Processos de Reparos Alternativos: Soldagem em operação de Abraçadeiras Aparafusadas e Bujão (Capote)

Apoio

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Coordenador: Régis Henrique Gonçalves e Silva
Instituição Gestora: FAPEU - 187/2014

Recursos Externos
Empresa: PETROBRAS
Gerência Técnica: CENPES/PDISO/TMC
Processo: 2017/00379-0
Início: 31/10/2019
Orçamento Total: R$ 4.988.727,70
Duração: 36 meses

DESCRIÇÃO DO PROJETO

As descobertas no pré-sal podem ser consideradas entre as mais importantes do setor de energia em todo o mundo nas últimas décadas. Esta é uma realidade que coloca o país em uma posição estratégica frente à grande demanda de energia mundial. Conforme dados da Petrobras, no que diz respeito ao transporte dos produtos, a malha dutoviária, quando comparada ao transporte rodoviário, permite ganhos ambientais expressivos em função de maior flexibilidade, aumento da segurança operacional, redução do número de acidentes e vazamentos e do volume de emissões atmosféricas. No entanto, as dutovias de transporte de subprodutos derivados do petróleo e gás natural exigem paradas obrigatórias para as manutenções realizadas na rede. Além das manutenções periódicas programadas, que geram ônus para a companhia em produtividade e abastecimento de matéria-prima para processamento, atualmente o problema da atividade criminosa envolvendo furtos de combustíveis diretamente das linhas de transporte é uma realidade. No Brasil, conforme os levantamentos realizados pela Petrobras Transporte S.A (Transpetro), somente entre os anos de 2016 e 2018, a companhia registrou mais de quinhentos casos de furto ou tentativas de furto nos dutos em todo o país, sendo em sua grande maioria no Estado de São Paulo e no Estado do Rio de Janeiro. Assim, torna-se evidente que tal atividade, além de resultar em grandes danos ambientais e desabastecimento de combustíveis pode, principalmente, apresentar risco à vida.

Para realizar as manutenções das linhas dutoviárias sem perdas significativas da produção a soldagem em operação é uma técnica bastante usada no setor de petróleo e gás por ter grande vantagem de executar o reparo sob este aspecto. Porém ainda existem diversos desafios a serem enfrentados. Em casos de avaria grave, corrosão avançada ou perda de estanqueidade apresentados pela tubulação, é necessário que sejam realizados o corte e a substituição da secção do tubo que sofreu a avaria. Nesse caso, existem diversas opções de reparos propostos por normas. Assim, a escolha da técnica empregada acontecerá de acordo com a necessidade, complexidade e disponibilidade do procedimento. Os métodos podem envolver a confecção de derivações na linha, onde é realizada uma perfuração na linha e instaladas flanges para o desvio do fluxo (Hot Tapping), além do uso de elementos secundários, como abraçadeiras aparafusadas, tampões, chapa de reforço e calhas proporcionando menor tempo de parada das operações. Nesse sentido, como objetivo geral do presente projeto de pesquisa, busca-se desenvolver e avaliar procedimentos de soldagem para reparo de dutos em operação utilizando abraçadeiras aparafusadas (Mechanical Clamp) e capotes (Weld Cap’s), de modo a compreender, sobretudo, a conservatividade destes reparos.

A abraçadeira aparafusada, é um elemento estrutural aparafusado para reforço de um duto ou tubulação, constituído de duas calhas que se ajustam sobre toda a circunferência do tubo. Vários tipos de conectores mecânicos estão disponíveis em vários fornecedores comerciais. O reparo com abraçadeira aparafusada está previsto nas normas ASME PCC 2 - Repair of Pressure Equipment and Pipe de 2015 e pela norma da Petrobras N-2737, a qual estabelece requisitos para o desenvolvimento destes tipos de reparo. Segundo estas normas, a abraçadeira mecânica aparafusada tanto pode ser utilizada para conter ou prevenir vazamentos, como para reforçar mecanicamente as paredes de um componente avariado. Entretanto o reparo por abraçadeiras aparafusadas é considerado um reparo contingencial ou provisório, dependendo do tipo de defeito de ser reparado, conforme a norma. Conforme o Manual do Conselho Internacional de Pesquisa de Dutos de 2006 (PRCI) esses conectores são projetados para conter a pressão total da tubulação. Geralmente, são bastante espessos e pesados devido aos grandes parafusos empregados para fornecer a força de aperto necessária. Este manual também cita que é possível soldar a abraçadeira para tornar o reparo permanente e garantir que não ocorrerá vazamento caso os anéis de vedação falhem. No entanto, não são fornecidas quaisquer outras informações sobre o procedimento. Apesar do setor de montagem e reparo de dutos empregar tradicionalmente processos de soldagem de forma manual, principalmente com o processo Eletrodo Revestido (SMAW), o presente projeto se propõem a estudar variantes tecnológicas do processo MIG/MAG (GMAW) e TIG (GTAW), sobre os quais também serão estudadas as possibilidades de operação com sistemas mecanizados. Nesse sentido, com a exploração de diferentes processos a arco, um fator de extrema importância que será avaliado durante a execução da soldagem em operação, está relacionado ao alto teor de carbono equivalente pertencente aos materiais sobre os quais as abraçadeiras e os demais elementos são fabricados. Além disso, a soldagem em operação da abraçadeira está inserida em um cenário de alta taxa de resfriamento devido a passagem do fluido no duto, característica que está diretamente ligada à formação de defeitos como as trincas induzidas pelo hidrogênio.

É importante ressaltar que não são encontrados trabalhos técnicos ou científicos que abordam a problemática da soldagem das abraçadeiras aparafusadas, ou mesmo, trabalhos onde foram desenvolvidos conceitos de abraçadeiras aparafusadas concebidas especificamente para receber a soldagem, fazendo com que as tecnologias e informações geradas no presente projeto de pesquisa possam ser classificadas como de elevado grau de ineditismo. Assim, este projeto de pesquisa se justifica pela importância dessa técnica de reparo para as empresas que atuam no setor de petróleo e gás, associada aos enormes desafios ainda aparentes no cotidiano da manutenção dos dutos. Além da atuação do LABSOLDA, o projeto em questão, terá participação do Grante (Grupo de Análise e Projeto Mecânico do EMC/UFSC) que irá desenvolver modelos de simulação para analisar e validar os reparos que serão desenvolvidos experimentalmente. Desta forma, serão desenvolvidos procedimentos de soldagem para reparo em campo, que serão avaliados por diferentes técnicas, buscando fornecer subsídios para aumentar a confiabilidade dos reparos em campo, além de estudar e desenvolver modelos numéricos para a simulação dos reparos.

Ao término deste projeto de pesquisa, almeja-se contribuir principalmente com a geração de novas técnicas para o aprimoramento da aplicação da soldagem de reparo de tubulações em operação para a indústria de petróleo e gás, aumentando a segurança das pessoas envolvidas e melhorando a integridade do duto reparado. Espera-se produzir conhecimento técnico específico para determinar o nível de dificuldade inerente às operações de reparar envolvendo a soldagem definitiva de abraçadeiras aparafusadas em dutos em operação. Além disso, também será gerado conhecimento técnico relativo a viabilidade de utilização de procedimentos mecanizados na soldagem de reparo, considerando que, tradicionalmente, estes procedimentos são realizados de forma manual em campo (de forma menos produtiva e segura). Busca-se, também, produzir metodologias de reparos de dutos em operação usando as abraçadeiras aparafusadas com embasamento técnico amparado por ensaios e avaliações, possibilitando assim, o aumento da confiabilidade, segurança e rapidez das operações de reparo.