Compensação de heave em tubos flexíveis contínuos:
Mantendo a janela de tensão
O tubo flexível contínuo sem riser pode determinar os limites da operação. Neste exemplo calculado, uma coluna de 2⅜ polegadas e 400 m de comprimento tem força de escoamento axial de 522 kN e pode sofrer flambagem se perder a tensão efetiva. Por isso, ela precisa permanecer dentro de uma janela de tensão definida enquanto a embarcação se movimenta.
Por que uma coluna de tubo flexível contínuo sem riser precisa permanecer dentro de uma janela de tensão definida, o que prevê o caso calculado sem compensação, como o ponto de operação muda quando o tubo fica preso e como se estabelece o envelope de um projeto.
Por Tord Martinsen, CEO · · Revisado em · Leitura de 5 min
A coluna é o elemento mais vulnerável
400 m de tubo de 2⅜″ × 0.190″ da classe CT-90 têm rigidez axial de EA ≈ 174 MN. Nesse comprimento, isso equivale a 435 kN de tensão por metro de alongamento, portanto ±1.5 m de movimento relativo sem compensação exigem da coluna ±650 kN, acima de sua força de escoamento de 522 kN em uma única onda.
O que acontece sem compensação
Suspenda rigidamente a plataforma do injetor em Hs 3.0 m / Tp 9.0 s e a coluna recebe todo o movimento da embarcação. O estado de mar exige dela 1,308 kN frente a uma força de escoamento de 522 kN, e ela se rompe cerca de quinze segundos após o início da operação. Nas doze realizações de ondas desse estado de mar, a suspensão rígida rompe a coluna em todas elas, entre 8.7 s e 32.5 s.
O exemplo calculado em vídeo: a janela de tensão, a força adicional de tração com o tubo preso e a frenagem após a ruptura da coluna, renderizados quadro a quadro a partir da simulação no CONSTELLATION.
O que o compensador precisa fazer
Com um ANTARES 125 t / 5.5 m na sua carga de gás mais baixa, as mesmas ondas fazem a tensão variar de 93–146 kN em torno de um ponto de ajuste de 118 kN (aproximadamente ±29 kN), com zero eventos de folga, enquanto a unidade absorve 4.5 m de movimento relativo.
O fator decisivo é a rigidez, não a força: uma mola a gás suficientemente macia para que um metro de movimento da embarcação quase não altere a pressão, em série com uma coluna cuja rigidez é de 435 kN/m. O elemento macio absorve o movimento; a coluna mantém a tensão.
Tubo preso: a mesma unidade, outro ponto de operação
Quando o tubo fica preso, a força de tração para liberá-lo precisa aumentar enquanto a coluna permanece abaixo do escoamento e nunca fica frouxa. Neste exemplo calculado, uma unidade de compensação passiva adaptativa reajusta no local seu ponto de operação do gás: a coluna então suporta uma força de 418 kN para liberar o tubo (a linha de operação declarada de 80 %). Os picos das ondas ultrapassam essa linha e chegam a 89 % da força de escoamento modelada (cerca de 465 kN), ainda abaixo do escoamento, sem eventos de folga nas doze realizações. A configuração necessária depende do caso.
A ruptura da coluna e a importância do fim do curso
O acidente que o setor realmente teme é a ruptura da coluna sob a força máxima de tração adicional. Cerca de 418 kN de tensão desaparecem instantaneamente e a plataforma é lançada para cima: 3.2 m em cerca de um segundo na realização mostrada.
| Frenagem após ruptura da coluna | Mostrado | Pior entre 12 | Limite |
|---|---|---|---|
| Contato com batente rígido | nenhum | nenhum | nenhum |
| Velocidade de impacto no batente rígido | não atingido | não atingido | ≤ 0.5 m/s se atingido |
| Desaceleração máxima | 2.1 g | 3.7 g | 5.0 g |
| Pico no cabo principal | 0.61 × SWL | 0.90 × SWL | 1.00 × |
O compensador precisa amortecer o fim do próprio movimento de retração. Com essa função, a plataforma é freada sem atingir nenhum elemento rígido. Sem ela, a mesma plataforma, sob a mesma onda, chega ao fim do curso em velocidade: uma falha crítica em vez de uma parada controlada.
Neste exemplo calculado, o transiente de ruptura determina a demanda no cabo principal, e não o caso rotineiro de carga suspensa. O cabo principal fica momentaneamente frouxo quando a plataforma é lançada para cima e depois volta a sustentar a carga. Em outra configuração operacional, cada fase e condição de contorno deve ser verificada conforme sua própria definição de carga e seus critérios.
Onde o envelope se fecha
O conjunto de simulações publicado demonstra a resposta declarada somente para Hs 3.0 m, Tp 9.0 s nesta embarcação, direção de incidência, caminho de carga e base de doze realizações. Ele não estabelece uma relação universal do curso com Hs, nem um limite operacional de 3.1–3.4 m. O envelope do projeto precisa abranger Hs, Tp, direção de incidência e o espectro especificado, verificando curso, tensão e o transiente de ruptura em cada ponto da malha.
Perguntas frequentes
Por que o tubo flexível contínuo precisa de compensação de heave?
O que é a janela de tensão?
Um compensador passivo consegue manter a janela com Hs 3 m?
O que dimensiona o cabo principal em uma operação com tubo flexível contínuo?
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Dimensões e classe da coluna, profundidade da água, embarcação e estado de mar. Entregamos um exemplo calculado como este: a janela durante a operação, o caso de tração adicional, a frenagem após a ruptura da coluna e o conjunto de simulações que sustenta cada número.
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