______________________________
1 - Master, Mechanical Engineer – TRANSPETRO 2 - Mechanical Engineer - PETROBRAS
3 - Mechanical Engineer - TRANSPETRO 4 - Mechanical Engineer - TRANSPETRO
Falha do Rolamento Central dos Braços de Carregamento de Gás Natural Comprimido a Alta Pressão. Continuidade Operacional e Parada de Manutenção no
Terminal do Pecém.
João Henrique Cavalcanti França (1)
José Marcos Melo Mendes (2)... Walmor Alves Gondim (3)...
Thiago Silva de Mello (4)... Ivaldy Henrique Calado Junior (5)....
RESUMO
O terminal de Regaseificação de gás natural liquefeito (GNL), localizado no estado do Ceará, tem importante papel na cadeia de suprimento de gás natural no nordeste do Brasil, permitindo a injeção do gás natural na malha de gasodutos, para atendimento às térmicas da região. No terminal existem dois braços de gás natural comprimido, que tem a função de permitir a transferência do produto entre o navio de armazenamento e regaseificação (FRSU) e o terminal de terra. Estes braços de carregamento apresentaram falha no rolamento principal de giro que tem a função de acompanhar o navio no movimento a vante e a ré, definidas no envelope operacional, durante as operações de transferência do produto. A fim de garantir de garantir o suprimento de gás até a correção da falha foram adotadas medidas mitigadoras e de monitoramento da falha pelas equipes de operação e manutenção, tais como a diminuição dos intervalos de movimentação e lubrificação, seleção de lubrificantes mais apropriados, dentre outros que garantiram a operação e estagnação da falha até a execução dos serviços. Durante o mesmo período foram planejadas e implementadas estratégias de manutenção a fim de otimizar tempo e recursos limitados. A execução dos serviços, assim como a filosofia adotada, tais como a suportação e a movimentação das cargas também serão abordadas no presente trabalho. Ao final do trabalho a solução adotada mostrou-se uma opção interessante e deverá mostrou-ser considerada em trabalhos futuros.
1 – Os Braços de Carregamento de Gas Natural Comprimido (GNC).
Os braços de carregamento de GNC são equipamentos indispensáveis aos terminais de regaseificação de gás natural liquefeito (GNL), pois por estes ocorre a transferência do gás natural comprimido (GNC) a alta pressão (até 100 kfg/cm2), fornecidos pelos navios FRSU aos gasodutos que distribuem este combustível para os grandes consumidores finais.
Atualmente nossa empresa, possui três terminais de regaseificação de GNL no Brasil, estrategicamente instalados nos estados do Rio de Janeiro, Bahia e Ceará. O TR-Pecém, no Ceará, foi a primeira unidade deste tipo a entrar em operação, em 2008, e possui 2 braços de carregamento de GNC de 12 polegadas, fabricados em aço carbono pela EMCO Wheaton, e operam durante 24 horas por dia, e podem transferir até 7 milhões de m³/dia de gás natural para o Gasoduto Guamaré-Pecém, GASFOR, que por sua vez atende principalmente as 3 termelétricas da região: TermoCeará, TermoFortaleza e Termelétrica Jesus Soares Pereira. A figura(I) ilustra o equipamento e suas partes principais.
Figura I - Braço de GNC e suas principais partes.
O TR-Pecém também possui 6 braços de carregamento de GNL, responsáveis pela transferência de gás natural liquefeito recebido de navios metaneiros e armazenado nos tanques do navio regaseificador, FSRU.
Manutenções preventivas, testes, pintura e pequenas paradas de manutenção são realizadas periodicamente a fim de prolongar a vida útil dos equipamentos e manter a continuidade operacional do terminal situado em ambiente marinho.
3
Como mostrado na figura(I), os braços de carregamento possuem partes móveis e fixas, sendo constituído basicamente por estruturas metálicas articuladas (braços primário e secundário), contrapesos, juntas rotativas, coluna de sustentação, base e tubulações por onde o produto é transportado. São movimentados hidraulicamente e controlados por PLC, e são dotados de sistema de interrupção e desconexão de emergência. A figura(II) ilustra os braços de GNC do TR-Pecém.
Figura II - Braços de carregamento marítimo de GNC do TR-Pecém.
2 - A Falha
Apesar das manutenções frequentes, os braços de carregamento de GNC do TR-Pecém apresentaram falha nos rolamentos centrais de giro, responsáveis por permitir o movimento no plano horizontal e sustentar uma carga de aproximadamente 73 toneladas. A indicação da falha foi o travamento parcial e o ruído característico em seu movimento de giro.
O problema começou a ser percebido em maio de 2015, na parada de manutenção, através de ruídos característicos gerados durante a
movimentação dos braços que estavam conectados ao navio. Na ocasião, foi realizada a lubrificação e movimentação intensa dos rolamentos e os ruídos reduziram significativamente.
Este rolamento é conhecido como “Ball Bearing Slewing Ring” e tem a função de suportar todo o peso da estrutura primária, secundária, contrapesos e acessórios. Tem também a função de acompanhar movimentos de vante e ré do navio quando atracado. A figura(III) apresenta um desenho esquemático de um modelo de rolamento de giro, com seus principais componentes, semelhante ao empregado nos braços de carregamento de Pecém.
Figura III - Componentes do rolamento de giro (LIEBHERR, 2019).
O rolamento de giro é do tipo dupla carreira de esferas, e é comumente utilizado em guindastes, máquinas de elevação de carga e equipamentos de construção civil. Fabricado em liga de aço DIN 42CrMo4 (EMCO, 2007), o rolamento possui diâmetro externo de 1,265 mm; as esferas são fabricados em liga de aço 47Cr14 com diâmetro de aproximadamente 40.0 mm.
A função principal do lubrificante neste tipo de rolamento é proteger contra a corrosão e reduzir o atrito de contato entre as pistas e elementos rolantes. Os selos labirintos, fabricados em elastômero, tem a função de conter a graxa e impedir a entrada de contaminantes e água para o interior do rolamento.
Durante as lubrificações dos rolamentos de giro, dentre outras observações, percebeu-se e que a graxa, ao ser injetada nos bicos graxeiros, expulsava os selos labirintos de seus canais, permitindo, posteriormente, a entrada de água de chuva, que ocasionava a degradação da graxa e a corrosão de componentes internos do rolamento. Isto foi evidenciado nas análises de amostras de graxa enviadas para o laboratório da empresa BR Distribuidora, do grupo Petrobras, que constatou uma elevada quantidade de partículas de ferro, cromo e níquel.
A BR Distribuidora recomendou a aplicação de uma nova graxa, de características superiores, a Lubrax LithPlus PAO 2, na tentativa de amenizar o problema de emperramento dos rolamentos, e atender a campanha operacional. Esta graxa possui excelente resistência à oxidação pois é produzida com óleo 100% sintético PAO, de alta viscosidade, ideal para altas cargas e baixas velocidades, além de possuir ótima estabilidade mecânica e ser bastante resistente à ação da água.
Na parada de manutenção de maio de 2016, os braços de carregamento, em uma primeira tentativa de movimento, não giravam para esquerda ou direita, indicando o agravamento do defeito nos rolamentos de giro. Foi necessário aumentar a pressão de trabalho do atuador hidráulico de giro para restaurar parcialmente o movimento dos braços. Constatou-se também ligeiro desnivelamento entre os anéis interno e externo do rolamento, devido a desgastes das pistas e elementos rolantes, resultando no desalinhamento (perda de perpendicularidade) da estrutura móvel dos braços de carregamento.
5
Um grupo composto por profissionais da Petrobras e Transpetro e com apoio do fabricante do equipamento, EMCO Wheaton, receberam a tarefa de planejar e executar os serviços de substituição dos rolamentos de giro. Ações mitigadoras foram propostas e implementadas a fim de manter a continuidade operacional de pelo menos um dos braços de carregamento, enquanto se levantavam dados e estratégias para substituição dos rolamentos. Dentre essas ações, a principal foi o planejamento de mini paradas de manutenção a cada 3 meses para realização de lubrificação dos rolamentos e acompanhamento da evolução do dano através de testes e análise de graxa.
3 – Opções para a Substituição dos Rolamentos de Giro.
O fabricante, realizou os estudos para substituição dos rolamentos de giro e propôs 3 opções. O grupo de trabalho avaliou as propostas e elencou suas vantagens e desvantagens. Na figura(IV) estão relacionadas as estratégias propostas com uma breve descrição.
Figura IV -. Estratégias para substituição dos rolamentos de giro.
Apesar de mais usual, e mais recomendada em primeiro momento, a opção 1 foi descartada devido à grande logística envolvida e à dificuldade em se conseguir uma área disponível no Porto de Pecém ou algum estaleiro próximo para descarregamento e desmontagem do braço para troca do rolamento.
Em relação a opção 2, a utilização de uma cábrea (guindaste flutuante) implicaria em custo elevado. Apesar de resultar num menor tempo de execução, envolveria mais riscos que as opções 1 e 3.
A opção 3 foi a escolhida por exigir menor movimentação de carga, menores riscos e um custo total muito inferior às opções com utilização de cábrea. O valor estimado de ¼, com relação a opção 1, aliado à uma execução mais segura foi determinante para a tomada de decisão.
Entretanto esta seria um operação inédita a ser realizada em braços de carregamento deste porte, exigindo uma análise mais profunda e criteriosa quanto ao projeto de suportação e travamento da carga de 73 toneladas, e que permitisse o realinhamento da estrutura móvel do braço, além de exigir um planejamento mais rigoroso.
Foi definido que a substituição do rolamento de giro seria feita em um braço por vez, pois se houvesse algum impedimento ao retorno operacional a operação não ficaria totalmente comprometida.
4 - Planejamento e Execução dos Serviços.
Como os rolamentos de giro estavam com movimentos restritos, não era possível retornar à posição de parqueamento. Além disso o desnivelamento e desalinhamento das estruturas dos braços precisavam ser corrigidos para a adequada instalação dos novos rolamentos. O projeto de suportação e travamento da carga que ficaria em balanço precisaria permitir o deslocamento da estrutura para a posição original, antes da desmontagem dos componentes. Além disso, a tubulação de produto que passa pelas estruturas fixa e móvel do braço, não poderia ser submetida a novos esforços mecânicos, já que ela possui juntas rotativas que permitem a articulação da tubulação e impedem a fuga de GNC para a atmosfera.
O fabricante definiu a sequência de instalação de dispositivos de suportação, travamento e desmontagem, conforme exibido na figura 5. Foi sugerida a utilização de 2 sistemas de suportação com macacos hidráulicos de 100 tons e 2 conjuntos dobradiças e esticadores reguláveis para cada braço de GNC. Estes dispositivos estão ilustrados nas figuras (VII e VIII).
7 Figura V - Etapas para substituição do rolamento de giro.
Foram também instalados calços entre as placas do contrapeso, já que este suportaria boa parte da carga. Os macacos com capacidade para 100 toneladas foram instalados na parte inferior dos suportes principais, que movimentavam um cilindro interno com mais de 5 metros de altura, apoiado sob o contrapeso, conforme detalhe na figura(VI). O levantamento da carga para alinhamento da estrutura foi executado de forma lenta, através do suporte principal externo, sendo alternado com o acionamento e reposicionamento do suporte principal interno, devido a rotação gerada na estrutura que estava desalinhada.
Figura VI - Desenhos suportes, dobradiças e esticadores.
A figura(VII) exibe a instalação das estruturas de manutenção.
9
A figura(VIII) mostra a remoção dos componentes estruturais, a linha de produto com suas juntas rotativas e preparação da base do topo da coluna principal, para receber o novo rolamento.
Figure VIII - Remoção curva de produto (a), fulcrum box (b), rolamento (c) e limpeza da base do topo da coluna para receber o novo rolamento (d).
A figura(IX) destaca a preparação e pintura das superfícies do rolamento de giro e do rolamento do braço primário antes da instalação da caixa de fulcro.
Figura IX -. Preparação de superfícies e instalação do novo rolamento de giro.
Após a reinstalação de todos os componentes do primeiro braço de carregamento, os andaimes foram removidos e os testes de movimento de giro foram executados satisfatoriamente. A substituição do rolamento foi executada dentro do prazo previsto e sem imprevistos. A partir de então foi realizada a substituição do rolamento de giro do segundo braço de carregamento. Ambos os braços de carregamento recuperaram o movimento de giro pleno e foram devolvidos para a operação após conclusão de todos os serviços planejados de manutenção e melhoria, antes do retorno do navio regaseificador.
5 - Resultados e Conclusões
Muitas dúvidas sobre a preparação e execução durante a montagem e desmontagem para a inédita forma de resolução do problema puderam ser respondidas e a opção de utilização desta técnica como alternativa mais robusta e experimentada para intervenções futuras, se necessário, é um ganho. A falha em si trouxe grande aprendizado e já produz resultados na melhoria das rotinas de manutenção e inspeção de nossos equipamentos. Deste modo o trabalho resultou em medidas de abrangência que já foram implementadas a fim de evitar falha semelhante em outros equipamentos.
Há a possibilidade de novos equipamentos serem concebidos para receber estruturas de manutenção semelhantes o que representaria ganhos sensíveis em equipamentos similares, caso falhas e intervenções complexas deste porte, sejam necessárias durante sua vida operacional.
No campo financeiro, a solução adotada, de forma segura, permitiu a economia de recursos e redução do tempo de execução, se comparada às outras opções.
5. Referencias
EMCO. CNG-IOM: Installation, Operation and Maintenance Manual, DOC-Nº 1731191, v. D, 2009.
EMCO. Data Sheet for Marine Loader - CNG, DOC-Nº 1731191,v. A, 2007. LIEBHERR. Large Diameter Bearings by Liebherr: Application-specific ball
bearing and roller
bearing slewing rings of the highest quality. Available in: <http://slewing.ru/wp-content/uploads/2015/05/Katalog-OPU-LIEBHERR.pdf>. Access in: May 22nd, 2019.
