BR112016029857B1

BR112016029857B1 - Sistema de proteção de pressão de alta integridade (hipps 1) para uma linha de fluido e método para operar um sistema de proteção de pressão de alta integridade (hipps 1) em uma linha de fluido

Info

Publication number: BR112016029857B1
Application number: BR112016029857-8A
Authority: BR
Inventors: Vincent Esveldt
Original assignee: Mokveld Valves B.V.
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2022-01-25
Also published as: CA2953410A1; UA116180C2; NZ725827A; MX357176B; CA2953410C; CN106461113A; EP2960560A1; DK2960560T3; JP6505139B2; US20170114914A1; PL2960560T3; ES2625036T3; WO2015197312A1; AU2015281295B2; AU2015281295A1; EA031610B1; MY178725A; EP2960560B1; JP2017519167A; MX2016016998A

Abstract

SISTEMA DE PROTEÇÃO DE PRESSÃO DE ALTA INTEGRIDADE (HIPPS 1) PARA UMA LINHA DE FLUIDO E MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE PROTEÇÃO DE PRESSÃO DE ALTA INTEGRIDADE (HIPPS 1) EM UMA LINHA DE FLUIDO. A invenção se refere a um Sistema de Proteção de Pressão de Alta Integridade (HIPPS 1), sendo que o HIPPS tem uma válvula de liga/desliga (2), com um invólucro (10), sendo que o invólucro (10) tem uma entrada (11) e uma saída (12), e um conduto (13) para a passagem de um fluido da entrada (11) para a saída (12), e com um elemento de fechamento (14), sendo que em uma posição aberta o elemento de fechamento (14) abre o conduto (13) para permitir a passagem, e em uma posição de fechamento o elemento de fechamento (14) fecha o conduto (13) para inibir a passagem, e um atuador hidráulico (3), tendo um elemento de controle (23) que é fixo cinematicamente ao elemento de fechamento (14), e uma unidade de fornecimento hidráulico comutável (4) que, em um estado ativo fornece uma face de controle (25) do elemento de controle (23) com uma pressão de controle e, em um estado passivo libera a pressão de controle da face de controle (25), um sensor que mede uma pressão do fluido, a jusante da saída (12), e um solucionador lógico que compara (...).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A invenção se refere em geral aos Sistemas de Proteção de Pressão de Alta Integridade (HIPPS) e, em particular, a esses HIPPS, sendo que o HIPPS tem uma válvula de liga/desliga, com um invólucro, sendo que o invólucro tem uma entrada e uma saída, e um conduto para a passagem de um fluido da entrada para a saída, e com um elemento de fechamento, que é axialmente móvel em uma direção a partir da entrada para a saída a partir de uma posição aberta para uma posição de fechamento, sendo que na posição aberta o elemento de fechamento abre o conduto para permitir a passagem, e na posição de fechamento, o elemento de fechamento fecha o conduto para inibir a passagem, e um atuador hidráulico, tendo um elemento de controle que é fixo cinematicamente ao elemento de fechamento, e uma unidade de fornecimento hidráulico comutável que, em um estado ativo fornece uma face de controle do elemento de controle com uma pressão de controle e, em um estado passivo libera a pressão de controle da face de controle, um sensor que mede uma pressão a jusante do fluido, a jusante da saída, e um solucionador lógico que compara a pressão a jusante a um valor crítico, que comuta a unidade de suprimento hidráulica para o estado ativo para permitir que o elemento de fechamento permaneça na posição aberta, sempre que a pressão a jusante for inferior ao valor crítico, e que comuta a unidade de suprimento hidráulica para o estado passivo para permitir que o elemento de fechamento se mova para ou permaneça na posição de fechamento, sempre que a pressão a jusante excede o valor crítico. Por razões de segurança, os sistemas HIPPS sempre exigem uma ação manual para abertura.

ANTECEDENTES

[002] Os Sistemas de Proteção de Pressão de Alta Integridade (HIPPS) são conhecidos comumente como Sistemas de Instrumentação de Segurança (SIS) para prevenir condições inseguras causadas pela elevação da pressão a jusante em uma tubulação. As válvulas do HIPPS requerem valores de alta confiabilidade e devem ser projetadas para fechar a tubulação em qualquer condição quando necessário. Quando se detecta uma pressão crítica a jusante, o elemento final (válvula) é fechado para evitar uma maior pressurização da tubulação a jusante. A válvula HIPPS conhecida tem um atuador externo, estes atuadores muitas vezes utilizam molas/sistema hidráulico e são muito grandes para garantir segurança suficiente para ser capaz de fechar a válvula em qualquer condição. Estes atuadores externos poderiam falhar resultando em uma perda de força de atuação.

[003] No contexto tecnológico da invenção, o documento DE 25 17 730 A1 sugere que uma válvula de liga/desliga seja fechada pela pressão a montante. No entanto, esta válvula conhecida não é utilizável para incluir em um HIPPS sem modificações substanciais, em particular ao assento da válvula e ao elemento de vedação, como melhoria para os níveis de pressão tipicamente altos em uma tubulação.

PROBLEMA A SER RESOLVIDO

[004] É um objeto da invenção fornecer uma válvula na qual a força de acionamento está inerentemente presente quando a válvula tem que fechar.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] A invenção sugere que uma face oposta do elemento de controle, oposta à face de controle está exposta à pressão a jusante do fluido, de modo que a pressão a jusante do fluido empurra o elemento de fechamento para a posição de fechamento. Em um HIPPS de acordo com a invenção, o aumento da pressão a jusante do próprio fluido é o meio de atuação, que fecha a válvula de liga/desliga.

[006] Em um HIPPS preferido, de acordo com a invenção, o atuador está disposto dentro do invólucro. Em tais HIPPS, o atuador está protegido contra a pressão e outros impactos do ambiente, em particular na região submarina e em aplicações do leito marinho. Alternativamente, por exemplo, em válvulas de globo, o atuador pode ser disposto fora do invólucro.

[007] Nesses HIPPS, o conduto circunda de preferência o atuador. Com o conduto circundando o atuador, dentro de um invólucro interno, a válvula de liga/desliga é basicamente balanceada por pressão. Alternativamente, o conduto pode ser formado ao lado do atuador, para evitar o desgaste do invólucro interno.

[008] Em um HIPPS adicionalmente preferido, de acordo com a invenção, o elemento de controle é um pistão do atuador hidráulico. Esse HIPPS é preferido em particular para grandes diâmetros.

[009] Em um HIPPS alternativamente preferido, de acordo com a invenção, o elemento de controle é um tambor cilíndrico do atuador hidráulico. Esse HIPPS é preferido em particular para diâmetros menores.

[0010] Em outro HIPPS preferido, de acordo com a invenção, uma mola empurra o elemento de fechamento para a posição de fechamento. Essas molas adicionais são sugeridas por padrões comuns para HIPPS, para auxiliar o fechamento da válvula.

[0011] Em um HIPPS adicionalmente preferido, de acordo com a invenção, pelo menos um sensor identifica uma posição do elemento de fechamento. A inclusão de um sensor na válvula de liga/desliga permite monitorar o estado do HIPPS.

[0012] Em um HIPPS adicionalmente preferido, de acordo com a invenção, o elemento de fechamento tem um orifício, que dá passagem para o fluido a partir da saída através do elemento de fechamento para a face traseira do elemento de controle. Um orifício formado no elemento de fechamento fornece a conexão mais simples a partir da saída da válvula, para o interior do invólucro interno.

[0013] A invenção sugere ainda um método para operar esse HIPPS em uma linha de fluido, sendo que uma face oposta do elemento de controle, oposta à face de controle está exposta à pressão, de modo que a pressão a jusante do fluido empurra o elemento de fechamento para a posição de fechamento. O método de acordo com a invenção pode ser executado utilizando o HIPPS descrito acima, e apresenta as mesmas vantagens.

MELHOR MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[0014] O aparelho, de acordo com a invenção, e o método associado são subsequentemente descritos em mais detalhe com referência às modalidades preferidas ilustradas nas figuras dos desenhos.

[0015] A Figura 1 mostra esquematicamente um primeiro HIPPS de acordo com a invenção,

[0016] A Figura 2 mostra esquematicamente a válvula de liga/desliga deste HIPPS, e

[0017] As Figuras 3a/b mostram esquematicamente esta válvula de liga/desliga nas posições aberta e fechada,

[0018] As Figuras 4a/b mostram uma válvula de liga/desliga de um segundo HIPPS de acordo com a invenção nestas posições, e

[0019] A Figura 5 mostra um detalhe de engenharia desta válvula de liga/desliga,

[0020] As Figuras 6a/b mostram uma válvula de liga/desliga de um terceiro HIPPS de acordo com a invenção nestas posições, e

[0021] A Figura 7 mostra um detalhe de engenharia desta válvula de liga/desliga.

[0022] Um primeiro HIPPS 1 de acordo com a invenção é mostrado na Figura 1: O primeiro HIPPS 1 tem uma válvula de liga/desliga 2 para aplicação em uma linha de fluido, um atuador hidráulico 3 integrado na válvula de liga/desliga 2 e uma unidade de suprimento hidráulica 4. Outros elementos comumente conhecidos do primeiro HIPPS 1, nomeadamente um sensor que mede uma pressão a jusante de um fluido que flui através da válvula de liga/desliga 2 e um solucionador lógico para interpretar dados a partir do sensor, não são mostrados.

[0023] A unidade de suprimento hidráulica 4 tem um reservatório de baixa pressão 5 e um reservatório de alta pressão 6 para um fluido hidráulico, uma bomba 7 para o fluido hidráulico entre o reservatório de baixa pressão 5 e o reservatório de alta pressão 6 e uma válvula 3/2 8 que conecta o reservatório de baixa pressão 5 ou o reservatório de alta pressão 6 ao atuador hidráulico 3 através de uma linha hidráulica 9. A válvula 3/2 8 é acionada pelo solucionador lógico.

[0024] A válvula de liga/desliga 2, em detalhe, mostrada na Figura 2, tem um invólucro 10, o invólucro 10 tendo uma entrada 11 e uma saída 12, e um conduto 13 para a passagem do fluido da entrada 11 para a saída 12.

[0025] E a válvula de liga/desliga 2 tem um elemento de fechamento em forma de bojo 14, que é axialmente móvel em uma direção da entrada 11 para a saída 12 a partir de uma posição aberta para uma posição de fechamento. O elemento de fechamento 14 faz parte de um invólucro interno 15 dentro do invólucro 10, que encerra o atuador hidráulico 3 e está circundado pelo conduto 13.

[0026] Uma parede lateral cilíndrica 16 do elemento de fechamento 14 é vedada dinamicamente para os assentos 17 tanto no invólucro interno 15 como no invólucro 10. Uma base 18 do elemento de fechamento 14 tem um orifício 9 que dá passagem para o fluido a partir da saída 12 através do elemento de fechamento 14 para a face traseira 20 do elemento de controle.

[0027] Um tambor cilíndrico 21 do atuador hidráulico 3 é fixo ao invólucro interno 15, enquanto um pistão móvel 22 - que forma um elemento de controle 23 - no interior do tambor cilíndrico 21 é conectado ao elemento de fechamento 14 por uma haste de conexão 24. O elemento de controle 23 tem uma face de controle 25, que está voltada para uma tampa do cilindro 26 do atuador hidráulico 3.

[0028] A válvula de liga/desliga 2 tem ainda uma mola 27 suportada entre a tampa do cilindro 26 do atuador hidráulico 3 e o elemento de fechamento 14.

[0029] No estado ativo da unidade de suprimento hidráulica 4, o interior do atuador hidráulico 3 é fornecido com uma pressão de controle, que gera uma força de controle sobre a face de controle 25, puxando o elemento de fechamento 14 para a posição aberta, como mostrado na Figura 3a: O conduto 13 é aberto a partir da entrada 11 para a saída 12, permitindo a passagem do fluido através da linha de fluido.

[0030] Dentro do invólucro interno 15, a pressão a jusante do fluido, a jusante da saída 12, gera uma força de fechamento para a face traseira 20 do elemento de controle 23. Mais precisamente, a força de fechamento é proporcional à área em excesso das faces visíveis das partes móveis - isto é, o elemento de controle 23 e o elemento de fechamento - vistos a partir da entrada 11 sobre as faces visíveis da mesma, vistas a partir da saída 12.

[0031] Sempre que esta força de fechamento, adicionada à força da mola, excede a força de controle, ela empurra o fechamento para a posição de fechamento, como mostrado na Figura 3b: O elemento de controle 23 fecha o conduto 13 e inibe a passagem do fluido através da linha de fluido.

[0032] O elemento de fechamento 14 é assim empurrado para a posição de fechamento, quando no estado passivo da unidade de suprimento hidráulica 4, a pressão de controlo é liberada a partir da face de controle 25. Além disso, o elemento de fechamento 14 também é empurrado para a posição de fechamento com a face de controle 25 sob pressão de controle, quando a pressão a jusante excede um nível de fechamento de emergência definido pela pressão de controle da unidade de suprimento hidráulica 4 e pela força da mola.

[0033] As Figuras 4a e 4b mostram uma segunda válvula de liga/desliga 28 de outro HIPPS de acordo com a invenção. A segunda válvula de liga/desliga 28 tem basicamente todas as características da primeira válvula de liga/desliga 2 descritas acima e tem um tamanho de flange de 48 polegadas. A base 29 do elemento de fechamento 30 forma uma roda de raios e é aparafusada à parede lateral cilíndrica 31. A Figura 4a mostra a segunda válvula de liga/desliga 28 na posição aberta, a Figura 4b na posição de fechamento. A Figura 5 mostra em detalhe o atuador hidráulico 32 e o elemento de fechamento 30 da segunda válvula de liga/desliga 28.

[0034] As Figuras 6a e 6b mostram uma terceira válvula de liga/desliga 33 de outro HIPPS de acordo com a invenção. A terceira válvula de liga/desliga 33 em princípio assemelha-se à segunda válvula de liga/desliga 28, mas tem apenas um tamanho de flange de 6 polegadas. Outros HIPPS de acordo com a invenção podem naturalmente ter válvulas de liga/desliga com qualquer tamanho de flange entre estes dois valores extremos. A Figura 6a mostra a terceira válvula de liga/desliga 33 na posição aberta, a Figura 6b na posição de fechamento. A Figura 7 mostra em detalhe o atuador hidráulico 34 e o elemento de fechamento 35 da terceira válvula de liga/desliga 33:

[0035] Na terceira válvula de liga/desliga 33, um pistão 36 do atuador hidráulico 34 é fixo ao invólucro interno 37, e a linha hidráulica 38 é assim integrada à haste de pistão 39. Um tambor cilíndrico 40 - que forma um elemento de controle 41 - é móvel e aparafusado à parede lateral cilíndrica 42 do elemento de fechamento 35. A mola 43 é suportada entre a haste de êmbolo 39, e o elemento de fechamento 35.

[0036] A terceira válvula de liga/desliga 33 tem ainda um imã permanente 44 ligado ao elemento de fechamento 35 e duas cabeças de detecção 45 para detectar a posição do imã permanente 44 e, assim, o elemento de fechamento 35.

[0037] Os desenhos são simplificados e, especificamente, as vedações não são mostradas. Nas figuras são 1 HIPPS 2 válvula de liga/desliga 3 atuador hidráulico 4 unidade de suprimento hidráulica 5 reservatório de baixa pressão 6 reservatório de alta pressão 7 bomba 8 válvula de 3/2 9 linha hidráulica 10 invólucro 11 entrada 12 saída 13 conduto 14 elemento de fechamento 15 invólucro interno 16 parede lateral 17 assento 18 base orifício face traseira tambor do cilindro pistão elemento de controle haste de conexão face de controle tampa do cilindro mola válvula de liga/desliga base elemento de fechamento parede lateral atuador hidráulico válvula de liga/desliga atuador hidráulico elemento de fechamento pistão invólucro interno linha hidráulica haste do pistão tambor do cilindro elemento de controle parede lateral mola imã permanente cabeça de detecção

Claims

1. SISTEMA DE PROTEÇÃO DE PRESSÃO DE ALTA INTEGRIDADE (HIPPS 1) PARA UMA LINHA DE FLUIDO, sendo que o HIPPS (1) tem a. uma válvula de liga/desliga (2, 28, 33), com um invólucro (10), sendo que o invólucro (10) tem uma entrada (11) e uma saída (12), e um conduto (13) para a passagem de um fluido da entrada (1) para a saída (12), e com um elemento de fechamento (14, 30, 35), que é axialmente móvel em uma direção a partir da entrada (11) para a saída (12) a partir de uma posição aberta para uma posição de fechamento, sendo que na posição aberta o elemento de fechamento (14, 30, 35) abre o conduto (13) para permitir a passagem, e na posição de fechamento o elemento de fechamento (14, 30, 35) fecha o conduto (3) para inibir a passagem, e b. um atuador hidráulico (3, 32, 34), que tem um elemento de controle (23, 41) que está fixado cinematicamente ao elemento de fechamento (14, 30, 35), e c. uma unidade de fornecimento hidráulico comutável (4) que, em um estado ativo fornece uma face de controle (25) do elemento de controle (23, 41) com uma pressão de controle e, em um estado passivo libera a pressão de controle da face de controle (25), d. um sensor que mede uma pressão a jusante do fluido, a jusante da saída (12), e. e um solucionador lógico i. que compara a pressão a jusante a um valor crítico, ii. que comuta a unidade de suprimento hidráulica (4) para o estado ativo para permitir que o elemento de fechamento (14, 30, 35) se mova para ou permaneça na posição aberta, sempre que a pressão a jusante for inferior ao valor crítico, e iii. que comuta a unidade de suprimento hidráulica (4) para o estado passivo para permitir que o elemento de fechamento (14, 30, 35) permaneça na posição de fechamento, sempre que a pressão a jusante excede o valor crítico, caracterizado por uma face oposta do elemento de controle (23, 41), oposta à face de controle (25) ser exposta à pressão a jusante do fluido, de modo que a pressão a jusante do fluido empurra o elemento de fechamento (14, 30, 35) para a posição de fechamento.

2. HIPPS (1), de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo atuador ser disposto dentro do invólucro (10).

3. HIPPS (1), de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo conduto (13) circundar o atuador.

4. HIPPS (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo elemento de controle (23) ser um pistão (22) do atuador hidráulico (3, 32) .

5. HIPPS (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo elemento de controle (41) ser um tambor cilíndrico (40) do atuador hidráulico (3, 34) .

6. HIPPS (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por uma mola (27, 43) empurrar o elemento de fechamento (14, 30, 35) para uma posição de fechamento.

7. HIPPS (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por pelo menos um sensor ser para identificar uma posição do elemento de fechamento (14, 30, 35).

8. HIPPS (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo elemento de fechamento (14, 30, 35) ter um orifício (19), que dá passagem para o fluido a partir da saída (12) através do elemento de fechamento (14, 30, 35) para a face traseira (20) do elemento de controle (23, 41).

9. MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE PROTEÇÃO DE PRESSÃO DE ALTA INTEGRIDADE (HIPPS 1) EM UMA LINHA DE FLUIDO, o HIPPS (1) tendo uma válvula de liga/desliga (2, 28, 33), com um invólucro (10), sendo que o invólucro (10) tem uma entrada (11) e uma saída (12), e um conduto (13) para a passagem de um fluido da entrada (11) para a saída (12), e com um elemento de fechamento (14, 30, 35), que é axialmente móvel em uma direção a partir da entrada (11) para a saída (12) a partir de uma posição aberta para uma posição de fechamento, sendo que na posição aberta o elemento de fechamento (14, 30, 35) abre o conduto (13) para permitir a passagem, e na posição de fechamento o elemento de fechamento (14, 30, 35) fecha o conduto (13) para inibir a passagem, e tendo um atuador hidráulico (3, 32, 34) com um elemento de controle (23, 41) que é cinematicamente fixo ao elemento de fechamento (14, 30, 35), compreendendo as etapas de a. fornecer uma face de controle (25) do elemento de controle (23, 41) com uma pressão de controle, em um estado ativo, e liberar a pressão de controle da face de controle (25), em um estado passivo, b. medir uma pressão a jusante do fluido, a jusante da saída (12), c. comparar a pressão a jusante a um valor crítico, d. comutar o atuador hidráulico (3, 32, 34) para o estado ativo de modo a manter o elemento de fechamento (14, 30, 35) na posição aberta, sempre que a pressão a jusante for inferior ao valor crítico, e e. comutar o atuador hidráulico (3, 32, 34) para o estado passivo de modo a mover o elemento de fechamento (14, 30, 35) para ou manter o mesmo na posição de fechamento, sempre que a pressão a jusante exceder o valor crítico, caracterizado por expor uma face oposta do elemento de controle (23, 41), oposta à face de controle (25), à pressão a jusante, de modo que a pressão a jusante do fluido empurra o elemento de fechamento (14, 30, 35) para a posição de fechamento.