Dynamisch positioneringssysteem

Een dynamisch positioneringssysteem (dynamic positioning, DP) is een systeem dat de positie en koers van een schip automatisch beheerst houdt door gebruik te maken van de eigen schroeven, veelal roerpropellers. Werkzaamheden op zee die anders niet mogelijk zouden zijn – doordat er bijvoorbeeld niet geankerd kan worden door obstakels op de zeebodem (pijpleidingen of andere structuren) of door een te grote waterdiepte – zijn door dynamic positioning wel uit te voeren.

Offshore Support Vessel Toisa Perseus met op de achtergrond het vijfde-generatie boorschip Discoverer Enterprise, op de Thunder Horse-locatie. Beide zijn uitgerust met een dynamic positioning-systeem.

Terwijl de eerste schepen analoge systemen hadden en geen redundantie, is er sindsdien enorme vooruitgang geboekt. DP wordt tegenwoordig ook buiten de olie-industrie gebruikt. Het is nu ook mogelijk om niet alleen exact op positie te blijven liggen, maar ook een nauwkeurige route te varen, wat onder andere gebruikt wordt door pijpenleggers, kabelleggers en survey. Er zijn verschillende uitrustingsklassen met een toenemende mate van redundantie, afhankelijk van de werkzaamheden en de risico's die gepaard gaan met het verlies van positie. Zo worden er bij werkzaamheden in de 500 meter-veiligheidszone van een productieplatform hogere eisen gesteld.

DP kan absoluut zijn, waarbij een positie ten opzichte van de zeebodem wordt vastgehouden, of relatief, waarbij een bewegend object, zoals een ander schip, een ROV (op afstand bestuurde mini-onderzeeër) of een drijvend platform, wordt gevolgd. Ook kan een koers ten opzichte van wind en stroming worden vastgehouden waarbij het benodigde vermogen om op positie te blijven minimaal is.

Geschiedenis

DP is in de jaren 1960 ontstaan in de offshoreboring. Doordat de boring naar dieper water verschoof, werd het niet meer mogelijk om hefeilanden (jack-ups) te gebruiken en werd ankeren economisch ongunstig.

In 1961 werd het boorschip CUSS I uitgerust met vier stuurbare schroeven voor Project Mohole, een poging de eerste Moho-put te boren. Met deze grote Harbormaster buitenboordvoortstuwers wist men vanaf maart 1961 het schip handmatig binnen zo'n 600 voet (180 meter) positie te houden en te boren in waterdieptes tot 3500 meter. De positie werd bepaald door met behulp van radar de afstand te meten tot boeien en met behulp van sonar tot bakens op de zeebodem. Dit gebeurde handmatig en niet automatisch zoals twee maanden later het geval zou zijn op de Eureka van Shell Oil dat het eerste DP-systeem had.

Shell ging met de Eureka een stap verder. Deze was uitgerust met een roerpropeller voor en achter en was aanvankelijk ook bedoeld om handmatig gepositioneerd te worden. Howard Shatto van Shell dacht echter dat dit te gecompliceerd was, zeker omdat de Eureka ook op ondieper water moest kunnen boren, waar eenzelfde horizontale verplaatsing resulteert in een te grote hoek voor de boorstang. Shatto wilde het positioneren dan ook automatiseren en liet Hughes Aircraft een ontwerp maken met drie PID-regelaars van Honeywell. De regelaars moesten respectievelijk de koersrichting, de langsscheepse en de dwarsscheepse positie vasthouden. De koersrichting werd gemeten met een gyrokompas, terwijl de twee andere regelaars de hoek meten van een draad die strak werd gehouden met een gewicht op de zeebodem, later bekend als light taut wire (LTW). De horizontale positie was af te lezen op een oscilloscoop. Dit systeem werd automatic positioning equipment (APE) genoemd, wat later dynamisch positioneringssysteem (DP) werd.

Het DP-systeem was een van de onderdelen van een zeven jaar durend R&D-programma van Shell dat 7 miljoen dollar had gekost. Dit had een dusdanige voorsprong opgeleverd op diep water dat Shell in bepaalde gevallen als enige bood op concessieblokken die te diep waren voor anderen. Met Shell als enige bieder kende de overheid deze blokken vervolgens echter niet toe. Om concurrentie te verkrijgen en alsnog te kunnen bieden op deze leases, maar ook omdat de kosten en de risico's die diep water met zich mee bracht niet alleen gedragen konden worden, ging Shell in 1963 over tot een opmerkelijke stap. In de Shell Course for Industry, Floating Drilling and Underwater Well Completions werden de bevindingen gedeeld met andere oliemaatschappijen.

In 1963 volgde de Salvor van Dumez die net als de CUSS I handmatig op positie werd gehouden en de eerste was die volgens deze methode voor Gaz de France pijpleiding moest gaan leggen, van Mostaganem in Algerije naar Cartagena in Spanje. De Salvor werd hiertoe bij Ateliers Duchesne et Bossière uitgerust met onder meer Schottel-roerpropellers, een pijpenschroefinstallatie en een grote lier. Met de bestaande voortststuwing en de Schottels kon het schip handmatig op positie gehouden worden. Het 200 km lange traject bevatte waterdieptes tot 2700 meter en dit bleek nog een te grote uitdaging. Na veel problemen werd het project in 1963 stopgezet.

De ervaringen met de Salvor brachten het Institut Français du Pétrole (IFP) om in 1963 met ondersteuning van Comite d'Etudes Petrolieres Marines (CEPM) een oude LCT om te laten bouwen bij Ateliers et chantiers du Havre. Deze Térébel was vooral bedoeld om nieuwe technieken te ontwikkelen voor boring en positioneringssystemen. Het werd daartoe uitgerust met onder meer twee Schottel-roerpropellers. Ook werd er een boorinstallatie voor kernboring geplaatst die bestond uit een experimentele schietloodopstelling, de flexodrill. In 1964 hield men het schip aanvankelijk nog handmatig op positie, maar in 1965 werd een DP-systeem geïnstalleerd van Thomson-Houston. Net zoals eerder in 1961 op de Eureka werd de koersrichting gemeten met een gyrokompas, terwijl de relatieve horizontale positie bepaald werd met een light taut wire. Om redundantie in te bouwen, werden ook andere plaatsbepalingsystemen ontwikkeld, waaronder Brémius, een long baseline akoestisch onderwatersysteem (LBL) en Raydist, een vorm van radionavigatie.

In 1964 liet Caldrill Offshore een schip ombouwen bij California Shipbuilding & Dry Dock Company tot boorschip als de Caldrill I. Het kreeg vier grote Harbormaster buitenboordvoortstuwers en werd het eerste DP-schip met redundantie in de vorm van dubbele regelaars van Baylor en dubbele light taut wires. De Caldrill I beperkte zich net als de eerder boorschepen tot kernboring, omdat de techniek nog te vaak uitviel om olieboring veilig uit te kunnen voeren.

Voor Project Mohole ontwierp Honeywell voor het halfafzinkbare platform dat Brown & Root had ontworpen een DP-systeem met een long baseline-systeem, twee short baseline-systemen en een radarsysteem. Uiteindelijk werd dit platform echter niet gebouwd.

In 1967 werd de Mission Capistrano uitgerust met een DP-systeem voor Project Artemis, een systeem om onderzeeërs op te sporen. Het kreeg daarvoor ook een sonar van vijf dekken hoog met ultrahoog vermogen.

De Glomar Challenger, speciaal gebouwd voor het Deep Sea Drilling Project. Dit was het eerste schip van Global Marine dat was uitgerust met een DP-systeem

In 1968 liet Global Marine de Glomar Challenger, speciaal gebouwd voor het Deep Sea Drilling Project, een voortzetting van Project Mohole. Dit was het eerste schip van Global dat was uitgerust met een DP-systeem.

De Amerikaanse marine liet in 1968 de USS Naubuc ombouwen tot kabellegger en uitrusten met een DP-systeem van Honeywell. Het kreeg daarbij de beschikking over vier stuurbare schroeven en een radionavigatiesysteem van Decca, Hi-Fix.

De Franse marine liet in 1971 de Triton bouwen die uitgerust was met een DP-systeem en twee Voith-Schneider-propellers. De ervaringen hieruit werden verwerkt in de Tripartiteklasse van mijnenjagers gebouwd voor de Belgische, Franse en Nederlandse marines.

De stap naar olieboring werd op initiatief van Shell gezet met de Sedco 445. In 1971 werd dit gebouwd voor Sedco door Mitsui Engineering & Shipbuilding. Sedco ontwierp het met Shell en Earl & Wright. Naast de twee voortstuwers beschikte het over elf roerpropellers. Het met het Automatic Station Keeping ASK-systeem van Honeywell uitgeruste schip was het eerste DP-schip waarbij de windsensoren voorwaartsgekoppeld in het DP-systeem werden gebracht, zodat het systeem kon anticiperen op windstoten voordat het schip uit positie werd geblazen.

De ervaringen met de Térébel vormden de basis voor het ontwerp van de Pélican-serie waarmee in 1968 werd begonnen en die onder meer bij IHC Gusto werden gebouwd. De eerste in die serie werd in 1972 opgeleverd.

In 1974 werd het eerste duikondersteuningsvaartuig met een DP-systeem gebouwd, de Arctic Surveyor. In 1977 was de Sedco 709 het eerste halfafzinkbare platform (semi) met een DP-systeem.

De markt voor DP-systemen in deze jaren was klein en versplinterd, met in 1975 nog geen twintig schepen en onder meer Honeywell en Delco in de Verenigde Staten, General Electric Company in het Verenigd Koninkrijk en CIT-Alcatel en Thomson-CSF in Frankrijk. In 1975 richtte Kongsberg Våpenfabrikk Kongsberg Albatross op om DP-systemen te ontwikkelen. Waar tot dan toe PID-regelaars gebruikt werden, introduceerde Kongsberg de eerste DP-systemen met een Kalman-filter. Jens Glad Balchen, die met Rudolf Emil Kálmán gewerkt had, speelde hierbij een belangrijke rol. Het duikondersteuningsvaartuig Seaway Eagle was in 1977 het eerste schip dat werd uitgerust met het Albatross DP-systeem (ADP). Kongsberg zou daarna snel uitgroeien tot de grootste leverancier van DP-systemen.

Vergelijking tussen verschillende opties om op positie te blijven

Andere manieren om op positie te blijven liggen, zijn het gebruik van een ankerpatroon en het gebruik van een hefeiland. Elk heeft zijn eigen voor- en nadelen.

Vergelijking positioneringsmogelijkheden

Hefeiland	Ankeren	Dynamic positioning
Voordelen: Geen complex systeem met (azimuth)thrusters, extra generatoren en controllers Geen kans op verlies van positie door systeemfouten of black-outs Geen gevaar voor duikers door propellers	Voordelen: Geen complex systeem met (roer)propellers, extra generatoren en controllers Geen kans op verlies van positie door systeemfouten of black-outs Geen gevaar voor duikers door propellers	Voordelen: Manoeuvreert uitstekend; zeer eenvoudig van positie te veranderen Er zijn geen sleepboten nodig Onafhankelijk van de waterdiepte Kan snel aan werkzaamheden beginnen Niet beperkt door obstakels op de zeebodem
Nadelen: Niet meer te manoeuvreren zodra deze op de zeebodem staat Beperkt tot waterdieptes van ±150 meter	Nadelen: Beperkte manoeuvreerbaarheid zodra men geankerd is Minder geschikt voor diep water Er zijn sleepboten nodig (AHTs) De tijd om uit te ankeren varieert tussen een paar uur en een paar dagen Beperkt door obstakels op de zeebodem	Nadelen: Complex systeem met roerpropellers, extra generatoren en controllers Hoge installatiekosten Hoge brandstofkosten Kans op verlies van positie door systeemfouten of black-outs Gevaar voor duikers en ROV's Hoge onderhoudskosten

Hoewel alle methodes hun eigen voordelen hebben, heeft dynamic positioning veel werkzaamheden mogelijk gemaakt die voorheen niet uitgevoerd konden worden.

Toepassingen

Sea-Based X-Band Radar (SBX) onderweg

Belangrijke toepassingen zijn:

• Amfibische transportschepen
• Baggerschepen
• Boorschepen
• Cruiseschepen
• Diving support schepen
• Doklandingsschepen
• FPSO's, Floating Production, Storage and Offloading Vessels
• Flotels
• Kabelleggers
• Kraanschepen
• Mijnenvegers
• Pijpenleggers
• Platformbevoorradingsschepen
• Sea Launch, ruimtevaart vanaf een half-afzinkbaar platform.
• Sea-Based X-Band Radar, een enorm radarsysteem op een half-afzinkbaar platform voor het Ballistic Missile Defense (BMDS) programma van het Missile Defense Agency (MDA) van de Verenigde Staten.
• Shuttletankers
• Stenenstorters
• Surveyschepen

Doelstelling van dynamic positioning

Een schip heeft zes vrijheidsgraden: Drie van deze zijn een translatie:

• Schrikken (surge) (langsscheepse beweging)
• Verzetten (sway) (dwarsscheepse beweging)
• Dompen (heave) (op- en neergaande beweging)

De andere drie zijn rotatie:

• Slingeren (roll) (rotatie rond de langsscheepse as)
• Stampen (pitch) (rotatie rond de dwarsscheepse as)
• Gieren (yaw) (rotatie rond de verticale as)

Dynamic positioning regelt de surge, sway en yaw, de bewegingen in het horizontale vlak. Er zijn opties waarmee de heave gedempt wordt.

Benodigdheden voor dynamic positioning

Siemens Schottel azimuth thrusters met contraroterende schroeven

Een schip dat uitgerust wordt voor dynamic positioning heeft in ieder geval het volgende nodig:

• Sensoren, om positie en voorliggende koers te meten.
• Een regelaar die de propellers aanstuurt om het verschil tussen de gewenste positie en de werkelijke positie te compenseren.
• Schroeven om de genoemde bewegingen te kunnen maken, zoals (roer)propellers.

Voor de meeste toepassingen moeten de positiereferentiesystemen en het aantal propellers van voldoende vermogen zorgvuldig uitgekozen worden tijdens de ontwerpfase van een dynamic positioning-schip. Om ook tijdens slecht weer goed in positie te kunnen blijven liggen, moet er in de drie richtingen genoeg vermogen zijn. De belangrijkste fabrikanten van dynamic positioning-systemen zijn Kongsberg Simrad, Converteam - voormalig onderdeel van Alstom - en L-3 Communications (voorheen Nautronix).

Referentiesystemen

Positiereferentiesystemen

Er zijn verschillende manieren van plaatsbepaling op zee. De meeste traditionele methodes zijn echter niet nauwkeurig genoeg om gebruikt te worden voor dynamic positioning. Daarom zijn er de afgelopen decennia meerdere systemen ontwikkeld. De beschikbaarheid hangt af van het soort werkzaamheden en de waterdiepte. De meest voorkomende Positie-Referentie-Systemen (PRS) zijn:

GPS-satelliet

• DGPS, Differential GPS. De positie die verkregen wordt door middel van het Global Positioning System is niet nauwkeurig genoeg om gebruikt te worden in dynamic positioning. De positie wordt verbeterd door gebruik te maken van een referentiestation dat zijn GPS-positie vergelijkt met zijn werkelijke positie. De correctie op de pseudorange wordt normaal gesproken naar de DGPS-ontvanger gestuurd via radiosignalen. Voor gebruik in dynamic positioning wordt vaak gebruikgemaakt van commerciële DGPS van bedrijven als Fugro die differentiaalsignalen versturen via een satelliet, wat het mogelijk maakt om meerdere referentiestations te combineren. Het voordeel van DGPS is dat het vrijwel altijd beschikbaar is. Nadelen zijn degradatie van het signaal door zonnevlekken of atmosferische storingen, afscherming door kranen of andere structuren en verslechtering van het signaal op hogere geografische breedte.
• Hydroacoustic Position Reference, HPR. Dit systeem bestaat uit één of meer transponders die op de zeebodem geplaatst worden en een transducer die onder het vlak van het schip is aangebracht. De transducer stuurt door middel van piëzo-elektrische elementen een akoestisch signaal naar de transponder die getriggerd wordt om te reageren. Aangezien de geluidssnelheid door het water bekend is (bij voorkeur wordt er regelmatig een soundprofile gemaakt), kan de afstand berekend worden. Omdat er veel elementen op de transducer zitten, kan de richting van het signaal worden vastgesteld. Op deze manier kan de positie van het schip ten opzichte van de transponder worden berekend. Nadelen zijn de vatbaarheid voor lawaai door de thrusters of ander akoestische systemen. Verder is het gebruik in ondiep water beperkt door het buigen van geluid als het horizontaal door het water gaat. De belangrijkste fabrikanten zijn Kongsberg Simrad, Sonardyne en Nautronix. De volgende drie HPR-systemen zijn het meest gangbaar:

Kongsberg HiPAP 500 transducer van de Balder in dok

• • Ultra- of Super- Short Base Line, USBL of SSBL. Dit werkt zoals hierboven beschreven. Omdat de hoek ten opzichte van de transponder wordt gemeten, is een correctie nodig voor de slagzij en trim. Deze worden gemeten door de Motion Reference Units, versnellingsmeters. Door de aard van hoekmeting wordt de nauwkeurigheid minder bij toenemende waterdiepte.
  • Long baseline, LBL. Dit bestaat uit een opstelling van minstens drie transponders. De aanvangspositie van de transponders wordt bepaald door USBL en/of door het meten van de basislijnen tussen de transponders. Hierna hoeven alleen nog maar de afstanden naar de transponders gemeten te worden om de relatieve positie te bepalen. De positie zou theoretisch moeten liggen op de snijding van denkbeeldige bollen rond de transponders (box-in). De straal van deze bollen is gelijk aan de tijd tussen het zenden en ontvangen, vermenigvuldigd met de snelheid van het geluid door water. Doordat hoekmeting niet nodig is, is het nauwkeuriger dan USBL in grote waterdiepte. Omdat er minstens drie transponders moeten worden gemeten, is het systeem niet goed te gebruiken voor dynamic positioning in ondiep water.
  • Short baseline, SBL. Hierbij zijn meerdere transducers aangebracht onder het schip. Deze meten hun afstand tot een transponder. De relatieve positie ten opzichte van de transponder wordt op dezelfde manier als bij LBL bepaald.
• Riser Angle Monitoring. Het meten van de hoek die de riser, de pijp waarbinnen geboord wordt, maakt. Op boorschepen kan dit in het dynamic positioning-systeem worden gevoed. Dit kan bestaan uit een elektrische inclinometer of gebaseerd op USBL, waarbij een riser angle monitoring-transponder wordt aangebracht op de riser en een inclinometer op de eruptieafsluiter (BOP) die ondervraagd worden met het HPR-systeem.

Een LTW op de HOS Achiever

• Light Taut Wire, LTW. Letterlijk strakke draad. Het oudste positiereferentiesysteem voor dynamic positioning is nog steeds zeer nauwkeurig in relatief ondiep water. Een zwaar gewicht wordt aan een dunne draad gevierd tot deze op de zeebodem staat. Door de lengte van uitgegeven draad en de hoek die de draad maakt te meten, kan de positie relatief van het gewicht worden bepaald. De hoek moet niet te groot worden, om te voorkomen dat het gewicht over de zeebodem gesleept wordt. Het is minder geschikt voor diep water, doordat de draad buigt door stroming. Er zijn echter systemen die dit ondervangen door ook de hoek te meten van de draad bij het gewicht. Horizontale LTW's worden ook gebruikt als men dicht bij een platform werkt. Hierbij moet worden opgepast dat er geen voorwerpen op de draad vallen.
• Artemis. Een systeem gebaseerd op techniek die lijkt op radar. Hierbij wordt een station geplaatst op het platform waarbij men werkt. Dit wordt gericht op het station aan boord. Voordelen van dit systeem zijn de robuustheid - het werkt onder alle weersomstandigheden - en het relatief grote bereik van meerdere kilometers. Nadeel is dat het station behoorlijk zwaar is.
• Fanbeam / CyScan. Beide systemen zijn gebaseerd op meting met behulp van laser. Zeer eenvoudig, doordat er alleen een kleine prisma geplaatst hoeft te worden op het platform of schip waarnaast men werkt. Het gevaar bestaat wel dat de fanbeam andere reflecterende objecten pakt of dat het signaal geblokkeerd wordt. Het bereik ligt aan het weer, maar is normaal gesproken meer dan 500 meter.
• DARPS, Differential, Absolute and Relative Positioning System. Dit wordt veel gebruikt op shuttletankers terwijl ze laden vanaf een FPSO. Hierbij hebben beide een GPS-ontvanger. Omdat de fouten voor beide ontvangers gelijk zijn, hoeft het signaal niet gecorrigeerd te worden. De positie van de FPSO wordt verzonden naar de shuttletanker, zodat een peiling en afstand berekend kunnen worden om gebruikt te worden in het dynamic positioning-systeem.
• RADius. Een systeem gebaseerd op radar gelijkende techniek, maar zonder bewegende delen, zoals bij Artemis wel het geval is. Een ander voordeel is dat de transponders veel kleiner zijn. De afstand van 500 tot 1000 meter is wel een stuk kleiner dan Artemis.
• Traagheidsnavigatie wordt gebruikt in combinatie met GPS (Seapath) en HPR (HAIN).

Koersreferentiesystemen

• Gyrokompassen worden normaal gesproken gebruikt om de voorliggende koers te bepalen.

Meer geavanceerde methodes zijn:

• Ringlasergyrokompassen
• Fibre optic gyrokompassen
• Seapath, een combinatie van GPS en traagheidsnavigatie.

Referentiesystemen

Motion Reference Unit

Naast positie en koers worden nog andere variabelen ingebracht in het dynamic positioning-systeem door middel van sensoren:

• Motion Reference Units, MRU's, versnellingsmeters, deze meten de slagzij, trim en het dompen van het schip.
• Windsensoren worden voorwaartsgekoppeld in de DP gebracht, zodat het systeem kan anticiperen op windstoten voordat het schip uit positie wordt geblazen.
• Diepgangssensoren, omdat een verandering van diepgang het effect van wind en stroming verandert.
• Andere sensoren hangen af van het type schip. Op pijpenleggers kan de kracht gemeten worden waarmee aan de pijp wordt getrokken, grote kraanschepen zullen sensoren hebben die de stand van de kranen meten, omdat dit invloed heeft op het windmodel (zie Controlesystemen).

Controlesystemen

Blok diagram van control system

In het begin werden PID-regelaars gebruikt. Deze worden tegenwoordig nog steeds gebruikt in de simpelere dynamic positioning-systemen. Moderne regelingen echter gebruiken een mathematisch model van het schip, gebaseerd op een hydrodynamische en aerodynamische beschrijving van een aantal scheepskenmerken, zoals massa en weerstand. Uiteraard is dit model niet volledig correct. Door middel van de referentiesystemen worden positie en koers in het systeem gevoerd en vergeleken met een voorspelling die door het model gemaakt wordt. Het verschil wordt gebruikt om het model bij te werken, waarbij gebruik wordt gemaakt van Kalman-filteringtechniek. Om het model zo accuraat mogelijk te maken, heeft het invoer van de windsensoren en terugkoppeling van de propellers. Hierdoor is het zelfs mogelijk om enige tijd, afhankelijk van de kwaliteit van het model en het weer, op positie te blijven zonder invoer van een PRS.

De nauwkeurigheid en precisie van de verschillende positiereferentiesystemen (PRS) is niet hetzelfde. Terwijl een DGPS over het algemeen een zeer hoge nauwkeurigheid en precisie heeft, kan een USBL een veel lagere precisie hebben. Daarom wordt er aan elk PRS een gewicht tussen 0 en 1 toegekend, gebaseerd op variantie.

Vermogens- en voortstuwingssystemen

Om op positie te blijven liggen, worden roerpropellers, boegschroeven, hekschroeven, waterjets, roeren en voortstuwingsschroeven gebruikt. Dynamic positioning-schepen zijn over het algemeen in ieder geval deels dieselelektrisch uitgerust, omdat dit beter in staat is de grote variatie in belasting op te vangen die typisch is voor dynamic positioning-operaties.

De keuze voor de uitleg van de machinekamer(s) en de thrusters hangt af van de DP-klasse van het schip. Een klasse 1-schip kan relatief eenvoudig uitgevoerd worden, terwijl het systeem van een klasse 3-schip behoorlijk complex is. Op klasse 2 en 3-schepen moeten alle computers en referentiesystemen gevoed worden via een Uninterruptible Power Supply (UPS).

Klassevereisten

Gebaseerd op de IMO (International Maritime Organization) circulaire MSC/Circ.645 hebben de classificatiebureaus regels uitgevaardigd voor DP-schepen die verdeeld worden in klasse 1, klasse 2 en klasse 3. De IMO-publicaties worden over het algemeen rechtstreeks overgenomen in de Nederlandse wetgeving.

• Uittrustingsklasse 1 heeft geen redundantie.

Verlies van positie kan voorkomen in het geval van een enkelvoudige storing.

• Uittrustingsklasse 2 heeft redundantie zodat niet één enkelvoudige storing in een actief systeem ervoor kan zorgen dat het systeem faalt.

Verlies van positie mag niet voorkomen door een enkelvoudige storing van een actief component of systeem zoals generators, thrusters, schakelborden, afstandbediende kleppen etc., maar mag voorkomen na storing van een statisch component zoals kabels, leidingen, handbediende kleppen etc.

• Uittrustingsklasse 3 moet ook een brand of overstroming kunnen weerstaan in willekeurig elk compartiment zonder dat het systeem faalt.

Verlies van positie mag niet voorkomen na een enkelvoudige storing inclusief een volledig verbrand of volgestroomd waterdicht compartiment.

Classificatiebureaus hebben hun eigen klasseaanduiding:

Beschrijving	IMO DP-klasse	Overeenkomende uittrustingsklassen
		LR	DNV	ABS	GL
Handmatige positiebediening en automatische koersbediening onder gespecificeerde maximale weersomstandigheden	-	DP(CM)	DNV-T	DPS-0	-
Automatische en handmatige positie en koersbediening onder gespecificeerde maximale weersomstandigheden	Klasse 1	DP(AM)	DNV-AUT DNV AUTS	DPS-1	DP1
Automatische en handmatige positie en koersbediening onder gespecificeerde maximale weersomstandigheden, gedurende en na het optreden van een enkelvoudige storing exclusief het verlies van een compartiment (twee onafhankelijke computersystemen)	Klasse 2	DP(AA)	DNV-AUTR	DPS-2	DP2
Automatische en handmatige positie en koersbediening onder gespecificeerde maximale weersomstandigheden, gedurende en na het optreden van een enkelvoudige storing inclusief het verlies van een compartiment door brand of overstroming (minimaal twee onafhankelijke computersystemen met een onafhankelijk back-up-systeem gescheiden door A60-klasse-afscheiding)	Klasse 3	DP(AAA)	DNV-AUTRO	DPS-3	DP3

NMD

IMO laat de beslissing van welke klasse behoort bij welke operatie over aan de beheerder van het DP-schip en zijn klant. Het Norwegian Maritime Directorate (NMD) daarentegen heeft gespecificeerd welke klasse gebruikt moet worden bij het soort operatie. In de NMD Guidelines and Notes No. 28, enclosure A zijn vier klassen gedefinieerd:

• Klasse 0; Operaties waar verlies van de mogelijkheid om op positie te blijven niet geacht wordt om menselijk leven in gevaar te brengen of schade te veroorzaken.
• Klasse 1; Operaties waar verlies van de mogelijkheid om op positie te blijven schade of milieuvervuiling met weinig consequenties kan veroorzaken.
• Klasse 2; Operaties waar verlies van de mogelijkheid om op positie te blijven kan resulteren in persoonlijk letsel, milieuvervuiling of schade met grote economische consequenties.
• Klasse 3; Operaties waar verlies van de mogelijkheid om op positie te blijven kan resulteren in dodelijke ongevallen, zware milieuvervuiling of schade met zeer grote economische consequenties.

Hierop is het type schip gebaseerd voor elk soort operatie:

• Klasse 1; DP-schepen met uitrustingsklasse 1 zouden moeten worden ingezet bij operaties waar verlies van de mogelijkheid om op positie te blijven, niet geacht wordt om menselijk leven in gevaar te brengen of schade of milieuvervuiling met weinig consequenties kan veroorzaken.
• Klasse 2; DP-schepen met uitrustingsklasse 2 zouden moeten worden ingezet bij operaties waar verlies van de mogelijkheid om op positie te blijven kan resulteren in persoonlijk letsel, milieuvervuiling of schade met grote economische consequenties.
• Klasse 3; DP-schepen met uitrustingsklasse 3 zouden moeten worden ingezet bij operaties waar verlies van de mogelijkheid om op positie te blijven kan resulteren in dodelijke ongevallen, zware milieuvervuiling of schade met zeer grote economische consequenties.

Redundantie

Redundantie is de mogelijkheid om een enkelvoudige storing op te vangen zonder van positie te raken. Een enkelvoudige storing kan onder andere zijn:

• Thrusterstoring
• Generatorstoring
• Powerbusstoring (als er meerdere generatoren zijn gecombineerd op een powerbus)
• Controlcomputerstoring
• Positiereferentiesysteemstoring
• Referentiesysteemstoring

Redundantie is niet voor alle werkzaamheden vereist. Als bijvoorbeeld een surveyschip van positie raakt, is er normaal gesproken geen gevaar van schade of letsel. Deze werkzaamheden zullen meestal in klasse 1 worden uitgevoerd..

Voor ander werkzaamheden, zoals duiken of zwareladingoperaties, is er een gevaar van schade of letsel. Afhankelijk van het risico zullen deze werkzaamheden in klasse 2 of 3 worden uitgevoerd. Dit houdt in dat er ten minste drie positiereferentiesystemen beschikbaar moeten zijn. Dit geeft de mogelijkheid om een voting-systeem toe te passen. Op deze manier kan een fout referentiesysteem gevonden worden. Vanwege dit principe zij er ook drie dynamic positioningcontrol-computers, drie gyrokompassen, drie Motion Reference Units en drie windsensoren op klasse 3-schepen. Als er een enkelvoudige storing voorkomt die de redundantie in gevaar brengt, bijvoorbeeld het uitvallen een thruster, generator of referentiesysteem, en dit niet direct opgelost kan worden, dan moeten de klasse 3-werkzaamheden zo snel mogelijk gestopt worden.

Om genoeg redundantie te hebben, moeten er voldoende generatoren en thrusters bij staan, zodat het uitvallen van een van deze niet resulteert in het niet op positie kunnen blijven liggen. Dit naar inzicht van de Dynamic Positioning Operator (DPO). In klasse 2 en 3 systemen moet een Consequence Analyses zitten om de DPO te assisteren bij deze beslissingen.

Nadeel van de noodzaak tot redundantie is dat generatoren nooit met volle belasting draaien, waardoor de motoren sneller vervuilen en minder zuinig zijn.

De redundantie van een dynamic positioning-schip moet getoetst worden aan de hand van een Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) studie en bewezen door een FMEA-proefvaart. Daarnaast wordt er jaarlijks een DP-proefvaart gehouden waarbij alle systemen getest worden. Voor elke DP-klus worden er ook DP-functietesten uitgevoerd.

Dynamic Positioning Operator

De DP operator houdt in de gaten of er voldoende redundantie is op elk gegeven moment van de werkzaamheden. International Maritime Organization heeft MSC/Circ.738 (Guidelines for dynamic positioning system (DP) operator training) uitgevaardigd op 24-06-1996. Dit haalt IMCA (International Marine Contractors Association) M 117 aan als acceptabele standaard.

Om te kwalificeren als DP-operator moet het volgende traject worden gevolgd:

1. een dynamic positioning-inductiecursus
2. minimaal dertig dagen zeegaande dynamic positioning-stage
3. een dynamic positioning-simulatorcursus
4. minimaal zes maanden wachtlopen op een dynamic positioning-schip
5. een verklaring van geschiktheid van de gezagvoerder van een dynamic positioning-schip

Als het wachtlopen heeft plaatsgevonden op een klasse 1-schip wordt een gelimiteerd certificaat verleend, anders wordt een volledig certificaat verleend.

IMCA

De International Marine Contractors Association (IMCA) werd in april 1995 gevormd door de fusie van AODC (oorspronkelijk de International Association of Offshore Diving Contractors), opgericht in 1972, en DPVOA (the Dynamic Positioning Vessel Owners Association), opgericht in 1990. Het vertegenwoordigt offshore, nautische en onderwateraannemers. Acergy, Allseas, Heerema Marine Contractors, Helix Energy Solutions Group, Saipem, Subsea 7 en Technip zijn vertegenwoordigd in de raad van IMCA en leveren de president.

Terwijl het begon met het verzamelen en analyseren van DP-incidenten, zijn er sindsdien publicaties over diverse onderwerpen geweest om de dynamic positioning standaard te verbeteren. Ze werken ook samen met IMO en andere regelgevende organen.

Externe links

• IMO, International Maritime Organization
• IMCA, International Marine Contractors Association
• IMCA DP Intro
• NMD, Norwegian Maritime Directorate

Verantwoording

• Vertaald vanuit eigen werk op de Engelstalige Wikipedia.

Literatuur

• Bray, D. (2003): Dynamic Positioning - 2nd Edition, Oilfield Seamanship Series - Volume 9
• Faÿ, H. (1990): Dynamic Positioning Systems. Principles, Design, and Applications, Éditions Technip

Noten

Mediabestanden

Zie de categorie Dynamic positioning van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.

Dit artikel is op 9 augustus 2006 in deze versie opgenomen in de etalage.