Análise da integridade em armaduras de tração de dutos flexíveis com o efeito de corrosão sob tensão em água do mar

Abstract

Dutos flexíveis são utilizados para extração de petróleo, gás ou água em ambiente marinho, onde a profundidade pode ultrapassar 1000 metros. Devido a problemas na instalação ou as condições severas de serviço, pode ocorrer ruptura na camada polimérica externa desses dutos, ocorrendo alagamento do espaço anular devido a entrada da água do mar e, consequentemente, provocando corrosão nas armaduras de tração, que são responsáveis pela rigidez axial da estrutura. Essa corrosão provoca o surgimento de pites, que são concentradores de tensão e possíveis pontos de iniciação e propagação de fissuras. Portanto, este trabalho tem como objetivo principal estudar a integridade das armaduras de tração com o efeito de corrosão sob tensão em água do mar, para armaduras de mesmo tipo de aço (AISI 4340) tratados termicamente de formas distintas, utilizando a norma BS 7910. Utilizando informações das dimensões dos pites em dutos flexíveis retirados de operação, é possível estimar o fator de concentração de tensões que, associado a tensão residual no material, permite calcular o fator de intensidade de tensões. Utilizando três aços AISI 4340 com tensão de escoamento e tenacidade diferentes, foi possível estimar com quais valores de profundidade de fissura e tensão primária a fissura começava a se propagar de forma estável e/ou instável. No caso de propagação da fissura de forma instável, se percebe que os limites da tensão primária e profundidade da fissura são muito próximos para os três aços. Os resultados contribuem com informações importantes sobre a seleção de materiais para construção de armaduras de tração, pois mostram resultados comparativos entre os limites permitidos das tensões primárias e profundidades das fissuras em que ocorre propagação estável e instável das fissuras.

Flexible risers are used for extraction of oil, gas, or water in the marine environment, where the depth can exceed 1000 meters. Due to installation problems or severe service conditions, rupture in the external polymeric layer of these ducts may occur. It causes flooding due to seawater entry and, consequently, corrosion of the tensile armor, which is responsible for the riser stiffness. This kind of corrosion causes the creation of pits, which are stress concentrators and possible points of initiation and propagation of cracks. Therefore, the main objective of this work is to study the integrity of tensile armor submitted to stress corrosion in seawater. Different types of heat treated armors of the same type of steel (AISI 4340) are investigated using the BS 7910 standard. The information obtained in terms of pits dimensions in risers taken out of operation were used to estimate the stress concentration factor. Also, the residual stress in the tensile armor are considered. With both values, it was posible to compute the stress intensity factor. Using three AISI 4340 steels with different yield strength and tenacity, it was possible to estimate with which values of crack depth and primary stress the crack began to propagate stably and or unstably. In the case of unstable crack propagation, it can be seen that the limits of the primary stress and crack depth are very close for the three steels. The results provide important information on the selection of materials for the construction of tensile armor since they show comparative results between the allowed limits of primary stresses and crack depths in which stable and unstable crack propagation occur.