BR112017007165B1 - Processo para o curvamento de tubos por indução de uma tubulação resistente apressão contendo uma parede de grande espessura e grande diâmetro - Google Patents

Abstract

A invenção se refere a um processo para o curvamento de tubos por indução de uma tubulação resistente a pressão (1) contendo uma parede de grande espessura e um grande diâmetro. De acordo com o referido processo, em uma fase inicial t1, uma tangente inicial (3) da tubulação (1) é termicamente tratada passando a tangente inicial (3) através do indutor (20) sem a intervenção da fixação do curvamento (31). No final da tangente inicial (3), o avanço da tubulação é interrompido em um tempo t2, e o indutor (20) é movido ao longo da tubulação (1) contrário ao da direção de avanço enquanto a fixação do curvamento (31) é fechada na tubulação (1). Para induzir o processo de curvamento em uma fase t3, a velocidade de movimento do indutor (20) é reduzida a zero, e o último é movido para sua posição de curvamento; ao mesmo tempo, o avanço da tubulação (1) é iniciado. Em uma fase t4, é produzida uma curvatura da tubulação (4) a uma velocidade de avanço de processo constante da tubulação (1). Em uma fase t5, a velocidade de avanço da tubulação (1) é reduzida e o indutor (20) é acelerado contra a direção de avanço enquanto a fixação do curvamento (31) é aberta. Em uma fase t6, uma tangente final (5) é aquecida por (...).

Description

[001] A invenção se refere a um processo para o curvamento de tubos por indução de uma tubulação resistente a pressão contendo uma parede de grande espessura e grande diâmetro, particularmente em uma tubulação para uma central elétrica e tubulação, com as características do preâmbulo da reivindicação 1.

[002] Para o transporte de meios líquidos e gasosos sob pressão são necessárias tubulações de aço que possuam uma grande espessura de parede para resistir aos estresses. Tais exigências se referem, por exemplo, ao transporte de vapor quente em centrais elétricas, onde são necessárias curvaturas de tubulações, para adaptar as tubulações às condições estruturais, ou para o transporte de óleo cru em pipelines por longas distâncias onde, em geral, são empregados em intervalos regulares os denominados arcos lira de compensação, para compensar modificações de comprimento termicamente induzidas (dilatações térmicas). Para permitir uma alta vazão, é necessária uma elevada seção transversal, e consequentemente um elevado diâmetro tubular externo. Tubos, aos quais a presente invenção se refere, possuem normalmente um diâmetro nominal maior do que 300 mm e uma proporção de diâmetro para espessura de parede de 10 :1 até 100 :1, tipicamente de 20: 1 até 70: 1.

[003] Um tal processo de curvamento de tubos por indução é conhecido há muito tempo, por exemplo da DE 2513561 A1, e tem sido continuamente aperfeiçoado para, apesar da enorme dimensão, poder produzir curvamentos de tubos muito maciços. A deformação destes tipos de tubos maciços é conseguida apenas por um aquecimento por indução de uma zona anelar estreita, até uma temperatura de deformação acima de 850o C. Na zona afetada pelo calor, resultam mudanças estruturais no material, o qual se trata frequentemente de um aço de grão fino. Para homogeneizar a microestrutura após a deformação a quente, e com isso aperfeiçoar as propriedades mecânicas do aço, o arco do tubo é frequentemente tratado posteriormente a uma temperatura de aproximadamente 600°C. As peças tubulares retas que se conectam antes e depois do arco tubular, e que também são denominadas tangentes, são igualmente influenciadas pelo tratamento térmico posterior. Já que elas não foram anteriormente aquecidas no decorrer do processo de deformação a temperaturas elevadas e sua estrutura, portanto foi mantida não modificada, o tratamento térmico subsequente nessas peças tem um efeito negativo; elas se tornam quebradiças. Essas peças devem, portanto, ser separadas e o arco tubular produzido por curvamento por indução deve ser soldado em novas tangentes.

[004] Isto é desvantajoso devido à alta carga de trabalho, especialmente quando diversos curvamentos são realizados, também em diferentes direções, sucessivamente na mesma peça tubular, como é possibilitado pelo dispositivo descrito na DE 10 2010 020 360 A1. A simplificação alcançada e aceleração da construção das tubulações através da produção de uma estrutura tubular tridimensional em uma operação única é anulada quando a peça tangente reta tem que ser substituída porque, para atingir um determinado valor de resistência, é necessário um pós-tratamento térmico da peça tubular. Evitar isto, só é possível com o uso de tubos de aços altamente rígidos e/ou com maiores espessuras de parede, para que após o pós-tratamento térmico nas tangentes, os valores das resistências mínimas mecânicas requisitadas mantenham a estrutura total. Esse modo, porém, é igualmente desvantajoso devido ao preço extremamente elevado da matéria-prima.

[005] O objeto da presente invenção consiste em aperfeiçoar o processo da técnica supracitada, tal que sejam evitadas as influências negativas do processo de deformação sobre os valores de resistência do material nas tangentes aos arcos dos tubos.

[006] Para a solução, a invenção fornece o processo com as características da reivindicação 1.

[007] A abordagem de acordo com a invenção se baseia em submeter as tangentes, antes e após a curvatura, a um tratamento térmico exatamente igual àquele que as porções de tubo na curvatura do tubo devem experimentar durante a deformação, portanto conduzir as tangentes com a mesma velocidade de passagem através do dispositivo de indução como a seção do tubo a ser curvado, e aqui, além do mais, empregar a mesma temperatura no dispositivo de indução, bem como empregar subsequentemente também os mesmos parâmetros de resfriamento. A diferença na passagem das tangentes consiste, portanto, apenas no fato de que o tubo, durante o tratamento das tangentes, não é tracionado na fixação do curvamento e, portanto, nenhuma força contrária atua durante o avanço.

[008] A única braçadeira da extremidade posterior do tubo sem um outro suporte possibilita operar independentemente da tração da extremidade anterior na fixação do curvamento, e possibilita, além do mais, operar o indutor sem impedimento de dispositivos de suporte ao longo da parede do tubo na direção da extremidade posterior.

[009] A solução de acordo com a invenção prevê um ajuste exato dos movimentos da unidade de avanço e do indutor, que são executados e monitorados por uma unidade de controle. Essas etapas são a seguir minuciosamente esclarecidas por meio dos desenhos. As figuras mostram em detalhes:

[010] Fig. 1 um dispositivo de curvamento de tubo por indução em uma vista esquemática;

[011] Fig. 2a - 2d respectivamente o dispositivo de curvamento de tubo por indução em diversas posições durante a execução do processo; e

[012] Fig. 3, 4 cada qual um fluxograma, no qual velocidades de movimento são plotadas ao longo do deslocamento.

[013] A Figura 1 mostra um dispositivo de curvamento de tubo por indução 100, que compreende um leito de máquina estacionário 10, sobre o qual está disposto um dispositivo de fixação 11 para um tubo 1. O dispositivo de fixação 11 segura o tubo 1 na sua extremidade posterior e o tensiona firmemente. Além disso, o dispositivo de fixação 11, é deslocável na direção de um eixo médio do tubo 2, que ao mesmo tempo indica a direção de avanço, relativa ao leito da máquina 10. O avanço ocorre por meio de uma unidade hidráulica 12.

[014] Um dispositivo de indução compreende um indutor 20 na forma anelar, que é posicionado com o seu centro na região do eixo central do tubo. De acordo com a invenção é previsto um dispositivo de ajuste linear 21, para o indutor 20 poder prosseguir em relação ao leito da máquina 10.

[015] Um braço de curvatura 30 é pivotavelmente montado em um eixo de curvatura 32 vertical, sendo que a distância do eixo de curvatura 32 pode ser ajustada perpendicularmente ao eixo central do tubo 2, para especificar o raio de curvatura desejado. No braço de curvatura 30 está disposta uma fixação de curvamento 31, com a qual o tubo 1 pode ser fixado por garras e por aperto.

[016] Relativamente próximo ao indutor 20 e à zona afetada por calor é disposto um dispositivo de resfriamento 40, com o qual é efetuado um resfriamento da temperatura da superfície, por exemplo com água, desde que o correspondente corte longitudinal tenha saído da zona de deformação.

[017] Para realização do processo de acordo com a invenção são previstos sensores para o registro do deslocamento e velocidade do tubo 1, assim como do anel indutor 20, bem como dos módulos de controle em uma unidade de controle, com os quais os deslocamentos e velocidade, assim como ativação e desativação da unidade indutora, são colocados nas correlações previstas de acordo com a invenção.

[018] Nas Figuras 2a até 2d são ilustrados diferentes estágios durante a execução do processo. A Figura 3 mostra os tempos ou fases t1 até t6 correspondentes às ilustrações 2a até 2d em um diagrama, no qual o gráfico superior mostra a velocidade do dispositivo de avanço ou o avanço longitudinal vR da tubulação 1 no trajeto, e o gráfico inferior mostra a velocidade de percurso vi do indutor durante o trajeto. Valores de velocidade positivos correspondem a um movimento na direção do avanço; valores negativos caracterizam um movimento contrário.

[019] No momento inicial representado na Fig. 2a, a extremidade anterior do tubo é empurrada para o anel indutor 20, que se encontra em sua posição de partida axial. Diferentemente do curvamento por indução do estado da arte, a extremidade anterior do tubo que mais tarde também forma, no arco do tubo deformado, a tangente anterior 3, ainda não é fixada na fixação do curvamento 31.

[020] O dispositivo de indução 20 e o dispositivo de resfriamento são acionados e o avanço axial da tubulação 1 ocorre em uma primeira fase (ver Fig. 3) com uma velocidade de avanço de tubo constante vR. Essa é de tipicamente 3 mm - 200 mm por minuto. Aqui a tangente 3 na tubulação 1 é tratada a quente da mesma forma que na deformação subsequente sem que, entretanto, ocorra de fato uma deformação. Essa fase é designada de t1 no diagrama tempo-velocidade na Figura 3. Como pode ser visto, não há nenhuma velocidade de passagem vi do indutor 20; este é, portanto, estacionário.

[021] Para então iniciar o processo de curvamento, a fixação do curvamento 31 no braço de curvatura 30 deve fixar por garras e por aperto o tubo 1, de modo que as forças que levam ao curvamento possam ser conduzidas. Todavia, a condução da fixação do curvamento 31 e a aplicação das forças de aperto requerem um certo período de tempo. Durante a condução, porém, deve ser evitado um movimento relativo entre a fixação do curvamento 31 e o tubo 1. O braço de curvamento 30 com sua fixação de curvamento 31, porém, por outro lado também podem ser movimentados por sua fixação de curvamento 31 de modo não paralelo ao avanço do tubo 1, porque o gasto de construção para um tal deslocamento longitudinal do braço de suporte do braço de curvatura 30 seria muito elevado e porque assim, além do mais, a distância entre a fixação do curvamento 31 e a zona de aquecimento no anel de indução 20 se alterariam.

[022] Portanto, de acordo com a invenção, em um curto período t2 (comparar com a Fig. 3) é prevista a interrupção do movimento relativo entre o tubo 1 e a fixação de curvamento 31, devido ao fato de o avanço do tubo ter sido interrompido, sendo portanto a velocidade de avanço do tubo vR = 0, e ao mesmo tempo o avanço do tubo 1 relativo ao indutor 20 ser mantido, pelo fato deste ser movimentado com uma velocidade de passagem vi no sentido contrário à direção de avanço e com a mesma velocidade vR que a do avanço tubular. Desde que seja necessária uma desaceleração linear, gradual do avanço tubular mecânico, inicia-se ao mesmo tempo o movimento de recuo do indutor 20, de modo que a velocidade relativa seja sempre constante, o que pode ser visto nos mesmos espaços de tempo dos dois gráficos para vR e vi na Figura 3.

[023] Com a parada do tubo 1, a fixação da curvatura 31 pode ser conduzida como mostrado na Figura 2b. Enquanto isso, o indutor 20 continua o seu movimento de recuo com uma velocidade de processo constante vi. Desde que a fixação do curvamento 31 tenha fixado o tubo 1, a velocidade do indutor vi na fase t3 volta para zero e ao mesmo tempo a velocidade de avanço tubular vR do tubo 1 aumenta linearmente. A diferença de velocidade Δv = VR- vi é sempre a mesma, de modo que a velocidade de passagem de cada seção longitudinal diferencial no tubo 1 é igual à do indutor 20 e assim ocorre sempre a mesma alimentação de energia do indutor no revestimento tubular. O indutor 20 durante a fase t3 recua para sua posição de partida, que corresponde à posição de trabalho para a etapa de encurvamento.

[024] Se um arco tubular tem que ser produzido, então o local inicial do curvamento se encontra no final da fase t3, em qualquer lugar ao longo do eixo longitudinal 2 do tubo 1. Contrariamente, as operações anteriormente descritas em t1, t2 e t3 devem ser iniciadas com um avanço precisamente calculado para que uma determinada posição axial da curvatura seja alcançada, quando a curvatura é iniciada.

[025] Durante a fase t4 ocorrem os curvamentos por indução propriamente conhecidos para produção de um arco tubular 4, com uma velocidade de avanço tubular constante vR e indutor estacionário 20, conforme mostrado na Figura 2c.

[026] Para que, após a produção do arco tubular 4, também uma tangente 5 posterior ao tubo 1 seja submetida ao mesmo tratamento térmico que as demais seções longitudinais no tubo 1, os movimentos do tubo 1 e do indutor 20 ocorrem de forma oposta ao procedimento de partida acima descrito.

[027] Imediatamente antes de atingir o comprimento pretendido do arco, o avanço tubular com a velocidade vR na fase t5 é pouco a pouco freiado, e concomitantemente é iniciado o movimento contrário do indutor 20, e a uma tal velocidade de passagem vi, que o movimento relativo entre o tubo 1 e o indutor 20 permanece constante. Com isso, o tempo de residência de cada seção longitudinal do tubo 1 permanece constante na zona de influência térmica em movimento. Quando o tubo 1 para, a fixação do curvamento 31 pode ser aberta. Assim, o tubo 1 fica agora totalmente desimpedido pelo braço de curvatura 30.

[028] Para tratar então apenas uma pequena parte final da tangente 5 no tubo 1, o indutor 20 pode ser movido facilmente na fase t6 com velocidade constante vi até a sua posição final voltada para o leito 10 da máquina, ver figura 2d. Lá o indutor 20 é parado e o dispositivo de indução é desligado. O pedaço final termicamente não tratado no tubo 1 é marcado e diretamente separado, no mais tardar, porém, após o tratamento térmico do arco tubular 3 com suas seções finais de tangentes 3, 4.

[029] Para obter uma tangente 5 mais comprida, particularmente uma tangente 5, na qual imediatamente em seguida se segue um outro curvamento tubular, o processo pode ser continuado, como pode ser visto nos outros fluxogramas segundo a Figura 4. Além disso na fase t7, da mesma maneira que na fase t3, o avanço longitudinal do tubo 1 é pouco a pouco absorvido e o indutor 20 é reconduzido para sua posição de partida. Então na fase t8, sob velocidade constante de avanço tubular vR o tratamento térmico da tangente 5 pode ser continuado por tanto tempo quanto for requisitado, para obter um comprimento suficientemente longo da tangente 5 termicamente tratado. A fixação do curvamento 31 nesta fase não está envolvida. A fase t8 corresponde assim à fase t1.

Claims (5)

1. Processo para curvamento por indução de um tubo (1) resistente a pressão contendo uma parede de grande espessura e grande diâmetro, particularmente em uma tubulação de usina elétrica e tubulação, com pelo menos as seguintes etapas - suporte do tubo (1) não transformado sobre a fundação de máquina (10) - avanço do tubo (1) através de um indutor (20) na forma anelar com uma unidade de indução elétrica e com uma velocidade de avanço tubular vR; - engate da seção tubular (3) anterior em uma fixação do curvamento (31), que é suportada em um braço de curvatura (30), que é pivotável em torno de um eixo rotativo vertical (32) disposto de um lado do tubo (1). - alimentação de corrente ao dispositivo de indução para aquecimento de uma seção do tubo situada no interior do indutor (20); - deflexão do braço de curvatura (30) através do avanço longitudinal do tubo (1) até a finalização de um arco tubular (4); caracterizado pelo fato de que, - o tubo (1) com sua extremidade posterior é fixado em um dispositivo de fixação (11), que é montado na direção de um eixo longitudinal tubular (2) de modo articulável - em uma fase inicial t1, uma tangente inicial (3) do tubo (1) é tratada termicamente, sendo que a tangente inicial (3) sem intervenção da fixação do curvamento (31) é movida pelo indutor (20); que no final da tangente inicial (3) no tempo t2 o avanço tubular é parado e o indutor (2) é movimentado contra a direção de avanço ao longo do tubo (1), enquanto a fixação da curvatura (31) no tubo (1) é fechada; - para introdução da curvatura do tubo (1) em uma fase t3 uma velocidade de passagem vi do indutor (2) é reduzida até zero e essa é movimentada em sua posição de curvatura e que ao mesmo tempo o avanço do tubo (1) ocorre até atingir uma velocidade de processo de avanço tubular vR; - em uma fase t4 com velocidade de avanço tubular vr constante do tubo (1) é preparado um arco tubular (4), - em uma fase t5 a velocidade de avanço tubular vR é reduzida e o indutor (20) é acelerado contra a direção do avanço, sendo que a fixação da curvatura (31) é aberta; - em uma fase t6 uma tangente final (5) é aquecida por um outro avanço do indutor na direção contrária.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o indutor (20) é movido de uma posição inicial que, visto da direção do avanço, situa-se na frente de uma posição de curvatura.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o indutor (20) antes do início da fase t1 é movido em uma direção de avanço para trás para sua posição de partida.

4. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o indutor (20) durante a fase t1 visto de uma posição de recuo é movido para sua posição de partida, sendo que a velocidade de avanço tubular vR é aumentada em torno da velocidade do processo vi do indutor (20).

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a velocidade relativa é constante como diferença entre a velocidade de avanço tubular vR e a velocidade do processo vl do indutor (20) nas fases t1 até t6.

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