Flexiveis

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Projeto de linhas flexveisNovembro 2003 - Coppe

Jean-Paul Ferraz


2Sumrio

Tipos de tubos flexveis

Projeto de tubos flexveis


3Tipos de tubos flexveis

Aplicao

Riser: aplicao esttica ou dinmica

Flowline: aplicao esttica



Rough bore: fluido contendo gs (produo de leo, gs, etc.)

Smooth bore: fluido sem gs (injeo de gua, etc.)


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CarcaaCarcaa

ResistnciaResistncia aoao colapsocolapso

Rough Bore.Rough Bore.




Carcaa

Funoz Resistir ao colapso hidrostticoz Resistir s compresses mecncicas radiais

Materialz Ao inoxidvel (304, 304L, 316L, duplex, etc.)

Os principais parmetros para a seleo do grau do ao (preocupao com a corroso):

z Presso e temperatura mximas de projetoz Teor de CO2z Teor de H2Sz Presena de gua (Water Cut)z Teor de cloretos nessa guaz pH da gua ou composio inica


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EstanqueidadeEstanqueidade e transmisso do esforo e transmisso do esforo da presso internada presso interna

CamadaCamada de de pressopresso



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Camada de presso

Funoz Assegurar a estanqueidade interna

Os principais materiais, selecionados em funo de temperatura, presso, fluidos, etc. :

z Polietileno (gua / gs e leo dependendo de temperatura e presso)

z Rilsan (poliamida 11) (gs e leo, limitaes dependendo de temperatura, presso, presena de gua e seu pH)

z Coflon / Gamma-flex (gs e leo, altas presses & temperaturas)



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Camada de presso

Os principais parmetros para a seleo dos materiais (preocupaes: compatibilidade qumica, envelhecimento):

z Presso e temperatura de projetoz Presso e temperatura de operaoz Presena de gua (Water Cut, vapor, etc.)z Teor de CO2z Teor de H2Sz Composio inica da gua ou pHz Vida til da linhaz Especificao de todos os produtos qumicos injetados (lcoois, cidos,

inibidores de corroso, etc.) estipulando composio qumica, concentrao, freqncia de injeo e temperatura.




ResistnciaResistncia pressopresso internainterna

ArmaduraArmadurade de pressopresso


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Armadura de presso

Funoz Resistir a presso internaz Resistir ao colapso hidrosttico (smooth bore)z Resistir s compresses mecncicas radiais

Materialz Ao (vrios graus disponveis)

Os principais parmetros para a seleo do grau do ao (preocupao com a corroso):

z Presso e temperatura de operaoz Teor de CO2z Teor de H2Sz Teor de guaz Composio molar do fluidoz Temperatura externaz Vida til da linha



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ResistnciaResistncia traotrao axialaxial

ArmadurasArmaduras




Armaduras

Funoz Resistir aos esforos axiais

Materialz Ao carbono ou liga (vrios graus disponveis)

Os principais parmetros (preocupao: corroso):z Presso e temperatura de operaoz Teor de CO2z Teor de H2Sz Teor de guaz Composio molar do fluidoz Temperatura externaz Vida til da linha


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EstanqueidadeEstanqueidade externaexterna

CapaCapa externaexterna




Capa externa

Funo

z Assegurar a estanqueidadez Proteger as camadas internas (corroso, etc.)

Material

z Rilsan (poliamida) ou TP-flexz Polietileno

Os principais parmetros para seleo do polmero (preocupao: abraso):

z Aplicao dinmica > poliamida ou TP-flexz Aplicao esttica > Polietileno



Outras camadas

z Anti-atrito (aplicao dinmica) > evitar desgaste das camada metlicas

z Fitas acima das armaduras > fabricao, resistir a compresso axial devida ao efeito de fundo negativo



Outras camadas (continuao)

z Tubo interno (smooth bore) > estanqueidade interna

z Camada anti-colapso (smooth bore) > transmitir a presso externa para a armadura de presso



Tubos flexveis particulares

Estruturas 55

Estruturas com isolamento trmico

Umbilicais (controle hidrulico, injeo qumica)

ISU (Integrated Service Umbilical)

IPB (Integrated Production Bundle)


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Estruturas 55

z Sem armadura de presso

z Aplicao limitada a presses de projeto inferiores a 2500 psi (riser) & 3000 psi (flowline)

z Estruturas apropriadas para serem enterradas (problemas de estabilidade, etc.)




Estruturas com isolamentotrmico

evitar formao de parafina, hidrtos

Garantir uma temperatura de chegada na planta de processo

Favorecer o escoamento



Umbilicais



ISU

Ncleo: tubo flexvel comum

Arranjo: mangueiras de injeoe/ou control, cabos eltricos, etc.



IPB

Tubo flexvel comum

Arranjo de componentes

Isolamento

Capa externa


25Projeto de tubos flexveis

Documentao de projeto

Clientez Carta convitez Editalz Requisio de Material (RM)z TCAz Especificaes tcnicas (ET)

Normasz Internacionais: API 17J, API 17B, DNV, ISOz Petrobras: N-2409

Datasheet Relatrios

z Proposta tcnicaz Summary design report (SDR) / Final design report (FDR)z Procedimentos / relatrios de testes



Cronograma de projeto

Convite, Edital junto com todos os requisitos tcnicos do cliente

Proposta tcnico-comercial > estruturas definidas

Qualificao > realizao de testes de qualificao

Emisso de relatrios de projeto (SDR / FDR)

Fabricao

Instalao > procedimento executivo



Testes de qualificao

Colapso Presso interna, exploso Trao + presso internaCompresso mecnica radial Teste de fadiga



Colapso

As camadas que resistem a presso externa: carcaa, armadura de presso (zeta, teta, psi, espiral)

Dois tipo de colapso: ovalizao ou corao

Modelo e correlao com testes



Colapso em corao



Efeito de fundo inverso

Diferencial de presso > compresso axial

Se a capa externa estiver danificada, uma gaiola de passarinho pode se formar

Utiliza-se fitas de alta resistncia (polister, kevlar) para manter as armaduras organizadas



Gaiola de passarinho



Compresso mecnica radial durante a instalao

Lanamento com tensionadores

Passagem por rodas ou calhas

Camadas que resistem: carcaa, armadura de presso (zeta, teta, psi, espiral)

Combinao de esforos: aperto do ncleo pelas armaduras em traao+ compresso localizada dos tensionadores / rodas / calhas

Clculo com programa PARABAQ (baseado no ABAQUS)

Critrios: tenses nas camadas, deformao radial (API 17J / N-2409)


Instalao

Passagem nos tensionadores ou num

colar hidrulicoPassagem na

gutter ou na rodac/ um determinado raio

Trao de lanamento

Sistema de lanamento horizontal


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Instalao (continuao)

Sistema de lanamento vertical

Passagem nos tensionadores

Trao de lanamento


35


Tensionador


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Roda



Anlises globais

Objetivosz Simular o comportamento esttico e dinmico do tubo flexvelz Averiguar a adequao da configurao selecionada (free hanging, pliant

wave, etc.)z Determinar os esforos e deformaes aos quais ser submetido

Programas de elementos finitosz Deeplinesz Flexcomz Orcaflex

Casos de anlisez Anlises estticas: GSz Anlises dinmicas: GD


Algumas configuraes de risers dinmicos



Anlises globais (continuao)

Dados de entradaz Correntezaz Ondaz Deslocamento da plataformaz Movimentos dinmicos do sistema flutuante ou da embarcao de

lanamento

Modelo Dados de sadaz Deformadas (estticas & dinmicas)z Fora de topoz ngulosz Compresso no Touch Down Point (TDP)z Curvaturasz Comprimentos suspensos



Onda

z Abordagem onda regular (Airy)

A onda definida por uma altura mxima (Hmax) e un perodoassociado (Tmax)

A elevao da onda senoidal, da forma = 0 cos (t)

z Abordagem irregular (mais representativo de um estado de mar real)

A onda definida por uma altura significativa (Hs) e perodos (Tp ouTz) e um espectro de energia (por exemplo de Jonswap)

A elevao da onda representada por uma soma de vrias ondasregulares



Movimentos dinmicos de um sistema flutuante (plataforma, navio de lanamento, etc.)

z Graus de movimento definido por um RAO (Response Amplitude Operator)

z 3 translaes (surge, sway e heave)

z 3 rotaes (roll, pitch e yaw)

z Os movimentos so definidos com relao a um ponto determinado (CM: Centro de movimento)

z Cada movimento descrito por = 0 cos (t + ) Onde = 2 / T, T o perodo da onda, a defasagem entre movimento

e onda



COM


Modelo Deeplines


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Deformada esttica (deslocamento + corrente)


45

Deformada dinmica (movimentos plataforma + efeitos da onda)


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Anlises de interferncia



Fora de topo



ngulos



Curvatura ao longo da linha



Anlises locais de tenso e deformaes

Anlise axi-simtrica

Programa EFLEX

Casos LS (RM)

Dados de entrada

z Presses interna / externaz Fora axial (trao ou compresso)z Torquez Rotao

Dados de sada

z Tenses nas camadasz Deformaes axiais & radiais



Enrijecedor

Funo

z Restringir curvaturas no flexvel

z Assegurar uma transio de rigidez suave

Construo

z Cone de poliuretano

z Dimenses definidas em funo dos envelopes de foras e ngulos de topo



Enrijecedor (continuao)

FT

Anlise dinmica

/ T

Programa BENDING

Curvatura



Anlises de fadiga

Mecanismo

z Carregamento cclico: variaes de curvatura e fora de topo falha por fadiga

Camadas afetadas

z Armadura de presso (zeta, teta, espiral)z Armaturas de trao

Programas

z Armadura de presso > SLPMz Armaduras de trao > LIFE



Anlise de fadiga (continuao)

Ocorrncia de ondas individuais

Diviso em classes de ondas




Anlise dinmica para encontrar T0, 0

para cada classeDeeplines

Determinao da variao de curvatura

(C 0) dentro do enrijecedor(Bending)

Clculo da vida do tubo(LIFE / SLPM)

> Vida requerida,ok

< Vida requerida,redimensionarestrutura ou enrijecedor




Dados de sada

z SLPM

z LIFE, diagrama de Haigh



Fluxograma de projeto

Estrutura preliminarque atende ao critrio

de colapso

Escolha dos materiais(Temperatura, presso,

compatibilidade)Anlises Globais(T0, 0, curvaturas, etc...)

Anlise local de tenses( 's nas camadas metlicas)

Anlise de efeito de fundoinverso

Definio das fitas sobre as

armaduras

critriook ?

Anlise de fadiga

- definio de classes de onda- anlises globais-clculo das curvaturas dentro do stiffener-clculo do dano/vida (LIFE, SLPM)

redimensionarcamadas metlicas

critriook ?

N

S

Redefinir classes de onda ou enrijecedor

NN

SFIM



Critrios API

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