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Serviços / Erosão
Engenharia de erosão em equipamentos de óleo e gás: CFD, análise estrutural e validação
Taxa de erosão de junções de dutos, dutos e válvulas com areia e partículas, a partir de CFD++ em 3D e de uma metodologia validada com dados experimentais. O mesmo modelo alimenta a análise de tensões, e assim você conhece a vida útil.
Uma metodologia aprovada por operadoras, empresas de perfuração e um centro de pesquisa de uma petrolífera, validada com dados experimentais e comparada com a literatura.
Experiência em análise de erosão
- Metodologia aprovadaAprovada por operadoras, empresas de perfuração e um centro de pesquisa de uma petrolífera.
- Validação experimentalResultados de erosão simulados com boa aderência a dados experimentais, em dutos e em uma válvula de camisa deslizante.
- Melhoria de um método anteriorMelhoria da metodologia adotada anteriormente pela Petrobras e pela Constellation.
- Vida útil, não só uma taxaErosão acompanhada ao longo de 5, 10 e 20 anos, com análise de tensões segundo ASME VIII e API 6A.
- Fornecedor globalAprovada como fornecedora de uma empresa global de serviços de petróleo, após casos teste de FEA não linear, contato e CFD de erosão.
Soluções completas, da taxa de erosão a um projeto de maior vida útil
Preferimos projetos inteiros a simulações isoladas: a ATS responsável pela análise de erosão, pela verificação estrutural e pelo reprojeto.
Erosão e estrutura
A taxa de erosão é só metade da resposta. Com a interação fluido-estrutura, verificamos se dutos e juntas ainda resistem à pressão depois de anos de erosão.
Reprojeto do componente
Quando a taxa é alta demais, a ATS estuda a geometria e o material, e projeta um componente com maior vida útil.
Método que você pode auditar
Baseado na literatura especializada e validado com ensaios, para que a sua equipe e o seu cliente possam acompanhar cada passo.
Precisa só de uma parte? Definimos o escopo com você.
O que você recebe
Mapa da taxa de erosão
Taxa de erosão anual em toda a geometria, com todos os materiais e a geometria complexa do duto.
Modelos de erosão e modos de operação
Comparação entre modelos de erosão e influência das condições de operação na distribuição da erosão.
Erosão ao longo da vida útil
Variação da taxa de erosão ao longo da vida do componente, aos 5, 10 e 20 anos.
Análise fluido-estrutura
Análise de tensões da peça erodida com CFD++ e Femap com NX Nastran, conforme ASME VIII (Boiler and Pressure Vessel Code) e ANSI/API 6A.
Reprojeto
Nova geometria ou material para maior vida útil, com fluido não newtoniano e partículas no CFD.
Validação
Comparação com dados experimentais, artigos científicos e ensaios feitos pelo cliente.
Como a ATS calcula a erosão
O problema
Dutos de petróleo transportam óleo, gás e água e, junto com eles, partículas em suspensão que colidem com as paredes, principalmente nas junções chamadas cross-blocks. Com alta pressão e vazão, as paredes sofrem erosão. Isso limita a vida do componente e exige inspeções para manter a operação segura.
Se o fluido fosse só água, as regiões de impacto das partículas seriam mais fáceis de prever. O petróleo é um fluido não newtoniano, e por isso é preciso uma ferramenta como o CFD++ para analisar a erosão e os pontos críticos de afinamento da parede em três dimensões.
Metodologia
A ATS desenvolveu uma metodologia de cálculo da taxa de erosão baseada na literatura especializada e validada com dados experimentais. São usados o ângulo e a velocidade de impacto calculados com o CFD++, e a taxa de erosão é pós-processada no Tecplot 360 com macros de automação.
A metodologia foi aprovada por operadoras, empresas de perfuração e um centro de pesquisa de uma petrolífera.
Interação fluido-estrutura
Com a interação fluido-estrutura (FSI) é possível ver se dutos e juntas resistem a altas pressões depois de anos de erosão. A ATS faz a análise com CFD++ e Femap com NX Nastran, que são confiáveis quando acoplados e dão resultados próximos dos fenômenos reais.
A análise FSI mostrou que as análises convencionais, que usam a velocidade média, podem ser ultraconservadoras e muitas vezes não indicam como melhorar a geometria ou o material.
Malha e turbulência
Em um estudo de três geometrias de cross-block e tê, a malha passou de 4,8 para 11,3 milhões de elementos, com camada de prismas de 0,01 mm para resolver o escoamento até a parede. Os erros espúrios nas quinas diminuíram, os máximos nos tubos aumentaram e a maior erosão ocorreu nas quinas.
Ferramentas, e onde cada uma entra
As ferramentas servem ao trabalho de engenharia. Dizemos o que cada uma faz no projeto.
| Ferramenta | Papel no projeto | Situação |
|---|---|---|
| CFD++ | Escoamento, transferência de calor, combustão e partículas em 3D. A ATS é a representante exclusiva do CFD++ no Brasil. | Licenciada |
| Tecplot 360 EX | Pós-processamento e macros de automação, inclusive o cálculo da taxa de erosão. | Licenciada |
| Femap, NX Nastran, Adina | Análise de tensões, contato, materiais hiperelásticos e não lineares, térmica e acoplamento fluido-estrutura. | Licenciada |
Evidências que você pode conferir
Trabalhos para operadoras e empresas de serviços de petróleo.
Trabalhos de projeto
| Projeto | O que fizemos | Ferramentas e ensaios | Resultado ou local |
|---|---|---|---|
| Halliburton: duto sob altas tensões de cisalhamentoProjeto | Erosão de um duto submetido a altas tensões de cisalhamento. | CFD++ 3D. Todos os materiais e a geometria complexa do duto. | Taxa de erosão anual prevista. Boa aderência com dados experimentais. Melhoria da metodologia adotada antes por uma operadora e seu centro de pesquisa. |
| WellTec: válvula de camisa deslizanteProjeto | Erosão em uma válvula de camisa deslizante com partículas de areia no escoamento. | CFD com os modelos de erosão e os modos de operação definidos pelo cliente. | Taxa de erosão anual em toda a geometria. Comparação entre modelos de erosão e influência das condições de operação. Validação experimental. |
| Constellation: junções de dutos de petróleoProjeto | Erosão de dutos de produção de petróleo em junções (cross-blocks). | CFD de fluido não newtoniano misturado com partículas. Análise de tensões no NX Nastran conforme o código ASME de vasos de pressão. | Novo duto projetado para maior vida útil. |
| Queiroz Galvão: cross-blocks e têProjeto | Estudo de erosão de três geometrias: cross-block 45°, cross-block 90° e tê 90°. Fluido não newtoniano com partículas. | CFD++ com função de parede e depois resolvido até a parede, com camada de prismas de 0,01 mm e 11,3 milhões de elementos. | Maior erosão nas quinas. Nos casos de 90°, a turbulência da mudança de direção aumenta a erosão na parte superior do duto. |
| Halliburton: aprovação como fornecedoraProjeto | Casos teste de FEA não linear, contato e CFD de erosão em componentes de sistemas. | FEA não linear e de contato, e CFD de erosão. | Aprovada como fornecedora global, nos Estados Unidos e no Brasil, com contrato de longo prazo para análises de sistemas submarinos. |
Exemplos
Selecione uma imagem para ver cada exemplo.
Como um trabalho acontece
Diagnóstico e meta
Definimos com a sua equipe o problema, as condições de operação e a meta.
Modelo
A geometria do equipamento é preparada e escolhemos a física aplicável.
Análise
Cálculo numérico baseado nos princípios físicos aplicáveis.
Verificação e validação
Os resultados são verificados quanto à consistência e comparados com ensaios, dados da planta ou literatura.
Solução e relatório
Projeto da solução, especificação do ensaio quando necessário e o relatório.
Acompanhamento
Apoio ao ensaio em campo ou à operação, e revisões.
Serviços relacionados
Perguntas que engenheiros fazem antes de nos contratar
Como vocês validam a taxa de erosão?
Com dados experimentais, artigos científicos e ensaios feitos pelo cliente. Em um projeto, a simulação teve boa aderência com os dados de ensaio.
Por que não usar a velocidade média?
As análises convencionais com velocidade média podem ser ultraconservadoras e muitas vezes não mostram como melhorar a geometria ou o material. A ATS acompanha a taxa de erosão ao longo da vida do componente.
Verificam a estrutura depois da erosão?
Sim, com interação fluido-estrutura no CFD++ e no Femap com NX Nastran, seguindo a ASME VIII e a ANSI/API 6A.
Trabalham com fluidos não newtonianos?
Sim. O petróleo e os fluidos de perfuração são não newtonianos, e o CFD++ os modela com partículas.
Os nossos dados ficam confidenciais?
Sim. Trabalhamos sob NDA, e os seus dados de projeto e relatórios ficam com você.
Conte-nos sobre o componente e o fluido
Envie a geometria, o fluido, as partículas e as condições de vazão.
sales@aerothermalsolutions.co+55 11 3854-4224Um engenheiro da ATS responde. Trabalhamos sob NDA.