海洋石油掘削装置、FPSO デッキ、または海底処理モジュールを歩いたことがある人なら、すぐに目に留まらないかもしれないが、ほぼすべての重要なパイプ システムの稼働を維持しているもの、つまりサポート アセンブリとハンガー アセンブリに気づくでしょう。数十年にわたり、これらのコンポーネントは陸上プラント用に主に標準化されてきました。単純なスチール製ブラケット、剛性クランプ、または温度変化や重量に対応する一般的な可変スプリングなどです。しかし、スプリング サポートとハンガーの供給ビジネスに 12 年間従事してきたエンジニアとして、私は数え切れないほどこの質問に答えてきました。「スプリング サポートとハンガーはオフショア プロジェクトで使用できますか?」簡単に言うと、答えは完全にイエスです。ただし、適切なタイプを選択し、過酷なオフショア環境に耐えられるように設計し、厳格な業界基準を満たしていることを確認した場合に限ります。
この質問がなぜ尋ねる価値があるのかから始めましょう。オフショア環境は陸上の製油所とはまったく異なります。これらは、コーティングされていない鋼材を侵食する過酷な塩水腐食、北極海の寒さから熱帯メキシコ湾の暑さまでの極端な温度変動、波の作用や突風、さらにはポンプやコンプレッサーなどの回転機器の微妙な振動による動的負荷など、絶えず容赦のない力にさらされています。静かな陸上のパイプでは完璧に機能するサポートでも、オフショア プラットフォームの一か八かのエコシステムでは、亀裂が入ったり、故障したり、位置がずれたりする可能性があります。
そのため、熱膨張を伴う陸上パイプ システムでは長らく定番であった可変スプリング サポートが、海上での使用向けに大幅に進化しました。可変スプリング サポートの中心的な役割は、パイプが加熱したときに発生する垂直方向の動きを吸収することです。たとえば、高温の原油ラインは処理装置を通過する際に 2 ～ 3 インチ膨張する可能性があります。動きをロックしてパイプに損傷やストレスを与える危険性がある剛性のハンガーとは異なり、可変スプリングはその拡張に合わせて圧縮または伸長するため、パイプの負荷のバランスが保たれ、漏れや破損が防止されます。しかし、オフショアでは、一般的な可変スプリングでは対応できません。そこで、次のような特殊なモジュラー設計が登場します。タイプ F モジュラー スプリング サポート(/spring-support-and-hanger/variable-spring-support-and-hanger/type-f-modular-spring-support.html) 過去 5 年間で 17 の FPSO に供給してきました。
タイプ F がオフショアに最適な理由は何ですか?モジュール式なので、アセンブリ全体を交換せずに耐荷重とたわみ範囲を調整できます。ダウンタイムが 1 分ごとに数万ドルかかるプラットフォームで作業している場合、大幅な時間の節約になります。各コンポーネントは事前に亜鉛メッキまたは海洋グレードのエポキシでコーティングされており、塩水噴霧やスプラッシュゾーンの腐食に耐性があり、一般的なスプリングでは対処できない問題であるプラットフォームの動きによるねじり力に耐えるように設計されています。数年前の北海でのプロジェクトで、競合他社が原油移送ラインに標準可変スプリングを設置したことを思い出します。 18 か月以内に、腐食がスプリングの外側ケーシングを侵食し、ラインが 1.5 インチずれて停止を引き起こしました。私たちはこのラインをタイプ F サポートに改造し、3 年経った今でも問題なく稼働しています。
しかし、可変スプリングがオフショアの唯一の選択肢ではありません。多くの重要な海洋ライン、特にプロセス水やガスなどの高圧、一定温度の流体を運ぶラインには、可変ではなく一定の力によるサポートが必要です。一定の力のスプリングサポートは、すべての偏向点でパイプに同じ荷重を加えます。これは、重量のわずかな変化さえも許容できないライン (敏感な海底処理装置や圧力容器に接続されたラインを考えてください) にとって不可欠です。オフショアの場合は、ダブルラグ高精度スプリングハンガー(/spring-support-and-hanger/constant-spring-support-and-hanger/double-lug-high-precision-spring-hanger.html)これらのアプリケーション向け。ダブル ラグ設計により、振動の多い場所でもオフショアのデッキ構造にしっかりと取り付けられ、精密な機械加工により、一定の力が定格荷重の ±3% 以内に収まることが保証されます。これは、可変スプリングの業界標準である ±10% よりもはるかに厳しいものです。海洋ではその精度には妥協の余地がありません。5% の荷重変動でも、海底樹木に接続されたラインに不必要な応力がかかり、時間の経過とともに疲労破壊につながる可能性があります。
見落とされがちなもう 1 つの海洋用途は、-162°C という低い温度で液化天然ガス (LNG) または液化石油ガス (LPG) を輸送する極低温ラインです。従来の鋼製スプリングは極度の寒さに耐えることができません。脆くなり、弾力性が失われ、負荷がかかると折れる可能性があります。これらのラインについては、極低温パイプシュー(/spring-support-and-hanger/cryogenic-pipe-shoe.html) は、極低温でも柔軟性を保ち、パイプから冷気を伝えない特殊な複合材料で作られており、隣接する鋼部品への霜の蓄積や腐食を防ぎます。私たちは数年前にブラジル沖で LNG FPSO に取り組みましたが、当初の設計では極低温ボイルオフライン ラインに標準的な鋼製スプリングが使用されていました。 6 か月以内に熱衝撃によりスプリングに亀裂が生じたため、極低温パイプ シューと交換しました。現在、このパイプ シューは 4 年間完璧に機能しています。
もちろん、動的荷重に対処することなしには、オフショアのばねサポートの議論は完了しません。海洋パイプは温度によって膨張したり収縮したりするだけではありません。また、波の動きで揺れたり、近くのコンプレッサーから振動したり、プラットフォームを持ち上げる作業中に一時的に負荷が急増したりすることもあります。このような高振動、高動きのラインに対して、定荷重皿バネサポートハンガー(/spring-support-and-hanger/constant-spring-support-and-hanger/constant-force-disc-spring-support-hanger.html）が頼りになる解決策です。皿バネは安定した力を提供するために積み重ねられており、その設計は直線運動とねじれ運動の両方を吸収するため、荒海でのラインに最適です。ここでの主な利点は、そのコンパクトなサイズです。オフショアのデッキスペースは非常に貴重であるため、場所を取らないサポートはプロジェクトプランナーにとって大きなメリットとなります。このタイプのハンガーは、スペースが狭く、振動レベルがオフショア業界で最も高いものの 1 つである半潜水リグの上面で使用されているのを見てきました。
ここで、適切な製品を選ぶだけでなく、スプリング サポートがオフショアに適している理由の核心を見てみましょう。まず、材料の選択は交渉の余地がありません。すべてのオフショア スプリング コンポーネントは ASTM A36 または A572 鋼で作られ、C5-M (海洋) 環境での腐食防止に関する ISO 12944 規格を満たす溶融亜鉛めっき、ポリ尿素、またはジンクリッチ エポキシなどの海洋グレードのコーティングが施されている必要があります。当社では、オフショア サポートのすべてのバッチを塩水噴霧室で 1,000 時間連続でテストし、最も過酷なスプラッシュ ゾーン条件にも耐えられることを確認します。これは、ほとんどのオンショア サポート メーカーでは決して行わないことです。
第二に、負荷の計算は厳密でなければなりません。海洋パイプシステムは、静的な重量と熱膨張だけでなく、波の動き、地震活動、動作過渡現象による動的な負荷も考慮する必要があります。多くの小規模サプライヤーは、静的負荷を計算するだけの基本ソフトウェアを使用していますが、当社のエンジニアリング チームは CAEPIPE と AutoPIPE をカスタムのオフショア負荷モジュールとともに使用して、サポートが直面する可能性のあるあらゆるシナリオをモデル化しています。そのため、私たちは次のサービスも提供しています。タイプ D 上部調整可能なスプリング ハンガー(/spring-support-and-hanger/variable-spring-support-and-hanger/type-d-top-adjustable-spring-hanger.html）—その上部に取り付けられた調整ネジにより、パイプがすでに所定の位置に設置されている場合でも、オフショア技術者は設置中にサポート荷重を微調整できます。これは、サポートの底部に簡単にアクセスできない狭いオフショアスペースで荷重を適切に調整するために重要です。
皆さんの中には、スプリング サポートは単なるコンポーネントの 1 つであるのに、なぜオフショア用にリジッド ハンガーを使用しないのかと考えている人もいると思います。答えは柔軟性です。剛性ハンガーは熱の移動がないラインに機能しますが、海上のパイプも伸縮します。硬いハンガーでラインを所定の位置に固定すると、ラインが加熱すると応力が発生し、溶接部に亀裂が入ったり、フランジが破損したり、ラインの破断を引き起こす可能性があります。私は、陸上のパイプに小さな故障があり、修理に 50,000 ドルかかったのを見たことがあります。オフショアのパイプに障害が発生すると、その 10 倍の費用がかかり、さらにダウンタイムが 1 日あたり数百万ドルに達する可能性があります。スプリング サポートは、用途に適したタイプである限り、動きを制御できるため、そのリスクを排除します。
もう 1 つのよくある誤解は、オフショア プロジェクトには常時力によるサポートは高価すぎるということです。はい、可変スプリングよりも高価ですが、長期的な節約は大幅です。一定の力によるサポートは、一般的な可変スプリングの場合は 5 ～ 7 年であるのに対し、オフショア条件では 15 ～ 20 年間持続します。つまり、交換作業が減り、ダウンタイムが減り、安全上のリスクが減ります。 10 年間のオフショア プロジェクトでは、安心感は言うまでもなく、合計で数十万ドルの節約になります。
もちろん、リスクのないオフショアコンポーネントはありません。私たちが目にする最大の間違いは、陸上で設計されたスプリングサポートをオフショア用途で使用していることです。サプライヤーが腐食保護や荷重計算を手抜きすると、致命的な故障につながる可能性があります。そのため、一般的なパイプサポートサプライヤーだけでなく、特定のオフショア経験を持つメーカーと協力することが非常に重要です。標準以下のサポートを取り付けた後にエンジニアが私たちに来たプロジェクトがあり、それが 1 年以内に故障しました。これらのサポートを後付けするのは、最初から正しく行うよりもはるかに高価です。
オフショア プロジェクトに取り組んでいる場合、それが新規構築、FPSO のアップグレード、または老朽化したコンポーネントの交換のいずれであっても、パイプ システムの信頼性を偶然に任せないでください。スプリング サポートとハンガー システムは、オフショア プロジェクトに適しているだけではありません。これらは、世界で最も過酷な環境の 1 つで重要なラインを安全かつ効率的に実行し続けるために不可欠です。重要なのは、適切なタイプを選択することです。熱の動きを伴うラインには可変モジュラー スプリング、負荷に敏感なラインにはコンスタント フォース ハンガー、低温ラインには極低温シュー、高振動領域には皿ばねサポートが必要です。
結局のところ、オフショアプロジェクトが生きるか死ぬかは信頼性によって決まります。スプリングサポートのような小さなコンポーネントは重要ではないように聞こえるかもしれませんが、それが時間通りに予算内で完了するプロジェクトと、コストのかかる遅延や安全上のインシデントに直面するプロジェクトとの違いを生むのを私は見てきました。次のプロジェクトのためにオフショアで設計された高品質のスプリング サポートとハンガー アセンブリを調達する準備ができている場合は、お客様の正確な仕様を満たすためのカスタム設計、テスト、供給をお手伝いします。今すぐ当社のチームに連絡して要件について話し合い、オフショアのニーズに合ったカスタマイズされたソリューションを入手してください。
参考文献:
- アメリカ石油協会。 （2020年）。 API 標準 931: 海洋配管システムの設計と設置。
- 国際標準化機構。 （2018年）。 ISO 12944: 塗料およびワニス — 保護塗装システムによる鋼構造物の腐食防止。
- パイプ応力工学。 （2022年）。オフショア配管負荷計算のベスト プラクティス。
- NACEインターナショナル。 （2021年）。海洋環境における腐食制御。
