Inspeção e Reparo, Qualificação e Normalização.

INSPEÇÃO, REPARO, QUALIFICAÇÃO e NORMALIZAÇÃO EM
DUTOS FLEXÍVEIS e UMBILICAIS
TÓPICOS:
123456789-
INTRODUÇÃO
REFERÊNCIAS
MÉTODO DE INSPEÇÃO COM IBR
TIPOS DE INSPEÇÃO
RECURSOS DISPONÍVEIS
NORMAS APLICÁVEIS
TIPOS DE DANOS OU DE FALHAS DEGRADADAS
TIPOS DE REPAROS
COMENTÁRIOS FINAIS
1- INTRODUÇÃO
O objetivo dessas ‘Notas’ é o de servir de guia para o acompanhamento de palestra
informativa do Curso de Integridade de Dutos Flexíveis. Elas baseiam-se em compilação
das referências e não substituem o texto nelas contido. Não se configuram, também, em
documento técnico válido para processos de qualificação de materiais.
Desde o início da exploração de petróleo na Bacia de Campos, através dos sistemas
antecipados de produção, os dutos flexíveis se mostraram a melhor opção para o
escoamento de fluidos a partir de instalações marítimas em águas profundas, em função
das facilidades observadas no manuseio, transporte, lançamento e operação. Os primeiros
dutos flexíveis foram lançados em 1.978, no campo de Garoupa. Atualmente contamos
com cerca de 4.500 km de flexíveis em operação, interligando diversos equipamentos
submarinos, tais como árvores de natal, manifolds, plataformas fixas e semisubmersíveis,
FPSO e monobóias, atingindo um total de aproximadamente 1.000 risers em unidades
marítimas de produção.
Através da inspeção submarina foi constatada a incidência de avarias nos risers flexíveis,
em decorrência do lançamento dos dutos ou ocorridas durante sua operação. Para os
danos decorrentes do lançamento foi definido um procedimento de reparo da capa
externa, já empregado nos navios de lançamento, objetivando interromper o processo
corrosivo da armadura metálica. As avarias surgidas na operação são geralmente
provenientes do atrito com partes metálicas da plataforma, ou ainda do contato entre os
próprios risers e alguns de seus acessórios como por exemplo, na região da boca de sino
em I-Tubes. A continuidade da ação do agente causador do dano, e a conseqüente
progressão da avaria, chegam a provocar o rompimento de oleodutos e gasodutos o que
nos sugere que sejam portanto evitados os eventos iniciadores de falhas.
2. REFERÊNCIAS
[1]
API RECOMMENDED PRACTICE 17B – SECOND EDITION, JULY 1, 1998;
[2]
API SPECIFICATION 17J – FIRST EDITION, DECEMBER 1996;
[3]
INTERNATIONAL STANDARD ISO 13628-2 – FIRST EDITION 2000-12-01;
[4]
FLEXIBLE PIPE SPECIFICATION – N-2409 – REVISION A – MAY/ 2003
NOTAS:
INFORMAÇÕES SOBRE AS NORMAS EMITIDAS PELO AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE
(API) PODEM SER ACESSADAS NO ENDEREÇO (INTERNET) www.api.com
INFORMAÇÕES SOBRE AS NORMAS DA INTERNATIONAL STANDARD ORGANIZATION
(ISO) PODEM SER ACESSADAS NO ENDEREÇO (INTERNET) www.iso.ch
INFORMAÇÕES SOBRE AS NORMAS TÉCNICAS DA PETROBRAS
NO ENDEREÇO (INTERNET) www.petrobras.com.br
PODEM SER ACESSADAS
3- MÉTODO DE INSPEÇÃO COM IBR (Esta parte é um resumo do Manual
de IBR e não substitui o conteúdo nele contido)
Os objetivos de um Programa de Gerenciamento de Integridade - PGI são:
a. Implementação de uma estratégia de riscos própria evitando incidentes que
possam
causar:
•
•
•
•
Perda de vida humana ou lesão.
Poluição ambiental.
Perda de produção.
Dano ao equipamento/instalação.
b. Gerenciamento de integridade a partir de manutenção preditiva e a custos
otimizados
através de:
•
Identificação das necessidades de monitoramento/inspeção, consistente com a
estratégia de risco.
•
•
•
•
Implementação de métodos de monitoramento/inspeção que possam detectar e
predizer o potencial de falhas, o suficientemente cedo para possibilitar a
tomada de ações corretivas de modo seguro e a custos otimizados.
Detecção de danos oriundos de incidentes não previstos, em geral cargas
acidentais ou operação fora das condições especificadas, através de
identificação de dano real ou inferido. Danos subseqüentes que podem ser
evitados se as ações corretivas são tomadas em tempo hábil.
Desenvolvimento de um PMI sistemático que identifique modos de falha e
eventos que tenham risco inaceitável.
Demonstração de confiabilidade.
c. Conformidade com a legislação vigente, quando exigido.
d. Provisão de um registro de dados operacionais considerando mudança de uso
ou reutilização futura.
3.1 Dados de Entrada e Informações para Avaliação de Integridade
As entradas (inputs) necessárias incluem as seguintes informações para o sistema
de linhas flexíveis submarinas e seus componentes auxiliares:
a. Para o sistema em estágio de projeto:
•
•
•
•
•
•
•
Especificação detalhada do sistema de linhas flexíveis propriamente dito, dos
seus componentes auxiliares e das configurações das linhas.
Dados básicos de projeto dos ambientes interno e externo aos quais a linha
flexível está exposta.
Cálculos de projeto.
Desenhos do arranjo.
Folha de dados do projeto da linha flexível.
Instruções de manutenção.
Resultados de falhas existentes ou de estudos de HAZOP (Análise de Perigos
de operacionalidade) ou ainda HAZID (Identificação de Perigos) relacionados
ao sistema do campo ou ao seu sistema de controle.
b. Para o sistema em operação, as seguintes informações adicionais:
•
•
•
Meios existentes de monitoramento/inspeção.
Meios existentes de prevenção e/ou mitigação dos modos de falha.
Histórico da exposição da linha flexível junto com registros de instalação,
registros de monitoramento/inspeção subseqüentes e todos os relatórios de
anomalias ou reparos.
3.2 Sistema de Gerenciamento de Integridade
3.2.1 Descrição da Técnica de IBR
A IBR é um método para estabelecimento de estratégia de
monitoramento/inspeção baseada nos riscos principais, onde os esforços de
monitoramento/inspeção são focados nos elementos da linha flexível de alto risco com
potencial de redução. Segue o princípio de Pareto 80/20 (80% dos efeitos são relativos a
20% das causas e vice-versa).
A IBR utiliza os riscos de segurança, ambiente e de operacionalidade como um
critério de decisão racional e custo eficiente para responder às seguintes questões:
•
•
•
•
•
Onde inspecionar?
O que inspecionar?
Como inspecionar?
Quando inspecionar?
A que custo?
Para execução da IBR é necessário a criação de um grupo multidisciplinar
(pessoas do projeto, operação, manutenção, inspeção, riscos etc) de no máximo 5 a 6
pessoas com reuniões de brainstorming regulares para confecção das planilhas.
Os procedimentos do Manual visam manter de forma consistente e aceitável a
classe de risco definida pelo operador de um sistema de linhas flexíveis submarinas.
A metodologia adotada no Manual propõe uma estratégia de
monitoramento/inspeção baseada na classe de risco para o qual a linha ou elemento da
linha está exposto.
A classe de risco, no contexto, é definida como o produto dos valores atribuídos a
dois tipos de classes: aquele referente à probabilidade de ocorrência de um elemento de
um sistema de linhas flexíveis e aquele relativo à conseqüência de ocorrência, caso a
falha venha a ocorrer.
3.2.2 Metodologia Básica para Avaliação de Integridade
A aplicação dos procedimentos do Manual envolve a seguinte seqüência de etapas
que conduzem a um programa sistemático de avaliação das condições de integridade:
a. Subdivisão do sistema de linhas flexíveis;
b. Avaliação do modos de falha potenciais;
c. Análise de risco para as subdivisões do sistema de linhas flexíveis;
d. Identificação das necessidades de monitoramento/inspeção;
e. Especificação (seleção de métodos e freqüência) do PMI;
f. Análise crítica e revisão periódica do PMI.
As etapas propostas para a metodologia de avaliação de integridade são
resumidas nos seguintes parágrafos:
Subdivisão do Sistema de Linhas Flexíveis
As entradas necessárias são:
•
•
•
•
•
Especificação do sistema de linhas flexíveis, da configuração, do arranjo das
linhas, bem como dos componentes auxiliares.
Especificação das exposições (devido ao carregamento e ambientes externo e
interno) em termos de valores esperados e de incertezas.
Premissas de projeto e previsão de vida em serviço.
Toda informação disponível relativa à exposição e histórico, no caso do
sistema em operação.
Subdivisão do sistema de linhas flexíveis em elementos para efeito de
identificação das seções das linhas com características similares quanto à:
seção transversal (função, diâmetro e materiais), global (configuração, estático
e dinâmico), produto interno (composição, pressão e temperatura), ambiente
externo (profundidade de imersão e carregamento), acessibilidade para
monitoramento/inspeção (externa e interna). Os elementos com características
similares quanto à: condição de exposição, potencial de defeitos, modos de
falha, probabilidades, conseqüências e exigências de monitoramento/inspeção
são aglutinados em entidades denominadas de grupos de integridade (GI).
Avaliação dos Modos de Falha Potenciais
As entradas necessárias são:
•
•
•
•
Lista extensa dos modos de falha potenciais e mecanismos de falha e suas
durações para linhas flexíveis.
Detalhes do tipo de serviço, exposição, configuração externa, carregamentos e
configuração da seção transversal das linhas flexíveis no sistema.
Detalhes de anomalias de fabricação, transporte e instalação.
Detalhes de anomalias em operação que se tenha conhecimento até o
momento (se houver).
O objetivo da identificação dos modos de falha potenciais é a produção de uma
lista compacta de modos de falha a que os grupos de integridade (GI) estão
expostos.
Análise de Risco para as Subdivisões do Sistema de Linhas Flexíveis
As entradas necessárias são:
•
•
•
•
Grupos de integridade (GI).
Política de risco da companhia incluindo qualquer critério definido de
aceitação.
Modos de falha e durações.
Resultados de cálculos de projeto e de avaliações de vida em serviço
realizados na fase de projeto.
As necessidades de monitoramento/inspeção serão identificadas através dos
modos de falha associados a classes de riscos inaceitáveis para qualquer período
da vida em serviço do sistema de linhas flexíveis.
A análise de risco para um grupo de integridade (GI) do sistema de linhas
flexíveis é realizada como uma seqüência da implementação de três etapas, para
cada modo de falha identificado no ítem 2.2.2, que são:
a. Classificação da Classe de Probabilidade de Ocorrência (POR):
A classe de probabilidade de ocorrência (POR) é avaliada para todos os modos
de falha relevantes. A classe de probabilidade de ocorrência (POR) é avaliada
através da estimativa da classe de probabilidade do evento iniciador (PEI) da
falha e do nível de confiança.
PEI
Estimativa da Classe de Probabilidade
do Evento Iniciador (PEI) da falha
Nível de Confiança para
estimativa do POR
Classe de
Probabilidade de
Ocorrência (POR)
3
Provável
2
Pouco Provável
1
Quase Impossível
Baixa confiança
Alta confiança
Baixa confiança
Alta confiança
Baixa confiança
Alta confiança
5
4
4
3
2
1
Tabela 1 - Avaliação da Classe de Probabilidade de Ocorrência (POR)
(Nota1: O nível de confiança é função do modelo de degradação, histórico de inspeção e
experiência anterior.)
b. Classificação da Classe de Conseqüência de Ocorrência (COR):
A classe de conseqüência de ocorrência (COR) de todos os modos de falha
relevantes será também classificada de acordo com regras que definem os
impactos das falhas quanto à segurança (perda de vida humana e lesão; e dano ao
equipamento/instalação), ambiente (poluição ambiental) e operacionalidade
(perdas de produção) do sistema.
Critério
Interpretação
Classe de
Conseqüência de
Ocorrência (COR)
Segurança
Ambiente
Operacionalidade
Segurança
Ambiente
Operacionalidade
Segurança
Ambiente
Operacionalidade
Segurança
Ambiente
Operacionalidade
Segurança
Ambiente
Operacionalidade
Perigo catastrófico para o pessoal ou patrimônio
Contaminação ambiental catastrófica
Perda catastrófica de operacionalidade
Perigo crítico para o pessoal ou patrimônio
Contaminação ambiental crítica
Perda crítica de operacionalidade
Perigo moderado para o pessoal ou patrimônio
Contaminação ambiental moderada
Perda moderada de operacionalidade
Perigo menor para o pessoal ou patrimônio
Contaminação ambiental menor
Perda menor de operacionalidade
Perigo desprezível para o pessoal ou patrimônio
Contaminação ambiental desprezível
Perda desprezível de operacionalidade
5
5
5
4
4
4
3
3
3
2
2
2
1
1
1
Tabela 2 - Avaliação da Classe de Conseqüência de Ocorrência (COR)
(Nota2: A classe de conseqüência de ocorrência (COR) é avaliada após consideração das medidas
mitigadoras que tenham sido aplicadas para minimizar os efeitos da falha.)
c. Avaliação da Classe de Risco (R)
Para todos os modos de falha relevantes deverá ser calculado o risco pela seguinte
equação: R = POR x COR. Assim, é criada a Matriz de Risco (MR).
C O N S E Q Ü Ê N C I A
P
R
O
B
A
B
I
L
I
D
A
D
E
(POR)
( C O R )
1
2
3
4
5
5
5
10
15
20
25
4
4
8
12
16
20
3
3
6
9
12
15
2
2
4
6
8
10
1
1
2
3
4
5
Tabela 3 - Matriz de Risco (MR)
(Nota3: Abordagem linear do risco para o nível estratégico de monitoramento/inspeção)
Identificação das Necessidades de Monitoramento/Inspeção
As entradas necessárias são:
•
•
•
Classes de probabilidade de ocorrência, conseqüência de ocorrência e risco.
Critérios de avaliação.
Avaliação do risco: o risco será analisado face aos critérios estabelecidos para
cada modo de falha identificado, definindo-se em decorrência, o nível de
monitoramento /inspeção exigido.
Neste caso, os requisitos mínimos para selecionar o nível de
monitoramento/inspeção exigido são definidos nas tabelas abaixo em função do
risco (R).
Risco (R)
15 - 25
5 - 14
1- 4
Nível de monitoramento/inspeção
(requisitos mínimos)
Alto – R1
Monitoramento/Inspeção Preditivo
Médio – R2
Monitoramento/Inspeção de Detecção
Baixo – R3
Monitoramento/Inspeção Básico
Tabela 4 – Nível de Monitoramento/Inspeção
Nível de
Definição
Monitoramento/Inspeção
Monitoramento/Inspeção Métodos de monitoramento/inspeção que permitem:
• Estimar o período dentro do qual a probabilidade de falha oriunda de uma
Preditivo
determinada fonte é considerada baixa ou negligenciável.
• Prever a falha ou estimar a vida residual em serviço.
Monitoramento/Inspeção Métodos de monitoramento/inspeção que permitem:
• Verificar a contínua ausência de defeito quando isso refletir na adequação ao uso
de Detecção
•
•
proposto para o grupo de integridade (GI) do sistema de linhas.
Detectar um estágio latente de falha antes da ocorrência da falha total da linha,
permitindo a aplicação oportuna da ação corretiva.
Detectar uma falha já consumada cujas conseqüências, embora relativamente
irrelevantes, aumentarão em gravidade com o tempo na falta de sua constatação.
Monitoramento/Inspeção Métodos de monitoramento/inspeção, quantitativos ou não, que são usados
Básico
tipicamente para:
•
•
Detectar anormalidades com respeito ao arranjo das linhas flexíveis e à sua
configuração, bem como ao surgimento de dano.
Verificar a contínua falta de evidência de defeito observável quando isso refletir
na adequação ao uso de um grupo de integridade (GI) de um sistema de linhas.
Tabela 5 - Definição do Nível de Monitoramento/Inspeção
Especificação (Seleção de Métodos e Freqüência) do Programa de Monitoramento/
Inspeção - PMI
As entradas necessárias são:
•
•
•
•
Classes de probabilidade de ocorrência, conseqüência de ocorrência e risco,
e critérios de avaliação.
Métodos de monitoramento/inspeção.
Especificação de ensaios de laboratórios que possam ser executados de modo
a reduzir as incertezas na predição da vida em serviço.
A expectativa do desenvolvimento do modo de falha.
A partir dos métodos de monitoramento/inspeção descritos e com base nas
Tabelas 3, 4 e 5 é feita uma seleção final dos modos de falhas a serem
abordados pelo Programa de Gerenciamento de Integridade - PGI. Em
seguida, serão definidas ações estratégicas de monitoramento/inspeção,
adicionalmente às regras de como as diferentes ações deverão ser aplicadas
para uma determinada classe de risco.
Para cada necessidade identificada de monitoramento/inspeção, deverão ser
também identificados todos os métodos de monitoramento/inspeção
relevantes. Regras definirão como selecionar um método apropriado. Após os
métodos terem sido avaliados e selecionados, será especificado o PMI.
Análise Crítica e Revisão Periódicas do Programa de Monitoramento/Inspeção PMI
As entradas necessárias são:
•
•
•
•
Informações sobre o projeto, a predição da vida em serviço e a avaliação da
classe de probabilidade de ocorrência (POR) e da classe de conseqüência de
ocorrência (COR), para todos os modos de falha em análise.
Resultados de monitoramento/inspeção anteriores.
Modos de falha para os quais é realizado o monitoramento/inspeção.
Análises de falhas ocorridas versus métodos definidos inicialmente para
monitoramento/inspeção, visando aferir a eficácia desses métodos.
Deverão ser definidos procedimentos para reavaliação do programa baseado
nos resultados de monitoramento/inspeção para todos os modos de falha que
estão sujeitos a monitoramento/inspeção. Deverão ser estabelecidos ainda,
com base nos critérios prescritos, procedimentos para atualização do PMI.
4- TIPOS DE INSPEÇÃO
a. Recebimento (manuseio e estoque)
Trata-se da inspeção que ocorre no ato do recebimento dos dutos. Consiste em transferir
o duto flexível recém chegado à base em terra da Petrobras, de uma bobina para outra
sendo vistoriado permanentemente durante este processo de transferência.
b. Durante lançamento
Durante o lançamento, ocorre a inspeção onde é avaliado o estado do duto flexível como
por exemplo, a capa externa, que é avaliada quanto a furos, rasgos, deformações,
amassamentos, etc., que podem ocorrer em decorrência do processo de recebimento
destes dutos pelo navio instalador nas cestas, passagem pelos tracionadores, ou mesmo
pelos cantos vivos indesejáveis, que por ventura existam no caminho do duto flexível.
c. Após o lançamento (as built)
São feitos através de barcos de inspeção específicos, contratados para este fim. Estes
dispõem de equipamentos de ROV (Remote Operated Vehicle).
d. Emersa
Equipe para inspeção na região emersa do duto flexível, com possibilidade de execução
de alguns reparos de capa externa.
e. ZVM até -30 m PDA
Equipe de mergulho raso destinada à inspeção na região submersa do duto flexível, com
possibilidade de execução de reparo na capa externa.
f. -30 m PDA até conexão Riser/Flow
Barco com equipamentos de ROV para inspeção e filmagem, quando necessário, dos
eventos anormais.
g. Flowline (trecho estático)
Barco com equipamentos de ROV para inspeção e filmagem, quando necessário, dos
eventos anormais.
5- RECURSOS DISPONÍVEIS
Barcos contratados com recursos para intervenção submarina.
Veículo de Intervenção (ROV)
Embarcação
Acergy Harrier
Tipo
DSV
Veículo de Inspeção (RCV)
Modelo
Profundidade
Operacional
Modelo
Profundidade
Operacional
SCV 3000
2500
LYNX 02
600
3000
Seaeye
Lynx
1500
Toisa Sentinel
DSV
Fugro G3 Work
Class
Toisa Voyager
RSV
FCV-3000
3000
LYNX
1000
Toisa Conqueror
RSV
SCV 3000
3000
HySub 60
1000
Sealion DW-45
3000
Seaeye
Lynx
1136
1000
Island Spirit
RSV
CBO Isabella
RSV
Deepocean
installer
3000
Mohican
1000
Skandi Chieftain
RSV
Triton TXLX
3000
Mohican
1000
DSV = Diver Support Vessel
RSV= ROV Support Vessel
6- NORMAS APLICÁVEIS
NORMAS PETROBRAS:
IN-2409 – FLEXIBLE PIPE
N-2037 - PINTURA DE EQUIPAMENTOS SUBMERSOS
NORMAS ISO:
ISO 13628-2 – FLEXIBLE PIPE SYSTEMS FOR SUBSEA AND MARINE
APPLICATIONS
ISO 13628-5 – SUBSEA UMBILICALS
NORMAS API:
API 17 A - RECOMMENDED PRACTICE FOR DESIGN AND OPERATION OF
SUBSEA PRODUCTION SYSTEMS
API 17B - RECOMMENDED PRACTICE FOR FLEXIBLE PIPE
API 6D - SPECIFICATIONS FOR PIPELINE, VALVES, END CLOSURES,
CONNECTORS AND SWIVELS
API 17 E - SPECIFICATION FOR SUBSEA UMBILICALS
API 17 I - UMBILICAL INSTALLATION GUIDE-LINES
API 17 J – SPECIFICATIONS FOR UNBONDED FLEXIBLE PIPE
NORMAS SAE:
SAE J343 - TESTS AND PROCEDURES FOR SAE 100R SERIES HYDRAULIC
HOSE AND HOSE ASSEMBLIES
SAE J517 - HYDRAULIC HOSE
NORMA NACE:
NACE STANDARD MR-01-75 - SULFIDE STRESS CRACKING RESISTANT
METALLIC MATERIALS FOR OIL FIELD EQUIPMENT
NORMAS ASTM:
ASTM A 450 M
ASTM A 789 M
7- TIPOS DE DANOS OU DE FALHAS DEGRADADAS
a) Camada de isolamento térmico
Amassamento, alagamento, erro de projeto ocasionando entupimento por deposição de
parafina.
b) Capa externa
Rasgo, furo, corte, enrugamento, sombreamento, etc.
c) Armaduras de tração
Corrosão, ruptura de arame individual, ruptura de mais de um arame, kink, gaiola de
passarinho
d) Armadura de Pressão
Sujeita à fissura ou trinca ou desarranjo
e) Dano na camada polimérica de pressão interna
Degradação da camada polimérica (furo, fissura, rompimento, envelhecimento
– quebradiça, extrusão)
f) Carcaça
Corrosão (furo, colapso) e desarranjo.
8- TIPOS DE REPAROS
Reparo de capa externa, reterminação de conector, corte e reterminação do duto flexível.
Reparo submarino da capa externa
Reterminação:
Resumindo...
Redução de comprimento
No caso de retirada de comprimento significativo de um Riser, pode haver a
necessidade de uso de estaca torpedo para fixação da conexão Riser/Flow ao solo.
Plataforma
Riser
•
Estaca
Torpedo
Fl
Caso haja danos em um longo trecho, tal reparo pode exigir a inserção de um
novo trecho de flexível para não haver redução de seu comprimento.
Resumindo..
.
9- COMENTÁRIOS FINAIS
A PETROBRAS vem atuando no sentido de analisar as diversas origens das
falhas nos Dutos Flexíveis e umbilicais, implantando rotinas de inspeção e manutenção,
medidas corretivas de campo e atuando junto aos fornecedores, de forma a viabilizar
melhorias de projeto de forma ágil, evitando a reincidência dos problemas, porém a
constante implementação de inovações tecnológicas nos Dutos Flexíveis e seus
acessórios, necessários a produção de óleo e gás em águas profundas, deve ser sempre
encarada como fatores de risco, que podem aumentar a probabilidade da geração de
novos modos de falha ou a evolução dos modos ora existentes. Por isso, é tão importante
o Gerenciamento da Integridade dos Dutos Flexíveis e umbilicais como forma de
minimizar os riscos inerentes a esta atividade
Dados do autor:
Luiz Lobianco é engenheiro mecânico e mestre em engenharia submarina, formado pela
UFRJ e COPPE respectivamente. Trabalha como Consultor Técnico na Petrobras, tendo
ingressado na empresa desde 1981. (E-mail: [email protected]). Foram
utilizados neste relatório, parte de outros trabalhos/ relatórios a quem agradeço: William
Albuquerque da Silva, Marcelo Brack dentre outros colegas da Petrobrás.