Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorLundteigen, Mary Ann
dc.contributor.authorJohannessen, Gunnar
dc.date.accessioned2019-10-04T14:00:20Z
dc.date.available2019-10-04T14:00:20Z
dc.date.issued2019
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2620415
dc.description.abstractOlje- og gassindustrien ønsker å erstatte eksisterende elektrohydrauliske styringssystemer med hel-elektriske løsninger for kontroll av undervannsventiler. Hel-elektrisk teknologi har stort potensial for utnyttelse av reservoarer ved større dybder, med lengre utstrekningsavstander, og med lengre avtandstand fra nye til eksisterende infrastruktur. Olje- og gassindustrien ser flere muligheter med hel-elektrisk teknologi, hvor lavere kostnader, forbedret helse, miljø og sikkerhet, og forbedret pålitelighet er drivere bak teknologien. Formålet med masteroppgaven er å foreslå en modell og analysere påliteligheten og sikkerhetsytelsen for hel-elektriske systemer. Krav til utforming og drift av havbunnsutstyr på norsk kontinentalsokkel reguleres av Petroleumstilsynet for å sikre at påliteligheten til utstyret er tilstrekkelig. Konsekvensene av en ulykke i olje- og gassindustrien kan føre til alvorlig skade på mennesker, miljø og eiendeler, som understreker behovet for gode og pålitelige barrieresystemer. Prosessindustrien bruker digitaliserte sikkerhetssystemer til å kontrollere og stenge strømningen av hydrokarboner i tilfelle uønskede hendelser inntreffer. Sikkerhetssystemet styres ved å bruke en kombinasjon av elektriske systemer og hydraulikk for å åpne og lukke undervannsventilene. Ved å introdusere et hel-elektrisk kontrollsystem til å overta sikkerhetsfunksjonen, må ytelsenkravet være minst like godt som det eksisterende elektrohydrauliske systemet som brukes i dag. Petroleumstilsynet krever at utforming og implementering av sikkerhetsinstrumenterte systemer er i overenstemmelse med standardene IEC 61508 og IEC 61511. Disse standardene gir krav og anbefalinger til utforming for god sikkerhetsytelse for sikkerhetsinstrumenterte systemer, både på en kvalitativ og kvantitativ måte. Kvantitative beregninger av sikkerhetsytelsen er basert på forventet gjennomsnittlig nedetid i et testintervall. Regelmessige tester utføres for å verifisere systemets funksjonelle integritet, og for å oppdage skjulte feil. En modell er foreslått basert på en type adferdsmodell kalt Petri Net for å kunne simulere levetiden til en hel-elektrisk aktuator og ventilsystem. Modellen er bygget på en slik måte at en sammenligning til aksepterte krav til sikkerhetsytelse av elektrohydrauliske aktuatorer og ventilsystem er gjort rettferdig. Systemkarakteristikken for en hel-elektrisk aktuator åpner opp muligheter for ulike operasjonelle strategier i forhold til det elektrohydrauliske systemet. Fire simuleringscenarier ble laget med forskjellig antagelser for å se effekter av sikkerhetssystemets gjennomsnittlige utilgjengelighet. Oppgaven konkluderer med at et sikkerhetssystem med hel-elektriske aktuatorer samsvarer med de kvantitative kravene sett i forhold til en elektrohydraulisk aktuator. Det er noen usikkerheter knyttet til feildataene og antagelsene for drift med nedsatt ytelsesevne. For videre arbeid anbefales det å fokusere på testmetodene som kan benyttes ved nedsatt ytelsesevne å verifisere at risikoen er tilstrekkelig lav.
dc.description.abstractThe oil and gas industry investigates to replace existing electro-hydraulic control systems with all-electric solutions for control of subsea valves. The all-electric technology has great potential for utilisation of reservoirs located at greater depths and in longer distances to existing infrastructure. The industry has identified several technological opportunities with all-electric, where lower costs, improved HSE, and reliability are key drivers for the technology. The objective of this thesis is to propose an approach for modelling and elaborate on the reliability and safety performance for all-electric systems. Requirements for design and operation of subsea equipment on the Norwegian Continental Shelf are regulated by the Norwegian Petroleum Safety Authority to ensure that installations are sufficiently reliable. The consequences of an accident in the oil and gas industry might cause serious damage to people, environment and assets, which emphasise the need for reliable barrier systems. The process industry use digitalised safety systems to control and stop the flow of hydrocarbons in the occurrence of hazardous events. The safety system is controlled by using a combination of electric and hydraulic fluids to open and close the subsea valves. By introducing an all-electric control system to challenge the current safety function, the performance needs to be at least as good as the existing electro-hydraulic counterpart. The Petroleum Safety Authority requires design and implementation of safety-instrumented systems to comply with standards IEC 61508 and IEC 61511. These standards present requirements and recommendations for assessment of the safety performance for safety-instrumented systems, both in a qualitative and quantitative manner. Quantitative calculations of the safety performance are based on the expected average downtime within a test interval. Regular proof tests are conducted to verify the functional integrity of the system and detect hidden failures. The proposed model is based on Petri Net modelling technique, to simulate the lifetime of all-electric actuators and valve system. The model is built in so that a fair comparison to accepted requirements for the safety performance of electro-hydraulic actuators and valve system are made. The system characteristic of an all-electric actuator introduce possibilities for different operational strategies compared to the electro-hydraulic system. Four simulation runs were made with different assumptions about the operational strategy to investigate effects on the average unavailability of the safety system. The thesis concludes that a safety system with all-electric actuators is compliant with the quantitative requirements in comparison to an electro-hydraulic actuator. There are some uncertainties regarding failure data and assumptions about degraded operation. Further work is recommended to focus on the testing methods that can be utilised in the occurrence of a failure to verify that the risk is sufficiently low.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleReliability and Safety Assessment of All-Electric Subsea Concepts
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel