Advancing Cold Water Intake Riser Design through Model Test

Abstract

Water Intake Riser (WIR) offers the potential to convey a large amount of cold water from deep ocean to improve the topside process efficiency and reduce overall cost of a FPU, FPSO or FLNG vessel. Its large diameter (>1m) and high flow rate presents unique design challenges and performance uncertainties. A model test campaign of a large diameter WIR concept has been planned, designed, and executed in an offshore model basin on a fast track basis. The pipe was carefully scaled and fabricated to meet the test objectives. The model test setup included a riser model instrumented with optical strain sensors, a planar motion mechanism which simulates the vessel motions, and an internal water flow system. More than 200 cases were performed in the model basin including sinusoidal and random motion tests in combination with various flow rates. This paper discusses the challenges, observations and lesson learned during the model test, and some of the key results in comparison with analysis models. The successful execution of this project demonstrates that model testing is an important tool in advancing complex deepwater riser concept.

Comportamento dinâmico de um riser captador de água do mar

“…O captador de água do mar é composto por um ou mais tubos flexíveis ou rígidos, com a finalidade de captar água do mar para resfriamento de equipamentos e/ou para reinjeção no poço, podendo apresentar dimensão maior do que 1 m de diâmetro e até 100 m de comprimento (CAO et al, 2015). No caso da FLNG, uma grande quantidade de água gelada deve ser bombeada do oceano através dos risers captadores de água, para auxiliar a planta de processamento no resfriamento dos -162 ºC necessários para a liquefação do gás natural.…”

“…Ao longo dos anos, vários estudos foram realizados através de experimentos e simulações numéricas com o intuito de avançar no projeto conceitual do captador. Recentemente, o departamento de energia dos Estados Unidos e a Lockheed Martin patrocinaram testes em tanque de provas de um modelo da planta OTEC, em escala 1:50, baseado em uma plataforma semissubmersível, juntamente com um modelo de captador de água (CAO et al, 2015).…”

“…Em 2013, testes foram realizados em um modelo de grande escala na bacia oceânica da Universidade Shanghai Jiao Tong pela SBM Offshore. Cao et al (2015) e Wang et al (2016a), na presença de movimentos da embarcação nas direções horizontal e vertical e de fluxo interno, observaram a ocorrência do fenômeno de VIV e a instabilidade axial através da medição da resposta dinâmica do riser. A comparação dos resultados numéricos e experimentais, quanto à frequência de desprendimento de vórtices, apontou a influência de valores pequenos do número de Keulegan-Carpenter na frequência dominante da VIV.…”

“…O comprimento do captador está diretamente relacionado com a profundidade de captação da água do mar, que por sua vez está relacionada com a temperatura desejada. Para uma melhor eficiência no processo de resfriamento procura-se bombear temperaturas baixas de aproximadamente 5 ºC (CAO et al, 2015). Chakkarapani e Chaudhury (2014), no entanto, verificaram que o prolongamento da montagem do tubo de 130 m para uma profundidade de 170 m tem um efeito adverso na expectativa de vida de fadiga dos risers.…”

“…Um modo de reduzir o gasto de energia neste setor é através do aprimoramento de seu processo, com o uso de água gelada do mar, para auxiliar na troca de calor dos equipamentos. Assim, para melhorar a eficiência do sistema no processo de liquefação, estudos de captadores de água do mar têm sido desenvolvidos para aplicações em processos de resfriamento (CAO et al, 2015;CHAKKARAPANI;CHAUDHURY, 2014;LUPPI;SAUNIER;MAYAU, 2014).…”