sesam para subsea, umbilicals, risers anf flowlines (surf)
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Apresentação das ferramentas de SURF (subsea, umbillicals, risers, flowlines) da família de softwares Sesam.TRANSCRIPT
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João Henrique Volpini MattosEngenheiro NavalRegional Sales Manager (South America) Offshore & Maritime Solutions / DNV Software
Agosto 2012
Sesam para Subsea, Umbilicais, Risers & Flowlines
Visão Geral
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Como podemos ajudá-lo a tomar as decisões certas ?
Desenvolvendoprodutosparaoprojetodeativosegerenciamentode
riscos,destesuaconcepçãoatéadesmobilização,nasáreas
marítimas,deoffshoreedeprocessosindustriais
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DNV Software
DNV Software é uma das unidades da DNV, atuando como sua “software-house”comercial, servindo mais de 5.000 usuários nas áreas marítimas, offshore de
indústrias de processo. DNV Software tem cerca de 350 funcionários dedicados ao desenvolvimento,
testes, suporte e comercialização de suas soluções.
DNV Software é estabelecida em 12 dos 300 escritórios da DNV : Oslo, Londres,Glasgow, Houston, Shanghai, Pequim, Singapore, Pusan, Kaohsiung, Rio de
Janeiro, Mumbai e Dubai
Mais de 50 anos de experiência no desenvolvimento de software de qualidadebaseado no grande conhecimento e expertize da DNV.
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Áreas de Atuação da DNV Software
Produtosesoluçõeslíderesnoprojetodeembarcaçõeseplataformas
offshore,análisehidrodinâmica,avaliaçãoestrutural,análisederisco,
gerenciamentodociclodevida,gerenciamentodoprocessodeprojetoe
engenhariabaseadanoconhecimento.
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Nauticus™
ClassificaçãoMarítima & Offshore
Sesam™
Avaliação Estrutural
Safeti™
Risco & Confiabilidade
Synergi - Gestão de Risco, QHSE e Integridade
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Aplicações Subsea
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Subsea Umbilicals Risers Flowlines – SURF
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A Importância de um Projeto Adequado Alguns custos típicos :
- Perfuração com MODU : USD 700K a 1.4M /dia- Plataforma fixa e topside : USD 400M
- Risers e umbilicais : US$ 1.000 a 2.600/m (20 a 50 por projeto) – total típico US$150M
- Instalação pipelines : US$ 150.000/km
- Parada de produção : US$ 60M/dia- Valor do gás dentro dos pipelines de
Nord Stream : US$ 80M
SURF contribui com 20% do custo deuma instalação de produção.
Analise, analise, analise ...
antes de construir
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Utilização do Sesam no SURF Subsea
- GeniE & Usfos para análises estruturais
- Simo para operações marítimas
Umbilicais e risers flexíveis- DeepC para análise global (ULS & FLS)
- UmbiliCAD para desenho da seção transversal
- Helica para tensão e fadiga na seção transversal
- Vivana para análise de VIV Risers
- DeepC para projeto dos risers
- Riflex para análise no domínio to tempo
- Vivana para análise de VIV
Flowlines e pipelines- FatFree para cálculo do free-span de acordo com DNV RP-F105
- StableLines para on-bottom stability de acordo com DNV RP-F109
- DNV-OS-F101 Code Compliance para sistemas de pipeline submarinos
- PET (Pipeline Engineering Tool) para projeto preliminar de pipelines
- Vivana para análise de VIV
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Simulação deOperaçõesMarítimas
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Operações Marítimas
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Atividades não rotineiras de limitada duração, especialmente projetadas :
- Load out- Float out, float on/off
- Off loading
- Lifting, lift off, mating
- Towing
- Launching, upending, positioning
- Riser/umbilical instalation- Transito e posicionamento de semisubs,
FPSOs, jackups, etc.
Normas e Práticas Recomendadas DNV- DNV-OS-H101 Marine operations, General
- DNV-OS-H102 Marine Operations, Loads and Design- DNV-OS-H201 Load Transfer Operations
- DNV-OS-H202 Sea Transports
- DNV-RP-H101 Risk Management in Marine and Subsea Operations
- DNV-RP-H102 Modeling and Analysis of Marine Operations
- …
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Simulação de operações marítimas (comportamento de
estruturas flutuantes e cargas suspensas) no domínio dotempo. Características :
- Modelação flexível de sistemas multi-corpos.
- Simulação não-linear no domínio do tempo.
- Carregamento de ambiente (vento, ondas, corrente).
- Forças de ancoragem e de posicionamento.
- Posicionamento dinâmico.
- Forças de acoplamento (guindastes, defensas, etc.).
- Dinâmica da zona de splash.
Aplicações :
- Operações de offloading.- Deck mating , remoção/instalação de módulos.
- Operações com guindastes (lifting).
- Transferência (offloading)
- Instalação de TLPs.
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Simo (1)Desenvolvido e mantido pela Marintek.
Comercializado pela DNV.
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Simo (2) Cálculo do movimento de qualquer número de corpos
- Forças “fracas” de acoplamento e engate
- Integração das equações de movimento para cada corposeparadamente
- Passo máximo de tempo relacionado ao menor períodonatural
Cada corpo tem 3 ou 6 graus de liberdade
- Vários modelos de forças
Sistemas de posicionamento
- Molas
- Linhas de ancoragem
- Impelidores
Acoplamentos
- Molas e amortecedores
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AncoragemImagens de Oceânica Engenharia, Consultoria e Projetos Ltda.
Cidade doSamba
Maracanã
AeroportoSantos
Dumont
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Mimosa (1)
Cálculos no domínio da frequência Cargas ambientais devido a ondas, vento e corrente
Movimentos induzidos por ondas
Movimentos lentos de flutuação
Linhas de ancoragem compostas Movimento transiente após rompimento da linha
Estatística não gaussiana
Posicionamento dinâmico com impelidores
Análise de estabilidade de navios ancorados pelo turret
Simulações de longo prazo
Cálculo da resposta extrema baseada em Rayleigh
Espectro de rajadas de vento API
Sistema para análise estática e dinâmica de ancoragem
Desenvolvido e mantido pela Marintek.
Comercializado pela DNV.
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Mimosa (2)
Desvio padrão, período de oscilação médio, valor significativo e máximo esperado,
são disponíveis para:- Movimento de qualquer ponto da embarcação no domínio da frequência para os 6 graus de
liberdade.
- Tensão de ancoragem estática e dinâmica, incluindo a devido ao movimento de deriva lenta.
Movimento transiente após ruptura da linha ou falha no impelidor (DP blackout) emtermos do tempo versus movimento, tensão, trajetória do movimento, excursãomáxima de qualquer ponto da embarcação e tensão máxima de ancoragem.
Comprimento de cabo requerido no guincho para mover a embarcação para umanova posição.
Distribuição ótima de tensões.
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Projeto deRisers
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Risers Trecho da tubulação que fica em suspensão
e que faz a transferência de material (hidro-carbonetos, fluidos de injeção, fluidos decontrole, gás) entre o leito oceânico e asunidades de perfuração ou produção nasuperfície.
Continuamente sujeitos às ações dinâmicasde ondas, correntes marítimas e movimentoda plataforma, tem seu comportamentoinfluenciado pelo grande número de esfor-ços a que são submetidos, sendo considera-dos como uma das partes críticas de um
sistema de exploração offshore.
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Riser rígidoRiser flexível
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Tipos de Análises Cobertas pelo Sesam ULS
- Deflecções, forças, tensões e resultados de code-checks
- DeepC (Simo + Riflex)
FLS
- Fadiga global e refinada
- DeepC (Simo + Riflex)
VIV- Resposta de frequência e dano por fadiga
- VIV cruzado e alinhado
- Vivana
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Riflex (1)
Deslocamento, curvatura, ângulos, esforçosresultantes (tensão efetiva, momento fletor e torsor)
Estruturas marítimas delgadas- Risers flexíveis, SCR, linhas de ancoragem, umbilicais,
tendões de TLP, linhas de reboque, mangueiras detransferência.
Recursos- Ondas regulares e irregulares
- Recurso para perturbação cinemática
- Perfis arbitrários
- Efeitos de pressão hidrostática interna e externa- Contato com leito do oceano
- Propriedades não lineares de materiais
- Formulação do contato Pipe-in-Pipe
- Elementos de conexão (rótulas, juntas flexíveis, etc.)
Desenvolvido e mantido pela Marintek.
Comercializado pela DNV.
Análise estrutural não linear de risers e umbilicais, descrevendo o seu com-portamento global estático e dinâmico.
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Riflex (2)
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Desenvolvido pela MARINTEK e SINTEF em cooperação com a NTNU (NorwegianUniversity of Science and Technology) como um JIP.
- BP Petroleum Development
- Conoco Norway
- Esso Norge
- Norske Hydro
- Saga Petroleum
- Statoil
Imbatível na velocidade de obtençãoda solução
Excepcionalmente estável
Grande flexibilidade
Grande versatilidade para cargas ambientais
Opera com grandes massas de dados muito eficientemente
diversas configurações de risers
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VIV – Vibração Induzida por Vórtices Fenômeno gerado pela oscilação do
movimento do fluido devido à criaçãode uma esteira de vórtices a juzantedo corpo.
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corrente esteira de vórtices
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VIV – Problemas Decorrentes Risers e pipelines
- Redução da vida útil devido à fadiga.- Aumento na tensão axial.
- Aumento nas cargas extremas
- Aumento no arrasto
SPAR, TLP, Semis, etc.
- Aumento no movimento global- Aumento nas tensões das linhas de
ancoragem.
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Vivana
Extensão opcional do Riflex. Análise estática e dinâmica
- Utiliza o modelo e análise estática do Riflex
- Utiliza o método de elementos finitos
- Propriedades não constantes, tais como diâ-metro e rigidez
- Sheared current- Leito marítimo desigual
- Resposta 3D
Análise de VIV- No domínio da frequência
- Carregamento de VIV a partir de coeficientes semi-empíricos baseados em modelos.- Frequências de resposta discretas
- Cálculo da amplitude do movimento e amplificação do arrasto
- Cálculo de fadiga.
Desenvolvido e mantido pela Marintek e NTMU.
Comercializado pela DNV.
Cálculo de VIV em estruturas esbeltas sujeitas à correnteza.
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Análise Acoplada
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TLP
FPSO
CALM BUOY
Na análise da resposta dinâmica do flutuante, a análise acoplada leva em conta arestauração, amortecimento e forças inerciais dos outros corpos.
O flutuante, ancoragem e risers são resolvidos simultaneamente, com equilíbriodinâmico em cada passo de tempo.
4000 4050 4100 4150 4200
(sec)
Axial force at two ends of FTL (wave/wind/current_180deg, swell_225deg)
end at FPSO end at TLP
Os flutuantes, linhas de ancoragem, risers, e FTL,
constituem um sistema dinâmico integrado queresponde ao vento, corrente e ondas de maneira
complexa.
FLOW TRANSFER LINE
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Efeitos do Acoplamento1) Restauração estática do sistema de posicionamento como uma função do desloca-
mento do flutuante.
2) Carga de corrente e seus efeitos na força de restauração do sistema de ancorageme de risers.
3) Fricção com o leito marítimo (se as estruturas tiverem contato com o fundo).
4) Amortecimento pelos sistemas de ancoragem e risers devido à dinâmica, corren-teza, etc.
5) Contato casco-riser (importante em Spars).6) Forças adicionais de inércia devido aos sistemas de ancoragem e risers.
25
: 1)levadoemcontacomprecisão
2),4),6)podemseraproximados 3),5)geralmentenãosãoconsiderados
: Tratamentoconsistentedetodosos6efeitos
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DeepCFerramenta para análise acoplada de risers, ancoragem e corpos flutuantesestacionários.
Modelagem de estruturas delgadas.
Definição e execução de análises no domínio do tempo :
– Riflex e Simo para análise acoplada.
– Riflex para análise convencional de riser.
Pós-processamento estatístico.
Análise de fadiga dos risers.
Code-checking de carregamento combinado de risersmetálicos.
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Análise tradicional do projeto de risers para águas rasas e profundas, desde amodelagem até a análise de fadiga e verificação por normas.
Calcular precisamente as respostas das linhas deancoragem/risers e o movimento da embarcação.
Efetuar análise acoplada com vários corposconectados, cobrindo todos os tipos de layoutsde campos.
Levar em conta os efeitos de acoplamento :- Forças de restauração não lineares
- Amortecimento devido à dinâmica das estruturasdelgadas
- Carregamento nas estruturas delgadas
- Forças de inércia nas estruturas delgadas
Servir de pré e pós-processador gráfico paraSimo e Riflex.
DeepC : Propósitos
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Projeto deUmbilicais
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UmbilicaisConjunto de mangueiras que transportam fluidos hidráulicos, ar comprimi-do, fluidos para injeção química, cabos elétricos, fibra ótica, etc., para acio-namento dos mecanismos de controle dos equipamentos submarinos emonitoramento das caracteristicas do poço.
Projeto estrutural : – Avaliação para suportar cargas
extremas. – Verificação da vida útil sob condi-
ções de carga cíclica.
Complicadores : – Deslizamento entre camadas e
elementos. – Efeito do desgaste das camadas. – Dano por fadiga.
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Projeto de Umbilicais
30
Projeto dos
componentes
• Requisitos funcionais
• Normas e padrões
• Massa e peso submerso
• Rigidez
• Curva de capacidade simplificada
Projeto da seção
transversal
• Rigidez
• Curva de capacidade simplificada
Análise global
e fadiga
• Série temporal para cada estado
de mar
• Flutuante e umbilicais
• Diagrama de dispersão
• Análise com e sem acoplamento
• Etc.
Verificação de
capacidade e
fadiga
UmbiliCAD
UmbiliCAD& Helica
DeepC
Helica
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UmbiliCADFerramenta de projeto da seção transversal de umbilicais.
Auxilia na geração dos desenhos e curvas de capacidade. Projetos elaborados em horas ao invés de dias.
Elimina a necessidade de software de CAD complementar.
0
100
200
300
400
500
600
-0.0004 -0.0003 -0.0002 -0.0001 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004
T o t a l h e l i x s t r e
s s
Curvature
Helix position : 270.0000
Capacity Curve
0.0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
0.0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2 0.24 0.28Curvature [1/m]
T e n s i o n [
k N ]
100% Utilisation
80% Utilisation
Desenvolvido e mantido pela UltraDeep.
Comercializado pela DNV.
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Helica (2) Características da seção transversal levadas em
conta :
- Movimento relativo entre camadas/componentes- Fricção, aderência/deslizamento (dependente da
tensão)
- Histerese do momento fletor x curvatura
Análise de fadiga no curto prazo
- Avaliação do dano por fadiga em uma condiçãoambiental de curto prazo, considerando ocarregamento em termos de séries temporais desimultâneas de curvatura bi-axial e tensão efetivaproduzida pela resposta da análise dinâmica global.
- Helica utiliza os resultados do DeepC como a
resposta no domínio do tempo da análise dinâmicaglobal.
Análise de fadiga em longo prazo
- Avaliação da fadiga de longo prazo pela acumulaçãde todas as condições de curto prazo.
Séries temporais
(Riflex)
Curvas de capacidade
(Helica)
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Projeto de flowlinese pipelines de acordo com aspráticas DNV
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OS-F101 Code ComplianceSoftware de code-check acordo com a norma DNV-OS-F101 “SubmarinePipeline Systems”.
Interface Excel.
Verificação de conformidade para :
– Explosão devido à pressão excessiva nas condiçõesde operação e teste.
– Colapso para o pipeline vazio.
– Propagação da flambagem para o pipeline vazio.
– Carregamento controlado por interação das cargas(momento, força axial e sobrepressão interna/externa)
– Deslocamento controlado por interação das cargas (tensão axial e sobrepressãointerna/externa).
O programa calcula : – A espessura mínima do duto para as condições dadas.
– A utilização baseada em uma espessura da parede fornecida pelo usuário.
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FatFreeSoftware de análise do vão livre de pipelines de acordo com DNV-RP-F105 “Free Spanning Pipelines”.
Interface Excel.
Análise de ULS e FLS devido ao VIV(alinhado e cruzado) criado pela correntezae carregamento de ondas.
Cálculo das tensões de pico de Von Mises.
Análise de sensibilidade para altura do vão,trenches, comprimento do vão.
Curvas SN da DNV-RP-C203.
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StableLinesSoftware de análise de estabilidade de pipelines sujeitos aos efeitos de ondae correnteza, baseado nos princípios da DNV-RP-F109 “On-Bottom StabilityDesign of Submarine Pipelines”.
Interface Excel.
Variação de qualquer parâmetro.
Análises múltiplas em uma únicaexecução.
Três métodos de estabilidade lateral :
– Estabilidade absoluta (nenhum movimento do pipeline).
– Estabilidade generalizada com deslocamento de 0,5 OD. – Estabilidade generalizada com deslocamento de 10 OD.
Geração de relatórios.
Análise de sensibilidade apresentada graficamente.
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Pipeline Engineering Tools - PETPET é um software de análise de projeto preliminar de pipelines, cobrindodiferentes aspectos do projeto.
Interface Excel.
Verificação da norma DNV-OS-F101.
Cálculo da masse e volume.
Expansão das extremidades durante a operaçãoe testes.
Flambagem.
Estabilidade
Fadiga
Restrições e características do carretel.
Tensões, curvatura e momento, distância do ponto de contato à unidade, cálculo dacatenária, etc., para instalações em J-Lay e S-Lay.
Proteção catódica.
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Sesam cobre o projeto de
- Subsea- Operações marítimas- Ancoragem
- Umbilicais- Risers- Flowlines e pipelines
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Observações Finais
40
Análise estrutural,
operações marítimas
e ancoragem
Análise global, projeto da seção
transversal, fadiga e VIV
Avaliação de fadiga e VIV
Ferramentas de engenharia
de pipelines de acordo com
as práticas DNV###### Vers. 1.0
DNVversion Expiry date:23.02.2009 Release Note
Project: Date: 06.06.2008 Calculationsby
Verifiedby
Direction Hs,1-year Hs,10-year Hs,100-year Tp,1-year Tp,10-year Tp,100-year Uc,1-year Uc,10-year Uc,100-year
(deg) (m) ( m) ( m) ( s) ( s) ( s) ( m/ s) ( m/ s) ( m/ s)
θpipe[deg] 90 ρwater [kg/m3] 1025 s 8 0 8 9 10 9 10 11 0.4 0 .5 0 .6
Ds [ m] 0 .9 14 0 ρsteel[ kg /m 3] 7 85 0 z0 [ m] 4 .0 0E -0 5 zr [m] 0.2 30 8 9 10 9 10 11 0.4 0 .5 0 .6
tsteel[ m] 0 .0 45 0 ρconc[ kg /m3 ] 3 00 0 zt[m] - d [m] 40 60 8 9 10 9 10 11 0.4 0 .5 0 .6
tconc[m] 0.0000 ρcont [kg/m3] 150 zp [m] - θ[ deg] - 90 8 9 10 9 10 11 0.4 0 .5 0 .6
rtot,y - γ 3.3 120 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6
d50 0.5 Tstorm [hrs] 3 150 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6
rperm,z 1 180 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6
tcoat,1 0.0003 ρcoat,1 1300 µ 0.60 210 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6
tcoat,2 0.0003 ρcoat,2 900 γs'[N/m
3] 1 00 00 τ 1058 240 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6
tcoat,3 0.0024 ρcoat,3 900 γs [N/m3] 1 20 00 sg,operation 1.54 270 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6
tcoat,4 0 ρcoat,4 0 su [N/m2] 7 500 d/D - 300 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6
tcoat,5 0 ρcoat,5 0 Gc - γSC - 330 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6
0.030
668
tsteel,added [m] tsteel,added[m]
ws,vertical [N] ws,vertical [N]668
0.013
36412856
7802
0.100
wnecessary [N]
tconc [m]
STABLELINESOn-BottomStability of SubmarinePipelines
GeneratingProgram
References: Verificationofversion
NN
NN
Pipeline data
12
Soil interaction
ReturnPeriodValuesfo rWaveand Current
Environmentalarameters
Number of directions considered
Input path
Programmed byDNV Deep WaterTechnology
Knut Vedeld ([email protected])
Björn Henriksen ([email protected])
OlavAamlid ([email protected])
Design condition for pipe in operation
StabilityCriterion
wnecessary [N]
tconc [m]
Results - Emptypipe
0.044
4858
ws [N]
Results - Pipe in operation
ws [N]
Coating data
CoatingDensity[kg/m3]Coatingthickness[m]
Design condition for emptypipe
Output path
C:\Projects\On-Bottom Stability\StableLines\TestInput
C:\Projects\On-Bottom Stability\StableLines\TestInput
filefile
Input file nameOutput file name
OpenCase
Parametric RunsCalculate
Sand
.5DDisplacement
SaveCase
10-year and100-year RPVCombination1-year and10-year RPVCombination
Necessaryweightv.s directions
0
2000
4000
6000
8000
10000
0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 2 7 0 3 00 3 3 0
directions
w s
ws,operational
ws,emptyConcretethicknessv.s.density
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
1950 2117 2283 2450 2617 2783 2950 3117 3283 3450Concretedensit y
C o n c r e t e
t h i c k n e s s
Empty con ition
Operationalcondition
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