INTRODUÇÃO

Pesquisas recentes no comportamento do aço Duplex sob vigilância catódica revelaram a possibilidade da iniciação e propagação de rupturas a partir de um ponto de esforço de tensão elevado, exposto a um ambiente que poderia levar a falhas catastróficas no duto e nos componentes relacionados. Essa descoberta tem efeito significativo em muitas instalações submarinas existentes e futuras, onde o aço Duplex é utilizado em peças críticas.

O ESTUDO

O novo desenvolvimento Ekofisk da ConocoPhillips de 2006 incluiu uma linha submarina 18” NB 64.9Bar construída com aço Duplex. Essa linha e todos os conectores que dela fazem parte tiveram de ser projetados levando em consideração as descobertas do novo trabalho de pesquisa para atender às exigências das avaliações de projeto DNV HISC II e obter a licença para operação.

Os conectores Taper Lok® foram escolhidos pela ConocoPhillips para serem utilizados nessa linha devido a sua usual superior resistência e acomodação de novas exigências de projeto, pois as concentrações máximas de tensão representavam um conceito novo que exigia investigação. Para investigar o projeto do conector Taper Lok® escolhido em áreas de possíveis excessos de tensão utilizamos a análise por elementos finitos (FEA) 2D de simetria axial. A análise do projeto foi desdobrada em duas partes:
a) Consideração de propriedades lineares do material para encontrar qualquer área que pudesse exceder 80% de deformação.
b) Nas áreas que excediam 80% de deformação, investigar o nível máximo de esforço na mesma área considerando propriedades não lineares do material.

O último critério de aceitação para uma tensão máxima principal era 0,4% sobre a espessura total da seção, mas com um pico máximo de 0.6% em uma área menor que 5% da espessura da seção.

O sentido da tensão também foi considerado porque uma área sob compressão dominante provavelmente não romperia e propagaria a rachadura e, dessa forma, poderia ser tratada de maneira diferente de uma área sob tensão elevada.
A análise inicial do conector Taper Lok® mostrou áreas em que esperávamos ver concentrações potencialmente elevadas de fadiga/tensão, ou seja, cantos acentuados, gaxetas, áreas de chanfro da solda, mas nenhuma dessas regiões destacadas pôde ser reduzida com pequenas alterações de geometria ou inclusão de raios maiores.

A FEA permitiu que alterações simples de geometria fossem feitas e reavaliadas rapidamente permitindo que em pouco tempo tivéssemos um projeto satisfatório para manufatura. A análise feita foi muito precisa, dividindo os flanges em áreas e criando uma densidade de rede muito elevada naquelas áreas de interesse enquanto que as áreas não afetadas da flange eram relativamente ásperas.

O conector Taper Lok® acabou sendo o ideal para a aplicação e para novas exigências de projeto, em virtude da pré-tensão relativamente baixa dos parafusos não gerar cargas concentradas muito altas, gaxetas de grandes áreas distribuindo uniformemente a força de contato e nenhuma rotação/deformação futura do flange durante a tensão nos parafusos. O pescoço longo e envolvente do cubo do conector Taper Lok® permitiu que as tensões fluíssem uniformemente da tubulação para o corpo do flange em vez de atingir um canto acentuado na face do flange, intensificando assim as tensões.

Além do trabalho com a FEA realizado para garantir que todas as concentrações de fadigas/tensões
potencialmente elevadas fossem removidas, as seguintes disciplinas foram implementadas:

• Seleção de fornecedores adequados de aço e especialistas em forjas, capazes de atender às exigências de microestrutura rigorosa (conteúdo de ferrite e apuração de grão) do suprimento forjado no grau selecionado – ASTM A182 F60.
• Manutenção de um ambiente e equipamento ‘estéreis’ para garantir que o material permaneça sem contaminação durante todos os processos de manufatura e de manuseio internos (inclusive o transporte de cada peça individual em novas caixas de madeira para decapagem das peças e passivação).
• Revestimento de todas as conexões com revestimento de TSA (thermally sprayed aluminium - alumínio pulverizado termicamente) para evitar exposição da superfície do aço Duplex ao ambiente durante o trabalho.

Todo o trabalho realizado pela Welding Units foi inspecionado e aceito pela ConocoPhillips e DNV – subseqüentemente os flanges obtiveram licença para operação.

O resultado deste trabalho forneceu informações valiosas ao Relatório Técnico DNV de No. 200503237 publicado recentemente - Design Guideline for Duplex Stainless Steel utilizado em equipamentos submarinos expostos à proteção catódica.

Retornar a Estudos de Caso