Avaliação de integridade de dutos com mossas de topologia complexa com base em deformação equivalente

Abstract

Mais de 40 % das causas de falha em linhas de transporte de hidrocarbonetos decorre de ações de terceiros, que acarretam a criação de mossas, entalhes ou combinações de ambos. Assim sendo, danos em dutos na forma de mossas tem emergido como uma preocupação chave para operação, confiabilidade e segurança do público em geral, dentro da indústria dutoviária. Os principais códigos de construção e montagem internacionais consideram mossas lisas deletérias se estas excedem a 6 % do diâmetro nominal do duto, em seu ponto mais profundo. A norma ASME B 31.8 - Gas Transmission and Distribution Piping System - 2003 Edition, apresenta uma alternativa a este critério. De acordo com esta edição da norma, qualquer mossa de qualquer profundidade, pode ser aceita desde que seus níveis de deformação associados à deformação geométrica não excedam a uma deformação equivalente (ou efetiva) de 6 % (ou 60.000 m/m). O apêndice R da norma B 31.8 apresenta um procedimento orientativo para o cálculo da assim chamada deformação equivalente. Em sua última edição de 2008, o comitê da ASME corrigiu alguns pequenos erros materiais em fórmulas, porém manteve inalterado o critério condenatório mencionado. Não obstante o autor desta dissertação de mestrado não ter a intenção de atacar ou criticar este critério de integridade, apenas fornece sugestões para ampliá-lo. Por outro lado, é pacífico que alguma forma de interpolação ou outra técnica matemática é necessária para desenvolver ou reconstruir a superfície sob avaliação com base nos dados oriundos de uma corrida de pig geométrico, por exemplo, ou uma medição externa através de um sistema de medição que produza a melhor exatidão possível. Além disso, existem outras deformações geométricas na seção reta do duto que alteram sua circularidade tais como, flambagem local, ovalização, ou mesmo ondulações decorrentes de curvamento a frio, entre outras alterações geométricas, que também podem ser investigadas através das técnicas descritas neste trabalho. Uma abordagem confiável e segura para o levantamento destas alterações geométricas é uma meta deste trabalho. Em adição, a metodologia proposta se pretende ser amigável ao operador, não requer nenhuma erudição matemática especial, nem qualquer conhecimento do método dos Elementos Finitos, por exemplo. Este trabalho também se propõe a fornecer uma metodologia direta, rápida e confiável para avaliação da integridade de dutos com mossas.

More than 40 % of failures in transmission pipelines are caused by third-party damages, which drives to the creation of dents, grooves and combinations of both. So, mechanical damages to pipelines in the form of dents has emerged as a key safety concern for operating, reliability and public safety within the pipeline industry. Most international pipeline codes consider plain dents injurious if they exceed a depth of 6% of its nominal diameter, at its deepest point. ASME B 31.8 - Gas Transmission and Distribution Piping System - 2003 Edition, states an alternative to this criterion. According to this edition, any plain dent of any depth are acceptable provided strain levels associated with the deformation do not exceed 6% (or 60.000 m/m) equivalent strain. In the appendix R of B 31.8 code is issued a procedure for assessing and measuring the so called "equivalent strain". In the last 2008 Edition of the code the ASME committee has corrected some minor material errors in formulae but still maintained the criterion above mentioned. Nevertheless the author of this MSc dissertation does not intend to attack or remark this integrity criterion (but just suggest to "enlarging" it). In the other hand, it also must be agreed that some kind of interpolation or other mathematical technique is necessary to develop (or rebuilt) the surface contours based on a caliper pig run information, for instance, or an assessment from a exogenous source within the best exactness attainable. Furthermore, there are other geometrical alterations in pipe sections which alter its roundness such as local buckling, smooth ovalization, or even undulations (ripples) due to field cold bends, among others that can be equally investigated as far as strain concern. A reliable and safe approach for assessing such geometrical alterations is the aim of this work. In addition, the method proposed herein is intended to be friendly to the operators, nor requiring deep knowledge of mathematics neither a specialization in Finite Element Analysis - FEA, for instance. This work intends as well to provide a straightforward methodology, fast and reliable for integrity assessment.