BR112015008312B1

BR112015008312B1 - método e sistema para limpeza de cavitação ultrassônica em sistemas de análise de líquido

Info

Publication number: BR112015008312B1
Application number: BR112015008312-9A
Authority: BR
Inventors: Arne Henriksen
Original assignee: Equinor Energy As
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2020-10-27
Also published as: GB201506984D0; AU2012392263A1; GB2521327A; BR112015008312A2; GB2521327B; AU2012392263B2; WO2014060023A1; CA2887947A1; NO344008B1; US9880091B2; US20150285733A1; NO20150580A1; CA2887947C

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA LIMPEZA DE CAVITAÇÃO ULTRASSÓNICA EM SISTEMAS DE ANÁLISE DE LÍQUIDO. A presente invenção refere-se a um método e a um sistema para a limpeza de cavitaçâo ultrassónica automática em um sistema de análise de líquido e a medição de um líquido do processo contido no interior de um recipiente ou que flui em uma linha de processo por meio de um sistema óptico de fluxo lateral ou em linha. O método e o sistema podem ser utilizados em condições submarinas de alta pressão por meio de um sistema acionado por pistão automático para isolar a câmara de análise e alcançar as condições de baixa pressão dentro da câmara de análise durante o modo de limpeza de cavitaçâo.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se, em geral, ao campo de métodos e sistemas de análise de líquido e, particularmente, à manutenção automática de tais sistemas. Mais especificamente, a invenção refere-se às técnicas de limpeza de cavitação de ultrassom automática utilizadas em sistemas de análise de líquido óptico automáticos para a utilização em locais remotos, tais como para o controle de processo submarino.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[002] A tecnologia de limpeza de ultrassónica é um método bem conhecido para a limpeza de superfícies diferentes, isto é, superfícies vidro e metal. Alguns vendedores/fornecedores de sistemas de anali-sador de óleo em água (OiW) online usaram essa tecnologia ou método para a limpeza de janelas de safira ópticos em contato direto com a água produzida. Os analisadores são normalmente instalados depois de um tanque de desgaseificação e de uma unidade flutuação compacta (CFU) para monitorar as descargas de óleo para o mar. Os fornecedores de monitoramento de OiW estão continuamente desenvolvendo tecnologias de limpeza que podem operar e trabalhar de forma eficiente em pressões de água mais elevadas. Isso é especialmente importante para aplicações de processo e para o monitoramento submarino.

[003] Na publicação WO-2009/134145-A1, uma sonda óptica em linha é mostrada que pode ser utilizada para medir os componentes de um fluido contido em um tubo ou recipiente. Um transdutor acústico é acusticamente acoplado à sonda por meio do qual as vibrações acústicas removem a incrustação da janela óptica. O transdutor emite um sinal acústico na faixa de 20 a 30 kHz.

[004] A publicação WO-2011/128406-A1 apresenta um aparelho de formação de imagem para a detecção de gotas de óleo e outros organismos em um líquido que flui. Um transdutor ultrassónico pode ser utilizado para a limpeza da janela óptica. O sistema de formação de imagem pode ser utilizado tanto no modo em linha quanto no modo de fluxo lateral, mas o modo de fluxo lateral apenas é mencionado de passagem sem detalhes técnicos de construção que definem a forma como o sistema poderia ser implementado.

[005] As faixas de pressão de funcionamento para o uso desses sistemas não são indicadas em nenhum desses documentos.

[006] Novas exigências industriais especificaram o objetivo de que os métodos de análise submarina precisam ser capazes de ser implantados a pressões superiores a 50 bar (5,0x106 Pa).

[007] Em geral, há dois sistemas de monitoramento de OIW diferentes em funcionamento, os sistemas de OiW de fluxo lateral que têm amostra a partir de uma linha de passagem a partir da linha de processo e os sistemas de OiW em linha, em que a sonda de medição é colocada diretamente na linha de processo. Esses e outros sistemas semelhantes têm sido testados pelo inventor da presente invenção em plataformas de teste de água.

[008] Para os sistemas de monitoramento de OiW de sonda em linha, a limpeza deve ser feita na pressão de água de processo em linha. Para os sistemas de monitoramento de OiW de fluxo lateral, é possível reduzir a pressão por meio de duas válvulas de controle automático, de modo o monitoramento de óleo é feito na pressão de processo a limpeza a baixa pressão, mas a água derramada liberada a partir da redução de pressão foi coletada em um recipiente de pressão em operação controlada. A conclusão a partir desses testes foi que os sistemas de limpeza ultrassónica em vigor apenas podem operar de forma eficaz em aplicações de pressão de água mais baixas (pressão abaixo de 20 a 25 bar, 2,0x106 Pa - 2,5x106 Pa) e, de preferência, a 10 bar (1,0x10 6 Pa) ou abaixo.

[009] Por definição, a limpeza de cavitaçâo é mais eficaz a uma pressão inferior. As ondas sonoras emitidas a partir de um transdutor ultrassónico são compostas por um modo de expansão e um modo de compressão. Durante o modo de expansão, as moléculas de água são separadas e, em seguida, são pressionadas juntas durante o modo de compressão. Se o modo de expansão tiver energia suficiente para ultrapassar a energia de ligação entre as moléculas de água, uma cavidade ou bolha é, em seguida, produzida. O modo de compressão atua em seguida, para implodir a cavidade que produz uma ação de limpeza suave para remover os contaminantes das superfícies. A maioria das aplicações de limpeza opera dentro de uma faixa de 20 kHz a 250 kHz, na qual um sinal de 25 kHz irá produzir 25.000 ciclos de expan- são/compressão por segundo. Por exemplo, uma maior frequência irá produzir uma cavidade de tamanho menor e uma cavitaçâo distribuída de maneira mais uniforme. Outros fatores que influenciam a eficiência da cavitaçâo incluem a densidade do fluido, viscosidade, pressão e temperatura do fluido estático. Em geral, se a densidade do fluido, viscosidade do fluido e a pressão estática forem elevadas, mais energia é necessária para induzir cavitaçâo. Pode ser benéfico ressaltar o. aumento da temperatura. Dependendo da aplicação, o aumento da temperatura do líquido ou de um fluido de limpeza em cerca de 65 a 80% do seu ponto de ebulição pode ajudar na redução da quantidade de energia para induzir a cavitaçâo. Alguns sistemas de sensores de ultrassom podem ser desenvolvidos de modo eficaz para emitir na faixa audível, por exemplo, na faixa de 12 a 20 kHz, dependendo do efeito de limpeza desejado.

[0010] O desenvolvimento dos sistemas de monitoramento para as aplicações submarinas é muito desafiador. Embora os sistemas exis-tentes possam ter a capacidade adequada para cumprir as especifica-ções estabelecidas para a sua utilização em ambientes de pressão mais baixa, de cerca de 20 a 25 bar (2,0x106 a 2,5x106 Pa) ou inferior, não há soluções dadas na técnica anterior que permitiriam a resolução do problema técnico que é resolvido pela presente invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0011] Portanto, é um objetivo principal da presente invenção pro-porcionar um método e sistema novos e melhorados para a limpeza automática das janelas ópticas em sistemas de análise de líquido com base óptica por meio de cavitação com base ultrassónica para a utili-zação em ambientes submarinos remotos e de alta pressão (até e su-perior a 50 bar, 5,0x106 Pa). Em particular, a presente invenção refere- se a uma solução técnica para o uso tecnologia de limpeza de cavitação ultrassónico independente da pressão de água para um sistema de monitoramento em linha ou de óleo em água em fluxo lateral (OiW) para o uso no controle de processo submarino.

[0012] As deficiências acima mencionadas e as incertezas associadas à técnica anterior são corrigidas por meio dos novos melhoramentos a seguir.

[0013] Um primeiro aspecto da presente invenção refere-se a um método para a limpeza de cavitação ultrassónica de uma janela óptica em um sistema de análise em uma linha de processo que contém o líquido do processo, que compreende as etapas a seguir:

[0014] isolar uma janela óptica de um módulo de transdutor a partir da linha de processo;

[0015] reduzir a pressão do líquido em contato com a janela óptica;

[0016] submeter a janela óptica aos sinais ultrassónicos;

[0017] suspender os sinais ultrassónicos após um determinado período;

[0018] aumentar a pressão do líquido em contato com a janela óptica até que seja substancialmente a mesma que a pressão do líquido na linha de processo;

[0019] reconectar a janela óptica à linha de processo.

[0020] Um segundo aspecto da presente invenção refere-se ao método do primeiro aspecto, em que a janela óptica é isolada da ou reconectada à linha de processo por meio do fecho ou abertura de uma válvula em combinação com o movimento do módulo de transdutor por meio de motores.

[0021] Um terceiro aspecto da presente invenção refere-se ao o método do primeiro ou segundo aspecto, em que a pressão do líquido de processo na linha de processo é superior a 2,0x106 Pa, em que a pressão do líquido em contato com a janela óptica é 1,0x10 6 Pa ou abaixo durante a limpeza de cavitação ultrassónica, em que a dita pressão do líquido em contato com a janela óptica é reduzida ou aumentada por meio de um pistão.

[0022] Um quarto aspecto da presente invenção refere-se ao método do primeiro aspecto, em que uma parte do dito líquido de processo é alimentada em uma disposição de fluxo lateral que compreende as etapas a seguir:

[0023] alimentar o líquido de processo que tem uma pressão de líquido do processo de p1, a partir de linha de processo por meio de uma entrada, através de uma primeira válvula antirretorno, uma primeira válvula de três vias, uma câmara, uma segunda válvula de três vias, uma segunda válvula de antirretorno e de volta para a linha de processo por meio de uma saída, em que o líquido de processo tem uma pressão p2;

[0024] isolar a câmara por meio de duas válvulas de três vias;

[0025] reduzir a pressão do líquido p4 no interior da câmara por meio do sistema de pistão;

[0026] submeter a janela óptica aos sinais ultrassónicos;

[0027] suspender os sinais ultrassónicos no interior da câmara depois de um determinado período;

[0028] aumentar a pressão do líquido no interior da câmara para a pressão p3 na câmara por meio do sistema de pistão;

[0029] abrir a câmara por meio de duas válvulas de três vias; e

[0030] alimentar o líquido do processo no interior da câmara de volta para a linha de processo, através da segunda válvula de três vias, a segunda válvula antirretorno e a saída.

[0031] Um quinto aspecto da presente invenção refere-se ao método do quarto aspecto, em que a pressão p1 do líquido de processo é superior a 2,0x106 Pa e a pressão p4 do líquido no interior da câmara isolada é 1,0x106 Pa ou inferior durante a lavagem de cavitaçâo ultrassónica.

[0032] Um sexto aspecto da presente invenção refere-se ao sistema do quarto ou quinto aspecto, em que um agente de limpeza é alimentado a partir de um recipiente para a câmara de análise por meio da primeira válvula de três vias.

[0033] Um sétimo aspecto da presente invenção refere-se ao sistema do quarto ou quinto aspecto, em que um fluido a partir da câmara de análise é alimentado a um tanque de derramamento ou recipiente de pressão através da primeira válvula de três vias.

[0034] Um oitavo aspecto da presente invenção refere-se ao método do primeiro aspecto, em que parte do líquido do processo é alimentado em uma disposição de fluxo lateral, em que retira-se uma amostra do líquido de processo de modo isocinético, que compreende as etapas a seguir:

[0035] posicionar o sistema de análise de líquido com a sonda de amostragem coaxial isocinética em uma porta de amostragem de linha de processo submarino por meio de um ROV;

[0036] retirar uma amostra da linha de líquido de processo através de sonda de amostragem coaxial isocinética;

[0037] alimentar o líquido de processo para uma primeira bomba de circulação de controlador de fluxo, uma válvula de duas vias, a câmara, uma válvula de três vias, uma segunda bomba de circulação de controlador de fluxo;

[0038] vedar a câmara por meio de válvulas;

[0039] reduzir a pressão no interior da câmara por meio do sistema de pistão;

[0040] submeter a janela óptica aos sinais ultrassónicos;

[0041] suspender os sinais ultrassónicos no interior da câmara depois de um determinado período;

[0042] aumentar a pressão no interior da câmara por meio do sistema de pistão;

[0043] abrir a câmara por meio de válvulas;

[0044] alimentar o líquido de processo no interior da câmara de volta à linha de processo através da válvula, a bomba de circulação de controlador de fluxo e a saída da sonda de amostragem coaxial isoci-nética; e

[0045] retrair o sistema de análise de líquido com a sonda de amostragem coaxial isocinética a partir de uma porta de amostragem da linha de processo submarino por meio de um ROV.

[0046] Um nono aspecto da presente invenção refere-se ao método do oitavo aspecto, em que a pressão do líquido de processo é superior a 2,0x106 Pa e a pressão do líquido no interior da câmara vedada é 1,0x106 Pa ou abaixo durante a limpeza de cavitação ultrassónica.

[0047] Um décimo aspecto da presente invenção refere-se ao método do primeiro para o nono aspecto, em que as propriedades ópticas medidas no líquido do processo são a concentração de óleo, sólidos em suspensão, óleo suspenso, material particulado e tamanho de partícula.

[0048] Um décimo primeiro aspecto da presente invenção refere- se a um sistema para a limpeza de cavitação ultrassónica de uma janela óptica em um sistema de análise em linha de um processo que contém o líquido do processo, que compreende:

[0049] um módulo de transdutor com uma janela óptica localizada adjacente à linha de processo e em associação com uma câmara;

[0050] pelo menos uma válvula, que isola a dita câmara a partir da dita linha de processo quando fechada;

[0051] um pistão conectado à dita câmara de tal modo que quando a pressão na dita câmara é reduzida quando pelo menos uma válvula é fechada e o pistão é movido a partir de uma primeira posição para uma segunda posição;

[0052] em que a janela óptica está situada dentro ou pode ser movida para dentro da dita câmara de tal forma que a janela óptica do módulo de transdutor pode ser submetida à emissão ultrassónica a partir do dito módulo de transdutor quando a pressão é reduzida na dita câmara.

[0053] Um décimo segundo aspecto da presente invenção refere- se ao sistema do décimo primeiro aspecto, em que a pressão do líquido de processo na linha de processo é superior a 2,0x106 Pa e a pressão dentro da dita câmara isolada (305) é 1,0x106 Pa ou abaixo durante a limpeza de cavitação ultrassónica..

[0054] Um décimo terceiro aspecto da presente invenção refere-se ao sistema do décimo primeiro aspecto, em que parte do dito líquido de processo é redirecionada por meio de uma disposição de fluxo lateral, que compreende:

[0055] uma entrada a partir da linha de processo que tem uma pressão de líquido p1 na entrada;

[0056] uma linha de alimentação de entrada, através de uma primeira válvula antirretorno, uma primeira válvula de três vias, a uma câmara que tem uma pressão p3;

[0057] um módulo de transdutor conectada à câmara;

[0058] uma segunda válvula de três vias a jusante da câmara, um sistema de pistão;

[0059] uma linha de alimentação que conecta uma segunda válvula de três vias a uma segunda válvula antirretorno e de volta para a linha de processamento por meio de uma saída, em que o líquido de processo tem uma pressão p2 na saída, e a queda de pressão a partir de p1 para p2 é igual a p3;

[0060] em que o dito módulo de transdutor compreende uma janela óptica, um transdutor ultrassónico, um cabo de fibra óptica e um cabo de energia conectado ao sensor do módulo que compreende pelo menos uma fonte de luz, um computador, uma câmara de imagem, um espectrômetro UV/de fluorescência, e um cabo para a comunicação remota.

[0061] Um décimo quarto aspecto da presente invenção refere-se ao sistema do décimo terceiro aspecto, em que uma linha de alimentação de um recipiente de agente de limpeza está conectada à câmara de análise através da primeira válvula de três vias.

[0062] Um décimo quinto aspecto da presente invenção refere-se ao sistema do décimo terceiro aspecto, em que uma linha de alimentação para um tanque de derramamento ou recipiente de pressão está conectada à câmara de análise, através da primeira válvula de três vias.

[0063] Um décimo sexto aspecto da presente invenção refere-se ao sistema do décimo primeiro aspecto, em que uma parte do dito líquido de processo é redirecionada por meio de uma disposição de flu- xo lateral de amostra de modo isocinético amostrado, caracterizado pelo fato de que compreende:

[0064] uma sonda de amostragem coaxial isocinética retrátil com uma entrada que se estende para uma porta de amostragem da linha de processo submarino por meio de um ROV;

[0065] uma primeira bomba de circulação de controlador de fluxo a jusante da sonda de amostragem, seguida por um canal de passagem de modo de limpeza, uma válvula de duas vias, a câmara de análise com uma janela óptica, uma válvula de três vias, um sistema de pistão de controle variável, uma segunda bomba de circulação de controlador de fluxo;

[0066] uma linha de alimentação de volta para a sonda de amostragem com uma saída para a linha de processo; e

[0067] um módulo com um transdutor ultrassónico, um espectrô- metro de fluorescência de varrimento total, microscópio, câmara de imagem de vídeo, fontes de luz, hardware para o controle automático do conjunto do sistema e o controle remoto de PC a partir do lado superior, um cabo para a conexão ao lado superior.

[0068] Um décimo sétimo aspecto da presente invenção refere-se ao sistema décimo sexto aspecto, em que um sistema de pistão está acoplado de maneira mecânica à câmara de análise, está situado dire-tamente oposto à janela óptica; e uma segunda válvula de duas vias está situada imediatamente a jusante da câmara de análise.

[0069] Um décimo oitavo aspecto da presente invenção refere-se ao sistema décimo sétimo aspecto, em que um medidor de pressão é acoplado de maneira mecânica à câmara de análise e situado entre as válvulas de duas vias de entrada e de saída da câmara de análise.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0070] A invenção será descrita em detalhes com referência às figuras anexas. Deve ser entendido que as figuras se destinam somente ao propósito de ilustração e não pretendem ser uma definição dos limites da invenção, para os quais deve ser feita referência às reivindicações anexas. Deve ser ainda entendido que as figuras não são ne-cessariamente desenhadas à escala e que, salvo indicação em contrário, elas se destinam apenas a mostrar, de maneira esquemática, os procedimentos ali descritos.

[0071] A figura 1 mostra um sistema de monitoramento de OiW em linha submarino da técnica anterior.

[0072] A figura 2 mostra um sistema de monitoramento de OiW em linha submarino, no modo de medição, de acordo com a presente invenção.

[0073] A figura 3 mostra um sistema de monitoramento de OiW em linha submarino, de acordo com a figura 2, no modo de limpeza retraído de acordo com a presente invenção.

[0074] A figura 4 mostra um sistema de monitoramento de OiW de fluxo lateral submarino ou de lado superior.

[0075] A figura 5 mostra um lado do sistema de monitoramento de OiW de fluxo lateral submarino para a amostragem isocinética e retrátil por ROV de acordo com a presente invenção.

[0076] A figura 6 mostra um sistema de monitoramento de OiW de fluxo lateral submarino para a amostragem isocinética e retrátil por ROV de acordo com a presente invenção.

[0077] A figura 7 mostra o sistema de controle de pressão conforme utilizado no sistema mostrado na figura 6 em mais detalhes. Descrição Detalhada da Invenção

[0078] O objetivo da presente invenção é proporcionar um método e um e sistema melhorado e novo automático para a limpeza de janelas ópticas em sistemas de análise de líquido com base óptica por meio de cavitação com base ultrassónica para a utilização em ambien- tes submarinos remotos e de alta pressão.

[0079] Nos anos que precederam 2008/2009, um foco principal para os sensores de OiW tinha sido a medição das concentrações mais baixas de óleo (<100 ppm) em descargas de água produzidas a partir de plataformas. Atualmente, o requerente da presente invenção conta com cerca de 25 instalações, mas todos esses sistemas de medição são instalados em aplicações de baixa pressão de água, inferior a 10 bar (1,0x106 Pa). Em 2008/2009, um projeto foi criado visando o desenvolvimento de sistemas de medição de OiW para as aplicações submarinas que incluíram exigências mais duras para os sistemas de medição. Os principais requisitos são que os sistemas de medição de-vem operar "livres de manutenção" em uma pressão de processo de 50 bar (5,0x106 Pa), em concentrações de óleo em água de 100 a 2.000 ppm e, claro, serem robustos em locais remotos e difíceis.

[0080] Atualmente, isso é uma falta nos sistemas de medição de OiW que têm a capacidade tanto de limpeza ultrassónica automática quanto também de trabalhar com uma pressão de 20 bar (2,0x106 Pa) (requisitos presentes, > 50 bar, 5,0x106 Pa). Além disso, existe também uma falta de sistemas que utilizam outros tipos de tecnologias de limpeza automática que satisfazem esses requisitos rigorosos.

[0081] A partir de testes de desenvolvimento realizados em plataformas de teste, como mencionado brevemente na seção da técnica anterior, um analisador de OiW em linha protótipo de um fabricante do sensor estabelecido foi testado. O analisador foi projetado e construído para realizar medições na pressão do processo de 50 bar (5,0x106 Pa) e um limite total de pressão de até 120 bar (1,2x107 Pa), mas a purificação ultrassónica automática, cavitação, é realizada em baixa pressão, a 10 bar (1,0x10 6 Pa) ou abaixo. Isso foi alcançado ao fechar o volume de água na câmara de medição por meio de duas válvulas, e ao abrir uma válvula para a redução de pressão através da qual a água foi coletada em um recipiente de pressão. Para cada ciclo de limpeza, a pressão foi aumentada no recipiente, mas foi drenada quando alcançou 20 bar (2,0x106 Pa).

[0082] A presente invenção tem assim como base na constatação de que uma redução da pressão no interior da câmara de medição pode ser alcançada mediante a expansão de volume por meios mecânicos automáticos. De maneira específica, a regulação da pressão, por expansão de volume ou contração, poderia ser realizada por meio de uma bomba de pistão, bomba de parafuso ou bomba de fole. O que é importante é que a pressão da água é reduzida para abaixo de 10 bar (1,0x106 Pa) para a limpeza de cavitação ultrassónica. Assim, a pressão de água continua a ser igual à pressão do processo, quando a bomba empurra o pistão para trás para a sua posição original. A invenção pode, assim, usar a tecnologia de limpeza de "cavitação"ultrassónica independente da pressão da água de processo. Esses método e sistema inovadores englobam as seguintes vantagens e elementos em comparação com a técnica anterior:

[0083] - uma vez que é um sistema fechado, não há descarga de água durante o funcionamento;

[0084] - a pressão da água na câmara fechada é controlada duran te ambos os modos decrescentes e crescentes de pressão de operação;

[0085] - a(s) válvula(s) utilizada(s) no sistema só pode(m) funcio nar com uma pequena diferença de pressão entre a pressão do processo e a pressão na câmara de medição durante a abertura e fechamento. Isso por sua vez resulta em menos estresse nas válvulas de esfera na entrada e na saída da câmara de medição;

[0086] - a limpeza de cavitação ultrassónica é feita de forma efici ente em baixa pressão da água;

[0087] - o sistema pode ser operado independente da pressão da água que é especialmente indispensável para as aplicações submarinas de medição;

[0088] - a invenção pode ser implementada para ambos os modos de fluxo lateral (passagem) e de monitoramento de OiW em linha; e

[0089] - todos os componentes móveis são automáticos por meio de PC/software/hardware.

[0090] Como mencionado acima, a presente invenção pode ser operada no modo de fluxo lateral ou em linha. Descreve-se a seguir o princípio básico do método que se aplica a ambos os modos e suas variações.

MÉTODO BÁSICO:

[0091] A ideia central da invenção é a realização de regulação da pressão controlada pela utilização de um pistão de pressão em um volume celular de amostra de água fechado e definido, ou "câmara de análise" ou simplesmente "câmara":

[0092] 1. Diminuir a pressão da água ao mover (retração) um pis tão (isto é, hidráulico, do tipo parafuso ou tipo fole), conectado à câmara, de modo que o volume da câmara aumenta e a pressão cai para 10 bar (1,0x106 Pa) ou inferior.

[0093] 2. A limpeza de cavitaçâo ultrassónica é realizada a baixa pressão da água.

[0094] 3. A pressão da água na câmara é, em seguida, aumentada para a pressão do processo, movendo o pistão para a sua posição ori-ginal.

[0095] Ao utilizar um pistão controlável e um controlador de pressão para aumentar/diminuir a pressão da água na câmara, não haverá o derramamento de água, e pode operar de maneira independente da pressão da água de processo. A título de clareza, a utilização do termo "câmara" refere-se a uma câmara onde a pressão é variada para fins de limpeza de cavitaçâo de uma janela óptica em pressão reduzida para as modalidades em linha, de acordo com a presente invenção. Para as modalidades de fluxo lateral, de acordo com a presente invenção, o uso do termo "câmara" refere-se a uma câmara na qual a pressão é variada para fins de limpeza de cavitação de uma janela óptica em pressão reduzida e para uma câmara de análise para a análise de líquido de processo em pressões mais elevadas. Em geral, o período de tempo para o ciclo de limpeza de cavitação baseia-se em um padrão de tempo com base na experiência anterior para uma dada composição líquida do processo que diz respeito à tendência para incrustação de uma janela óptica. E, embora um aspecto principal da presente invenção refira-se à limpeza de cavitação de uma janela óptica em baixa pressão, deve também ser entendido que também se refere à amostragem e à análise de líquido de processo em alta pressão.

[0096] Um exemplo de uma configuração da técnica anterior, tal como indicado na figura 1, mostra um sistema de monitoramento de OiW de sonda em linha instalado em uma linha de processo 101. As linhas tracejadas ilustram as ondas sonoras ultrassónicas 102 que criam a cavitação (bolhas de vácuo) para a remoção de partículas acumuladas na superfície do vidro óptica, ou janela, 103. O sistema inclui um transdutor ultrassónico 104, uma fonte de laser, detector, a fonte de energia localizada no módulo 105 e o cabo de fibra óptica 106. Esse sistema da técnica anterior não tem a capacidade de realizar a limpeza automática de cavitação em processos de alta pressão.

[0097] A figura 2 mostra um desenho de princípio de um sistema de monitoramento de OiW de sonda retrátil submarina em linha de acordo com uma modalidade da presente invenção. A figura 2 mostra o posicionamento dos componentes durante o modo de medição. A fonte de luz ou a laser pode emitir ultravioleta (UV), visível, infravermelho próximo (NIR), infravermelho (IV), dependendo do tipo de detector de espectrógrafo e dos compostos químicos de interesse. Por exem- pio, para a quantificação da concentração de óleo, um espectrômetro de fluorescência de varrimento total pode ser utilizado. Dependendo do intervalo óptico do sistema de análise, a janela óptica pode ser produzida a partir de uma variedade de material de substrato, tal como sílica fundida UV, fluoreto de cálcio (CaF2), fluoreto de magnésio (MgF2), brometo de potássio (KBr), safira, silício (Si), cloreto de Sódio (NaCI), seleneto de zinco (ZnSe), sulfeto de zinco ou outro conhecido na técnica. Para as modalidades de acordo com a presente invenção, uma janela óptica de safira é mais utilizada. Para a detecção de suspensões ou a análise de tamanhos de sólidos, de óleo e de partículas, um microscópio e/ou uma câmara de imagem de vídeo pode ser instalada. Os componentes representados na figura 2 incluem uma válvula 201 na posição aberta, um módulo de transdutor ultrassónico 202, motores 203a, 203b para a retração do módulo de transdutor, o pistão 204 para o volume variável e o controle de pressão, uma câmara 205 para o uso durante o modo de limpeza, um módulo 206 que contém o monitor de OiW, a fonte de luz, detector e hardware associado, uma janela óptica de safira W durante o modo de medição e a água de fluxo de processo dentro de um gasoduto 208 ou água de processo que não flui em um recipiente.

[0098] Para a finalidade de ilustração, a figura 3 mostra o mesmo sistema e componentes como na figura 2, quando ele se encontra na posição retraída para a limpeza ultrassónica, com numeração semelhante à consistência. A janela óptica W é retraída dentro da câmara fechada de baixa pressão 305 quando submetida à limpeza de cavitação com baixa pressão. O sistema a ser constituído por uma válvula 301 na posição fechada durante o modo de cavitação de limpeza, um módulo de transdutor ultrassónico 302 na posição retraída, os motores 303a e 303b para a retração do módulo de transdutor 302, um pistão 304 para o volume variável e o controle de pressão para a câmara 305 durante o modo de limpeza, um módulo que contém o monitor de OiW, fonte de luz, detector e hardware associado e um gasoduto 308 ou recipiente de processo de fluxo ou não fluxo de água no interior. Após a limpeza, a pressão é novamente aumentada para a pressão do processo e o sistema óptico é movido de volta para a posição de medição, como na figura 2. Uma característica principal da figura 3 é que a janela óptica de safira W está localizada dentro da câmara 305. Esse sistema de monitoramento de OiW de sonda em linha requer apenas uma válvula controlada de maneira automática 301.

[0099] A figura 4 mostra um sistema de monitoramento de OiW de fluxo lateral de acordo com outra modalidade da presente invenção que pode ser utilizado ou de forma submarina ou no lado superior. A modalidade submarina é mostrada dentro da linha em pontos. Essa modalidade inclui um sistema automático para aumentar e diminuir o volume de amostragem e regular assim a pressão no interior da câmara de análise. Essa modalidade de fluxo lateral permite a amostragem isocinética da corrente de fluido. O sistema como mostrado na figura 4 compreende os seguintes componentes: uma linha de processo 401, onde a pressão p1 de líquido é maior do que a pressão p2 e a pressão p3 é a pressão na câmara de análise durante o modo de medição e é igual à diferença de pressão [p1 a p2], e a pressão p4 é a pressão em uma pressão baixa definida durante a limpeza de cavitaçâo da janela óptica W. Uma entrada 402 alimenta o líquido a partir da linha de processo para o sistema de análise. O líquido é alimentado através de processo 403a válvula antirretorno e a válvula em esfera de três vias 404a para dentro da câmara de análise 405, na sequência de uma segunda válvula em esfera de três vias 404b, uma segunda válvula antirretorno 403b e de volta para a linha de processo por meio da saída 409. O módulo 406 compreende um transdutor de ultrassom e janela óptica de safira e é conectado através de uma fibra óptica e cabo de alimentação a um módulo de análise 408 composto por espectrômetro UV/de fluorescência, câmera de imagem, computador, e fontes de luz. O pistão 407 é para o controle de volume e pressão na câmara de análise 405. O módulo de análise 408 é conectado ao lado de topo através do cabo 410.

[00100] Um recipiente de fluido opcional 411 que contém produtos químicos, tais como agente de limpeza, ou um tanque de derramamento ou um recipiente de pressão podem ser instalados em conexão fluida com a válvula em esfera três vias 404a.

[00101] O sistema óptico 408 dessa modalidade pode ser do mesmo tipo, tal como dito nas modalidades anteriores, como mostrado nas figuras 2 e 3. Essa modalidade da presente invenção também pode ser adaptada a um sistema de medição do lado superior através da instalação de uma conexão com um tanque de derramamento, ou recipiente de pressão 411, a partir da válvula em esfera de três vias 404a. Em uma outra modalidade, um agente de limpeza pode ser armazenado em um recipiente 411 para o uso durante o modo de limpeza. Isto também pode ser previsto para a modalidade submarina.

[00102] A figura 5 mostra um lado do sistema de monitoramento de OiW de fluxo lateral submarino, de acordo com outra modalidade da presente invenção, configurado para retirar uma amostra isocinética e é retrátil por meio de um ROV (veículo operado à distância), como mostrado pelas linhas ponteadas em duas modalidades diferentes de amostragem. Na figura 5, o flange de admissão 504 para a conexão à linha de processo 501 é utilizado em uma modalidade possível da presente invenção, em que retira-se uma amostra da água do processo através do flange único 504 e da sonda 503 com o canal de fluxo de entrada coaxial 502 de um canal de fluxo de saída em volta para a linha de processo 501. Em uma outra modalidade da presente invenção, os flanges 505a e 505b apresentam uma entrada e saída de amostragem isocinética retrátil de ROV no caso em que a linha de processo 501 tem duas portas. Além disso, a figura 5 mostra os outros componentes, de acordo com a presente invenção: bombas de circu- lação/controladores de fluxo 506a, 506b para o fluxo de água correta para a amostragem isocinética, uma via de fluxo de passagem 507 durante a limpeza de cavitação ultrassónica da janela óptica W a baixa pressão, uma válvula de duas vias de entrada 508a, uma válvula de três vias de saída 508B, um módulo 509 com um transdutor ultrassónico, um espectrômetro de fluorescência de varrimento total (concentração de óleo), microscópio, câmara de formação de imagem por vídeo (para análise de sólidos, óleos e tamanhos de partícula), fontes de luz, o hardware para o controle automático do conjunto do sistema e o controle remoto de PC a partir do lado superior, um cabo 510 para a conexão ao lado superior, um sistema de controle 511 para o volume e pressão variáveis (pistão, parafuso ou hidráulico), uma câmara de análise C e uma janela óptica de safira W.

[00103] A outra modalidade da presente invenção, tal como dada na figura 6 mostra o mesmo sistema, como na figura 5, com a exceção da posição do sistema de controle de pressão e volume variáveis. Na figura 6, um sistema de pistão 611 está conectado diretamente à câmara de análise C diretamente em oposição à janela óptica de safira W. Caso contrário, e com a finalidade de ilustração, a figura 6 mostra o mesmo sistema e componentes como na figura 5, com numeração semelhante para consistência. Por uma questão de exaustividade, a figura 6 mostra outros componentes, de acordo com a presente invenção: bombas de circulação/controladores de fluxo 606A, 606B para o fluxo de água correto para a amostragem isocinética, uma via de fluxo de passagem 607 durante a limpeza de cavitação ultrassónica em baixa pressão, uma válvula de duas vias de entrada 608a, uma válvula de duas vias de saída 608B, um módulo 609 com um transdutor ultrassô- nico, um espectrômetro de fluorescência de varrimento total (concentração de óleo), microscópio, câmara de formação de imagem de vídeo (por análise de sólidos, óleos e tamanhos de partícula), fontes de luz, hardware para o controle automático do conjunto do sistema e o controle remoto de PC a partir do lado superior, um cabo 610 para a conexão ao lado superior, um sistema de controle 611 para volume e pressão variáveis (pistão, parafuso ou hidráulico), uma câmara de análise C e uma janela óptica de safira W. Além disso, o sistema de fluxo compreende a linha de processo 601, uma entrada para a amostragem isocinética 602, uma sonda de amostragem isocinética 603, uma conexão de flange 604 para a linha de processo para outra modalidade de amostragem de ROV, e as conexões de flange 605a, 605b a linha de processo para outra modalidade de amostragem de ROV.

[00104] A figura 7 mostra um sistema de pressão e de controle de volume alternativo 704 para o acoplamento direto com a câmara de análise. Os outros componentes de acordo com essa modalidade compreendem um cabo de fibra óptica 701 a partir de e para os instrumentos de análise, um medidor de pressão 702, uma válvula em esfera de duas vias 703a no lado de entrada, uma válvula em esfera de duas vias 703b no lado de saída, um dispositivo de pistão 704, tipicamente, um parafuso ou pistão de acionamento hidráulico, um dispositivo de transdutor ultrassónico 705, uma câmara de análise 706 e uma janela óptica de safira W.

[00105] Embora a invenção anterior tenha sido descrita em detalhes por meio de ilustração e de exemplo para fins de clareza de compreensão, será prontamente evidente para os versados na técnica à luz dos ensinamentos dessa invenção que certas alterações e modificações poderão ser feitas sem nos afastarmos do escopo das reivindicações anexas. Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita em detalhes nos desenhos e na descrição anterior, tal ilustração e descri- ção devem ser consideradas como ilustrativas e não restritivas e exemplificativas e não pretendem limitar a invenção às modalidades descritas. O simples fato de que certas medidas são recitadas mutuamente em diferentes reivindicações dependentes não indica que uma combinação dessas medidas não pode ser usada de forma vantajosa. Quaisquer sinais de referência nas reivindicações não devem ser interpretados como limitando o âmbito da invenção.

Claims

1. Método para a limpeza de cavitaçâo ultrassónica de uma janela óptica em um sistema de análise em uma linha de processo que contém o líquido do processo, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas a seguir: isolar uma janela óptica (W) de um módulo de transdutor (202,302, 406, 509, 609, 705) a partir da linha de processo (208, 308, 401,501,601); reduzir a pressão do líquido em contato com a janela óptica (W); submeter a janela óptica (W) aos sinais ultrassónicos; suspender os sinais ultrassónicos após um determinado pe-ríodo; aumentar a pressão do líquido em contato com a janela óptica (W) até que seja substancialmente a mesma que a pressão do líquido na linha de processo (208, 308, 401,501,601); reconectar a janela óptica (W) à linha de processo (208, 308, 401,501,601).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a janela óptica (W) é isolada da ou reconectada à linha de processo por meio do fecho ou da abertura de uma válvula (201, 301) em combinação com o movimento do módulo de transdutor (202, 302) por meio de motores (203a, 203, 303a, 303b).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri-zado pelo fato de que a pressão do líquido de processo na linha de processo (208, 308) é superior a 2,0x106 Pa, em que a pressão do líquido em contato com a janela óptica (W) é 1,0x106 Pa ou abaixo durante a limpeza de cavitaçâo ultrassónica, em que a dita pressão do líquido em contato com a janela óptica (W) é reduzida ou aumentada por meio de um pistão (204, 304).

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma parte do dito líquido de processo é alimentada em uma disposição de fluxo lateral que compreende as etapas a seguir: alimentar o líquido de processo que tem uma pressão de lí-quido do processo de p1, a partir de linha de processo (401) por meio de uma entrada (402), através de uma primeira válvula antirretorno (403a), uma primeira válvula de três vias (404a), uma câmara (405), uma segunda válvula de três vias (404b), uma segunda válvula de antirretorno (403b) e de volta para a linha de processo (401) por meio de uma saída (409), em que o líquido de processo tem uma pressão (p2); isolar a câmara (405) por meio de duas válvulas de três vias (404a, 404b); reduzir a pressão do líquido (p4) no interior da câmara (405) por meio do sistema de pistão (407); submeter a janela óptica (W) aos sinais ultrassónicos; suspender os sinais ultrassónicos no interior da câmara (405) depois de um determinado período; aumentar a pressão do líquido no interior da câmara (405) para a pressão (p3) na câmara (405) por meio do sistema de pistão (407); abrir a câmara (405) por meio de duas válvulas de três vias (404a, 404b); e alimentar o líquido do processo no interior da câmara (405) de volta para a linha de processo (401), através da segunda válvula de três vias (404b), a segunda válvula antirretorno (403b) e a saída (409).

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a pressão de líquido de processo (p1) é superior a 2,0x106 Pa e a pressão do líquido (p4) dentro da câmara isolada (405) é 1,0x106 Pa ou abaixo durante a limpeza de cavitação ultrassónica.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracteri-zado pelo fato de que um agente de limpeza é alimentado a partir de um recipiente (411) para a câmara de análise (405), através da primeira válvula de três vias (404a).

7. Método, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracteri-zado pelo fato de que um fluido da câmara de análise (405) é alimentado para um tanque de derramamento ou recipiente de pressão (411), através da primeira válvula de três vias (404a).

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma parte do líquido do processo é alimentada em uma disposição de fluxo lateral, em que retira-se uma amostra do líquido de processo de modo isocinético, que compreende as etapas a seguir: posicionar o sistema de análise de líquido com a sonda de amostragem coaxial isocinética (503) em uma porta de amostragem de linha de processo submarino (501) por meio de um ROV; retirar uma amostra da linha de líquido de processo (501) através de sonda de amostragem coaxial isocinética (503); alimentar o líquido de processo para uma primeira bomba de circulação de controlador de fluxo (506a), uma válvula de duas vias (508a), a câmara (C), uma válvula de três vias (508B), uma segunda bomba de circulação de controlador de fluxo (506b); vedar a câmara (C) por meio de válvulas (508a, 508B); reduzir a pressão no interior da câmara por meio do sistema de pistão (511); submeter a janela óptica (W) aos sinais ultrassónicos; suspender os sinais ultrassónicos no interior da câmara (C) depois de um determinado período; aumentar a pressão no interior da câmara (C) por meio do sistema de pistão (511); abrir a câmara (C) por meio de válvulas (508a, 508B); alimentar o líquido de processo no interior da câmara (C) de volta à linha de processo (501) através da válvula (508B), da bomba de circulação de controlador de fluxo (506b) e da saída da sonda de amostragem coaxial isocinética (503); e retrair o sistema de análise de líquido com a sonda de amostragem coaxial isocinética (503) a partir de uma porta de amos-tragem da linha de processo submarino (501) por meio de um ROV.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a pressão do líquido de processo é superior a 2,0x106 Pa e a pressão do líquido no interior da câmara vedada é 1,0x106 Pa ou abaixo durante a limpeza de cavitaçâo ultrassónica.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que as propriedades ópticas medidas no líquido do processo são a concentração de óleo, sólidos em suspensão, óleo suspenso, material particulado e tamanho de partícula.

11. Sistema para a limpeza de cavitaçâo ultrassónica de uma janela óptica em um sistema de análise em uma linha de processo que contém o líquido de processo, caracterizado pelo fato de que compreende: um módulo de transdutor (202, 302, 406, 509, 609, 705) com uma janela óptica (W) localizada adjacente à linha de processo (208, 308, 401, 501, 601) e em associação com uma câmara (205, 305, 405, C, 706); pelo menos uma válvula (201,301,404a, 404b, 508a, 509b, 608a, 608b, 703a, 703b), que isola a dita câmara (205, 305, 405, C, 706) a partir da dita linha de processo (208, 308, 401, 501, 601) quando fechada; um pistão (204, 304, 407, 511, 611, 704) conectado à dita câmara (205, 305, 405, C, 706) de tal modo que quando a pressão na dita câmara é reduzida quando pelo menos uma válvula (201, 301, 404a, 404b, 508a, 509b, 608a, 608b, 703a, 703b) é fechada e o pistão (204, 304, 407, 511, 611, 704) é movido a partir de uma primeira posição para uma segunda posição; em que a janela óptica (W) está situada dentro ou pode ser movida para dentro da dita câmara (205, 305, 405, C, 706) de tal forma que a janela óptica (W) do módulo de transdutor pode ser submetida à emissão ultrassónica a partir do dito módulo de transdutor quando a pressão é reduzida na dita câmara (205, 305, 405, C, 706).

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a pressão do líquido de processo na linha de processo (208, 308) é superior a 2,0x106 Pa e a pressão dentro da dita câmara isolada (305) é 1,0x106 Pa ou abaixo durante a limpeza de cavitação ultrassónica.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que uma parte do dito líquido de processo é redirecionada por meio de uma disposição de fluxo lateral, que compreende: uma entrada (402) a partir da linha de processo (401) que tem uma pressão de líquido (p1) na entrada (402); uma linha de alimentação de entrada, através de uma primeira válvula antirretorno (403a), uma primeira válvula de três vias (404a), a uma câmara (405) que tem uma pressão (p3); um módulo de transdutor (406) conectado à câmara (405); uma segunda válvula de três vias (404b) a jusante da câmara (405), um sistema de pistão (407); uma linha de alimentação que conecta uma segunda válvula de três vias (404b) a uma segunda válvula antirretorno (403b) e de volta para a linha de processamento (401) por meio de uma saída (409), em que o líquido de processo tem uma pressão (p2) na saída (409), e a queda de pressão a partir de p1 para p2 é igual a p3; em que o dito módulo de transdutor (406) compreende uma janela óptica (W), um transdutor ultrassónico, um cabo de fibra óptica e um cabo de energia conectado ao sensor do módulo (408) que com-preende pelo menos uma fonte de luz, um computador, uma câmara de imagem, um espectrômetro UV/de fluorescência, e um cabo (410) para a comunicação remota.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma linha de alimentação de um recipiente de agente de limpeza (411) está conectada à câmara de análise (405) através da primeira válvula de três vias (404a).

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma linha de alimentação para um tanque de derramamento ou recipiente de pressão (411) está conectada à câmara de análise (405), através da primeira válvula de três vias (404a).

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, para a lim-peza de cavitação ultrassónica de um sistema de análise de líquido, em que uma parte do dito líquido de processo é redirecionada por meio de uma disposição de fluxo lateral de amostra de modo isocinéti- co, caracterizado pelo fato de que compreende: uma sonda de amostragem coaxial isocinética retrátil (503) com uma entrada (502) que se estende para uma porta de amostragem da linha de processo submarino (501) por meio de um ROV; uma primeira bomba de circulação de controlador de fluxo (506a) a jusante da sonda de amostragem (503), seguida por um canal de passagem de modo de limpeza (507), uma válvula de duas vias (508a), a câmara de análise (C) com uma janela óptica (W), uma válvula de três vias (508B), um sistema de pistão de controle variável (511), uma segunda bomba de circulação de controlador de fluxo (506b); uma linha de alimentação de volta para a sonda de amos-tragem (503) com uma saída para a linha de processo (501); e um módulo (509) com um transdutor ultrassónico, um es- pectrômetro de fluorescência de varrimento total, microscópio, câmara de imagem de vídeo, fontes de luz, hardware para o controle automático de todo sistema e o controle remoto de PC a partir do lado superior, um cabo (510) para a conexão ao lado superior.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que um sistema de pistão (611) está acoplado de maneira mecânica à câmara de análise (C), está situado diretamente oposto à janela óptica (W); e uma segunda válvula de duas vias (608B) está situada imediatamente a jusante da câmara de análise (C).

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que um medidor de pressão (702) é acoplado de maneira mecânica à câmara de análise (706) e situado entre as válvulas de duas vias de entrada e de saída (703a, 703b) da câmara de análise (706).