Utilization potential of high strength steel in fatigue loaded floating production storage and offloading unit structures

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Lillemäe, Ingrit
dc.contributor.advisor Mikkola, Timo
dc.contributor.author Lappi, Jaakko
dc.date.accessioned 2015-05-13T09:10:35Z
dc.date.available 2015-05-13T09:10:35Z
dc.date.issued 2015-04-27
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/16007
dc.description.abstract Floating Production Storage and Offloading units (FPSO) have become a dominant application in deep-water offshore oil and gas fields where building of fixed infrastructure is not cost-efficient option. FPSO may operate continuously on site during its typical 25-year design life without dry-docking. The loading condition especially in the North Sea area is heavy. The aim of this thesis is to study how to utilize potential of high strength steel in fatigue loaded FPSO structures. The scope of this thesis includes the investigation of fatigue critical structural details and what benefits can be obtained. Achieved fatigue strength improvement by high strength steel with post-weld treatment is investigated by structural hot spot stress method. Long term stress distribution is expressed by Weibull distribution and cumulative damage is calculated based on the Palmgren-Miner’s rule. Five selected fatigue critical details of the FPSO are analyzed. For each detail steel strengths of 235 MPa, 355 MPa and 550 MPa in three reference conditions are investigated. Economic benefits are estimated by cost-benefit analysis based on the results achieved from the fatigue analysis. The estimation of potential benefit is calculated in order to determine economic value. Typically the use of high strength steels is driven by the weight saving. However, in case of FPSO the obtained weight saving is not the first priority. Instead of weight, cost-savings is reached by keeping the allowable stress range while simplifying the structural geometry. The results indicate that significant decrease for the production costs could be achieved. Secondly, if the local stress concentration exceeds the allowable stress range, fatigue strength of the weld toe regions can be improved by HSS with the weld treatment. Therefore design hours could be saved and expensive modifications can be avoided. Great potential of the investigated method for local fatigue strength improvement of welded details has been found. Significantly higher improvement was obtained by literature S-N curves compared to the S-N curves given by the classification society DNV. Although, case specific detailed studies are needed to verify the findings since simplified analysis methods and estimations based on the literature have been used. In the future, values during the production should be also measured in order to identify actual benefits. en
dc.description.abstract FPSO-aluksista on tullut dominoiva ratkaisu syvänmeren öljy- ja kaasukentille, missä kiinteän infrastruktuurin rakentaminen ei ole kustannustehokas vaihtoehto. FPSO voi tyypillisesti operoida kentällä jatkuvasti koko sen suunnitellun 25-vuoden elinkaaren ajan ilman kuivatelakointi jaksoja. Kuormitusolosuhteet erityisesti Pohjan-merellä ovat erittäin rankat. Tämän työn tarkoitus on tutkia kuinka hyödyntää korkealujuusterästen potentiaalia väsymiskuormitetun FPSO:n rakenteissa. Työn laajuus käsittää väsymiskriittisten rakenneyksityiskohtien tunnistamisen ja mitä hyötyjä tutkitulla menetelmällä voidaan saavuttaa. Korkealujuusteräksellä sekä hitsin jälkikäsittelymenetelmällä saavutettua väsymiskestävyyden parannusta tutkitaan rakenteellisen hot spot-jännityksen menetelmällä. Pitkänajanjakson kuormitusjakaumaa kuvataan Weibull-jakaumalla ja kumulatiivisen vaurion laskenta perustuu Palmgren-Miner:in sääntöön. Viisi väsymiskriittistä FPSO:n rakenneyksityiskohtaa on valittu analysoitavaksi. Jokaista valittua rakenneyksityiskohtaa on tutkittu teräslujuuksilla 235 MPa, 355 MPa ja 550 MPa kolmessa eri referenssi tilanteessa. Menetelmän taloudellisia hyötyjä on arvioitu kustannus-hyöty analyysilla väsymisanalyysissa saatujen tulosten pohjalta. Arvio hyödyistä on laskettu menetelmän taloudellisen arvon määrittämiseksi. Korkealujuus teräksiä on käytetty tyypillisesti painonsäästön tavoittelemiseksi. Kuitenkin, FPSO:n tapauksessa painonsäästö ei ole ensimmäinen prioriteetti. Painonsäästön sijaan kustannussäästöjä on tavoiteltu yksinkertaistamalla rakenneyksityiskohtien geometriaa sekä samanaikaisesti säilyttämällä sallitun jännitystason. Tulokset osoittavat, että merkittäviä tuotantosäästöjä voidaan saavuttaa. Toiseksi, jos paikallinen jännityskeskittymä ylittää sallitun jännitystason, voidaan väsymislujuutta parantaa paikallisesti hitsisauman alueella korkealujuusteräksellä sekä hitsin jälkikäsittelyllä. Siten voidaan säästää käytetyissä suunnittelutunneissa ja välttyä kalliilta rakenteellisilta muutoksilta. Merkittävä potentiaali rakenneyksityiskohtien väsymislujuuden parantamisessa tutkitulla menetelmällä on havaittua. Huomattavasti korkeampi parannus saavutettiin kirjallisuuden arvoilla verrattuna luokituslaitos DNV:n antamiin S-N käyriin. Kuitenkin, yksityiskohtaisia käytännön tutkimuksia tarvitaan tulosten varmistamiseksi, silla yksinkertaistettuja analyysimetodeja ja kirjallisuudesta esiintyviä arvioita on käytetty. Tulevaisuudessa menetelmää pitäisi myös mitata tuotannossa todellisten netto hyötyjen määrittelemiseksi. fi
dc.format.extent 54 + 20
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Utilization potential of high strength steel in fatigue loaded floating production storage and offloading unit structures en
dc.title Korkealujuusteräksen potentiaalin hyödyntäminen väsymiskuormitetussa FPSO rakenteissa fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword fatigue en
dc.subject.keyword FPSO en
dc.subject.keyword high strength steel en
dc.subject.keyword treatment en
dc.subject.keyword weld improvement en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201505132660
dc.programme.major Meritekniikka fi
dc.programme.mcode K3005 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Remes, Heikki
dc.programme Konetekniikan koulutusohjelma fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse