Compensador de heave passivo adaptativo ANTARES suspenso no cabo principal da torre de manuseio de módulos, acima do moonpool, sustentando a plataforma do injetor de tubo flexível contínuo
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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.

Escoamento da coluna em
522 kN
Demanda com suspensão rígida
1,308 kN
Com a mola a gás
93–146 kN
Eventos de folga
0

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.

Limite superior
418 kN
Limite do exemplo calculado pela ND, fixado em 80 % da força de escoamento informada após correção por fadiga; prevalecem os critérios definidos para a coluna do projeto.
Limite inferior
10 kN
Limite inferior de tensão efetiva no exemplo calculado: atrito no stripper mais uma margem contra compressão. O modelo do projeto define a verificação de flambagem.
Conjunto submarino no leito marinho a 400 m, com a coluna de tubo flexível contínuo subindo até a superfície
A extremidade inferior: 400 m de tubo ancorado ao conjunto submarino. Todo movimento da embarcação na extremidade superior precisa ser absorvido antes de chegar aqui.

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.

Embarcação de intervenção leve em poços com a torre de manuseio de módulos sobre o moonpool
O caso modelado: um navio monocasco de intervenção leve em poços, com 116 m, a plataforma do injetor suspensa no cabo principal da torre e a coluna passando pelo moonpool.

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.

Compensador de heave passivo adaptativo ANTARES no cabo principal da torre
Um ANTARES 125 t / 5.5 m no cabo principal da torre, entre o guincho e a plataforma do injetor.

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.

Vista para cima do cabo principal da torre, em direção ao compensador que sustenta a tração adicional com o tubo preso
Sustentando a tração para liberar o tubo. A unidade assume um novo ponto de operação e continua acompanhando o movimento do mar.

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.

Critérios de frenagem após a ruptura da coluna: a realização mostrada, o pior caso entre doze rupturas modeladas e o limite de aceitação de cada critério.
Frenagem após ruptura da colunaMostradoPior entre 12Limite
Contato com batente rígidonenhumnenhumnenhum
Velocidade de impacto no batente rígidonão atingidonão atingido≤ 0.5 m/s se atingido
Desaceleração máxima2.1 g3.7 g5.0 g
Pico no cabo principal0.61 × SWL0.90 × SWL1.00 ×

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?
No caso calculado, a coluna tem alta rigidez axial e um limite superior definido pela força de escoamento: 435 kN/m ao longo de 400 m e força de escoamento axial de 522 kN. Assim, o movimento relativo sem compensação pode levar a resposta para fora da faixa de tensão exigida.
O que é a janela de tensão?
É a faixa definida para o projeto entre o limite inferior da tensão efetiva e o limite superior da força de operação. Este exemplo usa 10 kN e 418 kN, respectivamente; nenhum dos valores pode ser aplicado a outro caso sem verificar a coluna, a pressão, o atrito, a fadiga e as condições operacionais.
Um compensador passivo consegue manter a janela com Hs 3 m?
Conseguiu neste conjunto específico de simulações calculadas com Hs 3.0 m, Tp 9.0 s: 93–146 kN em torno de um ponto de ajuste de 118 kN, sem eventos de folga em doze realizações. É um resultado deste caso, não uma classificação geral para estados de mar.
O que dimensiona o cabo principal em uma operação com tubo flexível contínuo?
É preciso verificar todos os casos de carga determinantes. Neste exemplo, o transiente de ruptura determina a demanda, e não a carga suspensa de rotina; em outra configuração operacional, uma fase ou condição de contorno diferente pode ser determinante.

Envie seu caso

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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