BR102012019245B1

BR102012019245B1 - Dispositivo de detecção de vazamentos em uniões entre tubulações por flanges e juntas

Info

Publication number: BR102012019245B1
Application number: BR102012019245-4A
Authority: BR
Inventors: Guilherme Mendes Spitzman Jordan
Original assignee: Guilherme Mendes Spitzman Jordam
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2021-11-09
Also published as: US20150268126A1; BR102012019245A2; US9778134B2; WO2014019039A1; BR102012019245A8

Abstract

dispositivo de detecção de vazamentos em uniões entre tubulações por flanges e juntas. a presente invenção diz respeito a um dispositivo de detecção de vazamentos de líquidos ou gases causados por variações de temperatura, variações de pressão, desgaste dos dispositivos de aperto e união, desgastes nos dispositivos de vedação, por ação corrosiva entre outros, em uniões entre tubulações feitas por flanges (f) e juntas e compreende basicamente uma fita (1) para ser aplicada à região do "gap" (g) entre os flanges (f) com um sensor de pressão (2) e cápsulas protetoras (3) adaptadas às cabeças dos parafusos estojo (pe) e das porcas (p) empregadas na fixação entre os flanges (f).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre os dispositivos para detecção de vazamentos de líquidos ou gases em uniões entre tubulações. Mais particularmente, na detecção de vazamentos em uniões entre tubulações por flanges e juntas causadas por variações de temperatura, variações de pressão, desgaste dos dispositivos de aperto e união, desgastes nos dispositivos de vedação, por ação corrosiva entre outros. Mais especificamente, um dispositivo para detecção de vazamentos por meio de registro da pressão interna no interior da união entre as tubulações e a indicação desta anomalia por meios de percepção física e por eletrônica.

ESTADO DA TÉCNICA

Os problemas provenientes da corrosão em estruturas metálicas, que podem ser causados naturalmente por ação da atmosfera onde o oxigênio reage fortemente sobre materiais ferrosos e forma óxido de ferro, após a primeira ocorrência, podem ser agravados por outras condições meteorológicas às quais estas estruturas podem estar expostas. A continuidade de um processo corrosivo sem controle ou prevenção pode levar a estrutura a um estado de falência com graves consequências.

Todas as indústrias utilizam líquidos e gases em algum momento de seu processo produtivo. Estes fluidos são transportados por tubulações de transporte.

As tubulações podem interligar equipamentos, protegidas no interior de áreas construídas de uma fábrica, por exemplo, ou serem bem extensas como as de transporte de águas ou de petróleo, as quais ficam sujeitas à ação de condições meteorológicas ou ação do meio ambiente mais imediato, como ventos com deslocamento de solo superficial.

Estas tubulações são formadas por trechos de tubulação e necessitam de uma união mecânica entre esses trechos para que possam cobrir a extensão necessária ao transporte do fluido. A união pode ser realizada por soldagem, rosqueamento ou por junção mecânica, dependendo do projeto da tubulação.

A junção mecânica mais comum é feita pela união, com elementos de fixação, de dois membros incorporados às extremidades de segmentos de tubulação conhecidos pelos especialistas pelo termo "FLANGE"o qual será adotado neste relatório daqui por diante. A união entre flanges em cada extremidade de cada segmento de tubo permite de forma mais prática, a construção das tubulações de transporte, a interposição de válvulas e outros equipamentos, assim como a desmontagem destes últimos em casos de substituição.

É nesta união entre flanges que os vazamentos normalmente acontecem, mais especificamente, na região do pequeno espaço entre as faces dos flanges. Este pequeno espaço é conhecido pelos especialistas pelo termo "GAP", que será adotado daqui por diante. Outra possibilidade de vazamento ocorre na própria união de um elemento de flange com o elemento tubular, neste caso, uma união geralmente realizada por solda.

As técnicas atuais de monitoramento de vazamento em flanges empregam, geralmente, procedimentos de detecção que empregam recursos tecnológicos sofisticados embarcados em equipamentos, na maioria do tipo portátil, que dependem do manuseio humano para sua utilização no campo. Este tipo de rotina de inspeção, além de exigir mão de obra especializada, por adotar uma escala de programação, pode permitir que uma detecção de um vazamento em uma união aconteça tarde demais.

Geralmente, quando esta situação ocorre, há necessidade de interrupção urgente do escoamento por aquela tubulação, com parada de emergência de equipamentos de produção, isto quando um acidente já não aconteceu.

Os prejuízos são imensos tanto em termos de equipamentos que podem ser danificados devido à parada crítica, quanto em produtos perdidos ou mesmo pessoal envolvido.

Nem sempre os procedimentos adotados ou equipamentos desenvolvidos produzem os efeitos esperados.

Muitos equipamentos foram desenvolvidos de modo a ficarem instalados sobre ou ao lado de uniões entre tubos. Uma grande parte desses equipamentos e dispositivos serve quase que exclusivamente para um estado físico de fluido somente: gás ou líquido. Por exemplo, no caso de um escoamento líquido, normalmente os dispositivos compreendem pequenas "pistas” confeccionadas em metal, geralmente fitas de cobre fixadas em um substrato o qual fica aplicado ao redor de um flange. Estas "pistas” são alimentadas por uma determinada corrente elétrica.

Quando o líquido de um vazamento atinge as duas fitas, fecha um circuito elétrico que permite sinalizar a ocorrência de um vazamento naquele local. No entanto, toda a eletrônica envolvida e fonte de alimentação elétrica precisam estar ao lado do flange. Isto nem sempre é possível, principalmente em um cenário de uma plataforma flutuante de produção, onde os espaços precisam ser cuidadosamente planejados e quase não há espaço livre para implementação dessas soluções ao longo da planta de produção embarcada.

Para o caso de gases normalmente são utilizados sensores conhecidos pelo termo "SNIFFER”, que são calibrados para perceber a presença de um determinado gás.

A técnica ainda se ressente de uma solução para detecção de vazamentos sejam de líquidos, gases ou vapores, quentes ou não, em tubulações unidas por meio de flanges, que seja de baixo custo, baixa complexidade, mas que apresente alta eficiência mesmo a mínimas variações de pressão originadas por vazamento. Adicionalmente, que tenha a possibilidade de acusar, registrar e indicar a ocorrência de um vazamento no local exato deste último, ou de forma remota transmitindo o sinal para uma central de controle.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Trata a presente invenção de um dispositivo de detecção de vazamentos de líquidos ou gases causados por variações de temperatura, variações de pressão, desgaste dos dispositivos de aperto e união, desgastes nos dispositivos de vedação, por ação corrosiva, entre outros, em uniões entre tubulações feitas por flanges e juntas.

O dispositivo da presente invenção detecta vazamentos por meio do registro da pressão no interior da união entre os flanges das tubulações, "gap"e a indicação desta anomalia por meios de percepção visual, ou por meios eletrônicos.

O dispositivo compreende basicamente: (i) uma fita para ser aplicada à região do "gap"entre os flanges, manufaturada com uma composição de silicone modificado e um substrato substancialmente poroso em seu interior e com um orifício ao longo de seu comprimento; (ii) um sensor de vazamento que atua por meio de variação de pressão a ser adaptado com vedação hermética ao orifício da fita; e (iii) cápsulas com extensões planas na extremidade que faz face com a parede do flange, as quais são adaptadas às cabeças dos parafusos estojo e das porcas empregadas na fixação entre os flanges, de forma que forneçam vedações igualmente herméticas nestas regiões dos flanges.

Com estas regiões hermeticamente seladas, qualquer variação de pressão, por menor que seja, é capaz de acionar o dispositivo detector imediatamente, com confiabilidade e em tempo hábil, para que sejam tomadas as providências necessárias sem riscos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

As características do dispositivo de detecção de vazamentos em uniões entre tubulações por flanges e juntas, objeto da presente invenção, serão mais bem percebidas a partir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo, associada aos desenhos abaixo referenciados, os quais são partes integrantes do presente relatório.

A Figura 1 mostra uma representação de uma junta mecânica típica para união entre segmentos de tubulação por meio da fixação entre flanges.

A Figura 2 mostra uma representação de uma primeira concretização para fita do detector da presente invenção.

A Figura 3 mostra uma representação de uma segunda concretização para fita do detector da presente invenção.

A Figura 4 mostra uma representação de uma concretização de um registrador mecânico do detector da presente invenção.

A Figura 5 mostra uma representação de um aspecto geral de um registrador elétrico adaptado na fita no detector da presente invenção.

A Figura 6 mostra uma representação das cápsulas protetoras do detector da presente invenção.

A Figura 7 mostra uma representação de um registrador elétrico luminoso do detector da presente invenção.

A Figura 8 mostra uma representação de um registrador elétrico transmissor do detector da presente invenção.

A Figura 9 mostra uma representação do dispositivo de detecção de vazamentos com a concretização do registrador mecânico adaptado em uma junção mecânica típica entre trechos de tubulação.

A Figura 10 mostra uma representação do dispositivo de detecção de vazamentos com a concretização do registrador elétrico adaptado em uma junção mecânica típica entre trechos de tubulação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A descrição detalhada do dispositivo de detecção de vazamentos em uniões entre tubulações por flanges e juntas, objeto da presente invenção, será feita de acordo com a identificação dos componentes que os formam, com base nas Figuras acima descritas.

A partir deste ponto, apenas a título de exemplo, será adotado como cenário as instalações de uma plataforma de petróleo em alto mar. No entanto o universo de aplicação de todos os itens da presente invenção não é limitado a este cenário, já que existem aquedutos, gasodutos, linhas de escoamento de petróleo e outras canalizações expostas ao tempo ou internas a construções nas quais as uniões entre flanges precisam ser inspecionadas.

As instalações de uma plataforma de petróleo foram escolhidas por estarem sob ação de um ambiente bem severo onde, além de condições meteorológicas, adicionalmente sofre a ação de gases potencialmente corrosivos, névoa salina e ação intensa de raios ultravioleta.

Como já foi dito anteriormente, nem sempre os procedimentos adotados ou equipamentos desenvolvidos produzem os efeitos esperados.

Existe no estado da arte uma infinidade de equipamentos e dispositivos que funcionam a partir de uma variação de pressão na região do "gap” para detectar um vazamento.

Na verdade, a eficiência da detecção por meio destes equipamentos é muito baixa.

A eficiência é colocada sob suspeita, uma vez que ocorre fuga de parte do vazamento nesta região através dos orifícios dos flanges onde são adaptados os parafusos estojo, normalmente sem qualquer tipo de vedação. Deve ser lembrado que para líquidos a eficiência de detecção é maior, porém para gases os níveis de perigo são muito grandes.

Por não ter qualquer vedação prevista na região dos parafusos estojo, só quando a vazão do vazamento for maior do que a vazão de fluido permitida pelos orifícios dos flanges é que, então, vai ser gerada uma pressão a ponto de ser percebida pelo equipamento. Até chegar a essa percepção e registro, muito do fluido já se espalhou pelo ambiente podendo causar acidentes muito graves, principalmente nos casos de gases potencialmente explosivos ou tóxicos.

Para que o registro de um vazamento ocorra nestas situações, é necessário que a sensibilidade desses equipamentos ou dispositivos seja muito alta, com meios de percepção muito avançados em termos de tecnologia, encarecendo muito a formação de um sistema de detecção para uma planta operacional inteira e que possui uma infinidade de uniões entre tubulações.

O dispositivo de detecção de vazamentos em uniões de tubulações por flanges e juntas, objeto da presente invenção, apresenta como vantagem principal uma construção ao mesmo tempo simples, mas que confere uma vedação hermética na região entre os flanges.

Devido às suas características de construção e aplicação, o mínimo vazamento no interior da união entre flanges é suficiente para gerar uma pressão positiva capaz de acionar um sensor, o qual é capaz de acusar a ocorrência desta mínima pressão de forma quase que imediata.

Este registro imediato permite que todas as providências em relação à interrupção de fluxo de fluido, parada de equipamentos de produção com segurança e mesmo adoção de procedimentos em relação à retirada de pessoas que trabalhem próximas ao local da ocorrência, sejam realizadas em tempo mínimo.

Antes que seja descrito o dispositivo para detecção de vazamentos da presente invenção, há necessidade de mencionar que alguns de seus componentes são baseados em algumas das composições à base de silicone modificadas, as quais já foram protegidas por pedido de privilégio de invenção BR 2010/0074377 depositado em 12 de Agosto de 2010 pela mesma Requerente deste atual pedido.

Uma primeira composição dentre as mencionadas acima e que sempre será referenciada ao longo do presente relatório pela expressão "elastômero de silicone modificado", compreende a mistura física entre um elastômero de silicone comercial em forma de pasta com 7,0 a 13,0 p/p de oximosilano (CAS 22984-54-9) e 1,0 a 5,0 p/p de aminopropil-trietoxi-silano (CAS 919-30-2).

Uma segunda composição que sempre será referenciada ao longo do presente relatório pela expressão "graxa de silicone modificada", compreende a mistura física entre de uma graxa de silicone comercial (P928- 10 LUB) com 93,0 a 97,0 p/p de polidimetil-siloxano (CAS 63148-62-9), 2,0 a 5,0 p/p de cargas inorgânicas (CAS 112945-52-5) e 0,1 a 0,5 p/p de aditivos estabilizantes (CAS 68037-64-9).

Com o auxílio da Figura 1, pode ser observada uma junção mecânica típica entre trechos (T) de tubulação realizada pelo acoplamento e fixação por conjuntos de parafusos estojo (PE) e porcas (P) entre dois flanges (F) existentes nas extremidades de cada um destes trechos (T), assim como o gap (G), espaço que existe entre os flanges (F).

O dispositivo de detecção de vazamentos em uniões por flanges e juntas da presente invenção compreende: - uma fita (1), que pode ser vista em mais detalhes nas Figuras 2 e 3, confeccionada por um substrato (11) laminar, flexível e substancialmente poroso recoberto por, pelo menos, uma camada (CE) de um elastômero de silicone modificado, fita (1) que serve para cobrir a superfície inteira da união entre os flanges (F) e do gap (G) e, adicionalmente, pode possuir um orifício (12) (Figura 3) localizado em um ponto do comprimento e centralizado em relação à largura da fita (1); - um sensor de pressão (2), que pode ser visto em mais detalhes nas Figuras 4 e 5, a ser fixado no orifício (12) da fita (1), serve para registrar a mínima variação de pressão que ocorra entre os flanges (F), é formado por uma base (21) substancialmente cilíndrica no interior da qual é firmemente ligada uma membrana (22) de material resiliente e resistente a fluidos corrosivos, com um gatilho (23) acima desta última, o qual é ligado a um registrador (24) que pode ser escolhido entre ser de um tipo mecânico (241) e ser um circuito eletrônico (242), e uma capa (25) protetora que é fixada firmemente à base (21) isolando os componentes internos do meio ambiente; - cápsulas protetoras (3), que podem ser vistas na Figura 6, em número suficiente para cobrir tanto as cabeças dos parafusos estojo (PE) quanto das porcas (P), são confeccionadas em material plástico resistente acrescido de uma carga de proteção contra raios UV, compostas por um corpo de encaixe (31) oco e sextavado e, em sua extremidade aberta, integralmente unida como prolongamento deste último, uma superfície em forma de aba (32) plana, substancialmente circular e excedente às dimensões do corpo de encaixe (31) e são recobertas internamente por uma graxa (GX) de silicone modificado.

Uma primeira concretização de fita (1), Figura 2, apresenta uma lâmina de substrato (11) recoberta em uma de suas superfícies apenas por uma camada (CE) de elastômero de silicone modificado e onde esse substrato é embebido em uma substância química capaz de reagir a um determinado composto que flui no interior da tubulação e que, ao vazar, faz com que a substância química e o substrato mudem de cor.

Uma segunda concretização de fita (1), Figura 3, apresenta uma lâmina de substrato (11) recoberta em ambas as superfícies por uma camada (CE) de elastômero de silicone modificado e o orifício (12) para a fixação do sensor de pressão (2).

O substrato (11), preferencialmente é de feltro não tecido.

A capa (25) protetora, preferencialmente é confeccionada em policarbonato.

O material resiliente resistente a fluidos corrosivos com o qual é confeccionada a membrana (22) é uma borracha sintética conhecida pelo nome comercial "Viton"registrada em nome de "DuPont Performance Elastomers L.L.C.".

A concretização de um registrador (24) do tipo mecânico (241) (Figura 4) compreende um braço (2411) ligado ao gatilho (23) e integrado à capa (25) protetora, a qual possui um indicador colorido (2412), por exemplo, uma pequena lâmina colorida, de modo que a membrana (22), ao ser flexionada por efeito da pressão, empurra o gatilho (23), o qual aciona o braço (2411) que movimenta o indicador colorido (2412), mudando o registro visual para uma cor diferente da cor original, indicando de uma situação de anormalidade.

As concretizações para o registrador (24) do tipo circuito eletrônico (242) encontram-se representadas genericamente na Figura 5 e podem ser escolhidas entre as seguintes modalidades: - luminoso (2421) (Figura 7), que compreende um pequeno circuito estroboscópico (LE) alimentado por mini baterias (B) e um interruptor (IN) ligado ao gatilho (23), de modo que a membrana (22), ao ser flexionada por efeito da pressão, empurra o gatilho (24) e o interruptor (IN), o qual fecha o circuito elétrico das mini baterias (B) e acende de forma intermitente um conjunto de díodos emissores de luz (L) por efeito da programação do pequeno circuito estroboscópico (LE); - transmissor (2422) (Figura 8), que compreende um pequeno circuito de transmissão (CT) de rádio freqüência alimentado por mini baterias (B) e um interruptor (IN) ligado ao gatilho (23), de modo que a membrana (22), ao ser flexionada por efeito da pressão, empurra o gatilho (24) e o interruptor (IN), o qual fecha o circuito elétrico das mini baterias (B) e alimenta o pequeno circuito de transmissão (CT) que passa a emitir por meio de um emissor (E) sinais de rádio frequência os quais são captados por uma central receptora (CR) remota. Tanto a fita (1) com o sensor de pressão (2) quanto as cápsulas protetoras (3), são fixadas em seus locais de instalação por meio de cordões de elastômero de silicone modificado ainda não curado.

A fita (1) com o sensor de pressão (2) apresenta suas dimensões principais relativas às diversas dimensões de juntas mecânicas nas quais são empregadas, onde o comprimento da fita (1) é dependente do perímetro dos flanges (F) e a largura da fita (1) é dependente da abertura do "gap"(2) e, desta forma, permitem um ajuste em um comprimento e largura exatos sem possibilidade de folgas ou sobreposição de suas extremidades ao ser instalado.

As cápsulas protetoras (3) são fabricadas nas dimensões compatíveis com os parafusos e porcas existentes no mercado.

A Figura 9 mostra o dispositivo de detecção de vazamentos com a concretização do registrador mecânico (241) adaptado em uma junção mecânica típica entre trechos (T) de tubulação.

A Figura 10 mostra o dispositivo de detecção de vazamentos com a concretização do registrador elétrico (242) adaptado em uma junção mecânica típica entre trechos (T) de tubulação.

Embora a presente invenção tenha sido descrita em sua forma de realização preferida, os conceitos principais que norteiam a presente invenção, que é um dispositivo de detecção de vazamentos em uniões entre flanges e juntas, se mantêm preservados quanto ao seu caráter inovador, onde aqueles usualmente versados na técnica poderão vislumbrar e praticar variações, modificações, alterações, adaptações e equivalentes cabíveis e compatíveis ao meio de trabalho em questão, sem, contudo se afastar da abrangência do espírito e escopo da presente invenção, que estão representados pelas reivindicações que se seguem.

Claims

1. DISPOSITIVO DE DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM UNIÕES ENTRE TUBULAÇÕES POR FLANGES E JUNTAS para emprego na detecção de vazamentos de líquidos ou gases causados por variações de temperatura, variações de pressão, desgaste dos dispositivos de aperto e união, desgastes nos dispositivos de vedação, por ação corrosiva caracterizado por compreender: - uma fita (1), confeccionada por um substrato (11) em feltro não tecido, laminar, flexível e substancialmente poroso recoberto por, pelo menos, uma camada (CE) de um elastômero de silicone modificado, fita (1) que serve para cobrir a superfície inteira da união entre os flanges (F) e do gap (G), possui um orifício (12) localizado em um ponto do comprimento e centralizado em relação à largura da fita (1); - um sensor de pressão (2), a ser fixado no orifício (12) da fita (1), serve para registrar a mínima variação de pressão que ocorra entre os flanges (F), é formado por uma base (21) substancialmente cilíndrica no interior da qual é firmemente ligada uma membrana (22) em borracha sintética resistente a fluidos corrosivos, com um gatilho (23) acima desta última, ao qual é ligado um registrador (24) e uma capa (25) protetora em policarbonato que é fixada firmemente à base (21) isolando estes componentes internos do meio ambiente; - cápsulas protetoras (3), em número suficiente para cobrir tanto as cabeças dos parafusos estojo (PE) quanto das porcas (P), são confeccionadas em policloreto de vinila (PVC) acrescido de uma carga de proteção contra raios UV, compostas por um corpo de encaixe (31) oco e sextavado e, em sua extremidade aberta, integralmente unida como prolongamento deste último, uma superfície em forma de aba (32) plana, substancialmente circular, excedente às dimensões do corpo de encaixe (31) e são recobertas internamente por uma graxa (GX) de silicone modificado.

2. DISPOSITIVO DE DETECÇÃO DE VAZAMENTOS de acordo com a reivindicação 1 caracterizado poro registrador (24) ser do tipo circuito eletrônico (242), ser um transmissor (2422) que compreende um pequeno circuito de transmissão (CT) de rádio frequência para emitir por meio de um emissor (E) sinais de rádio frequência para uma central receptora (CR) remota, alimentado por mini baterias (B) e com um interruptor (IN) ligado ao gatilho (23).

3. DISPOSITIVO DE DETECÇÃO DE VAZAMENTOS de acordo com a reivindicação 1 caracterizado portanto a fita (1) com o sensor de pressão (2) quanto as cápsulas protetoras (3), serem fixadas em seus locais de instalação por meio de cordões de elastômero de silicone modificado não curado.

4. DISPOSITIVO DE DETECÇÃO DE VAZAMENTOS de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pora fita (1) com o sensor de pressão (2) apresentar suas dimensões principais relativas às diversas dimensões de juntas mecânicas nas quais são empregadas, onde o comprimento da fita (1) é dependente do perímetro dos flanges (F) e a largura da fita (1) é dependente da abertura do "gap" (2) e tamanho dos flanges (F) e, desta forma, permitem um ajuste em um comprimento e largura exatos sem possibilidade de folgas ou sobreposição de suas extremidades ao ser instalado.