BR102020005348A2

BR102020005348A2 - EQUIPMENT FOR INTERNAL INSPECTION OF SMALL DIAMETER PIPES

Info

Publication number: BR102020005348A2
Application number: BR102020005348-5A
Authority: BR
Inventors: Gelson Luiz Carneiro; Daniel Vriesman; Felipe Taborda Ribas Tovar; Tiago Francesconi; Rodrigo Paludo; Nilton Claudio Da Silva Santos
Original assignee: Instituto De Tecnologia Para O Desenvolvimento
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-09-28

Abstract

equipamento para inspeção interna de tubos de pequeno diâmetro. a presente patente de invenção pertence ao campo técnico da investigação ou análise do interior de tubulações, mais especificamente apresenta um equipamento com tecnologia capaz de possibilitar a inspeção de pequenas tubulações em locais de acesso restrito, além do diagnóstico automático de danos destas tubulações associando a inspeção por câmeras e sonda eletromagnética. a presente invenção apresenta um dispositivo para inspeção interna de tubos de pequeno diâmetro compreendendo um conjunto composto por sistema de lançamento (15) com suporte frontal (7) de locomoção horizontal em uma tubulação (23), módulo de inspeção (10) para movimentação em tubos verticais (24), um sistema de tracionamento (16) e encaminhamento do conduíte flexível (22), e um manípulo de inspeção (20) com conexão às imagens obtidas pelas câmeras de visualização para diagnóstico automático de tubulações e monitoramento das variáveis lidas pelo módulo de inspeção (10).equipment for internal inspection of small diameter pipes. The present invention patent belongs to the technical field of investigation or analysis of the interior of pipes, more specifically it presents equipment with technology capable of enabling the inspection of small pipes in places with restricted access, in addition to the automatic diagnosis of damage to these pipes by associating the inspection by cameras and electromagnetic probe. The present invention presents a device for internal inspection of small diameter pipes comprising a set comprising a launch system (15) with front support (7) for horizontal movement in a pipe (23), inspection module (10) for movement in vertical tubes (24), a traction system (16) and routing of the flexible conduit (22), and an inspection handle (20) with connection to the images obtained by the viewing cameras for automatic diagnosis of pipes and monitoring of the variables read by the inspection module (10).

Description

EQUIPMENT FOR INTERNAL INSPECTION OF SMALL DIAMETER PIPES

[001] A presente patente de invenção pertence ao campo técnico de investigação ou análise do interior de tubulações, mais especificamente se refere a um equipamento para inspeção interna de tubos de pequeno diâmetro por meio de conjunto composto por um sistema de tracionamento, sistema de lançamento e módulo de inspeção, associando a inspeção por câmeras e sonda eletromagnética.[001] The present invention patent belongs to the technical field of investigation or analysis of the interior of pipes, more specifically it refers to equipment for internal inspection of small diameter pipes through a set consisting of a traction system, launching system and inspection module, associating inspection by cameras and electromagnetic probe.

TECHNICAL STATUS

[002] As usinas termoelétricas de ciclo combinado têm como um dos seus principais elementos um gerador de vapor ou caldeira capaz de recuperar parte do calor dos gases de exaustão das turbinas a gás. Usando uma caldeira, a eficiência térmica eleva-se substancialmente, pois o vapor assim produzido aciona uma turbina, sem necessidade de queima de combustível adicional. A operação de uma caldeira também acontece em usinas apenas à vapor. Para esse tipo de componente, é necessária a realização de inspeções regulares em todo o conjunto e, em especial, nas tubulações, visando a segurança, aumento da vida útil ou, até mesmo, evitandose paradas indesejadas.[002] Combined cycle thermoelectric plants have as one of their main elements a steam generator or boiler capable of recovering part of the heat from the exhaust gases of the gas turbines. Using a boiler, thermal efficiency is increased substantially, as the steam thus produced drives a turbine, without the need to burn additional fuel. The operation of a boiler also takes place in steam-only plants. For this type of component, it is necessary to carry out regular inspections throughout the set and, in particular, in the piping, aiming at safety, increasing the useful life or even avoiding unwanted stops.

[003] Por exemplo, no Brasil é necessário atender a Norma Regulamentadora do Ministério do Trabalho (Nr-13) no que se refere à inspeção de segurança de tubulações, compreendendo inspeções de segurança inicial e periódica sobre as tubulações.[003] For example, in Brazil it is necessary to comply with the Regulatory Standard of the Ministry of Labor (Nr-13) with regard to the safety inspection of pipelines, comprising initial and periodic safety inspections on the pipelines.

[004] Atualmente, é possível identificar tecnologias que realizam os serviços de visualização e gravação, medição de espessura e transmissão de dados, sendo que para cada serviço é necessário um equipamento distinto.[004] Currently, it is possible to identify technologies that perform the services of visualization and recording, thickness measurement and data transmission, and for each service a different equipment is required.

[005] O documento de patente BR112017018094-4A2 apresenta um aparelho para inspeção de uma tubulação, em que dito aparelho inclui um corpo cilíndrico adaptado para ser transportado dentro da dita tubulação, um conjunto de transdutores acústicos instalados na superfície do corpo cilíndrico, um controlador adaptado para iniciar uma transmissão de um sinal acústico de um primeiro transdutor e uma recepção do dito sinal acústico a partir de outros transdutores no dito conjunto cercando o primeiro transdutor, o controlador sendo adicionalmente adaptado para determinar a direção de uma falha na parede da dita tubulação a partir dos sinais acústicos recebidos.[005] Patent document BR112017018094-4A2 presents an apparatus for inspection of a pipe, wherein said apparatus includes a cylindrical body adapted to be transported within said pipe, a set of acoustic transducers installed on the surface of the cylindrical body, a controller adapted to initiate a transmission of an acoustic signal from a first transducer and a reception of said acoustic signal from other transducers in said assembly surrounding the first transducer, the controller being further adapted to determine the direction of a fault in the wall of said pipe. from the received acoustic signals.

[006] O documento de patente MU9001058-2 apresenta uma ferramenta de inspeção de tubulação que produz um campo magnético oblíquo ao eixo longitudinal central do corpo de ferramenta, cobrindo 360º da superfície de parede interna do tubo. A ferramenta detecta anomalias orientadas axialmente, orientadas circunferencialmente e volumétricas e permite inspeção em uma única passagem.[006] The patent document MU9001058-2 presents a pipe inspection tool that produces a magnetic field oblique to the central longitudinal axis of the tool body, covering 360º of the inner wall surface of the pipe. The tool detects axially oriented, circumferentially oriented and volumetric anomalies and allows inspection in a single pass.

TECHNICAL PROBLEM

[007] Atualmente as inspeções em tubulações de caldeiras usualmente são realizadas de maneira visual ou mesmo por equipamentos de inspeção externa, e enfrentam um agravante que é a disposição das tubulações. Os tubos são arranjados em fileiras com distâncias pequenas entre si, impossibilitando a inspeção interna e externa destes tubos, por conta da dificuldade de acesso.[007] Currently, inspections in boiler pipes are usually carried out visually or even by external inspection equipment, and face an aggravating factor which is the arrangement of the pipes. The tubes are arranged in rows with small distances from each other, making internal and external inspection of these tubes impossible, due to the difficulty of access.

[008] No que se refere à inspeção interna de tubulações por equipamentos, os documentos de patente aqui citados no estado da técnica utilizam tecnologias de transdução acústica ou eletromagnéticas, contudo não revelam um equipamento especifico para inspeção de tubos de pequeno diâmetro, e que envolvam um conjunto composto por um sistema de tracionamento, sistema de lançamento e módulo de inspeção, associando a inspeção por câmeras e sonda eletromagnética com o processamento das informações por inteligência artificial.[008] With regard to the internal inspection of pipes by equipment, the patent documents cited herein in the state of the art use acoustic or electromagnetic transduction technologies, however they do not reveal specific equipment for inspection of small diameter pipes, and involving a set consisting of a traction system, launch system and inspection module, associating inspection by cameras and electromagnetic probe with the processing of information by artificial intelligence.

TECHNICAL SOLUTION

[009] Devido aos problemas encontrados no estado da técnica, a presente invenção apresenta o desenvolvimento de um equipamento híbrido, aplicado à inspeção e diagnóstico automático de tubos de aço carbono, por exemplo com diâmetro nominal de 1 ½”, capaz de realizar a análise visual da parede interna dos tubos, além da medição de trincas e espessura de parede.[009] Due to the problems encountered in the prior art, the present invention presents the development of a hybrid equipment, applied to the inspection and automatic diagnosis of carbon steel tubes, for example with a nominal diameter of 1 ½", capable of performing the analysis visual of the inner wall of the tubes, in addition to the measurement of cracks and wall thickness.

[0010] Tem-se então, por meio da presente invenção, um equipamento com tecnologia capaz de possibilitar a inspeção de pequenas tubulações em locais de acesso restrito, além do diagnóstico automático de danos destas tubulações.[0010] There is then, through the present invention, an equipment with technology capable of enabling the inspection of small pipes in places with restricted access, in addition to the automatic diagnosis of damage to these pipes.

[0011] Ademais, com a disponibilização da tecnologia da presente invenção é possível a realização de inspeções industriais específicas, por exemplo, abre-se a possibilidade de que as inspeções em tubulações de caldeiras sejam mais frequentes e consistentes. Desta forma, contribui com a redução de custos nas atividades de manutenção corretiva nos empreendimentos relacionados à geração termoelétrica.[0011] Furthermore, with the availability of the technology of the present invention, it is possible to carry out specific industrial inspections, for example, it opens up the possibility that inspections in boiler pipes are more frequent and consistent. In this way, it contributes to cost reduction in corrective maintenance activities in projects related to thermoelectric generation.

BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0012] A descrição que se segue não se limita aos desenhos ou componentes citados, tendo como referência as seguintes ilustrações referenciadas abaixo.[0012] The following description is not limited to the drawings or components cited, with reference to the following illustrations referenced below.

[0013] A Figura 1 apresenta uma primeira seção do conjunto de centralização do sistema de lançamento de acordo com a presente invenção.[0013] Figure 1 shows a first section of the launch system centralization set according to the present invention.

[0014] A Figura 2 apresenta uma segunda seção do conjunto de centralização do sistema de lançamento de acordo com a presente invenção.[0014] Figure 2 shows a second section of the launch system centralization assembly according to the present invention.

[0015] A Figura 3 apresenta uma terceira seção do conjunto de centralização do sistema de lançamento de acordo com a presente invenção.[0015] Figure 3 shows a third section of the launch system centralization assembly according to the present invention.

[0016] A Figura 4 apresenta um suporte frontal do sistema de lançamento de acordo com a presente invenção.[0016] Figure 4 shows a front support of the launching system according to the present invention.

[0017] A Figura 5 apresenta um módulo de inspeção lançamento de acordo com a presente invenção.[0017] Figure 5 shows a launch inspection module according to the present invention.

[0018] A Figura 6 apresenta um equipamento para inspeção de tubos de pequeno diâmetro montado de acordo com a presente invenção.[0018] Figure 6 shows an equipment for inspection of small diameter pipes assembled according to the present invention.

[0019] A Figura 7 apresenta em detalhes o modulo de inspeção e suporte frontal acoplados a primeira seção do sistema de lançamento.[0019] Figure 7 shows in detail the inspection module and front support coupled to the first section of the launch system.

[0020] A Figura 8 apresenta um sistema de tracionamento de acordo com a presente invenção.[0020] Figure 8 shows a traction system according to the present invention.

[0021] A Figura 9 apresenta um manípulo de inspeção de acordo com a presente invenção.[0021] Figure 9 shows an inspection handle according to the present invention.

[0022] A Figura 10 apresenta o equipamento para inspeção interna de tubos de pequeno diâmetro em início de operação de inspeção.[0022] Figure 10 shows the equipment for internal inspection of small diameter tubes in the beginning of inspection operation.

[0023] A Figura 11 apresenta o equipamento para inspeção interna de tubos de pequeno diâmetro em operação de inspeção.[0023] Figure 11 shows the equipment for internal inspection of small diameter tubes in inspection operation.

DETAILED DESCRIPTION

[0024] O equipamento para inspeção interna de tubos de pequeno diâmetro e compreendido por três componentes principais: sistema de tracionamento, sistema de lançamento, e módulo de inspeção.[0024] Equipment for internal inspection of small diameter pipes and comprised of three main components: traction system, launch system, and inspection module.

[0025] Os componentes do sistema, podem ser melhor entendidos por meio das figuras apresentadas pela presente invenção, por exemplo, por meio da Figura 1, é apresentada a primeira seção (1) do conjunto de centralização do sistema de lançamento, compreendendo na parte frontal uma tubulação condutora e guia de conduíte flexível (2), por onde passam os cabos da câmera e do sistema de inspeção eletromagnética; e um sistema de molas (3 a) para centralização e adaptação à variações das dimensões internas de um tubo coletor.[0025] The system components can be better understood through the figures presented by the present invention, for example, through Figure 1, the first section (1) of the launch system centralization set is presented, comprising in part front a conductive tubing and flexible conduit guide (2), through which the cables of the camera and the electromagnetic inspection system pass; and a spring system (3 a) for centering and adapting to variations in the internal dimensions of a collector tube.

[0026] Uma segunda seção (4) do conjunto de centralização do sistema de lançamento, acoplável à dita primeira seção (1), compreende um conjunto formado por uma tubulação extensora (5a) para maior alcance do dispositivo da presente invenção, conforme apresentado por meio da Figura 2.[0026] A second section (4) of the launch system centralization assembly, attachable to said first section (1), comprises a set formed by an extension pipe (5a) for greater reach of the device of the present invention, as shown by middle of Figure 2.

[0027] Uma terceira seção (6) do conjunto de centralização do sistema de lançamento, acoplável à dita segunda seção (4), é apresentada na Figura 3, compreendendo um sistema de molas (3b) para centralização e adaptação às variações das dimensões internas do tubo coletor; conjunto formado por tubulação extensora (5b) para maior alcance do dispositivo da presente invenção.[0027] A third section (6) of the launch system centralization assembly, attachable to said second section (4), is shown in Figure 3, comprising a spring system (3b) for centralization and adaptation to variations in internal dimensions of the collector tube; set formed by extension tubing (5b) for greater reach of the device of the present invention.

[0028] Conforme visto na Figura 4, é apresentado o suporte frontal (7) do sistema de lançamento, compreendendo um sistema de roldanas (8a e 8b) para auxílio na curvatura e lançamento de um conduíte flexível do módulo de inspeção (10), e um suporte lateral (9) para alojamento da câmera de visualização de posicionamento horizontal do sistema de lançamento.[0028] As seen in Figure 4, the front support (7) of the launching system is shown, comprising a pulley system (8a and 8b) to aid in bending and launching a flexible conduit of the inspection module (10), and a side support (9) for housing the launch system's horizontal positioning visualization camera.

[0029] De acordo com a Figura 5, é possível visualizar o módulo de inspeção (10) da presente invenção, compreendendo centralizadores laterais (11) para adequada movimentação em tubos verticais, que devem ser inspecionados, alojamento central (12) da câmera de inspeção visual; duas ranhuras radiais (13) onde são montados os enrolamentos da bobina de inspeção eletromagnética, e sistema de fixação (14) de conduíte flexível, que conduz os cabos e dá sustentação ao conjunto para seu lançamento vertical.[0029] According to Figure 5, it is possible to view the inspection module (10) of the present invention, comprising lateral centralizers (11) for proper movement in vertical tubes, which must be inspected, central housing (12) of the camera visual inspection; two radial grooves (13) where the electromagnetic inspection coil windings are mounted, and a flexible conduit fastening system (14), which conducts the cables and supports the assembly for its vertical release.

[0030] O conjunto montado do equipamento para inspeção interna de tubos de pequeno diâmetro de acordo com a presente invenção, é apresentado pela Figura 6, compreendendo o módulo de inspeção (10), suporte frontal (7) do sistema de lançamento (15), primeira seção (1), segunda seção (4), e terceira seção (6) do conjunto de centralização do dito sistema de lançamento (15). Ainda, a Figura 7 apresenta em detalhes o modulo de inspeção (10) e suporte frontal (7) acoplados a primeira seção (1) do sistema de lançamento (15).[0030] The assembled set of equipment for internal inspection of small diameter pipes according to the present invention, is shown in Figure 6, comprising the inspection module (10), front support (7) of the launching system (15) , first section (1), second section (4), and third section (6) of the centralization assembly of said launching system (15). Still, Figure 7 shows in detail the inspection module (10) and front support (7) coupled to the first section (1) of the launching system (15).

[0031] O sistema de tracionamento (16) é apresentado na Figura 8, compreendendo um conjunto motorizado (17) acoplado à um sistema de guia e engrenagem de contato (18), que é mantido pressionado através de uma mola (19).[0031] The traction system (16) is shown in Figure 8, comprising a motorized assembly (17) coupled to a guide system and contact gear (18), which is kept pressed through a spring (19).

[0032] Por fim, um manípulo de inspeção (20) é apresentado pela Figura 9, compreendendo um sistema embarcado que possui conexão às duas câmeras de visualização, um display (21) para visualização das imagens obtidas pelas câmeras, além de programa computacional embarcado para diagnóstico automático de tubulações, visando realizar o monitoramento em tempo real das variáveis lidas pelo módulo de inspeção (10), gravação de dados e processamento destas informações através de um sistema de inteligência artificial.[0032] Finally, an inspection handle (20) is shown in Figure 9, comprising an embedded system that has a connection to the two viewing cameras, a display (21) for viewing the images obtained by the cameras, in addition to an embedded computer program for automatic diagnosis of pipelines, aiming at real-time monitoring of the variables read by the inspection module (10), recording data and processing this information through an artificial intelligence system.

[0033] Conforme visto na Figura 10, o dispositivo para inspeção interna de tubos de pequeno diâmetro em início de operação de inspeção, em que o sistema de tracionamento (16) por meio do sistema de guia e engrenagem de contato (18) encaminha um conduíte flexível (22) através do sistema de lançamento (15) e do guia de conduíte flexível (2).[0033] As seen in Figure 10, the device for internal inspection of small diameter tubes at the start of inspection operation, in which the traction system (16) through the guide system and contact gear (18) forwards a flexible conduit (22) through the launch system (15) and the flexible conduit guide (2).

[0034] Assim, o sistema de lançamento (15), que carrega o módulo de inspeção (10), tem capacidade para ser introduzido e de se locomover horizontalmente em um tubo horizontal (23), por exemplo, de até 3”.[0034] Thus, the launching system (15), which carries the inspection module (10), has the ability to be introduced and to move horizontally in a horizontal tube (23), for example, up to 3".

[0035] Quando observa automaticamente uma tubo vertical (24), por exemplo, de 1 ½”, por meio de uma de uma câmera frontal de deslocamento horizontal, posicionada no suporte lateral (9) e de um sistema de análise de imagem, o sistema de lançamento (15) é travado pelo próprio mecanismo e, então, o sistema de fracionamento (16), que é instalado externamente às tubulações, lança o módulo de inspeção (10) à uma velocidade constante na tubo vertical (24) a ser inspecionado, conforme pode ser visto na Figura 11.[0035] When you automatically observe a vertical tube (24), for example, 1 ½" by means of a horizontal displacement front camera, positioned on the side support (9) and an image analysis system, the launch system (15) is locked by the mechanism itself and then the fractionation system (16), which is installed externally to the pipes, launches the inspection module (10) at a constant speed in the vertical tube (24) to be inspected, as seen in Figure 11.

[0036] Durante a movimentação do módulo de inspeção (10), que é composto por uma segunda câmera e uma sonda compreendendo um conjunto de duas bobinas, uma de excitação e outra de recepção, para inspeção eletromagnética, um sistema de controle externo realiza o monitoramento em tempo real das variáveis lidas por estes sensores, gravação de dados e processamento destas informações através de um sistema de inteligência artificial.[0036] During the movement of the inspection module (10), which is composed of a second camera and a probe comprising a set of two coils, one for excitation and one for reception, for electromagnetic inspection, an external control system performs the real-time monitoring of the variables read by these sensors, recording data and processing this information through an artificial intelligence system.

[0037] Assim, um algoritmo especialista, através de técnicas de análise de textura, realiza a classificação de segmentos de imagem que apresentam níveis diferenciados de corrosão acelerada por fluxo, mais conhecidos como defeitos do tipo FAC (Flow Accelerated Corrosion). Tais defeitos são comuns em linhas de tubulações de evaporadores, devido à velocidade do fluido, perfil de escoamento e possíveis sólidos em suspensão (material particulado) dispersos no fluido. Tal algoritmo, possui alta taxa de aferição acima de 90% de acerto, para a classificação deste tipo de defeito. Com o aumento do banco de dados de imagens, é possível elevar esta taxa de acerto, além de permitir a classificação de outros tipos de defeitos.[0037] Thus, an expert algorithm, through texture analysis techniques, performs the classification of image segments that have different levels of accelerated corrosion by flow, better known as defects of the type FAC (Flow Accelerated Corrosion). Such defects are common in evaporator piping lines due to fluid velocity, flow profile and possible suspended solids (particulate matter) dispersed in the fluid. This algorithm has a high rate of measurement above 90% accuracy for classifying this type of defect. With the increase in the image database, it is possible to increase this hit rate, in addition to allowing the classification of other types of defects.

[0038] Juntamente à inspeção visual automática, uma sonda eletromagnética identifica eventuais trincas superficiais e sub superficiais, e até também afere eventual redução de espessura da tubulação.[0038] Along with the automatic visual inspection, an electromagnetic probe identifies any surface and sub-surface cracks, and even measures any reduction in the thickness of the pipe.

[0039] A indicação da posição do defeito ao longo da tubulação é realizada através do sistema de tracionamento que, além de provocar a movimentação do módulo de inspeção, possui sensor capaz de fornecer em que altura o defeito foi identificado.[0039] The indication of the position of the defect along the piping is carried out through the traction system which, in addition to causing the inspection module to move, has a sensor capable of providing at what height the defect was identified.

Claims

"EQUIPMENT FOR INTERNAL INSPECTION OF SMALL DIAMETER PIPES", characterized by comprising
a first section (1) of a set for centralizing a launching system (15) and horizontal locomotion in a pipe (23), comprising a front part having a conductive pipe and flexible conduit guide (2), through which the camera cables and electromagnetic inspection system, a spring system (3a) for centering and adapting to variations in the internal dimensions of a horizontal tube (23);
a second section (4) of the set for centralizing the launching system (15) and horizontal locomotion in the horizontal tube (23), comprising a set formed by an extension pipe (5a), coupling to said first section (1);
a third section (6) of the set for centralizing the launching system (15) and horizontal locomotion in a horizontal tube (23), attachable to said second section (4), comprising a spring system (3b) for centralization and adaptation to variations in the internal dimensions of a horizontal tube (23), and extension tubing (5b);
a front support (7) coupled to the first section (1) of the launching system (15) and locomotion in a horizontal tube (23), comprising a pulley system (8a and 8b) to aid in bending and launching a flexible conduit (22) of an inspection module (10), and a side support (9) for housing a horizontal positioning viewing camera of said launch system (15) for launching said inspection module (10) into a tube vertical (24) to be inspected;
said inspection module (10) coupled to said front support (7), comprising lateral centralizers (11) for moving in vertical tubes (24), central housing (12) of the visual inspection camera, two radial slots (13) where they are positioned the windings of the electromagnetic inspection coil, and fastening system (14) of flexible conduit (22), which conducts the cables and supports the set for its vertical release;
traction system (16) and flexible conduit routing (22) through the launching system (15) and the flexible conduit guide (2), comprising a motorized assembly (17) coupled to a guide system and contact gear ( 18), which is kept pressed by a spring (19); and
an inspection handle (20) comprising an embedded system with connection to the two viewing cameras, a display (21) for viewing the images obtained by the cameras, in addition to an embedded computer program for automatic diagnosis of pipelines, real-time monitoring of the variables read by the inspection module (10), recording data and processing this information through an artificial intelligence system.