Weitere ähnliche Inhalte Ähnlich wie Sesam : Ferramentas de Análise de Pipelines e Flowlines (20) Mehr von João Henrique Volpini Mattos (20) Sesam : Ferramentas de Análise de Pipelines e Flowlines1. Sesam : Ferramentas de Análise de
Flowlines e Pipelines
João Henrique Volpini Mattos
Engenheiro Naval
Regional Sales Manager (South America) Offshore & Maritime Solutions / DNV Software
Agosto 2012
2. Ferramentas de análise de
flowlines e pipelines baseadas nas
melhores práticas DNV
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 2
3. Ferramentas de Análise de Pipelines
Desenvolvidas pela Engenharia de Pipelines da DNV/Noruega, baseadas
nas normas e práticas recomendadas DNV.
A partir de 2011, comercializadas e suportadas pela DNV Software.
Aplicações em VBA (Visual Basic for Applications) com interface Excel :
- FatFree : DNV-RP-F105
- Code Compliance : DNV-OS-F101
- StableLines : DNV-RP-F109
- Pipeline Engineering Tools (PET) : DNV-OS-F101, DNV-RP-F105 e DNV-RP-F103
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 3
5. Porque Análise de Vãos Livres
Evitar reparos custosos.
Assegurar um transporte estável de óleo ou gas.
Prevenir poluição ambiental.
Otimizar a correção e intervenção no leito marítimo.
Leito marítimo desigual Vão livre com intervenção Erosão do solo (scour)
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 5
6. Terminologia de Vãos Livres
altura do vão
comprimento do vão (spam height / gap)
ombro (spam length)
(spam shoulder)
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 6
7. Categorias de Vãos Livres
Vão curto
- Comportamento similar à vigas
- Modo simples de meia onda
Vão longo
- Comportamento similar à cabos
- Excitação de múltiplos modos
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 7
8. Analise Antes de Consertar
Exemplo típico de dano por fadiga em pipeline.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 8
9. Avaliação de Vão Livre - Multidisciplinar
Condições ambientais Meta :
- Condições do escoamento combinado de ondas e Estabelecer uma estratégia
correnteza
para a análise de vãos
- Topografia local
livres, definindo um critério
Carregamento de segurança aceitável a
- Vibração induzida por vórtices VIV (alinhada e cruzada) um mínimo custo
- Cargas diretas das ondas e efeitos de proximidade
Resposta estrutural
- Interação entre o solo e a tubulação
- Não-linearidades (geométricas, propriedades
estáticas/dinâmicas)
Critério de aceitação
- Abordagem por curvas S-N (solda, defeitos, …)
VIV
- Vivana para análise
- FatFree para cálculos de vão livre de acordo com a DNV
RP-F105
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 9
10. DNV-RP-F105
Prover recomendações práticas e
critérios de projeto para a avaliação de
vãos livres em dutos submarinos
submetidos ao efeito combinado de
carregamento de ondas e correnteza.
Combina o conhecimento detalhado em
várias disciplinas :
- Hidrodinâmica, VIV e modelos de carre-
gamento
- Condições ambientais, estatísticas de longo
prazo
- Análise de fadiga
- Resposta estrutural, incluindo aspectos geo-
técnicos
Filosofia de segurança de acordo com a
norma DNV-OS-F101
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 10
11. FatFree
Auxiliar a realizar uma análise rápida e segura com relação ao vão máximo
permissível.
Auxiliar na decisão sobre a necessidade de corrigir o leito marítimo ou
intervir sobre um vão livre.
Reduzir custos através da redução das correções desnecessárias, pois
permite vãos maiores quando comparados à outras normas e códigos.
Dois tipos de análises :
- Nível I : Critério de fadiga utilizando parâmetros reais do vão e estimativas
simplificadas de frequências e modos de vibração.
- Nível II : Critério de fadiga baseado em respostas de autovalores definidos por
análise por elementos finitos.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 11
12. FatFree : Folha Principal
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 12
13. FatFree : Gabarito para Dados de Correnteza
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 13
14. FatFree : Gabarito para Dados de Ondas
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 14
15. FatFree : Folha de Plotagem
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 15
16. FatFree : Folha Multi-Modos
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 16
17. FatFree : Folha “Span Runs”
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 17
19. Modos de Falha da Falta de Estabilidade do Duto
O duto se move em excesso lateralmente sob a ação de forças
hidrodinâmicas (é o problema mais desafiador e frequente).
O duto flutua na água (importante mas simples).
O duto afunda mais do intencionado no leito marítimo (em geral não é um
problema).
O duto flutua em solo liquefeito quando a intenção original era que ficasse
enterrado (relativamente simples mas em algumas ocasiões negligenciado).
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 19
20. Estabilidade Lateral
Forças motrizes
- Arrasto e forças de inércia devidas ao escoamento da água : ondas e correnteza
Forças resistivas
- Interação com o solo : fricção mas resistência passiva (devido à penetração).
Escoamento
O duto irá se mover se as forças motrizes forem maiores que as forças resistivas.
O objetivo do projéto é o de assegurar que esta movimentação não será muito grande.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 20
21. Forças Motrizes
Correnteza Ondas
A velocidade normalmente é medida a Em geral os dados fornecidos são
uma distância de 2 a 5m acima do leito (para ondas de superfície) :
marítimo : - Altura da onda (x extremo anual, pode ser
- Magnitude direcional e/ou sazonal)
- Direção - Período da onda (x extremo anual, pode
ser direcional e/ou sazonal)
No projeto deve ser usada a velocidade - Parâmetro de pico do espectro.
média sobre o duto, levando em conta - Direção (simples decomposição)
a camada limite e direção. - Espalhamento
Transformada para velocidade induzida
da partícula e período no fundo.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 21
22. Direção e Espalhamento da Onda
Somente a componente
Duto perpendicualr ao duto irá
tentar movê-lo.
Direção principal
Cristas das ondas
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 22
23. Forças de Resistência
Em geral consiste de duas partes :
- Fricção pura de Coulomb
- Resistência passiva FR devido à penetração.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 23
24. Estabilidade de Dutos Submarinos
O principal objetivo da análise de estabilidade de dutos apoiados no leito marítimo é
calcular o deslocamento transversal do mesmo devido às forças hidrodinâmicas de
ondas e correnteza.
A estabilidade vertical do duto também deve ser garantida. Ele não pode nem
flutuar (peso próprio vazio x empuxo), e nem afundar demasiada-mente no solo
(peso próprio cheio x resistência do solo).
Dados do duto :
- Duto vazio com D/t > 29 irá flutuar
- O conteúdo tem um grande impacto :
• ρágua = 1025kg/m3
• ρóleo = 700-900kg/m3
• ρgás = 0-200kg/m3 (~1kg/m3 por bar)
- Revestimento térmico
• Densidade 600-900kg/m3
• Aumento no diâmetro (e carregamento) 50~60mm
- Revestimento de concreto (utilizado para aumentar o peso)
• Densidade 1900~3400kg/m3
• Aumento no diâmetro (e carregamento) 40~120mm
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 24
25. DNV-RP-F109
Fornecer um critério de projeto racional
para a avaliação da estabilidade de dutos
submarinos sujeitos à ação das ondas e
correnteza.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 25
26. StableLines (1)
Baseado na prática recomendada DNV-RP-F109.
Validado, verificado e comparado com resultados de campo para dutos e
umbilicais.
Qualquer parâmetro pode ser variado, auxiliando os projetistas a definirem
bons critérios para as condições relevantes de seus projetos.
Análises de sensibilidade importantes podem ser executados e reportados
automaticamente.
Quatro diferentes tipos de solos : areia, argila, pedra e com fricção definida
pelo usuário.
Três métodos de estabilidade lateral são cobertos :
- Estabilidade absoluta, nenhum movimento do duto
- Estabilidade generalizada, com deslocamento de 0.5xOD ou 10xOD
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 26
27. StableLines (2)
Afundamento do duto no solo ou a utilização de trincheiras são levados em
conta na redução do carregamento.
Afundamento do duto Trincheira
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 27
28. StableLines (3)
A sensitividade aos parâmetros de projeto mais críticos são apresentados
em gráficos, permitindo que o projetista perceba as implicações da falta de
precisão com facilidade.
Boas curvas de projeto para a tomada de decisões importantes - como a
densidade do concreto do revestimento, o peso requerido como função da
velocidade da correnteza ou direção - são apresentadas facilmente,
permitindo o projeto com a maior eficiência possível.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 28
29. StableLines : Folha Principal
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 29
30. StableLines : Dados do Duto ou Umbilical
duto
umbilical
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 30
31. StableLines : Resultados Numéricos
ws Peso real submerso.
wrequired Peso requerido submerso para a estabilidade lateral.
ws,vertical Peso requerido submerso para a estabilidade vertical.
tconc Espessura necessária de concreto para ambas as estabilidades.
tsteel,added Espessura adicional do aço para um duto estável.
tarmour Espessura da armadura do umbilical para atender à estabilidade.
wdry,final Peso quando a espessura da armadura for igual à requerida.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 31
32. StableLines : Folha de Plotagem
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 32
33. StableLines : Folha “Parametric Runs”
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 33
34. StableLines : Folha de Resultados
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 34
36. DNV-OS-F101
Norma desenvolvida para oferecer critérios e
guias no desenvolvimento conceitual, projeto,
construção, operação e abandono de sistemas
de dutos submarinos
Assegurar que estes processos sejam seguros
e conduzidos com cuidado com relação à se-
gurança e proteção do meio ambiente
Fornecer um padrão de segurança interna-
cionalmente aceitável para sistemas de dutos
submarinos, definindo os requisitos mínimos
para cada fase.
Servir como um documento de referência téc-
nica em assuntos contratuais entre o contra-
tante e a contratada
Servir como um guia para o projetista, contra-
tante e contratada
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 36
37. OS-F101 Code Compliance
De acordo com a norma DNV OS-F101.
Code-checks suportados :
- Sobre-pressão do sistema em condições de teste e operação
- Colapso para o duto vazio
- Propagação de flambagem para duto vazio
- Cargas geradas por carregamento controlado (momentos, força axial e sobre-
pressão externa/interna)
- Cargas geradas por deslocamento controlado (deformação axial e sobre-pressão
externa/interna)
O programa calcula :
- Espessura mínima da parede para
as condições dadas
- Fator de utilização baseado na
espessura definida pelo usuário.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 37
38. Code-Checks de OS-F-101 Code Compliance
Explosão por sobre-pressão
Colapso (flambagem local)
Propagação de flambagem
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 38
40. OS-F101 Code Compliance : Relatórios (1)
Colapso e propagação de flambagem
Verificação de sobre-pressão (explosão)
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 40
41. OS-F101 Code Compliance : Relatórios (2)
Verificação carregamento controlado Verificação de deslocamento controlado
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 41
43. PET – Pipeline Engineering Tool
PET – ferramenta de cálculo para a fase preliminar de projeto de dutos :
- DNV-OS-F101 Design Checks
- Pesos e volumes
- Deformação das extremidades
- Flambagem de Perturbação
- Estabilidade On-Bottom
- Fatiga (free spam)
- Esforço no carretel
- Armazenamento em carretel
- Instalação J-Lay e S-Lay
- Proteção catódica
Relatórios de impressão
gerados para cada cálculo
FatFree, StableLines e,
DNV OS-F101 devem ser utilizados em
análises mais rigorosas.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 43
44. PET : Características
Os dados são salvos em um arquivo específico do projeto “projeto.pet”.
Os dados são transportados de módulo para módulo.
A maioria dos dados são definidos nos módulos “DNV-OS-F101” e “Weight
& Volume”.
As células em amarelo são dados requeridos que devem ser fornecidos pelo
usuário.
Células em negrito e travadas são calculadas pelo programa.
Os cálculos são realizados e os dados salvos assim que deixamos uma
célula de dados.
O salvamento significa que o arquivo antigo será sobrescrito. Utilize “save
project as ...” quando necessário.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 44
45. PET : DNV-OS-F101
Code-checks suportados :
- Sobre-pressão do sistema
em condições de teste e
operação
- Colapso
- Propagação de flambagem
- Cargas geradas por
carregamento controlado
Cargas geradas por
deslocamento controlado
O programa calcula :
- Espessura mínima da parede
para as condições dadas
- Fator de utilização baseado
na espessura definida pelo
usuário.
Não faz análise de sensibilidade como
a DNV-OS-F101 Code Compliance
Worksheet
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 45
46. PET : Peso e Volume
Cálculo do volume, massa e
peso dos componentes que
constituem o duto, isto é, aço,
camadas de revestimento e
conteúdo.
Aborção de água pelo concreto
pode ser levada em considera-
ção.
Estes parâmetros são calcu-
lados individualmente e totaliza-
dos por metro de duto ou para
um comprimento determinado.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 46
47. PET : Expansão das Extremidades
Cálculo da expansão da extremi-
dade devido à temperatura e
pressão interna durante a
operação e teste do sistema.
A resistência do solo pode ser
informada como um coeficiente
de atrito ou uma força de resis-
tência axial.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 47
48. PET : Flambagem de Perturbação
Dutos são sujeitos à altas forças de
compressão axiais devido à tempera-
tura e pressão interna. Para que a
flambagem de perturbação ocorra é
necessária que o duto tenha uma
imperfeição inicial, que aparece típica-
mente quando o duto repousa sobre
irregularidades no leito marítimo.
O propósito deste módulo é :
Estimar o nível de segurança com relação
à flambagem de perturbação.
Predizer a temperatura, pressão interna e
altura da imperfeição que pode disparar a
flambagem de perturbação.
Estimar a altura de revestimento para
prevenir a flambagem de perturbação
com um nível de segurança determinado.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 48
49. PET : Estabilidade On-Bottom
Nível de segurança em função
dos dados fornecidos.
Peso requerido do revestimento
para assegurar um dado nível
de segurança.
Espessura da parede de aço
para assegurar um dado nível
de segurança.
Diferentemente do StableLines, neste mó-
dulo não são informados dados direcio-
nais do metaoceano, mas sim um expoen-
te da função de espalhamento.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 49
50. PET : Fadiga
Cálculo do vão livre (free spam)
permissível considerando o VIV
em linha e cruzado de acordo
com a DNV-RP-F105.
Diferentemente do FatFree, neste módulo
não são informados dados direcionais
(correnteza e ondas são considerados
perpendiculares ao duto).
Os resultados foram calibrados para uma
vida útil mínima de 50 anos, não devendo
ser utilizados para vida útil menor ou
fases temporárias.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 50
51. PET : Esforço no Carretel
Método de instalação utilizado para
dutos de aço de pequeno diâmetro.
Cálculo da tensão de flexão máxi-
ma no carretel de acordo com
DNV-OS-F101.
Tensão plástica de deformação
acumulada durante o enrolamen-
to, desenrolamento, alinhamento e
tensionamento.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 51
52. PET : Armazenamento em Carretel
Cálculo do comprimento e massa de
duto em um dado carretel ou bobina,
de acordo com :
- Restrição de volume ou
- Restrição de peso
O número de voltas e de camadas no
carretel também é calculado.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 52
53. PET : Instalação J-Lay
Força axial no topo do pipeline.
Força horizontal no topo do pipeline.
Curvatura e momento máximo.
Distância entre a barcaça e o ponto de toque
no fundo.
Comprimento livre do duto.
Saipem S-7000
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 53
54. PET : Instalação S-Lay
Força axial no topo do pipeline.
Tensão no stinger incluindo razão de
utilização de acordo com DNV-OS-F101.
Curvatura e momento incluindo razão de
utilização de acordo com DNV-OS-F101.
Distância da barcaça ao ponto de toque.
Comprimento livre do duto.
Raio mínimo horizontal.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 54
55. PET : Proteção Catódica
Requisitos de anodos calculados de acordo
com DNV-RP-F103 para assegurar :
- Material suficiente nos anodos para cobrir a
perda média na vida útil do duto.
- Corrente suficiente ao final da vida útil para
despolarização.
- Espaçamento máximo.
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 55
56. Alguns Usuários das Ferramentas
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 56