Revolutionair liftsystem maakt Allseas’ Pioneering Spirit compleet

Allseas’ werkschip Pioneering Spirit werd dit jaar uitgerust met een tweede hefinstallatie. Het vaartuig is nu in staat in één keer een offshore platform af te breken en naar de wal te vervoeren.

Job van Ellen is consultant Technical Software bij Alten Nederland.

Met de recente toevoeging van het Jacket Lift System (JLS) aan het werkschip Pioneering Spirit, beschikt Allseas over een unieke methode om volledig offshore platformen te installeren of te verwijderen. Eerder, in 2016, werd een ander systeem al in gebruik genomen, het zogeheten Topside Lift System (TLS). TLS bevindt zich op beide boegen van het werkschip.

Het JLS bevindt zich juist op het achterdek en werd dit jaar opgeleverd. Nu kan Pioneering Spirit zowel de bovenkant van het platform (de topside) als de onderkant (de jacket) optillen en verplaatsen. Daarbij kan het gaan om een keur aan platforms, voor gasboringen en olieboringen, maar bijvoorbeeld ook transformatorstations voor offshore windmolenparken. Inmiddels heeft Pioneering Spirit daarmee vijf platforms ontmanteld en naar wal verscheept.

Alten-consultants zijn betrokken bij de ontwikkeling van de control-software van het JLS. Zowel bij het oorspronkelijke software-ontwerp als bij de ontwikkeling en oplevering.

De constructie voor de liftoperatie

Het jacket liftsysteem bestaat uit twee 170 meter lange stalen balken, elk 6.000 ton in gewicht. Het zijn daarmee de grootste constructies ooit gemaakt van (S690) hoogsterkte-constructiestaal. Samen hebben ze een liftcapaciteit van 20.000 ton. Met deze constructie kan het werkschip Pioneering Spirit jackets in zijn geheel uit zee verwijderen en naar de wal verplaatsen zonder transportschip of deconstructie op zee. Aan de wal demonteren en recyclen bespaart veel tijd en kosten.

Voor een liftoperatie moeten eerst de 170 meter lange balken rechtop worden gezet. Daar zijn drie systemen bij betrokken: een waterballastsysteem om het zwaartepunt van de balk op een gunstige plek te leggen, het Upend System, bestaande uit acht hydraulische cilinders die de balken omhoogduwen, en als derde het Derrick Hoist System, bestaande uit vier grote liersystemen met 16 kilometer aan staalkabel die aan de top van de balk trekken om tegenkracht te kunnen leveren aan het Upend System. Deze drie systemen moeten synchroon te werk gaan om de balken overeind te zetten.

Positioneren en tillen van de jacket

Om de jacket daadwerkelijk te liftenm worden zogenaamde main hoist blocks gebruikt. Aan de top van elke balk hangen drie main hoist blocks aan staalkabels. Na het upenden positioneert het schip deze main hoist blocks recht boven de jacket. Daarna worden de main hoist blocks omlaag geleid en vastgemaakt aan de jacket. Daarna zaagt men de laatste palen door waarmee de jacket nog vast staat aan de zeebodem. Daarna kan alles omhoog worden gehesen.

Tijdens het omhoog en omlaag hijsen van de blokken wordt ook gebruik gemaakt van het Block Connection System. Dit zijn extra lijnen waarmee de blokken aan het midden van de balk vastzitten. Hiermee kan aan de blokken worden getrokken om te voorkomen dat ze gaan slingeren.

Nadat de initiële liftfase compleet is, moet de jacket uitgelijnd worden aan de balk. Dit wordt gedaan door de voorste of achterste main hoist blocks omhoog of omlaag te bewegen om zo de hoek waaronder de jacket hangt af te stemmen. Op de balk is een aantal platformen bevestigd, de zogeheten grillages, waar de jacket opgelegd zal worden. Door de balken weer binnenboord te kantelen, komt de jacket tegen de grillages aan te liggen. Door de actieve grillages omhoog of omlaag te bewegen kan het gewicht van de jacket evenredig worden verdeeld.

De jacket kan nu horizontaal worden gelegd en is klaar voor transport. Eenmaal aangekomen bij bestemming kan de jacket horizontaal van het schip worden afgeschoven of rechtop worden neergezet op de kade of een barge die de jacket door ondieper water brengt. Daar kan de Pioneering Spirit niet varen.

Jackets in alle soorten en maten

Tenslotte moet het mogelijk zijn om jackets van verschillende soorten en maten te kunnen liften. Om verschillende breedtes van jackets te accommoderen kunnen de balken horizontaal over het dek worden geschoven tot de gewenste afstand is bereikt. Daarom staan de balken op drie skid tracks. Eén aan de achterkant van het schip, waar de balken in hun scharnier hangen, één aan de voorkant van het Upend System, net voor het midden van de balk, en één onder de beam rests, waar de balken in horizontale positie op rusten. De zijwaartse beweging over de drie tracks wordt gesynchroniseerd door het Transverse Skid System. Verschuifbare balken hebben als voordeel dat het dek vrij is voor andere doeleinden wanneer het JLS buiten gebruik is.

De dirigent, het overall control system

Alle bovengenoemde subsystemen worden aangestuurd door plc’s; in het JLS noemen we deze controlelaag Local Control System. Al deze subsystemen zijn individueel te besturen via een interface. Echter, om goed te functioneren moeten de subsystemen meestal samenwerken om de gesynchroniseerde bewegingen te bewerkstelligen die nodig zijn om de balken omhoog te zetten of een jacket te liften. Om deze reden is er ook nog een dirigent voor al deze plc’s, een hoogniveau besturingslaag, ofwel het Overall Control System (OCS) in JLS-jargon.

Het OCS verzamelt alle waarden die door de plc’s worden uitgelezen en bepaalt op basis van die waarden wat de volgende acties moeten worden. Deze acties worden vervolgens weer naar de plc gestuurd. Bijvoorbeeld: alle main hoist block plc’s meten het gewicht dat op dat moment aan het blok hangt en sturen dit naar het OCS. Het OCS vergelijkt deze waarden met elkaar en ziet dat aan de blokken aan bakboord meer gewicht hangt dan aan die aan stuurboordzijde. Om dit te compenseren stuurt het OCS een lager snelheidssetpoint naar de plc’s van de bakboordblokken en een hoger setpoint naar de plc’s van de stuurboordblokken om het verschil te compenseren tot de gewichtsverdeling weer is rechtgetrokken.

Kortom, het OCS is een realtime besturingssysteem waarin de data van alle plc’s wordt verzameld en van waaruit alle subsystemen centraal kunnen worden aangestuurd op basis van de inkomende data.

Gehele liftsysteem vanaf de achterbrug bedienen

Het OCS beschikt over een user-interface waarmee een operator het gehele jacket-liftsysteem vanaf de achterbrug van het schip kan bedienen. Ook hier werkt de communicatie twee kanten op. De operator kan per subsysteem of op niveaus daarboven commando’s sturen naar het OCS. Het OCS bepaalt aan de hand van deze commando’s wat het JLS moet gaan doen. De andere kant op wordt voor alle subsystemen de huidige status naar de bedieningsinterface gestuurd, zodat de operator hier inzicht in kan krijgen. Bijvoorbeeld wanneer een main hoist block in een safety stop raakt door een overload. De operator kan dan aan de status zien welke acties er nodig zijn om weer binnen een veilige gewichtsmarge te komen.

Alten is betrokken bij dit project door het leveren van consultants met expertise op het gebied van C++-software engineering en UX-design. Zij maken deel uit van het OCS-developmentteam van Allseas.

Gereed voor de toekomst

Ter ondersteuning van het ontwikkelingsteam beschikt Allseas over een hardware in the loop (HIL) setup waarmee nieuwe software updates en toekomstige liftoperaties kunnen worden getest. De HIL-setup is een simulatie van het JLS en beschikt voor elk systeem over fysieke of gesimuleerde plc’s waar het OCS mee kan communiceren. Door de software op deze manier te testen, hoeft het echte JLS hier nagenoeg niet voor te worden ingezet. Dat scheelt veel tijd en geld en daarmee gebeurt het testen van updates veel grondiger.

Naast het OCS beschikt het JLS over een losstaand veiligheidssysteem, het Overall Safety System (OSS). Het OSS bestaat parallel aan het OCS en heeft zijn eigen sensoren en limieten. Doordat het OSS een veilige werking van het JLS garandeert, kan de ontwikkeling van het OCS onbekommerd focussen op functionaliteit. De parameters van het systeem voor optimaal functioneren kunnen worden afgesteld zonder dat er risico is om het systeem te breken. Dit scheelt in de ontwikkeling van een dergelijk groot systeem, waar zulke enorme krachten een rol spelen, veel tijd en kopzorgen.

In het eerste liftseizoen van het JLS (ongeveer april tot en met september 2022) zijn vijf jackets getild met een totaalgewicht van 35.000 ton. Dit zijn zowel oude jackets die moeten worden verwijderd, als installaties voor transformatorstations bij windparken. Zo kan het JLS ingezet worden als een efficiënte manier om bij te dragen aan de energietransitie.