale sia completato. L’operazione di assemblaggio viene sospesa durante la sostituzione della bobina vuota con quella nuova. Un saldatore interviene poi con una saldatrice orbitale Polysoude programmata per saldare il nuovo tubo all’estremità del precedente.

Connessione ombelicali - UTH
Gli ombelicali vengono uniti alle Stazioni Terminali degli Ombelicali (UHT - Umbilical Termination Head) tramite connettori che vengono saldati ai vari componenti dei tubi degli ombelicali. Questi giunti vengono realizzati con una testa Polysoude MU Low Profile. In questa fase del processo, l’installazione TIG orbitale o automatizzata di Polysoude garantisce un’elevata qualità attraverso l’uso dello stesso tipo di impianto, dalla produzione in continuo dei tubi arrotolati fino alla costruzione finale degli ombelicali e la loro successiva connessione. Inoltre, tutte le procedure di saldatura sono trasferibili e assicurano la tracciabilità. Polysoude salvaguarda la tecnica armonizzando lo sviluppo delle procedure di saldatura.

Le soluzioni di saldatura offshore
Dal 1992 Polysoude è specializzata nella saldatura TIG (Tungsten Inert Gas). Nel 99% delle applicazioni relative alla produzione di fasci cavi ombelicali si utilizza il processo TIG filo freddo. Tuttavia, è stato dimostrato che si può ottenere un evidente guadagno in termini di produttività e qualità con le installazioni TIG filo caldo, in funzione del rapporto diametro-spessore. Infatti, l’apporto di energia richiesto per fondere il filo è minore, così come è minore il tasso di ferrite, rispetto all’uso della tecnologia a filo freddo. Anche il materiale usato implica un gran numero di vincoli, che vengono gestiti in maniera ottimale da Polysoude. Per esempio, gli acciai duplex e super-duplex possono perdere le loro proprietà meccaniche e fisiche se aumenta il contenuto di ferrite. Il livello di energia deve pertanto rimanere il più basso possibile per assicurare il minor livello di ferrite. Gli impianti Polysoude sono perfettamente in grado di assolvere questo compito. L’acciaio iper-duplex presenta una buona saldabilità con un alto livello di riformazione dell’austenite nella zona termicamente alterata. Questo produce un cordone di saldatura con una buona robustezza e un’eccellente resistenza meccanica e alla corrosione. La saldatura TIG è fortemente raccomandata e le procedure di saldatura devono includere un apporto di calore da 0,2 a 1,0 kJ/mm e una temperatura di interpass non superiore a 100°. L’Argon, sia in forma pura sia miscelato con nitrogeno o elio, deve essere usato come gas di protezione. Non sono necessari né il pre-riscaldo néi il post-riscaldo.

Bibliografia e fonti
Sandvik: Umbilical tubing in Super-Duplex and Hyper-Duplex steel - Sandvik Materials Technology
Nexans Norway AS: intervista di Polysoude nel 2010 a Truls Nordahl, Welding Manager, Halden (Norvegia) e fotografie
Technip: fotografie e informazioni tratte dal loro sito web http://www.technip.com/fr/activite/subsea/ombilicaux e articolo pubblicato su L’Usine Nouvelle 29 Maggio 2014 http://www.usinenouvelle.com/article/a-newcastle-technip-fait-basculer-son-outil-productif-dans-une-nouvelle-dimension.N264522
Aker Solutions: fotografie e informazioni tratte dal loro sito web http://www.akersolutions.com/en/Global-menu/Products-and-Services/Subsea-technologies-and-services/Subsea-production-systems-and-technologies/Umbilicals-and-power-cables/
Oceaneering: informazioni tratte dal loro video http://www.oceaneering.com/oceanmedia/subseaproducts/multiflex-pc-fullvideo.html


Orbital Welding Solutions Offshore Umbilicals
Numerous Polysoude’s equipments are used at the various stages of umbilical construction, from the assembly of tubes coiled on spools to the assembly of connectors joining the umbilicals to the equipment. Once in position on the seabed, they are practically impossible to repair. Impeccable quality is therefore a crucial requirement.

In the field of offshore oil exploration, vital links between the platform or FPSO units and the seabed equipment are provided by umbilical cables. Understandably, these key components must offer impeccable quality and flawless reliability.
Umbilical cables - or “umbilicals” - are assemblies consisting of duplex, super-duplex or even hyper-duplex steel tubes, electric wiring harnesses, hoses and fibre-optic cables bundled together in a steel tube with a protective polyethylene casing. The final outside diameter ranges from 75 to 300 mm. Umbilicals supply the electrical and hydraulic power required by the control functions of the wellhead, subsea wellhead equipment and manifold. They are also used for injecting chemicals designed to improve fluidity or eliminate the formation of scale and hydrates in the production stream. Two-way communication or data transfer between several platforms and the subsea installations is also conducted via umbilicals. Numerous items of Polysoude equipment are used at the various stages of umbilical construction, from the assembly of tubes coiled on spools to the assembly of connectors joining the umbilicals to the equipment. Once in position on the seabed, especially in very deep water, they are practically impossible to repair. Impeccable quality is therefore a crucial requirement and the customer, and the manufacturer, must have total confidence in the manufacturing process.

Tube production

The process begins with the super-duplex tubing. A first method consists in joining tubes at least 12 metres in length and with an inside diameter ranging from 1” (25.4 mm) to 3½” (88.9 mm). Following tube end preparation in the workshop, the tubes are butt welded to form a several thousand metre-long pipe coiled on an enormous spool. To tackle this job, Polysoude proposes its MU range of open-head orbital TIG welding equipment with arc voltage control (AVC) and torch oscillation control (OSC) to produce a flawless weld seam over the entire thickness. This head is generally combined with a P6-type power source and a wire feeder. A PC 300 power source can be selected for particularly demanding applications in terms of quality and productivity. It must be emphasised that only the TIG (GTAW) process can guarantee the integrity of the material by controlling the energy input rate. Indeed, the high level of flexibility of the TIG process lies in the fact that filler wire speed is independent of the welding current. Obviously qualification of the welding procedure must meet quality requirements relating to the weld and continuity in the mechanical and physical properties of the material used. The parameters are therefore monitored by means of a data acquisition unit which records data in real time. This manufacturing concept offers large flexibility through independent installations for all phases of preparation. A second method consists of a complete, fully automatic machine integrating four operations: cutting, dressing/bevelling, welding and polishing. The equipment is mounted on a motor-powered trolley. Utilities and connection bundles are conveyed via cable-carrier chains. The welding power source is also mounted on the trolley transporting the welding head. This automated configuration integrates all phases of tube assembly.

How to construct umbilicals
Once the various constituent tubes have been made, the umbilical is bundled to gather the tubes, tube separators, electrical cables and fibre optic cables together in a single strand. Depending on the manufacturer, the bundles are assembled either horizontally or vertically. The umbilical bundling system can take up to a dozen of these large spools of stainless steel piping, of various inside and outside diameters. The contents of the spools are fed to an assembly structure where the super-duplex pipes are wound around a larger pipe forming the core of the umbilical. The umbilical can then be armoured, or pre-encased in a plastic sheath, before finally undergoing an extrusion operation in which it is covered with a PE sleeve. As various diameters of tubing are used in the construction of umbilicals, the spools contain different lengths of tubing which means that they often have to be changed before the umbilical is completed. The assembly operation is suspended while the empty spool is replaced by a new one. A welder then steps in with a Polysoude mobile orbital welding set to butt the new tube to the end of the previous one.

Connecting umbilicals to the UTH
Umbilicals are joined to a Umbilical Termination Head (UTH) via connectors which are welded to the various constituent tubes of the umbilical. A Polysoude MU Low Profile head is used to make the joint.
At each stage of the manufacturing process, the Polysoude orbital or automated TIG installation guarantees consistent quality through use of the same type of equipment, from continuous manufacturing of spooled tubing through to final umbilical construction and subsequent connection. Furthermore, all welding procedures are transposable and ensure traceability. Polysoude safeguards the methodology by harmonising welding procedure development.

Offshore welding solutions
Polysoude is a TIG (Tungsten Inert Gas) welding specialist since 1992. In 99% of applications relating to umbilical cable production, the cold wire TIG process is used. However, it has been demonstrated that a clear gain in terms of productivity and quality can be achieved with hot wire TIG installations, depending on the diameter-to-thickness ratio. Indeed, as the energy input required to melt the wire is lower, the ferrite rate is also lower than is the case with cold wire technology. The materials used can also result in a number of constraints that are all successfully handled by Polysoude. For example, duplex and super-duplex steels can lose their mechanical and physical properties as the ferrite content increases. The energy level must therefore be kept as low as possible to ensure the lowest ferrite level. Polysoude equipment is fully compliant to manage such requirements. Hyper-duplex offers good weldability with a high level of austenite reformation in the heat-affected zone. This produces a weld seam with good hardness and excellent mechanical and corrosion resistance. A specific filler wire is required to guarantee optimum mechanical strength and corrosion resistance properties. TIG welding is strongly recommended and the welding procedure must include a heat input of 0.2 to 1.0 kJ/mm and an interpass temperature not exceeding 100°C. Argon, either pure or with a nitrogen or helium content, must be used as the shielding gas. Pre- and post-heating are not necessary.

Ultima modifica ilGiovedì, 14 Maggio 2015 14:03

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