UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
CENTRO DE TECNOLOGIA – ESCOLA POLITÉCNICA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA
LOAD OUT DE PLANTA DE PROCESSO PARA
PLATAFORMAS TIPO MONOCOLUNA
Aluna: Ana Carolina de Oliveira Lessa
Orientadora: Profa. Marta C. T. Reyes
Co-Orientador: Peter Kaleff
INDICE
1
INTRODUÇÃO...................................................................................................... 3
2
A MONOBR ......................................................................................................... 4
3
OPÇÕES PARA O DECK MATING ............................................................................. 6
4
3.1
INTRODUÇÃO.................................................................................................6
3.2
INSTALAÇÃO DA PLANTA DE PROCESSO TRADICIONAL DE FPSOs .........................6
3.3
DECK MATING TRADICIONAL ...........................................................................6
3.4
MATING DE GRANDES BLOCOS ........................................................................8
3.5
LOAD OUT DA PLANTA DE PROCESSO................................................................8
LOAD OUT CONVENCIONAL..................................................................................10
4.1
INTRODUÇÃO............................................................................................... 10
4.2
ETAPAS DO LOAD OUT CONVENCIONAL ........................................................... 11
4.2.1 Princípios do embarque..............................................................................11
4.2.2 Filosofia do embarque ...............................................................................11
4.2.3 Seleção da Barcaça ...................................................................................12
4.2.4 Esquema de bombeamento ........................................................................12
4.2.5 Condição de lastro inicial............................................................................13
4.2.6 A maré e o embarque (load out) .................................................................13
5
6
LOAD OUT DA PLANTA DE PROCESSO....................................................................15
5.1
LOCAL PROPOSTO PARA A OPERAÇÃO ............................................................. 15
5.2
OPÇÕES DE LOAD OUT .................................................................................. 16
5.3
ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA OPERAÇÃO ........................................................ 18
5.3.1
PLATAFORMA ...........................................................................................18
5.3.2
PLANTA DE PROCESSO ..............................................................................21
5.3.3
BARCACA DE TRANSPORTE DA PLANTA DE PROCESSO ...................................22
MODELACAO DA OPERAÇÃO .................................................................................25
6.1
O PROGRAMA............................................................................................... 25
6.2
OS MODELOS............................................................................................... 25
6.3
CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO.................................................................... 29
6.3.1 Definição de carregamento.........................................................................29
6.3.2 Calculo do equilíbrio inicial .........................................................................30
6.3.3 Seleção dos tanques a serem utilizados na operação......................................31
6.3.4 Considerações sobre a operação .................................................................47
6.4
Analise da ESTABILIDADE da operação ............................................................ 49
6.4.1 BARCAÇA
FS - 1 .....................................................................................49
6.4.2 Condição de estabilidade - Inicial ................................................................50
6.4.3 Condição de estabilidade - Final ..................................................................51
6.4.4 Mono BR..................................................................................................52
6.4.5 Condição de estabilidade - Inicial ................................................................53
6.4.6 Condição de estabilidade - Final .................................................................54
7
CONCLUSÕES ....................................................................................................56
8
BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................57
1 INTRODUÇÃO
Atualmente com as rápidas mudanças tecnológicas, constantemente somos levados a
pensar em novas e mais eficazes alternativas. E buscando essas alternativas mais
eficientes para a exploração de petróleo, chegou-se ao conceito de plataformas FPSO do
tipo monocoluna.
As unidades FPSO do tipo mono-coluna apresentam uma série de vantagens quando
comparadas com uma unidade FPSO, como menores movimentos e menor peso de aço.
No entanto a sua construção apresenta desafios específicos diferentes desafios
apresentados pela construção de navios. Porém, para as plataformas em geral, uma das
principais causas de demora na construção é devido ao tempo de instalação dos
equipamentos e principalmente da planta de processo.
Uma técnica altamente recomendada que garante uma melhora significativa na produção
de unidades FPSO não convertidas e, como conseqüência, a redução do tempo tanto de
edificação quanto de instalação dos equipamentos, consiste em se explorar
paralelamente as estratégias de construção do casco e a integração do casco com os
equipamentos.
Uma forma de encurtar significativamente o tempo de construção consiste na edificação
em conjunto da estrutura da plataforma e da planta de processo para, depois de
finalizada a construção de ambas, ser realizada a união entre a planta de processo e o
casco através de uma operação chamada “deck mating”.
A operação de deck mating é realizada por meio de uma embarcação que transporta o
convés até a unidade e realiza sua transferência.
No caso de semi-submersíveis a embarcação se posiciona entre as colunas da unidade e
através da redução de seu calado, deposita o convés sobre os apoios previamente
preparados na unidade, essa operação já foi realizada, inclusive no Brasil.
No caso da MonoBR um processo semelhante fica prejudicado, pois ela não possui
aberturas que permitam a passagem de uma embarcação. Uma alternativa é deixar-se
uma abertura na região superior da unidade que permitisse o posicionamento adequado
da barcaça. Uma vez posicionado o convés, os elementos de fechamento seriam soldadas
à unidade, finalizando o processo de instalação do convés. Alternativas para a instalação
do convés da MonoBR foram consideradas, como será apresentado no decorrer deste
relatório.
A proposta deste trabalho é fazer a avaliação do ponto de vista de estabilidade de uma
operação de load out de uma planta de processo para uma plataforma do tipo
monocoluna.
2 A MONOBR
A MONOBR é uma plataforma que tem como característica marcante a utilização de um
casco cilíndrico com eixo vertical. Projetada para um deslocamento de mais de 120 mil
toneladas, a estrutura terá um calado de aproximadamente de 45 metros, suficientes
para suportar uma planta de processo de mais de 35 mil toneladas. A MonoBR estará
entre as maiores já projetadas no mundo e terá capacidade de produção de 200 mil
barris de petróleo diários. Na figura 2.1 podemos observar um desenho da MonoBr e na
tabela 2.1 temos suas características principais.
Figura 2.1 - A MonoBR
Tabela 2.1 – Características Principais da MonoBR
Em alto-mar, os movimentos causados pela ação das ondas podem se tornar grandes
inimigos das plataformas que extraem petróleo a milhares de metros de profundidade,
em águas profundas e ultra profundas. É possível verificar esse fenômeno na bacia de
Campos, o maior campo petrolífero brasileiro, onde as ondas do oceano Atlântico são
suficientes para balançar em demasia as plataformas petrolíferas, por maiores estas que
sejam. Logo, um dos principais focos no desenvolvimento de plataformas é a obtenção
de um melhor comportamento em ondas comparando-se a outras concepções já
existentes.
Com isso, o casco foi projetado com base em estudos hidrodinâmicos, sendo sua forma
concebida de modo que as forças de ondas no casco fossem minimizadas, sendo
compensadas por aumentos na massa adicional e no amortecimento, em todos os graus
de liberdade.
Para atingir tal característica, o formato do casco englobou um moon pool central e
variações do diâmetro na altura da linha d´água (praia), além de dispositivos redutores
de movimento chamados de saias, que estão presentes externamente ao costado e
internamente ao moon pool.
As “saias” são estruturas na parte inferior do casco, que produz efeitos semelhantes às
bolinas de navios, aumentando a massa adicional e o amortecimento do sistema. Por se
tratar de um sistema estacionário, sua dimensão não fica limitada à resistência ao
avanço, e sim às limitações estruturais.
O moon pool também é baseado em sistemas já conhecidos, sendo utilizado para a
passagem de equipamentos em navios de perfuração. Seu dimensionamento usual é feito
de modo que o movimento interno da água seja mínimo. O moon pool atua também
como um redutor passivo de movimentos, devido à diferença de fase entre os
movimentos de heave da plataforma e da água interna ao moon pool, semelhante a um
sistema massa-mola.
Do ponto de vista estrutural, embora a MONOBR seja um casco cilíndrico, a concepção
desta foi toda pensada visando à utilização somente de chapas planas e reforçadores
paralelos, aumentando a possibilidade de automação de soldas, minimizando a
quantidade de HH por tonelada de aço processada.
Em relação aos conceitos de FPSOs baseados em cascos com forma de navio ou balsa, a
MONOBR apresenta algumas vantagens que podem ser mais ou menos significativas
dependendo do cenário de produção, como:
•
Apresenta as características de movimentos de uma semi-submersível
convencional, porém com alta capacidade de armazenamento.
•
Os baixos movimentos são muito convenientes para a utilização de
SCR(Steel Catenary Risers).
•
Maior reserva de estabilidade na condição avariada, permitindo correções
nos ângulos de banda.
•
Flexibilidade
operacional
no
que
tange
ao
carregamento
e
descarregamento de tanques e à capacidade de atingir calados propícios para
inspeção ou reparo, apenas com operações lastro e deslastro.
•
Baixa razão peso estrutural/deslocamento da unidade.
•
Facilidade de construção, podendo ser adotadas práticas convencionais de
fabricação e montagem.
•
Flexibilidade na escolha do local de conexão dos risers, se externos ao
costado, podendo ficar no nível do convés ou no da própria saia, ou internos ao
moonpool.
•
Menores movimentos, possibilitando a utilização de SCR em catenária
livre;
3 OPÇÕES PARA O DECK MATING
3.1
INTRODUÇÃO
Considerando que a melhor solução para reduzir o tempo de construção é fazer a
edificação da estrutura da plataforma e da planta de processo em paralelo, foram
consideradas e indicadas a seguir as alternativas viáveis para a instalação do convés da
MonoBR.
1.- Instalação da planta de processo tradicional de FPSOs .
2.- Deck mating tradicional como o realizado em plataformas semi-submersíveis.
3.- Mating de parte do casco com a planta (flutuante) e com submersão do casco
restante.
4.- Load out da planta de processo completa.
3.2
INSTALAÇÃO DA PLANTA DE PROCESSO TRADICIONAL DE FPSOs
A instalação da planta de processo da forma tradicional de FPSOs é realizada por meio do
içamento dos módulos da planta. Equipamentos capazes de levantar cargas pesadas são
comuns em estaleiros, e na última década a pré-fabricação tornou-se uma prática
padrão, conseqüentemente, o planejamento do içamento dessas cargas é um elemento
importante na ordenação, programação, orçamento e segurança da construção.
No entanto, diferentemente dos FPSOs para os quais a operação de montagem da planta
é realizada no cais, neste caso, em decorrência do pontal da monocoluna ser muito
maior, a operação vai depender da disponibilidade de altura dos guindastes para que ela
seja montada no cais, ou a operação pode ser realizada em lugar abrigado com
profundidade suficiente para que a plataforma seja lastrada e com o uso de cabrias de
grande capacidade.
3.3
DECK MATING TRADICIONAL
Para a realização do deck mating tradicional, semelhante ao realizado nas plataformas
semi-submersíveis, terá que ser praticada uma abertura na casco, que dependerá das
dimensões da embarcação de transporte utilizada para a operação.
A figura 3.1 ilustra a seqüência da operação de deck mating tradicional, nela podemos
ver o corte na estrutura do casco, neste caso, da largura do moon pool da plataforma.
Figura 3.1 - Deck mating tradicional
A operação de deck mating aconteceria da forma tradicional, com a plataforma sendo
lastrada, a barcaça sendo rebocada para dentro da abertura e, depois, sendo lastrada
para permitir o assentamento da planta sobre o casco. E para o fechamento do casco,
teriam as opções de instalar blocos, porém esta opção apresenta alto grau de
complexidade, pois os blocos teriam que ser rebocados, posicionados e soldados ao
casco, ou ainda adaptar o projeto de forma que a abertura seja permanente, sendo que
esta apresenta o inconveniente de diminuir a capacidade de armazenamento de
plataforma.
A figura 3.2 ilustra como ficaria a plataforma adaptada, sem o fechamento do casco.
Figura 3.2 - Deck mating sem fechamento do casco.
3.4
MATING DE GRANDES BLOCOS
Esta opção consiste em construir o casco em duas seções separadas, a seção inferior
seria provida de gaiutas provisórias para fornecer flutuabilidade e estabilidade suficiente
à estrutura, a parte superior é planejada de forma tal que tem flutuabilidade própria.
Ambas as partes devem ser providas de fechamentos provisórios para manter a
estanqueidade dos tanques. As partes seriam transferidas até um lugar abrigado e com
profundidade suficiente para realizar a operação de mating. No local a parte inferior é
afundada de forma a permitir a inserção do bloco superior e realizar a solda dos
elementos.
Este tipo de operação já foi realizado em maio de 1998 para a plataforma de perfuração
Molikpaq, que está ilustrada na figura 3.3 abaixo, e coincidentemente as análises de
estabilidade para esta operação foram feitas no programa MOSES, programa que
utilizaremos neste trabalho.
Figura 3.3 - Seqüência de mating da plataforma Molikpaq.
3.5
LOAD OUT DA PLANTA DE PROCESSO
Uma outra opção que se apresenta é o load out da planta de processo completa, esta
operação consiste em submergir a plataforma até certo calado e realizar a transferência
da planta de processo desde uma barcaça. Na figura 3.4 podemos ver uma proposta
inicial de load out.
Em comparação com as outras opções de deck mating, o load out mostra-se bastante
vantajoso, já que não é necessário realizar modificações no projeto original, que não tem
intervenção na estrutura e é eliminado o tempo de soldagem e alinhamento dos
elementos estruturais.
consideravelmente.
Com
isso
o
tempo
total
da
operação
é
reduzido
Por se mostrar a opção mais interessante em comparação com as demais, a operação de
load out será a opção a ser estudada no projeto.
Figura 3.4 - Proposta de load out utilizando guinchos.
4 LOAD OUT CONVENCIONAL
4.1
INTRODUÇÃO
O procedimento denominado de “load out” convencional consiste da transferência de uma
estrutura oceânica construída em terreno plano, em estaleiro sem carreira de lançamento
ou dique seco, para uma embarcação de transporte cuja função é levar a estrutura até
um local adequado à colocação em flutuação.
Procedimentos de load out tiveram início com o lançamento de jaquetas e foram
evoluindo até o load out de unidades FPSO de grande porte, lançadas em blocos
estanques e interligadas já em flutuação. O load out consiste em apoiar a estrutura sobre
um berço munido de roletes ou dispositivos de deslizamento e transferi-la ao longo de
trilhos e por meio da ação de guinchos ou “strand jacks” para uma embarcação de
transporte cujo objetivo é levar a estrutura até o local de posicionamento definitivo.
Do ponto de vista hidrostático o processo de load out demanda um controle muito
preciso da sustentação que a embarcação de transporte fornece à estrutura em
lançamento. Este controle é exercido por meio do esgotamento de tanques
estrategicamente posicionados na embarcação de transporte. Na medida em que a
estrutura ocupa uma área progressivamente crescente sobre o convés da embarcação de
transporte, demandando com isso uma sustentação de magnitude crescente, a
embarcação de transporte tem seus tanques esgotados fornecendo a sustentação
necessária.
Dado que este procedimento pode se estender por várias horas, um controle do efeito de
marés também é necessário. Uma vez estando a estrutura definitivamente posicionada
sobre a embarcação de transporte, segue-se a fase de reboque do conjunto até um local
adequado à colocação em flutuação da estrutura. Nesta fase tanto a estabilidade estática
quanto o comportamento dinâmico do conjunto precisam ser cuidadosamente avaliados
dado que o centro de gravidade do conjunto pode se elevar significativamente.
Por fim, na fase de colocação em flutuação da estrutura, a embarcação de transporte é
gradativamente submergida por meio de lastreamento até que a estrutura ganhe
flutuação própria e se desprenda da embarcação de transporte. Esta última fase é
semelhante ao processo que ocorre em um dique flutuante, entretanto, dada a reduzida
área de linha d´água fornecida pelas extensões de flutuação (gaiutas) da embarcação de
transporte, um estudo cuidadoso dos movimentos tanto da estrutura quanto da
embarcação de transporte é necessário para se avaliar o risco de abalroamento vertical
entre ambas.
Do ponto de vista estrutural é necessária a provisão do controle das tensões atuantes
tanto na estrutura sendo transportada quanto na embarcação de transporte dado que
ambas, por serem constituídas de materiais elásticos (como o aço) sofrem deformações
significativas e ficam sujeitas a uma evolução de tensões cujos limites precisam ser
controlados.
4.2
ETAPAS DO LOAD OUT CONVENCIONAL
Uma completa rede de compatibilidade deve ser estabelecida previamente ao embarque
de estruturas. Desde a seleção de barcaças até o lastreamento, condição essencial para
neutralizar eventuais transtornos pelas variações de maré.
4.2.1 Princípios do embarque
A carga a ser embarcada é transferida do cais do estaleiro para o convés de uma barcaça
que estará flutuando junto ao cais, devidamente fundeada e amarrada em posição.
Para que a transferência se realize em segurança e sob completo controle é necessário
que a barcaça esteja nivelada com o cais e que esta condição permaneça constante
durante toda a operação. De uma maneira mais explícita, deve ser observado o seguinte:
•
A barcaça deve ser lastrada para permanecer em águas parelhas durante
todo o tempo;
•
O empuxo fornecido pela barcaça deve ser constantemente igual ou
ligeiramente superior à soma de todas as cargas sobre a barcaça;
•
A barcaça deverá permanecer horizontal e alinhada com a direção de
embarque durante todo o tempo necessário à operação;
Na prática todos estes parâmetros são mantidos dentro de tolerâncias aceitáveis.
4.2.2 Filosofia do embarque
A filosofia do embarque consiste portanto no seguinte:
•
Selecionar uma barcaça que seja compatível com a carga a ser embarcada
e com o cais de embarque;
•
Estabelecer um esquema de bombeamento que permita manter as
condições prescritas nos princípios básicos, ou seja:
o
Neutralizar a variação da maré;
o
Neutralizar o afundamento pelo embarque da carga;
o Neutralizar os momentos longitudinal e transversal provocados pela
entrada e movimentos da carga sobre o convés da barcaça;
• Estabelecer uma condição de lastro inicial que permita atender ao esquema de
bombeamento e ainda;
o permita iniciar o embarque no início do tramo ascendente da curva de
maré;
o
permita completar o embarque bem antes da estofa da preamar;
o se possível permita, em caso de não se poder completar o embarque no
tramo ascendente da curva de maré, manter a barcaça nas condições
prescritas nos princípios, durante a descida da maré, até a baixa-mar
subseqüente e recomeçar o embarque no ciclo de maré subseqüente.
Este último requisito pode ser dispensável desde que seja previsto um Sistema de
Recuperação (Retrieval System) da estrutura, caso em que o lastro deverá ser suficiente
para manter a barcaça em condições durante parte do tramo descendente da curva de
maré, promovendo um intervalo de tempo suficiente para remoção da estrutura.
4.2.3 Seleção da Barcaça
A barcaça para ser adequada ao embarque de uma determinada estrutura deve, em
termos gerais, satisfazer no mínimo aos seguintes requisitos:
•
Possuir uma capacidade de empuxo líquido (deslocamento-peso leve-peso
de outras cargas já embarcadas) de cerca de 2,5 vezes o peso da carga a ser
embarcada. O empuxo líquido é calculado para o calado de 0,85D que é o máximo
calado geralmente permitido pelas sociedades classificadoras para as condições
estáticas do embarque;
•
Possuir um pontal suficiente para se compatibilizar com o cais, em todas as
condições de lastro requeridas durante a operação e em emergência, bem como,
para não ter ultrapassado o valor de calado igual a 0,85D na maré máxima
previstas para o dia da operação;
•
Possuir capacidade de embarcar lastro equilibrado em quantidade
suficiente para manter a barcaça em condições, caso ocorra uma impossibilidade
de prosseguir o embarque logo no início da operação, até a maré alta prevista. É
interessante notar que muitas barcaças utilizadas para embarque possuem
arranjos de tanques inadequados com tanques não simétricos, reduzindo
consideravelmente a capacidade de lastro equilibrado.
4.2.4 Esquema de bombeamento
De uma maneira geral, as barcaças utilizadas para embarque de estruturas offshore, não
possuem nenhum sistema de bombeamento ou o possuem com capacidade limitada sem
suficiente flexibilidade para atender aos requisitos operacionais do embarque. Sendo
assim, o esquema de bombeamento utilizado para o embarque consiste em um grande
número de bombas elétricas submersíveis.
A quantidade de bombas será definida em função da quantidade de lastro a ser
transferida de cada tanque e do tempo estimado para a operação. Atualmente, a vazão
de bombas não é um limitante da operação, pois são disponíveis no mercado bombas
submersíveis de até 3000 m3/h. No entanto, geralmente as bombas utilizadas são
menores, pois são portáteis, passam pela boca de visita dos tanques no convés da
barcaça e devido a sua capacidade de relativamente pequena é possível manter-se um
número razoável de bombas de reserva.
O esquema de bombeamento é constituído pelos seguintes sistemas:
•
Sistema de transferência proa popa para neutralizar o momento
longitudinal. Este sistema geralmente tem mão dupla porque o momento muda de
sinal durante a operação de embarque ou então durante a locação na posição final
de transporte;
•
Sistema de controle de calado I. Este sistema é constituído por bombas
instaladas dentro dos tanques previamente designados e lastrados para esta
operação. O número de bombas a ser instalado (vazão requerida) é função da
diferença entre a taxa de variação de maré e a taxa de entrada da carga na
barcaça;
•
Sistema de controle de calado II. Este sistema é constituído de bombas
instaladas nos bordos da embarcação dentro do mar e bombeiam para dentro dos
tanques previamente designados para receber este lastro. A vazão requerida para
estas bombas é calculada considerando-se a velocidade máxima de subida da
maré sem considerar a entrada de nenhuma carga (Operação Parada por
Emergência).
4.2.5 Condição de lastro inicial
A condição de lastro inicial deve prover a quantidade necessária de lastro para a
realização de todas as fases da operação, bem como, para atender as emergências
previsíveis tais a impossibilidade de prosseguimento durante a maré descendente.
Para isto é necessário prever-se os seguintes itens de lastro :
•
Lastro para compensar o trim devido à entrada da carga. Como este lastro
fica obrigatoriamente armazenado em tanques da extremidade da barcaça por
onde entra a carga, há necessidade de outro item lastro que é:
•
Lastro para equilibrar o lastro de trim;
•
Lastro para equilibrar a banda devido à entrada de carga. Este lastro
também obrigatoriamente fica no bordo onde a parte mais pesada da carga irá
embarcar, provocando a necessidade de outro item de lastro, que é:
•
Lastro para equilibra o lastro de banda;
•
Lastro equilibrado, isto é, que pode ser removido sem alterar o equilíbrio
da barcaça, de preferência, igual ao peso da peça a ser embarcada.
Para estruturas passíveis de pesagem na sua completação as margens de lastro para
compensação de momentos são da ordem de 10%. Para aquelas cujo peso é estabelecido
por cálculos a margem é de 20%.
Todos os itens de lastro devem ser convenientemente majorados, devido ao fato de que
o sistema de bombeamento, de maneira geral, não consegue retirar os últimos 0,15m de
lastro do fundo do tanque.
É necessário prever-se tanques vazios na condição inicial para armazenar o lastro
referente ao empuxo da maré, nos casos em que este é superior ao peso a ser
embarcado.
4.2.6 A maré e o embarque (load out)
A maré é o grande elemento perturbador das operações de embarque tradicionais, onde
a carga é transferida do cais do estaleiro para o convés de uma barcaça. Nos embarques
em lagos ou rios fora da influência das marés, ou presente caso em estudo, no qual a
maré age sobre os dois corpos flutuantes, tudo se processa mais simplesmente,
bastando que se tenham os itens de lastros previstos na condição inicial, para se chegar
ao término da operação sem surpresas. Não há tempo limite para a operação, não há
necessidade de se prever sistema de recuperação da estrutura nem de espaço para o
excesso de lastro, não há que se preocupar com a borda livre mínima na preamar e nem
com a falta de empuxo na baixa-mar.
5 LOAD OUT DA PLANTA DE PROCESSO
Na opção de load out proposta para o caso das embarcações do tipo monocoluna, a
operação se realizaria com a seguinte seqüência:
A plataforma com o convés concluído recebe a planta de processo, também concluída,
por meio de uma operação semelhante ao load out de estruturas a partir de um cais fixo
para uma embarcação de transporte. A diferença básica consiste no fato de que tanto a
embarcação de transporte da planta quanto a plataforma são objetos flutuantes, cujo
comportamento estático e dinâmico precisa ser mantido dentro de limites aceitáveis por
meio de mecanismos de controle ou por imposição de características de projeto
apropriadas.
Comparando com o load out tradicional explicado anteriormente, neste caso a maré não
influencia na operação, já que os dois corpos estarão variando em conjunto com a maré,
simplificando assim a operação. O sistema de bombeamento também é diferente, pois no
caso do load out da planta de processo, os maiores momentos serão no sentido
transversal, já que a transferência será nesse sentido para reduzir o deslocamento da
carga e conseqüentemente o tempo de operação.
Do ponto de vista do equilíbrio, ele se torna mais complexo, pois agora temos dois
corpos independentes que deverão estar nivelados durante todo o tempo de
transferência da carga. Isso significa gerenciar o lastro das duas embarcações
separadamente para que estejam com trim e banda zero e com a mesma borda livre. A
operação de load out exige a realização de sucessivas operações simultâneas de
lastramento da barcaça e deslastramento da plataforma, portanto o esquema de
bombeamento deve ser tal que permita neutralizar os momentos longitudinal e
transversal provocados pelo movimento da carga sobre o convés da barcaça e da
plataforma.
5.1
LOCAL PROPOSTO PARA A OPERAÇÃO
Para a realização da operação de load out da MonoBR é necessário um local com as
seguintes características:
- seja abrigado da ação de ondulações (swell);
- seja abrigado do vento ou com incidência mínima;
- possua profundidade superior a 53 metros;
- nenhum tráfego de embarcações, exceto as utilizadas para a operação, ou tráfego
mínimo.
Após uma análise preliminar foi selecionado o local da costa brasileira: a enseada de
Angra dos Reis no estado de Rio de Janeiro. Este é foi local escolhido para a operação de
Deck Mating da plataforma P52; a área é abrigada, possui profundidade de 55 metros,
mas tem o inconveniente de apresentar muito tráfego de embarcações que vão para o
terminal PETROBRAS. A região é mostrada na figura 5.1.
Figura 5.1 - Carta náutica da Baía de Angra dos Reis
5.2
OPÇÕES DE LOAD OUT
Quanto ao sistema de transferência da planta de processo entre a barcaça e a
plataforma, temos duas alternativas.
-Transferência da planta por meio de guinchos
Neste tipo de operação são utilizadas duas barcaças, uma para realizar a operação de
transferência, localizada em frente à plataforma contendo os guinchos e sistema elétrico
para a operação e outra que estará localizada atrás da barcaça com guinchos para
realizar o freio da operação chamado de pull back, caso seja necessário. A barcaça de
apoio à operação onde se encontram os guinchos da transferência também deverá estar
nivelada com a plataforma e com a outra barcaça, com isso ela deverá conter sistema de
bombas para gerenciamento de lastro, o que insere um elemento complicador a mais na
operação. O esquema da operação está ilustrado na figura 5.2.
Figura 5.2 – transferência com guinchos
-Transferência da planta por meio de macacos hidráulicos (strand jacks)
O esquema da operação é ilustrado na figura 5.3, e na figura 5.4 é mostrado em detalhe
o strand jack. Este sistema tem a vantagem de eliminar as duas barcaças envolvidas
diretamente na operação do load out, já que os macacos hidráulicos e o sistema de
cabos e colocado na própria barcaça da planta de processo e já possuem sistema de
freio, portanto não é necessária a instalação do sistema de pull back. Entretanto continua
sendo necessária uma embarcação auxiliar para conter todos os geradores e sistemas
elétricos para operar tanto o lastro como os macacos hidráulicos, porém sem demandar
sincronia com as outras embarcações.
Figura 5.3 - Esquema de load out empurrando a planta de processo
Figura 5.4 – Strand Jack
5.3
5.3.1
ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA OPERAÇÃO
PLATAFORMA
A MonoBR é uma plataforma do tipo mono coluna com um moon pool central, que atua
como um redutor de movimentos melhorando assim o comportamento em ondas da
plataforma quando comparada a outras concepções existentes.
A MonoBR está entre as maiores plataformas do mundo e sua capacidade de produção
está estimada em 200 mil barris de petróleo por dia. Para armazenar toda essa carga,
ela conta com 12 tanques de carga distribuídos na parte interna do casco, e outros 12
tanques de lastro disposto na parte externa, que são para compensar alguma situação
operacional específica, já que a variação de calado não representa problemas para o
projeto dos risers e a plataforma não precisará estar em operação sempre com o mesmo
calado.
As figuras 5.5 e 5.6 mostram as vistas de topo e de perfil da plataforma. Na tabela 5.1 é
mostrada as características principais da MonoBR e na tabela 5.2 é mostrada a tabela de
capacidade dos tanques.
Figura 5.5 – Vista de topo da MonoBR
Figura 5.6 – Vista de Perfil da MonoBR
Tabela 5.1 – Características Principais da MonoBR
Tabela 5.2 – Tabela de Capacidades da MonoBR
5.3.2
PLANTA DE PROCESSO
A função da planta de processo é separar e tratar os fluidos produzidos pelos poços. A
planta em questão em nada difere das plantas de processo presentes nas plataformas
em operação. O topside é composto pelos módulos Deck Box (M0), Separação de óleo
A/B (M1A) e (M1B), Compressão de Gás (M2), Tratamento de Gás (M3), Pipe-Rack (M4),
Geração de Energia A/B (M5A) e (M5B), Acomodação (M6), Heliponto (M7) e Queimador
(M8).
O peso considerado para o topside foi baseado em módulos semelhantes considerando
uma contingência para possíveis alterações, já que se encontra em fase de projeto e não
é possível determiná-lo com certeza. Foi estimado em 32000 ton.
Na figura 5.7 é mostrado um esquema que ilustra a planta de processo. Já na tabela 5.3
temos os módulos que compõem a planta e seus respectivos pesos.
Figura 5.7 - Esquema da planta de processo
Tabela 5.3 - Módulos da Planta de Processo
5.3.3
BARCACA DE TRANSPORTE DA PLANTA DE PROCESSO
Para realizar a operação é necessária uma embarcação com capacidade de lastro
suficiente para absorver as mudanças de calado durante a operação, bem como ter
suficiente área de convés e volume de casco para suportar a planta de processo cujo
peso preliminar estimado é de 32.000 tons.
Existem no mundo diversas embarcações com estas características. Para efeito do
presente estudo e visando a adoção de soluções implementáveis em nível nacional, será
adotada como referência a barcaça FS-1 de propriedade da Fels Setal, utilizada na
operação de deck mating da plataforma P-52. Vale, no entanto, lembrar que se trata de
uma entre diversas opções e que a adoção desta opção em particular não invalida as
considerações que serão desenvolvidas. Na figura 5.8 podemos observar seção típica da
FS -1, na tabela 5.4 temos suas características principais, na figura 5.9 temos sua
compartimentação, e na figura 5.10 podemos observar suas características hidrostáticas.
Figura 5.8 - Seção típica da Barcaça FS-1
Tabela 5.4 - Características principais da Barcaça FS-1
Figura 5.9 - Disposição dos tanques da Barcaça FS-1
Figura 5.10 - Curvas Hidrostáticas da barcaça FS-1
6 MODELACAO DA OPERAÇÃO
A operação de load out exige um controle estrito da posição relativa entre a barcaça e a
plataforma. Este controle é exercido por operações de lastramento de ambas as
embarcações. Durante todo o processo a estabilidade estática das embarcações precisa
ser assegurada. Do ponto de vista hidrostático a operação pode ser simulada com alto
grau de pormenorização a partir das características geométricas e mecânicas das
embarcações. Neste particular encontra-se pronto um modelo no programa MOSES para
realizar os cálculos de movimentação relativa e estabilidade da operação.
6.1
O PROGRAMA
MOSES é uma linguagem de simulação, todos os comandos que estão disponíveis são
projetados para descrever um sistema ou para executar uma simulação. Assim, tendo o
sistema básico definido, o usuário pode alterá-lo em muitas maneiras diferentes e mudar
as condições iniciais para simulações similares ou executar tipos diferentes de
simulações, sem alterar a definição básica do sistema. O MOSES é capaz de considerar
quatro tipos de forças que agem em corpos: hidrostáticas, de vento, inércia, e aquelas
que são aplicadas.
Com o programa MOSES é possível realizar uma série de simulações, entre as quais:
•
Lançamento de jaquetas,
•
Análises no domínio do tempo e da freqüência de embarcações ancoradas,
•
Análises no domínio do tempo e da freqüência de estruturas,
•
Análises no domínio do tempo e da freqüência de TLP (tension leg
platform),
•
Simulação de docagem de jaquetas e estacas,
•
Verticalização de jaquetas,
•
Lastramento e estabilidade de embarcações ,
•
Enterramento de dutos,
•
Içamento de estruturas com barcaça,
•
Float-off de estruturas,
•
Load out,
•
Análises de tensões.
6.2
OS MODELOS
Para determinar o lastro em cada etapa da operação, a plataforma MonoBr e a barcaça
FS-1 foram modeladas no programa MOSES, que foi o programa utilizado para analisar o
equilíbrio e a estabilidade da operação.
A definição do modelo no programa MOSES e realizada em duas etapas: a definição
geométrica da estrutura que é feita por meio de elementos chamados pelo programa de
corpos e a definição dos tanques e outros elementos estruturais chamados de pecas onde
estão inseridas todas as características de volume e capacidades.
MODELO 1 - A PLATAFORMA
O casco da plataforma Mono BR inicialmente foi modelado como um corpo cilíndrico, com
diferentes diâmetros e com um furo central, que representa o moon pool. As variações
de diâmetro representam na estrutura o que é chamado de praias. Na figura 6.1 temos
o modelo do casco da MonoBR.
Figura 6.1 - Modelo MOSES da MonoBR
Após ter o casco pronto, todos os compartimentos foram modelados como peças, que
compõem o casco. Na figura 6.2 temos o modelo do casco e todos os compartimentos da
plataforma.
Figura 6.2 - Modelo MOSES dos tanques da MonoBR
MODELO 2 - A BARCAÇA
O modelo da barcaça foi realizado seguindo o mesmo método da plataforma. Com a
tabela de cotas da embarcação, foi modelado o corpo no MOSES, e na seqüência os
compartimentos, como peças que compõem o corpo. Na figura 6.3 podemos ver o casco
da FS – 1. E da mesma maneira que foi feito para a plataforma, foram modelados os
tanques da FS – 1, e esses estão mostrados na figura 6.4.
Figura 6.3 – Modelo MOSES da Barcaça FS-1
Figura 6.4 - Modelo MOSES dos tanques da FS -1
6.3
CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO
6.3.1 Definição de carregamento
Definição de carregamento
Para simular a operação, foi necessário discretiza-la. Do início da operação, onde a
planta de processo está completamente apoiada na barcaça, até que ela se encontre na
posição final, apoiada na plataforma, a planta terá que ser deslocada por 86 metros.
Sendo assim, a operação foi dividida em 20 steps, cada step corresponde ao
deslocamento de 4,3 metros da planta de processo.
A condição de carregamento em cada etapa foi determinada a partir do conceito de que a
planta, estará apoiada na barcaça e na plataforma, como uma viga bi-apoiada. Para que
essa consideração represente a realidade, os corpos flutuantes deverão estar nivelados o
tempo todo e o sistema de deslizamento escolhido deve ser tal, que permita que a carga
esteja igualmente distribuída onde ela estiver apoiada.
A tabela 6.1 abaixo representa a condição de carregamento em cada corpo e em cada
fase da operação.
Tabela 6.1 – Condições da carregamento
CONDIÇÃO DE CARREGAMENTO (tons)
Deslocamento
(m)
MONOBR
FS - 1
0%
0
0
32000
5%
4,3
5163,227017
26836,77298
10%
8,6
9555,555556
22444,44444
15%
12,9
13337,64136
18662,35864
20%
17,2
16628,39879
15371,60121
25%
21,5
19517,7305
12482,2695
30%
25,8
21830,13699
10169,86301
35%
30,1
23715,06849
8284,931507
40%
34,4
25600
6400
45%
38,7
27484,93151
4515,068493
50%
43
29369,86301
2630,136986
55%
47,3
31254,79452
745,2054795
60%
51,6
32000
0
65%
55,9
32000
0
70%
60,2
32000
0
75%
64,5
32000
0
80%
68,8
32000
0
85%
73,1
32000
0
90%
77,4
32000
0
95%
81,7
32000
0
100%
86
32000
0
6.3.2 Calculo do equilíbrio inicial
Após a determinação das condições de carregamento, foi analisada para cada corpo em
separado, a situação de equilíbrio para cada fase, considerando os corpos totalmente
deslastrados. Essa análise, é necessária para determinar o trim e a banda máxima
gerado pela operação (tabela 6.2) e conseqüentemente a quantidade de lastro inicial
necessária para corrigir, até que a plataforma ou a barcaça estejam com trim e banda
iguais a zero.
Tabela 6.2 – Condição gerada pela operação, sem a correção do equilíbrio com lastro.
6.3.3 Seleção dos tanques a serem utilizados na operação
A seleção dos tanques utilizados para obter o equilíbrio segue a seguinte lógica: para a
plataforma, os tanques de carga, são para o afundamento e os de lastro para a correção
de trim e de banda, já que eles estão próximos ao costado e geram maiores momentos.
Para a barcaça, a princípio, os tanques dos bordos seriam para a correção de banda e os
centrais para afundamento. Não foi necessário tanques para a correção de trim, pois
teoricamente, o centro do convés está alinhado com o centro da barcaça e sendo a
movimentação transversal, não gera trim, somente banda.
No entanto, somente os tanques centrais para correção do afundamento não foram
suficientes para manter a barcaça equilibrada com a plataforma, devido a grande
variação de calado. Com isso foi feita uma avaliação com diversas combinações de
tanques para corrigir a banda e, a combinação de tanques escolhida foi a que gerou
menores tensões, esforço cortante e momento fletor, e corresponde aos tanques 2 e 9,
PS e SB respectivamente.
Após os tanques que seriam utilizados terem sido escolhidos, foi definida a quantidade
mínima de lastro para a operação. E assim chegamos ao calado inicial da operação. A
barcaça equilibrada, com a planta apoiada e o lastro mínimo, ficou com um calado igual a
7,18 metros, que corresponde a situação crítica. Para que a plataforma ficasse com a
mesma borda-livre da barcaça, seria necessário um calado de 53,18 m. Porém, não foi
possível alcançar este calado para a plataforma, o que levou a se pensar em novas
opções.
As opções que solucionariam o problema seriam:
•
Uma barcaça maior, pois assim, mesmo com o carregamento, teríamos um
calado menor, conseguindo colocar a plataforma no mesmo nível.
•
Planta de processo mais leve, pois da mesma maneira obteríamos um
calado menor.
•
Iniciar a operação sem lastro na barcaça, e ir inserindo o lastro na medida
em que ele fosse necessário.
Dentre essas três opções, a que se mostrou mais interessante foi a última, pois assim
não haveria alteração no projeto da planta e nem pesquisa de uma nova barcaça.
Com esse novo conceito, o início da operação passa a ser com a barcaça sem nenhum
lastro, somente com a planta apoiada e a plataforma lastrada de tal forma que ficasse
nivelada com a barcaça.
O novo calado obtido para a barcaça foi de 6,87 metros, e o calado correspondente para
a plataforma 52,87 metros. A disposição dos tanques continua seguindo a mesma lógica,
porém para alcançar o calado na plataforma, todos os tanques de carga foram enchidos
ao máximo, pois esse será um lastro permanente, não irá alterar durante toda a
operação. E os tanques de lastro foram completados até que o calado fosse alcançado.
Para a plataforma, essa nova opção se torna bastante interessante, já que não é mais
necessária a rede de tubulações de intercomunicação dos tanques, somente as bombas
submersas tirando lastro da plataforma e jogando no mar. Se a configuração de
transferência de lastro entre os tanques continuasse válida, isso poderia representar um
empecilho à operação, pois as tubulações interfeririam nos trilhos do load out.
Dessa forma condição inicial necessária para a operação de load out é mostrada nas
figuras 6.5, 6.6 e 6.7 abaixo.
+++ B U O Y A N C Y
A N D
W E I G H T
F O R
B A R C A C A +++
=====================================================================
Process is DEFAULT: Units Are Degrees, Meters, and
KN Unless Specified
Results Are Reported In Body System
Draft =
6.87
Roll Angle =
0.00
Pitch Angle =
0.00
Wet Radii Of Gyration About CG
K-X =
3.65
GMT =
K-Y =
22.31
8.83
GML =
K-Z =
8.64
176.98
/-- Center of Gravity ---/ Sounding
% Full
Name
Weight
---X--- ---Y--- ---Z--- -------- ----------------------- Part BARCACA
-----------LOAD_GRO 58860.0
60.00
0.00
5.10
---------------- Part DECK
-----------LOAD_GRO 313920.0
60.00
0.00
22.76
======== ========
======= ======= =======
Total
372780.0
60.00
0.00
19.97
Buoyancy 372778.3
60.00
0.00
3.52
Figura 6.5 – Condição inicial da FS – 1
+++ B U O Y A N C Y
A N D
W E I G H T
F O R
M O N O +++
================================================================
Process is DEFAULT: Units Are Degrees, Meters, and
KN Unless Specified
Results Are Reported In Body System
Draft =
52.87
Roll Angle =
0.00
Pitch Angle =
0.00
Wet Radii Of Gyration About CG
K-X =
31.64
GMT =
K-Y =
24.96
36.71
GML =
K-Z =
47.98
24.93
/-- Center of Gravity ---/ Sounding
% Full
Name
Weight
---X--- ---Y--- ---Z--- -------- ----------------------- Part DECK
--------------------------- Part MONO
-----------LOAD_GRO 451260.0
0.00
0.00
6.00
--- Contents --CT01
207204.7
36.53
9.79
21.93
43.87
79.75
CT02
257182.8
26.74
26.74
27.22
54.44
98.99
CT03
259802.5
9.79
36.53
27.50
55.00
100.00
CT04
259802.5
-9.79
36.53
27.50
55.00
100.00
CT05
206462.5
-24.41
26.58
27.50
55.00
100.00
CT06A
154223.1
-32.03
8.58
27.50
55.00
100.00
CT06B
105445.8
-43.10
11.55
27.50
55.00
100.00
CT07
206456.2
-34.43
-10.81
27.50
55.00
100.00
CT08
259816.0
-26.74
-26.74
27.50
55.00
100.00
CT09
259802.5
-9.79
-36.53
27.50
55.00
100.00
CT10
256636.9
9.79
-36.53
27.16
54.33
98.78
CT11
206888.7
26.74
-26.74
21.90
43.80
79.63
CT12
202553.9
35.17
-9.42
22.67
55.00
100.00
BT01
135824.9
52.32
14.02
19.82
50.20
97.78
BT02
136091.8
38.24
38.25
20.32
47.45
83.96
BT03
136524.1
14.03
52.38
19.78
46.25
82.09
BT04
137009.4
-14.04
52.38
19.82
46.03
81.82
BT05
137415.6
-38.31
38.38
19.87
46.28
88.59
BT06
117890.6
-52.37
14.03
21.52
55.00
100.00
BT07
137608.3
-52.37
-14.08
19.91
46.42
88.73
BT08
137342.7
-38.34
-38.34
19.89
46.20
82.05
BT09
136908.8
-14.03
-52.34
19.97
46.64
82.64
BT10
136424.3
13.99
-52.24
20.42
47.61
84.25
BT11
134347.8
38.08
-38.08
20.68
55.00
100.00
BT12
110412.6
52.12
-13.97
21.31
55.00
100.00
======== ========
======= ======= =======
Total
4887339.0
-0.46
0.13
22.44
Buoyancy4887335.0
-0.46
0.13
25.47
Figura 6.6 – Condição inicial da MonoBR
Figura 6.7 – Configuração de lastro inicial para operação
Com o desenrolar da operação, a plataforma passa a ser o referencial para o calado.
Assim a carga é embarcada, gerando trim e banda na plataforma, o trim e a banda são
corrigidos e esse novo calado, em que ela se encontra, é a situação na qual a barcaça
terá que se enquadrar.
A plataforma é o limitante, porque para ajustar o calado dela ao da barcaça geraria uma
movimentação de lastro muito maior, demandando mais tempo para a operação, o que
não seria interessante.
Sendo assim, nas tabelas 6.3 e 6.4 abaixo são apresentadas a configuração de cada
compartimento da MonoBR e da FS-1 necessária em cada etapa para a operação.
Tabela 6.3 – Condições de lastro em cada compartimento da MonoBR necessária para a
realização da operação
Condição de carregamento de lastro para 0, 5 e 10 % do deslocamento da planta
Condição de carregamento de lastro para 15, 20 e 25 % do deslocamento da planta
Condição de carregamento de lastro para 30, 35 e 40 % do deslocamento da planta
Condição de carregamento de lastro para 45, 50 e 55 % do deslocamento da planta
Condição de carregamento de lastro para 60, 65 e 70 % do deslocamento da planta
Condição de carregamento de lastro para 75, 80 e 85 % do deslocamento da planta
Condição de carregamento de lastro para 90, 95 e 100 % do deslocamento da planta
Tabela 6.4 – Condição de lastro em cada compartimento da FS – 1 necessária para a
realização da operação
Condição de carregamento de lastro para 0, 5 e 10 % do deslocamento da planta
Condição de carregamento de lastro para 15, 20 e 25 % do deslocamento da planta
Condição de carregamento de lastro para 30, 35 e 40 % do deslocamento da planta
Condição de carregamento de lastro para 45, 50 e 55 % do deslocamento da planta
As figuras abaixo ilustram a seqüência do load out. Nelas podemos ver o estágio de
transferência em que o deck box se encontra, assim como o lastro presente em cada
tanque tanto da barcaça como da plataforma simplificando as tabelas mostradas acima.
Figura 6.8 – Configuração de lastro inicial para operação
Figura 6.9 – Condição de carregamento para 30% do deslocamento
Figura 6.10 – Condição de carregamento para 55% do deslocamento
Figura 6.11 – Condição de carregamento para 60% do deslocamento
Figura 6.12 – Configuração de lastro final para operação
6.3.4 Considerações sobre a operação
O tempo de operação depende essencialmente das bombas de transferência de lastro
utilizadas. Como na plataforma o volume de água transferido é muito maior do que o da
barcaça, a plataforma continua sendo o limitante da operação.
A figura 6.13 mostra um gráfico que relaciona a vazão das bombas e o tempo de
operação. Essa não é a vazão total necessária. Ela foi encontrada baseada no tanque em
que mais foi retirada água.
Tempo de Operação
Vazão das bombas (m3/h)
2500
2000
1500
1000
500
0
0
10
20
30
40
50
60
70
tempo (h)
Figura 6.13 – Tempo de operação em função da vazão das bombas
Considerando o tempo estimado para a operação de 3 horas, o que nos dá uma
velocidade de transferência de 28,7 m/s, seria necessária a disposição de bombas que
totalizassem a vazão mostrada na tabela 6.5 em cada tanque.
Tabela 6.5 – Vazão de bombas necessária em cada tanque para a realização da operação
em 3 horas
6.4
Analise da ESTABILIDADE da operação
Após realizar a análise de equilíbrio da operação, foram realizadas as análises de
estabilidade para os 20 passos definidos anteriormente.
No caso da barcaça ele deve atender os critérios da NORMAN 02, que são às Normas da
Autoridade Marítima para Embarcações Empregadas na Navegação Interior, para a
plataforma foram utilizados os critérios da DNV (Det Norske Veritas) para operações
marítimas de load out (Rules for Planning and Execution of Marine Operations).
6.4.1 BARCAÇA
FS - 1
O estudo da estabilidade da barcaça foi desenvolvido com base no levantamento dos
dados da embarcação e de acordo com as Normas da Autoridade Marítima para
Embarcações Empregadas na Navegação Interior (NORMAN 02). Por se tratar de um local
abrigado, a velocidade de vento considerada foi de 10 m/s.
Segundo o capítulo 6 de NORMAN 02, as barcaças que operam nas regiões classificadas
como área 2, parcialmente abrigadas, deverão atender aos seguintes critérios de
estabilidade:
A área sob a curva de estabilidade estática até o ângulo correspondente ao braço de
endireitamento máximo não deve ser inferior a 0,080 m.rad;
A altura metacêntrica inicial (GM0) não deve ser inferior ao valor da altura metacêntrica
inicial requerida (GMr), calculada por intermédio da seguinte expressão:
GM r =
P. A.h
Δ. tan θ
onde:
GMr = altura metacêntrica inicial requerida, em m;
A = área lateral projetada da porção da embarcação acima da linha d’água
correspondente à condição de carregamento considerada, em m²;
h = distância vertical entre o centróide da área “A” e metade do calado médio para a
condição de carregamento considerada, em m;
Δ = deslocamento da embarcação na condição de carregamento considerada, em t;
θ = ângulo de inclinação entre a metade superior da borda-livre na condição de
carregamento considerada e o canto superior do convés, ou 14°, adotando-se o menor
valor;
P = 0,055 + (LPP / 1309)², em t/m²; e
LPP = comprimento entre perpendiculares, em m.
O ângulo de equilíbrio estático devido ao agrupamento de passageiros em um bordo deve
ser inferior a 10°, para as barcaças autopropulsadas ou não, que transportem
passageiros.
Todas as condições de carregamento foram analisadas e aprovadas segundo os critérios,
porém as condições críticas foram a condição inicial e a final pois em ambos os casos a
planta se encontra integral em uma estrutura isto é a barcaça na condição inicial e a
plataforma na condição final, os resultados para estas condições são apresentados a
continuação, os resultados para as condições intermediarias se encontram no anexo 1.
6.4.2 Condição de estabilidade - Inicial
O estudo de estabilidade da barcaça foi desenvolvido segundo os critérios sugeridos pela
NORMAN 02, e foi aprovado em todos os critérios analisados. A figura 6.14 mostra a
curva de momento de endireitamento mostrada em azul, a de momento de vento,
mostrada em verde e a razão entre as áreas sob as curvas, em rosa.
Figura 6.14 – Curvas de momento de endireitamento e de vento para a condição inicial
da barcaça
Já a tabela 6.6 mostra o resumo da estabilidade para a condição inicial, nela podemos
ver os critérios analisados e os resultados obtidos. Vale ressaltar que a grande folga com
relação a razão entre as áreas, que deveria ser de no mínimo 1.4, e no caso foi de 39 se
dá em conta de que o local da operação é um local abrigado de vento.
Tabela 6.6 – Avaliação dos critérios de estabilidade da NORMAN 02 para a condição
inicial da barcaça FS - 1
6.4.3 Condição de estabilidade - Final
Conforme dito anteriormente, o estudo de estabilidade da barcaça foi desenvolvido
segundo os critérios sugeridos pela NORMAN 02, e foi aprovado em todos os critérios
analisados. A figura 6.15 mostra a curva de momento de endireitamento mostrada em
azul, a de momento de vento, mostrada em verde e a razão entre as áreas sob as
curvas, em rosa.
Figura 6.15 – Curvas de momento de endireitamento e de vento para a condição final da
barcaça
Abaixo, a tabela 6.7 mostra o resumo da estabilidade para a condição final, nela
podemos ver os critérios analisados e os resultados obtidos.
Tabela 6.7 – Avaliação dos critérios de estabilidade da NORMAN 02 para a condição final
da barcaça FS - 1
6.4.4 Mono BR
Já o estudo da estabilidade da plataforma foi desenvolvido com base nos critérios do DNV
para load out (Rules for Planning and Execution of Marine Operations). E o critério
ambiental, por se tratar de um local abrigado a velocidade de vento considerada foi de
10 m/s.
Segundo o DNV, as operações de load out:
Devem ser executados com GM mínimo inicial de 1,0 m
A área sob a curva de momento de endireitamento e a curva do momento do vento deve
ser calculada até um ângulo de banda de que seja ao menos:
- O ângulo correspondente a segunda interseção das duas curvas;
- O ângulo de alagamento;
- O ângulo em que os membros estruturais ficam sobrecarregados.
A área sob a curva de momento de endireitamento não deve ser menor que 1.4 vezes a
área sob a curva do momento do vento.
A figura 6.16 ilustra o critério explicado anteriormente, no caso a área (A+B) deve ser
maior do que a área (B+C) no mínimo 1.4 vezes.
Figura 6.16 – Critério de estabilidade para load out segundo DNV
Novamente foram analisadas e aprovadas segundo os critérios todas as condições de
carregamento, e as condições críticas continuaram sendo as condições inicial e final.
6.4.5 Condição de estabilidade - Inicial
Similar ao estudo realizado para a barcaça, só que os critérios utilizados para a
plataforma foram os sugeridos para load out da DNV. Também foram aprovados em
todos os critérios analisados.
A figura 6.17 mostra a curva de momento de
endireitamento mostrada em azul, a de momento de vento, mostrada em verde e a
razão entre as áreas sob as curvas, em rosa.
Figura 6.17 – Curvas de momento de endireitamento e de vento para a condição inicial
da plataforma
Abaixo, a tabela 6.8 mostra o resumo da estabilidade para a condição inicial, nela
podemos ver os critérios analisados e os resultados obtidos.
Tabela 6.8 – Avaliação dos critérios de estabilidade da DNV para a condição inicial da
MonoBR
6.4.6 Condição de estabilidade - Final
Novamente, a figura 6.18 mostra a curva de momento de endireitamento mostrada em
azul, a de momento de vento, mostrada em verde e a razão entre as áreas sob as
curvas, em rosa.
Figura 6.18 – Curvas de momento de endireitamento e de vento para a condição final da
plataforma
Abaixo, a tabela 6.9 mostra o resumo da estabilidade para a condição final, nela
podemos ver os critérios analisados e os resultados obtidos.
Tabela 6.9 – Avaliação dos critérios de estabilidade da DNV para a condição final da
MonoBR
7 CONCLUSÕES
O objetivo da presente contribuição foi apresentar uma análise de viabilidade de load out
de plantas de processo como opção de integração do casco - planta de processo para
unidades FPSO do tipo monocoluna focalizando-se a estabilidade da operação.
Sem considerar os riscos envolvidos em uma operação deste tamanho, pois estamos
lidando com a manobra de uma estrutura de 32000 ton, a partir dos resultados obtidos
pode-se concluir que a operação de load out da planta de processo é perfeitamente
possível.
Nas primeiras tentativas de equilibrar e nivelar a plataforma e a barcaça, foi intentado
definir uma quantidade de lastro inicial para a correção de trim e de banda para um
calado definido, esta solução não se mostrou possível , a solução adotada foi descartar a
quantidade de lastro inicial para correção de trim e banda e iniciar a operação com a
barcaça sem lastro e plataforma lastrada no calado necessário. Desta forma em toda a
operação a plataforma só deslastra, esta solução se mostrou bastante vantajosa, pois
torna desnecessário o sistema de tubulação interligando os tanques da plataforma, o que
seria problemático se fosse necessário, pois a rede de tubulação interligando os tanques
é instalada no convés, sendo assim, não teria como apoiar os trilhos para o load out.
Vale a pena ressaltar que, operações no mar devem ser planejadas e preparadas para
trazer o objeto de uma condição segura, para outra de acordo com códigos e padrões
definidos. O planejamento deve ser feito de acordo com princípios de falha segura; o
objeto deverá permanecer em uma condição controlada e estável caso uma situação de
falha ocorra.
Todas as situações possíveis de contingência devem ser identificadas, e planos ou ações
de contingência preparadas para estas situações. Tais planos considerarão a
redundância, equipamentos sobressalentes, pessoal suporte, procedimentos de
emergência e outras medidas e ações preventivas relevantes.
Vale reforçar que a presente análise visava apenas apresentar uma primeira avaliação de
viabilidade para este tipo de operação. Para a continuidade e confirmação dos resultados
alcançados é necessária uma análise em profundidade dos diversos aspectos ainda não
explorados. Entre estes, vale mencionar que após o conhecimento pormenorizado das
características finais das embarcações e da planta, se fará necessária uma avaliação do
comportamento dinâmico das embarcações com seus respectivos sistemas de amarração
e sujeitas a ondas e vento (dentro de limites que dependerão do local previsto para a
operação) para se estabelecer os limites de movimentação relativa entre as mesmas e
avaliar as probabilidades de ocorrência de eventos indesejáveis. Entre eles valendo
mencionar, o afundamento diferenciado, o trim diferenciado e o desalinhamento das
pistas de deslizamento os quais afetariam a operação diretamente por impor cargas
excessivas às pistas de deslizamento e, por fim, o abalroamento entre as embarcações,
decorrente de movimentação horizontal excessiva e que afetaria a integridade das
embarcações.
8 BIBLIOGRAFIA
•
DNV – Rules for planning and execution of marine operations – Part 1 Chapter 2
•
DNV – Rules for planning and execution of marine operations – Part 2 Chapter 1
•
NORMAM 02
•
Revista Tn Petróleo - Considerações Gerais e Aspectos Construtivos do Conceito
MonoBR como FPSO.
•
Revista Portos e Navios – Embarque (Load Out) de Estruturas Offshore
•
MOSES Reference Manual