BR102013033585B1 - Corrosion proofing equipment by ultrasound and method of processing captured signals - Google Patents
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Abstract
EQUIPAMENTO PROVADOR DE CORROSÃO POR ULTRASSOM E MÉTODO DE PROCESSAMENTO DE SINAIS CAPTADOS É relatado na presente invenção um equipamento que tem a capacidade de estimar e quantificar a taxa de corrosão na parede interna de uma tubulação causada pela passagem de fluidos agressivos, que basicamente compreende: um corpo formado por uma abraçadeira (1) à qual é unido um suporte (2) no qual são instaladas baterias (3) para fornecimento de energia e um vaso de pressão (5) no interior do qual são instalados uma pluralidade de transdutores de ultrassom (6), um medidor de temperatura (Z) e um conjunto de eletrônicas formado por módulos de captação (7) e de processamento e armazenagem (8). O método de processamento dos sinais captados pelo equipamento compreende basicamente a delimitação do campo de captação de sinais dos transdutores, auto-correlação de sinais e submissão dos sinais a um filtro baseado em cálculo por Transformada de Hilbert interpoladaPROTECTING EQUIPMENT FOR CORROSION BY ULTRASOUND AND METHOD OF PROCESSING CAPTED SIGNALS It is reported in the present invention a device that has the ability to estimate and quantify the corrosion rate in the inner wall of a pipe caused by the passage of aggressive fluids, which basically comprises: a body formed by a clamp (1) to which is attached a support (2) in which batteries (3) are installed for energy supply and a pressure vessel (5) inside which are installed a plurality of ultrasound transducers ( 6), a temperature meter (Z) and a set of electronics formed by capture modules (7) and processing and storage modules (8). The method of processing the signals captured by the equipment basically comprises the delimitation of the signal capture field of the transducers, auto-correlation of signals and submission of the signals to a filter based on an interpolated Hilbert Transform calculation.
Description
A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre os equipamentos destinados a estimar e quantificar a taxa de corrosão na parede interna de uma tubulação causada pela passagem de fluidos agressivos. Mais particularmente, o equipamento é um monitor de taxa de corrosão não intrusivo e estacionário o qual, por meio de ultrassom de altíssima precisão, faz medições constantes da espessura de parede de tubulações, mais especificamente, quando estas últimas estão localizadas em ambiente submarino e de difícil acesso. Um método de processamento dos sinais captados também é apresentado.The present invention finds its field of application among the equipment intended to estimate and quantify the corrosion rate in the internal wall of a pipe caused by the passage of aggressive fluids. More particularly, the equipment is a non-intrusive and stationary corrosion rate monitor which, by means of very high-precision ultrasound, makes constant measurements of the wall thickness of pipes, more specifically, when the latter are located in an underwater environment and hard access. A method of processing the captured signals is also presented.
Em todas as indústrias, matérias primas e produtos líquidos ou gasosos são transportados por canos, tubos e dutos que vão desde pequenos a grandes diâmetros assim como se utiliza uma diversidade de materiais para sua fabricação. Os fluidos transportados são menos ou mais agressivos, em todas as temperaturas e viscosidades, nos mais variados ambientes.In all industries, raw materials and liquid or gaseous products are transported by pipes, tubes and pipelines ranging from small to large diameters, as well as using a variety of materials for their manufacture. The fluids transported are less or more aggressive, in all temperatures and viscosities, in the most varied environments.
Com o tempo, o desgaste dessas tubulações acontece e, dependendo do que se transporta, esse desgaste precisa ser estimado, de modo que a manutenção da integridade é de suma importância na prevenção de ocorrências e acidentes graves.Over time, the wear of these pipes happens and, depending on what is transported, this wear needs to be estimated, so that the maintenance of integrity is of paramount importance in the prevention of occurrences and serious accidents.
Para detecção de falhas estruturais, como por exemplo, para detecção de corrosão em determinadas regiões mais atingidas que formam cavidades na superfície interna da tubulação ou para estimar deformidades por incrustação ou anomalias do diâmetro do duto, a técnica emprega normalmente sondas de inspeção "in-line",conhecidas pelo termo inglês "pig",as quais deslizam pelo interior desta tubulação, de forma auto propelida ou não.For the detection of structural failures, for example, for the detection of corrosion in certain hard-hit regions that form cavities in the internal surface of the pipe or to estimate deformities due to incrustation or anomalies in the diameter of the duct, the technique normally employs "in-line" inspection probes. line ", known by the English term" pig ", which slide inside this pipe, whether self-propelled or not.
Os "pigs",embora funcionem e sejam ainda muito empregados para detectar falha, a avaliação que ele é capaz de fazer é, de certa forma, grosseira. Mesmo quando empregam meios magnéticos e ultrassom para melhorar os registros, apresentam a desvantagem de viajar pelo interior da tubulação, o que implica em uma parada de produção, utilizando equipamentos que os introduzam e retirem do tubo e ainda assim, pode ser necessário desmontar um trecho inicial ou final da tubulação para a inserção do “pig”.The "pigs", although they work and are still widely used to detect failure, the evaluation he is able to make is, in a way, crude. Even when using magnetic and ultrasound means to improve the records, they have the disadvantage of traveling through the interior of the pipeline, which implies a production stop, using equipment that inserts and removes them from the tube and even so, it may be necessary to dismantle a section beginning or end of the pipe for the insertion of the “pig”.
Para o caso da monitoração da taxa de corrosão, tradicionalmente a técnica empregada envolve a inserção de cupons como provadores de corrosão. Embora ainda sejam empregados, fatores como alto custo e segurança operacional são originadores de pesquisas no sentido de desenvolver novas formas e métodos alternativos de maior eficiência.For the case of monitoring the corrosion rate, traditionally the technique used involves the insertion of coupons as corrosion testers. Although they are still used, factors such as high cost and operational safety are the origin of research in order to develop new and more efficient alternative forms and methods.
Na indústria do petróleo, tubulações são responsáveis pelo transporte do petróleo desde os poços aos locais de armazenamento temporário ou de processamento. No caso de poços produtores submarinos, as tubulações podem percorrer grandes distâncias repousadas no fundo do mar até serem elevadas até a superfície onde se encontram plataformas ou navios de produção. Essas tubulações são conhecidas como risers.In the oil industry, pipelines are responsible for transporting oil from wells to places of temporary storage or processing. In the case of subsea producing wells, the pipelines can travel long distances resting on the seabed until they are raised to the surface where production platforms or vessels are located. These pipes are known as risers.
Os risers podem ser dos tipos rígido ou flexível. A Petrobras usará no pré-sal muitos risers rígidos do tipo SCR (Steel Catenary Riser). Como os risers estão submersos e como a profundidade na qual os poços se encontram é cada vez maior, a adoção de provadores de corrosão por meio de cupons se mostra impraticável e seu emprego fica restrito apenas nos trechos nos quais a tubulação é aérea, ou seja, no início ou fim dela. Além disso, dutos submarinos em geral, em trechos horizontais ou “flowlines"também não podem ser monitorados pelos cupons de corrosão tradicionais.The risers can be of the rigid or flexible types. Petrobras will use many SCR (Steel Catenary Riser) rigid risers in the pre-salt layer. As the risers are submerged and as the depth in which the wells are found is increasing, the adoption of corrosion testers by means of coupons is impracticable and their use is restricted only in the sections where the piping is aerial, that is at the beginning or end of it. In addition, submarine pipelines in general, in horizontal stretches or "flowlines" can also not be monitored by traditional corrosion coupons.
Além disso, muitos destes risers não têm a possibilidade de realização da passagem de um "pig",impedindo qualquer registro das condições da tubulação, mesmo que de maneira imprecisa.In addition, many of these risers do not have the possibility of passing a "pig", preventing any recording of the conditions of the piping, even if imprecise.
As limitações acima descritas comprometem fortemente os meios para garantia da integridade de risers rígidos submarinos.The limitations described above strongly compromise the means to guarantee the integrity of subsea rigid risers.
A técnica anterior possui documentos destinados a resolver problemas referentes à detecção de falhas provocadas por corrosão, assim como medição de espessura da parede de uma tubulação e detecção de corrosão.The prior art has documents designed to solve problems related to the detection of failures caused by corrosion, as well as the measurement of pipe wall thickness and corrosion detection.
O documento US 6,651,503 apresenta um método para detecção de falhas "in line".O método compreende a passagem pelo interior de um oleoduto de um "pig" que possui embarcado transdutores de ultrassom, dispositivos de medição, dispositivos de processamento e armazenamento de dados de medição. A sondagem é realizada por meio da emissão de pulsos de ultrassom durante a viagem do "pig" pelo interior da tubulação e a recepção dos pulsos refletidos correspondentes aos emitidos. Pela obtenção de dados sobre os intervalos de tempo de trânsito dos referidos pulsos e a distância percorrida, um conjunto de dados interpolados e convertidos permite registrar uma região média determinante da largura da parede. Embora seja uma forma de registro não destrutivo por ultrassom, o método é intrusivo obrigando a parada de produção, mesmo que momentânea para colocação ou retirada do "pig".US 6,651,503 presents a method for detecting faults "in line". The method comprises the passage through the interior of a "pig" pipeline that has ultrasound transducers, measuring devices, processing devices and data storage devices on board. measurement. The sounding is carried out by emitting ultrasound pulses during the pig's journey through the interior of the pipe and receiving the reflected pulses corresponding to those emitted. By obtaining data on the transit time intervals of said pulses and the distance traveled, a set of interpolated and converted data allows to register an average region that determines the width of the wall. Although it is a form of non-destructive ultrasound recording, the method is intrusive, forcing production to stop, even if it is momentary to place or remove the "pig".
O documento US 4,008,603 apresenta um método e um aparelho para inspecionar tubulações e detectar pontos de corrosão e diminuição de espessura de parede. O aparelho emprega meios ultrassónicos para detecção de anomalias ou de outros tipos de imperfeições. O aparelho tem um transceptor para energização de um transdutor de ultrassom, o qual emite ondas ultrassónicas e recebe os ecos de cada emissão. O intervalo de tempo é medido entre os ecos a partir da superfície interior da tubulação e a partir da superfície exterior da tubulação. As medições digitais são analisadas para determinação de qual das medições se encontra dentro de períodos de tempo pré-selecionados. As medições digitais que caem dentro de cada um dos períodos é então selecionada e acumulada. Desta forma o operador pode aferir as várias espessuras das várias porções da tubulação. Assim, como mencionado no documento anterior, o equipamento viaja pelo interior da tubulação.US 4,008,603 discloses a method and apparatus for inspecting pipelines and detecting points of corrosion and thinning of the wall. The device uses ultrasonic means to detect anomalies or other types of imperfections. The device has a transceiver for energizing an ultrasound transducer, which emits ultrasonic waves and receives the echoes of each emission. The time interval is measured between echoes from the inside surface of the pipe and from the outside surface of the pipe. Digital measurements are analyzed to determine which measurement is within pre-selected time periods. The digital measurements that fall within each of the periods are then selected and accumulated. In this way, the operator can measure the various thicknesses of the various portions of the pipe. Thus, as mentioned in the previous document, the equipment travels inside the pipeline.
Como visto acima, as técnicas empregadas são fundamentalmente intrusivas, gerando riscos em termos de segurança operacional, dificuldades na instalação e operação dependendo da técnica empregada e lentidão nas respostas.As seen above, the techniques employed are fundamentally intrusive, creating risks in terms of operational safety, difficulties in installation and operation depending on the technique employed and slowness in the responses.
A técnica ainda se ressente de um equipamento que possa aferir a taxa de corrosão em pontos críticos de uma tubulação submersa onde podem estar localizadas juntas soldadas ou regiões com formação de condensados; também um equipamento que seja estacionário, não intrusivo e não destrutivo, de fácil instalação e mínimos requisitos de segurança.The technique still suffers from equipment that can measure the corrosion rate at critical points in a submerged pipe where welded joints or regions with condensate formation may be located; also equipment that is stationary, non-intrusive and non-destructive, easy to install and with minimal safety requirements.
É objetivo da presente invenção um equipamento que tem a capacidade de estimar e quantificar a taxa de corrosão na parede interna de uma tubulação causada pela passagem de fluidos agressivos. Um segundo objetivo trata do processamento dos sinais captados pelo equipamento.The objective of the present invention is equipment that has the ability to estimate and quantify the rate of corrosion on the internal wall of a pipe caused by the passage of aggressive fluids. A second objective deals with the processing of signals captured by the equipment.
O primeiro objetivo é alcançado por meio da concepção de um equipamento que compreende: um corpo formado por uma abraçadeira com dimensões suficientes para abraçar externamente uma superfície tubular e com um perfil em cada extremidade aberta ao qual são adaptados meios de fixação para travar a abraçadeira sobre a tubulação; externamente a uma das metades da abraçadeira, é unido um suporte no qual são instaladas baterias para fornecimento de energia no interior de invólucros herméticos; externamente à outra metade da abraçadeira é rigidamente fixado um vaso de pressão no interior do qual são instalados uma pluralidade de transdutores de ultrassom e um conjunto de eletrônicas formado por módulos de captação e processamento interligados por conexões eletrônicas e conexões elétricas destinadas a interligar as baterias ao conjunto de eletrônica.The first objective is achieved through the design of equipment that comprises: a body formed by a clamp with sufficient dimensions to externally embrace a tubular surface and with a profile at each open end to which fastening means are adapted to lock the clamp on the pipe; externally to one of the halves of the clamp, a support is attached to which batteries are installed to supply power inside hermetic enclosures; externally to the other half of the clamp, a pressure vessel is rigidly fixed inside which are installed a plurality of ultrasound transducers and a set of electronics formed by capture and processing modules interconnected by electronic connections and electrical connections designed to interconnect the batteries to the electronics set.
O método de processamento dos sinais captados pelo equipamento é executado externamente ao equipamento da presente invenção em uma central de análise conectada por um protocolo de rede e compreende basicamente as seguintes etapas: delimitação do campo de captação de sinais dos transdutores, auto-correlação de sinais e dados, e submissão dos dados a um filtro baseado em cálculo por Transformada de Hilbert interpolada.The method of processing the signals captured by the equipment is performed externally to the equipment of the present invention in an analysis center connected by a network protocol and basically comprises the following steps: delimitation of the signal capture field of the transducers, auto-correlation of signals and data, and submitting the data to a filter based on calculation by interpolated Hilbert transform.
As características do equipamento destinado a estimar a taxa de corrosão na parede interna de uma tubulação causada pela passagem de fluidos agressivos e do método de processamento dos sinais captados pelo equipamento, objetos 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 parte integrante do presente relatório. A Figura 1 é uma representação em perspectiva do equipamento da presente invenção. A Figura 2 é uma representação em vista frontal do equipamento da presente invenção em posição substancialmente fechado. A Figura 3 é uma representação em vista frontal do equipamento da presente invenção em posição aberto. A Figura 4 é uma representação de um diagrama que ilustra uma montagem experimental para testes em laboratório do equipamento da presente invenção. A Figura 5 é uma reprodução de uma primeira tela produzida pela execução do método de análise de dados do equipamento da presente invenção durante testes realizados. A Figura 6 é uma reprodução de uma segunda tela produzida pela execução do método de análise de dados do equipamento da presente invenção durante testes realizados. A Figura 7 é uma representação gráfica dos ecos referentes à interface aço/polipropileno e os ecos seguintes referentes à espessura do polipropileno. A Figura 8 é uma representação gráfica dos ecos referentes à interface aço/polietileno e os ecos seguintes referentes à espessura do polietileno.The characteristics of the equipment designed to estimate the corrosion rate on the internal wall of a pipe caused by the passage of aggressive fluids and the method of processing the signals captured by the equipment, objects of the present invention, will be better perceived from the detailed description that next, by way of example only, associated with the drawings referenced below, which are an integral part of this report. Figure 1 is a perspective representation of the equipment of the present invention. Figure 2 is a front view of the equipment of the present invention in a substantially closed position. Figure 3 is a front view of the equipment of the present invention in an open position. Figure 4 is a representation of a diagram illustrating an experimental setup for laboratory testing of the equipment of the present invention. Figure 5 is a reproduction of a first screen produced by performing the data analysis method of the equipment of the present invention during tests performed. Figure 6 is a reproduction of a second screen produced by executing the data analysis method of the equipment of the present invention during tests performed. Figure 7 is a graphic representation of the echoes referring to the steel / polypropylene interface and the following echoes referring to the thickness of the polypropylene. Figure 8 is a graphical representation of the echoes referring to the steel / polyethylene interface and the following echoes referring to the thickness of the polyethylene.
Refere-se a presente invenção a um equipamento que tem a capacidade de estimar e quantificar a taxa de corrosão na parede interna de uma tubulação causada pela passagem de fluidos agressivos. Um segundo objetivo trata do método de processamento dos sinais captados pelo equipamento.The present invention refers to equipment that has the ability to estimate and quantify the rate of corrosion on the internal wall of a pipe caused by the passage of aggressive fluids. A second objective deals with the method of processing the signals captured by the equipment.
Embora possa ser empregado a qualquer tipo de tubulação de transporte de fluidos agressivos e em qualquer tipo de indústria, o ambiente no qual o equipamento vai ser descrito terá como exemplo, risers rígidos em catenária, aplicados no escoamento de petróleo desde um poço produtor submarino até uma unidade de produção na superfície, assim como dutos rígidos submarinos em geral.Although it can be used for any type of aggressive fluid transport piping and in any type of industry, the environment in which the equipment will be described will have as an example, rigid catenary risers, applied in the flow of oil from an underwater production well to a surface production unit, as well as subsea rigid pipelines in general.
Como características gerais que podem ser traduzidas como vantagens da presente invenção podem ser citadas: - ser de simples instalação, - exigir requisitos mínimos em termos de SMS (Segurança, Meio ambiente e Saúde), - captar os dados de forma não-intrusiva e não destrutiva, - ter a possibilidade de acompanhamento dos dados em tempo real, e - ser estacionário com a monitoração da corrosão no exato ponto de interesse.As general characteristics that can be translated as advantages of the present invention can be mentioned: - being simple to install, - requiring minimum requirements in terms of SMS (Safety, Environment and Health), - capturing data in a non-intrusive and non-intrusive way destructive, - have the possibility of monitoring data in real time, and - be stationary with corrosion monitoring at the exact point of interest.
O equipamento para estimar e quantificar a taxa de corrosão na parede interna de uma tubulação encontra-se ilustrado nas Figuras 1, 2 e 3 e pode ser observado que ele compreende: - um corpo formado por uma abraçadeira (1) bi-partida com dimensões suficientes para abraçar externamente uma superfície de uma determinada tubulação (T), com meios de articulação (E) em um dos lados, e do outro lado, as extremidades de cada metade (M1 e M2) da abraçadeira (1), as quais possuem um perfil (P) nos quais são adaptados meios de fixação (F) para travar a abraçadeira (1) sobre a tubulação (T); - uma janela de captação (J) (Figura 3), em forma substancialmente quadrada, é formada por um rebaixo na superfície interna da segunda metade (M2) da abraçadeira (1) e dotada de uma pluralidade de orifícios (O); - um suporte (2) é unido externamente à primeira metade (M1) da abraçadeira (1), e serve para suportar baterias (3) para fornecimento de energia, instaladas no interior de invólucros herméticos (4) (Figuras 1 e 2); - um vaso de pressão (5) é rigidamente fixado externamente à segunda metade (M2) da abraçadeira (1) (Figuras 1 e 2); - uma pluralidade de transdutores de ultrassom (6) é instalada na região da janela de captação (J) no interior do vaso de pressão (5) de forma que cada um dos transdutores de ultrassom (6) fique inserido de forma estanque em cada um dos orifícios (O) (Figura 3); - um medidor de temperatura (Z), é inserido de forma estanque em um dos orifícios (O) da janela de captação (J) e serve para registrar a temperatura da parede da tubulação (Figura 3); - um módulo hermético de captação (7) instalado no interior do vaso de pressão (5), é ligado à pluralidade de transdutores de ultrassom (6) e ao medidor de temperatura (Z), serve para controlar e fornecer o suporte de emissão, captação e codificação dos sinais dos transdutores de ultrassom (6) e do medidor de temperatura (Z) (Figura 1); - um módulo hermético de processamento e armazenagem (8) instalado no interior do vaso de pressão (5), é ligado de forma elétrica e eletrônica ao módulo hermético de captação (7) por meio de um conector estanque (9) e ligado às baterias de fornecimento de energia por conectores herméticos (10), onde um deles ultrapassa a parede externa do vaso de pressão (5), dois ultrapassam os invólucros herméticos (4) interconectados por cabos de energia (11), serve para decodificar os dados recebidos pelo módulo de captação, organizar esses dados e armazenar em ordem lógica (Figura 1).The equipment for estimating and quantifying the corrosion rate on the inner wall of a pipe is illustrated in Figures 1, 2 and 3 and it can be seen that it comprises: - a body formed by a clamp (1) split with dimensions sufficient to externally embrace a surface of a given pipe (T), with means of articulation (E) on one side, and on the other side, the ends of each half (M1 and M2) of the clamp (1), which have a profile (P) in which fixing means (F) are adapted to lock the clamp (1) on the pipe (T); - a catchment window (J) (Figure 3), in substantially square shape, is formed by a recess in the inner surface of the second half (M2) of the clamp (1) and provided with a plurality of holes (O); - a support (2) is attached externally to the first half (M1) of the clamp (1), and serves to support batteries (3) for power supply, installed inside airtight enclosures (4) (Figures 1 and 2); - a pressure vessel (5) is rigidly fixed externally to the second half (M2) of the clamp (1) (Figures 1 and 2); - a plurality of ultrasound transducers (6) are installed in the region of the capture window (J) inside the pressure vessel (5) so that each of the ultrasound transducers (6) is watertightly inserted in each the holes (O) (Figure 3); - a temperature meter (Z), is inserted in a watertight way in one of the holes (O) of the intake window (J) and serves to record the temperature of the pipe wall (Figure 3); - an airtight capture module (7) installed inside the pressure vessel (5), connected to the plurality of ultrasound transducers (6) and the temperature meter (Z), used to control and supply the emission support, capturing and coding the signals from the ultrasound transducers (6) and the temperature meter (Z) (Figure 1); - an airtight processing and storage module (8) installed inside the pressure vessel (5), is electrically and electronically connected to the airtight capture module (7) by means of a watertight connector (9) and connected to the batteries power supply by airtight connectors (10), where one of them goes beyond the outer wall of the pressure vessel (5), two go beyond the hermetic enclosures (4) interconnected by power cables (11), serves to decode the data received by the capture module, organize this data and store in a logical order (Figure 1).
A instalação do equipamento da presente invenção em um ponto qualquer ao longo de uma tubulação pode ser escolhida entre: ser realizada por um mergulhador e ser realizada por um veículo de operação remota (ROV).The installation of the equipment of the present invention at any point along a pipe can be chosen between: be performed by a diver and be performed by a remote operating vehicle (ROV).
A área de monitoração coberta pela pluralidade dos transdutores de ultrassom (6) é definida pela área da janela de captação (J) que, por sua vez, depende do diâmetro da tubulação. Citando apenas como exemplo, para o caso de uma tubulação de 10 polegadas, a área aproximada da janela de captação (J) e de monitoração da pluralidade de transdutores (6) é, aproximadamente de 150 mm por 150 mm.The monitoring area covered by the plurality of ultrasound transducers (6) is defined by the area of the capture window (J) which, in turn, depends on the diameter of the pipe. Just to give an example, for a 10-inch pipe, the approximate area of the capture window (J) and the monitoring of the plurality of transducers (6) is approximately 150 mm by 150 mm.
O módulo hermético de captação (7) em conjunto com os transdutores de ultrassom (6) apresenta capacidade de alta taxa de amostragem de sinal, uma vez que os transdutores empregados possuem uma frequência central em torno de 5 MHz. O módulo hermético de captação (7) permite uma amostragem de sinal de ultrassom com uma frequência em tomo de 50 MHz e promove uma compensação dos valores obtidos em relação à variação da temperatura, por meio do sinal do medidor de temperatura (Z), nos meios em que o som se propaga.The hermetic capture module (7) together with the ultrasound transducers (6) has a high signal sampling rate, since the transducers used have a central frequency around 5 MHz. The hermetic capture module ( 7) allows an ultrasound signal sampling with a frequency around 50 MHz and promotes a compensation of the values obtained in relation to the temperature variation, through the temperature meter signal (Z), in the media in which the sound is propagates.
O método de processamento dos sinais captados pelo equipamento da presente invenção é executado externamente ao equipamento da presente invenção em uma central de análise conectada por um protocolo de rede e compreende as seguintes etapas: - delimitação do campo de captação de sinais dos transdutores (6) - que compreende: tomar sob forma de dados de dois ecos consecutivos emitidos à parede de uma tubulação, geralmente o segundo eco e o terceiro eco; associar cada um desses ecos em uma delimitação de campo diferente, de forma a encontrar de maneira precisa o intervalo de tempo entre os dois; normalizar a amplitude destes ecos de modo a preparar para processamento posterior. - auto-correlação de sinal - que compreende manter o segundo eco que compõe um sinal inalterado em relação ao tempo e inserir pequenos incrementos de tempo no sinal do terceiro eco, multiplicando um eco pelo outro para cada incremento de tempo, de modo que o intervalo entre dois ecos corresponda ao valor máximo da função de correlação; - submissão dos dados obtidos nas etapas anteriores a um processamento por meio da função Transformada de Hilbert interpolada, a qual atua como um filtro passa baixas, equivalente a um filtro interpolador de 50 pontos a cada intervalo entre dois pontos da Transformada onde, o ponto de intersecção dos valores submetidos à Transformada de Hilbert com o eixo das coordenadas, equivale ao intervalo de tempo entre o segundo eco e o terceiro eco obtidos, com grande precisão e, como esse tempo é proporcional à espessura que está sendo medida, o controle da posição desse ponto de intersecção com o "zero" equivale ao controle da espessura e ao monitoramento da taxa de corrosão da tubulação.The method of processing the signals captured by the equipment of the present invention is performed externally to the equipment of the present invention in an analysis center connected by a network protocol and comprises the following steps: - delimitation of the signal capture field of the transducers (6) - which comprises: taking in the form of data from two consecutive echoes emitted to the wall of a pipe, usually the second echo and the third echo; associate each of these echoes in a different field delimitation, in order to precisely find the time interval between the two; normalize the amplitude of these echoes to prepare for further processing. - signal auto-correlation - which comprises keeping the second echo that makes up a signal unchanged in relation to time and inserting small increments of time in the signal of the third echo, multiplying one echo by the other for each time increment, so that the interval between two echoes corresponds to the maximum value of the correlation function; - submission of the data obtained in the previous steps to a processing using the interpolated Hilbert Transform function, which acts as a low-pass filter, equivalent to a 50-point interpolator filter at each interval between two points of the Transform where, the intersection of the values submitted to the Hilbert Transform with the coordinate axis, is equivalent to the time interval between the second echo and the third echo obtained, with great precision and, since this time is proportional to the thickness being measured, the position control from this point of intersection with "zero" is equivalent to controlling the thickness and monitoring the corrosion rate of the pipe.
A transferência dos dados captados e organizados pelo equipamento é feita por meios que podem ser escolhidos entre: - retirada de um primeiro equipamento do seu local de instalação com reposição de um segundo equipamento no mesmo local e transporte do primeiro equipamento à central de análise seguindo uma rotina de avaliação com periodicidade preferencial em torno de 6 meses; e - transmissão dos dados até a central de análise por meio de cabos de transmissão de dados fixados externamente ao longo da tubulação.The transfer of the data captured and organized by the equipment is done by means that can be chosen between: - removal of a first equipment from its installation site with replacement of a second equipment in the same location and transport of the first equipment to the analysis center following a evaluation routine with preferential periodicity around 6 months; and - data transmission to the analysis center by means of data transmission cables fixed externally along the pipeline.
A partir de todo o conceito descrito acima, uma série de experimentos foram conduzidos em laboratórios especializados de forma que uma qualificação do conjunto equipamento e método de processamento de sinais fossem aferidos. Os experimentos estão relatados no exemplo 1 a seguir:Based on the whole concept described above, a series of experiments were conducted in specialized laboratories so that a qualification of the equipment set and method of signal processing were assessed. The experiments are reported in example 1 below:
Em laboratório, os testes tiveram início com uma seleção prévia de um tubo de aço de 7 mm de espessura e 250 mm de diâmetro. O tubo foi pintado de forma a deixar uma pequena área exposta.In the laboratory, the tests started with a previous selection of a
Deste modo, a parte pintada ficaria protegida contra corrosão e a área exposta agiria como ânodo de uma pilha eletroquímica. Uma corrente elétrica controlada foi aplicada ao tubo. A temperatura foi monitorada continuamente. Assim, a perda de espessura teórica devido a essa corrosão controlada é conhecida.In this way, the painted part would be protected against corrosion and the exposed area would act as an anode for an electrochemical cell. A controlled electric current was applied to the tube. The temperature was monitored continuously. Thus, the theoretical loss of thickness due to this controlled corrosion is known.
Em um primeiro momento, a corrosão aplicada foi severa, da ordem de 0.03 mm/mês. Posteriormente, a taxa de corrosão foi continuamente diminuída, de forma a testar a capacidade de o “sistema” montado detectar taxas de corrosão moderadas para dutos rígidos submarinos.At first, the corrosion applied was severe, on the order of 0.03 mm / month. Subsequently, the corrosion rate was continuously decreased, in order to test the ability of the assembled "system" to detect moderate corrosion rates for subsea rigid pipelines.
Apenas a título de esclarecimento, o que será chamado de “sistema” daqui por diante, compreende a detecção dos sinais e o processamento dos dados até um resultado emitido.Just for the sake of clarity, what will be called “system” from now on, comprises the detection of signals and the processing of data until an emitted result.
A Figura 4 mostra uma representação esquemática da montagem feita em laboratório para os experimentos incluindo o tubo de aço (TA), os transdutores de ultrassom (6) distribuídos como canais identificados como de C01 a C08, um equipamento pulsador (MC), que neste caso atuou como módulo de emissão e captação, um medidor de temperatura (MT) e um microcomputador (PC) que, neste caso, atuou como o módulo de processamento e armazenagem, e como processador do método de processamento dos sinais captados.Figure 4 shows a schematic representation of the assembly made in the laboratory for the experiments including the steel tube (TA), the ultrasound transducers (6) distributed as channels identified as from C01 to C08, a pulsating equipment (MC), which in this case acted as emission and capture module, a temperature meter (MT) and a microcomputer (PC) that, in this case, acted as the processing and storage module, and as the processor of the method of processing the captured signals.
Os testes foram conduzidos com a comparação de resultados avaliados entre dois canais de inspeção: o canal denominado de C01 e o canal denominado de C02.The tests were conducted with the comparison of results evaluated between two inspection channels: the channel called C01 and the channel called C02.
A Figura 5 é a reprodução gráfica de resultados elaborada pelo microcomputador (PC) e obtidos através do canal C01 assim distribuídos: a primeira representação mostra a leitura da espessura, a segunda representação mostra a temperatura medida e a terceira representação mostra o tempo no qual o sinal emitido viaja até encontrar uma superfície e retorna na água.Figure 5 is the graphic reproduction of results elaborated by the microcomputer (PC) and obtained through the C01 channel distributed as follows: the first representation shows the thickness reading, the second representation shows the measured temperature and the third representation shows the time in which the emitted signal travels until it finds a surface and returns in the water.
Durante aproximadamente as primeiras 1100 horas de aplicação do experimento, foi implementada uma taxa de corrosão em torno de 1 μm/dia, o que equivale à aplicação de uma densidade de corrente de 10 mA/cm2 ao tubo de aço. O valor lido ao longo de 42 dias pelo equipamento e emitido após o processamento segundo o método de análise da invenção foi de 44 pm, que contrariou o valor teórico que seria de 42 pm.During approximately the first 1100 hours of application of the experiment, a corrosion rate of around 1 μm / day was implemented, which is equivalent to the application of a current density of 10 mA / cm2 to the steel tube. The value read over 42 days by the equipment and issued after processing according to the method of analysis of the invention was 44 pm, which contradicted the theoretical value that would be 42 pm.
O sistema teve uma interrupção de funcionamento durante 5 dias indicado fora do gráfico pelo intervalo assinalado por Dl e, as medidas permaneceram constantes já que nenhuma indução à corrosão foi aplicada.The system had an interruption of operation for 5 days indicated outside the graph for the interval indicated by Dl, and the measures remained constant since no corrosion induction was applied.
Por volta de 1200 horas de funcionamento, foi promovida uma mudança de taxa de corrosão para 0,5 pm/dia. O valor lido ao longo de 20 dias pelo equipamento e emitido após a análise do método processado foi de uma perda de espessura de 11,55 μm, que contrariou o valor teórico previsto que seria de 10 μm.At around 1200 operating hours, a change in the corrosion rate was promoted to 0.5 pm / day. The value read over 20 days by the equipment and emitted after the analysis of the processed method was a thickness loss of 11.55 μm, which contradicted the predicted theoretical value that would be 10 μm.
Na Figura 6 a reprodução gráfica de resultados elaborada pelo microcomputador (PC) foi obtida através do canal C02 assim distribuída: a primeira representação mostra a leitura da espessura, a segunda representação mostra a temperatura medida e a terceira representação mostra o tempo no qual o sinal emitido viaja até encontrar uma superfície e retorna na água.In Figure 6, the graphic reproduction of results elaborated by the microcomputer (PC) was obtained through the C02 channel thus distributed: the first representation shows the thickness reading, the second representation shows the measured temperature and the third representation shows the time in which the signal emitted travels until it finds a surface and returns in the water.
Durante aproximadamente as primeiras 1100 horas de aplicação do experimento, foi implementada uma taxa de corrosão em torno de 1 μm/dia, o que equivale à aplicação de uma densidade de corrente de 10 mA/cm2 ao tubo de aço. O valor lido ao longo de 42 dias pelo equipamento e emitido após a análise do método processado foi de 42,1 μm, que contrariou o valor teórico que seria de 42 μm.During approximately the first 1100 hours of application of the experiment, a corrosion rate of around 1 μm / day was implemented, which is equivalent to the application of a current density of 10 mA / cm2 to the steel tube. The value read over 42 days by the equipment and issued after the analysis of the processed method was 42.1 μm, which contradicted the theoretical value that would be 42 μm.
O sistema teve uma interrupção de funcionamento durante 5 dias indicado fora do gráfico pelo intervalo assinalado por Dl e, as medidas permaneceram constantes já que nenhuma indução à corrosão foi aplicada.The system had an interruption of operation for 5 days indicated outside the graph for the interval indicated by Dl, and the measures remained constant since no corrosion induction was applied.
Por volta de 1200 horas de funcionamento, foi promovida uma mudança de taxa de corrosão para 0,5 μm/dia. O valor lido ao longo de 20 dias pelo equipamento e emitido após a análise do método processado foi de uma perda de espessura de 11,53 μm, que contrariou o valor teórico previsto que seria de 10 μm.Around 1200 operating hours, a change in the corrosion rate was promoted to 0.5 μm / day. The value read over 20 days by the equipment and emitted after the analysis of the processed method was a loss of thickness of 11.53 μm, which contradicted the predicted theoretical value that would be 10 μm.
Outro experimento foi realizado a fim de avaliar a capacidade de operação e, consequentemente, a possibilidade de instalação e funcionamento confiável do equipamento em tubulações revestidas com camadas de polietileno e polipropileno.Another experiment was carried out in order to evaluate the capacity of operation and, consequently, the possibility of installation and reliable operation of the equipment in pipes lined with layers of polyethylene and polypropylene.
Em uma primeira modalidade foi escolhida uma amostra de tubo de diâmetro nominal 508 mm (20”) x 20.6 mm (0.812”) de espessura revestida com uma tripla camada de polipropileno. O equipamento foi acoplado e o teste de detecção foi aplicado.In a first modality, a sample of a nominal diameter tube 508 mm (20 ”) x 20.6 mm (0.812”) in thickness coated with a triple layer of polypropylene was chosen. The equipment was coupled and the detection test was applied.
A Figura 7 mostra em uma representação gráfica, os ecos referentes à interface aço/polipropileno e os ecos seguintes referentes à espessura do polipropileno. Como os ecos referentes ao polipropileno atenuam mais rapidamente que os ecos referentes ao aço, em termos de confiabilidade, as medidas foram realizadas nesses casos utilizando o terceiro e o quarto eco, por exemplo, onde a "interferência" do eco do polipropileno já não é relevante, pois ele já foi quase totalmente atenuado.Figure 7 shows, in a graphic representation, the echoes referring to the steel / polypropylene interface and the following echoes referring to the polypropylene thickness. As the echoes referring to polypropylene attenuate faster than the echoes referring to steel, in terms of reliability, the measurements were performed in these cases using the third and fourth echoes, for example, where the "interference" of the polypropylene echo is no longer relevant as it has already been almost completely mitigated.
Em uma segunda modalidade foi escolhida uma amostra de tubo de diâmetro nominal 508 mm (20”) x 17.5 mm (0.688”) de espessura revestida com uma tripla camada de polietileno.In a second modality, a sample of nominal diameter 508 mm (20 ") x 17.5 mm (0.688") thick tube coated with a triple layer of polyethylene was chosen.
Um resultado semelhante foi encontrado para o tubo revestido com polietileno, sendo que neste caso a atenuação do revestimento foi ainda mais rápida que no caso do polipropileno. A Figura 8 ilustra graficamente os ecos referentes à interface aço/polietileno e os ecos seguintes referentes à espessura do polietileno.A similar result was found for the tube coated with polyethylene, in which case the attenuation of the coating was even faster than in the case of polypropylene. Figure 8 graphically illustrates the echoes referring to the steel / polyethylene interface and the following echoes referring to the thickness of the polyethylene.
Diante dos experimentos acima, o equipamento se mostrou apto a medir a espessura de aço diretamente sobre tubulações revestidas, sem necessidade, portanto, de remoção destes revestimentos em campo.In view of the above experiments, the equipment proved to be able to measure the thickness of steel directly on coated pipes, without the need, therefore, to remove these coatings in the field.
O equipamento da presente invenção em conjunto com o método de processamento dos sinais captados mostrou-se apto a detectar perdas de espessura de parede de tubulações com grande precisão e suficientemente estável para conseguir uma resolução da ordem de poucos micrometres. Comprovou-se também que ele é capaz de medir sobre camadas de revestimento de polietileno e de polipropileno sem dificuldades.The equipment of the present invention together with the method of processing the captured signals proved to be capable of detecting losses of pipe wall thickness with great precision and sufficiently stable to achieve a resolution of the order of a few micrometers. It has also been proven that it is able to measure over layers of polyethylene and polypropylene coating without difficulty.
Os sistemas intrusivos tradicionalmente utilizados, como os cupons de perda de massa, além de oferecerem riscos de SMS e exigirem operadores qualificados para operação, possuem um tempo de resposta longo, já que as medições são feitas em média a cada 6 meses e não retratam a influência de mudanças de parâmetros operacionais como pressão, vazão, injeção de inibidores de corrosão, etc. em curto prazo. O emprego do equipamento da invenção, funcionando por meios ultrassónicos, por ser não intrusivo, exige requisitos mínimos de SMS, não exige operadores qualificados para sua instalação e fornece a informação da taxa de corrosão em tempo real, possibilitando a constatação da influência de cada parâmetro operacional nesta taxa de corrosão. A sua instalação e operação são adequados tanto para dutos terrestres, quanto submarinos, tanto em trechos "flowline"quanto riser. Igualmente, o seu uso pode ser adaptado para outras aplicações, como a detecção de alagamento do anular em dutos flexíveis, através da mudança do sinal de ultrassom adquirido em função desse alagamento.Traditionally used intrusive systems, such as mass loss coupons, in addition to offering SMS risks and requiring qualified operators for operation, have a long response time, since measurements are made on average every 6 months and do not portray the influence of changes in operational parameters such as pressure, flow, injection of corrosion inhibitors, etc. in the short term. The use of the equipment of the invention, operating by ultrasonic means, as it is non-intrusive, requires minimum SMS requirements, does not require qualified operators for its installation and provides the corrosion rate information in real time, enabling the verification of the influence of each parameter. operational at this corrosion rate. Its installation and operation are suitable for both onshore and submarine pipelines, both in "flowline" and riser sections. Likewise, its use can be adapted for other applications, such as detecting annular flooding in flexible ducts, by changing the acquired ultrasound signal as a result of this flooding.
Embora a presente invenção tenha sido descrita em sua forma de realização preferida, os conceitos principais que norteiam a presente invenção que são: um equipamento destinado a estimar e quantificar a taxa de corrosão na parede interna de uma tubulação causada pela passagem de fluidos agressivos e um método de processamento dos sinais captados pelo equipamento, se mantêm preservados quanto ao 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.Although the present invention has been described in its preferred embodiment, the main concepts that guide the present invention are: equipment designed to estimate and quantify the rate of corrosion on the internal wall of a pipe caused by the passage of aggressive fluids and a method of processing the signals captured by the equipment, remain preserved as to the innovative character, where those usually versed in the technique will be able to glimpse and practice variations, modifications, alterations, adaptations and equivalents applicable and compatible to the work environment in question, without, however, depart from the scope of the spirit and scope of the present invention, which are represented by the claims that follow.
Claims (6)
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| B22L | Other matters related to patents and certificates of addition of invention: notification of licence offer (art 64 par 1 of lpi) |
Free format text: CONDICOES CONTRATUAIS: 1) ROYALTIES: 15% SOBRE O PRECO DE VENDA, EXCLUINDO OS IMPOSTOS INCIDENTES NA EMISSAO DA NOTA FISCAL (IPI, ISS E ICMS), TAXA DE ACESSO E TAXA MINIMA ANUAL; 2) PRAZO: 5 ANOS, PODENDO SER PRORROGAVEL POR IGUAL PERIODO, ATE O FIM DA VIGENCIA DO ATIVO INTELECTUAL; 3) CONDICOES DE PAGAMENTO: TRIMESTRAL, A PARTIR DOS DADOS OBTIDOS NAS NOTAS FISCAIS SOLICITADAS; 4) DISPONIBILIDADE DE KNOW-HOW: NAO; 5) ASSISTENCIA TECNICA: NAO.- OBS: CONSULTA A CARTA PATENTE PODERA SER FEITA ATRAVES DO ENDERECO ELETRONICO WWW.INPI.GOV.BR = NO ACESSO RAPIDO = BUSCA WEB = PATENTE. PARA ACESSAR, CADASTRE-SE NO PORTAL DO INPI E USE LOGIN E SENHA. |
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