ANÁLISE DE FLEXIBILIDADE DAS LINHAS DOS POÇOS QUE APRESENTAM TRINCAS DEVIDO ALTO ÍNDICE DE VIBRAÇÃO

Transcrição

1 2 de OBJETIVO Esta memória de cálculo tem como finalidade à verificação das tensões e esforços na tubulação e seus componentes, bem como em bocais de equipamentos, objetivando ainda documentar as informações utilizadas. As tensões atuantes serão comparadas aos valores admissíveis da norma ASME B Nesta memória de cálculo desenvolveremos dois modelos matemáticos. O primeiro conforme levantamento de campo e o segundo com nossas sugestões de modificação a fim de garantirmos o bom funcionamento do sistema. Este Relatório visa também descrever através do estudo modal das Freqüências Naturais o quanto o sistema de tubulações estão suscetíveis às vibrações. O intuito é descrever as vibrações ocorridas no campo através de modelo matemático com finalidade de se criar soluções para os problemas sem com isso afete a flexibilidade das tubulações. A verificação abrange os sistemas de 44 poços da plataforma de Pampo 2 CRITÉRIO DE ANÁLISE A análise dinâmica de problemas de campo, freqüentemente visível, envolve constante estado de vibração da tubulação. Estes problemas da vibração são causados por desequilíbrio de equipamentos ou pulsação do fluido. A análise determina se a fadiga do material será excedida. A solução também é requerida nas falhas na tubulação ou de suportação durante um evento. Os eventos podem incluir golpes de aríete, válvulas de alívio, ou carregamentos incluindo fluxos pulsantes. A Re-análise é requerida para ajustar ou adicionar restrições, ou para modificar tempos da abertura e de fechamento de válvulas. Inesperadamente, às vezes depois de mudança de suportação ou modificações nas condições de processo, uma linha operando começará a experimentar uma larga amplitude com vibração de freqüência baixa. A primeira etapa na solução é a construção do modelo dinâmico. A atenção particular deve ser dada ao modelar o sistema de tubulação na área de vibração verificada no campo. Se o sistema for grande, então os graus de liberdade distante da área de vibração local devem ser eliminados. De 6-10 freqüências naturais devem ser extraídas. As freqüências naturais e as deformações das modalidades definem os sistemas a "tendência à vibração". As deformações das modalidades extraídas devem mostrar como o sistema na área do problema, local da vibração, está tendendo a se deslocar. Na maioria de casos as ressonâncias acústicas são conjugadas com as ressonâncias mecânicas para produzir as vibrações de largas amplitudes experimentadas no campo. Geralmente uma das primeiras deformadas da modalidade indicará exatamente a forma indicada pela vibração da tubulação no campo. Se a deformação da modalidade extraída não indicar o movimento na área da vibração local, então os graus de liberdades não foram suficientes removidos de outras áreas. Se a deformação mais baixa da modalidade, na área do problema local da vibração, estiver acima (15Hz) então há uma possibilidade boa que uma ou outra vibração está induzindo mecanicamente ou picos de pressões do fluido pulsante estão muitos elevados. Quando da forma da modalidade é identificada que corresponde à vibração observada no campo, o modelo da carga da pulsação pode ser desenvolvido. As cargas da pulsação existirão em extremidades, nas curvaturas, e em mudanças no diâmetro. As forças harmônicas são postas nestes pontos na tentativa de começar o modelo matemático vibrar como o sistema de tubulação real.

2 2 de 301 Como mencionado acima, a informação da freqüência natural pode indicar a tendência de um sistema de tubulação responder às cargas dinâmicas. As freqüências naturais não devem estar perto das freqüências de operação dos equipamentos e, em regra geral, as freqüências naturais mais elevadas causam geralmente menos problema do que as freqüências naturais baixas. Por exemplo, um sistema de tubulação que tem seis modalidades da vibração abaixo de dez ciclos por segundo produzirá provavelmente mais campo vibração do que o sistema com a primeira modalidade em onze Hertz. Esta informação, quando interpretada corretamente, pode indicar a necessidade de um sistema necessitar restrições dinâmicas adicionais para aumentar as freqüências naturais. A lista de freqüências naturais pode também ser usada para informação mais geral sobre o sistema. Por exemplo, a lista pode mostrar todo um grupo das freqüências baixas dentro de dez por cento uma da outra (isto é; 4.53, 4.76, e 5.01 hertz), tal conjunto de freqüências naturais pode coletar mais "problemas" do que qualquer uma sozinha e deve geralmente ser evitada (fornecendo os modos associados com o conjunto de freqüência, que causam tensões e cargas na mesma vizinhança). As freqüências naturais são modificadas geralmente adicionando restrições. Pelo aumento da rigidez do sistema, as freqüências naturais são elevadas para valores maiores. Um sistema pode vibrar indefinidamente quando as oscilações não produzem tensões que extrapolam o limite de fadiga do material. Muito tipicamente quando uma tubulação vibra sozinha dentro do seu limite de tensão de fadiga e logo após ramificações saem desta tubulação que não vibram nesta mesma freqüência, tensões elevadas são observadas justamente no entroncamento entre a tubulação e a ramificação, geralmente de diâmetros inferiores da tubulação principal. Os critérios térmicos de estática e os critérios dinâmicos dos deslocamentos devem ser satisfeitos simultaneamente. 3 DIRETRIZES DE ANÁLISE Passo 1 Construção do modelo matemático conforme levantamento de campo dos 44 poços em questão. Conforme os desenhos anexos. Passo 2 Todos os modelos são codificados para entrada no Programa CAESAR ll. Passo 3 Todos os sistemas são analisados para as cargas estáticas. Neste passo são verificadas se suportação existente é suficiente, e o quanto é o valor das tensões primárias. Tensões primárias e secundárias serão comparadas conforme prescreve a Norma ASME B Passo 4 Como há similaridade entre os sistemas, é escolhido um sistema onde houve confirmação da trinca na tubulação. Baseado na amplitude visualmente detectada no campo é encontrado um valor de força de vibração. Passo 5 É elaborada a análise modal com a finalidade de obter-se a freqüência natural dos sistemas no modo de vibração observada no campo. Passo 6 De posse da freqüência natural é elaborada a análise harmônica de sistema. Impõe-se ao sistema a força de vibração, com a finalidade de obter as tensões na tubulação. O ponto, para aplicação de força de vibração, é da mudança de direção e com a maior massa, ou seja, na "válvula chock".

3 3 de 301 Passo 7 Tensões devido a vibração são extraídas e são comparada as admissíveis. Passo 8 Como a mudança nos sistemas das ramificações é mais complexa escolhemos alterar o modo de vibração da tubulação principal. Obtém-se isso introduzindo restrição ao sistema. Passo 9 Introduzindo a restrição ao modelo matemático, extraímos as tensões novamente comparado-as com a admissível.. Passo 10 Os demais sistemas são analisados baseado no mesmo critério. Passo 11 Os suportes serão detalhados de uma forma geral e com alternativas de locação no local da montagem. Os suportes novos requeridos serão indicados dos isométricos anexos. Passo 12 Conclusão. OBS: Poço escolhido GL/PM 41 deslocamento 25mm força obtida N

4 4 de CÁLCULO CONFORME LEVANTAMENTO DE CAMPO Poço PM-36 OK!

5 5 de 301 CAESAR II Ver Date:JUL 2,2005 Time:11:02 Page: 1 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAçãO ATUAL\7_50 Licensed To: CJL ENGENHARIA D 1 CASE 2 (SUS) W+P1 DDDD CODE STRESS CHECK PASSED CODE STRESS %: 2710 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 2710 TORSIONAL STRESS: 2180 AXIAL STRESS: 2640 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 2710 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 2,2005 Time:11:02 Page: 4 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAçãO ATUAL\7_50 Licensed To: CJL ENGENHARIA D 1 CASE 3 (EXP) L3=L1-L2 DDDD CODE STRESS CHECK PASSED CODE STRESS %: 1990 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 1990 TORSIONAL STRESS: 2220 AXIAL STRESS: 2699 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 1990

6 6 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 2,2005 Time:11:03 Page: 1 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAçãO ATUAL\7_50 NATURAL FREQUENCY REPORT (Hz) (Radians/Sec) (Sec) MODE FREQUENCY FREQUENCY PERIOD

7 7 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:21:23 Page: 1 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAçãO ATUAL\7_50 Licensed To: CJL ENGENHARIA D 1 CASE 1 (HAR) Hz... DDDD CODE STRESS CHECK PASSED CODE STRESS %: 2560 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 2560 TORSIONAL STRESS: 2130 AXIAL STRESS: 2100 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 2560

8 8 de 301 Poço GL/PM-36 FALHOU! MODO DE VIBRAÇÃO

9 9 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUN 25,2005 Time:11:50 Page: 1 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAÇÃO ATUAL\8_50 CASE 2 (SUS) W+P1 DDDD CODE STRESS CHECK PASSED CODE STRESS %: 2170 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 2170 TORSIONAL STRESS: 2100 AXIAL STRESS: 6000 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 2170 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUN 25,2005 Time:11:50 Page: 4 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAÇÃO ATUAL\8_50 CASE 3 (EXP) L3=L1-L2 DDDD CODE STRESS CHECK PASSED CODE STRESS %: 6000 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 6000 TORSIONAL STRESS: 6100 AXIAL STRESS: 4090 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 6000

10 10 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUN 25,2005 Time:11:52 Page: 1 Job: C:\CNO\ISO CODIFI\8_50 NATURAL FREQUENCY REPORT (Hz) (Radians/Sec) (Sec) MODE FREQUENCY FREQUENCY PERIOD

11 11 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:21:47 Page: 1 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAÇÃO ATUAL\8_50 CASE 1 (HAR) Hz DDDD CODE STRESS CHECK FAILED CODE STRESS %: 3240 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 3240 TORSIONAL STRESS: 3240 AXIAL STRESS: 3188 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 3240 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:21:47 Page: 3 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAÇÃO ATUAL\8_50 STRESS REPORT, Stresses on Elements CASE 1 (HAR) Hz --Stress( KPa )--- --( KPa )-- ELEMENT BENDING TORSION SIF'S CODE ALLOWABLE NODES STRESS STRESS IN/OUT PLANE STRESS STRESS % / / D / D / D / D / D / D / D / D / / D / D

12 12 de 301 Poço GL/PM-06 FALHOU! 2º MODO 5,22 Hz 1º MODO 3,8 Hz 2 MODOS DE VIBRAÇÃO SUJEITOS A FALHAS

13 13 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:22:37 Page: 1 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAÇÃO ATUAL\9_50 CASE 2 (SUS) W+P1 DDDD CODE STRESS CHECK PASSED CODE STRESS %: 4120 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 4120 TORSIONAL STRESS: 2069 AXIAL STRESS: 650 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 4120 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:22:37 Page: 4 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAÇÃO ATUAL\9_50 CASE 3 (EXP) L3=L1-L2 DDDD CODE STRESS CHECK PASSED CODE STRESS %: 600 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 600 TORSIONAL STRESS: 570 AXIAL STRESS: 4068 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 600

14 14 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:22:38 Page: 1 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAÇÃO ATUAL\9_50 NATURAL FREQUENCY REPORT (Hz) (Radians/Sec) (Sec) MODE FREQUENCY FREQUENCY PERIOD

15 15 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:22:47 Page: 1 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAÇÃO ATUAL\9_50 CASE 1 (HAR) Hz DDDD CODE STRESS CHECK FAILED CODE STRESS %: 4120 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 4120 TORSIONAL STRESS: 2069 AXIAL STRESS: 2010 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 4120 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:22:47 Page: 2 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAÇÃO ATUAL\9_50 STRESS REPORT, Stresses on Elements CASE 1 (HAR) Hz Stress( KPa )--- --( KPa )-- ELEMENT BENDING TORSION SIF'S CODE ALLOWABLE NODES STRESS STRESS IN/OUT PLANE STRESS STRESS % / D / / / D / / D

16 16 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:22:47 Page: 4 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAÇÃO ATUAL\9_50 CASE 2 (HAR) Hz 8... DDDD CODE STRESS CHECK FAILED CODE STRESS %: 4120 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 4120 TORSIONAL STRESS: 2050 AXIAL STRESS: 4068 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 4120

17 17 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:22:47 Page: 5 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAÇÃO ATUAL\9_50 STRESS REPORT, Stresses on Elements CASE 2 (HAR) Hz Stress( KPa )--- --( KPa )-- ELEMENT BENDING TORSION SIF'S CODE ALLOWABLE NODES STRESS STRESS IN/OUT PLANE STRESS STRESS % / D / / / D / D / D / D / D / D / D / D / D / D / D / D / D / D / D / D / D / D / D / / D / / / D / D /

18 18 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:22:47 Page: 6 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAÇÃO ATUAL\9_50 STRESS REPORT, Stresses on Elements CASE 2 (HAR) Hz --Stress( KPa )--- --( KPa )-- ELEMENT BENDING TORSION SIF'S CODE ALLOWABLE NODES STRESS STRESS IN/OUT PLANE STRESS STRESS % / / D / D / / / D / D / / D / D

19 19 de 301 Poço GL/PM-34 OK!

20 20 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:23:20 Page: 1 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAçãO ATUAL\10_50 CASE 2 (SUS) W+P1 DDDD CODE STRESS CHECK PASSED CODE STRESS %: 4110 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 4110 TORSIONAL STRESS: 1998 AXIAL STRESS: 750 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 1990 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:23:20 Page: 4 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAçãO ATUAL\10_50 CASE 3 (EXP) L3=L1-L2 DDDD CODE STRESS CHECK PASSED CODE STRESS %: 750 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 750 TORSIONAL STRESS: 700 AXIAL STRESS: 4068 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 750

21 21 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:23:22 Page: 1 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAçãO ATUAL\10_50 NATURAL FREQUENCY REPORT (Hz) (Radians/Sec) (Sec) MODE FREQUENCY FREQUENCY PERIOD

22 22 de 301 CAESAR II Ver.4.40 Date:JUL 6,2005 Time:23:24 Page: 1 Job: C:\CNO\ISO CODIFICAçãO ATUAL\10_50 CASE 1 (HAR) Hz DDDD CODE STRESS CHECK PASSED CODE STRESS %: 4110 STRESS: ALLOWABLE: BENDING STRESS: 4110 TORSIONAL STRESS: 4190 AXIAL STRESS: 700 HOOP STRESS: D MAX INTENSITY: 4110