Seleção de Ligas Resistentes à Corrosão (CRAs) para Equipamentos Submarinos. Gustavo Brandolin

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1 Seleção de Ligas Resistentes à Corrosão (CRAs) para Equipamentos Submarinos Gustavo Brandolin Footer Footer

2 Sumário Pioneirismo da FMCTI utilizando CRAs Layout/equipamentos submarinos Motivação para uso de CRAs Premissas e utilização de normas Aplicações submarinas de CRAs Casos práticos 1

3 Pioneirismo na fabricação de equipamentos submarinos em CRAs 2

4 Introdução Equipamentos Submarinos Metering & Control Systems Tension Leg Platforms Floating Production Storage & Offloading Vessels Surface Well Systems Turret Mooring Systems Subsea Production Systems Subsea Drilling Systems Subsea Template Systems Subsea Manifold Guidelineless Deepwater Trees ROV Tie-In Systems 3

5 Introdução Equipamentos Submarinos Árvore de Natal Molhada (ANM) 4

6 Introdução Equipamentos Submarinos Metering & Control Systems Tension Leg Platforms Floating Production Storage & Offloading Vessels Surface Well Systems Turret Mooring Systems Subsea Production Systems Subsea Drilling Systems Subsea Template Systems Subsea Manifold Guidelineless Deepwater Trees ROV Tie-In Systems 5

7 Introdução Equipamentos Submarinos Manifold Submarino 6

8 Motivação para uso das CRAs Período exploratório ~30 anos Viabilidade econômica ~50 anos 7

9 Motivação para uso das CRAs CO2 H2S Temp Pressão Ligas de Níquel Inox Duplex Inox Martensítico Aço Carbono 8

10 A indústria de E&P está segura quando o fabricante de equipamentos utiliza materiais nobres (CRAs)? Temperature [ºC] Liquid pseudo-binary phase diagram 70%Fe-Cr-Ni Não! Pois cada liga possui sua particularidade! O engenheiro deve ter conhecimento profundo sobre os limites de operação de cada liga a ser empregada, por conta de sua respectiva metalurgia 9

11 Premissas para a seleção de CRAs Na fase de projeto, o engenheiro deve saber sob quais sistemas o equipamento irá operar: Sistemas de produção Sistemas de injeção Instalação Mecanismos de Corrosão/Degradação Corrosão por CO2 Corrosão localizada Corrosão sob tensão pelo Cl- Corrosão sob tensão pelo H2S Fragilização por Hidrogênio Corrosão por Bactéria Corrosão-Fadiga Outros 10

12 Variáveis do sistema... Sistemas de Produção Sistemas de Injeção Instalação Tipo de fluido Presença/teor de água livre %mol CO2 ou ppm CO2 (pressão parcial) ppm H2S (pressão parcial) ph estimado (in situ) Teor de cloretos (aplicável à água produzida e gás condensado) Pressão de operação e suas oscilações Temperatura de operação/mínima eventual Pressão de projeto Pressão no ponto de bolha Temperatura de projeto Temperatura mínima (mesmo que eventual) Presença de oxigênio Teor de água presente no gás Temperatura máxima de serviço Teor de oxigênio Teor de cloretos Fluxo estagnado, intermitente ou laminar Concentrações de biocidas Temperatura durante a instalação Presença de oxigênio Presença de cloretos 11

13 Utilização de normas API ASME Integridade EEMUA Nenhuma norma irá indicar a seleção do material O engenheiro deve conhecer as condições de operação nas quais o equipamento estará sujeito além das particularidades da liga em questão (metalurgia) NORSOK ISO NACE EEMUA

14 Lembre-se da motivação do uso de CRAs... CO2 H2S Temp Pressão Ligas de Níquel Inox Duplex Inox Martensítico Aço Carbono E agora entenda porque CRAs devem ser empregados... 13

15 Aços Inoxidáveis Austeníticos, Martensíticos e Duplex, onde Aços ao Carbono/Baixa Liga não são mais tecnicamente viáveis 14

16 Comparativo/limitações entre aços inoxidáveis PREn (Pitting Resistance Equivalent Number) PRE (CSCC, pites, frestas) Resistência ao SSC LE Super Duplex Duplex Super Austeníticos LE Resistência ao SSC PRE (CSCC, pites, frestas) Austeníticos Resistência ao SSC PRE (CSCC, pites, frestas) LE Martensíticos LE Footer Footer 15

17 Portanto lembre-se que cada inox possui sua limitação... Temperature [ºC] Liquid pseudo-binary phase diagram 70%Fe-Cr-Ni 16

18 PREN PREN PREN ph2s ph2s ph2s 17

19 Principais aplicações submarinas de CRAs 18

20 Aços Inoxidáveis Duplex/Superduplex Repetibilidade na produção da matéria-prima Mesmo componente, mesmo fornecedor, diferentes entregas = propriedades distintas Falta de controle de composição química/tratamento térmico geraram fases deletérias no componente, reduzindo a propriedade de impacto 19

21 Aços Inoxidáveis Duplex/Superduplex Qualificação de produto de acordo com NORSOK M-650 Peça de qualificação: Lingote Ф600mm Peso Lingote: 14000kg Prensa: 5000 ton 420mm espessura Peso: 4000 Kg Taxa de redução não informada T/2 and T/4 (long & transv) Peça de produção Lingote Ф1000mm Peso Lingote: 20200Kg Press: 5000 ton 350 mm espessura (1260mm OD) Peso: Kg Taxa de redução 4.47 deformação: 1.75 recalque: 2.56 T/4 - longitudinal 20

22 Aços Inoxidáveis Duplex/Superduplex CVN Macro & Micro 14 J - -46ºC 149 J - -46ºC Axial Tangential 21

23 Forjado AISI Liga de níquel 625 (amant.) Ligas de Níquel Tubo API 5L X65 Difusão de carbono do metal de base (AISI 8630) para a solda de amanteigamento (liga de níquel 625) durante o TTAT, resultando em: Dureza baixa na região próxima à interface dissimilar Precipitação de carbetos na zona diluída do metal de solda, reduzindo a tenacidade Formação de uma liga exótica de baixa tenacidade 22

24 Ligas de Níquel Todas as propriedades mecânicas do material estavam conforme especificado Ferrita delta presente, mas não apenas neste TH Falha associada à fragilização por hidrogênio + carregamento Elevado Nível de Carregamento Microestrutura Susceptível Presença de Hidrogênio 23

25 Conclusões A seleção de ligas resistentes à corrosão para equipamentos submarinos submetidos a longas exposições são fundamentais nos dias de hoje O uso das ligas resistentes à corrosão se justifica para aplicações onde aços ao carbono/baixa liga não são tecnicamente viáveis Mesmo ao selecionar o correto material para a respectiva aplicação, o desenvolvimento dos processos de fabricação/controles de qualidade, além de auditorias técnicas dos fornecedores, são essenciais para garantir a integridade dos componentes submarinos 24

26 OBRIGADO! 25