Medição e Fit-Up de tubosPorque pequenos Hi-Lo’s são importantes

1Porque pequenos Hi-Lo’s são importantes, por Felipe Oliveira.

Uma suposição comum feita por aqueles que nunca mediram as dimensões de um tubo é de que tubos são redondos e possuem uma espessura de parede constante. Em teoria, para se acoplar dois tubos tudo que seria necessário era localizar tubos oriundos de uma mesma especificação e uni-los via solda.

Infel izmente, a real idade é bem diferente. A maioria dos acoplamentos de tubos ocasiona algum problema de fit-up (união). Os únicos casos em que os tubos estão próximos de serem perfeitamente redondos é quando estes são usinados interna e externamente, e este processo é caro e dispendioso demais para ser utilizado comumente.

A forma e as dimensões de um tubo são amplamente dependentes do seu método de fabricação e para cada método haverá variações típicas para tal processo. Variações de formato adicionais ocorrerão dependendo do tamanho do tubo e do equipamento específico utilizado para a fabricação do mesmo. Estão listados abaixo os p rocessos de f ab r i cação ma i s comumente utilizados para tubos rígidos:

1.1 - Tubos com costura, realizados através do processo UOE (“U”, “O” and Expand).

No processo UOE os tubos são conformados em prensas “U” e “O” a partir de chapas de aço. Em seguida, são soldados automaticamente, interna e externamente por arco submerso. Após esta etapa são expandidos a frio (fase “E”) e submetidos ao teste hidrostático, a ensaios não destrutivos, e a verificações dimensionais e de laboratório. Apesar de possuírem uma

ótima exatidão na espessura de parede, devido à conformação de chapas, este tipo de duto não é aceito para enrolamentos em carretéis devido aos efeitos de plasticidade na solda, os quais ocorrem durante o processo, e consequentemente aumentam a possibilidade de falha do tubo. A visão macro do processo de fabricação está representada na figura abaixo.

1.0 Porque tubos não são perfeitamente redondos

Figura 1. Esquemático de processo de conformação UOE (Kyriakides, 2007).

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1 . 2 Tu b o s s e m c o s t u r a (Seamless), por extrusão:Neste processo, os tubos são gerados a partir de barras de aço laminadas. Em uma primeira etapa, a barra é aquecida, posicionada e pressionada contra um mandril para abrir a cavidade interna do tubo. Com o diâmetro interno gerado, o tubo é então expandido radialmente, e depois laminado, pretendendo-se com isto melhorar a tolerância dimensional da parede e diminuir a ovalização imposta ao longo do processo. Existem diversas formas de realizar este processo. Estas variam de acordo com os diâmetros externos e as espessuras desejadas pelo cliente, e os resultados e f o r m a s fi n a i s p o d e m v a r i a r drasticamente entre fabricantes e ciclos

de produção; as extremidades destes tubos usualmente são mais fora de circunferência que seu meio devido à proximidade e pressão exercida pelo mandril contra a extremidade. A figura abaixo representa uma das variações deste processo.

1.3 Vantagens e desvantagensAmbos os processos apresentam vantagens e desvantagens. Listaremos as principais abaixo:

UOE: Como são desenvolvidos a partir de uma mesma chapa de aço, tende a apresentar variações menores de espessura de parede, porém possuem maior chance de apresentar falhas em sua solda longitudinal, falhas essas geralmente detectadas durante os

processos de inspeção da própria f á b r i c a . G e r a l m e n t e p o s s u e m assinaturas características de cada fase do processo de fabricação, deixando o tubo levemente oval ou poligonal. É normal apresentarem um “pico” em seu diâmetro interno próximo à região da solda longitudinal.

Por Extrusão (Sem costura): Uma característica comum neste processo é a geração de tubos com tolerâncias dimensionais maiores para o diâmetro externo e para a espessura de parede. Estas var iações tornam Hi-Lo’s rigorosos serem difíceis de serem alcançados, motivo pelo qual, em aplicações críticas, usualmente se opte pelo modelo UOE.

Figura 2. Fabricação de tubos através do processo de extrusão por mandril, ou laminação

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Nota: A DNV (2000) especifica uma tolerância para a espessura de ±12.5%. No entanto, as empresas fabricantes oferecem tolerâncias que variam na faixa de -8% a +18%. Para o p rocesso de enrolamento em carretéis de embarcações offshore este é o único processo aceito.Enfim, o projeto de uma tubulação d e m a n d a i n ú m e r a s h o r a s d e engenharia, e a escolha do tipo de tubo a ser utilizado e seu processo de fabricação dependem de inúmeros fatores, tais como seleção de material, projeto estrutural e de escoamento, forma de estocamento do tubo e transporte até o local de instalação, enrolamento (para casos de instalações off-shore), métodos de lançamento do duto etc.

Os pequenos Hi-Lo’s são necessários especialmente durante a construção de linhas flexíveis com SCR’s (Steel Catenary Risers). Tais dutos têm como função básica ser um prolongamento que conecta a parte rígida da tubulação a uma unidade flutuante de produção. Dutos com tubulação SCR estão, devido à natureza de sua utilização, suscetíveis a cargas de fatiga em excesso, particularmente na zona de toque com o leito marinho, devido a movimentos da plataforma, correntes marítimas e VIV (Vibrações Induzidas por Vórtex).

Para evitar qualquer concentração de estresse excessivo, os SCR’s possuem critérios de soldagem e requerimentos de Hi-Lo muito mais rigorosos que dutos rígidos, visando garantir a integridade do duto (o Hi-Lo padrão utilizado na indústria para SCR’s é de 0.7mm).

Porém, como os métodos de medição de Hi-Lo em si já possuem a sua faixa de erro, e esse Hi-Lo é necessário para garantir a integridade estrutural do duto, normalmente se utilizam espessuras de parede maiores que o necessário no projeto; assim, mesmo contando com as ferramentas de medição manuais, g a r a n t e - s e q u e a s o l d a e o desalinhamento estarão dentro do aceitável;

A consequência desta escolha de projeto é que, aumentando a espessura da parede, aumenta-se também o peso total do conjunto SCR. Embora tal fato não representasse problema até alguns a n o s a t r á s , u m a v e z q u e a s profundidades não eram tão grandes, hoje com o advento do pré-sal, a pressão externa causada pela pronfudidade e o peso do conjunto são desafios a serem superados.

Hi-Lo’s pequenos ajudam a atingir a integridade estrutural necessária em um processo extremamente crítico, e a gama de serviços OMS ajuda o cliente a a l c a n ç a r, e r e g i s t r a r s u a s especificações de projeto, sem o perigo do erro de ferramentas manuais; tais ferramentas possibilitam ao engenheiro de dutos especificar espessuras de parede menores, e por conseguinte facilitando diversas outras partes do projeto e minimizando quaisquer contratempos gerados pelo peso excessivo.

3.1. Pipe Checker e Pipe Fit™

O Pipe Checker™ da OMS utiliza lasers para medir dimensões internas e externas. O dispositivo é inserido na extremidade do tubo para que o braço com l a se r s acop l ados na sua extremidade possa rodear o tubo registrando medidas precisas para construir um mapa das reais formas internas e externas do tubo. Estes lasers realizam no total cerca de 2000 medições, e de modo rápido e compreensivo fornecem informações básicas como diâmetros interno e externo máximo, mínimo e médio, compondo uma imagem detalhada do formato do tubo. A informação colhida pela ferramenta é então enviada para um computador utilizando tecnologia Bluetooth™, que arquiva todos os pontos do círculo e demostra estes pontos em uma linha, como se a circunferência dos tubos tivesse sido aplanada. A visão típica da informação pode ser vista na figura 5, onde os diâmetros interno (linha amarela) e externo (linha azul) são demonstrados.

2.0 Porque pequenos Hi-Lo’s são necessários

3.0 Serviços e produtos OMS

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De posse destas informações, devido à acurácia do método de medição, é possível verificar se os tubos supridos atendem às especificações requeridas; estas fornecem um conhecimento detalhado das dificuldades que serão encontradas durante o processo de soldagem do duto.

Nota: Um segundo benefício deste processo é de que se tendo estes dados, é possível selecionar os melhores tubos de um lote de fabricação para as áreas mais críticas do projeto (e.g. travessias de rios, leitos onde a corrente m a r i n h a é m a i s r e v o l t a , e t c . ) , aumentando a segurança operacional e garantindo que as especificações de projeto sejam alcançadas; também é

possível ter como alvo o caminho oposto, agrupando tubos que possuem mais chance de apresentar problemas durante o fit-up em localidades menos críticas e/ou de mais fácil acesso logístico.

As informações então são enviadas para o software Pipe Fit™, desenvolvido pela OMS. Este software é capaz de realizar d iversas tare fas para so luc ionar problemas gerados por tubos “fora de forma”.

As tarefas realizadas por este software vão muito além de fornecer as medidas básicas dos tubos fornecidos. Com ele é possível selecionar quais tubos de um mesmo lote terão o melhor fit-up (e

mesmo se o fit-up entre dois tubos diferentes será de fato possível, mantendo o Hi-Lo especificado em projeto), informando qual a melhor rotação em que se encontra este fit-up. Uma imagem que fornece uma visão geral das funcionalidades do software é encontrada na próxima figura.

Porque pequenos Hi-Lo’s são importantes por, Felipe Oliveira.

Figura 5. Exemplo de informação de diâmetro interno e externo visualizadas no Pipe Fit™, colhidas com o Pipe Checker™

Figura 4. Pipe Checker™ sendo utilizado em campo

5Porque pequenos Hi-Lo’s são importantes por, Felipe Oliveira.

O procedimento descrito acima pode ser realizado com grupos específicos de tubos, com todos os tubos de um lote, apenas os tubos que estão em um determinado local, etc.; enfim, a definição de onde e em que etapa do projeto realizar as medições será determinada pela necessidade do cliente, com o objetivo de sempre a j u d a r e s t e a a l c a n ç a r s e u s requerimentos de projeto e aumentar sua produtividade na construção do duto, gerando o menor impacto possível em sua logística.

O processo de medição da OMS é rápido e eficaz, e pode ser realizado em

diferentes fases de um mesmo projeto, com objetivos e resultados diferentes.

4.1 - Na própria fábrica, antes do transporte para o pipe yard. Desta forma, antes de ser transportado ao local de estocagem, funciona como um controle de qualidade. Além de se recusar diretamente ao fabricante os tubos fora de especificação detalhada pelo cliente, gerando economias monetárias e de tempo, é possível selecionar, por exemplo, dentro de um mesmo lote que será transportado, qual a melhor ordem de tubos para serem soldados. Os tubos já sairiam marcados da fábrica para o canteiro de tubos, e podem/devem ainda ser carregados no transporte na melhor ordem para o d e s c a r r e g a m e n t o n o l o c a l d e estocagem e/ou disposição imediata

para o desfile, evi tando perdas c o n s i d e r á v e i s d e t e m p o d e remanejamento de tubos no processo de pré-soldagem.

4.2 - No pipe yard / oficina de revestimento. É possível real izar diversos modelos de trabalho nesta fase, que variam de medição de tubos por stacks, de números pré-definidos, intercambiando os melhores tubos dentre cada grupo para minimizar a necessidade de reordenação, ou mesmo o remanejamento total dos tubos buscando a máxima eficiência no fi t - up , no caso de ap l i c ações extremamente críticas, por exemplo. 4.0 Processos

de Medição

Figura 6. Exemplo da tela de seleções / opções do software Pipe Fit™

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4.3 - Com os tubos já alinhados para desfile. Neste caso, visando evitar um remanejamento de tubos já alocados em seu local, o processo buscaria apenas encontrar o melhor Hi-Lo apenas rotacionando os tubos já em sequenc ia , rea l i zando somente intercâmbio nos casos onde o Hi-Lo e o fit-up requeridos sejam impossíveis de se alcançar com os tubos em questão;

4.4 - Em barcas de transporte de tubos para lançamentos offshore. Neste caso, o processo e opções seriam similares aos definidos no item 4.2.;

4.5 - Dentro do navio de lançamentos. Para evitar qualquer período de inatividade durante a operação de lançamento em um navio, cujo custo por hora é extremamente alto, é possível realizar as medições para se encontrar o melhor fit-up e garantir que os tubos que estarão em uma ordem x de uma linha de soldagem alcançarão as especificações. Em um ambiente restrito como este (no caso uma operação em um navio de lançamento modelo S-lay), recomenda-se buscar o melhor fit-up possível intercambiando apenas os tubos que estão a fileira do topo de um stack, de modo a minimizar qualquer t ipo de movimentação necessária. Em situações onde tal tecnologia não é usada, existe a poss ib i l idade de tubos não se mostrarem aptos ao fit-up já na linha de soldagem, ocasionando uma parada no processo e gerando a necessidade retirar o tubo em questão e trazer um novo tubo, o que é custoso e desnecessário.

Para limites de Hi-Lo em linhas de produção típicas, utilizando tubos sem costura que não foram chanfrados, problemas de fit-up podem ocorrer regularmente, dependendo do rigor requerido. Para um Hi-Lo de 1.0 a 1.2mm, estatisticamente os problemas ocorrem a cada 10 -20 tubos, podendo este número variar de acordo com o projeto específico e com o tipo de tubo utilizado. Para um Hi-Lo de 0.8 a 1.0mm, a estimativa histórica é de que os problemas ocorrerão e uma faixa de 20 a 50% dos casos. A utilização do Pipe Fit™ permite que os Hi-Lo’s requeridos sejam alcançados e como a tecnologia evita que ocorram problemas já na linha de soldagem, há uma grande economia de recursos e de tempo, em especial em casos de lançamentos de dutos off-shore, onde o aluguel de navios próprios para a tarefa são extremamente onerosos.

O Desalinhamento máximo permitido para tubos de mesma espessura nominal, segundo padrões brasileiros, é de 20% da espessura nominal , limitando-se a 1.6mm. Utilizando como base este l imite, levantamentos históricos da OMS dizem que, um erro ocorre a cada 24 - 32 tubos, de posse destes dados, é possível realizar uma pequena simulação:

Em um projeto que utilizaria ~1650 tubos (aproximadamente 20km), este percentual representaria cerca de 51 a 68 tubos apresentando problemas de fit-up, impossibilitando a soldagem do mesmo e requerendo remanejamento; considerando que se perca em torno de uma hora para remanejar, movimentar um novo tubo, trazer até o local previsto, alinhar novamente e finalizar a

soldagem, isso representaria de 51 a 68 horas com 80 a 90% da equipe parada, esperando o remanejamento para seguir com a montagem. Os serviços da OMS visam ajudar o cliente também a evitar a perda dessa quantidade de horas/equ ipe, o que gera uma e c o n o m i a s i g n i fi c a t i v a , c u j o s percentuais variam de acordo com a logística de cada cliente / empreitada. Isto sem contar os benefícios gerados pela aceleração do processo de soldagem geral, uma vez que, utilizando a tecnologia de fit-up da OMS, quando a equipe de soldagem estiver no local, todos os tubos já terão sua posição de soldagem ótima definida, evitando a necessidade de girar os tubos. Além de poupar tempo e recursos evitando possíveis erros de fit-up, há uma diminuição considerável da taxa de reparos de solda e também há o ganho de tempo durante os processos de soldagem e inspeção de soldas, diminuindo a duração da obra.

5.0 Simulação

7

6.0

Con

clus

ão

Porque pequenos Hi-Lo’s são importantes, por Felipe Oliveira.

A OMS possui expertise em fornecer soluções inovadoras para o processo de construção de dutos; tem como meta suprir o cliente com benefícios que aumentam a produtividade, geram economias em diversos setores / estágios de uma obra, e de fornecer o melhor fit-up possível para as suas condições. Fornece soluções únicas e particulares para melhor se adequar a cada caso, minimizando qualquer impacto na logística do cliente.

Utilizar as ferramentas da OMS poupa muito tempo – ser capaz de medir até 200 extremidades de duto/dia com uma única equipe de dois técnicos é, pelo menos, três vezes mais rápido do que qualquer medição utilizando ferramentas de medição convencionais (ferramentas estas que medem apenas alguns pontos específicos de um tubo); Como este processo permite que os gerentes de projeto, engenheiros de dutos e as empresas sejam capazes de manter a rastreabilidades de projetos, que muitas vezes incluem mais de 2000 tubos, a economia de tempo e a possibilidade de rastreamento posterior trazem ganhos inestimáveis. A utilização do Pipe Fit™ também provê aos engenheiros de dutos a segurança de saber que a parte dimensional de seus projetos estará de acordo, já que os tubos ideais estarão sendo utilizados nas aplicações críticas, conforme especificado.

A Nortech como representante da OMS no Brasil esta apta a realizar os serviços de medição e fit-up de tubos para construção de dutos onshore e/ou offshore. Consulte-nos para maiores detalhes.