BR0311418B1 - Conjunto de vedação, sistema de duto e método de fabricar de um conjunto de vedação - Google Patents

Conjunto de vedação, sistema de duto e método de fabricar de um conjunto de vedação Download PDF

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Description

"CONJUNTO DE VEDAçãO, SISTEMA DE DUTO E MÉTODO DE FABRICAR DE UM CONJUNTO DE VEDAçãO” A presente invenção refere-se a dutos de parede dupla usados para condução de fluidos tal como óleo e gás. Particularmente, refere-se a um conjunto de vedação (também designado de uma barreira d'água) para emprego no selar um espaço anular entre um duto interno e um duto externo em uma construção de duto de parede dupla deste tipo.
Dutos para transporte de petróleo bruto ou óleo cru necessitam ser termicamente isolados pois o petróleo bruto tende a solidificar-se durante o transporte de um poço de produção submarino para a superfície devido a perdas de calor no duto submerso. Isolamento térmico é também requerido para evitar a formação de hidratos que pode ocorrer para determinadas composições de óleo cru quando o óleo cru sofre resfriamento, por exemplo, quando há uma descontinuidade na vazão da produção.
Linhas de produção que requerem um alto nível de isolamento térmico tipicamente utilizam uma estrutura de duto de parede dupla, por exemplo um sistema de duto em duto. Um sistema de duto em duto compreende um duto interno dentro de um duto externo separados por um volume de espaço anular. Em uma estrutura deste tipo, o espaço anular pode ser preenchido com material de isolamento térmico. Esta estrutura apresenta a vantagem do duto externo manter o espaço anular seco e assim, por exemplo, em dutos submarinos, o material isolante térmico é protegido contra a água.
Uma outra vantagem desta estrutura é que a pressão no espaço anular pode ser diferente daquela fora do duto externo e daquela dentro do duto interno. Isto é importante se o material isolante exigir uma pressão específica ou se um vácuo ou vácuo parcial deve ser usado para fins de isolamento. Por exemplo, o espaço anular pode estar à pressão atmosférica ao passo que a pressão hidrostática experimentada pelo duto externo (ou portador) e a pressão interna do fluido no duto interno (linha de escoamento) são diferentes. Outrossim é interessante baixar a pressão no espaço anular de maneira a aumentar o desempenho do isolante térmico.
Um dos problemas associados com os dutos deste tipo é aquele de proteger o espaço anular contra o ingresso de água, por exemplo devido a vazamentos no duto portador ou externo. Água no espaço anular conduzirá calor proveniente da linha de escoamento interna para o duto portador anulando a eficácia do isolamento. Este problema tem sido abordado nos sistemas de duto-em-duto da técnica anterior pela compartimentalizar o espaço anular por intermédio de elementos de vedação permanentes (GB 2 317 934, US 2 930 407, WO 00/09926.
As vedações deste tipo da técnica anterior ou fechos hidráulicos são úteis para a compartimentalização do espaço anular na direção longitudinal para que possa permanecer parcialmente seco no caso de um vazamento no duto externo ou portador. No entanto, um sistema dessa natureza apresenta uma grande deficiência quando é desejado combinar o isolamento térmico passivo com um sistema de calefação ativo que pode exigir o uso de cabos elétricos ou mangueiras com fluido de transferência de calor. Barreiras d'água criam descontinuidades e bloqueiam a passagem de qualquer equipamento se estendendo ao longo da extensão da linha de produção, tal como aquele que pode ser exigido para um sistema aquecedor ativo. O problema acima é contemplado pelo conjunto de vedação da presente invenção.
De acordo com a invenção é apresentado um conjunto de vedação para selar um espaço anular definido entre o um duto interno e um duto externo em um duto de parede dupla que compreende um membro anular e pelo menos um meio de condução longitudinal passando através do membro anular, em que o meio de condução longitudinal comunica-se com o espaço anular de um e de outro lado do conjunto de vedação.
Tipicamente, o meio de condução longitudinal consiste em uma ou mais conduções elétricas.
De preferência o meio de condução longitudinal compreende um ou mais dispositivos de transferência de calor e uma ou mais fibras ópticas alojadas dentro dos tubos de alojamento de fibra óptica.
Modalidades da invenção passam a ser descritas a seguir, meramente a título de exemplo, com referência aos desenhos apensos, em que: A figura 1 é uma vista em seção transversal de um conjunto de vedação de acordo com a presente invenção; A figura 2 é uma vista em seção transversal, tomada ao longo da linha A-A' na figura 3, de uma vedação de acordo com a invenção, com os dutos interno e externo indicados por linhas descontínuas; A figura 3 é uma vista em planta de um conjunto de vedação de acordo com a invenção; A figura 4 é uma vista seccional do conjunto de vedação mostrado na figura 3 tomada ao longo da linha A-A'; A figura 5 é uma vista seccional do conjunto de vedação mostrado na figura 3 tomada ao longo da linha B-B'; A figura 6 é uma vista seccional do conjunto de vedação mostrado na figura 3 tomada ao longo da linha C-C'; A figura 6a é uma vista das talas de junção mostradas na figura 6 a partir da posição E; e A figura 7 é uma vista em perspectiva de um conjunto de vedação de acordo com a invenção.
Com referência às figuras 1 a 5, um conjunto de vedação compreende um membro anular (1), tendo um corpo (2) com bordas interna e externa (3, 4), e dispositivos de condução longitudinal (6) passando através dos mesmos. O membro anular (1) pode adicionalmente compreender um inserto (5) de aço ou semelhante para fins de reforço/enrijecimento.
As bordas interna e externa (3, 4) de preferência se estendem além da circunferência interna e externa do corpo (2) do membro anular (1).
As bordas interna e externa (3, 4) de preferência são construídas de um material deformável resiliente, tipicamente de uma borracha ou de um material elastomérico tal como poliuretano por exemplo. O corpo (2) do membro anular (1) de preferência é construído de um material mais rígido, tal como um material de poliuretano mais duro, e pode conter um inserto de reforço (5) tipicamente fabricado de nylon ou metal por exemplo.
Quando o conjunto de vedação (1) é inserido no interior do espaço anular entre os dutos interno e externo (9, 10) de um sistema de duto- em-duto (como mostrado na figura 2), as bordas interna e externa (3, 4) são deformadas acunhando o membro anular (1) em posição. Assim a borda interna (3) forma uma vedação impermeável a líquido contra a parede externa (12) do duto interno (9) e a borda externa (4) forma uma vedação impermeável a líquido contra a superfície de parede interna (22) do duto externo (10).
De preferência o dispositivo de condução longitudinal (6) compreende dispositivos de condução elétrica atravessando a barreira d'água.
Tipicamente os dispositivos de condução elétrica podem ser na forma de um cabo ou de uma barra. Os dispositivos de condução elétrica podem compreender uma barra atravessando a barreira d'água que está conectada por uma e outra extremidade via dispositivos de conexão apropriados, com um cabo se estendendo ao longo do duto interno entre as barreiras d'água. O uso de uma barra com uma seção transversal relativamente grande inserida diretamente no interior do corpo de barreira d'água para conduzir energia elétrica alivia o problema de superaquecimento que podería ocorrer ao utilizar cabos aquecedores elétricos inseridos diretamente na barreira d'água.
Uma luva (8) pode ser prevista no ponto entre as bordas interna e externa (3, 4) onde o dispositivo de condução longitudinal egressa do conjunto de vedação. A luva (8) circunda o dispositivo de condução longitudinal (6) e é moldada do corpo de barreira d'água (2). Quando o dispositivo de condução longitudinal (6) compreende uma barra para conduzir energia elétrica, uma luva termocontrátil pode ser usada para circundar a conexão entre a barra e o cabo. Neste caso a luva termocontrátil circunda a luva (8) do corpo de barreira d'água (2) a conexão e a extremidade do cabo para assegurar que a conexão seja completamente isolada e protegida contra qualquer ingresso de água.
Tipicamente a luva (8) será formada através de um nó moldado formado no membro anular durante a manufatura. O dispositivo de condução longitudinal pode então ser colocado em posição forçando o mesmo através do nó. Nodos adicionais (ver 6a na figura 7) podem ser formados no membro anular que facilita a incorporação de meios de condução longitudinal adicionais em uma data posterior.
Os meios de condução longitudinais (6) facilitam a comunicação através do conjunto de vedação com o espaço anular de um e de outro lado. Os meios de condução longitudinal podem opcionalmente consistir em meios de transferência de calor, tal como um tubo para conectar mangueiras de fluido transferidor de calor ou meios de transferência de informações/dados, tal como uma fibra óptica, por exemplo.
Um anel de apoio (15, ver a figura 7) pode ser previsto para conectar conjuntos de vedação adjacentes. O anel de apoio (15) fixado em um rebordo sobre um corpo de barreira d'água (2) pode ser afixado ao anel de apoio (15) de um conjunto de vedação adjacente através de uma tala de junção (13 e dispositivos de fixação apropriados (14). Tipicamente os dispositivos de fixação (14) podem consistir em rebitas, conjuntos de porcas e parafusos ou semelhantes.
Dois ou mais diferentes tipos de dispositivos de condução longitudinal podem ser usados em combinação. Por exemplo, um conjunto de vedação pode compreender uma pluralidade de hastes de cobre usadas para conduzir energia elétrica para cabos aquecedores para aquecer o espaço anular no sistema de duto-em-duto juntamente com uma ou mais fibras ópticas para monitorar a temperatura no interior ou curvatura do sistema. A figura 3 é uma vista em planta de um membro anular (1) compreendendo quatro grupos de hastes condutoras (6a) e duas fibras ópticas (6b).
No caso onde os dispositivos de condução longitudinal consistem em uma fibra óptica, a fibra óptica pode ser alojada em um tubo passando através do conjunto de vedação. Um vedante apropriado, tal como uma resina epoxídica, pode ser introduzido no interior do tubo de maneira a assegurar a condição de vedação da fibra óptica no interior do conjunto de vedação.
Genericamente conjuntos de vedação unidirecionais tais como aqueles mostrados na figura 1 são usados em pares como ilustrado nas figuras 2 a 7, de forma que o efeito combinado é prevenir o fluxo de água em qualquer direção. Entre dois conjuntos de vedação unidirecionais os dispositivos de condução longitudinal podem ser revestidos, por exemplo por uma bainha ou revestimento de poliuretano (7) pode ser usado para proporcionar isolamento (por exemplo no caso onde os dispositivos de condução longitudinal (6) consistem de dispositivos condutores elétricos).
Outrossim, no caso onde os dispositivos de condução longitudinal (6) consistem em uma fibra óptica para monitorar temperatura, a fibra óptica pode estar em contato com o duto de linha de fluxo ou com um elemento metálico ligado com o duto de linha de fluxo entre dois conjuntos de vedação unidirecionais. Pontos frios podem existir entre dois conjuntos de barreira d'água unidirecionais em um sistema de duto utilizando calefação ativa uma vez que os cabos aquecedores não entram em contato com o duto da linha de fluxo entre os conjuntos de vedação. O conjunto de fibra óptica descrito apresenta a vantagem de facilitar a monitoração dos ditos pontos frios. A presente invenção refere-se ainda a um processo de fabricar um conjunto de vedação compreendendo as etapas de moldar um corpo (1) de um material apropriado, moldar uma peça extrema dotada de rebordos interno e externo (3, 4) de um material apropriado, afixar de maneira hermética o dito corpo ((1) à peça extrema e incorporar dispositivos de condução longitudinal que atravessam o conjunto de vedação.
De preferência, o processo da invenção ainda compreende a etapa de formação de um ou mais nós na peça extrema, os ditos nós são adaptados para facilitar a incorporação dos dispositivos de condução longitudinal. Por exemplo, os nós podem ser fabricados de tal maneira que os dispositivos de condução longitudinal podem ser passados através da peça extrema em uma operação de termocontração que forma uma vedação termocontrátil entre a peça extrema e os dispositivos de condução longitudinal (6).
De preferência, os nós são fabricados de um material resiliente na forma de tubos, o diâmetro dos quais é menor que aquele dos dispositivos de condução longitudinal. Os dispositivos de condução longitudinal, por exemplo uma barra eletricamente condutiva pode então ser forçada através do nó tubular resiliente assim assegurando um perfeito ajuste e vedação entre a peça extrema e os dispositivos de condução longitudinal.
Um ou mais nós auxiliares ou suplementares (6c) podem ser formados na peça extrema de maneira a facilitar a posterior incorporação de dispositivos de condução longitudinal adicionais. Em um processo de fabricação alternativo, o corpo de barreira d'água (1) pode ser moldado com os dispositivos de condução longitudinal (6) no molde. A presente invenção também apresenta um sistema de duto compreendendo um duto interno e um duto externo e um conjunto de vedação aqui descrito. Por exemplo, o sistema de duto pode compreender um duto interno e um duto externo com cabos de calefação elétrica se estendendo ao longo da linha de fluxo ou duto interno, o cabo de calefação elétrica sendo conectado com uma ou mais hastes atravessando cada conjunto de vedação.
Um sistema de duto deste tipo pode adicionalmente compreender meios de dissipação de calor próximos ao conjunto de vedação, no ponto onde o cabo aquecedor é levantado da linha de fluxo para ser conectado com a haste do conjunto de vedação. Os dispositivos de dissipação de calor em questão podem consistir em uma delgada camada de alumínio passada em tomo da bainha externa do cabo e ligada com a linha de fluxo de modo a prevenir o superaquecimento do cabo. A construção da barreira d'água ou conjunto de vedação e a superfície interna do duto condutor pode assegurar um deslocamento recíproco entre o duto condutor e a barreira d'água fixada sobre o duto da linha de fluxo. Este deslocamento recíproco pode ser vantajoso pelo fato de facilitar uma redução do número de conexões em-linha dos cabos elétricos de calefação exigidas durante a fabricação do sistema de duto. O espaço anular no sistema de duto também pode compreender material isolante e/ou um ou mais elementos selecionados de anteparas para transferir cargas (serviços ou manipulação de cargas) entre o duto portador e a linha de escoamento; espaçadores para centrar a linha de escoamento no interior do duto portador; detentores de deformações para prevenir a propagação de uma deformação ao longo do duto portador De preferência, os conjuntos de vedação são instalados próximos aos detentores de deformações de modo que quando a propagação de uma deformação é descontinuada, qualquer vazamento de água atribuível à deformação não seja permitido a se propagar através do espaço anular do duto de parede dupla.

Claims (15)

1. Conjunto de vedação para dividir um espaço anular entre um duto interno e um duto externo em um duto de parede dupla que compreende um membro anular adaptado para se ajustar no interior do espaço anular e pelo menos um dispositivo de condução longitudinal passando através do membro anular, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de condução longitudinal comunica-se com o espaço anular de um e de outro lado do conjunto de vedação.
2. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro anular compreende rebordos interno e externo para se engatar hermeticamente com os dutos interno e externo.
3. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de condução longitudinal compreendem dispositivos de condução elétrica.
4. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de condução elétrica compreendem uma haste ou um cabo ou uma pluralidade dos mesmos.
5. Conjunto de vedação de acordo com qualquer reivindicação precedentes, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de condução longitudinal compreendem uma haste que atravessa o membro anular, a dita haste sendo adaptada por uma ou por ambas as extremidades para conexão com um cabo.
6. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a haste é conectada por uma ou por ambas as extremidades com um cabo, o conjunto de vedação compreendendo ainda uma ou mais luvas cobrindo as conexões entre a dita haste e o dito cabo.
7. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de condução longitudinal compreendem uma ou mais fibras ópticas alojadas no interior de tubos de alojamento de fibras ópticas.
8. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de condução longitudinal compreendem um ou mais dispositivos de transferência de calor.
9. Sistema de duto caracterizado pelo fato de que compreende um duto interno e um duto externo e um conjunto de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes.
10. Sistema de duto de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um par de conjuntos de vedação unidirecionais.
11. Sistema de duto de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de condução longitudinal é pelo menos parcialmente isolado entre cada vedação unidirecional de cada par de conjuntos de vedação.
12. Método de fabricar um conjunto de vedação caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de moldar um corpo de material apropriado, moldar uma peça extrema dotada de rebordos interno e externo de um material apropriado, afixar de maneira selável o dito corpo (1) à dita peça extrema e incorporar dispositivos de condução longitudinal que atravessam o conjunto de vedação.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de formar um ou mais nós na peça extrema, os nós sendo adaptados para facilitar a incorporação dos dispositivos de condução longitudinal.
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os nós são fabricados a partir de um material resiliente na forma de tubos cujo diâmetro é menor que aquele dos dispositivos de condução longitudinal.
15. Método de acordo quer com a reivindicação 12 quer com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de formar um ou mais nós auxiliares ou suplementares na peça extrema.
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