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Brasília-DF. Inspeção de equIpamentos e estruturas OffshOre Elaboração Igor de Mesquita Figueredo Produção Equipe Técnica de Avaliação, Revisão Linguística e Editoração Sumário APRESENTAÇÃO ................................................................................................................................. 5 ORGANIZAÇÃO DO CADERNO DE ESTUDOS E PESQUISA .................................................................... 6 INTRODUÇÃO.................................................................................................................................... 8 UNIDADE I CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE ................................................................ 11 CAPÍTULO 1 PROCESSOS E OPERAÇÕES OFFSHORE .................................................................................. 11 CAPÍTULO 2 EQUIPAMENTOS OFFSHORE .................................................................................................... 16 CAPÍTULO 3 ESTRUTURAS OFFSHORE .......................................................................................................... 22 UNIDADE II INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE ........................................................................................... 28 CAPÍTULO 1 NORMAS E ALGUNS CONCEITOS IMPORTANTES ...................................................................... 28 CAPÍTULO 2 INSPEÇÃO REMOTA – ROV ..................................................................................................... 35 CAPÍTULO 3 INSPEÇÃO DE RISERS ............................................................................................................. 40 CAPÍTULO 4 INSPEÇÃO DE DUTOS RÍGIDOS SUBMARINOS .......................................................................... 52 UNIDADE III INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS OFFSHORE ................................................................................................. 56 CAPÍTULO 1 INSPEÇÃO DE PLATAFORMAS FIXAS ........................................................................................ 56 CAPÍTULO 2 INSPEÇÃO DE TENSION LEGS ................................................................................................. 60 CAPÍTULO 3 INSPEÇÃO DE FPS .................................................................................................................. 65 UNIDADE IV INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL ......................... 69 CAPÍTULO 1 INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS TOPSIDE ........................................................................................ 69 CAPÍTULO 2 INSPEÇÃO DO SISTEMA DE TOCHA ......................................................................................... 74 CAPÍTULO 3 ESTRUTURAS EÓLICAS OFFSHORE ........................................................................................... 79 CAPÍTULO 4 INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL ...................................................................................... 82 REFERÊNCIAS ................................................................................................................................. 90 5 Apresentação Caro aluno, A proposta editorial deste Caderno de Estudos e Pesquisa reúne elementos que se entendem necessários para o desenvolvimento do estudo com segurança e qualidade. Caracteriza-se pela atualidade, dinâmica e pertinência de seu conteúdo, bem como pela interatividade e modernidade de sua estrutura formal, adequadas à metodologia da Educação a Distância – EaD. Pretende-se, com este material, levá-lo à reflexão e à compreensão da pluralidade dos conhecimentos a serem oferecidos, possibilitando-lhe ampliar conceitos específicos da área e atuar de forma competente e conscienciosa, como convém ao profissional que busca a formação continuada para vencer os desafios que a evolução científico-tecnológica impõe ao mundo contemporâneo. Elaborou-se a presente publicação com a intenção de torná-la subsídio valioso, de modo a facilitar sua caminhada na trajetória a ser percorrida tanto na vida pessoal quanto na profissional. Utilize-a como instrumento para seu sucesso na carreira. Conselho Editorial 6 Organização do Caderno de Estudos e Pesquisa Para facilitar seu estudo, os conteúdos são organizados em unidades, subdivididas em capítulos, de forma didática, objetiva e coerente. Eles serão abordados por meio de textos básicos, com questões para reflexão, entre outros recursos editoriais que visam tornar sua leitura mais agradável. Ao final, serão indicadas, também, fontes de consulta para aprofundar seus estudos com leituras e pesquisas complementares. A seguir, apresentamos uma breve descrição dos ícones utilizados na organização dos Cadernos de Estudos e Pesquisa. Provocação Textos que buscam instigar o aluno a refletir sobre determinado assunto antes mesmo de iniciar sua leitura ou após algum trecho pertinente para o autor conteudista. Para refletir Questões inseridas no decorrer do estudo a fim de que o aluno faça uma pausa e reflita sobre o conteúdo estudado ou temas que o ajudem em seu raciocínio. É importante que ele verifique seus conhecimentos, suas experiências e seus sentimentos. As reflexões são o ponto de partida para a construção de suas conclusões. Sugestão de estudo complementar Sugestões de leituras adicionais, filmes e sites para aprofundamento do estudo, discussões em fóruns ou encontros presenciais quando for o caso. Atenção Chamadas para alertar detalhes/tópicos importantes que contribuam para a síntese/conclusão do assunto abordado. 7 Saiba mais Informações complementares para elucidar a construção das sínteses/conclusões sobre o assunto abordado. Sintetizando Trecho que busca resumir informações relevantes do conteúdo, facilitando o entendimento pelo aluno sobre trechos mais complexos. Para (não) finalizar Texto integrador, ao final do módulo, que motiva o aluno a continuar a aprendizagem ou estimula ponderações complementares sobre o módulo estudado. 8 Introdução Olá a todos! Dando continuidade ao curso de Engenharia de Inspeção de Equipamentos e Materiais, apresentamos a disciplina de Inspeção de Equipamentos e Estruturas Offshore. Essa disciplina, como sugere o título, foca a inspeção de variados tipos de equipamentos e estruturas utilizados na indústria offshore, com ênfase na indústria petrolífera, que é responsável por grande parte das operações realizadas em alto mar. Operações offshore são aquelas realizadas fora da costa e não se limitam apenas à exploração de petróleo. Já existem, por exemplo, algumas regiões nas quais são produzidas energia eólica em alto mar, além de “geração” de energia das marés e de correntes marítimas. Porém, o texto deste caderno de estudos será voltado mais para a indústria petrolífera. Observe, neste material, que o fato de a operação ser offshore, seja ela qual for, já impõe diversas dificuldades para ser realizada, aumentando consideravelmente os custos de operação, os desafios logísticos, os riscos associados, os critérios de escolha de materiais e equipamentos etc. A elaboração deste material de estudos foi realizada através do uso de livros, artigos, apresentações em congressos, e normas nacionais e internacionais que versam sobre a inspeção de equipamentos e estruturas offshore. Objetivos » Unidade I: visa mostrar aos alunos uma visão geral dos equipamentos e processos offshore. Dessa forma, o entendimento da inspeção de equipamentos e estruturas offshore será facilitado quando se conhecem suas funcionalidades. » Unidade II: começa a discutir a inspeção de equipamentos e estruturas offshore propriamente dita. Primeiro, com uma visão geral e definições de termos que serão utilizados no decorrer deste caderno. Depois, é mostrada a apresentação de ROVs, que são fundamentais para a realização de diversas operações submarinas e, por fim, uma ampla discussão sobre a inspeção de componentesessenciais à produção de petróleo: os risers. 9 » Unidade III: tem como objetivo fornecer as definições e procedimentos relacionados às plataformas fixas, plataformas TLPs e navios-sonda FPS e FPSO. Toda essa unidade é baseada em normas internacionais, deixando claro para o aluno a importância do tema. » Unidade IV: Finalizando o caderno de estudos, tal unidade visa mostrar como é realizada a inspeção em estruturas e sistemas de grande porte (topside e sistema de tocha) em unidades de exploração offshore. Além disso, mostrar um pouco sobre a inspeção de estruturas eólicas offshore e a inspeção na construção naval. Não custa nada lembrar que a inspeção de equipamentos e estruturas é um problema de engenharia, isto é, através de um planejamento adequado, o Engenheiro de Inspeção é capaz de reduzir custos e garantir a segurança de uma operação ou de uma unidade de exploração. E quando se fala em custos de operações offshore, acredite, é muito dinheiro. Então, vamos lá! Bons estudos! 10 11 UNIDADE I CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE A Unidade I apresenta uma visão global dos principais conceitos, fundamentos, estruturas e outros pontos importantes que serão abordados posteriormente nas outras unidades deste caderno. CAPÍTULO 1 Processos e operações offshore O petróleo no Brasil – um breve histórico Certamente todos vocês já ouviram falar no pré-sal, não é mesmo? Sem dúvida alguma, este assunto é o principal responsável pela popularização (ou até introdução) do termo offshore na Língua Portuguesa. Contudo, antes de discutirmos acerca do pré-sal e da exploração offshore, vamos dar uma olhada rápida na história da produção de petróleo no território brasileiro. Segundo a Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), a primeira vez que jorrou petróleo no Brasil foi em 1939, na cidade de Lobato – BA, mas o primeiro poço comercialmente viável foi explorado somente em 1941 em Candeias – BA, mesmo que ainda de forma rudimentar. Com o passar do tempo, a indústria, principalmente a automobilística, foi exigindo cada vez mais atenção à exploração e ao tratamento do petróleo nacional. Assim, foram criadas algumas refinarias e, em 1953, o governo federal fundou a Petrobras, com o objetivo de monopolizar todas as etapas da indústria petrolífera, com exceção da distribuição. 12 UNIDADE I │ CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE A atenção sobre o “ouro negro” cresceu cada vez mais, fazendo necessárias a fundação de laboratórios, centro de estudos e agências reguladoras, dentre elas a ANP (na época, Agência Nacional do Petróleo), em 1997. Em 2007 foi descoberto o campo de Lula na Bacia de Santos, o primeiro do pré-sal, que hoje, em 2019, corresponde ao maior produtor de petróleo e gás no Brasil. Segundo Thomas (2004), o primeiro poço de petróleo offshore brasileiro foi descoberto na década de 1960 em Sergipe, no campo de Guaricema. Para se ter uma noção da evolução da exploração offshore no Brasil, a Petrobras explorava petróleo no máximo até 124 metros no ano de 1977 e atualmente existem reservatórios do pré-sal além dos 2000m de profundidade! Com base em dados da ANP, no ano de 2000, o Brasil produziu 71.643.694 m3 de petróleo, dos quais 59.510.401 m3 foram produzidos em unidades offshore, cerca de 83,1 % da produção total. Já em 2018, foram produzidos mais do que o dobro do ano 2000, isto é, 150.102.686 m3 de petróleo em todo território brasileiro, sendo 143.640.218 m3 em unidades de produção offshore. Em outras palavras, cerca de 95,7 % da produção brasileira de petróleo é proveniente de estruturas localizadas no mar, a maior parte delas em campos do pré-sal. Na Tabela 1, os dados de produção de petróleo da ANP são apresentados de forma mais detalhada para os últimos 10 anos, destacando-se a quantidade produzida em unidades de exploração offshore e a porcentagem de produção da exploração offshore em relação ao total. Observe o aumento considerável da porcentagem de óleo produzido em estruturas offshore em relação à produção total no território brasileiro, aumentando de 90,8 % (que já uma fração elevada) para 95,7 % nos últimos 10 anos. Tabela 1. Produção de petróleo no Brasil nos últimos 10 anos (em m3). Ano Produção total Produção offshore Porcentagem (%) 2009 1,13 x108 1,03 x108 90,8 2010 1,19 x108 1,09 x108 91,2 2011 1,22 x108 1,12 x108 91,4 2012 1,20 x108 1,09 x108 91,2 2013 1,17 x108 1,07 x108 91,4 2014 1,31 x108 1,21 x108 92,5 2015 1,41 x108 1,32 x108 93,4 2016 1,46 x108 1,37 x108 94,0 2017 1,52 x108 1,45 x108 95,2 2018 1,50 x108 1,44 x108 95,7 Fonte: ANP, 2019. 13 CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE │ UNIDADE I Portanto, perceba a complexidade das operações de engenharia para explorar e produzir petróleo atualmente. São essas questões que nos motivam a estudar e expandir as possibilidades a respeito das operações offshore, dentre elas a inspeção de equipamentos e estruturas dessa área. Dificuldades em operações offshore Existem diversas dificuldades relacionadas à realização de operações offshore. Como já mencionado anteriormente, cada dia mais o petróleo é explorado em maiores profundidades, isto é, para explorá-lo, são necessários estruturas e equipamentos cada vez mais complexos e específicos para operar em lâminas d’água cada vez maiores. Um exemplo claro dessas barreiras de operar em altas profundidades é o grande número de dutos flexíveis utilizados para transportar o fluido produzido do fundo do mar até unidade exploradora (leia-se plataforma). Os dutos rígidos, antes adotados, têm dificuldades de operar em altas profundidades devido às condições de pressão e consequente tendência de rompimento. Uma apresentação mais específica dos dutos rígidos e flexíveis será feita no Capítulo 2 desta unidade. Aliado a isso, muitos novos materiais são empregados nas operações offshore, principalmente titânio e polímeros. Apesar de não ser algo diretamente danoso à operação, a implementação de novidades em condições tão adversas de operação gera novos desafios e mais tempo para que haja adequação e, consequentemente, otimização dos processos. A logística de operações offshore também representa um problema significativo, aumentando consideravelmente o preço em relação a uma operação semelhante em terra. As condições de solo e climáticas, tais como o vento, as fortes ondas etc. (juntamente com os danos que elas causam), a distância da estrutura para o ponto de distribuição de óleo e gás, e a forma de transporte dos produtos são importantes pontos que dificultam e oneram as operações offshore. Na Figura 1 estão representadas algumas plataformas ao fundo em um bonito horizonte. 14 UNIDADE I │ CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE Figura 1. Plataformas de exploração de petróleo offshore. Fonte: https://cdn.pixabay.com/photo/2014/05/28/08/05/oil-platform-356282_960_720.jpg. Por mais que pareça uma ilustração fora de foco, a intenção do autor é oferecer ao aluno uma representação próxima da real. Observe que as plataformas estão distantes uma das outras, que, por sua vez, provavelmente estão a algumas milhas náuticas da costa. Agora, imagine que estas estruturas estão produzindo milhares de barris de petróleo por dia. Além disso, imagine as dificuldades citadas anteriormente e perceba o quão complexo é trabalhar com operações offshore, concorda? No decorrer deste caderno, tente colocar nas entrelinhas a magnitude das operações offshore para, assim, ter noção de quão essencial é realizar a inspeção das estruturas e dos equipamentos offshore de maneira correta e segura. Erros humanos em operações offshore O ser humano é passível de erros em todas as atividades que realiza. Contudo, em condições adversas de operação em alto mar, os erros humanos são evidenciados e elevados à enésima potência, principalmente devido às consequências operacionais e econômicas que eles causam. Uma provada preocupação que existe sobre o assunto é o número de estudos atuais acerca do assunto, entre eles o estudo de Abaei et al. (2019). Apesar do elevado grau tecnológico, com automatização em diversos serviços (inclusive o de inspeção!), praticamente todos os setores das operações offshore são 15 CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE │ UNIDADE I realizados por humanos (projeto, construção, operação, gerenciamento, manutenção etc.). De forma mais clara, atualmente se faz necessário até a predição da incerteza das atividades humanas, prevendo todas as possíveis causas de erros humanos e gerando modelos que calculam e identificam as consequências das ações humanas e os riscos operacionais. Isso é importante de modo a prevenir possíveis erros e garantir (ou pelo menos tentar) a segurança geral e a confiabilidade das operações offshore como um todo. 16 CAPÍTULO 2 Equipamentos offshore Visão geral de equipamentos offshore Uma unidade de exploração offshore é composta por diversos sistemas de equipamentos, com as mais variadas utilidades e funções. Segundo Thomas (2004), dentre os sistemas de uma unidade de exploração, pode-se citar: » Sistema de movimentação de cargas: como o nome sugere, este é o sistema que permite mover e transferir diversos equipamentos pesados e grandes em uma unidade de exploração. Tal sistema é composto pelo guincho, bloco de coroamento, conjunto de polias (catarina), elevador etc. » Sistema de geração e transmissão de energia: a energia pode ser gerada a partir da fiação elétrica proveniente da costa (muito raro por questões logísticas, por motores diesel ou por turbinas a gás que acionam os geradores da unidade de exploração). » Sistema de rotação: tal sistema é utilizado na fase de perfuração de um poço de petróleo e é composto pela mesa rotativa, kelly, cabeça de injeção ou swivel, top drive, motor de fundo e pela broca. » Sistema de circulação: sistema adotado na fase de perfuração e estimulação do poço de petróleo que permite a circulação dos fluidos de perfuração, completação e os utilizados na estimulação pelo espaço anular ou pelo próprio riser (a depender da finalidade da injeção do fluido). » Sistema de segurança, monitoramento e controle: sistema composto principalmente pelo BOP (Blowout Preventer), que é um conjunto de válvulas que têm a função de prevenir a ocorrência de blowouts e kicks. Nesse sistema também existem diversos tipos de sensores de pressão, temperatura etc., tudo isso conectado a uma sala de controle. 17 CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE │ UNIDADE I Árvore de natal molhada (ANM) As ANMs são instaladas no fundo do mar com o objetivo de servir de apoio para os cabos umbilicais, que são os responsáveis por transmitir sinais de controle de um painel localizado na superfície da unidade exploradora para um conjunto de válvulas da ANM. Segundo Thomas (2004), de acordo com a disposição dos cabos umbilicais, a complexidade da organização e as condições de instalação e operação, as ANMs podem ser classificadas como: » ANM-DO (“diver operated”): esse tipo de ANM é operada manualmente pelo mergulhador, sendo tal profissional o responsável por controlar as válvulas e conexões. Devido a sua simplicidade, a ANM-DO é de baixo custo, somente empregada em até 200 m de profundidade; » ANM-DA (“diver assisted”): nesse tipo, as válvulas da ANM não são operadas manualmente pelo mergulhador, sendo tal profissional responsável apenas por manipular as conexões dos cabos umbilicais. Esse tipo de ANM pode operar em até 300 m de profundidade; » ANM-DL (“diverless”): é um tipo intermediário de ANM, visto que não são mais utilizadas em novos poços. Porém são importantes por serem as precursoras em operar sem a presença de mergulhadores, sendo o controle de válvulas e de conexões dos cabos umbilicais realizado por equipamentos hidráulicos. O tipo DL era empregado em até 400 m de profundidade; » ANM-DLL (“diverless lay-away”): esse tipo de ANM é resultado de um conjunto de aprimoramentos realizados na ANM-DL. Dentre eles, pode-se destacar o fato de ANM já descer do barco para o fundo do mar com todas as conexões de cabos umbilicais devidamente conectados, evitando que vazamentos e outros problemas sejam observados somente quando colocados no fundo do mar; » ANM-GLL (“diverless guidelineless”): essa configuração de ANM se assemelha ao ANM-DLL. A principal diferença é que não se utilizam cabos-guias para descer ANM, mas sim um moderno sistema de funis. Isso possibilita que a instalação seja realizada em profundidades superiores a 1000 m de lâmina d’água. 18 UNIDADE I │ CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE Risers Segundo a norma da Petrobras N-1812, os risers são definidos como os “dutos que ligam uma unidade de produção a um duto submarino ou a uma linha de fluxo”. Exemplificando, os risers constituem a ligação física que liga o fundo do mar até a superfície, transportando os fluidos de produção (óleo e gás). É importante não confundir esses tipos de dutos com as linhas de fluxo, também chamadas de “flowline”, que são definidas pela norma N-1812 como a “tubulação flexível ou rígida assentada sobre o leito marinho, trabalhando em regime estático, usada para interligar instalações submarinas de produção tais como poços e coletores (“manifold”).” Em outras palavras, as linhas de fluxo são dispostas horizontalmente sob o solo submarino, enquanto os risers interligam o fundo do mar até a unidade exploradora. Desse modo, os risers são sujeitos a mais ações ambientais (como correntes marinhas) do que as linhas de fluxo. Contudo, no Brasil, a Petrobras trata igualmente a inspeção de risers, linhas de fluxos e outros dutos rígidos na norma N-1487 – Inspeção de dutos rígidos submarinos, que é abordada no Capítulo 4 da Unidade II. Estruturalmente, os risers são divididos em rígidos e flexíveis. Contudo, de acordo com a função e as condições ambientais do local onde os risers são projetados, eles podem ser: » Catenária: os risers projetados de catenária são livres, isto é, são conectados somente em dois pontos, um na unidade exploradora e o outro no fundo do mar. Apesar de simples do ponto de visto do projeto, o fato de ser conectado em apenas dois pontos sobrecarrega tais conexões, causando problemas de flambagem, fadiga e possível ruptura. A configuração catenária é uma das mais utilizadas em estruturas offshore devido à sua simplicidade e baixo custo de projeto/execução, mas, devido aos problemas já citados, à medida que aumenta a profundidade, menor é sua eficiência e vida útil. » “Lazy wave”: diferentemente dos risers de catenária, os de estrutura de lazy wave possuem flutuadores intermediários, que distribuem melhor as forças de tração e compressão nos pontos de contato na unidade exploradora e no fundo do mar. Observe que a posição dos flutuadores no riser passam por cálculos de engenharia, dependendo de fatores externos, como a maré, correnteza, pressão, etc. 19 CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE │ UNIDADE I » “Lazy-s”: tal estrutura se assemelha à “lazy wave”, porém se utiliza uma boia ao invés de flutuadores, limitando o movimento lateral da unidade exploradora. Na prática, essa boia funciona como um terceiro ponto de conexão, além dos outros dois. » “Pliant wave”: tal configuração faz uso de um tendão próximo ao fundo do mar, que prende o riser de forma mais organizada, limitando os movimentos laterais e servindo como outro ponto de apoio para a concentração de forças. » “Steep”: se divide em “steep wave” e “steep-s”, que são semelhantes à configuração do tipo “lazy”. A principal diferença é que o modelo “steep” é mais vertical do que o “lazy”. Risers rígidos De maneira bem simples, os risers rígidos são tubos de aço e que, devido a sua simplicidade, são bem mais baratos do que os risers flexíveis. Contudo, é essa rigidez que deixa tais dutos muito propensos a sofrer com o movimentodas ondas e das correntes, e com a pressão. Deste modo, o riser rígido é mais susceptível a sofrer fissuras, rupturas etc. Risers flexíveis Como mencionado anteriormente, a implementação da tecnologia de risers flexíveis surgiu a partir da necessidade de explorar o petróleo em águas cada vez mais profundas, visto que a elevada pressão no fundo do mar era bastante danosa à estrutura dos risers rígidos à época. Mas o que faz ou garante que esses risers sejam flexíveis e, consequentemente, mais resistentes às tensões submarinas? De modo simples, são as características composicionais e estruturais dos risers flexíveis. Eles são estruturas multicamadas que compreendem diferentes materiais, com diferentes funções, inclusive suportando pressão interna e externa, evitando vazamentos de hidrocarbonetos produzidos, sustentando forças de tração e protegendo contra a água do mar. Portanto, perceba que os risers flexíveis representam uma parte crítica da produção de petróleo e operação de unidades offshore, exigindo uma inspeção criteriosa. Visando otimizar a inspeção dessas estruturas, diversos artigos científicos atuais abordam esse tema, dentre eles o trabalho de Cheilakou et 20 UNIDADE I │ CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE al. (2018). Observe na Figura 2 um exemplo das camadas de construção de um riser flexível utilizado na exploração de petróleo em altas pressões. Figura 2. Exemplo de estrutura interna de riser flexível. Fonte: Adaptado de https://www.researchgate.net/profile/Paul_Gundersen2/publication/267606742/figure/fig3/AS:32979857341 2356@1455641515534/Typical-flexible-riser-cross-section.png. Em geral a camada mais interna é a carcaça intertravada, que está diretamente em contato com o fluido de produção, tendo como principais funções, proteger as outras camadas dos fluidos (lembre-se de que o petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos que normalmente apresenta muitas impurezas) e resistir à pressão externa, evitando danos seríssimos à estrutura. Por sua vez, a camada mais externa é feita de um polímero plástico com a função de proteger a estrutura do meio externo, principalmente de corrosão. As outras camadas formadas são de aço SAE 1045, aço 1065, polietileno e outros materiais sintéticos de diferentes propriedades mecânicas, que são utilizados a fim de se obter um riser com capacidade de operar em condições ambientais adversas. Cada camada possui entre 4,25 e 12,5 mm de espessura, com diferentes funções, conforme já descrito. Processamento de fluidos offshore Infelizmente, a produção de petróleo não ocorre como na teoria, isto é, não é apenas óleo que é produzido. Na prática, com o aumento da profundidade e das dificuldades na produção, quando se produz óleo, produz-se inevitável e simultaneamente gás, água e impurezas em geral. Sendo que, desses componentes, apenas o óleo e o gás possuem valor agregado. Portanto, a fim de evitar problemas na transferência dos produtos desejados (óleo e gás) para a refinaria, é necessário um processamento primário ainda 21 CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE │ UNIDADE I na própria unidade exploradora. Para tal, uma unidade possui equipamentos dispostos na estrutura topside capazes de realizar processos físicos e químicos. Geralmente, após o fluido chegar no manifold de produção, ocorrem processos de separação, tratamento de óleo, compressão, desidratação, processamento de gás, tratamento de água etc. Dentre os problemas que podem ocorrer durante o processamento primário, pode-se citar a formação de espumas e emulsões, obstrução por parafinas, presença de areia (que é bastante danoso para as tubulações em geral) etc. Vale salientar que, para escolher corretamente quais equipamentos e processos ocorrerão no processamento primário na unidade, é necessário o conhecimento do fluido que será produzido, sendo tudo projetado de acordo com as características composicionais desse fluido. 22 CAPÍTULO 3 Estruturas offshore Tipos de unidades exploradoras É muito comum associar-se produção de petróleo offshore a plataformas fixas, como vemos na televisão. Porém, existem dois tipos básicos de unidades de exploração de acordo com a posição do BOP, a saber: » BOP localizado na superfície da unidade: plataformas fixas, autoeleváveis, submersíveis e “tension legs”. » BOP localizado no solo marinho: semissubmersíveis, FSO (“Floating, Storage and Offloading”) e » FPSO (“Floating, Production, Storage, and Offloading”). Cada uma dessas unidades possui peculiaridades e funções dentro do que se planeja para seu funcionamento e, claro, diferentes custos-benefícios (THOMAS, 2004). Plataformas fixas Tal tipo de plataforma é projetado para operar em até 300 m de lâmina d’água, visto que tal estrutura é fixada ao fundo do mar por estacas. Esse tipo foi pioneiro na exploração de petróleo offshore e sua instalação depende bastante do relevo do solo submarino. No mais, as plataformas fixas não são capazes de estocar os fluidos produzidos, tendo que despachá-los por navios, oleodutos ou gasodutos. A Figura 3 é um exemplo de plataforma fixa. 23 CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE │ UNIDADE I Figura 3. Plataforma fixa. Jaqueta Fonte: Adaptado de https://cbie.com.br/wp-content/uploads/2019/03/MKT_2019-Plataforma-Fixa.png. A parte estrutural submersa de uma plataforma é chamada jaqueta (do inglês, “jacket”), que compreende a estrutura de aço que vai do fundo do mar até um pouco acima do nível do mar. Tal estrutura é muito importante para o funcionamento de unidade de produção fixa, visto que toda a plataforma fixa é sustentada por ela. As plataformas fixas são também denominadas “jacket platforms” ou plataforma de jaquetas, tamanha a importância dessas estruturas. Plataformas autoeleváveis São estruturas móveis, que são rebocadas por navios e capazes de operar apenas em águas relativamente rasas (até 130 m). Elas possuem pernas que parecem torres, que quando acionadas mecânica ou hidraulicamente, se movem verticalmente até atingir o solo submarino e elevarem a unidade até uma altura capaz de não sofrer impacto das ondas. Apesar de garantirem boa estabilidade à unidade quando em operação, os movimentos de elevação das pernas e de reboque são bastante perigosos e exigem bastante destreza para serem executados, buscando garantir a segurança dos funcionários e da estrutura como um todo. Na Figura 4 tem-se um exemplo de plataforma autoelevável. 24 UNIDADE I │ CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE Figura 4. Plataforma autoelevável. Fonte: https://prosetmarine.com/wp-content/uploads/2017/02/JACK-UP-PLATAFORMA-1024x819.jpg. Plataformas submersíveis As plataformas submersíveis também operam apenas em águas rasas, tendo como agravante o fato de que o local deve ser calmo, sem ação ou variações bruscas de correntezas e ondas. Nesse sentido, tal configuração é mais aplicada em rios e lagos (sendo criterioso, boa parte das plataformas submersíveis não se encaixam na categoria de unidade de exploração de petróleo offshore). As plataformas submersíveis são transportadas por rebocadores até o local de operação, quando são lastreadas (a entrada de água afunda o casco da unidade) e o próprio casco da unidade é quem realiza a fixação no solo. Plataformas “tension legs” As plataformas do tipo “tension leg” ficam em contato direto com a lâmina d’água, sendo sustentadas por cabos tubulares (as chamadas legs), que, devido aos movimentos das ondas, correntes e ventos, ficam quase o tempo todo tracionados. O fato de os cabos se manterem tracionados promove a estabilidade da estrutura como um todo. A Figura 5 ilustra uma plataforma do tipo “tension leg”. 25 CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE │ UNIDADE I Figura 5. Plataforma do tipo “tension leg”. Fonte: https://ars.els-cdn.com/content/image/3-s2.0-B9780123838469000060-f06-369-9780123838469.jpg. Plataformas semissubmersíveis As plataformas semissubmersíveissão estruturas com um ou mais conveses que se mantêm flutuando graças à sustentação de flutuadores submersos. Por estar em contato direto com a lâmina d’água, tal tipo de plataforma fica sujeito à ação das ondas, das correntes e dos ventos. Assim, para garantir uma maior estabilidade, essa unidade dispõe de sistemas de ancoragem e sistema de posicionamento dinâmico, podendo ter também sistema de propulsão próprio. Na Figura 6, tem-se um exemplo desse tipo de unidade exploradora. Figura 6. Plataforma semissubmersível. Fonte: https://clickpetroleoegas.com.br/wp-content/uploads/2018/12/Kishorn-prepara-a-maior-plataforma-semi- submers%C3%ADvel-do-mundo-622x440.jpg. 26 UNIDADE I │ CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE FPS Popularmente conhecidas como navio-sonda, as estruturas FPS (Floating Production and Storage), como sugere o nome do inglês, são estruturas flutuantes e que produzem e armazenam os fluidos (gás e/ou óleo). Também existem as FPSOs (Floating Production Storage and Offloading), que são um tipo de FPS e, além dessas funções já descritas, têm a capacidade de transferir os fluidos produzidos através de um sistema de transbordo. A norma da Petrobras N-1812 define a estrutura FPSO como uma “embarcação do tipo monocasco (“monohull”), com capacidade para processamento e armazenamento de petróleo, e posterior descarregamento para um navio aliviador, chamado “shuttle tanker”. Essas unidades também são dotadas de sistemas de ancoragem e de posicionamento, inclusive com GPS (sistema de posicionamento global). Na Figura 7, observa-se uma ilustração de navio-sonda. Figura 7. Unidade de exploração do tipo FPS. Fonte: https://img.offshore-mag.com/files/base/ebm/os/image/2018/07/1806offgulf_p02.png?auto=format&w=720. Estruturas topside Também chamada de planta de processamento, a estrutura topside é a parte superior de uma plataforma que contém uma série de equipamentos fundamentais para o pleno funcionamento de uma unidade exploradora de petróleo offshore. 27 CONCEITOS E FUNDAMENTOS DAS OPERAÇÕES OFFSHORE │ UNIDADE I Numa plataforma fixa, por exemplo, a topside é a parte imediatamente superior à jaqueta da plataforma, contendo os módulos, sistemas e equipamentos em geral. Já em unidades flutuantes, a estrutura topside é localizada no convés e é sujeita a diversas cargas e fadigas, causadas pelos movimentos cíclicos e irregulares das ondas e correntes marítimas. Dentre tais equipamentos, pode-se citar vasos de pressão, sistemas de bombas, sistema de geração de energia, planta do processamento de óleo e gás etc. Numa linguagem mais direta, é na estrutura topside que estão localizados boa parte dos módulos e sistemas que possibilitam a exploração offshore. A discussão da inspeção de boa parte dos equipamentos da estrutura topside é realizada no caderno de Inspeção de Equipamentos e Estruturas Onshore, sendo a principal diferença relacionada às normas e condições de trabalho dos funcionários. 28 UNIDADE II INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE A Unidade II apresenta a inspeção dos principais equipamentos encontrados em operações de produção de petróleo offshore. Nesta unidade, além da explanação do conceito de ROV (do inglês, “Remotely Operated Vehicle”), o principal objetivo é detalhar como é realizada a inspeção de risers, mostrando as principais falhas desses equipamentos essenciais para produzir petróleo. CAPÍTULO 1 Normas e alguns conceitos importantes Normas internacionais Com o passar dos anos, a exploração de óleo e gás e outras atividades offshore foi crescendo e passando cada vez mais a ser desafiadora. Nesse sentido, foi necessário que houvesse uma normalização das atividades offshore, de modo a garantir uma maior segurança e qualidade aos serviços como um todo. Foi nesse cenário que o American Petroleum Institute (API), por meio do Offshore Structure Committee (OSC), elaborou as primeiras normas para diversas atividades offshore, dentre elas construção, design, fabricação, inspeção etc. Vale salientar que nessa época, muitos dos procedimentos realizados onshore eram realizados também em estruturas offshore. Porém, logo percebeu-se que várias dessas atividades, devido às condições ambientais, não poderiam ser realizadas em ambos tipos de estruturas, dentre as quais soldagens, substituição de materiais, alguns tipos de conexões etc. Atualmente, a principal norma (API Recommended Practice [RP] 2A Working Stress Design [WSD]) de operações offshore, que serviu como base para diversas 29 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II outras, já está na 22ª edição. Tal norma e suas ramificações cobrem todos os aspectos do planejamento, design e construção de todas as plataformas e seus sistemas de ancoragem, de risers, de fundação, além da padronização dos mais diversos serviços offshore, incluindo inspeção e manutenção. Normas nacionais No Brasil, as normas que versam a respeito de operações offshore são elaboradas por grupos da Petrobras, juntamente com a subcomissão autora CONTEC – Comissão de Normalização Técnica. Tais normas são válidas para a aplicação interna da Petrobras e para todas as empresas subsidiárias, devendo ser usada pelos seus fornecedores de bens e serviços, conveniados ou similares. Essas normas são elaboradas tendo como base normas de organizações internacionais como API, Det Norske Veritas (DNV), International Organization for Standardization (ISO), American Society of Mechanical Engineers (ASME) etc., além de fazer uso de recomendações da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Inspeção offshore, o que é? Segundo o API, offshore é um termo geral usado para descrever as operações de petróleo e gás que ocorrem em oceanos e outras porções grandes de água, onde alguns dos maiores reservatórios de petróleo e gás foram descobertos. Tal termo refere-se tipicamente a atividades de exploração e produção realizadas em plataformas de perfuração offshore, no entanto, também existem dutos offshore e instalações de armazenamento. Como citado anteriormente, nas operações offshore, os riscos à segurança de processos e pessoas são evidenciados. Portanto, é importante que os funcionários tomem medidas para garantir a segurança e a confiabilidade de suas operações, dentre elas a inspeção. Inspeção, de forma direta, é a verificação de um determinado componente, seja ele uma grande estrutura metálica, como uma torre de uma plataforma ou um casco de um navio; ou uma pequena conexão de tubos. É uma boa inspeção que garante que aquela operação, como um todo, seja bem executada e se mantenha assim. Quando se fala em inspeção offshore, refere-se à inspeção de dutos horizontais, risers, conexões, válvulas, vasos de pressão, casco de navios, flutuadores etc. (a 30 UNIDADE II │ INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE lista é enorme). Tal inspeção é realizada através de mergulhadores, sensores, veículos remotos submarinos, drones, softwares e outros. Nas unidades seguintes serão apresentados esses assuntos de forma mais detalhada. Inspeção baseada em risco – RBI Do inglês, “Risk Based Inspection”, é uma prática internacional recomendada pela API RP 581 e sua precursora API RP 580. De modo geral, a RBI é utilizada com os objetivos de: identificar e medir os riscos do equipamento a ser inspecionado; fornecer uma compreensão precisa desses riscos e dos motivos que geram esses riscos; permitir um gerenciamento efetivo dos riscos envolvidos no processo; e reduzir os riscos associados a outros componentes. Tal técnica é realizada a partir de análises qualitativas e quantitativas de dados associados de probabilidade de falha (PoF) e consequências de falhas (CoF) de um determinado equipamento ou parte dele. Na Figura 8 tem-se a representação de um esquema que mostra a relação entre a PoF e a CoF com o aumento do risco de falha. Quanto maior a probabilidade e consequência de falha, maior o risco associado aquele equipamento ou parte dele. Os retângulos de cor vermelharepresentam alto risco de falha, os de cor amarela correspondem a riscos moderados e os de cor verde são os componentes de menor risco. Figura 8. Relação entre PoF, CoF e risco associado em uma RBI. Consequências de falhas (CoF) Pr ob ab ili da de d e fa lh as (P oF ) Fonte: Elaborado pelo autor. Adaptado de API RP 653. 31 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II Em equipamentos e estruturas offshore é muito comum adotar as técnicas RBI, conforme será relatado em tópicos posteriores. A análise de riscos é essencial para o funcionamento, em segurança, das operações offshore. Structural Integrity Management (SIM) Em operações offshore também é muito comum a aplicação do conceito de SIM, que, numa tradução literal, corresponde ao gerenciamento da integridade estrutural. Mas o que é SIM? Segundo O’Connor et al. (2005), SIM é um processo contínuo realizado durante todo o ciclo de vida de estruturas offshore para garantir a adequação contínua dessas estruturas ao que fora previamente projetado, otimizando e prolongando as operações realizadas. É justamente esse programa contínuo e adaptável que prolonga o tempo de vida de equipamentos e estruturas, sempre respeitando os critérios de segurança. O planejamento do programa de inspeção, por exemplo, está incluso no processo SIM. No programa de inspeção, estão inclusos a periodicidade das inspeções e o escopo do trabalho, definindo quais as ferramentas, métodos e técnicas de inspeção a serem utilizados. No SIM também estão inclusas medidas de redução ou mitigação de riscos de acordo com dados do RBI. De forma geral, o processo SIM se divide em quatro grandes blocos, a saber: » Dados: sistema gerenciado para arquivamento e recuperação de dados do SIM e outros registros. » Avaliação: sistema de avaliação da integridade estrutural e adequação ao propósito da operação, além de iniciar o desenvolvimento de ações corretivas. » Estratégia: elaboração de estratégias de inspeção geral e de critérios para realizar inspeção em serviço, isto é, sem necessitar parar a produção e deixar de ganhar dinheiro. » Programa: escopos detalhados para determinação das atividades de inspeção e execução offshore para a obtenção dos dados de qualidade. Essas etapas funcionam em forma cíclica, assim como representado no diagrama da Figura 9. 32 UNIDADE II │ INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE Figura 9. Diagrama representativo da organização de SIM. Dados Avaliação Estratégia Programa S tructural I ntegrity M anagement Fonte: Elaborado pelo autor, 2019. Outras definições importantes Além dos conceitos já citados, existem outros termos que você vai encontrar nesse caderno de estudos e são muito importantes para o entendimento da inspeção de equipamentos e estruturas offshore. Com base no Regulamento Técnico SGSS e normas API, têm-se as definições nos seguintes tópicos. Plano de inspeção Plano para a inspeção em serviço de uma determinada estrutura ou equipamento, incluindo a programação e o escopo das inspeções. Programa de inspeção Detalhamento do escopo, dos métodos e do tempo das atividades de inspeção para as estruturas, equipamentos e componentes. Nesse programa deve estar incluído o conjunto de recomendações para reparo, manutenção ou substituição do item inspecionado. Relatório de inspeção Documento técnico que apresenta a descrição de todos os eventos conformes e não conformes estabelecidos na especificação ou plano de inspeção. 33 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II Inspeção de fabricação Atividade desenvolvida com fins de planejamento e execução visando verificar, nas instalações do fornecedor e/ou subfornecedores envolvidos, a conformidade dos equipamentos ou materiais fabricados com os documentos contratuais. Inspeção em serviço Todas as atividades de inspeção realizadas quando o equipamento está em operação, compreendendo o período após a instalação e antes de sua retirada. Responsável técnico pela inspeção Pessoa ou gerência com responsabilidade técnica pelas inspeções previstas no plano de inspeção. Mecanismo de falha Fenômeno ou processo que atua nas estruturas, equipamentos e outros componentes, causando a perda discreta, progressiva ou acelerada de resistência, funcionalidade ou reserva de operacionalidade, podendo frequentemente interagir com outros mecanismos de falha. Corrosão e fadiga são exemplos de mecanismo de falha. Modo de falha Maneira que um equipamento e/ou estrutura manifestam a incapacidade de operação, podendo ocorrer de forma gradativa (progressão de pequenos mecanismos de falha) ou de forma abrupta. Por exemplo, o envelhecimento e a abrasão são modos de falha. Componentes Elementos mecânicos pertencentes ao sistema offshore, dentre eles, pode-se citar: flanges, conectores, parafusos, juntas etc. Locais e equipamentos críticos Áreas ambientalmente sensíveis, locais com intensa navegação ou outras áreas definidas como críticas por uma análise de riscos. Já os equipamentos críticos são qualquer equipamento ou elemento estrutural da instalação que poderia, em 34 UNIDADE II │ INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE caso de falha, causar ou contribuir significativamente para um acidente ou para problemas operacionais. Estruturas temporárias Estruturas utilizadas somente durante a fabricação, o transporte e/ou a instalação de grandes estruturas. Quando se inicia a operação, as estruturas temporárias não estão mais presentes. Guindastes e suportes utilizados na instalação de estruturas topside, por exemplo. Corrosão Tipo de mecanismo de falha que leva à deterioração de um material ou das suas propriedades devido à reação com o meio envolvente, incluindo oxidação, abrasão, erosão, desgaste e demais formas de perda de material. Fadiga Outro mecanismo de falha muito comum é a fadiga, que consiste na ação progressiva de movimentos repetitivos, causando zonas alternadas de tensão e deformação. As ações do vento, das ondas e das correntes são importantes causadores de fadiga em risers e outros dutos submarinos, por exemplo. Vaso de pressão Um contêiner projetado para suportar pressão interna ou externa. Tal pressão pode ser imposta por uma fonte externa, pela aplicação de calor de uma fonte direta ou indireta, ou por qualquer combinação dos mesmos. Essa definição inclui trocadores de calor, refrigeradores de ar e outros vasos geradores de vapor que utilizam calor da operação de um sistema de processamento ou outra fonte de calor indireta. Esses componentes são encontrados nas estruturas topside. Vida útil de projeto Período especificado e documentado na fase de projeto original, na qual a integridade do Sistema Submarino é prevista, considerando a realização de manutenção predefinida, porém sem requerer reparo substancial. 35 CAPÍTULO 2 Inspeção remota – ROV Como você já deve ter percebido, há muita dificuldade de realizar operações em meios submersos. Muitas vezes, a profundidade e a pressão são tão grandes que a atividade não pode ser realizada por seres humanos. Porém, graças aos avanços tecnológicos, essas atividades, inclusive a inspeção de diversos componentes offshore, podem ser realizadas por “Remotely Operated Vehicles”, os ROVs. Esses equipamentos, não tripulados, são conectados por cabos umbilicais capazes de transmitir os sinais desde uma mesa de controle na superfície da embarcação até a zona submersa. Segundo Carvalho et al. (2009), os ROVs são projetados para realizar funções específicas e, de acordo com sua função, eles são equipados. Alguns componentes dos ROVs são câmeras, braço mecânico, refletores e vários sensores capazes de medir a temperatura, pressão externa, velocidade das correntes etc. A Figura 10 é uma representação de um modelo de ROV, com alguns desses componentes. Figura 10. Exemplo de ROV. Braço mecânico Câmera Fonte: adaptado de https://ae01.alicdn.com/kf/HTB1OwSLPVXXXXXiXpXXq6xXFXXXR/ROV110-Submarine-110ROV-UNDERWATER- ROBOT-BRUSHLESS-RTR-Undersea-detection-Underwater-Archaeology.jpg.36 UNIDADE II │ INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE Classificação de ROVs Segundo Capocci et al. (2017), basicamente, os ROVs se dividem em duas grandes classes: ROVs de intervenção e ROVs de inspeção. ROVs de intervenção Os ROVs de intervenção, também chamados de ROVs de trabalho, são os trabalhadores da indústria de engenharia naval, sendo a grande maioria utilizado na indústria offshore de petróleo e gás. Essa classe pode ser dividida em modelos leves e pesados. Os ROVs leves podem pesar entre 100 kg e 1500 kg. Geralmente, eles são veículos totalmente elétricos, com subsistemas hidráulicos para controle de um manipulador. Eles podem operar em profundidades (até 3.000 m) muito maiores do que ROVs de inspeção, sendo utilizados para realizar limpezas, perfurações e levantamento de alguma área, como citado anteriormente, dependendo dos equipamentos associados ao veículo. Os ROVs de intervenção do tipo pesado máquinas mais robustas, pesando até 5.000 kg, com sistemas de propulsão e manipulação acionados hidraulicamente, geralmente. É justamente o conjunto hidráulico que permite o veículo realizar serviços mais pesados. Esses veículos podem ser operados em profundidades de até 6.000 m. Devido à massa dos ROVs de intervenção, geralmente são empregados sistemas de lançamento e recuperação (LARS), juntamente com um sistema de gerenciamento de Tether (TMS). Normalmente, esses sistemas são grandes e ocupam um volume considerável de espaço a bordo do navio de superfície a partir do qual são operados. Em outras palavras, os ROVs de intervenção pesados fazem uso de sistemas complexos, que ocupam um volume significativo dos navios e que necessitam que a operação seja realizada por profissionais altamente treinados. Esses fatores ocasionam custos operacionais elevados. Por isso, para muitas aplicações de ROV, esses veículos grandes não são viáveis, nem eficientes, substituindo-os por ROVs de inspeção, reduzindo custos e complexidade. 37 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II ROVs de inspeção Os ROVs de inspeção, também chamados de ROVs de observação, são geralmente menores que os ROVs de intervenção. Quanto ao seu porte, os ROVs de inspeção podem ser divididos em ROVs médios e ROVs portáteis (ou microdimensionais). Os ROVs de inspeção médios geralmente pesam entre 30 kg e 120 kg, porém os veículos maiores podem exigir um LARS para operações, aumentando seu custo operacional. Os ROVs médios tendem a ser modelos de estrutura aberta, permitindo que sensores extras e outros componentes sejam adicionados. Além da inspeção, alguns veículos podem realizar outras operações, como a limpeza, ou a recuperação de itens. De modo a melhorar a qualidade da inspeção, estão sendo implantados nesses ROVs, sistemas de navegação cada vez mais precisos e imagens de alta resolução. Além disso, sonares com imagens também podem ser montados, independentes de sistemas de navegação, e usados como “olhos acústicos” em tempo real para navegação, inspeção e busca em águas turvas. A potência e as comunicações para ROVs de tamanho médio podem ser transmitidas através de núcleos de cobre ou uma combinação de núcleos de cobre e fibra ótica no cordão umbilical. Alguns ROVs desta categoria podem ter altas capacidades de empuxo, superando seu grande volume e arraste, permitindo assim um bom controle em condições difíceis. Os ROVs de inspeção micro ou portáteis podem pesar entre 3 kg e 20 kg, correspondendo ao tipo mais simples, diminuindo os custos operacionais e permitindo que o usuário conclua o trabalho de maneira eficiente. Esse tipo de ROV pode operar em profundidades menores que 300 m, muito por causa de sua estrutura e a pressão externa. Existem muitas configurações de ROVs portáteis, desde variantes de formas de cubo a designs mais dinâmicos. A estabilidade desses veículos é frequentemente reduzida em comparação com a dos ROVs de inspeção de chassi aberto e isso geralmente é um resultado direto de sua forma. A potência e a comunicação para o ROV portátil são transmitidas através de núcleos de cobre no umbilical. É raro ver núcleos de fibra ótica em uso, devido ao alto custo associado à fibra. O empuxo, em relação de peso, no entanto, ainda pode ser alto devido à sua pequena massa. Aplicações desta classe de ROV são quase exclusivamente limitadas a operações de inspeção, embora algumas possam ser equipadas com pequenos manipuladores capazes de coletar materiais leves. 38 UNIDADE II │ INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE Na Figura 11 tem-se um esquema que representa a classificação dos ROVs, conforme relatado no texto acima. Figura 11. Classificação de ROVs. ROV ROV de inspeção ROV de intervenção ROV médio ROV portátil ROV leve ROV pesado Fonte: Adaptado de Capocci et al., 2017. Aplicações de ROVs de inspeção Segundo o estudo de Capocci et al. (2017), os ROVs de inspeção podem ser utilizados em diversas áreas, mostradas na Tabela 2: Tabela 2. Aplicações dos ROVs de inspeção. Área de aplicação Exemplos de atividade dos ROVs de inspeção Meio ambiente Monitoramento costeiro, monitoramento de habitats, avaliações de poluição Segurança Detecção de contrabando, inspeção de explosivos não detonados Hidrelétrica Inspeção da estrutura das paredes das barragens e de bloqueios nas comportas Aquicultura Inspeção de redes de pescaria e identificação de zonas de poluição, através da presença de peixes mortos Militar Busca por minas, detonação dessas minas, identificação de possíveis alvos Ciência Investigação do leito marinho, estudos da vida marinha, amostragem de água e sedimentos Exploração offshore de óleo e gás Inspeção de tubulações, equipamentos e estruturas, detecção de vazamentos visuais, operações com mergulhadores Energia renovável marinha Inspeção das estruturas em áreas de difícil acesso Energia nuclear Inspeção e operação em áreas que causam perigo aos seres humanos Busca e resgate Operações de busca e resgate de embarcações naufragadas ou à deriva Engenharia civil Monitoramento de estrutura de pontes e píers, inspeção da fundação de estruturas Fonte: Adaptado de Capocci et al., 2017. 39 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II Observe a quantidade de áreas e aplicações em que os ROVs de inspeção podem ser utilizados, sendo muitas vezes a opção mais prática e rentável para determinada situação. A Figura 12 ilustra uma aplicação de ROV, sendo utilizado na inspeção de dutos submarinos. Figura 12. ROV em operação de inspeção submersa. Fonte: http://4.bp.blogspot.com/-7Qvni43PU5I/T_BevYApvzI/AAAAAAAAARw/T1pOP2jSCOs/w1200-h630-p-k-no-nu/rov_aw_600.jpg. 40 CAPÍTULO 3 Inspeção de risers Este capítulo é baseado em normas internacionais a respeito da inspeção de risers, principalmente em normas da API e da DNV. RBI de risers Visão geral O objetivo desta seção é descrever as etapas necessárias para desenvolver um plano de inspeção, com base na RBI para risers. A eficácia da inspeção na identificação da degradação depende da sensibilidade e da precisão da técnica escolhida. Normalmente, por motivos financeiros, a inspeção visual é a primeira escolha, mas, às vezes, essa é uma técnica grosseira, não conseguindo detectar níveis inaceitáveis de degradação no riser. Nessas situações, deve-se buscar alternativas, como ENDs. Observe que a inspeção é o primeiro passo para estimar o potencial risco de um equipamento, a consequência desse risco e a vida útil do riser. A partir da inspeção, ações de manutenção ou reparo são exigidas para o correto gerenciamento dos riscos. A avaliação da inspeção baseada em risco pode ser realizada de maneira qualitativa ou quantitativa. Isto está relacionado ao método usado na estimativa de probabilidade de falha (PoF) e consequência de falha (CoF). Os métodos qualitativos baseiam-se geralmente no julgamento e dão uma categoria não numérica, enquanto os métodos quantitativos geralmente envolvem algum elemento de cálculo, dando resultadosnuméricos. O processo RBI se concentra especificamente em: » identificação de modos de falha; » identificação das consequências de falha (CoF); » identificação da probabilidade de falha (PoF); » estimativa do nível de risco (CoF x PoF). 41 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II Recomenda-se que a modelagem das consequências de falhas seja executada primeiro, pois as consequências de um evento são necessárias para determinar o limite da probabilidade de falha, que é utilizada na programação da inspeção. Para os risers já em operação, é muito difícil alterar as consequências de uma possível falha e, portanto, o risco deve ser gerenciado através da redução da propriedade de falha, aumentando a periodicidade e qualidade da inspeção e da manutenção da estrutura. CoF em risers As consequências de falhas (CoF) em risers podem ser de segurança, de meio ambiente ou de razões econômicas, dependendo da análise que queira ser realizada. Para a elaboração de uma tabela de dados deve-se levar em consideração o potencial de morte ou de danos à saúde do empregado não somente durante a produção, mas em todas as etapas de vida útil daquela unidade exploradora. Dentre os parâmetros utilizados para a elaboração dessa análise, pode-se citar: explosões de pressões elevadas; exposições a altas temperaturas; toxicidade; possibilidade de incêndios; potencial de explosão, etc. A Tabela 3, extraída da DNV RP F206 (2008), é um exemplo de categorização da CoF de segurança: Tabela 3. Escala de CoF de segurança. Categoria de CoF CoF (PLL*/ano) Descrição do dano A 10-3 Sem ferimentos B 10-2 Ferimentos leves C 10-1 Ferimento grave ou deficiência permanente D 1 Uma morte E > 1 Várias mortes Fonte: DNV RP F206, 2008. *PLL corresponde ao potencial risco à perda de vida. No que se refere à CoF de fatores econômicos também são usados alguns parâmetros, como: valor de produção perdido; custos de reparos e instalação do riser; potenciais danos às estruturas adjacentes, como manifold, bombas, conexões etc.; eventuais multas por atrasos, perdas de prazos ou quebras de contratos; e perda de valor nas ações do produto produzido. 42 UNIDADE II │ INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE A Tabela 4 apresenta uma escala para categorizar as CoF quanto a questões financeiras. Vale salientar que os valores listados são baseados em um campo cujo volume de produção é de 50000 barris por dia. Tabela 4. Escala de CoF para fatores econômicos. Categoria de CoF CoF Descrição do dano A < $5k Efeito insignificante B $5k a $50k Efeito pequeno C $50k a $500k Efeito localizado D $500k a $5 milhões Efeito grande E > $5 milhões Efeito enorme Fonte: DNV RP F206, 2008. Também há uma CoF de danos ao meio ambiente, conforme mostrado na Tabela 5. Tabela 5. Escala de CoF para danos ambientais. Categoria de CoF CoF Descrição do dano A ≤ 100 L de óleo Efeito insignificante B 100 a 1000 L de óleo Efeito pequeno C 1000 a 10000 L de óleo Efeito localizado D 10000 a 16000 L de óleo Efeito grande E ≥ 16000 L de óleo Efeito enorme Fonte: DNV RP F206, 2008. PoF em risers A PoF de falhas também pode ser quantificada e categorizada de acordo com as normas internacionais, conforme a Tabela 6. Tabela 6. Escala de PoF. Categoria de PoF PoF/ano Descrição do dano 6 > 10-1 Acontece muitas vezes por ano naquela unidade 5 10-2 a 10-1 Acontece muitas vezes por ano por operador 4 10-3 a 10-2 Tem acontecido com a maioria dos operadores 3 10-4 a 10-3 Ocorreu numa operação semelhante 2 10-5 a 10-4 Nunca ocorreu numa operação semelhante 1 < 10-5 Não se espera falha Fonte: DNV RP F206, 2008. Vale destacar que as categorias 1 e 2 são de fato muito pouco frequentes, mas não por isso o operador pode ser negligente a ponto de desconsiderar tais situações numa unidade de exploração offshore. 43 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II Para se ter uma noção, nos casos de risers que possuem pouco ou nenhum histórico de serviços, é recomendado que o engenheiro seja conservador e nunca defina tais equipamentos nas categorias 1 e 2. Categorização de risco em risers Após a definição de CoF e PoF de risers, é possível determinar o risco que está agregado naquela operação específica. Os riscos são definidos em três categorias, a saber: » Baixo risco: oferecem certo conforto ao operador em relação à integridade do riser, à segurança, ao meio ambiente e aos aspectos econômicos. Recomenda-se que o operador estabeleça esses critérios como limite de aceitação de riscos de uma determinada unidade. » Risco médio: como o nome sugere, são intermediários entre o baixo (aceitável) e alto risco. Os riscos nesta faixa excedem o limite de aceitação da operação, exigindo ações de mitigação, que podem abranger inspeção (acompanhamento de risco) e manutenção (redução de risco). Pode acontecer que os riscos excedam o limite de aceitação, mas estejam ainda dentro do período de planejamento predeterminado. Portanto, deve-se prestar atenção para ajustar o plano de inspeção e as ações de manutenção, mantendo os riscos dentro de um nível aceitável. » Alto risco: tais riscos são superiores ao limite de aceitação e, por isso, devem ser tomadas medidas imediatas para reduzir o nível do risco; alternativamente, medidas adicionais de controle de risco devem ser tomadas. Planejamento da Inspeção de risers O planejamento de inspeção deve ser agendado de forma que todos os procedimentos sejam realizados antes que o pior cenário de risco exceda o limite de risco calculado na RBI, com tempo ainda para realizar medidas protetivas, caso necessário. Para isso, o inspetor deve ter em mãos uma base de dados de todos os equipamentos e componentes que devem ser inspecionados, identificados de forma única. Na base de dados devem estar contidas diversas informações, dentre elas: dimensões, materiais de fabricação, fluidos de serviço, temperatura e pressão de operação, 44 UNIDADE II │ INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE especificações, localização, desenhos de referência, plano de inspeção de fabricação, histórico de inspeção e modificações já realizadas. O processo de planejamento de inspeção nada mais é do que uma interpretação da base de dados (citada acima), da RBI e dos dados de campo do riser já em operação. Então, o processo de planejamento de inspeção compreende três partes: » Análise de RBI: selecionar e priorizar quais partes do sistema de risers devem ser inspecionadas, fazendo a relação de qual mecanismo de degradação deve causar a falha e em qual momento. » Desenvolvimento de um programa de inspeção a longo prazo: resumo das inspeções esperadas com uma visão a longo prazo do futuro, com base em dados obtidos do RBI, juntamente com dados obtidos da operação do riser, que não foram previstos na RBI. » Plano detalhado de inspeção: fornece um plano preciso, desenvolvido em nível experimental de qual inspeção deve ser executada, qual preparação é necessária, qual técnica deve ser usada. Vale salientar que as técnicas de inspeção devem ser selecionadas com base em sua relação custo-benefício na detecção do mecanismo de dano esperado naquela situação específica. Em muitas situações, mais de uma técnica é eficiente para inspecionar e identificar um possível dano, porém, cabe ao inspetor pesar qual técnica deve ser usada de modo a obter o melhor custo-benefício. Normalmente, a técnica que dá a maior eficiência na identificação do dano deve ser escolhida. No entanto, em algumas situações, pode ser mais rentável aplicar uma técnica menos eficiente, mas realiza-la com mais frequência. Assim, novamente uma análise custo-benefício, que é feita da seguinte maneira: » nível de confiança na técnica escolhida; » estimativa do custo da operação de inspeção para aquela técnica escolhida; » determinação da probabilidade de identificação (PoD) para a extensão média do dano esperado no momento da inspeção; » seleção de acordo com o maior valor da expressão: PoD/ Custo*Confiança. Istoé o valor da divisão entre a probabilidade de identificação pelo produto do custo e da confiança da técnica. Contudo, destaca-se que o método acima é aplicável apenas à primeira inspeção programada após a análise RBI. A previsão do próximo tempo de inspeção é 45 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II realizada somente após o fim da primeira inspeção, quando os procedimentos são repetidos para determinar o novo planejamento de inspeção. Observe que o procedimento de inspeção é baseado em relatórios precisos de inspeções anteriores, para que os dados relatados sejam prontamente usados para atualizar as análises de RBI e, portanto, planejar a próxima inspeção. Técnicas de inspeção em risers Existem diversas técnicas utilizadas na inspeção de risers, sejam eles de qual tipo for. Esse tópico visa mostrar algumas delas, destacando suas vantagens, desvantagens e quais danos elas detectam mais facilmente. Inspeção visual geral Tal técnica consiste na inspeção geral dos sistemas de riser para identificar as regiões de não conformidade com o projeto e operação, sendo essencial para determinar qual área vai ser escolhida para conduzir uma inspeção visual detalhada. Tem como principais vantagens o baixo custo de operação e a grande área superficial que a técnica consegue cobrir. Como desvantagens, tal técnica se limita à observação de danos externos, as medições não são precisas, a análise é subjetiva, dependendo da sensibilidade do operador, e é uma técnica muito trabalhosa. Os principais danos observados por essa técnica são as corrosões na superfície externa dos risers. Inspeção visual detalhada É uma técnica muito semelhante à inspeção visual geral, tendo como vantagens a grande área superficial e a velocidade que é realizada. Como desvantagem, pode-se citar a subjetividade do inspetor, a preparação e a qualificação requeridas para realizar tal técnica. Assim como na geral, os danos observados primariamente são as corrosões na superfície externa dos risers. Ultrassom (UT) A inspeção UT convencional faz uso de vários componentes funcionais, como o gerador-receptor, o transdutor e os dispositivos de display. Um gerador-receptor 46 UNIDADE II │ INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE é um dispositivo eletrônico que pode produzir um pulso elétrico de alta voltagem. Impulsionado pelo gerador, o transdutor gera energia ultrassônica de alta frequência. A energia sonora é introduzida e se propaga através dos materiais na forma de ondas. Quando há uma descontinuidade (como uma rachadura) no caminho da onda, parte da energia será refletida de volta da superfície da falha. O sinal de onda refletida é transformado em um sinal elétrico pelo transdutor e é exibido em um display. O tempo de viagem do sinal pode estar diretamente relacionado à distância percorrida pelo sinal e, a partir dele, informações sobre a localização, o tamanho, a orientação e outros recursos sobre a falha encontrada podem ser obtidos. Várias são as vantagens dessa técnica, como: » sensibilidade a descontinuidades superficiais e subsuperficiais; » a profundidade de penetração para detecção ou medição de falhas é superior a outros métodos END; » o acesso é por apenas um lado do riser quando a técnica de pulso-eco é utilizada; » tem alta precisão na determinação da posição, de estimativa de tamanho e de forma da falha, que é quem reflete a onda; » os resultados são instantâneos, fornecidos no display do equipamento; » o equipamento fornece imagens detalhadas; » pode ser utilizado para medições de espessura, além de detecção de falhas. Em relação às desvantagens, pode-se citar: » a superfície deve ser acessível para transmitir ultrassom; » o inspetor precisa de treinamento e destreza para operar o equipamento, mais do que boa parte das outras técnicas; » normalmente requer um meio de acoplamento para promover a transferência de energia sonora para a área inspecionada; » a inspeção é muito dificultada no caso de materiais ásperos, de forma irregular, muito pequenos, excepcionalmente finos ou não homogêneos; 47 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II » o ferro fundido e outros materiais de grão grosso são difíceis de inspecionar devido à baixa transmissão de som e alto ruído de sinal; » em algumas situações, os defeitos lineares são orientados paralelamente ao feixe de som, passando despercebidos; » é necessário calibrar o equipamento de acordo com as normas de referência. Radiografia A radiografia digital é uma técnica não destrutiva para a produção de imagens em corte 2D e 3D de um objeto a partir de imagens de raios-X. Por essa técnica, podem ser identificadas as características da estrutura interna de um objeto, como dimensões, forma, defeitos internos e densidade. A metodologia consiste em utilizar uma máquina de raios-X ou um isótopo radioativo como fonte de radiação. A radiação é direcionada para uma determinada parte do riser em um filme, gerando uma radiografia, que mostra as características internas e a solidez da parte inspecionada. A espessura do material e as mudanças de densidade são indicadas como áreas mais claras ou mais escuras no filme. O componente inspecionado é então colocado numa mesa giratória que fica entre uma fonte de radiação e um sistema de imagem. A mesa giratória e o sistema de imagem são conectados a um computador para que as imagens de raios-X coletadas possam ser correlacionadas com a componente inspecionado. Por fim, o software de computador especializado possibilita a produção de imagens transversais do componente inspecionado, como se o estivesse fatiando. A vantagem desse teste é a boa resolução da imagem da parte inspecionado, possibilitando ao inspetor a oportunidade de detectar claramente a falha. Como desvantagens, pode-se citar: » o uso de radiação, que por si só gera preocupações quanto à segurança; » é necessário o acesso dos dois lados do riser; » treinamento especializado do inspetor, inclusive com habilitação diferente; » o método possui baixa sensibilidade para defeitos não volumétricos. 48 UNIDADE II │ INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE Partículas magnéticas Os testes de partículas magnéticas têm como vantagens serem fáceis de fazer e serem portáveis. Já a principal desvantagem é que a superfície do riser tem que estar bem limpa para o que resultado seja fidedigno. Os danos detectados por essa técnica são as rachaduras superficiais. Ferramentas geométricas Tal técnica consiste em utilizar braços mecânicos ou eletromecânicos para medir o diâmetro dos tubos, sendo utilizada principalmente em tubulações com líquidos perigosos e gases de alta pressão. A principal vantagem dessa técnica é a grande área de inspeção, porém serve apenas para risers de diâmetros específicos e que tenham acesso aos dois lados do tubo, limitando o seu uso. Além disso, só identifica falhas volumétricas. Quanto aos danos detectados primariamente, pode-se citar a presença de mossas e outras mudanças de ovalidade. Só para deixar claro, mossas são como se fossem afundamentos na estrutura do riser, resultantes de pancadas ou variações de pressão. Tabela resumo das técnicas de inspeção em risers A Tabela 7 é um resumo das condições em que são empregadas as seis normas citadas nos seguintes tópicos: inspeção visual geral; inspeção visual detalhada; ultrassom (UT); radiografia; partículas magnéticas e ferramentas geométricas. Tabela 7. Resumo das condições de uso das técnicas de inspeção em risers. Condição de uso Inspeção visual geral Inspeção visual detalhada Ultrassom Radiografia Partículas magnéticas Ferramentas geométricas Usa-se em aço? Sim Sim Sim Sim Sim Sim Usa-se em titânio? Sim Sim Sim Sim Não Sim Usa-se em materiais compósitos? Sim Sim Não Sim Não Sim Usa-se abaixo d’água? Sim Sim Sim, mas com experiência limitada Sim Sim Sim Detecta-se através de revestimentos? Não Não Sim Sim Não Não Detecta-se através de isolamentos? Não Não Sim SimNão Não 49 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II Condição de uso Inspeção visual geral Inspeção visual detalhada Ultrassom Radiografia Partículas magnéticas Ferramentas geométricas Alcance na espessura do riser Não se aplica Não se aplica 1mm 1mm 1mm Não se aplica Máximo comprimento de inspeção Não se aplica Não se aplica < 30mm Não se aplica Não se aplica Não se aplica Fonte: DNV RP F206, 2008. Falhas gerais em risers De modo geral, as principais falhas encontradas nos variados tipos de risers são vazamentos, trincas, fraturas, corrosão, colapso, sendo tais falhas causadas por danos mecânicos, danos acidentais, composição dos fluidos, variação de temperatura, pressão interna e externa etc. Tal seção se concentra em explicar mais especificamente sobre as falhas encontradas em risers rígidos e flexíveis, destacando ainda quais as técnicas de inspeção são mais adequadas para a identificação dessas falhas. Além disso, exemplificam-se duas situações reais de estudos de caso expostos na DNV para risers rígidos e flexíveis. Importante salientar que no estudo de caso constam diversas outras informações acerca da inspeção dessas estruturas. Porém, aqui vamos apenas dar uma visão geral. Falhas em risers rígidos Primeiramente, o objeto de estudo é um riser rígido de aço com configuração de catenária (SCR), que pode apresentar alguns possíveis mecanismos de falha de componentes. O sistema de SCR normalmente possui o tubo propriamente dito, a flex-joint, um dispositivo VIV (vibrações induzidas por vórtices), sistema de proteção à corrosão e revestimento. A plena funcionalidade de cada componente é importante para manter a qualidade do serviço, conforme projetado e qualquer causa básica de falha induzirá a degradação gradual da adequação ao serviço, podendo resultar em falhas catastróficas, como colapso, flambagem, vazamento, fratura e ruptura. Em outras palavras, em risers, pequenas falhas funcionam como bola de neve, que, devido à pressão e presença de água (e outros fatores), crescem rapidamente, causando avalanches. 50 UNIDADE II │ INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE Tomando por base apenas o tubo de riser e dividindo-o em possíveis falhas iniciais que podem sofrer, tem-se a Tabela 8 com um resumo de atividades realizadas a partir de pequenas falhas iniciais: Tabela 8. Possíveis falhas em risers rígidos. Causa inicial da falha Pressão interna excessiva Fluido de processo não projetado Falha na proteção à corrosão Crescimento da vida marinha Mecanismo de falha Rachadura, fadiga Perda de metal por corrosão, rachadura Corrosão externa Falha do dispositivo de supressão VIV Tipo de falha global Vazamento, explosão, fratura e ruptura Vazamento, explosão, fratura e colapso Explosão, fratura, ruptura e colapso Vazamento e fratura Design Rever parâmetros do fluido Rever características do fluido Rever características do fluido Não se aplica Instalação Não se aplica Não se aplica Não se aplica Não se aplica Técnica de inspeção Visual “Smart pig”* ROV ROV ou mergulhador Monitoramento Análise de dados de controle Análise de fluidos e de áreas corroídas Medições no sistema de proteção à corrosão Medições de espessura do riser Procedimento de ajuste Operação de acordo com o design Reanálise da corrosão Não se aplica Treinamento do mergulhador Manutenção Instalar válvulas de alívio ou de segurança Inibição por compostos químicos Substituir o sistema de proteção à corrosão Limpeza periódica Fonte: DNV RP F206, 2008. *Smart pig é uma técnica de inspeção em que uma sonda de inspeção é introduzida no interior do tubo, coletando dados importantes, como a presença e localização de corrosão ou outras irregularidades nas paredes internas do tubo. Falhas em risers flexíveis Agora, repetindo o estudo de caso anterior, mas para um riser flexível localizado no Brasil, contemplando os seguintes elementos: » Riser flexível » Os risers são equipados com flutuadores localizados em profundidade intermediária, que é composto de um tanque de flutuação mantido no lugar por amarras conectadas a uma base do fundo do mar » Componentes auxiliares: válvulas, sensores, conexões, juntas etc. A Tabela 9 apresenta o gerenciamento da integridade (Riser Integrity Management – RIM) desse riser específico: 51 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II Tabela 9. Apresentação do RIM. Atividade/Componente do riser Carcaça intertravada Revestimento de pressão Cabo zeta-espiral Fita antidesgas-te da armadura Camadas da armadura Modo de falha Ovalização Envelhecimento acelerado Abertura Abrasão Desorganização dos cabos Mecanismo de falha Manuseio inadequado durante instalação e operação Seleção do material e fluido inadequado Tensão excessiva, torção ou flexão durante a instalação ou operação. Impacto acidental no riser por objetos Defeitos de fabricação, temperatura elevada, ou movimento relativo entre as camadas Queda de objetos ou choques com a âncora Efeito da falha no sistema Redução do diâmetro da seção Desenvolvimento de rachaduras Redução da capacidade estrutural Redução da espessura Inundação do anular e redução da vida útil do riser por fadiga Efeito global da falha Impossibilidade de realizar pigging e redução do fluxo Vazamento Explosão Explosão Explosão Detecção da falha Calibração durante a instalação Queda de pressão Queda de pressão - Queda de pressão, monitoramento do espaço anular do riser e teste de vácuo Reforço Reforçar a capacidade e a força Elaborar relatórios de materiais de maior qualidade Cuidado no transporte e instalação de acordo com os procedimentos - Dobrar o revestimento externo Risco Médio Baixo Médio Baixo Médio Comentários O problema ocorreu na indústria, mas o reforço da capacidade preveniu a falha - Limitada presença de embarcação na área Aconteceu durante os testes devido ao calor. Não é relevante na operação Baixa probabilidade devido à atividade limitada da embarcação na área Fonte dos dados Profissional expert Experiência do operador Base de dados da indústria Base de dados da indústria Testes Tempo de reparo ativo 2 a 6 semanas 2 a 6 semanas, por revestimento 2 a 6 semanas, por cabo - 2 a 6 semanas, por camada Característica da falha Vida pregressa Relacionado à idade Aleatória - Aleatória Estratégia de manutenção Depende da condição Uso de ROV para detectar vazamentos Depende da condição - Depende da condição Fonte: DNV RP F206, 2008. Vale destacar que o tempo de reparo ativo assume que a embarcação e as peças sobressalentes estão disponíveis para realizá-lo, dependendo, claro da magnitude do dano. Os danos de menor porte (danos locais) podem ser reparados em uma semana, enquanto um reparo total pode ser feito em 2 semanas. 52 CAPÍTULO 4 Inspeção de dutos rígidos submarinos Visão geral Além dos risers, outros dutos submarinos são essenciais para garantir o fluxo dos fluidos na produção de petróleo. Nesse contexto, este capítulo consiste em uma adaptação da norma Petrobras N-1487, denominada “Inspeção de dutos rígidos submarinos”. Vale salientar que essa norma “estabelece os requisitos técnicos de inspeção interna e externa aplicáveis aos dutos rígidos submarinos de transporte e transferência, de hidrocarbonetos construídos em aço-carbono e que se encontrem em operação”, incluindo os risers rígidos. A fim de realizar as operações com maior grau de otimização, é preciso dividir os dutos rígidos de acordo com as regiões que eles estão em uma unidade de exploração offshore. Cada uma dessas regiões possui suas peculiaridades, que são resultados das condições ambientais a que os dutos são sujeitos. A Figura 13 é uma representação de uma plataforma flutuante de produção, com riser rígido do tipo catenária. Figura 13. Diferentes regiões de uma plataforma. Riser rígido Linha de fluxo rígida ZVM Nível do mar Solo marinho TDPZDT Estrutura topside t t 30 m Fonte: Adaptado da Norma N-1487, 2017. 53 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II Na Figura 13, a siglas ZDT, ZVM e TDP significam, respectivamente: zona de transição (ou do inglês, “splash zone”), que corresponde à região da estrutura que está sujeita a ficar molhada temporariamente, devido à ação das ondas; zona de variação da maré, que é uma região intermitentemente molhada devido à ação da maré; e “touchdown point”, que é o ponto de contato do duto submarino, em configuração catenária, com o leito marinho. Existe ainda a zona emersa ou zona superficial, que é a parte superior da estrutura topside e, geralmente, não está em contato com a água. Além disso, observa-se uma zona que compreende os primeiros 30 metros de lâmina d’água a partir da superfície. Tal zona é sujeita a diversas cargas ambientais causadas pelo vento e pela maré e, por ser próxima à superfície, pode ser inspecionada por mergulhadores. Conforme será mais bem apresentado no Capítulo 1 da Unidade IV, a inspeção visual dos dutos rígidos presentes na estrutura topside deve ser realizada de forma a identificar a presença de vazamentos, amassamentos, corrosão, desgastes, trincas, deformações ou quaisquer falhas que possam, a médio ou curto prazos, impedir o correto uso do equipamento. A inspeção dos dutos rígidos presentes na ZDT e ZVM deve identificar principalmente falhas de corrosão, amassamentos, vazamentos e danos ao revestimento. Quando tais dutos forem revestidos por materiais compósitos, a inspeção visual deve identificar também a ocorrência de empolamentos e infiltrações que possam prejudicar a integridade dos dutos. Em relação à inspeção da parte submersa dos dutos rígidos, boa parte já fora discutida no capítulo anterior desta unidade. Como novidade, pode-se destacar a inspeção dos dutos rígidos horizontais, as linhas de fluxo, que ficam dispostas junto ao solo marinho. Nesses dutos, deve ser realizada a inspeção das conexões (no TDP, no caso da Figura 13), do revestimento, do potencial eletroquímico e do vão livre. O leque de opções de ENDs que são eficientes em inspecionar tais dutos é pequeno, devido às condições ambientais. Deste modo, o principal método utilizado para a inspeção de linhas de fluxo é o MBES ou “Multi-beam echo sounder” (numa tradução literal, ecobatímetro de feixes múltiplos). Tal técnica consiste em utilizar feixes de ondas sonoras até uma estrutura e, à medida que as ondas são refletidas, consegue-se montar uma imagem que reproduz fidedignamente as imperfeições na superfície analisada. 54 UNIDADE II │ INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE Além disso, é necessário inspecionar as condições geológicas e geotécnicas do solo marinho, identificando e mapeando possíveis alterações no solo que possam, de alguma forma, promover alterações na integridade física dos dutos rígidos. Periodicidade de inspeção de risers rígidos A Tabela 10, retirada da norma da Petrobras N-1487, apresenta a periodicidade de inspeção de cada uma das regiões descritas na seção anterior. Tabela 10. Periodicidade de técnicas de inspeção de dutos rígidos submarinos. Região a ser inspecionada Tipo de técnica de inspeção Periodicidade (anos) Trecho da superfície Visual 2 Medição de espessura 2 Detecção de trincas Eventual PIG instrumentado 5 ZVM ou ZDT Visual da ZVM e do riser 3 Medição de espessura 3 Visual da “flex joint” 3 Detecção de trincas Eventual PIG instrumentado 5 Região até 30 m após a lâmina d’água Visual com mergulhador 5 Potencial eletroquímico 5 PIG instrumentado 5 Riser rígido Visual com ROV 5 Potencial eletroquímico 5 PIG instrumentado 5 Visual do TDP com ROV 5 Região de linhas de fluxo (próximas ao solo marinho) Visual com ROV 5 Inspeção geológica e geotécnica Não se aplica Potencial eletroquímico 5 PIG instrumentado 5 Região de linhas de fluxo em águas rasas (próximas ao solo marinho) Visual com mergulhador Depende Inspeção geológica e geotécnica Não se aplica Potencial eletroquímico 5 PIG instrumentado 5 Região de linhas de fluxo (próximas à costa) Visual com mergulhador 5 Inspeção geológica e geotécnica Não se aplica Potencial eletroquímico 5 PIG instrumentado 5 Fonte: Adaptado de N-1487, 2017. 55 INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS OFFSHORE │ UNIDADE II Observe que essa é a periodicidade máxima recomendada pela norma, o que não impede que inspeções sejam realizadas numa maior frequência, dependendo das condições operacionais da estrutura. Em relação à técnica de PIG instrumentado, a referida norma diz que: “A periodicidade indicada para inspeção com “PIG” instrumentado de perda de massa, é apenas uma referência. Recomenda-se determinar o intervalo entre inspeções para cada duto de forma individualizada, levando-se em conta, pelo menos, a intensidade do processo corrosivo (taxa de corrosão interna e externa), o estado do duto (defeitos não reparados) e as consequências de falha.” Norma N-1487, Petrobras, 2017. Em outras palavras, a sensibilidade do inspetor em entender o processo de corrosão (para cada duto), bem como o histórico de inspeções, é essencial para a determinação da periodicidade da técnica de PIG instrumentado de forma otimizada. No caso da inspeção visual com mergulhador de linhas de fluxo em águas rasas, o termo “depende” refere-se à susceptibilidade da área onde está localizado sofrer com ações geológicas, podendo ser 5 anos para áreas com alto grau de susceptibilidade e 10 anos para áreas de baixo grau. Áreas com altos índices de sismos, por exemplo, são de alto grau de susceptibilidade. Vale salientar que há situações em que apenas uma área específica do duto é mais susceptível a alteração geológica, sendo tal área inspecionada com maior frequência. Há diversas outras observações a respeito da inspeção de dutos rígidos marinhos. Caso tenha alguma dúvida, recomenda-se a leitura da norma pública da Petrobras N-1487 (2017). 56 UNIDADE III INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS OFFSHORE A Unidade III apresenta o modo que é realizada a inspeção de plataformas fixas, tension legs e FPSs, abordando os principais detalhes e peculiaridades de cada uma dessas estruturas offshore. CAPÍTULO 1 Inspeção de plataformas fixas Segundo a API RP 2A–WSD, a inspeção e o controle de qualidade devem ser realizados durante todas as fases de construção, incluindo as fases de fabricação, carregamento, fixação no mar, reboque e instalação, de modo a garantir o pleno funcionamento e a segurança da estrutura como um todo. Inspeção de fabricação Quanto aos materiais utilizados nos componentes da plataforma fixa, o inspetor deve verificar se todos os materiais que estão sendo incorporados em qualquer parte da fabricação são de boa qualidade e de acordo com o projeto e funções que vão executar. As inspeções da estrutura devem ser feitas durante todas as fases de fabricação (pré-fabricação, laminação, conformação, soldagem, armazenamento intermediário, montagem etc.) para confirmar a conformidade com os requisitos especificados (por exemplo, detalhes de juntas, perfis de solda, dimensões, alinhamento, orientação etc.). Em geral, a inspeção de fabricação deve confirmar que cada componente incorporado na estrutura tem o material correto, o tamanho e a dimensão, a orientação, além de verificar a montagem e a fixação. A existência de folgas 57 INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS OFFSHORE │ UNIDADE III representa um enorme erro de fabricação, que compromete a estrutura como um todo e, por isso, o inspetor deve ter muita atenção a isso. A inspeção também deve ser feita para todos os itens que afetam a montagem, incluindo estruturas do local de montagem (ou seja, fundações e estruturas temporárias), auxiliares de montagem e equipamentos de montagem. Quanto às soldas, a inspeção deve ser realizada com o objetivo de evitar a introdução de defeitos na solda. A inspeção deve verificar se o soldador (ou operador de solda) está atualmente qualificadopara o procedimento que está sendo executado. Além da inspeção visual, com o uso de equipamentos auxiliares ou não, técnicas ENDs são recomendadas para a inspeção de estruturas durante a fabricação, cabendo ao inspetor responsável uma programação adequada dos métodos utilizados. Dentre tais ENDs, pode-se citar: » líquido penetrante: útil para detectar descontinuidades na superfície, como trincas, presença de poros etc.; » partículas magnéticas: útil para detectar descontinuidades abertas na superfície ou que estão ligeiramente abaixo da superfície; » radiografia: útil para determinar descontinuidades abaixo da superfície ou por espessura; » técnica ultrassônica: usada para determinar descontinuidades abaixo da superfície ou através de espessura. Inspeção de carregamento, fixação no mar e reboque A inspeção deve ser realizada para todas as áreas relacionadas ao carregamento, à fixação no mar e ao reboque até a área de operação, de modo a garantir que tudo ocorra de maneira correta e segura. Em outras palavras, deve-se verificar: » se todos os componentes estão no lugar; » se todas as soldas foram devidamente finalizadas e inspecionadas; » se todas os componentes de transporte/instalação estão inclusos e seguros; 58 UNIDADE III │ INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS OFFSHORE » se todas as linhas hidráulicas e pneumáticas foram devidamente instaladas, testadas, lavadas e fixadas; » se todos os acessórios soldados temporários foram removidos e as marcas de fixação reparadas de acordo com os requisitos especificados. Para o carregamento, os guinchos, macacos e cabos de tração devem ser inspecionados quanto à capacidade e condição adequadas. Já a inspeção de itens da jaqueta deve ser realizada sempre que possível antes do transporte marítimo. Nos casos em que as operações de lastro são necessárias para compensar as variações de maré, é necessário inspecionar o sistema de lastro para confirmar a adequação e as condições do equipamento. O monitoramento da operação também é recomendado, para garantir a conformidade com o procedimento de carregamento. No caso da fase de reboque (transporte), a robustez dos rebocadores, dos acessórios de reboque e da embarcação de transporte também deve ser confirmada. Para a preparação de autoclaves para transporte até o local, a inspeção deve ser realizada para confirmar a confiabilidade, de modo que todas as linhas de reboque estejam devidamente conectadas. Inspeção de instalação Quanto ao lançamento da jaqueta da plataforma, o inspetor deve checar se todas as amarrações e escoras temporárias estão soltas. As linhas de reboque e itens soltos são removidos da barcaça de lançamento ou seguramente fixados. Outro ponto a ser observado é se o sistema de inundação da jaqueta não está danificado, se as válvulas de inundação estão fechadas e se o sistema do braço de lançamento está no modo correto de operação. Para jaquetas elevadas, a inspeção deve confirmar a remoção de todas as restrições e a fixação adequada do equipamento de içamento, bem como o modo de operação não danificado e configurado adequadamente do sistema de inundação. Para jaquetas autoflutuantes, a inspeção deve confirmar a remoção das linhas de reboque, bem como o modo de operação não danificado e configurado corretamente do sistema de inundação. A inspeção deve ser realizada após a jaqueta ser colocada no seu local de operação. Se for necessário que se faça uma inspeção antes desse momento (ou seja, há 59 INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS OFFSHORE │ UNIDADE III suspeita de danos ao sistema de inundação), a inspeção deve ser limitada somente aos componentes necessários, de modo a proteger a jaqueta. Caso os níveis de vibração estejam excessivos durante a etapa de instalação, a operação deve ser interrompida imediatamente. Dessa forma, deve ocorrer uma inspeção criteriosa de modo a identificar as causas da vibração, além de avaliar possíveis danos (principalmente por fadiga) à estrutura. Quanto às soldas realizadas na fase de inspeção, o procedimento deve ser semelhante ao adotado na fase de fabricação. Isto é, fazer uso de ensaios não destrutivos para avaliar a qualidade das soldas, de acordo com a sensibilidade do inspetor. Por fim, no caso de a instalação exigir operações subaquáticas, a inspeção deve verificar, seja por comunicações diretas com mergulhadores ou pelo uso de um dispositivo de monitoramento remoto, que a operação foi realizada de acordo com os requisitos predeterminados em projeto. 60 CAPÍTULO 2 Inspeção de Tension Legs A inspeção de plataformas do tipo Tension Legs (TLP) é descrita pela norma internacional API RP 2T, de nome “Planning, Designing and Constructing Tension Legs Platform”. Visão geral da inspeção de tension legs A inspeção das estruturas TLP deve ser realizada para garantir que a operação está de acordo com o que fora previamente planejado e projetado para aquela estrutura. Não só a inspeção, mas também o controle de qualidade, deve ser realizada durante todas as fases da construção, incluindo as fases de fabricação, carregamento, fixação no mar, transporte e instalação da estrutura TLP. Lembre-se de que inspecionar nunca é demais e que a inspeção mais eficaz é aquela que impede o uso de materiais defeituosos e outras não conformidades, em vez de encontrar esses problemas depois que eles ocorrem e prejudicam a operação. Tal operação é necessária para assegurar o desempenho satisfatório do TLP. Inspeção de fabricação Sendo uma estrutura flutuante, a TLP é sensível ao peso e, por isso, a inspeção durante a fabricação é necessária para manter o controle do peso, além das preocupações habituais de qualidade de fabricação e tolerâncias dimensionais. Os sistemas de tendão são sensíveis à fadiga e a inspeção de fabricação é essencial para detectar falhas que poderiam reduzir a vida de fadiga. Para relembrar, o sistema de tendão é que liga a plataforma TLP ao fundo do mar, dando sustentação à TLP e funcionando como se fosse um sistema de ancoragem de uma FPSO. Uma vez instalada, a plataforma provavelmente permanecerá no local durante toda a vida útil do reservatório. Dentre as observações durante a inspeção de fabricação, deve-se ater pelo menos aos seguintes itens: » qualidade do material; » especificidades do material; 61 INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS OFFSHORE │ UNIDADE III » qualificações de desempenho de soldador; » qualificações do procedimento de soldagem; » tolerâncias de espessura; » inspeção da solda, visual e por ENDs; » verificações de tamanho, alinhamento da solda; » aplicação do revestimento e sistema de proteção à corrosão; » inspeção dos suportes de estruturas temporárias para manipulação, embarque e armazenamento; » inspeção dos reparos; » documentações e relatórios de todas as inspeções. Os planos e especificações de um componente devem indicar claramente quais materiais e itens devem ser inspecionados e por qual método. Em toda a extensão prática, a inspeção deve ser realizada à medida que a fabricação avança. Inspeção em serviço de tendões e risers de um TLP Como se sabe, a inspeção em serviço é muito importante para o progresso de qualquer estrutura, visto que as operações podem continuar ocorrendo à medida que os potenciais causadores de danos são identificados. Os projetos de construção da plataforma, das estruturas submarinas, dos tendões e dos risers devem levar em conta a inspeção em serviço. Para isso, todos os compartimentos da TLP devem ser acessíveis, ventilados e limpos; e ter meios temporários ou permanentes de iluminação, para permitir uma inspeção interna completa. Estruturas de fundos oceânicos devem ser projetadas de modo que inspeções submarinas de membros críticos utilizando ROVs ou dispositivos semelhantes possam ser realizadas. Os componentes do sistema de tendão e riser devem ser inspecionados para detectar deterioração e permitir que ações corretivas sejam tomadas em tempo hábil. Os intervalos e métodos de inspeçãodevem levar em conta métodos e premissas do projeto, principalmente aqueles que dizem respeito à fadiga e à corrosão. Métodos de inspeção inovadores podem ser considerados pelo projetista e 62 UNIDADE III │ INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS OFFSHORE operador para atender aos requisitos exclusivos. O operador pode optar por retirar os tendões e os risers ou inspecioná-los no lugar. Contudo, embora um pouco menos minucioso, um exame completo no local pode fornecer informações melhores do que um exame completo de alguns tendões e tirantes levantados. Recomenda-se a inspeção geral de todos os componentes para verificar se há corrosão e danos. Recomenda-se a inspeção detalhada para rachaduras ou outra deterioração de componentes metálicos. Áreas de descontinuidade (ou assimetria) geométrica que causam concentrações de estresse devem ser examinadas com cuidado especial. A condição dos ânodos, revestimentos e outros componentes do sistema de proteção contra corrosão deve ser observada cuidadosamente. A Figura 14 ilustra esses tendões das TLPs, que fazem a ligação entre o casco da TLP e a fundação submarina, com o propósito de ancorar a plataforma. Perceba que, de acordo com a profundidade, a dificuldade e os custos da operação são crescentes. Figura 14. Tendões em uma plataforma TLP. Tendões Risers TLP Solo marinho Fonte: Adaptado da Norma N-1812, 2006. 63 INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS OFFSHORE │ UNIDADE III Observe, pela Figura 14, que os tendões têm a função de ancorar e sustentar a estrutura, enquanto os risers possuem a finalidade de conectar e garantir o fluxo dos fluidos de processo. Uma inspeção completa pode ser realizada em um tendão ou riser retirado da água após a remoção de incrustações marinhas. Esse exame normalmente incluiria uma inspeção visual completa, testes não destrutivos apropriados e medições de perda de material devido à corrosão ou erosão. Todo o tendão ou riser deve ser inspecionado com atenção às áreas de concentração de tensão e corrosão acelerada. Os revestimentos de proteção podem ser removidos, se necessário, para realizar um exame completo. Obviamente, uma quantidade suficiente de tendões deve permanecer no local para resistir às condições ambientais que possam ocorrer durante o período de inspeção, evitando uma falha completa da estrutura. A seleção de tendões ou risers a serem inspecionados deve levar em consideração o histórico de carga e qualquer indicação de dano. Um exame completo de um ou mais deles pode ser usado como uma condição de indicação de todos os tendões e risers tendo uma vida operacional igual. O exame in situ dos tendões e risers requer técnicas avançadas com alta probabilidade de detectar rachaduras e outras deteriorações. Tais inspeções podem ser substituídas por puxar tendões. Qualquer programa de inspeção, seja envolvendo tendões retirados ou verificações in situ, deve incluir um exame visual no local para verificar a condição dos componentes de prevenção de corrosão. Imediatamente antes da instalação inicial dos tendões, um exame completo de cada componente do tendão deve ser feito, com a localização exata de quaisquer falhas ou danos observados e com as medidas corretivas apropriadas que devem ser tomadas. O histórico de carregamento de tendões, de informações sobre o tamanho e da localização de fissuras e falhas pode ser usado para modificar a frequência de inspeção durante a vida útil da estrutura. Além das inspeções regularmente programadas, inspeções devem ser consideradas nas seguintes circunstâncias: » se um tendão apresentar danos, os tendões semelhantes devem ser inspecionados em busca de danos relacionados ao mesmo problema; » os tendões devem ser inspecionados quando são retirados por qualquer motivo, incluindo a realocação do TLP; » um tendão deve ser inspecionado quando a tensão máxima permitida for excedida. 64 UNIDADE III │ INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS OFFSHORE Após a inspeção, os revestimentos devem ser reparados ou reaplicados de acordo com as recomendações do fabricante. Um tendão inspecionado deve ser reinstalado de acordo com as especificações de projeto e fabricação. Caso ele seja usado somente no futuro, ele deve ser armazenado em um local protegido. Lembre-se de que é importante o proprietário manter registros detalhados do histórico de inspeção de cada componente, incluindo a localização exata e o tamanho das rachaduras, falhas e danos. Procedimentos de inspeção submersa Os procedimentos de inspeção subaquática de TLPs consistem nos seguintes: » procedimento para mergulhadores, ou operadores de ROV, para identificar o local exato no qual eles conduzem a inspeção; » procedimento de limpeza do crescimento de vida marinha, que está incluso no procedimento de inspeção e aplicação de ENDs; » procedimento de medição da quantidade de crescimento marinho; » procedimento de tomada de medidas de espessura da estrutura e aplicação de ENDs em juntas críticas; » procedimento para medir as leituras do potencial catódico de estruturas, identificando a susceptibilidade à corrosão; » qualificação de todos os mergulhadores que realizam as medidas de espessura do componente, as leituras de inspeção e os ENDs. » Para inspeções submarinas associadas a um levantamento periódico especial, deverão ser providenciados meios para permitir a abertura de todas as válvulas marítimas e descargas ao mar para o exame interno. Inspeção interna em estruturas TLP Em conjunto com a inspeção submersa, os espaços de lastro também devem ser examinados internamente. Os sistemas de proteção à corrosão e do revestimento são inspecionados visualmente ou por medição de espessura (conforme os requisitos no planejamento de inspeção). 65 CAPÍTULO 3 Inspeção de FPS Este capítulo tem por base a norma internacional API RP 2FPS, de nome “Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Floating Production Systems”, que descreve os aspectos de planejamento, projeto e construção de unidades exploradoras de petróleo flutuantes, incluindo plataformas semissubmersíveis e navios-sonda (FPS, FPSO, etc.). Visão geral da inspeção de FPS É necessário que seja realizada a inspeção periódica dos vários componentes (principais e auxiliares) de um FPS durante sua vida útil. Alguns procedimentos de inspeção podem ser realizados sem afetar as operações normais da unidade, como inspeções externas de tanques, enquanto outros podem exigir a suspensão de operações normais e/ou alteração da configuração do FPS. Os requisitos e procedimentos de inspeção devem ser considerados ainda no estágio de projeto. Desse modo, casos que abordem mudanças na configuração do FPS devido a procedimentos de inspeção devem ser identificados no início da fase de projeto. Por exemplo, operar um FPS com uma ou mais linhas de amarração retiradas para inspeção poderia reduzir temporariamente a flutuação e a estabilidade de toda a unidade. Programa de inspeção de FPS O programa de inspeção de FPS deve ser desenvolvido em conjunto e incorporado ao projeto da estrutura, fornecendo monitoramento periódico da integridade da estrutura flutuante durante toda a sua vida útil de produção. O escopo do programa deve prever a inspeção de todas as áreas críticas da estrutura primária durante um intervalo de tempo específico, geralmente de 4 a 5 anos. Em FPS, assim como outras unidades de exploração offshore, a corrosão é um dos principais inconvenientes e, por isso, deve constar no programa de inspeção uma atenção especial ao seu sistema de proteção contra corrosão. O desenvolvimento do programa de inspeção estrutural deve considerar os resultados das análises de resistência estrutural, fadiga, para vários tipos de estrutura, e considerar o 66 UNIDADE III │ INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS OFFSHORE histórico de inspeção anterior (incluindo os resultados de inspeção de estruturas de projeto similar). Além disso, o programa de inspeção de FPS deve incorporar os requisitos de inspeção específicosdas agências reguladoras e certificadoras das áreas de onde a unidade exploradora está em funcionamento. No que se refere à inspeção dos tanques da FPS, há um complicador: a inspeção de tanques exige o completo esvaziamento, limpeza e liberação de gás nesses espaços, o que pode alterar a distribuição de cargas na estrutura da unidade. Como o tanque seco do FPS não é prático, nem economicamente viável durante muito tempo, devem ser incluídos no programa de inspeção submersa na superfície externa do tanque. Nos pontos em que não há acesso fácil na estrutura da FPS, o sistema contra a corrosão deve ser projetado de forma a que ele opere, no mínimo, o dobro da vida útil da unidade flutuante. Nesse dado, é possível ter noção da importância que o sistema de proteção à corrosão tem em uma unidade FPS. Se não for acessível, se não for considerado praticável, ou possível, inspecionar, manter ou substituir sistemas de proteção contra corrosão, tais sistemas devem ser projetados levando em consideração este fator e devem, no mínimo, ser projetados para operar o dobro do ciclo de vida da estrutura flutuante. Sistema de proteção de corrosão de FPS Como se sabe, a quantidade de aço perdida por causa de corrosão é um fator relevante nas estruturas offshore e, por isso, é necessária a atenção especial aos sistemas de proteção de corrosão dessas estruturas. Antes de tudo, ainda no projeto de construção, tem que haver a adequação do aço utilizado com os requisitos do serviço de produção pretendido no local específico em que ele será instalado. Por exemplo, o aço utilizado em operações no Golfo do México não é adequado para ser utilizado para uma mesma função no Mar do Norte. Isso ocorre devido aos diferentes requisitos de flexibilidade e impacto em um ambiente mais frio e hostil. O potencial para o desgaste por corrosão depende do fluido (isto é, água do mar, óleo combustível, óleo de carga etc.) a que o aço está exposto, do tipo de sistema de proteção contra corrosão usado e de sua manutenção associada. Áreas de estrutura específica que devem ser consideradas para proteção contra corrosão são: 67 INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS OFFSHORE │ UNIDADE III » superfícies externas, incluindo: casco subaquático (pontões, colunas, suspensórios, fundo e casca lateral etc.); área da linha de flutuação (zona de respingo); acima do casco da linha d’água; áreas de convés; instalações e superestrutura topside; » superfícies internas secas, incluindo: espaços vazios (abertos e fechados); máquinas e equipamentos; espaços de armazenamento; acomodações; » superfícies internas molhadas, incluindo: tanques de lastro (ativo, passivo e reserva [seco]); tanques de carga e slop (barcaças); tanques de combustível; tanque de água doce; tanques de água de perfuração. Os três sistemas primários de proteção contra corrosão dessas áreas são: sistemas de revestimento (pintura), sistemas de proteção catódica (ânodo); tolerância da espessura de corrosão. Esses sistemas são normalmente usados em combinação para fornecer um sistema completo de proteção contra corrosão para toda a estrutura. Os requisitos específicos para utilizá-los ou substituí-los dependem do histórico de desempenho, da condição atual do sistema, da condição da estrutura, dos reparos realizados e do programa de manutenção a ser realizado durante todo o serviço de produção. Sistemas atuais impressos, independentes ou em combinação com anodos sacrificados, são considerados alternativas viáveis para atualizar um sistema de proteção contra corrosão. Um sistema de revestimento existente pode precisar ser substituído e/ou atualizado para proteger o revestimento externo ou tanques internos e espaços vazios. A seleção do sistema de revestimento deve considerar a vida útil e o programa de inspeção da estrutura flutuante, em termos de acesso de pessoal e requisitos de limpeza. Inspeção de FPSO Antes de falarmos sobre a FPSO propriamente dita, cabe diferenciar as estruturas- base de uma FPSO para plataformas fixas ou semissubmersíveis: o casco. Por sua vez, as diferenças funcionais acarretam diferenças na inspeção. Para plataformas fixas, por exemplo, a estrutura submarina é a estrutura de suporte, correspondendo ao elo entre o solo e a superfície. Assim, a dificuldade de inspeção é devido ao aspecto subaquático, que é agravado à medida que se aumenta a profundidade (BIASOTTO e ROUHAN, 2004). 68 UNIDADE III │ INSPEÇÃO DE ESTRUTURAS OFFSHORE Já no FPSO, a estrutura do casco tem as funções principais de apoiar a estrutura topside e armazenar óleo e/ou gás. É justamente esse armazenamento que representa um ponto crítico para as operações de inspeção em um FPSO. Além dos custos e aspectos logísticos das operações de inspeção, a inspeção dos tanques requer preparação antes de entrar do tanque, a saber: decapagem (para facilitar a análise da área inferior), limpeza (remoção do crescimento marinho em tanques de lastro, lama no fundo e óleo residual), liberação de gás e ventilação (níveis de oxigênio suficientes). Portanto, alguns tanques não estarão operacionais durante as inspeções, reduzindo a capacidade de armazenamento e talvez afetando o cronograma de consumo da unidade exploradora. Desta forma, uma RBI é recomendada para realizar um programa de inspeção de FPSOs, analisando por exemplo: » Quais as áreas, componentes ou equipamentos onde podem ocorrer danos críticos; » Quais os métodos e testes, inclusive, ENDs; » Correlação de probabilidade vs. consequência de falhas. É importante destacar que no caso de inspeção (ou qualquer outra operação que exija a entrada de pessoal no tanque) de ambientes confinados e insalubres, o profissional habilitado deve estar ciente de seguir as obrigações da regulamentação trabalhista NR 33 – Segurança e saúde nos trabalhos em espaços confinados. A mesma observação é válida para outros equipamentos e estruturas offshore. 69 UNIDADE IV INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL A Unidade IV aborda a inspeção de estruturas topside e do sistema de tochas, que são dois sistemas constituintes de diversas unidades de exploração offshore, compostos por diferentes e variados tipos de equipamentos e componentes. Além disso, fugindo um pouco da indústria do petróleo, esta unidade abrange uma visão global da inspeção de estruturas geradoras de energia eólica e da inspeção na construção naval. CAPÍTULO 1 Inspeção de estruturas Topside Conforme brevemente descrito no Capítulo 3 da Unidade I, a estrutura Topside de uma unidade exploradora offshore é formada por uma grande variedade de equipamentos, espalhados nos diferentes sistemas. Desse modo, a inspeção de vários desses equipamentos é regida por normas peculiares, como a NR-13, que define a inspeção de vasos de pressão e tubulações, por exemplo. Portanto, neste capítulo será apresentada uma visão macro das estruturas Topside, focando a inspeção baseada em risco (RBI) das estruturas críticas. Tais informações são baseadas no “Guidance Note NI 653” do “Bureau Veritas Marine & Offshore”, que, por sua vez são referendadas por normas internacionais da API, ISO e NORSOK. Para se ter uma noção da quantidade de componentes que são inspecionados quando se fala em inspeção de estruturas topside, segue a lista: vigas do convés principal, subestruturas de sustentação, estruturas-base de concreto, módulo de acomodação, torre, pontes, guindastes, estruturas de ventilação, heliportos, áreas de deposição, 70 UNIDADE IV │ INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL botes de resgate, vasos de pressão, separadores de fluidos, tubulações, conexões etc. A Figura 15 nos dá uma noção da forma da estrutura Topside, sendo instalada em uma plataforma. Figura 15. Instalação da estrutura Topside. Fonte: https://www.2b1stconsulting.com/wp-content/uploads/2012/06/Topsides_installation.jpg. Determinação das estruturas críticas do Topside As estruturas críticassão aquelas que são importantes para o funcionamento da unidade de exploração. Perceba que o fato de focarmos a discussão da inspeção das estruturas críticas do topside não significa que a inspeção dos vasos de pressão, válvulas e outros componentes é menos importante. No caderno de “Inspeção de Equipamentos e Estruturas Onshore” há muito sobre a inspeção desses componentes. A norma ISO 19901 para o projeto de estruturas de topsides requer que as estruturas críticas sejam identificadas e inspecionadas antes do início da produção, ou seja, a inspeção visual deve ocorrer no pátio de fabricação e logo após a instalação. Existem diretrizes para a identificação de estruturas críticas. As diretrizes fornecidas pela ISO permitem a identificação e a categorização das estruturas 71 INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL │ UNIDADE IV críticas de acordo com a probabilidade de falhas e a consequência de falhas de cada componente. Programa de inspeção O programa de inspeção deve estabelecer especificações para as atividades de inspeção, estabelecendo quais os procedimentos devem realizados para garantir a qualidade do serviço e, consequentemente, manter a segurança da operação. No que se refere à inspeção visual externa, por exemplo, é realizada para determinar a condição dos membros, juntas ou componentes selecionados para inspeção. Se for identificado algum dano, o inspetor deve fazer um registro do dano e, a partir disso, avaliar qual deve ser a medida a ser tomada. Normalmente, opta-se por realizar algum END (teste de líquido penetrante, por exemplo) antes de admitir a possibilidade de reparo ou substituição. Por sua vez, no registro dos danos, devem estar contidos medições, procedimentos realizados, documentação fotográfica etc. O programa de inspeção deve ser desenvolvido para cada item estrutural selecionado para a avaliação RBI. A estratégia de inspeção deve cobrir a vida útil da unidade offshore e deve ser revisada periodicamente ao longo da operação a fim de identificar se são necessárias mudanças na ideia original. Este programa deve conter: » o intervalo de inspeção ou cronograma de inspeção; » a técnica de inspeção; » se é necessária uma inspeção mais detalhada em determinados componentes estruturais. A estratégia de inspeção pode ser modificada pela consideração dos requisitos regulatórios e pela viabilidade operacional. Portanto, é importante que os membros da equipe operacional sejam envolvidos nesta etapa para demonstrar que a estratégia de inspeção final está em conformidade com os regulamentos (da região operacional) e é viável com base nas infraestruturas e capacidades de localização. Intervalo de inspeção O intervalo de inspeção deve se basear nas análises RBI da estrutura e dos equipamentos específicos, sempre referendado pelas normas vigentes da região de operação da unidade exploradora. 72 UNIDADE IV │ INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL Caso seja selecionado um intervalo de inspeção fora do planejado inicialmente, o inspetor deve justificar de forma técnica essa escolha. Essa justificativa técnica deve se basear na consideração dos possíveis mecanismos de degradação, na taxa de deterioração e na capacidade de detecção do método de inspeção selecionado. Técnica de inspeção A técnica de inspeção deve ser selecionada pelo pessoal qualificado, baseando-se no tipo e tamanho da deterioração esperada, além da área em que ocorre a inspeção. Área de cobertura da inspeção A área de cobertura da inspeção pode ser determinada: » pela porcentagem dos detalhes estruturais a serem inspecionados, obtendo dados representativos da condição da estrutura. Essa porcentagem representativa deve ser baseada nas melhores práticas e padrões do setor; caso contrário, a justificativa técnica da escolha feita deve ser fornecida; » por uma seleção de locais onde a probabilidade de danos é maior, incluindo: a área de dano suspeito ou conhecido do histórico de serviço ou da experiência do setor; e a área com maior estresse ou menor tempo de fadiga. Esses locais podem ser selecionados com base em uma classificação de risco local dos componentes da estrutura. Inspeção das estruturas críticas do Topside Em relação à inspeção do revestimento como um todo, a principal preocupação é com a deterioração e a corrosão da sua superfície. Na inspeção deve ficar claro qual a parte do revestimento (por exemplo, pintura ou chapa metálica) é danificada pela avaria, a extensão do dano e as possíveis consequências desse dano. A estrutura de sustentação também deve passar por uma inspeção criteriosa, visando observar a vulnerabilidade dos equipamentos quanto a danos de vibração, choques elétricos e outros causados por eventos extremos ou anormais (como tempestade e abalos sísmicos). Outro ponto importante, por questões de segurança, é executar a inspeção visual das rotas de fuga do pessoal. As escadas, passarelas e corredores devem estar 73 INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL │ UNIDADE IV livres, sem obstáculos físicos, com sinalizações claras etc. A inspeção também deve ocorrer nos barcos de transporte, observando os aspectos mecânicos e sinais de deterioração. No caso de plataformas fixas, é importante também observar o espaço entre a base da jaqueta e a lâmina d’água. A partir dessa observação, pode-se ter uma boa noção dos pontos que mais sofrem com o movimento repetitivo das ondas e, consequentemente, estão mais sujeitos a sofrer fadiga. Quanto aos pontos de juntas e soldas, eles representam locais típicos para a ocorrência de fissuras, rachaduras, trincas etc. A inspeção também deve ser realizada nos parafusos dos equipamentos, de modo a garantir que estes não estejam frouxos. Por fim, em áreas localizadas em grandes alturas, é recomendada a utilização de veículos aéreos não tripulados (UAVs) para inspecionar as estruturas. No entanto, essas observações devem ser verificadas e certificadas quanto à confiabilidade e adequação ao objetivo. 74 CAPÍTULO 2 Inspeção do sistema de tocha Certamente, muitos de vocês já viram uma imagem clássica em unidades de exploração de petróleo offshore: uma chama queimando na parte mais alta da unidade. Ali é a chamada tocha, ou flare (do inglês), que, além daquela chama, tem toda uma estrutura que é responsável por um importante papel na exploração de petróleo. O sistema de tocha em uma unidade de exploração de petróleo é apresentado na Figura 16. Figura 16. Sistema de tocha em pleno funcionamento. Fonte: https://www.2b1stconsulting.com/wp-content/uploads/2012/06/Flaring-platform.jpg. No Brasil, a inspeção do sistema de tochas de uma unidade exploradora de petróleo offshore é regido pela norma da Petrobras N-2665: Inspeção em serviço de sistemas de tochas (“flare”). O texto deste capítulo é uma adaptação desta norma. Sistemas de tochas e seus tipos O sistema de tocha é fundamental para a queima do excesso de gás, de modo a garantir uma maior segurança à produção de óleo e gás. As chamas são frequentes devido à queima de gás inflamável liberado por válvulas de alívio de pressão durante o momento de pressão excessiva não planejada de equipamentos da unidade. Durante os momentos de partida ou de parada da produção, há uma maior incerteza quanto ao volume de óleo e gás que pode ser extraído. Nesses momentos críticos, o sistema de tochas deve estar operando plenamente. A alternativa é permitir que 75 INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL │ UNIDADE IV o gás escape para evitar o acúmulo significativo de pressão e, consequentemente, o risco de explosão. Porém, nem sempre o sistema de tochas é utilizado para a segurança da unidade. Algumas vezes, o gás é queimado na flare por questão de logística, principalmente em locais mais remotos. Em outras palavras, é mais barato queimar o gás bruto, do que tratá-lo e transportá-lo para sua comercialização.Infelizmente, nessas situações, a questão ambiental fica em segundo plano (como em diversas outras situações da nossa sociedade!). Definindo de forma mais completa e direta, o sistema de tocha é: “o conjunto de equipamentos constituído por vasos de pressão, tubulações, bombas, painéis de acendimento, queimadores e estrutura de fixação, com a finalidade de queima de gases provenientes de uma unidade de processo. Os sistemas de tocha podem ser assistidos por ar, gás, vapor etc., para melhorar a combustão.” Norma N-2665, Petrobras, 2018. Dentre os tipos mais utilizados de tochas, pode-se citar: » “Pipe flare”, “single point”: é um dos mais utilizados, que tem a função de queimar o gás excedente da produção através de apenas um queimador. » “Multiflare” ou multiponto: opera em vários estágios, com vários queimadores, utilizado em locais com elevada produção de gás. O número de estágios em operação é regulado de acordo com a vazão de gás a ser queimado, através de sensores de pressão. » “Variable slot”: sistema “single point” ou multiponto, mas que opera através da diferença de empuxo e peso que o gás exerce sobre estruturas metálicas seladas móveis, chamadas tulipas. » Queimador de líquido: como o nome sugere, é uma estrutura destinada a queimar componentes líquidos. Existem outras estruturas que também possuem a mesma função das tochas, como o dispersor (“vent stack”), que como sugere o nome, é responsável por dispersar o gás excedente diretamente na atmosfera, sem a presença de um queimador ou qualquer tratamento prévio. 76 UNIDADE IV │ INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL Inspeção de sistemas de tochas Como dito anteriormente, o sistema de tochas é composto por diversos outros componentes, além daquele que causa a chama visível. Deste modo, muitos dos aspectos da inspeção desses componentes, principalmente vasos de pressão, tubulações e válvulas, se adequam à norma regulamentadora NR-13 e outras normas, descritas no caderno de “Inspeção de Equipamentos e Estruturas Onshore”. Preparativos para a inspeção Para iniciar a inspeção do sistema de tochas é necessário, antes de tudo, que o profissional que executa a inspeção seja habilitado para a função, utilize todos os EPIs obrigatórios e que ele verifique todas as condições do local, isto é, se outro equipamento em funcionamento pode atrapalhar a inspeção, se as condições ambientais estão adequadas (por exemplo, não pode estar chovendo ou com ventos acima de 55 km/h), etc. Além disso, o inspetor deve ter em mãos: » dados de projeto do sistema; » normas de construção do sistema; » planejamento das atividades de inspeção; » relatórios das inspeções anteriores, com modificações, reparos e alterações já realizados; » histórico de problemas e não conformidades do sistema. Lembre-se de relatar detalhadamente o passo a passo, bem como as recomendações para futuras inspeções, inclusive com observações que vão além do equipamento inspecionado (escadas de acesso, iluminação etc.). Tais informações são essenciais para a futuras inspeções e, consequentemente, para a operação do equipamento conforme deve ser. Periodicidade da inspeção de sistemas de tocha Quando já devidamente instalados, as inspeções dos sistemas de tocha podem ser de dois tipos: em serviço ou fora de serviço. Tais tipos são realizados de maneiras diferentes, com periodicidades também distintas. 77 INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL │ UNIDADE IV A inspeção em serviço deve ocorrer no prazo de 24 meses, enquanto a inspeção fora de operação não deve ultrapassar 72 meses. Vale salientar que, por possuírem diversos equipamentos no mesmo sistema (vasos de pressão, válvulas, tubulações), existem outros prazos de cada equipamento (que estão sujeitos a outras normas), sendo obrigação do inspetor de equipamentos estar atento a essas particularidades. Não custa nada lembrar que esses prazos correspondem aos prazos máximos entre uma inspeção e outra, conforme exposto na norma N-2665. Inspeção em serviço Quando em serviço, a inspeção de qualquer equipamento requer muito cuidado. No caso de sistemas de tocha, há o agravante de que o equipamento opera em altas temperaturas, irradiando bastante calor nas vizinhanças. A inspeção em serviço do sistema de tocha é feita de duas maneiras: inspeção visual externa e inspeção termográfica. A inspeção visual externa é realizada nas partes de acesso propício e sem riscos à segurança do inspetor ou qualquer outro funcionário ou equipamento da unidade. Nesse tipo de inspeção, busca-se observar os seguintes pontos: » a pintura do sistema de tochas, observando possíveis falhas de identificação dos equipamentos e as presenças de impurezas, empolamento, empoamento etc.; » avaliação das estruturas de fixação e sustentação, observando corrosão, fissuras, rachaduras, deformações mecânicas, infiltração e trincas; » observação das tubulações e acessórios, com atenção a problemas relacionados à corrosão e vazamentos de gás, água ou outros fluidos; » condições de aterramento do sistema de tocha como um todo etc. Já o uso da inspeção termográfica é realizado no topo do sistema de tocha, isto é, no “flare” propriamente dito. Tal observação utiliza RPAS (do inglês, “Remote Piloted Air System”), popularmente conhecidos como drones. Para realizar esse tipo de inspeção, é necessário que o profissional obtenha licenças e certificações para tal. Via drone, equipado com câmeras, sensores e outros equipamentos específicos, observa-se a condição do bico do queimador, a temperatura no bico do queimador, a 78 UNIDADE IV │ INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL presença de alguma queima fora do local adequado (o que indica um vazamento de gás imprevisto) e se há a ocorrência de radiação excessiva em algum equipamento do topo do flare. Inspeção fora de serviço Também conhecida como inspeção em condição de parada, esse tipo de inspeção tende a ser mais completa no sentido de que mais equipamentos são observados, mas não menos criteriosa do que a inspeção em serviço. A inspeção visual externa fora de serviço é a mesma inspeção visual externa quando o sistema de tocha está em operação. A novidade está nos pontos inacessíveis ao inspetor quando o equipamento está em serviço. A inspeção externa deve ser realizada em todos os equipamentos, buscando as avarias e formas de deterioração já descritas anteriormente. Além da inspeção visual externa, com os equipamentos fora de serviço, deve ser executada a inspeção interna dos equipamentos do sistema de tocha, dentre eles de tubulações, vasos de pressão, válvulas, queimador etc. Nessa prática, são adotados ENDs como os testes de partículas magnéticas, líquido penetrante, radiografia etc. No geral fica a critério do inspetor habilitado decidir quais ensaios devem ser empregados, obedecendo ao planejamento de inspeção e necessidades do equipamento. 79 CAPÍTULO 3 Estruturas eólicas offshore Todo o conteúdo deste material foi destinado à indústria petrolífera offshore. Porém, perante o crescimento da geração de energia proveniente de estruturas eólicas offshore, cabe pelo menos uma rápida menção a esses tipos de estruturas. Tipos de estruturas eólicas offshore Segundo o estudo de Dehghani e Aslani (2019), as estruturas eólicas offshore (do inglês, OWS) são compostas principalmente por quatro componentes, incluindo pás, nacele, torre e estrutura de suporte. A torre sustenta a nacele e as pás, transferindo toda a carga para a estrutura de suporte. É justamente a forma como essa estrutura sustenta a unidade que são classificadas as OWSs. Desse modo, de modo semelhante às unidades de exploração de petróleo, as OWSs são divididas em estruturas fixas e estruturas flutuantes. A Figura 17 é uma representação gráfica dessas estruturas: Figura 17. Estruturas eólicas offshore. 2 1 3 4 5 6 7 Fonte: Adaptado deDeghani e Aslani, 2019. 80 UNIDADE IV │ INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL A escolha da estrutura de suporte adequada para uma OWS em um determinado local depende principalmente da profundidade da água e de aspectos ambientais, sendo um ponto crítico no projeto de uma OWS devido ao fato de o custo da fundação aumentar significativamente em relação à profundidade. Da Figura 17, a estrutura 1 depende do seu próprio peso para se sustentar, sendo utilizada somente em águas extremamente rasas e calmas. A estrutura 2 é fixada no fundo do mar por uma estaca, que lhe sustenta, sendo também utilizada em águas rasas, isto é, com menos de 30 m de profundidade. Assim como a estrutura 2, a estrutura 3 também se sustenta por uma estaca no fundo do mar, mas já é utilizada em águas mais profundas, pois possui cabos tensionados que reduzem a flexibilidade lateral e, portanto, melhoram a estabilidade da estrutura como um todo. A estrutura 4 faz uso de um tripé, composto por uma estrutura tubular de aço fixada ao fundo do mar por meio de pequenas estacas acionadas em cada perna do tripé e uma peça de transição no centro para apoiar a torre eólica. O tripé é horizontal e diagonalmente apoiado na peça de transição para desenvolver uma base rígida e, consequentemente, promover uma maior estabilidade. A estrutura 5 utiliza uma estrutura (parecida com as de unidades de petróleo) para escorar uma estrutura tubular de aço de 4 pernas com reforço horizontal e diagonal para fornecer a rigidez necessária para a estrutura se sustentar. Enquanto que as estrutura 6 tem o mesmo das plataformas tension leg. Já a estrutura 7 é flutuante, sendo composta por um cilindro longo e delgado posicionado sob a superfície da água com seu centro de gravidade muito abaixo de seu centro de flutuação para suportar toda a turbina eólica. Para melhorar a estabilidade do mastro, ele pode ser amarrado ao fundo do mar usando linhas catenárias rígidas. Tal tipo de estrutura tem boa resposta dinâmica e alta estabilidade se comparada às outras estruturas. Inspeção de estruturas eólicas offshore Por ser uma atividade relativamente recente, não há ainda algum regulamento que defina os procedimentos adequados para realizar as mais variadas operações em estruturas eólicas offshore, inclusive a inspeção. Sendo assim, muitas das técnicas utilizadas para inspecionar OWSs são provenientes da indústria petrolífera offshore ou de turbinas eólicas onshore com adaptações. 81 INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL │ UNIDADE IV Contudo, Netland et al. (2014) reportaram um estudo no qual se sugere a inspeção de OWSs por veículos remotos ou drones. No referido estudo, o robô é instalado dentro da nacele da turbina para realizar inspeções, através de um operador em terra. Os acessórios do robô, como câmeras, microfones, temperatura e sensores de vibração, podem simular os sentidos humanos, de modo que o operador pode obter informações semelhantes, como se estivesse ele próprio na nacele, conforme ilustrado na Figura 18. Figura 18. Representação de um robô operando no interior de uma nacele de uma turbina eólica offshore. Robô Fonte: Adaptado de Netland et al., 2014. Na Figura 18 a seta indica o robô e, em vermelho, o caminho percorrido por ele para inspecionar os componentes internos da nacele. Netland et al. (2014) concluíram que, a partir da aplicação e simulação da inspeção remota em diferentes parques eólicos, o uso de inspeção remota oferece benefícios econômicos robustos para projetos de parques eólicos offshore. 82 CAPÍTULO 4 Inspeção na construção naval Assim como a indústria do petróleo, a indústria da construção naval utiliza muito a inspeção de seus equipamentos e estruturas para otimizar suas operações offshore. Durante o processo de construção de qualquer navio, devem ocorrer inspeções para garantir a conformidade da embarcação com o seu projeto original, observando as estruturas, os materiais, os equipamentos etc. Para cada estágio da construção do navio, devem ser estabelecidos os procedimentos e a extensão das inspeções a serem realizadas. O objetivo das inspeções é avaliar a capacidade da estrutura de permanecer segura até o próximo período de inspeção e realizar quaisquer medidas corretivas necessárias para manter essa capacidade. A extensão das inspeções estruturais necessárias sempre será muito afetada por considerações de custo e tempo. A Figura 19 ilustra a construção de um navio de grande porte. Figura 19. Construção naval. Fonte: https://www.canadianshipper.com/wp-content/uploads/2017/12/Shipbuilding.jpg. Programa de inspeção Com base nas análises e investigações realizadas durante as fases de projeto, um “Programa de Inspeção” deve ser preparado. O programa deve fornecer instruções 83 INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL │ UNIDADE IV de acessibilidade para as peças a serem inspecionadas e identificar as áreas criticamente, conforme determinado pelas análises de estresse. Além disso, deve conter uma lista de todos os elementos estruturais a serem inspecionados e o tipo e a extensão das inspeções para cada um. Também deve ser incluído no programa de inspeção uma lista ou referência às tolerâncias estruturais padrão aplicáveis e níveis aceitáveis de desvio desses padrões. Em linhas gerais, esse programa de inspeção é semelhante aos já relatados para outras estruturas neste caderno. Inspeção de fabricação Como se sabe, no geral, a inspeção de fabricação offshore é uma operação cara. Ao planejar inspeções em excesso em relação ao que é necessário para assegurar a integridade estrutural da embarcação, uma sobrecarga de custo extra pode ser imposta aos estaleiros e, portanto, aos proprietários. Por outro lado, planejando e realizando uma quantidade insuficiente de inspeção, algumas deficiências nas estruturas podem permanecer indetectáveis e resultar em operações de reparo ou renovação muito mais caras do que as inspeções pré-planejadas. Consequentemente, há a necessidade de se chegar a um nível equilibrado de inspeção para garantir as funcionalidades dos componentes do navio. Inspeção em processo de fabricação Os procedimentos, métodos e funções organizacionais podem variar dependendo do estaleiro onde a construção ocorre e do tipo e tamanho da embarcação a ser construída. Em qualquer caso, no entanto, as seguintes funções de inspeção devem ser realizadas durante etapas de construção. Inspeção visual Inspeções visuais durante os estágios de submontagem e montagem devem ser direcionadas para examinar cuidadosamente a estrutura com atenção específica ao seguinte: » Completitude: certificar-se de que todos os principais membros estruturais na submontagem, montagem, módulo e navio estão no lugar, conforme exigido pelo projeto detalhado. 84 UNIDADE IV │ INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL » Materiais utilizados: verificar se são utilizados apenas os materiais corretos, conforme especificado pelo projeto detalhado. Códigos de cores de identificação de materiais ou marcações podem ser usados para esta verificação. » Precisão: apontar desvios aparentes de dimensões especificadas com a finalidade de assegurar que submontagens e montagens se encaixem. Um programa de controle dimensional pré-planejado é necessário para isso. » Preparação conjunta: garantir a precisão no encaixe, aberturas, alinhamento dos componentes, limpeza, remoção de escória etc. » Solda: determinar se os tamanhos das soldas estão de acordo com o projeto inicial. Além, claro, de observar possíveis falhas visíveis na solda (que, como já se sabe é um ponto crítico na inspeção). » Detalhes estruturais: verificar a conformidade de detalhes estruturais com o projeto original, observando recortes de folga, vigas, suportes, conexões de extremidade de reforço etc. » Suporte e suspensórios: verificar se há quantidadede suportes, suspensórios e plataformas de elevação fornecidos e usados adequadamente para mover e manusear a unidade sem danificar o alinhamento durante a fabricação. » Obra Geral: verificar se a unidade estrutural completa está livre de descontinuidades, cortes, bordas irregulares ou outros danos que possam iniciar ou propagar rachaduras que causem falha total da estrutura. Além disso, verificar se todos os acessórios temporários de fabricação e montagem que não serão necessários durante os estágios posteriores da construção são removidos adequadamente. Alinhamento O desalinhamento excessivo em estruturas pode causar concentrações de tensão e, portanto, pode levar a falhas. Por isso, inspeções de alinhamento devem ser realizadas durante todos os estágios de construção, registrando quaisquer desvios excessivos (isto é, além dos níveis aceitáveis), identificando qual a causa e quais medidas corretivas devem ser tomadas. 85 INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL │ UNIDADE IV Essencialmente, as medições de alinhamento para as arestas da placa e formas estruturais devem ser feitas, após a soldagem, nos seguintes componentes: » casco, incluindo estruturas e pavimentos transversais e longitudinais; » conjunto de divisórias longitudinais e transversais; » decks; » estruturas secundárias, como: fundações, mastros, lemes, tanques etc. Soldas As inspeções de solda consistem em levantamentos visuais, medições físicas e exames de raios X e/ou ultrassônicos. A solda a ser inspecionada deve estar limpa e toda a escória deve ser removida. Ferramentas simples, como uma régua e lupas, devem ser usados em medições para apoiar exames visuais. Os exames visuais devem ser direcionados para a detecção dos seguintes possíveis defeitos ou deficiências de solda: » erros no tamanho da solda; » falta de fusão (aplica-se END quando necessário); » cortes; » desvios do contorno da solda; » fissuras, rachaduras ou algum princípio delas (aplica-se END quando necessário); » porosidade (aplica-se END quando necessário); » arestas afiadas ou esfarrapadas; » escória excessiva. ENDs devem ser realizados durante a etapa de construção, conforme detalhado no plano de inspeção do projeto e conforme contido no programa de inspeção de construção. 86 UNIDADE IV │ INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL Inspeção estrutural final (da etapa de fabricação) As inspeções estruturais finais devem ser realizadas antes da conclusão de qualquer unidade, módulo ou a montagem completa na embarcação. Quando é realizada a inspeção estrutural final na unidade, todas as estruturas devem ser inspecionadas visualmente para a integridade e funcionalidade de todo o trabalho, incluindo acessórios, escadas e acessos temporários e permanentes. Além disso, tanques, compartimentos e espaços vazios devem ser testados quanto à estanqueidade para evitar a propagação de inundações, fogo e gases. Verificações de estanqueidade podem ser realizadas por meio de testes de mangueira, testes de pressão de ar ou testes hidrostáticos. Falhas comuns encontradas nesta etapa Muitos estaleiros já possuem publicações internas para uso na identificação de deficiências estruturais encontradas com maior frequência e recomendam medidas corretivas. Dentre as falhas mais comuns encontradas na etapa de construção de um navio, pode-se citar: » desalinhamento de estruturas; » lacunas excessivas entre os membros; » inclinação de estruturas; » distância imprópria entre soldas adjacentes; » falhas de solda; » distorção; » deformação da placa; » rachaduras, fissuras, amassados e outros danos. Inspeção em serviço A condição da estrutura do navio deve ser mantida sob constante vigilância por inspeções contínuas e periódicas durante toda a sua vida útil, de acordo com o “Programa de Inspeção em Serviço” preparado durante as etapas finais do período de construção. 87 INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL │ UNIDADE IV As inspeções contínuas, obviamente, só podem ser realizadas pela tripulação do navio enquanto a embarcação estiver em operação. Algumas das inspeções periódicas podem ser realizadas pela tripulação do navio também, mas existem técnicas de inspeção mais complexas, que só podem realizadas por pessoal treinado e certificado. Preparação de um plano de inspeção em serviço No final do período de construção de um navio, o “Programa de Inspeção de Construção” e o “Registro de Condições da Estrutura” devem ser revisados novamente e um novo documento atualizado passa a ser denominado como “Plano de Inspeção em Serviço”. Esse documento deve conciliar as diretrizes dos documentos acima mencionados e incluir alguns pontos, tais quais: » identificação de áreas criticamente estressadas; » quaisquer mudanças nas áreas de estresse críticas devido a falhas nos materiais ou erros de fabricação aceitos durante o processo de construção; » outras áreas significativas para serem inspecionadas devido a erros de material e/ou fabricação durante a construção. Além disso, é recomendada a elaboração de uma checklist de inspeções realizadas, preparada com base no exposto acima, que identifica todas as estruturas a serem submetidas a inspeções em serviço. Tal lista de verificação deve conter: » periodicidades das inspeções; » métodos e procedimentos das inspeções, incluindo o uso de ENDs; » ferramentas e equipamentos a serem utilizados; » responsabilidades pelas inspeções, isto é, a determinação se a inspeção será realizada pela própria tripulação do navio ou se será realizada em estaleiro, em condições de parada. Inspeção contínua da tripulação Essas inspeções podem revelar deterioração ou danos a partes da estrutura que podem ser reparadas pela tripulação ou podem ser solicitadas inspeções e reparos mais detalhados, possivelmente em um estaleiro naval. Em alguns casos, partes da estrutura do navio podem não ser vistas pela tripulação no mar, pois a estrutura pode 88 UNIDADE IV │ INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL ficar inacessível devido à existência de combustível, água, carga, isolamento etc. Nesses casos também a tripulação solicitaria inspeções no pátio. A tripulação, quando possível, pode realizar as seguintes operações preventivas: » detectar e reparar pequenos danos e deterioração; » obter sinais antecipados de grandes problemas estruturais que podem se desenvolver a partir de pequenas falhas; » manter sistemas de proteção à corrosão sob vigilância; » identificar áreas para inspeções mais detalhadas e preparar o equipamento necessário para realizá-las; » reduzir os custos gerais de vistoria e reparo. No “Programa de Inspeção em Serviço”, preparado durante o período de construção, serão identificados os elementos estruturais e os pontos em que a tripulação deve realizar inspeções contínuas. Além disso, serão também sinalizadas as estruturas consideradas críticas devido a características de design ou histórico de fabricação. Algumas das deficiências estruturais típicas que a tripulação pode detectar são: » formação de escórias em placas e revestimentos; » corrosão geral e localizada em diversos pontos da embarcação; » perda de espessura, mais evidenciada principalmente em tubulações; » condição geral dos revestimentos e isolamentos; » rachaduras, fissuras, amassados e outros danos claros etc. É importante lembrar que, além dos principais elementos estruturais, as inspeções também devem cobrir estruturas diversas, como corrimãos, escadas, plataformas, hastes de alcance de válvulas etc. Os principais componentes estruturais inspecionados pela tripulação, na medida do possível, devem incluir revestimento de convés, vigas, revestimento e estrutura do casco, divisões transversais e longitudinais etc. Reparos Os procedimentos a serem seguidos na realização de inspeções estruturais durante grandes reparose disponibilidades de revisão são, essencialmente, combinações de procedimentos de inspeção de “construção” e “em serviço”. Os reparos em qualquer estrutura devido a danos ou deterioração devem seguir os procedimentos de reparo recomendados no “Programa de Inspeção em Serviço”. 89 INSPEÇÃO DE OUTRAS ESTRUTURAS OFFSHORE E INSPEÇÃO NA CONSTRUÇÃO NAVAL │ UNIDADE IV Se, no entanto, o dano é tão extenso que requer a remoção da estrutura existente e a renovação com novos materiais, então na fabricação de novas estruturas, os requisitos do “Programa de Inspeção de Construção” devem ser observados. Quando forem feitas alterações na estrutura existente, as áreas modificadas devem ser inspecionadas estruturalmente de acordo com os requisitos de inspeção “em serviço”. As peças construídas ou estruturas adicionais também devem ser inspecionadas com requisitos de “nova construção”. Histórico estrutural do navio Uma revisão minuciosa de todos os relatórios de inspeção estrutural e registros de falhas e reparos permite que o inspetor prepare um histórico estrutural da construção do navio. A partir disso é possível montar um relatório completo das inspeções realizadas durante toda a vida útil do navio, contendo, no mínimo, as seguintes informações: » toda a estrutura e equipamentos que foram inspecionados; » os critérios de tolerância e aceitação adotados para cada componente inspecionado; » estruturas com desvios maiores do que os níveis permitidos, mas aceitas por atrapalharem a operação do navio, mesmo sem ter sido realizada nenhuma ação corretiva; » estruturas que apresentaram desvios fora do permitido e sofreram reparos para serem utilizadas, citando quais os reparos realizados; » estruturas que apresentaram grandes desvios e foram substituídas, por não compensar o custo do reparo; » projeto estrutural modificado em relação ao projeto inicial. As informações listadas acima devem ser compiladas em um relatório completo que pode ser rotulado como “Registro de Condição da Estrutura” para uso como base de referência durante toda a vida útil do navio. 90 Referências ABAEI, M. M. et al. A dynamic human reliability model for marine and offshore operations in harsh environments. Ocean Engineering 173, 90-97, 2017. ABC da Inspeção de Fabricação. Rio de Janeiro: Petrobras, 2017. ANP – Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Retirado de: http://www.anp.gov.br/institucional/a-historia-do-petroleo. ANSI/API 2AWSD – Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms – Working Stress Design. Washington, USA: American Petroleum Institute, 2010. API 2FPS – Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing Floating Production Systems. Washington, USA: American Petroleum Institute, 2001. 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