Simulação numérica e análise experimental de reparo de dutos por arames pré-tensionados

Abstract

As redes de dutos rígidos de transporte de petróleo e gás são de grande periculosidade, sendo necessário constante monitoramento e manutenção. Os métodos de reparos desses dutos devem ser eficientes e seguros, além de qualificados para o tipo de aplicação. Este trabalho teve por objetivo realizar uma análise numérica, via método de elementos finitos, de um reparo de duto com arames pré-tensionados, a fim de validá-lo e possibilitar a avaliação do método e propor melhorias. A validação do modelo numérico foi feita através de uma análise experimental, na qual se utilizou os dados obtidos em um reparo, aplicado em laboratório, para teste hidrostático, e de modelagem analítica, encontrada na norma ASME Divisão 3 Seção VIII artigo KD-9. O modelo numérico apresentou uma diferença de aproximadamente 6% em relação à medição experimental da tensão circunferencial no duto e aproximadamente 8% na tensão circunferencial no arame durante a aplicação do reparo comparado com o método analítico. Com o modelo validado, foram realizadas simulações para a verificação das tensões circunferenciais no duto e nos arames durante a aplicação do reparo e na aplicação de pressão interna. Verificou-se que não há um relaxamento dos arames à medida que o reparo vai sendo aplicado, o que poderia ocorrer pela ação do arame que está sendo aplicado nos antecedentes. Foi constatado que a influência da pré-tensão do arame no duto estende-se por aproximadamente 220 milímetros antes do início e após o final deste, além de ser verificado o efeito de borda.

For networks of rigid pipelines carrying oil and gas are of great danger, you need constant monitoring and maintenance. The methods of repair of these products must be safe and efficient, and qualified for the type of application. This study aimed to perform a numerical analysis by finite element method of repairing a pipeline with pre-tensioned wires in order to validate it and enable the evaluation of the method and propose improvements. The validation of the numerical model was performed using an experimental analysis, in which we used the data obtained in a repair, applied in the laboratory for hydrostatic testing, and analytical modeling, found in ASME Section VIII Division 3 Article KD-9. The numerical model showed an error of about 6% in the measurement of circumferential strain in the pipeline and approximately 8% in the calculation of circumferential wire tension during application of the repair. With the validated model, simulations were performed for the verification of the duct and circumferential tension on the wires. It wasn´t found that there is a relaxation of the wires as the repair is being implemented, which could occur by the action of the wire being applied in the background. It is found that the influence of repair on the pipeline extends for approximately 220 mm before and after the end of this, besides being checked the border effect.