Tubos revestidos com CRA de 32 polegadas: Melhorando o desempenho para aplicações offshore e CCUS
Os materiais de liga resistente à corrosão (CRA) desempenham um papel fundamental nos dutos submarinos, combatendo a corrosão interna causada pelos fluidos transportados. Em ambientes onde o aço carbono é insuficiente devido a desafios técnicos, operacionais ou econômicos, os CRAs oferecem uma alternativa confiável. Os riscos de corrosão são particularmente significativos na presença de ácido carbônico (formado a partir de CO₂ dissolvido) e sulfeto de hidrogênio (H₂S), que criam cenários complexos de seleção de materiais.
Há três tipos comuns de tubos submarinos de CRA: (i) tubos de CRA sólidos, (ii) tubos revestidos de CRA (ligados metalurgicamente) e (iii) tubos revestidos mecanicamente de CRA (CRA-MLP). Entre esses, o CRA-MLP é geralmente a opção mais econômica.
Ele tem sido amplamente utilizado no setor de petróleo e gás há décadas, demonstrando confiabilidade e desempenho comprovados. Os MLPs combinam a resistência à corrosão de um revestimento de CRA com a resistência estrutural de um suporte de aço carbono, com o apoio de mais de 40 anos de sucesso comprovado no setor de petróleo e gás. Os materiais de revestimento mais comuns incluem o Tipo 316L (UNS S31603), a Liga 825 (UNS N08825) e a Liga 625 (UNS N06625).
Para os tubos de 32 polegadas testados nesse programa, o revestimento 825 (UNS N08825) foi escolhido por sua excepcional resistência a CO₂, H₂S e cloretos. O suporte de aço carbono era um tubo API 5L X60 de 22,23 mm de espessura, garantindo um suporte estrutural robusto. Com base na conquista de um registro de 24 polegadas com o projeto Idoho da Exxon na Nigéria, esse programa representa um marco significativo para a Cladtek, demonstrando sua capacidade de dimensionar a tecnologia MLP para diâmetros maiores.
O estudo avalia métricas críticas de desempenho, incluindo limites de enrugamento durante a flexão e a eficácia do hidroteste. Os resultados confirmam a adequação dos tubos revestidos com CRA de 32 polegadas para aplicações offshore e submarinas, incluindo captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS), solidificando ainda mais seu papel como uma solução transformadora para a moderna infraestrutura de dutos.
Processo de fabricação de tubos revestidos mecanicamente
Os tubos com revestimento mecânico (MLPs) integram a resistência à corrosão de um revestimento de CRA com a resistência de um tubo externo de aço carbono. O processo de fabricação começa com a fabricação do revestimento de CRA, normalmente feito de materiais como 825 ou 316L, e sua inserção cuidadosa no tubo de aço carbono (Figura 1).
Em seguida, o tubo composto passa por uma expansão hidráulica. Durante essa etapa, o aço carbono permanece elástico enquanto o revestimento de CRA se deforma plasticamente. Ao liberar a pressão hidráulica, a recuperação elástica do aço carbono comprime o revestimento, formando uma ligação mecânica segura.
Para aumentar a durabilidade, uma sobreposição de solda resistente à corrosão é aplicada às extremidades do tubo, estendendo a camada de CRA e garantindo proteção contínua contra a corrosão nas juntas. Essa etapa minimiza os riscos relacionados às juntas e aumenta a confiabilidade a longo prazo.
Os MLPs são eficientes, exigindo muito menos material de CRA do que os tubos de CRA revestidos ou de CRA sólido, reduzindo assim os custos. Além disso, os prazos de fabricação mais curtos tornam os MLPs ideais para projetos com cronogramas apertados. O processo é ambientalmente sustentável, gerando até 50% menos CO₂ em comparação com a produção de tubos revestidos de CRA.
Figura 1. Processo de fabricação
Sustentabilidade: Tubos revestidos com CRA vs. Tubos revestidos com CRA
Os tubos revestidos com CRA oferecem vantagens ambientais significativas em relação aos tubos revestidos com CRA, posicionando-os como uma opção mais sustentável. O processo de ligação mecânica usado nos tubos revestidos com CRA elimina a necessidade de ligação metalúrgica de alta temperatura, que consome muita energia, reduzindo significativamente o consumo de energia e as emissões de CO₂.
Além disso, os tubos revestidos com CRA alcançam a mesma resistência à corrosão e usam consideravelmente menos material de CRA, o que reduz a pegada de carbono geral em comparação com os tubos revestidos com CRA.
Em termos de reciclabilidade, os tubos revestidos com CRA são excelentes. A ligação mecânica permite a separação direta do revestimento de CRA do suporte de aço carbono no final de sua vida útil, permitindo que ambos os materiais sejam reciclados independentemente. Por outro lado, a ligação metalúrgica nos tubos revestidos com CRA dificulta a separação, reduzindo a eficiência da reciclagem e aumentando os custos de processamento.
Esses recursos tornam os tubos revestidos com CRA mais eficientes em termos de energia na fabricação e mais adequados para práticas de gerenciamento de materiais sustentáveis, apoiando os esforços globais para reduzir o desperdício e promover uma economia circular.
Visão geral e resultados dos testes
Os tubos eram seções de 12 metros de aço carbono API X60 com espessura de parede de 22,23 mm e revestimentos CRA de 2,5 mm ou 4,0 mm. Uma solda de circunferência no ponto médio de cada corda reproduziu cenários de instalação de S-lay do mundo real.
Simulações de revestimento e efeitos térmicos
As simulações de revestimento, realizadas a 240°C ± 10°C, reproduziram os ciclos térmicos típicos das operações de revestimento no pátio antes de os tubos serem enviados para o mar, conforme mostrado na Figura 2. Essas simulações reduziram permanentemente a força de aderência entre o revestimento e o aço carbono.
No entanto, foi demonstrado que o hidroteste restaura parcialmente a força de preensão, garantindo a integridade mecânica sob pressões operacionais. Essa etapa permitiu uma avaliação realista do desempenho mecânico após o revestimento e o hidroteste. A Figura 1 ilustra a configuração usada para essas simulações de revestimento.
Figura 2. Simulações de revestimento da Cladtek
Testes de flexão de quatro pontos em escala real
Após a conclusão das simulações de revestimento, as colunas de teste foram submetidas a testes de flexão que simulavam de perto as condições operacionais e de instalação offshore, conforme ilustrado na Figura 3. Cada ciclo de flexão envolvia carregar o tubo até uma tensão-alvo e, em seguida, virá-lo de forma que a seção anteriormente na posição das 6 horas fosse girada para a posição das 12 horas e vice-versa.
Esse processo foi repetido por três ciclos completos (um ciclo completo que compreende duas etapas de carregamento, com seis semiciclos no total). Essa abordagem avaliou o desempenho mecânico dos tubos revestidos com CRA de 32 polegadas em cenários realistas de instalação/operação.
Medidores de deformação (SG) e transdutores de deslocamento (WD), conforme mostrado na Figura 4, foram posicionados perto de áreas críticas, como soldas circulares e pontos triplos, para monitorar a deformação e o deslocamento. Essa configuração capturou dados detalhados sobre a deformação do tubo e a distribuição de tensão, fornecendo informações sobre a robustez dos tubos revestidos com CRA sob condições de instalação/operacionais.
Figura 3. O tubo T4 é carregado no equipamento de flexão de 4 pontos em nossas instalações na Indonésia
Figura 4. Configuração do tubo de teste
Configurações de desempenho
O desempenho das configurações foi resumido da seguinte forma:
T1: Um revestimento de CRA de 2,5 mm apresentou rugas localizadas sob as condições mais altas de teste (Figura 5). O hidroteste pós-flexão a 216 bar eliminou com sucesso todas as rugas, restaurando a integridade do revestimento (Figura 6). T2: um revestimento de CRA de 2,5 mm não apresentou rugas após a flexão.
T3: Um revestimento de CRA de 4 mm apresentou excelente desempenho mecânico, sem enrugamento ou separação do revestimento observados durante o teste.
T4: Um revestimento de CRA de 4 mm demonstrou forte resiliência durante os ciclos de flexão (Figuras 7). As rugas ocorreram somente em testes prolongados com tensões mais altas, e o hidroteste reduziu significativamente a altura das rugas (Figuras 8).
Figura 5. Tubo na parte inferior do tubo - Sexto meio ciclo
Figura 6. Condição da tubulação após o teste de hidroteste - todas as rugas desapareceram
Figura 7. Tubo na parte inferior do tubo - Sétimo meio ciclo
Figura 8. Rugas após o teste de hidroteste
Desempenho em relação aos limites de enrugamento da DNV
O desempenho mecânico dos tubos testados excedeu os padrões do setor em condições de instalação/operacionais, conforme resumido na Tabela 1. Esses resultados confirmam que os tubos revestidos com CRA testados mantêm a robustez mecânica sob condições de alta tensão, o que os torna adequados para aplicações offshore desafiadoras. Os dados também enfatizam a necessidade de considerar cuidadosamente os limites de deformação ao selecionar as configurações de tubos para ambientes operacionais específicos.
Desafios de soldagem Hi/Lo em tubos revestidos com CRA versus tubos revestidos com CRA
Os desafios do alinhamento Hi/Lo durante a soldagem afetam significativamente o desempenho mecânico e a confiabilidade das juntas soldadas. Isso é especialmente crítico para tubos revestidos com CRA e tubos revestidos com CRA de grande diâmetro. Os tubos revestidos com CRA utilizam uma ligação metalúrgica entre a camada de CRA e o suporte de aço carbono, enquanto os CRA-MLPs empregam uma ligação mecânica.
Ambas as configurações garantem uma durabilidade robusta em condições de alta pressão e de serviço ácido. No entanto, a ligação metalúrgica exige alinhamento preciso e controle de calor nas soldas circulares. O desalinhamento pode levar a concentradores de tensão, aumentando o risco de fadiga e rachaduras por corrosão sob tensão (SCC).
A solução desses problemas geralmente envolve esmerilhamento excessivo, o que pode expor o suporte de aço carbono à corrosão, aumentando o tempo e os custos de fabricação. Por outro lado, os tubos revestidos com CRA (CRA-MLP) usam uma ligação mecânica, o que simplifica a fabricação do tubo, mas não resolve inerentemente os problemas de alinhamento durante a soldagem. No entanto, a aplicação de revestimento de solda nas extremidades do tubo garante uma proteção consistente contra a corrosão e ajuda a mitigar os desafios de alinhamento, fornecendo uma superfície uniforme e soldável.
Técnicas avançadas de colagem, métodos precisos de expansão do liner e controles de qualidade rigorosos minimizam o risco de enrugamento do liner, que pode ocorrer durante instalações de alta tensão. Além disso, a ligação mecânica minimiza o risco de movimento do liner durante ciclos de flexão ou térmicos, garantindo a integridade estrutural e reduzindo a probabilidade de problemas operacionais.
Para aplicações de grande diâmetro, os tubos revestidos com CRA oferecem uma solução simplificada que equilibra flexibilidade, confiabilidade e complexidade de fabricação reduzida. Sua adaptabilidade a técnicas avançadas de soldagem e condições de alta tensão os torna particularmente adequados para projetos exigentes de tubulações submarinas e offshore, em que a eficiência de custos e a integridade estrutural de longo prazo são essenciais.
Tabela 1. Comparação das tensões de enrugamento observadas com os limites da DNV
Oportunidades para ampliar a tecnologia MLP e o impacto no setor
O teste bem-sucedido de tubos revestidos com CRA de 32 polegadas representa um avanço transformador na tecnologia de tubos revestidos mecanicamente (MLP), superando as limitações históricas de escalabilidade de diâmetro. O dimensionamento de MLPs além da faixa tradicional de 6 a 24 polegadas era anteriormente limitado pela dependência de tensões de compressão para unir o revestimento de CRA ao tubo de aço carbono, aumentando o risco de enrugamento ou deformação do revestimento sob alta tensão, especialmente durante instalações offshore exigentes.
Essa conquista demonstra a integridade estrutural e a confiabilidade operacional dos MLPs de 32 polegadas, estabelecendo-os como uma alternativa econômica aos tubos revestidos de CRA para projetos de grande diâmetro. Ao expandir a faixa de diâmetros viáveis, os MLPs agora podem atender a um escopo mais amplo de aplicações em ambientes offshore e submarinos, incluindo setores essenciais como captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS).
As MLPs revestidas com CRA combinam efetivamente a resistência à corrosão com custos de produção significativamente reduzidos, oferecendo uma economia notável em despesas de capital (CAPEX) para projetos de tubulação. Os custos tradicionalmente altos dos tubos revestidos com CRA sempre atuaram como uma barreira ao desenvolvimento, paralisando muitos projetos em potencial. Esse avanço oferece uma solução financeiramente viável, desbloqueando esses projetos e permitindo o progresso. Além disso, a redução do uso de materiais caros de CRA, os cronogramas de produção mais rápidos e a diminuição das emissões de CO2 tornam as MLPs sustentáveis do ponto de vista ambiental e economicamente atraentes.
O teste bem-sucedido de tubos revestidos com CRA de 32 polegadas não apenas valida seu desempenho mecânico em condições desafiadoras, mas também ressalta sua função na modernização da infraestrutura de dutos. Ao atender a requisitos de desempenho rigorosos, os MLPs oferecem uma solução comprovada para o transporte de fluidos corrosivos em condições offshore exigentes. Esse desenvolvimento aumenta a competitividade das MLPs em setores como o CCUS, garantindo que elas atendam às demandas em evolução por soluções de tubulação econômicas, confiáveis e sustentáveis. Esse avanço solidifica as MLPs como uma tecnologia fundamental para o avanço das iniciativas globais de energia e para a formação de um futuro mais sustentável para a infraestrutura de dutos.
* Este artigo foi publicado originalmente na revista Stainless Steel World - Edição de fevereiro de 2025.
