Hopp til innhold

Kjetting

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Kjetting.

En kjetting er metallringer (løkker) koblet sammen i en lang rekke. Selv om hvert ledd er solid, er kjettingen som helhet fleksibel. Løkkene er som regel ovale. Noen kjettingløkker har tverrstøtter (kalles stolper eller engelsk studs).

Ordet kjetting kommer fra det nederlandske ordet ketting.

Noen bruksområder for kjetting

[rediger | rediger kilde]
Hjulkjetting på bildekk.

Kjettinger kan lages i alle tykkelser, og har mange bruksanvendelser innen skipsfart og industri.

Stålet i kjetting

[rediger | rediger kilde]
Kjetting brukt i Bremen i 1928.

Stålet varmes på stålverket opp til det smelter (ca. 1600 grader Celcius), og tilsettes det som er nødvendige for å få ønsket kjemisk sammensetning. Det er strenge krav til hvilke andre materialer enn jern som kan være i støpen. Det er krav til innholdet av blant annet:[1]

  • Karbon brukes for å gjøre stålet sterkere, men reduserer seighet og sveisbarheten.[2] Karbon er uten sammenlikning det som påvirker jernets egenskaper mest.
  • Silisium eller aluminium brukes for å unngå at smelten bobler og danner porer innvendig (engelsk killed).[3] Videre øker silisium hardheten og herdbarheten, men mindre enn mangan.[4]
  • Nitrogen.
  • Magnesium brukes på samme måte som karbon, men har mindre effekt. Det øker likevel hardheten i stålet.[5]
  • Niob brukes for å øke styrken, formbarheten og duktiliteten.[6]
  • Vanadium i små mengder øker styrken i karbonstål.[7]
  • Nikkel gir sammen med krom økt herdbarhet, høyere slagstyrke og bedre utmattingsegenskaper. Om mye nikkel brukes er det fare for hydrogensprekker.[8]
  • Krom forbedrer herdbarheten.[9]
  • Molybden forbedrer herdbarheten mer enn krom, og brukes gjerne sammen med nikkel for å forbedre de mekaniske egenskapene.[10]
  • Titan.
  • Mangan øker styrken, men er ikke så virkningsfull som karbon. Det reduserer også duktiliteten og herdbarheten.[11]

For stål som skal brukes til høyfaste kjettinger (R4S og R5) vil en fjerne gasser ved å bruke vakuum.[12] Innholdet av hydrogen blir svært lavt etter en slik behandling.[13]

Stål kan ha ferrittiske og austenittiske krystallstrukturer i fast fase, avhengig av temperatur, legeringselementer og konsentrasjon. De to fasene har svært forskjellige evne til å løse opp karbon. Ved romtemperatur vil stål ha en ferrittisk struktur. Den ferrittiske krystallstrukturen vil vedvare ved oppvarming fram til en temperatur på minst (avhengig av legeringsgrad) 727 grader celsius. Ved videre oppvarming dannes austenitt. Ved temperaturer over 1394 grader celsius vil en ferrittisk fase igjen oppstå (avhengig av legeringsgrad). Dersom prosessen er riktig utført får jevne austenittiske korn, både i størrelse og retning.[14]

Etter smelting kjøles stålet sakte i romtemperatur. Hvilken struktur stålet har fra stålverket, er ikke så viktig for kjettingen, siden det igjen skal varmes opp hos kjettingprodusenten.

Stålet som leveres til kjettingleverandøren dokumenteres for blant annet kjemisk sammensetning, dimensjoner, flytespenning, bruddspenning, bruddseighet, hardhet og bruddforlengelse. Egenskapene og framstillingsprosessen beskrives i et sertifikat utstedt av stålverket, og viser samsvar med et spesifisert regelverk.

Tilvirking av kjetting

[rediger | rediger kilde]

I Europa er det to store kjettingleverandører: Ramnäs Bruk AB (sv) i Ramnäs i Sverige og Altos_Hornos_de_Vizcaya i Spania, som begge har samme eier. I Asia, og spesielt i Kina er det mange store leverandører.

Stålet kuttes i praktiske lengder hos kjettingleverandørene.

Stålstykket varmes opp til austenittisk fase i en ovn til det blir rødglødende - i størrelsesorden 900-950 grader Celcius. Ovnen kan fyres opp med ulike tennkilder, men det er blitt mest vanlig å bruke elektrisitet. Ved bruk av kull eller gassfyring, må karbonet brennes opp fullstendig, for å sikre at en ikke får oppkulling av overflaten på stålet.

Stålstykket bøyes innover mot midtlinjen av koblingen (varmbøying), og sveises eller loddes sammen til en løkke. Sveisingen foregår ved bruk av kraftig strøm som smelter opp overflatene (engelsk flash butt welding). Ved riktig temperatur føres de to flatene sammen og de binder seg sammen, uten bruk av tilsatsmidler.

Avhengig av hastigheten som stålet kjøles ned fra austenittisk struktur, vil stålet inneholde forskjellige faser som deles inn i Widmanstätten ferritt, martensitt, øvre bainitt, nedre bainitt, perlitt og spheroditt. For høykvalitets kjetting ønsker en å ha martensitt og bainitt. Avkjølingshastigheten for bainitt er hurtigere enn den som er nødvendig for dannelse av perlitt, men langsommere enn for dannelse av martensitt (i stål med samme sammensetning). Bråkjølingen for å få martensitt skaper store indre spenninger, der karbonatomene er mellom jernatomene og tvinger dem fra hverandre. Denne tilstand av tvang i gitteret medfører at dislokasjoner blokkeres og at hardhet, flytegrense og strekkfasthet øker. Martensitten er derfor svært hard og har høy styrke, men er også sprø.[15] Stålet vil kjøles hurtigst ned i overflaten (dannelse av marensitt), mens den kan få bainitt innvendig ved større tverrsnitt, siden kjølingen ikke går så fort der. Kjølingen foregikk tidligere i olje, men det har vist seg å være lite miljøvennlig. I dag foregår nedkjølingen i vann, en vannbaserte blandinger (saltbad) eller emulsjoner. Nedkjølingen går også fortere i vann enn i olje. Ved store tverrsnitt kan det bli store forskjeller i materialegenskapene over tverrsnittet. Nedkjølingen vil medføre at vannet bare koker, uten at hydrygenet blir spaltet.

Restspenninger på flytegrensenivå blir til under sveisingen som følge av betydelige temperaturforskjeller. Restspenningene er ikke nødvendigvis skadelige, men kan resultere i sprekker i kritiske områder. For å reduserer de indre spenningene blir kjettingen spenningsglødet (engelsk quenching). Temperaturforskjellene i kjettingløkkene skal være minst mulige, så vel under gløding som avkjøling. Det brukes temperaturer i området 580–680 °C, hvor man kan regne med en styrkereduksjon på ca. 15 %.[16] Bruken varierer mellom leverandørene. Ramnäs gjør dette to ganger, mens en Vicinay gjør dette bare en gang. Det blir også gjort en ny varmebehandling (engelsk tempering), der Ramnäs typisk bruker ca. 585 grader, mens Vicinay typisk bruker ca. 640 grader. Varmebehandlingen gjør også marensitten mer duktil (seig og strekkbar) og egnet til praktiske formål. Karbonet sammen med jern utfeller sementitt i finfordelt form i martensitten. Dette fører til en delvis utløsning av gitterspenningene slik at tvangstilstanden dempes, hardheten faller og duktiliteten øker (anløping),[17] samtidig er det en overkommelig reduksjon i styrke.

Testing hos kjettingprodusenten

[rediger | rediger kilde]

Under støpingen blir det tatt ut prøver som testes. Etter støpingen blir det gjort testing, som hos store kjettingprodusenter omfatter automatisk ikke destruktiv testing.

Den ferdige kjettingen testes slik:

  • For offshore bruk blir hele kjettingen testes til ca. 70-80% av bruddlasten.[18] [19]
  • For havbruk er testlasten 62,5% av bruddlasten.[20]
  • Den amerikanske standarden ASTM A391 krever testing til 50% av bruddlast.[21]

Ved en høy testlast vil det lokalt være plastiske deformasjoner i kjettingen. Noen mener at testing ved 50% av bruddlasten bidrar til høyere utmattingsstyrke.[22]

De ytterste løkkene på kjettingen blir tatt av for destruktiv testing. Det blir tatt ut prøver av stålet, og noen av løkkene strekktestes til brudd.[23]

Kvaliteten på kjettingen betegnes ofte med en bokstav og et tall, der R4 er den mest brukte typen for offshore anvendelser. Det produseres kjettingstål kommersielt som har flytespenninger som kan være like over 1000MPa. Kjettingstål med høye flyte- og bruddspenninger antas å være følsomme for hydrogeninntrengning.

Stolper

[rediger | rediger kilde]
Kjettingløkke med stolpe.

Når en kjettingløkke strekkes vil de to parallelle sidene i løkken dras mot hverandre. Geometriendringen kan forebygges ved å sette en stolpe (engelsk stud) mellom de to sidene. Stolpene bidrar også til å forebygge kjettingen skal knute seg.[24] Stolpene settes midt på løkka, og vinkelrett på sidene.

Stolpene har enten tilsvarende kjemisk sammensetning som resten av kjettingløkka, eller som oppfører seg på samme måte som kjettingmaterialet når den utsettes for varmebehandling.[25] Den kjemiske sammensetning må også være slik at en unngår galvanisk korrosjon. Stolpene kan sveises eller presses på plass. For høyere kvaliteter (R4 og R5) er ikke sveising tillatt.[26] Teststrekkingen av ankerlinen bidrar til å feste stolpene, og teststrekket er høyere for stolpekjetting.[27]

Stolpekjetting vil veie om lag 9% mer enn stolpefri kjetting. Den er også en del dyrere å produsere.[28]

I bruk har det vist seg vanskelig å holde på plass stolpene. Mange stolper løsner i en av endene, eller faller helt av. Tap av stolpen kan medføre at utmattingslevetiden reduseres fra om lag halvparten[29] til en sjettedel av det den var med stolpe.[30] Stolpene kan også være grunnlag for korrosjon.[31]

Etter om lag år 2000 har det blitt mindre vanlig å bruke kjetting med stolper til offshorebruk.

Kjetting i bruk petroleumsvirksomhet

[rediger | rediger kilde]

For boreplattformer og floteller blir kjettingen ofte lagret om bord i kjettingkasser. For store vanndyp leies det gjerne inn ekstra kjetting etter behov. Disse kobles sammen med en lenke. For flytende produksjonsplattformer og på et økende antall leteboringsinnretninger og floteller er det vanlig å legge ut ankerlinene på forhånd, og så koble plattformen på når den kommer.

Fra kjettingkassen går kjettingen gjennom en vinsj med bremser. Sjøfartsdirektoratet har et omfattende sett av krav til bremsene.[32] Det er krav til testing, og videre at det skal være to uavhengige holdebremsesystemer. Bremsekraften skal ikke påvirkes av enkeltfeil i krafttilførsel eller kontrollsystem. Ved svikt i krafttilførselen under kjøring av vinsjen, skal det være en restbremsekraft som skal opprettholdes frem til krafttilførsel og kontrollsystem er i funksjon. Det er videre også krav til nødutløsning, og til testing av denne. I Norge er Rolls-Royce og Aker Pusnes de store leverandørene av vinsjer.

Fra vinsjen går kjettingen videre til et ledehjul (engelsk fairlead). Denne skal etter Sjøfartsdirektoratets regelverk har minst sju lommer.[33] Det er for å redusere utmattingsbelastningene. Med sju lommer kan en ha en spenningskonsentrasjonsfaktor på tre til fem. For fem lommer kan spenningskonsentrasjonene være 20% større.[34] DNV GL anbefaler å bruke minst ni lommer dersom en skal være på samme lokasjon mer enn fem år.[35]

Fra ledehjulet går kjettingen til havbunnen der den kobles til ankeret med en sjakkel eller en annen lenke.

I sjøen kan deler av ankerlinen bestå av polyestertau eller ståltau, eller en kombinasjon av tau og kjetting.[36] Bruk av tau er som regel for å spare vekt. Det kan også være festet kombinasjoner av oppdriftslegemer (bøyer) eller vekter (synker) dersom en vil unngå at kjettingen skal ligge oppå rørledninger eller korallrev på havbunnen.

Kjettingen og ankeret kan før bruk bli trukket opp til hundreårslast for å sjekke at ankeret er festet skikkelig til havbunnen. Alternativt kan det gjøres grunnundersøkelser og geotekniske analyser av holdekraften.[37]

På plattformen er det utstyr for å måle lenestrekket.

Svikt i kjetting

[rediger | rediger kilde]

Kjetting har erfaringsmessig mange brudd. Årsakene til bruddene har endret seg, uten at det har vært store endringer i hyppighet. En gjør forbedringer, men produktutvikling har gjort at en får nye feilformer. Undersøkelser har gitt

  • data for offshorekjetting laget før 1984 på verdensbasis rapportert til Det norske Veritas, ga ett linebrudd hvert 24de lineår.[38]
  • data for offshorekjetting laget i 1984-1993 på verdensbasis rapportert til Det norske Veritas, ga ett linebrudd hvert 96te lineår.[39]
  • data for norsk sokkel for 1996-2005 ga ett linebrudd hvert 100nde lineår.[40]
  • data for norsk sokkel for 2010-2014 ga ett linebrudd hvert 114de lineår og dobbeltlinebrudd hvert 900nde lineår.[41]

Det er en lang rekke feil som kan være årsaker til eller bidra til brudd. Brudd skjer ofte som en kombinasjon av årsaker. Å lage en oversikt over mulige feilmoder gjør det mulig å iverksette systematiske tiltak for å forhindre slike feil. Noe av det som bidrar er:

Produksjonsfeil og svakheter

[rediger | rediger kilde]

Det er en rekke muligheter for feil under fabrikasjon. Det må forebygges gjennom gode produksjonsrutiner og god kvalitetskontroll. FMECA-analyser danner ofte grunnlaget for test- og inspeksjonsprogrammer hos kjettingprodusenten. Feil i tilvirkingen er ofte i disse gruppene:

  • Sveisefeil[42] ved at gassporer eller slagg dannes i sveiseflaten. Disse er farligst om de kommer i overflaten på kjetting og danner grunnlag for utmatting. Som regel vil finkornige metaller ha lengst utmattingslevetid. Imidlertid vil tilstedeværelsen av overflatefeil ha størst betydning på et finkornet materiale. Innvendige feil har økende betydning med alderen.[43]
  • Oppkulling (karburisering)[44] [45] ved at karbon fra brennstoffet (kull etter karbonmonoksid) i ovnen reagerer med overflaten av stålet, og danner en hard overflate.
  • Hydrogen vil gjøre materialet mer sprøtt fordi atomene vil samle seg der spenningene er størst, og gjøre materialet lokalt sprøtt.[46]
  • Feil ved varmebehandlingen kan gi mindre seigt eller sprøtt stål.[47] [48] [49] Store ovner har ført til at temperaturen har blitt ujevnt fordelt. Svikt i strømtilførselen under produksjonen kan medføre uønsket temperaturtap.[50] Ukalibrerte temperaturmålere kan medføre feil temperaturer. For langsom eller for hurtig nedkjøling kan medføre uønskede materialegenskaper.
  • Feil i dimensjonene på løkkene kan føre til større spenninger enn forventet.[51] For store løkker kan gjøre det vanskelig å flyttet kjettingløkkene i ledehjulene. Løkkene i ledehjulet får da høyere utmattingsbelastning, og kan ryke fortere.[52]
  • Unøyaktigheter ved plasseringen av stolpene fører til redusert utmattingslevetid.[53]
  • Reparasjonssveising uten etterfølgende varmebehandling gir sprøtt stål.[54] [55]
  • Sliping kan føre til at dimensjonene blir feil eller at det oppstår skarpe kanter som igjen kan danne grunnlag for sprekker.

De fleste feilene skal kunne fanges opp av kontrollene hos leverandørene, men det er ikke alle feil som kan oppdages på grunn av manglende metoder til å finne feilene eller ved at feil oversees. Det er vanlig at kjettingleverandørene sertifiseres og at hver kjetting sertifiseres. For å få sertifikat må produsenten ha et kvalitetssikringssystem, og kjettingen må en gjennom en lang rekke kontroller som er beskrevet i den standarden en sertifiserer i henhold til.

Produksjonsprosessen kan medføre svakheter ved at en har ulike stålstrukturer gjennom tverrsnittet. Svakhetene framkommer i hovedsak ved avkjølingen.[56] Framstillingsprosessen for kjetting er i stor grad tilrettelagt for at kravene til materialtesting i ulike standarder skal tilfredsstilles. Flere av testene tas en tredjedels radius under overflaten,[57] men egenskapene kan være vesentlig annerledes andre steder. Materialtestingskravene er laget ut fra en forutsetning av at overflatefeil er den viktigste årsaken til utmattingsbrudd, og ved å trekke testpunktene inn fra overflaten regner en med å være på den sikre siden.[trenger referanse] For høyfaste maskinerte eller glatte stålflater er det ikke alltid tilfelle.[trenger referanse]

Slitasje og skader

[rediger | rediger kilde]

Observert skader omfatter blant annet:[58]

  • Slitasje mellom løkker (adhesjon) kommer av at små overflateujevnheter mikrosveises på grunn av det høye trykket. Når flatene rører seg slites disse mikrosveisene løs.[59] Slitasjen kan være opp til 3-4mm per år.[60] Friksjonen og slitasjen er trolig avhengig av arealet av kontaktflaten og overflateruheten på kjettingen. Testlasten ( engelsk proof load) etter produksjonen bidrar til at denne kontaktflaten blir større enn det som vil framgå av en skjematisk tegning.[61] Andre laster på et høyt nivå kan bidra tilsvarende til endring av kontaktflaten. Slitasje øker kontaktflaten, slik at spenningen kan avta over tid. Økt hardhet på stålet reduserer slitasjen.
  • Overflateutmatting (engelsk fretting fatigue) oppstår ved rullekontakt mellom to metallflater. Kontaktflaten får sprekkdannelse og avskalling.[62] [63]
  • Høye trykk eller slag kan føre til at en slår ut biter av grunnmaterialet ved lokalt overskridelse av materialets bruddfasthet, eller ved mindre påkjenninger, at materialet deformerer - flyter og mister sin duktilitet. Grunnmaterialets trykkbestandighet må være større enn det lokale trykket.
  • Slitasje av kjetting i kjettingkasser fordi plattformene har beveget seg i sjøgang og kjettingene har ligget inntil hverandre og gnisset.
  • Slitasje i kjettingledeskiver ved at kjettingen gnisser mot hjulet og lommene. En velger ofte å forebygge slik skade ved regelmessig å endre hvilken del av kjettingen som ligger i ledehjulet (engelsk fairlead), for å fordele skaden på flere løkker. Bøying og rotasjon av kjettingen i ledeskiven øker slitasjen. Dersom kjettingen er koblet til et ståltau, kan rotasjon i ståltauet overføres til kjettingen og medføre økt slitasje i ledehjul.
  • Ledeskiver som har rustet fast helt eller delvis øker slitasjen på kjettingen. Ledehjulene må kunne bevege seg nær friksjonsløst.
  • Sleping av kjetting på asfalt eller betongunderlag på land. Det kan gi lokalt høye temperaturer i stålet, med lokale endringer av materialegenskapene i høyfast stål (som R5). En kan svært lokalt få dannet sprø martensitt. Det kan ved bruk senere medføre sprekkdannelser og brudd. Bruk av påført strøm fra katodisk beskyttelse (CP) kan øke hyppigheten av slike sprekker.[64]
  • Utrausinger av ankerliner kan føre til mekaniske skader på kjettingen og tilhørende utstyr.
  • Mekaniske skader som slagskader skjer ofte ved bruk av gaffeltruck, fastkiling i ledehjul eller skiver.
  • Stolper som løsner eller faller av, fører til endring av spenningsforholdene og kan bli startpunkt for utmattingsbrudd.[65] Overdreven pressing av stolper som har blitt løse, kan også ha bidratt til brudd.[66]

Skadene medfører svakheter i overflaten på kjettingen. Slitasjen kan medføre at arealet som skal ta opp lasten minker. Videre kan slitasje med skarpe kanter og hakk fra mekaniske skader bidra til økte spenningskonsentrasjoner, som igjen kan bidra til brudd. Friksjonen i kontaktflatene medfører økte temperaturer. I sjøen vil vannet kjøle kjettingen, men i luft kan temperaturene lokalt bli høye.

Korrosjon

[rediger | rediger kilde]

Korrosjon er nært knyttet til inspeksjon og vedlikehold. Dersom en har kontroll på utviklingen, og kan gjøre tiltak før korrosjonen blir kritisk, trenger korrosjonen ikke være farlig. For produksjonsplattformer legger en vanligvis inn en korrosjonshastighet, slik at kjettingen produseres tykkere enn den ville ha vært uten korrosjon ("korrosjonstillegg"). For havbruksnæringen er det krav om galvanisering av kjetting.[67] Galvaniseringen vil forebygge korrosjon til galvaniseringen blir slitt av.

  • Overflatekorrosjon, der stålet reagerer på saltet, oksygenet og vannet i sjøen. Den normale referansen er tørr luft. Allerede økning av luftfuktigheten vil senke levetiden.
  • Gropkorrosjon vil føre til at sprekkene dannes tidligere enn ellers. Det kan skyldes lokale reaksjoner eller utfelte partikler og forurensninger som utgjør små lokale anoder i forhold til grunnmaterialet. Det kan da oppstå en anodisk oppløsning av materialet i form av groper, som igjen kan være begynnelsen på en utmattingssprekk. Det diskuteres også om gropdannelsen er et resultat av sprekkdannelsen eller om det er årsaken. For konstruksjoner i sjø med katodisk beskyttelse går utmattingen fortere enn i luft. Egne SN-kurver brukes derfor sammen med den samme klassifiseringen av forbindelsene som i luft. Videre vil fri korrosjon gi enda hurtigere utmatting, med andre enda lavere SN-kurver. Korrosjon kan også gi mindre effektivt areal til å ta opp lastene, slik at spenningene vil øke. Gropkorrosjon vil normalt ikke være startpunkter for utmatting.
  • Når lastvekslinger kommer i tillegg til korrisjon, gir kombinasjonen (korrosjonsutmatting) mye større vekstrater enn de to virkningene i sum.[68] Effekten av korrosjon er større for stål med høy flytespenning enn for vanlig stål.
  • Bakterier spesielt på havbunnen (bakteriell korrosjon eller engelsk Microbiologically influenced corrosion (MIC)), kan øke korrosjonen på bunnkjettinger. Bakterier kan bidra til korrosjon på ulike måter. Noen krever tilgang til oksygen, mens andre opptrer i anaerobe miljøer. De forbruker gjerne oksygen og produserer syrer. Sulfatreduserende bakterier er de mest vanlige. De omdanner sulfat i sjøvannet til sulfidioner, som reagerer med hydrogen og metalioner, og danner hydrogensulfid (sumpgass) og metallsulfider (typisk jernsulfid). Dannelsen av jernsulfiden vil også frambringe fritt hydrogen.[69]
  • Fritt hydrogen vil øke sprekkdannelsen for korrosjonsbeskyttede kjettinger (ofte brukes forkortelsen HISC fra engelsk hydrogen induced stress cracking). Spesielt for høyfast stål og høye belastninger vil sterk grad av katodisk vern kunne gi redusert levetid. Hydrogenatomene vil gjøre materialet mer sprøtt fordi atomene vil samle seg der spenningene er størst, og gjøre materialet lokalt sprøtt.
  • Blanding av komponenter med ulik kjemisk sammensetting kan føre til at ett ledd fungerer som anode for de øvrige (galvanisk korrosjon).[70]

Belastninger

[rediger | rediger kilde]
  • Overlast i strekk. Lokale brudd kan for høyfaste stål også skje i kombinasjon med spenningskonsentrasjoner og liten mulighet for spenningsomlagring. Høy last gir høye lokal spenninger i stålet. Med høy styrke (som R5) kan det gi lokal oppsprekking, som så danner grunnlaget for utmattingsbrudd.[71] Grunnen er at kjettinger med svært høy styrke (typisk over 1000MPa) har liten relativ forskjell mellom flytespenning og bruddspenning. En vil da ikke få noen forvarsel i form av deformasjoner før kjettingen ryker eller sprekker opp. Muligheten til spenningsomlagring er beskjeden.[72] [73]
  • Utmattingsbrudd oppstår som følge av gjentatte belastninger. Skaden oppstår selv om spenningene er lavere enn flytespenningen. Mange av de samme effektene gjelder for kjetting som for andre stålkonstruksjoner - se artikkelen om utmatting. På grunn av størkningsprosessene ved framstillingen vil stålet bli kaldt først på utsiden og så inni. Det medfører at en får restspenninger i trykk i overflaten og strekk inni. Siden de fleste utmattingssprekker vil starte som overflatesprekker, vil trykkspenningene motvirke dannelsen av sprekker. Dersom kjettingen utsettes for strekkspenninger som lokalt går opp til flytespenningen (som ved testing), vil restspenningene endre seg og trykksonen kan bli vesentlig mindre. Korrosjon kan da medføre at en kan få strekkspenninger i overflaten, slik at utmattingen går fortere.[trenger referanse] Tilsvarende vil senere sliping, reparasjonssveising eller påsveisinger kunne ødelegge trykkeffekten. En velger ofte å forebygge skader i ledehjul ved regelmessig å endre hvilken del av kjettingen som ligger der, for å fordele utmattingsskaden på flere løkker. Tester viser klare forskjeller på løkker med og uten stolper, der stolpekjettingen er best og det er klare effekter av korrosjonsutmatting.[74]
    • Ved opp til ca. en million sykler er det ingen markerte forskjeller mellom R4- og R5-kjettinger ved akselererte utmattingstester (høy testfrekvens).[75] [76]
    • Ved testing mellom en million og hundre millioner sykler blir det imidlertid store forskjeller, og utmattingslevetiden kan bli kraftig redusert. SN-kurven blir steilere. For kjetting i luft vil indre feil (ofte av type «fish-eye») få en økende betydning for mer enn ti million sykler, siden det ikke lengre har noen effekt å polere overflatene.[77] [78]
  • Lavsyklus-utmatting kan illustreres med en ståltråd som man bøyer fram og tilbake med store bevegelser til det ryker. Stål tåler mange spenningssykler over flytegrensen både i strekk og trykk.[79] En har da plastiske deformasjoner som flyting og fastning. Lokalt kan en få plastisk oppførsel i kjettinger, selv om hele kjettingen ikke har det.[80] For å få en best mulig beskrivelse av lavsyklus-utmatting, bruker en metoder med tøyninger i stedet for spenninger. Av de mest brukte, er formuleringene til L. F. Coffin og S. S. Manson fra tidlig på 1950-tallet. En summerer den elastiske og den plastiske tøyningen, og knytter summen mot materialegenskaper, og finner antall sykler til brudd. I formelen er strekkstyrken og seigheten til materialet viktige. [81] For kjettinger kan en ofte få plastiske deformasjoner under testing av kjettingen på feltet. Bevegelser av fartøyet under testingen på grunn av bølger kan også gi større strekklaster enn forutsatt. For høyfast kjetting med liten forskjell mellom bruddspenning og flytespenning, kan spenninger over flytespenningen føre til lokal oppsprekking siden mulighetene til spenningsomlagring er begrenset. Det kan være starten på et utmattingsbrudd. Siden lavsyklus-utmatting innebærer deformasjoner kan utmattingslevetiden være akseptabel, mens deformasjonene blir uakseptable. En må derfor også kontrollere om deformasjonene er akseptable. Det kan for eksempel være knyttet til ovalitet av løkkene for bruk i ledehjulene.
  • Utrausinger av ankerliner eller dregging av ankeret kan føre til at laster blir overført til naboliner, som kan bli overbelastet.[82]
  • Bøyingen av kjettingen i ledehjul gir en økt last i kjettingen,[83] [84] som har medført mange brudd. Bøyingen skjer når sideveis last og bøyemoment motvirkes av friksjon i kontakten mellom to løkker. Ved høyt strekk er også friksjonen høy, og motstanden mot bøyingen kan være stor. Friksjonen er avhengig av arealet av kontaktflaten og overflateruheten på kjettingen. Testlasten etter produksjonen bidrar til at denne kontaktflaten blir større enn det som vil framgå av en skjematisk tegning. Når momentlasten overskrider friksjonen vil en få en bevegelse (engelsk sliding), med en stor tilleggslast på løkken. Løkker utsatt for gjentatt bøying kan ryke av utmatting i bøyen.[85] Det er utarbeidet en egen standard for analyser av bøying av kjetting.[86] [87]
  • Bevegelsene av plattformen kan gi de nærmeste kjettingløkkene mot en stiv innfesting (eventuelt via en lenke) betydelige bøyelaster, og halvere levetiden.[88]
  • Bruk av ståltau i samme forankringsline som kjetting kan innføre skadelig rotasjon i kjettingen.[89][90] Virkningen på kjettingen er avhengig av størrelsen av torsjonsmomentet og strekklasten.[91]
  • Kombinasjoner av strekklaster, bøying og torsjon gir større virkning enn lastkombinasjonene hver for seg.[92]

Dannelse av martensitt under bruk

[rediger | rediger kilde]
  • Høy mekanisk påkjenning kan omdanne stålstrukturene fra austenittisk stål til martensitt kan skje lokalt i kjetting.[93]
  • Oppvarming av overflaten til over ca. 720 grader som medfører at stålet blir rødglødende, kan danne martensitt. Det kan skje ved sleping av kjetting i stor fart på betong- eller asfaltunderlag. Dette kan forklare en del brudd i kjetting og dannelsen av lokal martensitt i ellers duktitile materialer.[94] Tilsvarende effekter forventes også kan oppstå dersom en har utrausing av ankerkjettinger, med en rask avkjøling når kjettingen faller i sjøen.

Slik martensitt som ikke er varmebehandlet er sprøtt, og kan lett sprekke opp. Sprekkdannelsen kan oppstå i martensitten ved hydrogeninntrengning. Høyfast stål (som R5) er mest utsatt for hydrogensprekker, Hydrogen kan for eksempel komme fra ankerhåndteringsfartøyenes beskyttelsessystem med påtrykt strøm for katodisk beskyttelse, fra kontakt med andre stålkonstruksjoner som har et annet katodisk potensial eller fra sulfatreduserende bakterier i havbunnen. Sprekkene kommer på tvers av lengderetningen på kjettingen.[95]

En kan i det minste teoretisk, forebygge sprekker ved å varmebehandle martensitten etter hendelsen.

Historikk

[rediger | rediger kilde]

Noen hendelser knyttet til kjetting:

  • Fra år 225 før vår tidsregning er det beskrivelser av sammenkoblede metallringer som ble brukt til å heise vannbøtter opp av brønner.[trenger referanse]
  • I 1488 valgte kong James IV som botsøvelse for å ha drept sin far, å ha på seg en tung kjetting av stål resten av livet.
  • I 1620 oppfant Edmund Gunter en kjetting til å bruke i landmåling. Leddene var ikke ovale, men derimot stenger med ringer i endene. Kjettingen besto av 100 slike ledd og ble etterhvert et eget lengdemål.
  • I 1778 strakk amerikanske soldater en kjetting tvers over Hudsonelva for å stanse eventuelle britiske skip.

Referanser

[rediger | rediger kilde]
  1. ^ Se for eksempel DNV-OS-E302 Offshore mooring chains, 2013.
  2. ^ Hughes, Paul, and William Flores. "The Effects of Large Scale Forgings and Heat Treatment on the Mechanical Performance of Mooring Connectors." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, side 3.
  3. ^ DNV-OS-E302 Offshore mooring chains, 2013.
  4. ^ Hughes, Paul, and William Flores. "The Effects of Large Scale Forgings and Heat Treatment on the Mechanical Performance of Mooring Connectors." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, side 3.
  5. ^ Hughes, Paul, and William Flores. "The Effects of Large Scale Forgings and Heat Treatment on the Mechanical Performance of Mooring Connectors." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, side 3.
  6. ^ Veronica Gausel Hagen: Nanomekanisk prøving av stål. Er mindre alltid sterkere? NTNU, 2012 - «Arkivert kopi» (PDF). Arkivert fra originalen (PDF) 18. mai 2015. Besøkt 12. juni 2015. 
  7. ^ Hughes, Paul, and William Flores. "The Effects of Large Scale Forgings and Heat Treatment on the Mechanical Performance of Mooring Connectors." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, suide 3.
  8. ^ Hughes, Paul, and William Flores. "The Effects of Large Scale Forgings and Heat Treatment on the Mechanical Performance of Mooring Connectors." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, side 3.
  9. ^ Hughes, Paul, and William Flores. "The Effects of Large Scale Forgings and Heat Treatment on the Mechanical Performance of Mooring Connectors." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, side 3.
  10. ^ Hughes, Paul, and William Flores. "The Effects of Large Scale Forgings and Heat Treatment on the Mechanical Performance of Mooring Connectors." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, side 3.
  11. ^ Hughes, Paul, and William Flores. "The Effects of Large Scale Forgings and Heat Treatment on the Mechanical Performance of Mooring Connectors." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, side 3.
  12. ^ DNV-OS-E302 Offshore mooring chains, 2013.
  13. ^ Thierry, Palin-Luc, and Claude Bathias. "Very high cycle fatigue strength of a high strength steel under sea water corrosion." ICF13. 2013.
  14. ^ Hughes, Paul, and William Flores. "The Effects of Large Scale Forgings and Heat Treatment on the Mechanical Performance of Mooring Connectors." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, side 3.
  15. ^ Almar-Næss, Almar. (2009, 14. februar). Herding: metallurgi. I Store norske leksikon. Hentet 6. mai 2015 fra https://snl.no/herding/metallurgi.
  16. ^ Almar-Næss, Almar. (2009, 15. februar). Spenningsgløding. I Store norske leksikon. Hentet 6. mai 2015 fra https://snl.no/spenningsgløding.
  17. ^ Almar-Næss, Almar. (2009, 14. februar). Herding: metallurgi. I Store norske leksikon. Hentet 6. mai 2015 fra https://snl.no/herding/metallurgi.
  18. ^ Det Norske Veritas: Sertifisering av ankringssystemer, Flyttbare rigger, 13. april 2005.
  19. ^ Lloyds register: Part 2: Rules for materials; juli 2014, har ca. 70% testlast.
  20. ^ NS9415:2009 Flytende oppdrettsanlegg - Krav til lokalitetsundersøkelse, risikoanalyse, utforming, dimensjonering, utførelse, montering og drift.
  21. ^ Al-Fadhalah, Khaled, Ahmed Elkholy, and Majed Majeed. Failure analysis of Grade-80 alloy steel towing chain links. Engineering Failure Analysis 17.7 (2010): side 1543.
  22. ^ Al-Fadhalah, Khaled, Ahmed Elkholy, and Majed Majeed. Failure analysis of Grade-80 alloy steel towing chain links. Engineering Failure Analysis 17.7 (2010): side 1543.
  23. ^ Det Norske Veritas: Sertifisering av ankringssystemer, Flyttbare rigger, 13. april 2005.
  24. ^ Ridge, I. M. L., R. E. Hobbs, and J. Fernandez. «Predicting the torsional response of large mooring chains.» Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2006, side 2
  25. ^ DNV-OS-E302 Offshore mooring chains, 2013.
  26. ^ DNV-OS-E302 Offshore mooring chains, 2013.
  27. ^ DNV-OS-E302 Offshore mooring chains, 2013.
  28. ^ Ridge, I. M. L., R. E. Hobbs, and J. Fernandez. «Predicting the torsional response of large mooring chains.» Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2006, side 2.
  29. ^ HSE: Floating production system, JIP FPWS mooring integrity, research report 444, 2006, side 40.
  30. ^ Det Norske Veritas: Sertifisering av ankringssystemer, Flyttbare rigger, 13. april 2005.
  31. ^ Ridge, I. M. L., R. E. Hobbs, and J. Fernandez. «Predicting the torsional response of large mooring chains.» Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2006.
  32. ^ Sjøfartsdirektoratet: Forskrift om posisjonerings- og ankringssystemer på flyttbare innretninger (ankringsforskriften 09), fra 2009.
  33. ^ Sjøfartsdirektoratet: Forskrift om posisjonerings- og ankringssystemer på flyttbare innretninger (ankringsforskriften 09), fra 2009.
  34. ^ "KK" fra Det Norske Veritas: Sertifisering av ankringssystemer, Flyttbare rigger, 13. april 2005 med henvisning til «Vargas, 2004».
  35. ^ DNV GL: Offshore standard DNV-OS-E301 Position Mooring, 2013.
  36. ^ Haugstad, Tormod (17. juli 2018). «Dette fibertauet holdt 1909 tonn». Tu.no (på norsk). Besøkt 19. mai 2024. 
  37. ^ Sjøfartsdirektoratet: Forskrift om posisjonerings- og ankringssystemer på flyttbare innretninger (ankringsforskriften 09), fra 2009.
  38. ^ Rune Andreassen: Kjettingbrudd, kurskompendium, NIF-kurs, Fagernes, 1.-3.11.1993.
  39. ^ Rune Andreassen: Kjettingbrudd, kurskompendium, NIF-kurs, Fagernes, 1.-3.11.1993.
  40. ^ Kvitrud, Arne. «Lessons Learned From Norwegian Mooring Line Failures 2010–2013.» ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2014.
  41. ^ Kvitrud, Arne. «Lessons Learned From Norwegian Mooring Line Failures 2010–2013.» ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2014.
  42. ^ Rune Andreassen: Technology Developments Applied to Offshore Mooring Chain, Presented at Vicinay Cadenas’ Technical Colloquium, 30 May 1997.
  43. ^ Thierry, Palin-Luc, and Claude Bathias. «Very high cycle fatigue strength of a high strength steel under sea water corrosion.» ICF13. Beijing, 2013, side 1.
  44. ^ Rune Andreassen: Technology Developments Applied to Offshore Mooring Chain, Presented at Vicinay Cadenas’ Technical Colloquium, 30 May 1997.
  45. ^ James, Alan. «Failures of chain systems.» Engineering Failure Analysis 4.1 (1997): side 64.
  46. ^ Rune Andreassen: Technology Developments Applied to Offshore Mooring Chain, Presented at Vicinay Cadenas’ Technical Colloquium, 30 May 1997.
  47. ^ Rune Andreassen: Technology Developments Applied to Offshore Mooring Chain, Presented at Vicinay Cadenas’ Technical Colloquium, 30. mai 1997.
  48. ^ Gallagher, Dan, and Albert Ku. «Assessment and Mitigation of Low-Toughness Forged Mooring Components for Floating Structures.» OTC Brasil (2013).
  49. ^ Khaled J Al-Fadhalah et la: Failure analysis of Grade80 alloy steel towing chain links, - http://www.researchgate.net/publication/245161824_Failure_analysis_of_Grade80_alloy_steel_towing_chain_links
  50. ^ Kvitrud, Arne. "Lessons Learned From Norwegian Mooring Line Failures 2010–2013." ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2014.
  51. ^ Kvitrud, Arne. "Lessons Learned From Norwegian Mooring Line Failures 2010–2013." ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2014.
  52. ^ Et eksempel er bruddet i en kjetting på Balder FPSO i 2008.
  53. ^ Rune Andreassen: Technology Developments Applied to Offshore Mooring Chain, Presented at Vicinay Cadenas’ Technical Colloquium, 30 May 1997.
  54. ^ Kvitrud, Arne. "Lessons Learned From Norwegian Mooring Line Failures 2010–2013." ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2014.
  55. ^ Sveisereparasjoner er fra 2013 ikke lengre tillatt etter DNV-OS-E302 Offshore mooring chains, 2013.
  56. ^ Hughes, Paul, and William Flores. "The Effects of Large Scale Forgings and Heat Treatment on the Mechanical Performance of Mooring Connectors." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010.
  57. ^ DNV-OS-E302 Offshore mooring chains, 2013.
  58. ^ Arne Kvitrud: Slitasje av kjetting, Petroleumstilsynet, 2015.
  59. ^ Aamo Industri Service: Slitasjeanalyse - «Arkivert kopi». Arkivert fra originalen 16. januar 2016. Besøkt 9. september 2015. 
  60. ^ Brown, Martin, et al. "SS: Mooring System Integrity: Phase 2 Mooring Integrity JIP-Summary of Findings." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, side 2.
  61. ^ Vargas, Pedro, and Philippe Jean. "FEA of Out-of-Plane Fatigue Mechanism of Chain Links." ASME 2005 24th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2005.
  62. ^ Aamo Industri Service: Slitasjeanalyse - «Arkivert kopi». Arkivert fra originalen 16. januar 2016. Besøkt 9. september 2015. 
  63. ^ Nowell, D., D. Dini, and D. A. Hills. "Recent developments in the understanding of fretting fatigue." Engineering Fracture Mechanics 73.2 (2006): 207-222.
  64. ^ Øystein Gabrielsen: 84mm R5 drilling rig chain breakages - Findings and causes, kurs i KranTeknisk forening, Stavanger 12.11.2019.
  65. ^ Gordon, Robert B., Martin G. Brown, and Eric M. Allen. "Mooring Integrity Management: A State-of-the-Art Review." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2014, side 4.
  66. ^ Rune Andreassen: Kjettingbrudd, kurskompendium, NIF-kurs, Fagernes, 1.-3.11.1993.
  67. ^ NS9415:2009 Flytende oppdrettsanlegg - Krav til lokalitetsundersøkelse, risikoanalyse, utforming, dimensjonering, utførelse, montering og drift.
  68. ^ Fredheim, S., et al. "Corrosion Fatigue Testing of Used, Studless, Offshore Mooring Chain." OMAE2013-10609. Nantes: 32nd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. 2013.
  69. ^ Brown, Martin, et al. "SS: Mooring System Integrity: Phase 2 Mooring Integrity JIP-Summary of Findings." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, side 10ff.
  70. ^ Kvitrud, Arne. "Lessons Learned From Norwegian Mooring Line Failures 2010–2013." ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2014.
  71. ^ Gabrielsen, 2019.
  72. ^ Kvitrud, Arne. "Lessons Learned From Norwegian Mooring Line Failures 2010–2013." ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2014.
  73. ^ Lloyds register, Rules for offshore units, part 2, 2014, krever at forholdet mellom flytespenning og bruddspenning skal være minst 0,92.
  74. ^ Fernandez Jonathan, Walther Storesund og Jesus Navas: Fatigue performance of grade R4 and R5 mooring chains seawater, OMAE-23491, San Francisco, 2014. Dette er forsøk utført for leverandøren Vicinay.
  75. ^ Fernandez Jonathan, Walther Storesund og Jesus Navas: Fatigue performance of grade R4 and R5 mooring chains seawater, OMAE-23491, San Francisco, 2014. Dette er forsøk utført for leverandøren Vicinay.
  76. ^ Akselererte tester er best for å beskrive forholdene i luft, og gir ikke realistiske testforhold for konstruksjoner utsatt for korrosjon.
  77. ^ Mora Ruben Perez: Study of the Fatigue Strength in the Gigacycle Regime of Metallic Alloys Used in Aeronautics and Off-shore Industries, 2010.
  78. ^ Thierry PL og C Bathias, Very high cycle fatigue strength of a high strength steel under sea water corrosion, 13th International conference on fracture, ICF13, Beijing, 2013.
  79. ^ Inge Lotsberg: Fatigue Design of Marine Structures, Cambridge University Press; 1st edition, 2016., side 20.
  80. ^ Øystein Gabrielsen: 84mm R5 drilling rig chain breakages - Findings and causes, kurs i KranTeknisk forening, Stavanger 12.11.2019.
  81. ^ Lotsberg, 2016, side 100.
  82. ^ Kvitrud, Arne. "Lessons Learned From Norwegian Mooring Line Failures 2010–2013." ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2014.
  83. ^ Jean P. K. Goessens and D. L'Hostis, 2005, "Failure of Chains by Bending on Deepwater Mooring Systems", Offshore Technology Conference, Houston Texas, May 2005, OTC 17238.
  84. ^ Vargas, Pedro, and Philippe Jean. "FEA of Out-of-Plane Fatigue Mechanism of Chain Links." ASME 2005 24th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2005 med henvisning til flere kjettingbrudd på en lastebøye for Girasol-feltet i Angola.
  85. ^ Vargas, Pedro, and Philippe Jean. "FEA of Out-of-Plane Fatigue Mechanism of Chain Links." ASME 2005 24th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2005.
  86. ^ Bureau Veritas: Fatigue of top chain of mooring lines due to in plane and out of plane bending, Guidance note NI 604 DT R00 R, oktober 2014.
  87. ^ Walther Storesund: Out of plane bending JIP, kurs i Tekna, Trondheim, 11.2.2015.
  88. ^ Lassen, Tom, Eirik Storvoll, and Arild Bech. "Fatigue Life Prediction of Mooring Chains Subjected to Tension and Out of Plane Bending." ASME 2009 28th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2009.
  89. ^ Chaplin, C. R., G. Rebel, og I. M. L. Ridge. "Tension/torsion interactions in multicomponent mooring lines." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2000.
  90. ^ Kvitrud, Arne, Sigmund Andreassen, and Marita Halsne. "Failures of Offshore Mooring Steel Wire Ropes." The 26th International Ocean and Polar Engineering Conference. International Society of Offshore and Polar Engineers, 2016.
  91. ^ Ridge, I. M. L., R. E. Hobbs, and J. Fernandez. "Predicting the torsional response of large mooring chains." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2006.
  92. ^ Gordon, Robert B., Martin G. Brown, and Eric M. Allen. "Mooring Integrity Management: A State-of-the-Art Review." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2014, side 3.
  93. ^ Soundes Djaziri, Yujiao Li, Gh. Ali Nematollahi , Blazej Grabowski, Shoji Goto, Christoph Kirchlechner, Aleksander Kostka, Stephen Doyle, Jörg Neugebauer, Dierk Raabe og Gerhard Dehm (2016). Deformation‐Induced Martensite: A New Paradigm for Exceptional Steels. Advanced Materials, 28(35), side 7753-7757.
  94. ^ Øystein Gabrielsen: 84mm R5 drilling rig chain breakages - Findings and causes, kurs i KranTeknisk forening, Stavanger 12.11.2019.
  95. ^ Alle riggkjettinger vil ha vært gjennom minst en utrausing, jamfør Sjøfartsdirektoratets ankringsforskrift § 13 som krever at før ankringssystemet tas i normal bruk for første gang skal det utføres prøving av nødutløsing av alle kjettingstoppere, pal og bremser under belastning. Det er krav (§ 17) om overrislingsanlegg som reduserer temperaturen. Ellers er det gjennom årene rapportert om en rekke utilsiktede utløsninger (Kvitrud, Arne. "Lessons Learned From Norwegian Mooring Line Failures 2010–2013." ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2014).
Hentet fra «https://no.wikipedia.org/w/index.php?title=Kjetting&oldid=24467470»