Desafios da indústria de óleo e gás
A indústria de óleo e gás é vital para a economia global, sendo uma das principais fontes de energia para residências, empresas e indústrias ao redor do mundo. No entanto, essa demanda constante por petróleo e gás vem com inúmeros desafios, um deles sendo a erosão de dutos, tubulações e válvulas, que pode comprometer a segurança e eficiência das operações.
Para lidar com esses desafios, a ATS, uma empresa com mais de 15 anos de experiência fornecendo “End-to-End Solutions”, tem desenvolvido diversos projetos para as grandes empresas do setor de óleo e gás.
Alguns dos projetos mais notáveis realizados pela ATS para indústria de óleo e gás foram os estudo da erosão de dutos para a Constellation e Halliburton, que consistiu em prever a taxa anual de erosão em um duto sujeito a altas tensões de cisalhamento, em especial nas junções denominadas cross-blocks, levando em consideração todos os materiais utilizados e a geometria complexa do duto.
Esse projeto apresenta um desafio extra associado ao fato de que o fluido estudado, petróleo com partículas imersas, é um fluido não-newtoniano, apresentando um comportamento que difere dos fluidos newtonianos, como a água. Assim torna-se necessário o uso de uma ferramenta de solução de escoamento como o CFD++, da Metacomp Technologies, para analisar a erosão e os pontos críticos de diminuição das paredes em três dimensões.
Projeto de estudo de erosão de dutos
Utilizou-se de fluidodinâmica computacional (CFD) para simular o fluxo de fluidos e determinar a taxa de erosão de dutos, desenvolvendo uma metodologia de cálculo baseada na literatura aberta e especializada, validada com dados experimentais.
O software CFD++ foi utilizado para simular o fluxo de fluidos e determinar a taxa de erosão, levando em consideração o ângulo e velocidade de impacto e o material da partícula e do duto. O cálculo da taxa de erosão foi feito com um pós-processamento no Tecplot 360 EX, um software de visualização científica que permite analisar grandes conjuntos de dados. O uso de macros de automação no Tecplot 360 permitiu a automatização do processo de pós-processamento da taxa de erosão.
Em seguida, com a taxa de erosão calculada, a ATS executou uma análise acoplada entre Fluido e Estrutura (FSI – Fluid Structure Interaction) aplicando o ASME Vessel Code nas dimensões erodidas para observar se dutos e juntas são capazes de suportar altas pressões depois de anos de erosão. A análise foi executada com auxílio dos softwares CFD++ e FEMAP-Nastran, uma solução integrada para análise por elementos finitos FEA (Finite Element Analysis), que permite modelar sistemas mecânicos complexos.
A análise acoplada entre Fluido e Estrutura (FSI) permitiu demonstrar que análises convencionais que levam em conta velocidade média para o cálculo de erosão podem ser ultraconservadoras e muitas vezes não fornecem uma identificação de como melhorar a geometria ou material mais adequado. O cálculo da ATS acompanhou a variação da taxa de erosão durante a vida do componente, considerando 5, 10 e 20 anos de operação.
Essa metodologia foi aprovada pelo CENPES (Centro de Pesquisas, Desenvolvimento e Inovação Leopoldo Américo Miguez de Mello), o centro de pesquisa da Petrobrás e utilizada pela Constellation e Halliburton.
Ao realizar as atividades de análise de erosão em conjunto com os clientes, a ATS obteve uma valiosa experiência em desenvolver estudos de fluido-estrutura que obedecem aos critérios da norma ASME VIII – Boiler & Pressure Vessel Code, que define os requisitos para o projeto, fabricação e inspeção de recipientes de pressão e caldeiras, e a ANSI/API Specification 6A, que especifica os requisitos e as dimensões dos equipamentos de produção de petróleo e gás, incluindo válvulas e conexões.
Benefícios da metodologia de erosão da ATS
A metodologia de análise de erosão de dutos desenvolvida pela ATS representa um grande avanço em relação às metodologias tradicionais. A validação da metodologia pelo CENPES-Petrobrás e o uso por grandes empresas como Halliburton e Constellation atesta sua confiabilidade e eficácia.
Com o uso dela é possível identificar com precisão as áreas críticas dos dutos, que estão mais suscetíveis à erosão, e tomar medidas preventivas para evitar problemas futuros. Além disso, a metodologia também permite planejar e executar manutenções preventivas de forma mais eficiente, evitando custos milionários em manutenção desnecessária, aumentando a eficiência operacional.
