Wall Thickness Estimator¶

O módulo Wall Thickness do FieldTwin Design calcula a espessura da parede de uma tubulação/riser/jumper rígido (parede única) com cálculos básicos derivados das diretrizes do setor API RP 1111 (4ª Edição) ou DNVGL OS-F101 (Edição 2013). Os valores de espessura de parede fornecidos pelo módulo Wall Thickness do FieldTwin consideram apenas os casos de carga de ruptura e colapso do projeto.

Advertência

Observe que o módulo Wall Thickness do FieldTwin Design não calcula TODOS os outros casos de carga necessários em um projeto completo, preciso e válido da espessura da parede de uma tubulação submarina. É um módulo de pré-engenharia que ajuda você com cálculos rápidos da espessura de parede na fase de conceito para acelerar e otimizar o trabalho de layout do campo. Você deve sempre fazer os cálculos finais das espessuras de parede no software de engenharia que escolher.

O módulo estima dois (2) valores de espessura de parede: um valor segue uma metodologia de caso de carga de ruptura do projeto, e o outro valor usa uma metodologia de caso de carga de colapso do projeto. O valor único informado pelo módulo Wall Thickness será o maior entre os dois valores. Quando o usuário transfere o valor de espessura de parede para o modelo de metadados da conexão, apenas o valor de espessura de parede de um dos dois códigos de projeto pode ser selecionado.

INTRODUÇÃO¶

Para obter o passo a passo completo do módulo Wall Thickness Estimator, consulte o seguinte vídeo do tutorial.

Wall Thickness Estimator: requisitos de metadados¶

O módulo Wall Thickness do FieldTwin Design usa atributos específicos do modelo de metadados da conexão como parâmetros de entrada. Se a instância do FieldTwin não tiver adotado o modelo de metadados da FututreOn nos oito parâmetros necessários de entrada de conexão no módulo Wall Thickness, ela não funcionará corretamente. Os oito parâmetros de entrada de conexão são descritos em detalhes em uma seção posterior neste documento.

Parâmetros de entrada do projeto¶

O módulo Wall Thickness do FieldTwin Design tem vários parâmetros de entrada que são definidos no projeto. Os parâmetros de entrada do projeto, com os valores padrão definidos pelo FieldTwin, são mostrados a seguir. A menos que exista uma razão fundamental para alterar os valores padrão dos primeiros quatro (4) parâmetros (módulo de elasticidade do metal da tubulação, razão de Poisson, densidade da água do mar ou a magnitude da aceleração gravitacional), a FutureOn recomenda o uso dos valores padrão. Os valores do módulo de elasticidade e da razão de Poisson são valores típicos do aço de tubulação.

Elevation Reference Height (Altura de Referência de Elevação) é o local no sistema da tubulação no qual a pressão máxima de projeto é especificada. Frequentemente, está acima do nível médio do mar (MSL, mean sea level) em uma localização específica na plataforma. A calculadora de espessura de parede considera altura de referência de elevação estar em MSL (valor de 0,0 metro). O valor deve ser inserido em metros, e o valor positivo indica que a altura de referência de elevação está acima do MSL.

Wall Thickness

Parâmetros de entrada de conexão¶

O módulo Wall Thickness do FieldTwin Design também retira oito (8) parâmetros de entrada do modelo de metadados da conexão selecionada. Os oito parâmetros de entrada, mostrados na figura abaixo, definem a fabricação e a função da tubulação. Os parâmetros são:

Pressão máxima do projeto
Temperatura máxima do projeto
Diâmetro externo da conexão
Pressão interna mínima
Margem de corrosão do duto
Grau do tubo (X60, X65, etc.)
Processo de fabricação
Serviço (petróleo, injeção de gás, injeção de água, etc.)

Wall Thickness

Os primeiros cinco parâmetros exigem que o usuário insira valores numéricos no modelo de metadados da conexão. O módulo Wall Thickness avisará ao usuário se a unidade usada em um parâmetro de entrada não for compatível com o módulo. Por exemplo, uma pressão em psig (pressão manométrica) não funcionará no módulo, como mostrado na figura a seguir.

Wall Thickness

Os atributos Pipe Grade (Grau do tubo), Fabrication Process (Processe de fabricação) e Service (Serviço) do modelo de metadados da FutureOn têm um conjunto de valores predefinidos, que o usuário pode selecionar. Existem alguns valores que não são compatíveis com o módulo Wall Thickness, e selecionar um desses valores gerará uma mensagem de aviso. Um exemplo de Pipe Grade (Grau do tubo) é exibido a seguir.

Wall Thickness

Transferir o valor da espessura da parede para a conexão¶

Para transferir o valor da espessura da parede e o diâmetro interno que o acompanha, estimados pelo módulo, para os atributos de metadados da conexão selecionada, use o botão do módulo “Set in connection" (Definir na conexão). A definição do modelo de metadados da FutureOn para espessura de parede e diâmetro interno deve ser usada na instância do FieldTwin para que a funcionalidade funcione corretamente. Observe que as unidades de espessura de parede e do diâmetro interno corresponderão à unidade de medida selecionada pelo usuário para o atributo diâmetro externo da conexão.

Cálculos da espessura da parede: visão geral¶

Os cálculos realizados no módulo Wall Thickness seguem os cálculos fornecidos na API e nas diretrizes de projetos de tubulações DNVGL. O módulo usa os parâmetros de entrada exibidos na interface junto a alguns dados adicionais extraídos do projeto do FieldTwin nos cálculos. Os dois conjuntos de cálculos (API e DNVGL) convertem todos os parâmetros de entrada em unidades SI antes de executar os cálculos.

Profundidade de água máxima na conexão¶

A localização mais profunda na conexão é passada ao módulo e usada nos cálculos. Os cálculos API e DNVGL usam o valor máximo de profundidade de água ao estimar a espessura da parede necessária para atender ao caso de carga de colapso (pressão externa) do projeto. Os cálculos DNVGL também usam a profundidade da água, junto ao valor de altura de referência de elevação, no caso de carga de ruptura do projeto.

Atributo Pipe Grade (Grau do tubo)¶

As diretrizes API e DNVGL fornecem instruções sobre o mapeamento do valor do atributo Pipe Grade (Grau do tubo) para valores numéricos correspondentes à tensão mínima de escoamento especificada e a resistência à tração final (tensão) do aço usado na tubulação. Os valores especificados de tensão mínima de escoamento (SMYS) e resistência à tração final especificada (SMTS) são usados nos cálculos de ruptura e colapso.

Detecção de tubulação ou riser¶

O módulo Wall Thickness recebe um sinalizador da API de backend do FieldTwin para indicar que conexão será usada pela ferramenta como riser. O sinalizador é definido com base no status da conexão no ponto de extremidade, ou seja, a conexão está conectada a um ativo da plataforma ou sonda.

Atributo de metadados "Service" (Serviço) da conexão¶

O módulo Wall Thickness usou o valor do atributo "Service" (Serviço) da conexão para definir a densidade do fluido dentro da conexão durante as operações. A densidade interna do fluido é definida automaticamente pelo FieldTwin, e o usuário não pode alterar esse valor. A densidade é usada pelo módulo Wall Thickness apenas nos cálculos DNVGL, onde a pressão interna local é modificada para caso de carga de ruptura do projeto.

Atributo Service (Serviço)	Densidade interna do fluido (kg/m3)
Produção de petróleo/exportação de petróleo	750
Injeção de água/WAG	1000
Produção de gás/exportação de gás/injeção de gás	200
Meg	790
Serviço	790

Processo de fabricação¶

O atributo da conexão afeta o cálculo do módulo Wall Thickness no caso de carga de colapso do projeto. Alguns métodos de fabricação, como o ERW, exigirão maior espessura de parede para atender ao caso de carga de colapso do projeto.

Temperatura máxima do projeto¶

Valores maiores desse atributo da conexão fazem com que os cálculos do módulo Wall Thickness estimem valores maiores da espessura da parede. Valores maores da temperatura máxima do projeto reduzem o valor de SMTS e SMYS em valor de Pipe Grade (Grau do tubo).

Profundidade de água¶

O FieldTwin extrai os dados da conexão relevantes da profundidade de água e passa ao usuário no módulo Wall Thickness. A maior profundidade de água ao longo da conexão é usada nos cálculos de colapso do projeto. A profundidade de água também terá impacto nos cálculos DNVGL de ruptura do projeto, e o módulo Wall Thickness usa os dados de profundidade de água, com os maiores e menores valores, nos seus cálculos.

Profundidade do leito marítimo

Tenha em mente que, quando a profundidade do leito marítimo for maior do que 3700 m, esses cálculos não serão mais válidos.

Margem de corrosão da conexão¶

O módulo Wall Thickness do FieldTwin usa apenas esses dados de entrada nos cálculos DNVGL do valor de ruptura do projeto. Se o módulo Wall Thickness calcular que uma espessura de parede maior é necessária para atender ao caso de colapso da conexão no projeto, não haverá impacto quando a margem de corrosão for alterada no módulo.

Fatores de segurança DNVGL das diretrizes de projeto¶

Os cálculos DNVGL usam diversos fatores de segurança parciais. O valor de alguns desses fatores de segurança parciais, por exemplo:

Fator de resistência do material (real)
Fator máximo da fabricação
Fator de resistência do material (nominal)

pode ser facilmente definido no módulo Wall Thickness. O fator DNVGL de resistência de classe de segurança é um fator que não pôde ser facilmente definido, mas não é apresentado ao usuário para defini-lo nesta versão do módulo Wall Thickness. Em qualquer conexão que não for um riser, a classe de segurança DNVGL será Média. Todas as conexões de riser recebem classe de segurança Alta nos cálculos DNVGL e, portanto, o módulo normalmente retorna valor de espessura de parede maior do que na conexão de "tubulação" semelhante.

Pressupostos e limitações do Wall Thickness Estimator¶

A limitação mais importante para o usuário do FieldTwin no módulo Wall Thickness é que a espessura da parede de tubulação/riser/jumper que o módulo fornece para conexões rígidas de parede única é apenas uma estimativa e não representa um design completo e comprovado da espessura da parede da tubulação submarina. As seguintes são as premissas e limitações adicionais presentes no módulo Wall Thickness:

Apenas as condições do caso de carga de ruptura e colapso do projeto são consideradas, portanto, os valores de espessura da parede fornecidos pelo módulo são apenas valores estimados.
O módulo só funciona na conexão do FieldTwin com os atributos de dados Line Type (Tipo de linha) = Rigid (Rígido) e Pipeline Type (Tipo de tubulação) = Single (Único)
O módulo Wall Thickness não pode ser usado com conexões pipe-in-pipe.
As diretrizes DNV não apresentam impacto claro da temperatura na espessura da parede acima de 200 C. O módulo presume inclinação constante de redução de 40 MPa/100 C quando a temperatura máxima do projeto está acima de 200 C.
Todas as conexões do tipo riser recebem classificação de segurança DNVGL "Alta". O resultado será que o módulo fornece valores de espessura de parede geralmente maiores quando usa os cálculos DNVGL.
Todas as conexões de tubulação e jumper recebem classificação de segurança DNVGL "Média".
Os dados de margem de corrosão da tubulação são usados apenas nos cálculos DNVGL; eles não são usados nos cálculos da API e não afetarão as estimativas de espessura da parede da API.
Apenas o caso de carga de ruptura do projeto da DNVGL usa a margem de corrosão no cálculo do valor da espessura da parede. Portanto, os valores da espessura estimados pelo módulo não sofrerão impacto devido ao valor da margem de corrosão, quando o caso de carga de ruptura do projeto determinar a estimativa DNVGL da espessura da parede. Normalmente, acontece com tubulações com diâmetro externo maior em águas mais profundas.

Tutorial do Wall Thickness¶

Assista ao vídeo do tutorial a seguir para ver o passo a passo completo do uso do Wall Thickness Estimator e entender os pré-requisitos e as limitações.