thermo‐mechanical measurement of u1 coke drum …

15
A 02.27.19 Draft for Review CL/DP/LK HK Rev. Date (mm.dd.yy) Issue By Chk By. Document No. 19Z05-SOW-A Revision No. A Page 1 of 15 FORT MCMURRAY, ALBERTA THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM 05C‐4 PROGRAM OVERVIEW

Upload: others

Post on 18-Dec-2021

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

 

A 02.27.19 Draft for Review CL/DP/LK HK

Rev. Date

(mm.dd.yy) Issue By Chk By.

 

 

 

Document No. 19Z05-SOW-A

Revision No. A

Page 1 of 15

 

 

FORT MCMURRAY, ALBERTA 

 

THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF  

U1 COKE DRUM 05C‐4 

PROGRAM OVERVIEW 

 

 

   

Page 2: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  2 of 15   

 

Contents 

Section A:  Summary ................................................................................................................................... 3 

Section B:  Design & Site Conditions ........................................................................................................... 4 

1  ‐ Design Conditions .......................................................................................................................... 4 

2  ‐ Site Conditions............................................................................................................................... 4 

Section C:  Scope of Work ........................................................................................................................... 4 

1  ‐  General Overview ......................................................................................................................... 4 

2  ‐  Pre‐Work ...................................................................................................................................... 7 

3  ‐  Strain Gauge Spot Welding Guidelines ......................................................................................... 7 

4  ‐  Thermocouple Tack Welding Guidelines ...................................................................................... 8 

5  ‐  Field Wiring Guidelines ................................................................................................................. 9 

6  ‐  Field Testing & Commissioning ..................................................................................................... 9 

Section D:  Attachments .............................................................................................................................. 9 

Item 1 – Coke Drum 05C‐4 Datasheet ................................................................................................... 10 

Item 2 – Instrument Installation View ................................................................................................... 11 

Item 3 – Coke Drum Welding Location Diagram ................................................................................... 12 

Item 4 – Strain Gauge Spot‐Welding Instruction ................................................................................... 13 

Item 5 – Strain Gauge Product Sheet .................................................................................................... 14 

Item 6 – Thermocouple Installation Detail ............................................................................................ 15 

 

    

Page 3: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  3 of 15   

Thermo‐Mechanical Program Overview 

Section A:  Summary 

This summary outlines the proposed Suncor field work to be performed on Coke Drum 05C‐4 

during the plant turn‐around to install thermocouples and strain gauges on the surface of the 

drum.   

The  objective  of  this  program  is  to  generate  field  measured  temperature  and  strain  data, 

which will then be transformed into load history that would empower a realistic design of new 

coke drums.  The program will measure and quantify the degree of structural stress and strain 

during the operation cycles.   The scope of work will  include installation of  instruments, field 

wiring, and a data  logging panel during  the April  turn‐around shutdown period.   During  the 

shutdown,  the  coke  drum will  not  be  in  service  and  all  insulation  on  the  affected  area will 

have been removed.   

A maximum of 90  thermocouples and 30 strain gauges will be welded on  three windows of 

the coke drum surface.  Instrument locations shall be spaced approximately 0.5 to 1 foot apart 

in both x‐and y‐axes.   The instrument locations and spacing layout will follow a grid‐pattern, 

which will be finalized after thermography of the coke drum is taken in March.   Suncor field 

support  will  install  cabling  from  the  instruments  to  junction  boxes,  and  from  the  junction 

boxes  to  the  data  logger  panel.    Zachry  Canada  and  its  Controls &  Electrical  subcontractor 

(“Zachry”)  will  provide  field  support  during  the  installation  to  commissioning  completion 

period.   

The projected milestones associated with this program are:   

Installation Start   May 1, 2019 

Commissioning completion  May 8, 2019 

   

Page 4: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  4 of 15   

Section B:  Design & Site Conditions 

1 ‐ Design Conditions 

Equipment #  05C‐04 

Applicable Code  ASME Section VIII Div. 1 

Process Fluid Solid Coke, Bitumen, Water, Steam, Hydrocarbons (Liquid & Gas)

Design Pressure  As per attached Data Sheet (varies by shell course) 

Design Temperature  As per attached Data Sheet (varies by shell course) 

Drum Material SA‐204 Gr C  (base) C‐1/2 Mol with A‐240 Type 405  SS 

(cladding) 

 

2 ‐ Site Conditions 

Ambient Temperature  ‐20°C to 25°C 

Electrical Area Classification 

Zone 2 / Class 1 Division 2 

Working Hazards  Height, high temperature, electrical 

 

 

Section C:  Scope of Work 

1 ‐  General Overview 

The  field  scope  of  work  consists  of  pre‐work,  strain  gauge  &  thermocouple  welding,  field 

wiring from the instruments to associated junction boxes and data logger, and field testing & 

commissioning.  A general overview flow chart is shown on the following page.   

   

Page 5: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  5 of 15   

   

 

1.1 All work  is  to  be  in  accordance with  Suncor  safe work  practices &  procedures  and  shall 

conform to  Suncor Standards where applicable.   

1.2 Suncor safe work permit system shall be complied with for all work.  

1.3 Suncor  is  to provide welders and electricians  to perform  the work.    Suncor  is  to provide 

access to the designated coke drum.  The expected working height can reach 100 ft from 

ground level.    

 

1.4 Attaching  the  thermocouples  and  strain  gauges  is  done  by  surface  welding.    This  is 

achieved through resistance spot‐welding and tack welding on the drum’s exterior surface.  

Since the welding process does not involve structural components of a pressure vessel and 

due to the instruments being temporary in nature and not part of pressure containment, 

Figure 1.  Program Overview 

Page 6: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  6 of 15   

Zachry’s  opinion  is  that  Pressure  Equipment  Safety  Regulation  (AR  49/2006)  Sections 

27(1)(b) and 27(2)(b) does not apply.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Suncor’s standards related to welding, namely, Corporate Technical Standards 0220, 0603, 

and 0903 are deemed to be generally not applicable. Zachry will recommend to Suncor a 

welding procedure for spot‐welding and tack‐welding.   

1.6 Details of weld locations shall be specified in a Zachry drawing after thermography.   

1.7 Welding  will  be  performed  at  ambient temperatures when the drum is not in service.   

1.8 Field wiring,  installation of  junction boxes, and data  logger panel will occur after  the QA 

review of the welded instruments.   

1.9 Electrical installation details shall be completed by Zachry in a CWP.   

1.10 Zachry will oversee installation and perform the commissioning in conjunction with Suncor 

plant personnel.  Contact information for Zachry is: 

a. Chris Semaka   Phone: 403‐705‐6797   Email: [email protected] b. David Pennink  Phone: 403‐705‐6797   Email: [email protected] 

1.11 Zachry will provide field support to the Suncor field installation team, including:  

Logistics & site mobilization 

Excerpt from Pressure Equipment Safety Regulation (Alberta Regulation 49/2006):     Welding, brazing and other joining procedures 

27(1)   A  person  who  uses  welding  or  brazing  to  construct  or  manufacture  any pressure equipment 

(b)  shall  not  construct or manufacture pressure equipment by welding or brazing  unless  the  welding  or  brazing  procedure  is  registered  in accordance with section 18.  

27(2)   If  the  code  of  construction  for  an  item  of  pressure  equipment  requires qualification of a joining procedure other than welding or brazing, a person who uses that joining procedure to construct that pressure equipment 

(b)  shall not construct or manufacture that pressure equipment unless the joining procedure is registered in accordance with section 18. 

Page 7: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  7 of 15   

Management of materials 

Coordination with Suncor installation team 

Installation procedures 

Quality assurance and field testing of installed devices 

Commissioning support 

2  ‐  Pre‐Work 

2.1. Suncor shall complete/provide necessary work permits and safety supervision.  

2.2. Suncor  and  Zachry  will  conduct  a  pre‐job  meeting  to  discuss  safety  procedures  and  to 

review the work scope.   

2.3. Suncor will provide scaffolding for access to the coke drum.  

2.4. Zachry shall meet with Suncor at the site to plan logistics around the location of devices.   

2.5. Access to the appropriate structural steel, supports, and cable trays will be made available 

for field‐run wiring and installation of any cabling supports.   

2.6. Suncor’s welders should be given the opportunity to hone their skills with the spot welding 

and tack welding procedures  (prov ided  by  Zachry   in  a  CWP)  prior  to  welding  on 

the coke drum.  Current  and other equipment settings can  be  checked and monitored  at 

this  point to ensure that they are correct.  This step shall be done in the field at a pre‐

determined safe location on a  test plate prior to welding on the coke drum.  Sample 

instrument mounting material will be supplied to welders for testing by Zachry.    

3 ‐  Strain Gauge Spot Welding Guidelines  

3.1. The strain gauge is a highly specialized instrument with specific welding requirements.  The 

Kyowa GW‐3C spot welder (need to confirm whether Suncor can supply an equivalent)  is 

recommended to complete the spot welding for the KHCM strain gauge.  The strain gauge 

is mounted on a  thin plate made of  Inconel 600  (P43 material).      It  is  recommended  the 

Page 8: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  8 of 15   

welding contractor should weld with P3 (coke drum surface) to P43 (strain gauge mounting 

material).   

Detailed  spot‐welding  procedures  from  the  manufacturer  are  listed  in  Attachment  4.  

Zachry  highly  suggests  the  welding  contractor  follow  the  manufacturer’s  suggested 

installation procedure to ensure correct installation of the strain gauges.   

 

3.2. Strain gauges installed per location follow either a 3‐gauge (rosette) pattern or a 1‐gauge 

(axial)  pattern.    The  installation  sketch  example  as  seen  in  Attachment  3  is  preliminary.  

Final  placement  of  strain  gauges  will  depend  on  thermography.    Suncor  will  receive 

finalized drawings on instrument locations in a separate CWP.   

3.3. After welding all strain gauge locations, Zachry will perform a QA inspection.   

3.4. Contractor to submit ITP to Suncor QA for approval.  

4 ‐  Thermocouple Tack Welding Guidelines 

4.1. The Type K skin thermocouples are attached to stainless steel washers.   A  low‐alloy mild 

steel  threaded  stud  (P1  material)  will  be  welded  on  to  the  drum  surface.    It  is 

recommended  the  welding  contractor  should  weld  with  P3  (coke  drum  surface)  to  P1 

(thermocouple  stud).    Tack  welding  will  be  used  to  attach  the  threaded  stud  to  each 

location as specified on a Zachry drawing.  A sketch of the washer‐type skin thermocouple 

and  stud/nut  assembly  is  shown  in  Attachment  6.    The  recommended  tack‐welding 

procedure will be submitted by Zachry.   

4.2. After the studs are welded, Zachry will perform a QA inspection of the entire welded area.   

4.3. Suncor field support will then insert the thermocouple washers and thread the nut onto the 

stud.   

4.4. Contractor to submit ITP to Suncor QA for approval.  

   

Page 9: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  9 of 15   

5 ‐  Field Wiring Guidelines  

5.1. Field wiring associated with the instruments, junction boxes and data logger panel will be 

installed by Suncor’s electricians with oversight by Zachry.   

5.2. All documentation  to attach  instrument cables,  junction boxes, and control panel will be 

issued in a CWP.  This will include all necessary wiring diagrams, guidelines, and procedures.   

6 ‐  Field Testing & Commissioning  

6.1 The  data  logger  will  have  been  calibrated  and  shop‐tested  with  strain  gauges  and 

thermocouples prior to shipping to Site.  Zachry will oversee the field‐testing to ensure the 

field‐installed cables and devices function as designed.   

6.2 Commissioning will be overseen by Zachry and Suncor engineering personnel.   

 

Section D:  Attachments  

Item No.  Type  Description 

1  Datasheet  Coke Drum 05C‐4 Datasheet 

2  Drawing Markup  Instrument Installation View 

3  Sketch  Coke Drum Welding Location Diagram 

4  Instruction  Strain Gauge Spot‐Welding Instruction 

5  Product Sheet  Strain Gauge Model 

6  Sketch  Thermocouple Installation Detail 

Page 10: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  10 of 15   

Item 1 – Coke Drum 05C‐4 Datasheet 

 

   

Page 11: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  11 of 15   

Item 2 – Instrument Installation View 

 

Page 12: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  12 of 15   

Item 3 – Coke Drum Welding Location Diagram 

 

The proposed grid layout will be finalized pending thermography results.  A separate CWP will be issued 

detailing the exact locations.   

 

 

 

   

3‐gauge rosette 

pattern 

1‐gauge axial 

pattern 

X‐AXIS 

Y‐AXIS 

Elevation View 

Page 13: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  13 of 15   

Item 4 – Strain Gauge Spot‐Welding Instruction 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The strain gauge 

mounting surface is 

Inconel 600 (P43 

material).  The strain 

gauge (P43) will be 

welded to the coke 

drum surface (P1). 

Page 14: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  14 of 15   

Item 5 – Strain Gauge Product Sheet  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Optional bridge adaptor is not part of the purchased assembly.     

Page 15: THERMO‐MECHANICAL MEASUREMENT OF U1 COKE DRUM …

Project Document Number

Thermo‐Mechanical Measurement of U1 Coke Drum 05C‐4        19Z05‐SOW‐A Title Revision Number Page

Program Overview  A  15 of 15   

Item 6 – Thermocouple Installation Detail 

 

The threaded thermocouple is attached to two (2) 303 SS washers.  The threaded stud (P1 material) 

will be welded to the surface of the drum (P3 material).  

 

Drum Surface, P3 

Threaded stud 

(low alloy, mild 

steel, P1) 

Tack weld