o estado da arte do fpso
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O Estado da Arte do FPSO
Victor Alves de Medeiros
Projeto de Graduação apresentado ao Curso
de Engenharia Naval e Oceânica, Escola
Politécnica, da Universidade Federal do
Rio de Janeiro, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de
Engenheiro Naval e Oceânico.
Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes
Rio de Janeiro
Janeiro de 2015
O Estado da Arte do FPSO
Victor Alves de Medeiros
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE
ENGENHEIRO NAVAL E OCEÂNICO.
Examinado por:
Orientadora: Prof.ª D. Sc. Marta Cecilia Tapia Reyes
Prof. D. Sc. Julio Cesar Ramalho Cyrino
Eng. Naval José Maria Hollanda Alvares Pimenta
Prof.D. Sc. Severino Fonseca da Silva Neto
RIO DE JANEIRO, RJ- BRASIL
JANEIRO DE 2015
iii
Medeiros, Victor Alves
O Estado da Arte do FPSO/ Victor Alves de Medeiros
- Rio de Janeiro: UFRJ/ ESCOLA POLITÉCNICA, 2015
X, 69 p.: il.: 29,7 cm.
Orientador: Marta Cecilia Tapia Reyes
Projeto de Graduação - UFRJ/ POLI/ Engenharia
Naval e Oceânica, 2015.
Referências Bibliográficas: p.69.
1.O Estado da Arte 2. FPSO 3. Conversão 4. Turret
5. Spread Mooring I. Tapia Reyes, Marta Cecilia. II.
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politécnica, Curso de Engenharia Naval e Oceânica. III. O
Estado da Arte do FPSO.
iv
AGRADECIMENTOS
Aos amigos Engenheiros Navais da PETROBRAS da área de Afretamento da ENG-
SUB, principalmente ao Henrique Vaz, José Maria Pimenta, Rodrigo Loureiro e Diego Cascelli,
por todo apoio e conhecimentos transmitidos que foram essenciais durante a execução deste
trabalho.
À todos os amigos de faculdade que me ajudaram bastante no curso, principalmente ao
Felipe Mello e Lucas Vivacqua.
À orientadora do projeto de graduação Marta Tapia, sem ela o trabalho não alcançaria o
nível de conteúdo atingido.
À minha mãe Rogéria, por me aturar durante todos esses anos, sempre me tratando com
um amor e carinho incondicional. Ao meu pai Claudio, por me incentivar nos estudos.
À todos os meus amigos que estiveram comigo em todos os momentos, sempre
dispostos a contribuir. Em especial ao meu primo Joaquim Medeiros, ao Yuri Alves, Roger
Guimarães, Pedro Hugo, Augusto Rêgo. E também aos amigos de infância Júlio Tomaz e Diego
Cavalcanti.
v
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval e Oceânico.
O Estado da Arte do FPSO
Victor Alves de Medeiros
Janeiro/2015
Orientadora: Marta Cecília Tapia Reyes
Curso: Engenharia Naval e Oceânica
O trabalho descreve todos os sistemas encontrados nas diferentes configurações
que podem se desdobrar um FPSO. São apontadas vantagens e desvantagens de cada
configuração através exemplos. Outro fator abordado foram as tendências nas
tecnologias e dados da frota de FPSO’s atual.
vi
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Naval Engineer.
The State of Art of FPSO
Victor Alves de Medeiros
January/2015
Advisor: Marta Cecília Tapia Reyes
Graduation: Naval Engineering
This paper describes all systems found in different settings of FPSO. Advantages
and disadvantages of each configuration through various examples are cited. Another
factor discussed were trends in technology and data from the current FPSO fleet.
vii
Sumário
1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................................. 1
1.1 Histórico ............................................................................................................................. 2
1.2 O trabalho ........................................................................................................................... 3
2 O CASCO DO FPSO ...................................................................................................................... 5
2.1 Navio VLCC antigo Convertido em FPSO ............................................................................ 5
2.2 FPSO Convertido Nova Construção .................................................................................... 8
2.3 FPSO Construído Nova Concepção ..................................................................................... 9
3 A PLANTA DE PROCESSO .......................................................................................................... 12
4 ANCORAGEM e RISERS: ............................................................................................................ 16
4.1 Configurações de ancoragem ........................................................................................... 16
4.1.1 Spread Mooring System ............................................................................................ 16
4.1.2 Turret ........................................................................................................................ 16
4.1.3 Layouts de ancoragem .............................................................................................. 22
4.2 Equipamentos da ancoragem ........................................................................................... 24
4.2.1 Fairleads .................................................................................................................. 24
4.2.2 Guincho .................................................................................................................... 25
4.2.3 Mordentes (Chain Stopper): ..................................................................................... 27
4.2.4 Polia direcionadora: .................................................................................................. 28
4.2.5 Paiol de amarras ....................................................................................................... 30
4.3 Equipamentos de risers ................................................................................................... 31
5 MANIPULAÇÃO DA CARGA ....................................................................................................... 40
5.1 CARGA E DECARGA NOS TANQUES .................................................................................. 40
5.2 ESTAÇÃO DE ALÍVIO .......................................................................................................... 41
6 SISTEMAS AUXILIARES E OU SEGURANÇA ................................................................................ 49
6.1 Sistema Inertização dos Tanques ..................................................................................... 49
viii
6.2 Sistema de Combate a Incêndio ....................................................................................... 50
6.2.1 Sistema de combate a Incêndio por água: ................................................................ 50
6.2.2 Sistema Fixo de Combate a Incêndio por Gás Inerte ............................................... 51
6.2.3 Sistema de Combate a Incêndio – Extintores Portáteis ............................................ 52
6.3 Sistema de Detecção de Fogo e Gás ................................................................................. 52
6.4 SISTEMA PROPULSIVO ...................................................................................................... 54
7 TENDÊNCIA NAS TECNOLOGIAS... ............................................................................................ 57
7.1 Casco do FPSO .................................................................................................................. 57
7.2 PLANTA DE PROCESSO ...................................................................................................... 57
7.3 Carga e descarga nos tanques .......................................................................................... 59
7.4 ANCORAGEM e RISERS: .................................................................................................... 59
7.5 OFFLOADING .................................................................................................................... 62
8 Dados e tendências da frota Mundial ...................................................................................... 64
8.1 Principais empresas .......................................................................................................... 64
8.2 Diferentes Filosofias de engenharias no projeto de FPSO ............................................... 64
8.3 Análise dos FPSOs que entraram em operação nos últimos anos ................................... 65
9 CONCLUSÕES ............................................................................................................................ 68
10 BIBLIGRAFIA .......................................................................................................................... 69
1
1 INTRODUÇÃO
O FPSO (Floating Production Storage and Offloading) é um sistema flutuante de
exploração de petróleo que reúne numa única unidade as funções de produção,
armazenamento e descarregamento para outros navios. A estrutura flutuante pode ser um
navio novo ou uma conversão de um navio antigo.
Figura 1 – Modelo de um FPSO
Este sistema de produção flutuante consiste em uma estrutura com instalações de
produção incorporadas, que recebem petróleo e gás de poços submarinos por meio de
dutos condutores conhecidos como risers.
Os FPSO’s estão ganhando terreno, roubando o espaço das plataformas semi-
submersíveis, por razões de disponibilidade de espaço, capacidade de carga e sobre tudo
capacidade de armazenamento.
A principal diferença entre uma plataforma semi-submersível e um FPSO está na
capacidade de armazenamento de óleo, na qual o FPSO representa uma solução única.
Esse tipo de sistema se destaca em locais onde não há uma rede de dutos para transporte
do petróleo ou onde a implantação destes se torna inviável técnica ou economicamente e
há então a necessidade de estocagem em poços cujas características ainda são obscuras,
pois possui uma maior flexibilidade quanto aos seus aspectos operacionais.
2
1.1 Histórico
O desenvolvimento das atividades de exploração de petróleo em águas cada vez
mais profundas, produziu a demanda por novos equipamentos e novas técnicas que
permitissem a pesquisa geológica, a perfuração de poços submarinos e a exploração destes,
e logicamente o transporte do petróleo da unidade de produção até os locais de
distribuição, e unidades com esses fins começaram a ser construídas, com características
convenientes de acordo com os parâmetros de cada local.
Nas décadas de 70 e 80, a maior parte das reservas submarinas conhecidas estavam
em profundidades de no máximo 140 metros, e esse tipo de campo era explorado com
sistemas fixos no fundo do mar em que o petróleo geralmente era transportado para a costa
através de dutos submarinos. Em 1987, estima-se que as reservas inexploradas estavam
concentradas em torno das bases de produção já estabelecidas, e que cerca de 70% delas
tinhas profundidades menores do que 150 metros e 80% delas estavam num raio de 50 km
de distância das instalações existentes, de forma que as unidades fixas supriam bem a
demanda e os sistemas flutuantes tinham um participação limitada.
Os sistemas flutuantes se tornaram realidade em 1974 quando se instalou um FPSO
em águas da Indonésia para exploração do campo Adjurna pela companhia Arco. Poucos
anos depois, em 1977, a companhia Shell pôs em serviço um FPSO para a exploração do
campo de Castellon na costa mediterrânea da Espanha. Em 1981, entrou em operação o
primeiro FPSO instalado no Brasil, o PP Moraes.
Em estudos feitos em 1994, 40% das reservas inexploradas estavam em
profundidades maiores do que 300 metros, e muitas delas em novas áreas como a costa da
África, locais que não possuíam instalações próximas, o que tornava inviável a construção
de dutos para o transporte do petróleo necessitando assim de capacidade de estocagem dos
sistemas.
Além disso, as descobertas de grandes reservas submarinas de petróleo diminuíram
bastante, de forma que se buscavam meios de se explorar as reservas menores e com
características geológicas mais complexas e das quais se conhecia menos.
Com as crises financeiras das décadas de 80 e 90 e com a queda dos preços de
petróleo, passou-se a priorizar a redução do custo por barril na produção, e
consequentemente cresceu a procura de soluções que viabilizassem e exploração em poços
de menor tamanho no sentido de aumentar o retorno financeiro.
3
Todas essas mudanças no contexto Mundial de exploração marítima de petróleo
tornaram os sistemas flutuantes mais atrativos e apresentaram os FPSO’s como a
alternativa mais viável às plataformas.
Isso acontece porque além de mais baratos e mais simples (diversas etapas de
exploração reunidas numa única unidade), os sistemas podem ser construídos a partir da
conversão de navios tanques já existentes, podem ser reutilizados em outras bacias,
possuem grande capacidade de estocagem e representam menores riscos financeiros na
exploração de poços com parâmetros desconhecidos.
1.2 O trabalho
Neste presente trabalho, o autor contou com sua experiência em alguns projetos de
FPSOs Spread Mooring afretados pela PETROBRAS atrelada a uma ampla pesquisa de
outras configurações para criar um trabalho do estado da arte do FPSO. Trata dos
principais sistemas e equipamentos do FPSO, a evolução e seus “prós e contras”
principalmente na construção, instalação e operação. Além disso, foi dado destaque aos
elementos que configuram o FPSO como uma unidade única em relação às demais.
Do capítulo 2 ao 6, foram tratados os principais sistemas que compõem um FPSO.
Foram descritos os tipos de casco empregados, se convertidos, construídos com projeto de
conversão, ou construídos com projeto customizado. Outro sistema é o da planta de
processos no qual foram descritos os tipos de construção e instalação da planta. O sistema
de carga e descarga nos tanques, onde foram explicadas as configurações de bombas,
como funciona o sistema que transfere o óleo para os tanques e o que transfere dos tanques
para o alívio (offloading). O sistema de ancoragem e risers, onde foram descritos os
principais equipamentos e as variações de Spread Mooring e Turret do ponto de vista de
engenharia. O sistema de alívio, que faz a transferência do óleo para o navio aliviador,
onde foram descritos os principais equipamentos envolvidos, a evolução destes e como
funciona a operação. No sistema propulsivo, foram descritos casos em que este sistema é
utilizado ou não. Nos sistemas auxiliares de segurança (inertização dos tanques, combate a
incêndio, detecção de fogo e gás) são descritos o funcionamento básico e seus
equipamentos.
4
No capítulo 7, foram descritas tendências nas tecnologias dos sistemas descritos e a
evolução de alguns deles. No capítulo 8, são apresentados dados e tendências na frota de
FPSO’s.
5
2 O CASCO DO FPSO
Para o desenvolvimento de regiões sem infraestrutura submarina, sobretudo em
regiões mais afastadas e de grande lâmina d’água, onde a instalação de dutos para
exportação de óleo muitas vezes se faz inviável, surgiu a necessidade de sistemas que
pudessem armazenar a produção de forma que a mesma fosse escoada de tempos em
tempos por navios aliviadores e nesse contexto desenvolveu-se a exploração de petróleo
com FPSO’s.
Desde que surgiram os primeiros FPSO’s, o método mais aplicado tem sido o da
conversão de navio petroleiro antigo em FPSO, muito em função das resoluções MARPOL
que passaram a restringir o uso de casco singelo. Com o passar do tempo o número de
cascos petroleiros a disposição foram ficando escassos, então surgiram novos projetos para
a construção de FPSO. Abaixo foram descritos os diferentes métodos de construção.
2.1 Navio VLCC antigo Convertido em FPSO
Este método consiste na aquisição de um casco petroleiro VLCC (Very Large
Crude Carrier) para transformá-lo num FPSO através de um novo projeto desenvolvido
para a conversão. As principais vantagens deste método são o baixo custo e prazo das
obras. As principais modificações realizadas no casco do navio petroleiro para conversão
em FPSO são:
Troca de chapas e inclusão de reforços estruturais
“Stools” (Estruturas de Suportaçãodos Módulos/Skids)
Extensão do convés da proa (na configuração Spread Mooring)
Extensão estrutural de suporação do turret na Proa (Para Turret Externo)
“Buraco” aberto no casco para passagem do turret interno
Suporte para guindastes
Balção de risers com os I-tubes (Configuração Spread Mooring )
Spools de captação de água do mar
Fair Lead
Paiol de amarras
Bolina Maior
Troca da Superestrutura dependendo do projeto
6
Travamento do leme
Figura 2 - Extensão do convés de proa
Figura 3 - Suporte no costado para os guindastes
Figura 4 – Instalação da bolina
As modificações de conversão acima citadas, podem ser divididas por dois fatores
que são o reforçamento estrutural e as adaptações para a operação, a ancoragem e os risers
do FPSO.
7
O reforçamento estrutural é feito pela troca de chapas, por necessidade de uma
chapa de maior espessura, como é feito com a chapa do convés em alguns casos, em razão
do alto peso da planta de processos, ou a troca de uma chapa em razão do nível de desgaste
em que ela se encontra, aliado a taxa de corrosão adotada no projeto, visto que, enquanto
um navio é projetado para ficar 5 anos operando sem docar, um FPSO é projetado para
ficar cerca de 20 anos . Ou também por adicionar reforçadores estruturais como borboletas
em regiões com acúmulo de tensões. Outras modificações estruturais são a implantação do
balcão de risers para a configuração spread mooring, a extensão estrutural na proa para
suportar toda a carga do turret externo, o suporte estrutural para os guindastes e a inserção
de stools que vão suportar a planta de processos sobre o convés.
As adaptações que permitem a operação são extensão do convés da proa para o
carretel do offloading no caso da configuração spread mooring, spools de captação de água
do mar, o travamento do leme, a troca da bolina por uma maior e a troca da superestrutura
dependendo do projeto. Vale dizer que a instalação das bolinas (figura 4) visa amortecer os
movimentos de roll no casco.
Outros equipamentos instalados que integram o sistema de risers e ancoragem são
os fairleads, o paiol de amarras e os guinchos de pull-in dos risers e da ancoragem.
O casco do tipo convertido é o mais comum dentre os FPSOs. Em razão da
resolução MARPOL, que implementou a obrigação de casco duplo em petroleiros de
maneira gradual, ou seja, os antigos navios de casco singelo vieram entrando em proibição
com o passar dos anos de acordo com a data na qual foi construído o navio e chegou a
100% de proibição no ano de 2010 quando os petroleiros construídos depois de 1984
entraram em exigência. Por isso, petroleiros antigos disponíveis no mercado por terem
entrado em exigência estão praticamente extintos e, assim, a vantagem econômica a favor
dos FPSO’s convertidos já não é mais tão acentuada.
8
Figura 5 –Relação dos FPSO’s operando no Mundo em 2014 quanto a serem convertidos ou não [1]
2.2 FPSO Convertido Nova Construção
O produto final deste método se assemelha ao anterior citado, salientando-se
apenas do fato que por ser uma construção nova, a confiabilidade do mesmo é maior e por
isso a manutenção é menor que a de um casco antigo convertido. Normalmente opta-se
pela construção do casco do FPSO quando não se tem cascos usados disponíveis no
mercado para a conversão. A construção pode ser feita usando um projeto de petroleiro em
estaleiros que são internacionalmente reconhecidos pela produtividade na construção de
projetos específicos de determinados cascos, visando reduzir o prazo de construção.
Um exemplo disso é o FPSO Cidade de Caraguatatuba, projetado pela MODEC e
encomendado ao estaleiro japonês MES (Mistsui Engineering & Shipbuilding). Neste
projeto, a MODEC utilizou a forma do casco de um petroleiro VLCC tradicional (Para se
beneficiar da alta produtividade do MES) e adaptou as facilidades requeridas à unidade.
Prova disso, foi o prazo de apenas 9 meses desde o primeiro corte de aço até o lançamento
do casco, já com diversos equipamentos, como se pode ver na figura a seguir. O FPSO irá
Não Convertidos
Convertidos
Relação dos FPSOs Operando no Mundo em 2014
9
operar para a PETROBRAS no Pré-sal brasileiro através de um contrato de afretamento
com a MODEC.
Figura 6 - FPSO Cidade de Caraguatatuba após lançamento do casco. Casco construído a partir de projeto de conversão.
Esse tipo de construção pode ser com casco singelo ou casco duplo. A empresa que
requer o FPSO simplesmente escolhe o projeto de petroleiro no qual um determinado
estaleiro tem experiência e constrói somente com as modificações extremamente
necessárias. No projeto do Caraguatatuba, por exemplo, a MODEC não mudou nem o
sistema de carga com praça de bombas do projeto original, o que traria uma vantagem
operacional considerável. Outra característica deste exemplo foi que se manteve a planta
propulsiva no projeto.
2.3 FPSO Construído Nova Concepção
Existe também, a construção de cascos com projeto específico para serem FPSO’s,
como é o caso do conjunto de FPSO’s “Replicantes” da PETROBRAS. Estes possuem
uma forma diferente dos cascos de petroleiro, pelo fato de que na fase de projeto foi
decidido não usar uma forma que ofereça menor resistência ao avanço (desnecessária para
o FPSO), e sim uma que gere menor quantidade de movimento. Em razão disso, o casco
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tem a proa achatada e o formato de “caixa de sapato” como é possível notar na figura
abaixo. Outra característica é que o sistema propulsivo não faz parte do escopo deste
projeto.
Figura 7 - FPSO P-66 (Replicante)
É importante ressaltar que o principal motivo da PETROBRAS ter optado pela
construção dos cascos em série denominados “Replicantes” foi baratear os custos de
produção inerentes ao crescimento da curva de aprendizado a cada nova construção, com
isso, a cada nova construção a experiência do estaleiro é maior, diminuindo prazos e
barateando custos. Outro exemplo disso foi a série de FPSO’s: Kizomba A, B e C,
operando na costa africana.
As acomodações não necessariamente estão localizadas na região da popa em
FPSO’s Novas Construções. Caso esteja na proa, vale lembrar que regulamentos
estatutários determinam que partes perigosas mantenham-se numa distancia segura das
acomodações e com isso flare passa ficar localizado na popa.
O casco duplo em FPSO não é mandatório na maioria dos países, somente nos
EUA e na Austrália existe proibição de casco singelo em FPSO’s, porém por segurança e
também facilitar na limpeza dos tanques ele é empregado no costado dos projetos
customizados de construção nova.
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Tendo em vista o que já foi mencionado a respeito das características de cada tipo
de casco de FPSO, segue a seguir uma tabela, com exemplos, que ilustram as principais
diferenças entes eles. O símbolo “√” representa o tipo de casco que se configura como a
melhor solução de cada característica.
Figura 8- Tabela criada que compara entre os três tipos de casco de um FPSO
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3 A PLANTA DE PROCESSO
Será abordado neste trabalho os tipos de apoio da planta e como é feita a
integração. A planta de processos em si, de um FPSO, não difere das demais unidades de
produção. Seus equipamentos vão ser dependentes das características do campo no qual o
FPSO opera e das finalidades da empresa produtora.
No que diz respeito ao projeto de construção e instalação, os módulos podem ser
concebidos de maneiras diferentes. Geralmente a planta é içada em partes, através de duas
possibilidades, módulos ou skids.
Existe outra maneira de fazer a integração que é pelo método “jack-deck”,
entretanto, este método desenvolvido pela TECHNIP ainda é mais conceitual do que
realidade, o mesmo será mais detalhado na seção 7.2. É bom lembrar que a integração
planta e casco através da operação de “deck matting” realizada em plataformas semi-sub é
diferente do método “jack-deck”, não sendo possível ser feita em FPSO’s.
O método de construção e içamento por módulos, consiste na construção por grupo
de equipamentos de forma integrada. Para suportar o peso dos módulos é instalado sobre o
convés uma estrutura treliçada de multi-apoio que distribui o peso dos mesmos. A maior
vantagem deste método é que todos os equipamentos internos a cada módulo já estão
integrados entre si no momento do Lifting e a maior desvantagem é que o projeto fica
limitado a cábrias de grande capacidade devido ao grande peso dos módulos. A
configuração da planta pode ser dividida em módulos de boreste e módulos de bombordo.
Nesta metodologia o Pipe-rack normalmente fica imbutido dentro do módulo.
Figura 9 – Estrutura multi-apoio a esquerda e módulo içado inteiro a direita
Outra concepção é a construção por Pancakes e skids. Os Skids basicamente são
fragmentos do módulo içados separadamente. Os Pancakes são formados por estruturas de
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suportação denominadas stools, juntamento com o convés de porta-aviões (“Aircraft
Deck”). A seguir, uma figura que ilustra um pancake.
Figura 10 –Ilustração do Pancake, formado pelos stools e convés de porta-aviões
Figura 11 – Içamento de Skid
Neste método, o comissionamento no casco é mais complexo, pois tem mais uniões
de tubulação para serem feitas devido aos skids serem içados separadamente. Em contra
partida, neste método não há necessidade de cábrias de alta capacidade de carga, além
disso, os pancakes diminuem a interface entre o casco e a planta deixando o convés
principal mais “limpo”. O layout da planta é dividido em Módulos de boreste, Skids do
Pipe-rack central e Módulos de Bombordo.A diferenciação da planta por módulos ou Skids
só existe no momento de construção e integração. Quando os skids estão instalados no
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pancake, eles formam grupos delimitados na planta, pertencentes ao mesmo processo e
podem ser referidos como sendo módulos. Por exemplo, o processo de remoção de CO2 é
composto por alguns Skids que quando instalados no pancake, formam o módulo de
remoção de CO2.
Figura 12 – Exemplo de planta com Skids
Figura 13 - Convés de Porta-Aviões
15
Tanto o método de construção por Pancakes/Skids quanto por Módulos possuem
vantagens e desvantagens, e, salvo condições que impossibilitem um dos métodos, como
por exemplo, a ausência de balsas guindaste capazes de içar os altos pesos dos Módulos, é
notável que o escolha de um método em detrimento de outro se dá mais em função da
filosofia da empresa do projeto do que as variáveis envolvidas.
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4 ANCORAGEM e RISERS:
Ancoragem e Risers são sistemas que para os FPSO’s estão diretamente
relacionados. O sistema de ancoragem é, talvez, o sistema que mais diferencia os FPSO’s
em relação a outros tipos de plataforma de petróleo e por isso é tratado de maneira especial
neste trabalho.
4.1 Configurações de ancoragem
Existem duas alternativas básicas de ancoragem e suas implicações em outros
sistemas serão detalhadas ao longo do trabalho, Turret e Spread Mooring System (SMS).
Para as plataformas do tipo SS, os sistemas de ancoragem são sempre do tipo SMS.
4.1.1 Spread Mooring System
Este é um tipo de ancoragem que consiste numa amarração que fixa as duas
extremidades do navio, proa e popa, e com isso restringe todos os movimentos do navio. A
escolha do aproamento de um FPSO ancorado em SMS é feita tendo em vista,
principalmente, os esforços resultantes das condições ambientais sobre o sistema de
ancoragem e o arranjo submarino da locação. No entanto, a definição do aproamento tem
impacto relevante sobre vários aspectos do projeto que somente serão avaliados em fases
posteriores do empreendimento, como por exemplo, as operações de alívio. Neste sistema
são utilizadas duas estações de alívio, uma na proa e outra na popa, além disso, os navios
aliviadores precisam ter posicionamento dinâmico.
A grande vantagem deste sistema é não possuir os componentes mecânicos
(estrutura com rolamentos e swivel) necessários ao sistema turret, que são muito caros e
cuja tecnologia é dominada por poucas empresas.
4.1.2 Turret
O turret é uma estrutura composta por um corpo central cilíndrico, conectado ao
casco de uma embarcação através de rolamentos e uniões rotativas (Swivel), que permite a
chegada das linhas de amarração e dos risers num único ponto. Todos os equipamentos de
ancoragem, descritos mais adiante, assim como aqueles que compõem o sistema de
transferência de fluidos como os manifolds, lançadores/ recebedores de pig, swivel, suporte
dos risers, medição fiscal, injeção química e controle subsea encontram-se no compacto
módulo que é o Turret.
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Este tipo de configuração permite um livre movimento de rotação do navio, de
forma que ele possa se alinhar com a força ambiental predominante. Essa característica
requer apenas uma estação de offloading na popa do navio, possibilita uma aproximação e
alinhamento seguro do navio aliviador antes e durante a operação de alívio e suporta uma
condição de mar mais adversa como crítica para suspender o offloading. Além disso, reduz
o impacto de greenwater sobre o convés e equipamentos da planta, pois o greenwater
geralmente passa a ficar restringido a região da proa. Outra vantagem é que qualquer
aproximação de navio de apoio torna-se mais segura, sobretudo com turret interno, pelo
fato de todas as linhas de ancoragem e risers estarem concentradas em um só ponto.
Como desvantagens, pode-se dizer que pelo fato do turret dar certa liberdade de
movimentos ao navio, o desgaste no qual são submetidos os risers torna-se maior nesta
configuração, sobretudo pelo movimentos de pitch. Além disso, poucas empresas no
mundo detém essa tecnologia, então é uma escolha mais custosa e arriscada.
Existem diferentes configurações para a instalação do turret ao FPSO. A seguir
será demonstrado como funciona cada configuração.
Figura 14 – Tipos de Ancoragem
4.1.2.1 Turret Externo
Este sistema consiste de uma estrutura fixada na proa ou popa do navio e projetada
para fora do casco, de forma a não permitir interferência deste com as linhas de
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ancoragem. Os risers e as linhas de ancoragem passam e são fixados respectivamente, na
parte central do turret, que é fixa.
Existe um rolamento entre a parte fixa (ancorada) e a estrutura externa do turret
para possibilitar o giro livre do navio. O swivel de produtos é instalado na parte fixa
superior do turret, de onde saem as tubulações rígidas em direção ao navio.
A estrutura de suportação do turret, construída na extremidade do casco, é um local
crítico para falha estrutural pois toda e carga de ancoragem e riser está concentrada ali,
com isso, é aplicado em locais com condições de mar calmo a moderado, tem menor
número de risers e geralmente é menos custoso. Não é indicado para locais de águas
profundas.
Figura 15 - Detalhe Turret Externo
4.1.2.2 Turret Interno
As observações para o turret interno são semelhantes ao do externo, salientando-se
apenas que, pelo fato da estrutura estar inserida diretamente no casco da unidade flutuante,
é possível se adequar melhor o projeto de uma estrutura para receber uma grande
quantidade de risers. Ou seja, não existe um “braço de ligação” entre o turret e o casco do
navio. A sua maior aplicação hoje é no projeto de FPSO’s que demandam uma grande
quantidade de risers (consequência de um número elevado de poços de produção).
Embora seja uma aplicação incomum e pouco bem vista em turrets, os risers
rígidos foram implementados no FPSO Espírito Santo em turret interno, isso porque nele
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os movimentos de pitch são reduzidos, resultando numa redução dos danos causados por
fadiga nos risers.
Figura 16 –Ilustração de Turret Interno
Observações:
Normalmente existem dois manifolds, sendo um sobressalente abaixo do
swivel para as linhas de produção.
Cada poço produtor necessita de três linhas (produção, controle e injeção).
4.1.2.3 Turret Desconectável Interno/Externo
Alguns FPSOs que operam em regiões com maior probabilidade de grandes
tormentas ou Icebergs, tem um sistema de ancoragem desconectável por bóia turret
(Turret submersível), como por exemplo o FPSO BW PIONEER, pioneiro nesta
tecnologia, que opera nos campos de Cascade e Chinook no Golfo do México.
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Figura 17- Tuttet Interno Desconectável do FPSO BW Pioneer
O PPSO é desconectado do turret em caso de condição adversa e deslocado até um
local abrigado, evitando o risco de ruptura de risers, cabos de ancoragem ou danos na
plataforma. O turret desconectável pode ser tanto interno quanto externo, como é
demonstrado na figura a seguir.
Figura 18- Turret Externo desconectável do FPSO Cossack Pioneer
O turret desconectável é mais complexo devido aos mecanismos de desconexão e
tem maiores necessidades de manutenção. De acordo com Xia, J. [6], necessita de mais
tripulantes a bordo, planta de propulsão, casco duplo e outros requerimentos. O
21
mecanismo de conexão pode demorar alguns dias para ser estabelecido, o que acarreta
mais dias de perda na produção do que os FPSOs spread moooring em áreas com
probabilidade de ciclones.
4.1.2.4 Turret Externo com “CALM-Yoke”
CALM (catenary anchor leg mooring) Yoke consiste de uma monobóia conectada
à embarcação por meio de um braço rígido articulado no casco denominado “Yoke”. Foi
utilizada no FPSO PP Moraes após a ruptura da torre articulada, seu primeiro sistema de
ancoragem.
O sistema consiste de uma monobóia, cuja conexão entre esta e o casco é através
do Yoke, sobre o qual passa a linha de produção ou produto. O conjunto é projetado para
receber os risers, seu sistema de ancoragem e os esforços do navio.
4.1.2.5 Turret Externo com “Tower-Yoke”
É uma solução pouco comum e que é viável apenas para águas rasas. A configuração
é semelhante à calm-yoke, porém ao invés da monobóia utiliza-se uma estrutura rígida
ancorada diretamente ao leito marinho, como uma pequena jaqueta.
A estrutura articulada de conexão não restringe os movimentos de roll nem pitch do
navio, além disso possui um grande tanque com água de lastro que funciona como
restaurador de movimentos do navio.
A produção é escoada ao navio pela torre através de um sistema de swivels
localizados acima do rolamento. O fornecedor SOFEC garante que o sistema pode ser
instalado tanto na proa quanto na popa.
22
Figura 19 - FPSO Bohai Shi Ji ( China ) com Sistema de ancoragem Tower Yoke
4.1.3 Layouts de ancoragem
Os layouts de ancoragem são diferenciados conforme a configuração de ancoragem.
A seguir são explanadas as diferenciações básicas.
Sistema SMS
No sistema spread mooring, o layout padrão é formado por quatro quadrantes de
ancoragem, dois em cada bordo e localizados próximos a proa e popa. Para grande lâmina
d’água, geralmente são seis as linhas de ancoragem em cada quadrante. Cada quadrante
possui os equipamentos de ancoragem descritos anteriormente, assim como suas
configurações.
23
Figura 20 – Trilho por onde corre o guincho móvel de ancoragem
Sistema Turret
No sistema Turret, o arranjo padrão consiste na chegada das amarrras diretamente no
Turret, por fora dos risers que estão localizados mais para o centro do Turret e dispostas de
maneira circular com mesmo raio em relação ao centro do Turret. O número de linhas é bem
menor que no sistema SMS.
24
Figura 21 – Sistema Turret
4.2 Equipamentos da ancoragem
A seguir, faremos uma listagem dos principais equipamentos presentes no sistema
de ancoragem do FPSO:
4.2.1 Fairleads
São polias que direcionam a chegada das amarras aos equipamentos de
tracionamento, quando na sua chegada junto à unidade flutuante. Normalmente são
instaladas no casco das unidades no sistema SMS ou na região inferior do próprio turret.
Na configuração SMS, o modelo de ancoragem tradicional na chegada das amarras
é formado por fairleads submersos quando possível e os mordentes no convés. Os
fairleads instalados abaixo da linha d’água são preferíveis por evitar o contato acidental
das amarras com o barco de apoio, porém dependendo da geometria do casco nem sempre
é possível fazer a instalação dos fairleads submersos a ré, pois o costado tende a inclinar
nesta região.
25
O tipo de fairlead mais comum é o móvel, sendo o responsável pelos movimentos
das amarras na direção longitudinal, ao girar em torno de um pino.
Uma solução inovadora implementada no FPSO Cidade de Ilhabela é um
equipamento que faz o papel de uma rótula, preso através de uma estrutura de suporte no
costado e permite o movimento das amarras em todas as direções e, além disso, tem o
mordente imbutido. Sendo assim, os fairleads que estão localizados acima desta rótula não
tem mais a necessidade de prover os movimentos para as amarras e por isso são utilizados
fairleads fixos, que tem a finalidade de direcionar as amarras apenas de maneira axial até o
guincho linear.
Figura 22- Sistema Inovador com mordente acoplado a uma rótula, fairleads fixos e sem paiol de amarras do Cidade de
Ilhabela
Não é todo turret que possui fairleads, nos turrets externos é comum os mordentes
estarem diretamente na chegada das amarras, sem a necessidade dos fairleads.
4.2.2 Guincho
São equipamentos de tracionamento de linhas de ancoragem, de forma a permitir
que estas operem com as suas pretensões de projeto. No caso de sistemas de ancoragem
passivos, onde o ajuste das linhas de ancoragem não se faz necessário ao longo da vida útil
26
operacional devido ao alongamento dos cabos de poliéster, e também para sistemas ativos
principalmente, os guinchos devem estar operacionais e adequadamente mantidos.
Os sistemas de acionamento existentes para guinchos de ancoragem compreendem
as configurações: eletropneumático, eletro-hidráulico (através de unidade hidráulica de
comando), e finalmente o sistema hidráulico (através de unidade hidráulica de força).
Atualmente os guinchos de ancoragem em grande maioria recebem força hidráulica de
uma unidade em comum e possuem apenas duas classificações básicas:
Guinchos lineares ou Chain Jacks: são guinchos utilizados principalmente
para amarras, executando o recolhimento de comprimentos proporcionais aos
comprimentos dos elos do segmento e de forma não-contínua. Normalmente se usa um
sistema móvel caso se queira que o mesmo seja usado em mais de uma linha de
ancoragem.
Figura 23 -Mordentes perfilados e Guincho linear ao fundo acoplado sobre um mordente no convés principal do FPSO
Cidade de Mangaratiba
Guinchos rotativos ou Windlasses: são guinchos utilizados para amarras ou
cabos de aço, executando o pagamento ou recolhimento de quaisquer comprimentos
necessários e de forma contínua. Comumente são instalados horizontalmente, tendo como
principal vantagem a possibilidade de acionar da mesma posição mais de uma linha de
ancoragem em diferentes momentos. Entretanto, esta configuração utiliza uma área de
27
convés muito maior do que com os guinchos lineares e por isso este tipo de guincho não
tem sido mais empregado nos projetos recentes.
Figura 24 - Guincho Rotativo Horizontal (Windlass)
Outra configuração possível é uma híbrida, onde um sistema duplo de pagamento e
recolhimento do guincho possui uma coroa de barbotin para operar com amarras e ainda
um tambor para operar com cabos de aço.
4.2.3 Mordentes (Chain Stopper):
O chain stopper, ou mordente, é utilizado para travar a amarra na estrutura da
unidade flutuante numa posição que garanta uma tensão predeterminada. Desta forma, a
carga, no topo da linha de ancoragem, é transferida para a plataforma. Possui normalmente
um hawse pipe ou tubo guia, e flaps articulados de forma a permitir que a amarra seja
tracionada somente num sentido.
Os projetos mais tradicionais possuem os mordentes sobre o convés usando
amarras de topo robustas e dispensando o uso de Chain Pipe.
Mordentes instalados no ChainPipe
O chainPipe é uma tecnologia recente que tem por finalidade reduzir a fadiga sobre
as amarras através da implementação do mordente dentro do tubo do chain pipe. Isso
restringe as tensões somente à direção axial. Além disso, o Chainpipe funciona como uma
proteção das amarras contra possíveis contatos entre si, com o casco ou com algum barco
de apoio.
28
Antes dos ChainPipes, o modelo de ancoragem na chegada das amarras era
formado por fairleads submersos quando possível e os mordentes no convés. Os Fairleads
instalados abaixo da linha d’água eram preferíveis por evitar o contato acidental das
amarras com o barco de apoio, porém dependendo da geometria do casco, nem sempre é
possível fazer a instalação dos fairleads submersos, pois o costado tende a inclinar nesta
região.
Um fator crítico do sistema tradicional (sem chain pipe ) é a fadiga gerada sobre a
amarra quando esta passa sobre os fairleads, o que é contornado com o uso de amarras
robustas.
Figura 25- Chain pipes acoplados aos fairleads
4.2.4 Polia direcionadora:
Esta polia tem o papel de direcionar a amarra do mordente ao paiol de amarras.
Utilizada somente no momento de instalação das linhas. Normalmente é utilizada uma
polia móvel por quadrante. Somente utilizada no sistema SMS.
Transversal
A polia direcionadora na transversal é o tipo mais comum. Com ela, o guincho
linear móvel corre num trilho junto com a polia também móvel ou através das polias fixas
percorrendo todo o quadrante de ancoragem, como é o caso do FPSO Cidade de Paraty.
29
Figura 26 - Polia direcionadora transversal móvel do FPSO Cidade de Mangaratiba
Longitudinal
Polias direcionadoras no sentido longitudinal fazem parte de projetos mais recentes
que não fazem uso do paiol de amarras. Neste esquema, a polia deve ser obrigatoriamente
móvel. Um Exemplo deste sistema é o FPSO Cidade de Ilhabela. A seguir, é demonstrado
o esquema de ancoragem com polia direcionadora longitudinal.
Figura 27- Esquema com polia direcionadora na longitudinal
30
4.2.5 Paiol de amarras
O Paiol de amarras é onde ficam estocadas as amarras de instalação. Normalmente
tem capacidade para cerca de 150m de amarras e é usado um paiol por quadrante de
ancoragem. Durante a operação de instalação são utilizados guinchos auxiliares, cabos e
amarras mensageiras para possibilitar o acoplamento com a parte da amarra que já foi
fincada no leito marinho. O barco de apoio faz o trabalho de unir esta parte, no navio, à
que já está instalada no mar.
Figura 28- Paiol de amarras antes da instalação
Em projetos recentes como no FPSO Cidade de Ilhabela, não se faz uso do paiol de
amarras. Nesta configuração, a amarra de instalação é trazida pelo barco de apoio, ficando
no casco somente a amarra mensageira. A vantagem deste sistema é o ganho de área de
convés com a ausência do paiol.
31
4.3 Equipamentos de risers
A definição do sistema de ancoragem implica totalmente na configuração dos
risers. Será abordado neste subcapítulo os layouts padrão de cada configuração de riser e
todos os principais equipamentos e sistemas envolvidos.
Layout dos Risers em SMS
No sistema Spread, a chegada dos risers se dá pelo costado de bombordo onde os
risers ficam dispostos de forma enfileirada. A primeira interface na chegada dos risers no
navio ocorre na boca de sino que fica localizada no balcão de risers inferior.
Figura 29- Chegada dos risers pelo costado de bombordo no Sistema SMS
Layout dos Risers em Turret
O layout dos risers no sistema Turret consiste na chegada do risers alinhados de
maneira circular e concêntrica no Turret.
32
Figura 30- I-tubes dentro do turret
Para cada riser que chega no navio, existem equipamentos específicos, como os I-
tubes que tem a função de guiar eles na chegada ao swivel e a boca de sino que trava eles
junto ao casco.
33
Figura 31 – Local de chegada do risers no Turret. Em amarelo é possível notar as bocas de sino
Sistema de Pull-in
Enquanto que dois terços dos danos ocorridos nos riser ocorrem durante a
instalação, é fundamental que este sistema seja bem projetado para o tipo de riser que vai
operar. O sistema, normalmente é composto por guincho, polia direcionadora e um trolley
que percorre cada slot de riser para realizar o pull-in.
No sistema Turret, a configuração é formada por um guincho linear fixo ou móvel.
O guincho fixo faz uso de polias de desvio. O guinchos móvel faz 2 movimentos de
rotação ( sobre ele próprio ou gira junto com uma plataforma) e o movimento de
deslizamento retilíneo sobre um trilho. Com isso, ele e capaz de percorrer cada slot de riser
.
34
Figura 32 – Guincho móvel de Pull-in no Turrer [6]
Figura 33 – Movimentos realizados pelo guincho móvel de pull-in no Turret [6]
No sistema SMS, existem também as configurações de guinchos fixos ou móveis.A
vantagem do guincho fixo é que ele possibilita os módulos de manifold não ocuparem área
35
de convés e a desvantagem é que o guincho esticado por toda a região de passagem do
trolley de pull-in oferece menor segurança.O guincho de pull-in móvel é mais seguro,
porém “rouba” espaça da planta de processos.
Essas são alternativas que, podem ser atribuídas à filosofia de cada empresa. Por
exemplo, existem empresas que preferem trabalhar com o guincho do pull-in fixo,
possibilitando os módulos de manifold ficarem fora do foot-print da planta, enquanto que
outras empresas optam em seus projetos por uma máquina do pull-in que forma um
conjunto móvel incluindo guincho, polia e uma unidade eletro-hidráulica.
I-Tube
Os I-Tubes são estruturas cilíndricas presas ao costado que servem para suportar a
boca de sino e alinhar os risers na chegada ao navio.
No sistema Turret, os I-tubes fazem ligação direta da boca de sino ao hang-off no
convés, como é mostrado na figura a seguir.
Figura 34- Típica Interface dos Risers de um FPSO com Turret
No sistema SMS, os I-tubes são curtos e não se estendem por todo o costado. É
formado por duas partes localizadas no balcão de risers inferior e no balcão de risers
36
superior. O balcão de risers é uma estrutura fixada no costado e que tem a finalidade de
apoiar os I-tubes e suportar toda a carga dos risers.
Figura 35 – I- tubes inferiores de risers flexíveis (menores) e rígidos (maiores)
Hang-off é a operação que faz a conexão do riser com o spool. Spool é um tubo rígido por
onde passam os fluidos de produção e injeção que tem a finalidade de fazer a conexão com os
risers.
No caso do FPSO Cidade de Ilhabela, existem os I-tubes comuns que servem para a
passagem de risers flexíveis, nos quais o hang-off é feito no balcão de riser superior e os I-
tubes especiais que guiam os risers rígidos, nos quais o hang-off é feito no balcão de riser
inferior. Os I-tubes de exportação de gás são os que possuem maior diâmetro.
Na figura a seguir, é possível notar em primeiro plano um riser flexível com hang-
off feito e ao fundo a chegada de um spool vermelho de um riser rígido.
Figura 36 – Hang-off no convés
37
Boca de sino (Bellmouth)
A boca de sino é um equipamento que é instalado de forma conectada ao I-tube que
serve para travar e direcionar os risers na chegada ao navio. Estão presentes em todos os
tipos risers.
Figura 37 - Balcão de risers inferior com as bocas de sino já instaladas embaixo
Figura 38 - Balcão de risers superior. Detalhe para os I-tubes superiores
38
As linhas dos poços que chegam e saem da plataforma e a linha de exportação e
injeção de gás e água são equipadas com válvulas de bloqueio automático do tipo SDV
(Shut down valve), tanto para os rígidos como para os flexíveis.
Figura 39 – I-tube com boca de sino já instalada
Manifolds
O manifold consiste em um componente que promove a junção e direcionamento
das diversas tubulações provenientes da chegada dos risers de produção num único fluxo
para a planta. Também é composto por válvulas que controlam a vazão de cada linha.
No sistema SMS eles ficam distribuídos pelo bordo de chegada dos risers, podendo
estar acima do balcão de risers ou na área de convés.
Para possibilitar que os manifolds fiquem numa altura aceitável acima da região do
pull-in, o guincho do pull-in deve ser fixo, para que o espaço destinado ao pull-in seja
baixo, contendo apenas o cabo transpassado e a polia móvel que se desloca ao longo dele.
Esta configuração é bastante vantajosa por não ocupar o foot print da área de convés, tendo
como desvantagem o cabo de aço com alta tensão física estendido pela região do pull-in,
39
como desvantagem, este sistema demanda um plano de segurança para conter a área no
momento do pull-in.
No sistema Turret, os manifolds ficam localizados na própria região do Turret.
Figura 40- Modelo com módulos de manifolds destacados em azul sobre o balcão de risers
40
5 MANIPULAÇÃO DA CARGA
Neste capítulo, foi abordada a questão dos sistemas de bombas que promovem a
carga e descarga de óleo nos tanques e também sobre a estação de alivio do navio, por
onde se localizam todos os equipamentos que vão permitir esta operação.
Uma solução de engenharia empregada nos FPSO’s é a de utilizar navios
aliviadores com capacidade de armazenagem de petróleo menor que a do FPSO, o que
possibilita o lastro em óleo.
A figura a seguir ilustra a variação total do carregamento antes, durante e depois da
operação de alívio, nela é possível notar que após a descarga para o navio aliviador, ainda
resta grande parte de óleo nos tanques, funcionando como lastro.
Figura 41- Variação do volume de óleo carregado considerando carga e descarga ao longo do tempo. Gráfico retirado da
referência [2]
5.1 CARGA E DECARGA NOS TANQUES
O último estágio do óleo na planta de processos é o tratador eletrostático que tem
por finalidade de retirar as últimas partículas de água remanescentes no óleo, de lá ele vai
41
para uma bomba de transferência que direciona o óleo para um duto distribuidor
(header) por onde vão ter ramificações para cada tanque e assim é feita a carga dos
tanques.
A exportação do petróleo bruto é feita utilizando-se bombas de carga. As
operações de exportação de petróleo bruto são executadas manualmente e monitoradas
continuamente a partir de uma estação operacional na Sala de Controle Central. Todas as
indicações de pressão, ulagem do tanque de carga, vazões de exportação e posições de
válvulas de carga podem ser verificadas a partir desse local.
As bombas de carga em navios convertidos, geralmente são bombas centrífugas
verticais acionadas por turbina a vapor e localizadas a ré, na praça de bombas
(normalmente 3 bombas de aproximadamente 5000 m³/h). Isso porque essa é a
configuração mais usual em petroleiros e na conversão, este sistema geralmente é
reaproveitado para não impactar no prazo da obra.
Em novas construções, geralmente são utilizadas configurações de uma bomba em
cada tanque, podendo ser do tipo submersa, acionadas por motor hidráulico acoplado. Ou
bombas de eixo longo (deep well) com acionamento por motor elétrico, com o motor
elétrico no convés e o eixo ligando até a bomba no fundo do tanque. Esses tipos de bombas
tem um custo de aquisição maior, porém são mais eficientes, já que possuem mínima perda
na sucção. Além de ser um sistema de controle mais simples e que proporciona menos
tubulações dentro dos tanques, o que facilita a manutenção.
Um exemplo de FPSO com bombas de carga do tipo submersa são os FPSO’s
Convertidos “Seção Onerosa”, onde o projeto prevê a retirada do sistema original
composto por praça de bombas. Como exemplo de sistema com bombas de eixo longo,
pode-se citar os FPSO’s “Replicantes”, de Nova Construção.
Esses sistemas com bombas submersas ou de eixo longo são mais comuns em
petroleiros que possuem planta de geração elétrica a bordo, pois demandam uma potência
elétrica maior que o sistema com casa de bombas e muitas vezes essa potência demandada
não é possível ser suprida em petroleiros com MCP. Nos navios de produtos claros, estes
sistemas são essenciais para acabar com o risco de contaminação da carga, pois trabalham
com diferentes cargas e estas com alto valor comercial.
5.2 ESTAÇÃO DE ALÍVIO
42
Por ser um tipo de plataforma que armazena petróleo, o FPSO possui sistema de
Alívio (Offloading) como um diferencial de outros tipos de plataforma. Dentre os
inúmeros fatores que influenciam a concepção do projeto de um FPSO, verifica-se que a
operação de transferência oceânica de óleo é fundamental na cadeia produtiva dessa
alternativa de sistema flutuante de produção. Na condição de alívio, o sistema formado
pelo conjunto navio cisterna e navio aliviador é submetido à ação de ventos, corrente e
ondas, com magnitude e direções de incidência distintas, o que torna a operação de
offloading delicada. O procedimento operacional consiste das manobras de amarração,
conexão, transferência, desconexão e desamarração.
Os sistemas de descarregamento nos FPSO’s podem ser divididos entre as
facilidades de bombeio/ transferência de óleo e as de amarração do navio aliviador. Seu
projeto de engenharia, fabricação e manutenção devem ser conduzidos de forma a atender
em sua plenitude as operações de ‘offshore loading’ em ‘tandem’ com mangote de
transferência do tipo flutuante. São apresentados então os componentes do sistema de
amarração e do bombeio e transferência de carga, mostrando desde as configurações
inicialmente utilizadas em FPSO’s até as mais recentemente especificadas, conforme a
figura a seguir.
Figura 42 - Estação de ‘Offloading’ de Popa de um FPSO de Aproamento Fixo, destacando o carretel do cabo de
amarração à esquerda e o carretel do mangote à direita.
43
A operação de transferência de óleo (offloading) será realizada periodicamente,
através de mangotes flutuantes, com uma distância de cerca de 150 metros entre o navio
aliviador e a plataforma. O mangote de transferência possui carcaça simples reforçada ou
dupla e ficará armazenado em carretel. O óleo será bombeado através de uma estação de
medição e seguirá para o navio aliviador através de uma mangueira flexível (mangote).
O mangote de offloading é equipado em uma extremidade com uma válvula
automática, que só pode ser aberta depois de estar corretamente conectada ao flange fixo
do navio aliviador.
A transferência é realizada com o sistema de inertização ligado mantendo a pressão
de trabalho e teor de oxigênio nos tanques em níveis normais de operação e segurança. Ao
final da operação de transferência de óleo, o mangote passa por um processo de lavagem
para remoção do óleo interior. Esse processo consiste no bombeio de água salgada num
regime de fluxo turbulento, no sentido do FPSO para o navio aliviador. A água bombeada
para limpeza do mangote é retornada ao FPSO e enviada para o slop tank e o mangote
recolhido.
A figura a seguir, ilustra os tipos de conexão do cabo de amarração hawser feitos,
ressaltando que em ambas extremidades naturalmente encontram-se trechos de amarras
para os mordentes (chafing chains) que permitem o travamento nos mordentes das
embarcações.
Figura 43 - Amarração de navio aliviador convencional através do arranjo de reboque de emergência.
44
O cabo de amarração hawser em si delimita a distância máxima que o navio
aliviador poderá operar do FPSO, sendo a principal barreira de segurança para a proteção
do mangote de transferência de óleo, impedindo a ocorrência de cargas axiais provocadas
pelo aumento excessivo da distância relativa.
A distância é determinada pelos setores operacionais seguros, onde o raio central é
traçado a partir de 150 metros da estação de alívio no FPSO, sendo esta medida a mesma
do comprimento do cabo. Além destes, há os cabos mensageiros para transferência do
hawser, as amarras para mordentes e ainda as conexões destes trechos, como ilustra a
figura a seguir.
Figura 44 - Arranjo de cabresteira e amarra para mordente (‘chafingchain’) para transferência do Cabo de Amarração
Hawser do FPSO para o Navio Aliviador .
Os hawsers da unidade são armazenados pelos carretéis dos hawsers, os quais
basicamente podem ser de eixo vertical ou de eixo horizontal. Apesar desta diferença, as
funções são idênticas em ambas as posições, uma vez que dispõem de sistema de
posicionamento do cabo (spooling device) para permitir um enrolamento adequado quando
o cabo é recolhido. Na figura a seguir podem ser encontrados exemplos de ‘hawser reels’
pagando o cabo de amarração e também na situação de cabo totalmente pago, quando uma
amarra conecta a estrutura do carretel ao cabo já enviado.
45
Figura 45 - Carretel de ‘Hawser’ com eixo na vertical e sistema de posicionamento de cabo.
Na figura a seguir podem ser encontrados exemplos de hawser reels de eixo
horizontal.
Figura 46 - Carretel de Hawser com eixo na horizonal e divisão para estiva da chafing chain .
Em função do acima exposto, passaram a ser instalados nos FPSO’s meios de se
estivar o mangote de transferência quando não sendo utilizado, bem como as facilidades
para o adequado manuseio nas fainas de conexão com o navio aliviador. O primeiro
sistema do tipo era do tipo calha ou ‘chute’, que estivava o mangote no convés principal
do FPSO ao longo de seu comprimento, podendo atender a operações de transferência
46
tanto pela proa quanto pela popa. Na figura a seguir podem ser identificadas as estações de
alívio de popa e de proa com o sistema tipo calha ou ‘chute’.
Figura 47 - Estação de Alívio de Popa à esquerda e de Proa à direita de um FPSO com sistema de estiva e manuseio de
mangote do tipo ‘chute’.
A Figura a seguir, ilustra o manuseio do mangote para permitir a conexão com a
tomada da tubulação de carga e posteriormente com o navio aliviador.
Figura 48 - Operação de manuseio e conexão de mangote de transferência em FPSO com sistema de alívio do tipo calha
ou ‘chute’.
47
No entanto, o adequado funcionamento deste tipo de sistema depende de um
projeto de instalação de acordo com o tipo de mangote a ser utilizado e também de elevado
nível de manutenção, principalmente dos roletes dentro da calha (‘slipway’) por onde deve
deslizar o mangote. Por exemplo, nas unidades P-43 e P-48 se esperava inicialmente
operar nas duas estações e as transferências entre as estações (operação chamada change
over) pudessem ser rápidas e práticas. Mas já no primeiro alívio, foram detectadas
interferências entre os flanges das seções de mangotes com os roletes das slipways, fato
este que impediu a operação pelo sistema principal, tendo sido necessário utilizar a
conexão de mangote de emergência. Além disso, as capas flutuantes para sustentação da
válvula na extremidade do mangote foram facilmente destruídas.
Com todas as dificuldades acima expostas, passaram a ser especificados sistemas
do tipo carretel de mangote (hose reel), permitindo a estiva do mangote de forma segura,
mas principalmente com capacidade de manuseio mais suave, evitando danos constantes à
linha, conforme pode se verificar na figura a seguir.
Figura 49 - Estação de Alívio do tipo Carretel ou ‘Hose Reel’
Todo FPSO possui uma estação de medição fiscal do óleo que é produzido, o que é
fundamental para o controle do volume do mesmo. Esta estação fiscaliza o óleo antes de
ser carregado nos tanques.
48
No Brasil, a PETROBRAS utiliza uma segunda estação de medição fiscal, que
controla o fluxo no offloading. Esta estação foi criada para atender a critérios da ANP e é
comumente instalada na popa.
49
6 SISTEMAS AUXILIARES E OU SEGURANÇA
A seguir, são descritos os sistemas de combate a incêndio e detectores de fogo e
gás presentes em qualquer plataforma e também o sistema de gás inerte que não existe nas
demais plataformas que não armazenam.
6.1 Sistema Inertização dos Tanques
A principal razão para a instalação do sistema de gás inerte é minimizar perigo de
incêndio ou explosão nos tanques de armazenamento de carga por eliminação do oxigênio
na superfície livre desses tanques.
O método de proteção por meio de gás inerte consiste em isolar completamente
esses tanques de armazenamento da atmosfera, mantendo uma pressão positiva por injeção
de gás inerte para evitar a entrada de oxigênio nos tanques. As válvulas de alívio livres são
os únicos meios de abertura dos tanques para atmosfera, a fim de controlar a pressão
interna desses tanques.
O sistema de gás inerte empregado nos FPSO’s possui configuração similar ao
utilizado nos navios petroleiros, porém com a ressalva que no FPSO o gás inerte é oriundo
dos gases de exaustão da caldeira, que normalmente utiliza o gás natural produzido como
fonte energética, enquanto que no petroleiro o gás inerte vem dos gases de exaustão do
motor principal.
O vapor produzido nas caldeiras atua como fornecedor de energia para as bombas
de transferência de óleo de carga, bombas de dreno de óleo de carga e aquecedores dos
tanques de slop da plataforma com vapor de água saturado.
O gás é resfriado e limpo com água do mar na própria unidade de queima. Em
seguida, ele é distribuído para os tanques de carga através de uma rede de tubulação.
Antes das operações de carregamento, os tanques de carga são pressurizados com
gás inerte e à medida que eles são carregados, o gás inerte existente é expelido pelas
válvulas de alívio, mantendo a pressão constante no interior dos tanques com a superfície
livre inertizada.
Durante as operações de descarregamento (“offloading”), o líquido é bombeado dos
tanques, enquanto o gás inerte é injetado, para manter uma pressão positiva e evitar a
entrada de ar (oxigênio) no interior dos tanques.
50
Uma parte da água do mar é injetada nos borrifadores para resfriamento e limpeza
do gás inerte. O restante é usado para resfriar a câmara de combustão e pré-resfriar o gás
no tubo central dos geradores. Essa água é bombeada pela bomba de resfriamento do
gerador de gás inerte ou pela bomba de emergência / serviço do gerador de gás inerte.
6.2 Sistema de Combate a Incêndio
O sistema de combate a incêndio é composto pelos seguintes subsistemas:
6.2.1 Sistema de combate a Incêndio por água:
O sistema combate a incêndio do FPSO consiste num duto distribuidor (header)
pressurizado que corre ao longo da plataforma com saídas de água e espuma (contra óleo)
que serão utilizadas conforme o tipo de incêndio. O acionamento das bombas pode ser
elétrico ou por motor diesel comum ou diesel-hidráulico. As bombas ficam localizadas em
áreas não classificadas, normalmente sobre o convés ou em compartimentos fechados na
praça de máquinas.
As bombas de pressurização de água (bombas jockey) mantêm o sistema de
combate a incêndio principal constantemente pressurizado a aproximadamente 20 bar. Na
plataforma, o sistema utiliza a água salgada captada do mar.
A abertura de qualquer ponto de consumo causa queda de pressão no sistema
principal (anel de incêndio) ativando os pressostatos de baixa pressão que monitoram a
pressão/fluxo no sistema principal. A queda de pressão/fluxo no sistema principal
automaticamente ativa o sistema de combate a incêndio. As bombas de incêndio também
podem ser acionadas manualmente.
Além das bombas jockey, o sistema possui uma bomba de incêndio (principal)
acionada por motor diesel e duas bombas acionadas eletricamente, sendo uma principal e
outra reserva.
As bombas de incêndio captam água das caixas de mar, enviando a água na pressão
de operação para o anel de incêndio principal e pressurizando os componentes do sistema
por toda a instalação incluindo convés principal, convés das acomodações, praça de
máquinas, casa de bombas, etc.
No caso de não funcionamento de uma das duas bombas de incêndio principais, a
bomba reserva é automaticamente acionada para garantir a continuidade do sistema.
51
O sistema de combate a incêndio por água salgada alimenta os hidrantes, dilúvio e
rede de espuma.
Rede de Hidrantes:
Os hidrantes são do tipo vertical providos de duas saídas do tipo storz instalados
em locais estratégicos. Ao lado de cada hidrante existe um armário, contendo
equipamentos de combate a incêndio, como: mangueiras, chaves, esguicho, etc.
Sistema de Combate a Incêndio por Dilúvio:
A finalidade desse sistema é resfriar os equipamentos adjacentes a alguma área
onde esteja ocorrendo um incêndio, mantendo a integridade dos equipamentos e
impedindo que o fogo se propague e se torne incontrolável.
Sistema Fixo de Combate a Incêndio por Espuma:
Canhões de espuma na planta de produção são posicionados de forma a prover
cobertura em áreas não cobertas pelo sistema de dilúvio de espuma. Na prática, onde não
há módulos acima do convés principal, onde seria instalado o sistema de dilúvio, o canhão
de espuma é provido. Lembrando que como não há modulos diretamente acima desta área,
em um evento onde haja derramamento de óleo, situação em que acionaríamos o sistema
de espuma para prover proteção contra uma possível ignição, o óleo não chegaria
imediatamente a esta área.
Os canhões de espuma são oscilantes com acionamento manual. Uma vez ativados
no local, passam a oscilar automaticamente espalhando por igual uma camada de espuma
na área em questão.
6.2.2 Sistema Fixo de Combate a Incêndio por Gás Inerte
Sistema fixo de combate a incêndio por CO2 tem como objetivo detectar e
extinguir o fogo através de inundação total por gás na área efetiva de risco. Isto ocorre pois
o CO2 diminui a concentração de oxigênio do ambiente fazendo com que o fogo não possa
mais realizar o trabalho de combustão.
Sistema fixo e automático de extinção de incêndio por CO2 é composto por
centenas de cilindros de armazenamento, válvula de abertura rápida, tubos coletores,
acionador automático, bicos nebulizadores e detectores automáticos.
Este sistema cobre as seguintes áreas:
52
Figura 50 – Áreas cobertas pelo sistema de combate a incêndio por gás inerte
6.2.3 Sistema de Combate a Incêndio – Extintores Portáteis
A plataforma conta ainda com equipamentos portáteis de extinção de incêndio de
água, pó químico seco, CO2 e espuma.
O sistema portátil de extinção de incêndio por CO2 é composto por cilindros de
armazenamento que são distribuídos de acordo com o potencial de risco de locais, tais
como: sala do gerador de emergência, paiol de tintas, sala das bombas de incêndio, ECR,
entre outras.
6.3 Sistema de Detecção de Fogo e Gás
Atrelado ao sistema de combate, existe o sistema de detecção através de centenas
de detectores distribuídos pelo FPSO.
a) Detectores de fogo
Têm o objetivo de identificar focos iniciais de incêndio e desta forma evitar que
estes adquiram proporções maiores. Os detectores de fogo estão instalados na planta,
baseados em uma variedade de princípios ativos, dependendo das características do local
que eles protegem.
O acionamento de qualquer um deles alarma na sala de controle e desencadeia as
ações automáticas de controle.
Os tipos de detectores de fogo utilizados são:
Plug Fusível (ADV): Instalados nas áreas externas de processo, onde há dilúvio,
em uma rede pressurizada com ar de instrumento. O calor produzido pelo incêndio fundirá
os fusíveis, despressurizando o circuito entre o plug e a ADV, abrindo automaticamente as
válvulas de dilúvio;
53
Detectores de Calor de Temperatura fixa (T): Instalado em ambientes fechados,
onde as condições ambientais não permitem a utilização de detectores de fumaça.
Detectores de fumaça (S): instalados em zonas onde os primeiros indícios de fogo
são provenientes da emanação de fumaça, como em salas de painéis, baterias, etc.
Detectores de chama (F): utilizados para identificar focos iniciais de incêndio
baseado na existência de chamas (emissão de raios ultravioleta, e infravermelhos). Na
instalação, este tipo de detector pode ser encontrado no interior dos invólucros dos turbo-
geradores, turbo-compressores, na área dos risers , etc.
Os detectores de fogo encontram-se concentrados pelas acomodações e módulo
elétrico. Além desses, existem em menor número distribuídos pela planta de processos,
sistema de offloading, sala de bombas, sala de maquinas e caldeiras auxiliares.
b)Detectores de H2
Os detectores de H2 na planta de processo são instalados nos dutos de saída de ar
do sistema de ventilação da sala de baterias. Estes detectores são do tipo catalítico. A
ativação de um destes detectores (20% LIL) gera um alarme na Sala de Controle Central e
a partida do sistema reserva dos ventiladores de exaustão na sala de baterias. A ativação de
dois detectores (60% LIL) inibe o carregamento das baterias.
c)Detectores de H2S
Os detectores de H2S estão instalados no âmbito de toda planta de processo de óleo
e gás, bem como na entrada dos dutos do sistema de ventilação das unidades de ar
condicionados das acomodações e da sala dos SCR. A ativação de um destes detectores
(05 ppm) gera um alarme na Sala de Controle Central e a ativação de dois detectores (10
ppm) gera shutdown nível 03. As principais zonas protegidas por detectores de H2S são:
Figura 51 - Zonas protegidas por detectores de H2S
d)Detectores de CO2
54
Os detectores estão instalados nas áreas da planta de processo onde o CO2 está
presente no fluido processado, baseado no estudo de dispersão de gases. Os detectores de
CO2 tem setpoint de alarme de 3900 ppm e 5000 ppm. A detecção a 3900 ppm aciona o
alarme audível e visível na sala de controle. A detecção a 5000 ppm (votação 2 de N),
aciona o alarme audível e visível na sala de controle e ao longo da instalação. As
principais zonas protegidas por detectores de CO2 são:
Figura 52 – Zonas protegidas por detectores de CO2
e)Detectores de Gás
Têm a função de acionar um alarme ou iniciar a ação de shut down baseada nos
níveis do alarme.
O acionamento de qualquer um deles alarmará na sala de controle e iniciará as
ações automáticas de controle.
Os tipos de detectores de gás empregados são:
Detectores de gás pontuais: Utilizados em áreas em que vazamentos
possivelmente ocorrem devido a falhas do equipamento ou da tubulação, ou em áreas
como entradas de ventilação;
Linha de visão (LOS): Estes são utilizados para cobrir grandes áreas,
normalmente as divisões entre módulos; utiliza princípios de feixes de infravermelho para
o corte do gás.
6.4 SISTEMA PROPULSIVO
Num primeiro momento pode parecer estranho pensar em sistema propulsivo para
plataformas de petróleo já que elas operam ancoradas. No caso de FPSO’s, pode ser
vantajoso de se ter sistema propulsivo para o deslocamento da unidade até o local de
55
operação. Esse estudo de viabilidade vai variar de navios convertidos para construídos.
Outro fator que influencia no uso de sistema propulsivo são os casos em que o Turret é
desconectável.
Em navios antigos convertidos, caso o sistema propulsivo esteja em condições de
uso, o mais lógico é aproveitar esse sistema durante transporte até o local de operação, de
forma a reduzir o tempo de viagem e a economizar o alto custo do reboque.
Para cascos construídos com projeto de VLCC, necessariamente deverá se ter o
investimento de um sistema propulsivo inteiro para que o navio possa ser auto-propelido.
Nesses casos, normalmente haverá um estudo de viabilidade econômica que vai ser
favorável à aquisição do sistema propulsivo caso a unidade tenha que percorrer longa
distância. Um exemplo disso são os FPSO’s que são construídos na Ásia para operarem no
Brasil, como aconteceu com o FPSO Cidade de Caraguatatuba, que tem sistema propulsivo
novo para ser utilizado somente uma vez.
Para cascos Nova Construção customizados, não se coloca sistema propulsivo,
visto que a forma do casco é inteiramente desenvolvida para otimizar a plataforma quando
em operação.
56
Figura 53 - Instalação do Leme no FPSO Cidade de Caraguatatuba
Um fator importante nos FPSO’s que possuem sistema propulsivo é o projeto de
travamento do leme de forma a impedir problemas de vibração no casco.
57
7 TENDÊNCIA NAS TECNOLOGIAS...
Após a descrição dos principais sistemas empregados nas unidades FPSO, nesta
seção o objetivo é fazer comentários sobre a evolução destes sistemas e as tendências nas
tecnologias empregadas atualmente.
7.1 Casco do FPSO
Como já foi mencionado anteriormente neste trabalho, o casco Nova Construção
customizado é o projeto mais otimizado, integrando os diversos sistemas da forma mais
eficiente, porém ainda não é considerado tendência devido a fatores financeiros e de prazo
de construção.
Cascos convertidos atualmente continuam fazendo parte da maioria dos últimos
projetos. É esperado que com o ganho de experiência pelos estaleiros na construção de
cascos novos customizados, o número destes suba em relação aos demais, porém
atualmente os convertidos ainda continuam a ser a primeira opção.
7.2 PLANTA DE PROCESSO
Tanto o método de construção por Pancakes/Skids quanto por Módulos possuem
vantagens e desvantagens, e, salvo condições que impossibilitem um dos métodos, como
por exemplo, a ausência de balsas guindaste capazes de içar os altos pesos dos Módulos, é
notável que o escolha de um método em detrimento de outro se dá mais em função da
filosofia da empresa do projeto do que as variáveis envolvidas.
O inovador método “jack-deck” de fazer a integração [9], consiste no içamento da
planta através de um tipo de auto-elevatória e que faz o matting após o navio entrar por
baixo. As principais vantagens são o menor tempo de içamento (apenas 1 ou 2 blocos) e
comissionamento, já que o mesmo é feito fora do navio, entretanto não há indícios de que
o método já tenho sido usado. O procedimento é ilustrado abaixo.
58
Figura 54- Método de integração “Jack-Deck” [9]
Uma mudança empregada na disposição da planta que é possível perceber em
projetos recentes é o deslocamento do módulo dos manifolds para fora da área do convés,
instalando-se sobre a estrutura do balcão de risers. Esta concepção amplia a área de convés
disponível e consequentemente é possível se ter uma planta mais baixa. Essa é uma
estratégia que minimiza a amplitude de movimento, sobretudo nos FPSO’s com planta de
processos de alta capacidade de produção devido ao alto centro de gravidade. A seguir,
duas imagens exemplificam bem o que acontece.
Figura 55 - Ilustração dos módulos de manifold fora da área de convés
59
Figura 56 – Ilustração dos módulos de manifold sobre a área de convés
7.3 Carga e descarga nos tanques
Em FPSO’s de construção nova, é preferível o sistema de bombas submersas
(Replicantes), pois é uma sistema mais eficiente, com mínima perda de sucção, além de ter
menos tubulação dentro de tanque, tornando a manutenção mais fácil. Em FPSO’s
convertidos, configuração com praça de bombas é a mais comum, pois se quer reaproveitar
a configuração original de forma a não estender muito o cronograma da obra.
Uma desvantagem das bombas submersas é seu custo maior de aquisição, porém a
vantagem imposta por este sistema numa unidade que opera por cerca de 20 anos e que sua
produção movimenta bilhões de dólares ao longo da vida útil, essa diferença financeira não
é tão relevante.
7.4 ANCORAGEM e RISERS:
Historicamente, o tipo de ancoragem mais comum nos FPSO’s é do tipo Turret
como pode ser visto nos gráficos a seguir, que mostra o número de FPSO’s por tipo de
ancoragem utilizada que entraram em operação nos últimos anos.
60
Figura 57 – Número de FPSO’s que entraram em operação ao longo dos anos por tipo de ancoragem [1]
Figura 58 – Gráfico do número total Mundial de FPSO’s por sistema de ancoragem, referente a agosto/2014 [fonte:
Fearney Offshore]
No sistema SMS, as linhas de amarração localizadas na extremidade da popa, como
no FPSO mostrado na figura a seguir, não é muito comum. É notável que nos projetos
atuais, os quadrantes de ancoragem continuam localizadas na proa e popa, porém mais
próximas da meia nau, isso se deve muito em função da geometria em forma do casco em
“V” nas extremidades, o que gera uma tensão maior nos fairleads . Através de estudo feito
61
pelo autor, nos FPSO’s SMS afretados pela PETROBRAS recentemente, a distância dos
quadrantes de ancoragem em relação ao meio navio é em média de 28% do LPP nos
quadrantes de ré e 40% do LPP nos quadrantes de vante.
Figura 59 – Linhas de ancoragem em posição avançada na proa
Em relação ao sistema de suportação de riser do I-tube especial, utiliza-se um
forjado no topo do hang-off adaptor para suportar as cargas do contato com as cunhas. A
solução por cunhas articuladas que fecham por gravidade é vantajosa tanto na redução dos
tempos de instalação, quanto para segurança para o mergulhador.
Figura 60 – Sistema de Hang-off do riser rígido no I-tube inferior
62
7.5 OFFLOADING
Considerando a natureza da operação deste cabo – ambiente offshore, cargas altas
de tração em ciclos de aproximação e afastamento do navio aliviador – a indústria
restringiu-se ao uso de materiais sintéticos com elevado módulo de elasticidade, tais como
o náilon e o poliéster.
Inicialmente, as transferências de carga de FPSO’s eram feitas exclusivamente com
o auxílio de embarcações de manuseio de linhas, as quais precisavam atender as operações
durante todo o período de alívio. Isto ocorria em função da inexistência a bordo dos
terminais de facilidades que reduzissem a intervenção humana, constituindo-se
basicamente de uma tubulação rígida com terminação flangeada onde se conectava o
mangote de transferência, conforme ilustra a figura a seguir.
Figura 61 - Exemplos de antigos terminais com estações de alívio sem facilidades de movimentação e içamento para
conexão do mangote de transferência.
Apesar do menor custo de investimento inicial, além de requerer embarcação de
apoio para manuseio dos mangotes aumentando a exposição à acidentes, esta configuração
precária acarreta menor eficiência operacional em função da extensão das fases de conexão
e desconexão. Como a estiva do mangote não é feita à bordo, ocorre também um aumento
nos custos de manutenção devido à frequência de danos às seções, mesmo em mangotes de
dupla carcaça.
De acordo com o guia OCIMF [8], para a especificação técnica de mangotes a
serem empregados na transferência de óleo offshore, os mangotes do tipo carcaça simples
atualmente não são mais utilizados em operações de alívio por questão de segurança contra
impactos ao meio-ambiente. No entanto, os mangotes de carcaça simples reforçada têm se
63
demonstrado uma excelente solução técnica, uma vez que o diâmetro e largura do carretel
em comparação com os carretéis para mangotes dupla carcaça são menores. Com isso,
passa a ser possível fazer uma otimização do arranjo no convés do FPSO. Outras
vantagens da estiva do mangote em carretel é possibilidade de executar a manutenção da
válvula na extremidade do mangote, válvula tipo disco com mola.
Uma tendência notada nos projetos mais recentes é a utilização do carretel do
mangote de offloading com eixo mais extenso de maneira a ter o enrolamneto numa única
passada. Este novo modelo tem por objetivo reduzir a fricção e torção com os mangotes
sobrepostos de maneira a prolongar sua vida útil.
Figura 62 - Carretel de Offloading de um casco “Replicante” com eixo mais extenso
64
8 Dados e tendências da frota Mundial
Após os sistemas funcionais terem sido descritos e seus procedimentos explicados,
a título de contribuir para o conteúdo do presente trabalho, foi contemplado nesta seção,
informações a respeito da frota de unidades FPSO no mundo.
8.1 Principais empresas
Na figura a seguir, percebemos que os proprietários “majors” de FPSOs são
MODEC, BW OFFSHORE, SBM e PETROBRAS, todos com mais de 10 unidades
produzindo.
De acordo com o plano de negócios da PETROBRAS até 2020, mais 12 unidades
próprias serão construídas no período 2014-2020, com isso, a PETROBRAS irá mais que
dobrar seu número de FPSOs nos próximos 6 anos e provavelmente será a maior empresa
detentora de FPSOs no mundo com 23 unidades até 2020.
Figura 63 – Principais empresas [1]
8.2 Diferentes Filosofias de engenharias no projeto de FPSO
Abaixo, segue tabela que demonstra que alguns aspectos de engenharia do FPSO
que são decididos muitas vezes em função da filosofia da empresa que os projeta. Nela,
foram tomados como exemplo os FPSO’s mais recentes contratados por afretamento pela
PETROBRAS. É possível notar que a empresa1 tem tradição de fazer o içamento por
65
Skids, possui guinchos de pull-in dos risers fixos, ancoragem com paiol de amarras e sem
chain pipes, já a empresa 2, faz o içamento por módulos, possui o guincho do pull-in dos
risers móvel e recentemente projeta a ancoragem com chain pipes e sem paiol de amarras.
A excessão foi no projeto FPSO Cidade de Paraty que ainda possui paiol de amarras. A
explicação disso é que esse foi o exemplo citado da empresa2 mais antigo e a modificação
da configuração sem o paiol ainda não tinha sido implementada.
Figura 64 – Algumas características que diferenciam as filosofias de engenharia das empresas de projeto.
8.3 Análise dos FPSOs que entraram em operação nos últimos anos
Pelo gráfico a seguir, que analisa o número de FPSO’s que entraram em operação
por ano, é notável o crescimento explosivo que houve nos últimos 4 anos, principalmente
após a queda que houve após a crise de 2008 que afetou inclusive a PETROBRAS.
66
Figura 65 – FPSO’s que entraram em operação ao longo do ano [1]
Pelo gráfico que analisa o número de FPSOs que entraram em operação, em
determinado ano, pela lamina d´água no qual o mesmo irá operar, um dado interessante
deste gráfico que é possível notar é o aumento incrível do número de unidades operando
em águas moderadas, de 50 até 300m, contrariando o pensamento de que com o crescente
desenvolvimento da exploração em águas profundas, a exploração em águas menos
profundas diminuiria.
Uma previsão que já é praticamente uma realidade, é o crescimento do número de
unidades operando em águas ultra-profundas, sendo este número alavancado pelos FPSOs
implantados no Pré–sal brasileiro. No ano de 2013, já é possível perceber um salto em
razão dos seguintes FPSO’s operando no Pré sal: FPSO Cidade de Paraty e FPSO Cidade
de São Paulo que entraram em operação por contratos de 20 anos e o FPSO Cidade de São
Vicente que foi um FPSO para TLD (Teste de Longa Duração).
67
Figura 66 – Gráfico do número de FPSO’s por determinada faixa de lamina d’água [1]
O próximo gráfico registra o número dos diferentes tipos de casco em relação a ser
duplo ou singelo que entraram em operação no mundo de 1996 até 2013.
Figura 67 – Número de FPSOs que entraram em operação pelo tipo de casco [1]
68
9 CONCLUSÕES
Através deste trabalho foi possível compreender melhor as diversas questões que
envolvem a engenharia do projeto de um FPSO. Houve uma abordagem das características
dos três tipos de casco, onde foi possível concluir que o casco de VLCC antigo convertido
é a opção mais barata e rápida, porém menos funcional, o caso do casco novo construído
com forma de VLCC é um caso intermediário com custo e prazo um pouco maiores e uma
solução um pouco mais funcional, já o FPSO Nova construção otimizado é o projeto mais
custoso, porém é o que há de melhor em funcionalidade e integração dos sistemas. Além
disso, há inúmeros outros fatores que precisam ser analisados como a disponibilidade de
cascos antigos no mercado, o nível de complexidade da planta, etc.
Outra escolha crucial e bastante complicada é a do sistema de ancoragem, diversos
fatores podem influenciar na escolha de um ou outro. Além disso, a escolha do tipo de
ancoragem impacta diretamente no layout dos risers e da planta de processos. O que se
pode afirmar é que o Turret é uma solução mais eficiente de ancoragem em regiões onde
as direções das forças ambientais predominantes tem grande variação ou magnitude,
porém o Spread leva vantagem pela sua simplicidade de instalação e manutenção dos
risers, além de resultar em menos movimentos à unidade.
Além de compreender o funcionamento dos equipamentos de ancoragem , dos risers
e dos métodos de integração da planta de processos, foi possível perceber que o fator que
mais influencia na determinação desses equipamentos e dos processos de integração casco-
planta é a filosofia da empresa que os projeta. Foi possível identificar algumas empresas
com o perfil mais conservador e que primam por soluções mais simples, enquanto que
outras empresas trabalham com sistemas mais complexos e implementam novas soluções
tecnológicas constantemente.
A respeito do sistema de carga e descarga e também do sistema de inertização dos
tanques, embora sejam exclusivos de plataformas que armazenam óleo, não difere muito
dos sistemas empregados em petroleiros, e os sistemas de combate a incêndio e detecção
de fogo e gás não diferindo de outras plataformas de petróleo.
Nos últimos capítulos foi possível analisar novas tecnologias, evolução de alguns
sistemas e tendências em geral, além de analisar gráficos sobre a frota atual. Com isso, a
conclusão final é de que o objetivo maior do trabalho foi alcançado com êxito.
69
10 BIBLIGRAFIA
[1] ]Base de dados FPSbase, disponível em:
<http://ckrhmt2008.weebly.com/transportation-routes.html> Acesso em:
15/09/2014
[2] Duran A., “Rational Design of FPSO Hulls”. FPSO Congress, 0497-05,
Equity Plaza, Cingapura, 28 September, 2010.
[3] Thomas, P.A., Malek, S., Tcherniguin N., et al., “A Solution For FPSO
Module Integration”. Offshore Technology Conference, Houston, Texas,
U.S.A., 5–8 May 2003
[4] Boyd G., Arun S., Duggal, et al., “Spread Moored or Turret Moored
FPSO’s for Deepwater Fields Development” Offshore West Africa, 2006
[5] Newport A., Hahein S., Martineau E., et al., “Espirito Santo, Operational
Feedback on the use of steel risers on a Turet Mooring”. Offshore
Technology Conference, Houston ,Texas, May 2014
[6] Xia, J., “FPSO Design to Design-to-Minimize-Operational-Downtime due
to Adverse Metocean Conditions off North West Australia”, Deep Offshore
Technology, 27‐29 November 2012, Perth, Australia
[7] Cascelli, D. Avaliação e Redução de Downtime em Operações de Alívio
utilizando Navios com Sistemas de Posicionamento Dinâmico. Dissertação
M. Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 2012
[8] OCIMF Oil Companies International Marine Forum, Offshore Marine
Committee, Tandem Mooring and Offloading Guidelines for Conventional
Tankers, 2009
[9] Thomas, P.A., Malek A., Tcherniguin N., et al., “A Solution For FPSO
Module Integration”, Offshore Technology Conference, Houston, Texas,
U.S.A., 5–8 May 2003