Sesam : Ferramentas de Análise de Pipelines e Flowlines
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Apresentação dos softwares FatFree, StableLines, DNV-OS-F1101 Code Compliant e PET

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Sesam : Ferramentas de Análise de Pipelines e Flowlines Sesam : Ferramentas de Análise de Pipelines e Flowlines Presentation Transcript

  • Sesam : Ferramentas de Análise de Flowlines e PipelinesJoão Henrique Volpini MattosEngenheiro NavalRegional Sales Manager (South America) Offshore & Maritime Solutions / DNV SoftwareAgosto 2012
  • Ferramentas de análise de flowlines e pipelines baseadas nas melhores práticas DNV© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 2
  • 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
  • FatFree© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 4
  • 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
  • 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
  • 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
  • Analise Antes de Consertar  Exemplo típico de dano por fadiga em pipeline.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 8
  • 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
  • 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
  • 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
  • FatFree : Folha Principal© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 12
  • FatFree : Gabarito para Dados de Correnteza© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 13
  • FatFree : Gabarito para Dados de Ondas© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 14
  • FatFree : Folha de Plotagem© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 15
  • FatFree : Folha Multi-Modos© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 16
  • FatFree : Folha “Span Runs”© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 17
  • StableLines© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 18
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • StableLines : Folha Principal© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 29
  • StableLines : Dados do Duto ou Umbilical duto umbilical© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 30
  • 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
  • StableLines : Folha de Plotagem© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 32
  • StableLines : Folha “Parametric Runs”© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 33
  • StableLines : Folha de Resultados© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 34
  • OS-F101 Code Compliance© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 35
  • 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
  • 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
  • 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
  • OS-F101 Code Compliance : Tela Principal© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 39
  • 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
  • OS-F101 Code Compliance : Relatórios (2) Verificação carregamento controlado Verificação de deslocamento controlado© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 41
  • PET© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 42
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • Alguns Usuários das Ferramentas© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 56
  • Safeguarding life, property and the environment www.dnv.com© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 57