10/23/2015

1

Inspektion und Reparatur von Offshore-Wind-Konstruktionen

Dr. Andreas Momber, Muehlhan AG, Hamburg

Hamburg, 5. November, 2015

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Agenda

1. Einführung

2. Schadensbilder

3. Instandhaltungsmodell

4. Inspektion

5. Reparatur

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2

3

metallzeitung

SylWin alpha

© Overdick

HelWin alpha

© Windreich

DolWin alpha

© Petrofac

BorWin alpha

© Offshorewind.biz

BorWin beta

© Bard

Bard 1

© Dimas

Baltic 1

© London Array

London Arrey

DolWin beta

© NGI

HelWin2

© Hereema

New Jersey EL

© 4offshore

Übertragungsplattformen sind im Grunde Prototyp-Konstruktionen

© S

iem

ens

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Agenda

1. Einführung

2. Schadensbilder

3. Instandhaltungsmodell

4. Inspektion

5. Reparatur

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3

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Schaden: Ungenügend beschichtete Bereiche

“Vergessene” (bei Spezifikation oder Applikation) Bereiche

© Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

Average

DFT:

234 µm

© Muehlhan

Fehlerhafte Beschichtungsapplikation

Muehlhan

Muehlhan

6

Schaden: Feuerverzinkung

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

Feuerverzinkungen scheinen nicht für “offshore” ausgelegt zu sein.

Muehlhan

Muehlhan

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Schaden: Bimetallkorrosion

© Muehlhan © Muehlhan © Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan

Schraubverbindungen stellen sich oft als kritisch heraus.

Muehlhan

Muehlhan

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Schaden: Nachträgliches Schweißen/Brennen

Nachträglich geschweißte Bereiche ohne

Korrosionsschutzbeschichtung

Schweiß-/Brennmarken sind nicht nachgearbeitet

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan

Muehlhan

Muehlhan

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Schaden: Schlagschäden

© Biehl, 2012

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

Frei schwingender Draht verursacht Schlagschäden

Sch

lag

sch

äd

en (

falle

nde

We

rkzeu

ge

, S

ch

rau

be

n, e

tc.)

Frei schwingender Bolzen

verursacht Schlagschäden

Schlagschäden an

Bootslandern

© Muehlhan

Muehlhan

Muehlhan

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Schaden: Verschleiß

Verschleißmarken (vom Klettern;

Jack-up)

Verschlissene Böden

Verschleißmarken (während Transport)

Verschleißmarken

(Ursache unbekannt)

Verschleiß fördernde Verbindung

© Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan

Muehlhan

Muehlhan

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Schaden: Unsachgemäße Konstruktion

Diese Bereiche sind für atmosphärische Beanspruchung (C-5M) ausgelegt worden

© Muehlhan © Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan

Schwer zugängliche Bereiche (schwierig zu strahlen, beschichten, inspizieren, etc.)

Muehlhan

Muehlhan

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Schäden über unzureichend vorbereiteten Schweißnähten (OWEA-Plattform)

© Muehlhan

Schaden: Schäden über Schweißnähten und Kanten

© Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan

Schäden über unzureichend vorbereiteten Schnittkanten (OWEA-Plattform)

© Muehlhan © Muehlhan © Muehlhan © Muehlhan © Muehlhan

Muehlhan

Muehlhan

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Schaden: Konstruktive Spalte

Schlecht

Besser

Am besten

Spalt

Spalt

geschlossen Durchlaufende

Schweißnähte

Empfehlungen

ISO 12944-3

© M

uehl

han

Muehlhan

Muehlhan

© ISO

© ISO

© ISO

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

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Nachträgliche Montage mittels Schweißen verursacht zahlreiche Schäden

Schaden: Nachträgliche Installation (thermisch)

© Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

Muehlhan

Muehlhan

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Schaden: Nachträgliche Installation (mechanisch, Schleifen)

Schleifstaub auf bereits beschichteten Bereichen

© Muehlhan © Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan © Muehlhan

Muehlhan

Muehlhan

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Ursachenstatistik (OWEA-Plattformen)

11

5

24

30 30

Weld

ing

Environm

ent

Insuffie

nt C

oatin

g

Mechanic

al D

am

ages

Wro

ng D

esig

n

0

10

20

30

40

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© Muehlhan

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Fa

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usle

gu

ng

(Ka

teg

ori

e)

Der Großteil aller Schäden wird

■ in der Konstruktionsphase,

■ dem Transport, und

■ der Installation

erzeugt.

Muehlhan

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Sind mechanische Prüfungen für eine Zertifikation

erforderlich?

Test Test method Acceptance criterion

Impact strength Falling weight

(ASTM G14)

>3.4 Joules for non-deck areas

>5.6 Joules for decks and boat-landing splash-zone area

Abrasion test Taber abrasion

(ASTM D4060)

Coating thickness reduction <50 μm per 1,000 cycles

© Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan © Fh AGP

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Agenda

1. Einführung

2. Schadensbilder

3. Instandhaltungsmodell

4. Inspektion

5. Reparatur

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Generelles Zustandsmodell

0

100

50

RC

Co

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eg

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atio

nin

%

Corrosionallowance

Criticalcorrosion

RS

tC50 tCA50

Exposure time

De

gra

datio

n

Meta

lloss

tC100 tCA

hS

CA

Steel

C100CA

C100SS

Coating

C100100

CiiSC

)t(tCA

)t(th

tR

tRRRR

R liegt zwischen 0 and 2

Be

sch

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tun

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bb

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in %

Sta

hla

bb

au

(K

orr

osio

n)

Korrosions-

Zuschlag (CA)

Kritische

Korrosion

Betriebsdauer

Muehlhan

© Muehlhan

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Zustandsbestimmung und Instandhaltung

Struktur

(Stahlabbau)

Beschichtungsabbau in %

≤ 5 >5 to 10 >10 to 25 >25 to 50 > 50

Kein Rost / Rostfahnen / Leichter Rost 0.005 0.013 0.065 0.253 1.003

Durchgängig leichter Rost 0.013 0.020 0.073 0.260 1.010

Schwerer Rost 0.065 0.073 0.125 0.313 1.063

Tiefe Pittings 0.253 0.260 0.313 0.50 1.250

Signifikanter Metallverlust 1.003 1.010 1.063 1.250 2.000

■ R ≤ 0,05: “Good”; keine Reparatur erforderlich innerhalb von ? Monaten (36*)

■ R > 0,05 < 0,5: “Fair”; Reparatur erforderlich innerhalb von ? Monaten (36*)

■ R ≥ 0,5: “Poor”; Reparatur erforderlich innerhalb von ? Monaten (12*)

* Oil & Gas Platforms: Versowsky PE. Rationalization and optimization of coatings maintenance programs for corrosion management on

offshore platforms. NIST Special Publication 1035, National Bureau of Standards and Technology, Boulder, USA, 2004, pp. 170-177.

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Verschiedene Stahlabbaugrade an OWEA

Muehlhan

Muehlhan

Muehlhan Muehlhan

Muehlhan Muehlhan Muehlhan

Muehlhan

Muehlhan

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Agenda

1. Einführung

2. Schadensbilder

3. Instandhaltungsmodell

4. Inspektion

5. Reparatur

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RepaKorr

RepaKORR Projekt: Arbeitspakete

Partner Arbeitspaket Aufgabe

Muehlhan AG

AP 2 Entwicklung von Applikationsprozeduren

Fraunhofer IFAM

AP 3 Prüfung/Nachweis; Temporärer Schutz

AirRobot GmbH

AP 4 Entwicklung Inspektionsdrohne für

Offshore-Anwendungen

Corroconsult GmbH

AP 5 Schadensbeurteilung und -systemati-

sierung

RETC GmbH

AP 6 Regulative und Umweltanforderungen;

Ressorceneffizienz

Sika Deutschland

GmbH

AP 1 Entwicklung von Reparatur-

beschichtungen

WeserWind GmbH

AP 5 Konstruktive und logistische Aspekte

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Prozesskette (RepaKorr)

Instandhaltungs-/

Reparaturplan

Material-

spezifikation

© Sika

Instandhaltung

& Reparatur

Untergrund-

vorbereitung

Beschichtungs-

auftrag

© Muehlhan

© Muehlhan

Schadens-

katalog

11

5

24

30 30

Weld

ing

Environm

ent

Insuffie

nt C

oatin

g

Mechanic

al D

am

ages

Wro

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esig

n

0

10

20

30

40

Pe

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ge

© Muehlhan

Daten-

bearbeitung

© Muehlhan

Inspektion &

Datenakquise

© AirRobot

© Repakorr

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Inspektion mit Drohne (Probeflug Nordseeküste)

© Repakorr © Repakorr © Repakorr

Drohne; entickelt im RepaKorr-

Projekt

Bilder, die extrem hohe Auflösung demonstrieren

Erfolgreich getestet an Nordseeküste

© Repakorr

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Bildverarbeitung/Schadenskatalog: Beschichtungsabbau

Coating condition/deterioration criteria

≤ 3% >3 to 8 >8 to 20 >20 to 40 >40

Examples from OWEA transmission platforms after image processing

1.3% 7.9% 11.3% 23.1% 51%1)

0.5% 4.3% 17.4% 27.8% 54.1%

1) SSPC-VIS 2: Standard method of evaluating degree of rusting on painted steel surfaces

Muehlhan

Muehlhan

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Bildverarbeitung/Schadenskatalog: Schadensgrößen

40

25

22.5

7.5

5

<5 >5-10 >10-25 >25-50 >50

Degree of deterioration in %

0

10

20

30

40

50

Oc

cu

rre

nc

e in

%

© Muehlhan

Abbaugrad (Schadensgröße) in %

Anzahl A

bbaugra

de in %

■ Die meisten Schäden sind kleiner 5%

(bzw. sogar kleiner 1%)

■ Aber: Die Definition der Bezugsfläche

ist entscheidend!

Muehlhan

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Bildverarbeitung: Bezugsfläche

Small central range (1/10)

26.7%

Total image area: 14%

Left part of image (1/2)

16.6%

Left upper range (1/4)

14.23%

Large central range (1/4)

20.45%

Muehlhan

Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan

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Bildverarbeitung: Beschichtungsabbau und Fouling

Originalbild Rost und Fouling (4,4%) Nur Fouling(grün: 2,8%)

40.65% (40) 32.28% 18.68% (20)

Fouling in der Unterwasserzone

(Originalbilder: US Navy)

© Muehlhan © Muehlhan © Muehlhan

Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan © Muehlhan

30

Bildverarbeitung: Analyse Drohnen-Bilder

< 0,001

© Muehlhan

© Repakorr © Repakorr

0,02 % < Ri1

© Muehlhan

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Bildverarbeitung: Analyse der gelben Leuchtfarbe

0.3 0.4 0.5 0.6

CIE X

0.3

0.4

0.5

0.6

CIE

Y

1

2 3

4

1 – Bereich Neuzustand

2 – Bereich Gebrauchszustand

3+4 – Abweichungen im Gebrauch (vgl. Photographien)

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

© Impuls Imaging

Muehlhan

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Bildverarbeitung: Unterscheidung von Rost und Rostfahnen

Nur Rost (3.8%) Rost und Rostfahnen (23.1%)

Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan

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Bildverarbeitung: Unterscheidung Rostintensität

Rust type / HSV values Image HSV histogram

Light rust

H = peak at 10 (14°)

S = 41 (16%)

V = 147 (57%)

Heavy atmospheric rust

H = peak at 3 (4°)

S = 156 (61%)

V = 110 (42%)

H

S V

H

S V

Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan

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Agenda

1. Einführung

2. Schadensbilder

3. Instandhaltungsmodell

4. Inspektion

5. Reparatur

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Reparatur: Zugang, Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz

© Muehlhan

© Muehlhan

1 2

3

4 6 7

8

9 10

11 12

5

(1) Hohe AGS-

Anforderungen

© Muehlhan

(3) Aufwändige externe Logistik

© Muehlhan

(4) Aufwändiges und teures Training

© Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

(2) Interne Logistik

Muehlhan

Muehlhan

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Reparatur: Arbeitsgänge

Unte

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ere

itung

Beschic

htu

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ffapplik

atio

n

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Reparatur: Schritt ① - Zugang/Einhausung

© H. Müller © Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

Zugang/Einhausung Außenbereiche

Zugang zu

Innenbereichen

Muehlhan

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Reparatur: Schritt ② - Hochdruck-Waschen

© Muehlhan

© Muehlhan

Hochdruck-Waschen zum Entfernen von:

■ Schmutzbelägen;

■ Verunreinigungen;

■ löslichen Salzen, speziell Chloride

Muehlhan

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Reparatur: Schritt ③ - Strahlen

© Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan

Reinigen nach Feuchtstrahlen Feuchstrahlen im

Wasserwechselbereich

Feuchtstrahlen im atmosphärischen

Bereich

Feuchtstrahlen im Wasserwechsel-

und Spritzwasserbereich

© Muehlhan

Muehlhan

Muehlhan

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Reparatur: Schritt ④ - Mechanische Bearbeitung

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan © Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

Entrosten (z.T. auch Entschichten) mit Nadelhammer

Entrosten mit Schleifer Entschichten und Profilieren

mit Schlagbürste

Schw

eiß

nahtr

ein

igun

g m

it

rotiere

nder

Bürs

te

© Muehlhan

Muehlhan

Muehlhan

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Reparatur: Schritt ⑤ - Beschichtungsstoffauftrag

© H. Müller

© Muehlhan

© Muehlhan

© Muehlhan

Rolle

n-A

pplik

ation

Pinsel-Applikation

Kartuschen-Applikation

Muehlhan

Muehlhan

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Danksagung

Ein Teil der Ergebnisse stammt aus dem vom BMBF geförderten

Projekt “RepaKorr” (03X3570A).