Tecnologías para el diseño, fabricación avanzada y validación de componentes para instalaciones de energía en entornos offshore

El reto de la “marinización” implica un esfuerzo relevante, y particularmente los expertos coinciden en la necesidad de afrontar los siguientes 3 retos, que son los ejes funcionales del proyecto HARSH:

• Materiales y soluciones de protección contra la corrosión y fouling:

o supervivencia de los dispositivos y componentes ante las condiciones hostiles del medio,
o fiabilidad en el funcionamiento y generación continuada

• Operación & Mantenimiento

o accesibilidad a los dispositivos para su correcto mantenimiento, predictibilidad del recurso y, por tanto, de la energía a generar,
o operatibilidad ante las condiciones adversas del medio,
o instalabilidad de los dispositivos y equipos asociados

• Fabricación a costes competitivos

A lo largo de la vida del proyecto, el consorcio de HARSH abordará el estudio de las problemáticas comunes que se dan en aplicaciones energéticas offshore, la degradación de materiales, la operación y mantenimiento en entornos offshore, el desarrollo de componentes y sistemas competitivos y, por último, el diseño de un laboratorio offshore (HARSHLAB), según indica la siguiente imagen.

El proyecto HARSH aborda los aspectos mencionados, teniendo como objetivo desarrollar nuevos productos como:

     o tubos (risers),
     o fijaciones,
     o sistemas hidráulicos,
     o conectores eléctricos submarinos,
     o manipuladores submarinos,
     o sistemas hidráulicos,
     o recubrimientos de protección contra la corrosión y fouling,
     o líneas de fondeo,
     o procesos de soldadura,
     o plataforma software para simulación avanzada de logística y,
     o acceso a activos flotantes para operación y mantenimiento.

Todos ellos optimizados para su utilización en el sector energético en medio marino.

El hecho de que el consorcio del proyecto HARSH reúna a empresas que producen diferentes componentes y soluciones dirigidas a un sector puntero en tecnología como es el energético offshore (Oil & Gas y Renovable) permitirá ofrecer un servicio conjunto y coordinado de mayor calidad en el suministro de elementos clave para las grandes compañías petrolíferas y fabricantes de componentes y operadores de parques eólicos.

HARSHLAB:
Otro aspecto clave en el proyecto es el desarrollo del laboratorio HARSH LAB (permanente fondeado en bimep). Una infraestructura singular y única a nivel mundial que permitirá llevar a cabo ensay os de experimentación y validación de componentes y subsistemas en medio marino real, caracterizándose por su versatilidad y gran variedad de posibilidad de integración de muy diversos ensayos, tanto activos como pasivos, así como entrenamientos y formación de personal en un ámbito laboral, como es el offshore, con importantes condiciones económicas y gran proyección profesional. Además, este laboratorio permitirá que bimep ofrezca una mayor variedad de servicios de ensayos, mejorando su ocupación.

  AVANCES DEL PROYECTO  

El proyecto HARSH inició su andadura en el año 2016 con el objetivo de dar solución a los retos surgidos entre las distintas empresas vascas a causa de la “marinización” de sus líneas de negocio energéticas hacia entornos offshore. Desde entonces, los avances más relevantes realizados por las empresas participantes se han desarrollado especialmente en cuatro áreas:

• Mejora del diseño y la resistencia de los materiales para entornos offshore.

• Optimización de los sistemas de O&M. 

• Mejoras en los procesos de fabricación.

• Avances en el laboratorio offshore HARSHLAB.

A continuación, se recoge el detalle de los avances realizados en cada una de las tres áreas destacadas.

MEJORA DEL DISEÑO Y LA RESISTENCIA DE LOS MATERIALES PARA ENTORNOS OFFSHORE 

En total siete empresas trabajan por la mejora del diseño y la resistencia de los materiales con el fin de adecuarlos lo mejor posible a entornos offshore.

VICINAY CADENAS se centra en el desarrollo de materiales más competitivos y más resistentes, así como en la mejora de procesos de tratamiento específicos para optimizar las propiedades y cumplir los requisitos específicos de los clientes. Por otro lado, VICINAY SESTAO se ha centrado en la metodología de diseño de composiciones químicas y desarrollo de aleaciones más competitivas para las cadenas offshore.

TUBACEX está llevando a cabo el estudio del comportamiento frente a la corrosión y corrosión-fatiga de distintos materiales candidatos para la fabricación de tubos tipo riser. Además, están realizando simulaciones en colaboración con TECNALIA y ERREKA mediante diferentes softwares con las condiciones reales de servicio sobre el tubo riser a fabricar. De esta forma, se decidirán las dimensiones y el modo de colocar el tubo en el laboratorio HARSH LAB v.2.0. ERREKA también se encarga de la validación de la lectura remota de carga de las uniones atornilladas en ambientes marinos (estanqueidad, duración de las baterías y transmisión de la información).

Por su parte, SASYMA ha llevado a cabo el diseño y preparación de materiales, y el estudio de soluciones para entornos offshore. Ha realizado la selección de los sistemas de recubrimientos superficiales a partir de los requisitos y necesidades identificadas, y ha definido número de capas, productos/referencias comerciales y espesor de cada capa para cada una de las zonas de aplicación. En cuanto al estudio de materiales, la empresa ha llevado a cabo la propuesta y el estudio de soluciones de protección contra la corrosión mediante ensayos de envejecimiento acelerado en el laboratorio.

HINE ha trabajado junto con TECNALIA en definir nuevos recubrimientos que se están ensayando en condiciones controladas de laboratorio, cuyos resultados se esperan en breve. Esto recubrimientos mejorados permitirán operar los sistemas hidráulicos en entornos offshore durante un periodo de vida más largo, reduciendo los costes de operación y mantenimiento. 
Por último, GLUAL trabaja en el estudio de componentes de sus sistemas hidráulicos para su óptima adecuación a entornos de trabajo off-shore, sea en régimen de inmersión o de splash (salpicadura).

OPTIMIZACIÓN DE LOS SISTEMAS DE O&M

Cinco de las empresas se centran también en la optimización de los sistemas de operación y mantenimiento.

En lo que respecta a la sensorización y monitorización remota de sistemas hidráulicos, NEM Solutions ha definido junto con HINE los parámetros más importantes de funcionamiento de un sistema hidráulico, por medio de los cuales se puede controlar su correcto funcionamiento y anticipar posibles problemas de manera remota. Ambas empresas han especificado los parámetros a monitorizar, los sensores necesarios para su medición y la arquitectura del sistema de adquisición de datos (frecuencia de muestreo, tipo de señal, precisión, etc).

VICINAY CADENAS se encarga en el proyecto HARSH de la implantación de sistemas de identificación para accesorios basados en tecnología RFID, que permite mediante un dispositivo lector conocer la información relativa al diseño, material, parámetros de fabricación, trazabilidad, etc. del componente durante su vida útil. A su vez, VICINAY SESTAO se centra en el desarrollo de sistemas de identificación que permitan una trazabilidad física completa desde la recepción de la materia prima hasta el producto final, pasando por todo el proceso productivo y recabando toda la información relativa al mismo.

En lo que a la optimización de los sistemas de O&M, ERREKA se ha centrado en el desarrollo de la sensórica y los algoritmos de cálculo para detección de alteraciones mecánicas en un riser.

MEJORAS EN LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN 

Por último, los avances realizados en la fase de fabricación por parte de las empresas participantes son los siguientes:

NAVACEL está estudiando nuevos métodos para mantener la competitividad, tratando de automatizar los procesos en la medida de lo posible, siendo tres las áreas a las que está dirigiendo el foco: la automatización de movimientos del cabezal de soldadura, la implantación de un seguidor de junta, y posibilitar la soldadura semiautomática en posición cornisa, de cara a poder reducir los movimientos de las piezas.

En el marco del proyecto HARSH, DITREL se encarga de la elaboración del cuaderno de especificaciones y el diseño mecánico de un nuevo conector eléctrico submarino de 66 KV., mientras que VICINAY CADENAS lleva a cabo el diseño novedoso de conectores de líneas de fondeo para maniobras de instalación y desinstalación. A su vez ERREKA, se encarga de la caracterización a fatiga de las uniones atornilladas según las incidencias en el temple.

Por otro lado, CREDEBULG ha definido junto con TECNALIA las condiciones de trabajo, combinaciones de materiales, recubrimientos y/o tratamientos térmicos a aplicar, así como los protocolos de comunicación necesarios. De esta forma se ha diseñado un prototipo manipulador submarino modular con capacidad de 3 toneladas que cuenta con una central de control en superficie; el inter-conexionado entre la central y el manipulador se realiza mediante un cable umbilical que permite alimentar los sistemas tractores, el control del dispositivo y la monitorización de los datos obtenidos por los sensores e inteligencia embarcada.

AVANCES EN HARSHLAB

Además, todas las empresas participarán próximamente en el ensayo de sus soluciones en entorno marino real gracias a la botadura de la primera versión de HARSH LAB. Lo hacen bajo la coordinación y el apoyo de TECNALIA.

Hasta el momento, las empresas GLUAL, HINE, SASYMA, VICINAY, ERREKA, BLUG y TUBACEX han trabajado para testar componentes en HARSHLAB, lo que posibilitará una validación práctica en entorno real offshore de las soluciones desarrolladas y permitirá establecer una correlación entre el comportamiento y los mecanismos de fallo en distintos entornos.

En lo que a HarshLab respecta, DITREL ha contribuido al diseño del conexionado eléctrico a la red y TUBACEX, además de proporcionar muestras de distintos aceros inoxidables, procederá también a la fabricación del tubo riser a escala real, para su futura colocación en la segunda versión del laboratorio.

El conocimiento extraído de este proyecto y de la colaboración con el consorcio de empresas vascas que conforman la totalidad de la cadena de valor en la construcción y explotación del HARSHLAB permitirá a las empresas colaboradoras adaptar su tecnología para ofrecer nuevos y mejores servicios orientados al sector offshore.