Como projetar os dutos terrestres

O transporte por dutos utiliza um sistema de tubos ou cilindros, previamente preparados, formando uma linha chamada de transporte por dutos ou via que movimenta produtos de um ponto a outro. O transporte de cargas ocorre no interior dessa linha e o movimento se dá por pressão ou arraste por um elemento transportador. Assim, o transporte por dutos é constituído de terminais (com os equipamentos de propulsão do produto), tubos e as respectivas juntas de união.

Essa modalidade de transporte, especialmente quando comparada com os modais rodoviário e ferroviário, vem se revelando como uma das mais econômicas para grandes volumes de produto, principalmente de petróleo (e derivados), gás natural e álcool (etanol). Dessa forma, também podem ser transportados minério, cimento e cereais (minerodutos ou polidutos): o transporte é feito por tubulações que possuem bombas especiais, que impulsionam cargas sólidas ou em pó. Também se dá por meio de um fluido portador, como a água para o transporte do minério (média e longa distância) ou o ar, para o cimento e cereais (curta distância).

Carvão e resíduos sólidos (minerodutos): para esse tipo de carga utiliza-se uma cápsula para transportar a carga, por meio da tubulação, impulsionada por um fluido portador, água ou ar.

Águas servidas – esgoto (dutos de esgoto): as águas servidas ou esgotos produzidos pelo homem podem ser conduzidos por canalizações próprias até um destino final adequado.

Água potável (dutos de água): uma vez coletada em mananciais ou fontes, a água é conduzida por meio de tubulações até estações, para tratamento e distribuição, também por meio de tubulações. As tubulações envolvidas na coleta e distribuição são denominadas adutoras.

Quanto ao tipo de operação, está dividida em transporte ou transferência; quanto à rigidez, pode ser rígida ou flexível; quanto à localização, têm-se as formas enterrada, flutuante, aérea ou submarina; quanto à temperatura de operação, pode ser normal ou aquecida; e quanto ao material de constituição, divide-se em aço e materiais não metálicos. As operações de transporte ou de transferência de produtos por dutos podem ser realizadas por um sistema forçado (que utiliza um elemento de força para movimentar o produto dentro do duto); ou pelo sistema por gravidade (que utiliza apenas a força da gravidade para movimentar o produto dentro do duto). O sistema por gravidade apresenta vantagens sobre o sistema forçado, uma vez que não precisa de força motriz mecânica o que faz com que não haja gasto com energia, porém possui, como limitação, a condição de transportar apenas produtos fluidos, pouco viscosos.

A NBR 15280-1 de 06/2017 – Dutos terrestres – Parte 1: Projeto estabelece as condições e os requisitos mínimos exigidos para projeto, especificação de materiais e equipamentos, teste hidrostático e controle da corrosão em instalações dutoviárias terrestres. Aplica-se a instalações dutoviárias terrestres para movimentação de produtos líquidos ou liquefeitos, como petróleo, derivados de petróleo (nafta, gasolina, diesel, querosene, óleo combustível etc.), condensado de gás natural, gasolina natural, gás liquefeito de petróleo, amônia anidra, etanol e outros biocombustíveis.

As instalações dutoviárias terrestres abrangidas por esta parte são: os dutos que interligam estações de coleta e tratamento, plantas de processamento, bases de distribuição e terminais, incluindo as suas instalações complementares, como: câmaras de pigs; tubulações em estações de redução, limitação e alívio de pressão; tubulações em estações de medição de vazão; tubulações em áreas de válvulas intermediárias do duto; trecho terrestre de dutos provenientes de instalações marítimas; tubulações em bases de distribuição e terminais (terrestres e aquaviários); tubulações em píeres; tubulações em estações, inicial ou intermediária, de bombeamento ou de reaquecimento.

O duto, normalmente enterrado, segue em corredor delimitado, quando cruza qualquer uma das demais instalações (refinaria, campo de produção, base de distribuição, terminal, estação de bombeamento, etc.). No caso de ser o ponto inicial ou final do duto, o corredor delimitado para o duto segue até a câmara de pigs ou até a medição de vazão, na ausência da câmara de pigs, ou até a primeira válvula de bloqueio, na ausência das duas instalações anteriores. As tubulações que interligam as instalações entre dutos e parque de tanques em plantas de processamento podem ser projetadas de acordo com esta parte da NBR 15280. Neste caso, recomenda-se que seja delimitado um corredor dentro da unidade para passagem das tubulações.

A figura abaixo 1 apresenta um diagrama ilustrativo da abrangência das instalações que estão cobertas por esta parte da norma. As seguintes instalações são exemplos de plantas de processamento: refinarias, plantas de processamento de gás natural, plantas de amônia anidra e usinas de etanol e outros biocombustíveis. A estação de bombeamento inicial pode estar locada em qualquer uma das demais instalações (refinaria, campo de produção, base de distribuição, terminal etc.).

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A estação de bombeamento intermediário pode estar em área independente ou locada em qualquer uma das demais instalações (refinaria, campo de produção, base d e distribuição, terminal, etc.). A estação de aquecimento intermediário, utilizada em alguns dutos com produtos transportados aquecidos, pode estar em área independente ou locada em qualquer uma das demais instalações (refinaria, campo de produção, base de distribuição, terminal etc.). Aplica-se somente aos dutos e tubulações cujos tubos e demais componentes de tubulação são de aço-carbono. Aplica-se aos dutos e tubulações para movimentação de produtos líquidos ou liquefeitos, inflamáveis ou tóxicos, classificados segundo os danos potenciais que possam causar à integridade das pessoas, aos bens patrimoniais das comunidades e ao meio ambiente.

Esta Parte da NBR 15280 classifica os produtos transportados dentro das duas categorias de risco citadas a seguir: categoria I – produtos inflamáveis ou tóxicos, estáveis na fase líquida quando em condições de temperatura ambiente e pressão atmosférica. Os produtos da categoria I apresentam menores riscos potenciais que os da categoria II. Exemplos típicos são: petróleo, derivados líquidos de petróleo, metanol, etanol e outros biocombustíveis. Os produtos da categoria I possuem pressão de vapor absoluta igual ou inferior a 1,10 bar (1,12 kgf/cm2), a 38 °C, sendo denominados produtos de baixa pressão de vapor (BPV).

A categoria II inclui os produtos inflamáveis ou tóxicos, estáveis na fase gasosa quando em condições de temperatura ambiente e pressão atmosférica, mas que sob certas condições de temperatura ou pressão podem ser transportados como líquidos. Os produtos da categoria II apresentam maiores riscos potenciais que os da categoria I. Exemplos típicos são: gases liquefeitos de petróleo (GLP), eteno, propano, líquido de gás natural (LGN), amônia anidra. Os produtos da categoria II possuem pressão de vapor absoluta superior a 1,10 bar (1,12 kgf/cm²), a 38 °C, sendo denominados produtos de alta pressão de vapor (APV).

Não se aplica ao projeto de dutos e tubulações nas seguintes condições: movimentação de GLP na fase gasosa; movimentação de gás natural liquefeito (GNL); operação acima de 120 °C e abaixo de – 30 °C; tratamento e processamento de óleo; poços, cabeças de poços, separadores e outras facilidades de produção; movimentação de combustíveis líquidos para fornos e caldeiras; tubulações auxiliares de água, ar, vapor e óleo lubrificante; operação a pressões relativas iguais ou inferiores a 100 kPa (1 bar).

O projeto de um duto inclui outros itens fora do escopo desta Parte da NBR 15280, como: seleção da diretriz e do diâmetro, levantamento de condições ambientais, coleta de dados geomorfológicos, determinação dos teores de elementos contaminantes nos produtos transportados, investigações batimétricas, investigações de agressividade química do solo e estudos de impacto ambiental. Esta Parte da NBR 15280 adota o Sistema Internacional de Unidades (SI).

A pressão, as cargas externas e a variação da temperatura são os principais carregamentos nos dutos e tubulações. Medidas de proteção e de mitigação das tensões mecânicas devem ser adotadas em locais como: travessia de rios, áreas alagáveis, pontes, áreas com tráfego intenso e terrenos instáveis. Algumas destas medidas são: utilização de tubo camisa ou jaqueta de concreto, aumento da espessura de parede, aprofundamento do duto e utilização de placa de concreto.

A pressão de projeto (PMP), em qualquer ponto de um duto ou tubulação, deve atender às seguintes condições: ser igual ou superior à PMO; seu valor, acrescido de 10 %, deve ser igual ou superior à PMI. A pressão de projeto deve ser igual ou superior à PMP definida em 4.2.1. A verificação da espessura de parede quanto à resistência ao colapso deve utilizar o maior diferencial entre as pressões externa e interna, que possa ocorrer durante a vida útil da instalação. A pressão interna oriunda da expansão térmica do fluido por efeito de insolação deve ser considerada para trechos aéreos, entre bloqueios, de duto e tubulação.

Caso necessário, deve ser previsto dispositivo de alívio térmico que mantenha a pressão igual ou inferior a 110 % da pressão de projeto do respectivo trecho entre bloqueios. A pressão de ajuste dos dispositivos de alívio térmico de um equipamento segue a sua norma de projeto. A faixa da temperatura de projeto é definida pelos limites da temperatura do metal esperada para as condições normais de operação. Para instalações expostas ao sol, o limite superior da faixa de temperatura de projeto não pode ser inferior a 60 °C.

No caso da existência na instalação de dispositivos de proteção de temperatura, a definição dos limites superiores e inferiores da faixa de temperatura de projeto deve ser baseada nas temperaturas de metal esperadas quando da atuação destes dispositivos. Alguns materiais, qualificados em conformidade com as normas listadas no Anexo B, podem não ser adequados para utilização em dutos e tubulações que operem à temperatura próxima do limite inferior preconizado. Deve ser dada atenção às propriedades mecânicas e metalúrgicas nas baixas temperaturas, para os materiais empregados em instalações sujeitas às condições ambientais ou operacionais de baixas temperaturas.

O dimensionamento de tubos para a pressão interna resume-se na determinação da espessura nominal de parede. Para tubos curvados, obtidos a partir de tubos retos por conformação a frio, a espessura nominal a ser adotada é a mesma determinada para o tubo reto de mesmo diâmetro e material, operando à mesma pressão. Para flanges e conexões forjadas, com extremidades para solda de topo, fabricadas de acordo com uma das normas do Anexo B aplicável a estes componentes, a espessura nominal a ser adotada para a extremidade da peça (bisel) deve ser determinada por 5.2.1.

Nas extremidades para solda de topo, considerar na escolha do material a limitação para espessuras desiguais, definida no ASME B31.4. Considerar as restrições impostas pela variação do diâmetro interno para trechos sujeitos à passagem de pigs. Para peças forjadas com flange ou rosca, a espessura mínima de metal no corpo não pode ser inferior à especificada para as peças fabricadas no padrão ASME ou MSS, para a mesma classe de pressão. A espessura mínima de parede para tubos curvados por indução, obtidos segundo a NBR 15273, medida na região do extradorso da curva, deve ser igual à espessura total de um tubo reto de mesmo diâmetro e material, operando à mesma pressão.

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