Kunststof onder oceaankracht

In een hal in Enschede van slechts 1200 vierkante meter maakt Allseas Fabrication BV met een klein team, high-performance kunststofdelen voor offshore-toepassingen waar stilstand miljoenen kan kosten. Kotraco uit Houten verzorgde er een nieuw grondstoffensysteem.

Wanneer het grootste schip ter wereld, Allseas’ Pioneering Spirit, op volle zee een pijpleiding installeert, hangt er soms tegen de 2000 ton aan stalen pijp onder spanning in het water. Op diezelfde zeebodem staan offshore platforms van tienduizenden tonnen die na decennia dienst in één enkele lift door diezelfde Pioneering Spirit worden verwijderd kunnen worden. Het zijn operaties waarbij staal, lassen, zware mechanica een stuurmanschap de boventoon voeren. Minder zichtbaar, maar cruciaal, zijn de kunststofcomponenten die zorgen dat pijpleidingen niet bezwijken onder stroming, impact of vermoeiing. Die componenten worden ontwikkeld en geproduceerd in Enschede, bij Allseas Fabrication. Aan het roer staat Martin Esselbrugge, chemisch technoloog en polymeerspecialist.

Van polymeerfysica naar offshore

Esselbrugge studeerde chemische technologie aan de Universiteit Twente en specialiseerde zich in polymeertechnologie. Zijn afstudeerwerk richtte zich op de kerfslagvastheid van glasvezelversterkte nylon-rubberblends. Het gedrag van scheurinitiatie en -propagatie op microniveau. Het zijn onderwerpen die draaien om energieabsorptie, vermoeiing en mechanische prestaties. Kennis die later in de offshore-wereld zeer relevant blijkt.

Pipeline ancillary products

Via TNO en een lange periode in de recyclingindustrie belandde hij in de olie- en gaswereld, waar hij zogeheten pipeline ancillary products ontwikkelt. Kunststofcomponenten rond pijpleidingen. In 2014 kreeg hij de kans om voor Allseas in Enschede een R&D-satellietkantoor op te zetten, dicht bij de universiteit. De innovatie-unit groeide uit tot een compacte, gespecialiseerde productie-eenheid. Vandaag is Esselbrugge site manager Fabrication. Ontwerp en productie vinden zoveel mogelijk in eigen huis plaats.

Het VIV-probleem

De kern van de activiteiten in Enschede draait om het fenomeen vortex induced vibration (VIV). Wanneer een cilindrische pijpleiding in stromend water hangt, laten aan weerszijden wervels los – vortex shedding. Als die vortexen zich synchroon ontwikkelen, ontstaat een periodieke kracht die de leiding laat oscilleren. “Een pijpleiding die hangt is gewoon een gitaarsnaar of een vioolsnaar”, legt Esselbrugge uit. Op korte termijn is dat geen probleem. Maar wanneer een leiding twintig of vijfentwintig jaar in bedrijf is en continu trilt, treedt vermoeiing op. In diepe wateren, waar leidingen verticaal van een drijvend platform naar de zeebodem lopen, kan dat veel schade veroorzaken. Zogenaamde VIV-Strakes, spiraalvormige vinnen rond de pijp, gaan dit probleem tegen. Door drie vinrijen onder 120 graden rond de leiding aan te brengen, ontstaat een helix. Het loslaatpunt van de vortex verschuift continu over de omtrek van de pijp. “Je randomised eigenlijk je hele patroon. Er is geen correlatie meer, dus hij gaat niet wiebelen”, zegt Esselbrugge. Het concept is hydrodynamisch, maar de uitvoering is pure kunststofengineering.

Hybride ontwerp

De VIV-Strakes van Allseas bestaan uit twee helften die om de pijp worden geklemd. De basis, de shell, is gespuitgiet uit polypropyleen (PP). Dat materiaal levert de benodigde stijfheid en vormvastheid om strak tegen de stalen leiding aan te sluiten. De vinnen zelf zijn eveneens gespuitgiet, maar uit polyurethaan (PU). Die keuze is gemaakt omdat tijdens het pijplegproces de leiding over een zogenoemde stinger met meerdere rollerboxen loopt. De vinnen moeten over die rollen kunnen vervormen, om vervolgens weer in hun oorspronkelijke positie terug te keren. Stijfheid en flexibiliteit laten zich niet in één materiaal verenigen zonder compromissen. Het hybride ontwerp combineert beide eigenschappen optimaal.

Foutloos

Engineering stopt niet bij materiaalkeuze. Installatie aan boord van een pijplegschip moet snel en foutloos verlopen. Per pijpsectie van twaalf meter is er vaak niet meer dan twee minuten beschikbaar om de strakes te monteren en te fixeren met corrosiebestendige straps. De componenten zijn daarom kleurgecodeerd in geel en oranje, zodat monteurs direct zien welke helft waar hoort. “Het moet dummy-proof zijn”, zegt Esselbrugge. Want bemanningen wisselen elkaar af en de tijdsdruk is hoog.

Anti-fouling

Daarnaast is er het probleem van aangroei. In de bovenste waterlagen, de zogeheten splashzone, kan mariene aangroei tot tien à vijftien centimeter dik worden. Dat zou de werking van de vinnen volledig tenietdoen. Daarom worden de strakes voorzien van een anti-fouling coating op basis van koper-nikkel die gedurende tientallen jaren aangroei beperkt. Per project worden duizenden strakes geproduceerd. Het gaat om serieuze volumes, maar altijd projectmatig en specifiek.

Impactbescherming

Naast VIV-Strakes produceert Allseas zogeheten piggyback blocks en impact protection-systemen. Wanneer een kleinere leiding, bijvoorbeeld voor methanol of antivries, bovenop een grotere hoofdleiding wordt gemonteerd, zorgen kunststofblokken voor positionering en bescherming. In ondiepe wateren kunnen visserijactiviteiten risico vormen. Trawl boards van meerdere tonnen staal slepen over de zeebodem en kunnen leidingen raken. De kunststofbescherming moet die impact absorberen zonder dat de corrosiewerende coating van de stalen pijp beschadigt. Testen zijn navenant zwaar. Een valgewicht van 1460 kilogram dat van 70 centimeter hoogte op het kunststof valt, goed voor circa 10 kilojoule impactenergie.

Van R&D naar eigen spuitgietproductie

Om die producten onder controle te houden, koos Allseas ervoor om productie in eigen huis te halen. De business case werd in 2018 gepresenteerd. Flexibiliteit, planningzekerheid en bescherming van intellectuele eigendom waren belangrijke argumenten. In Enschede staan inmiddels twee spuitgietmachines van KraussMaffei. De kleinere is een 420-tonner met een shotgewicht van 2,25 kilogram PP; de grotere een 1700-tonner met een shotgewicht van 15,25 kilogram. Daarnaast draait er een plaat co-extrusielijn voor specifieke toepassingen. De organisatie is bewust compact. Esselbrugge en één vaste collega sturen de productie aan, ondersteund door een handvol flexwerkers voor het uithalen en assembleren. In piekperiodes kan een tweeploegensysteem worden opgezet, maar er is geen sprake van voorraadproductie. Alles is projectgedreven. Wanneer een projectmanager intern bestelt, gaat de machine aan. Die flexibiliteit is essentieel. Een schip dat wacht op ontbrekende componenten betekent honderden mensen die niets kunnen doen. “Als iemand belt of ik maandag blokken kan draaien? Dan kan ik gewoon schakelen”, illustreert Esselbrugge.

Grondstoflogistiek als kritische factor

Met groeiende productie ontstond behoefte aan een professioneler grondstofsysteem. Esselbrugge werkte eerst met bigbags en twee verschillende doseersystemen voor zijn extrusielijn en spuitgietmachines. Dat betekende handmatige wissels, ruimtebeslag en extra risico’s op verstoringen. “Ik wilde af van twee merken. En over op één.” De kwetsbaarheid van de situatie werd duidelijk toen het materiaaltransport begon te haperen. “Ik had problemen met de aanzuigcapaciteit.” Ondanks dat de werkvloer net was opgeruimd, lagen er korte tijd later opnieuw kunststofkorrels verspreid over de grond. Na verder speurwerk werd de oorzaak gevonden. In een RVS-bocht was door slijtage van glasgevuld polypropyleen een gat ontstaan. Daardoor werd valse lucht aangezogen en verloor het systeem zijn transportcapaciteit.

In die fase kwam hij in contact met Jurgen Koolhaas van Kotraco. Wat begon als een offertetraject voor een nieuw grondstofsysteem, werd versneld door de praktische ondersteuning die Kotraco bood. Toen een hopperloader uitviel en directe vervanging nodig was, kon Koolhaas snel schakelen. “Hij zei: ik heb wel een kleine hopperloader voor je.” De volgende dag was er al een werkende oplossing beschikbaar. Voor Esselbrugge was dat doorslaggevend: in een kleine, flexibele productieomgeving zonder eigen technische dienst is snelheid cruciaal.

Samen werd vervolgens een nieuw grondstofsysteem ontworpen, afgestemd op de specifieke omstandigheden van de locatie in Enschede. De beschikbare ruimte is beperkt en buitenopslag is nauwelijks mogelijk. “Maximale grootte op minimale ruimte”, vat Esselbrugge de uitdaging samen. Verschillende opties passeerden de revue, van buitensilo’s tot zelfs ingegraven oplossingen, maar uiteindelijk werd gekozen voor twee binnensilo’s.

Twee bulksilo’s

Het huidige systeem bestaat uit twee bulksilo’s van elk 25 ton, waarin polypropyleen wordt opgeslagen. Vanaf daar wordt het materiaal volledig automatisch via vacuümtransport naar de twee spuitgietmachines en de extrusielijn geleid. Alle doseer- en transportsystemen zijn geïntegreerd binnen één platform van Moretto. Dat zorgt niet alleen voor een efficiëntere productie, maar ook voor meer overzicht en controle.

Volgens Koolhaas is dat precies waar het om draait. “Je bouwt als eindgebruiker misschien één of twee keer in je leven zo’n systeem. Dan moet je kunnen vertrouwen op de ervaring van de partij die het ontwerpt en levert.” Voor Esselbrugge sluit dat naadloos aan bij zijn eigen werkwijze. “Ik geloof in organisaties die kunnen ontzorgen. Dat doe ik zelf ook richting mijn interne klanten. En dat verwacht ik dan ook van mijn leveranciers.” Met het nieuwe systeem zijn handmatige handelingen geminimaliseerd en is de grondstoflogistiek schaalbaar gemaakt, een noodzakelijke stap met het oog op verdere uitbreiding.

Het artikel gaat verder onder de afbeelding

Groei naar 6500 vierkante meter

Die uitbreiding is inmiddels concreet. Allseas heeft een naastgelegen complex van 6500 vierkante meter aangekocht. De verhuizing is definitief. Naast betere logistiek en opslagruimte biedt de nieuwe locatie ruimte voor drie extra spuitgietmachines van KraussMaffei. De bestaande machines en extrusielijn verhuizen mee. De schaalvergroting betekent geen massaproductie-ambitie, maar meer controle, betere planning en ruimte voor verdere innovatie. Kraanbanen met hogere capaciteit, expeditieruimte en eigen opslag maken de operatie robuuster.

Slimme kunststofcomponenten

In de offshore-industrie draait alles om staal, lassen en zware constructies. Maar zonder slimme kunststofcomponenten zouden pijpleidingen veel kwetsbaarder zijn voor stroming, impact en vermoeiing. In Enschede wordt die technologie ontwikkeld en geproduceerd. Waar op zee staal wordt gelast onder duizenden tonnen spanning, zorgen zorgvuldig ontworpen kunststofcomponenten ervoor dat die spanning beheersbaar blijft, jaar in, jaar uit, onder water.