BR112019005385B1 - Sensor, sistema e método para monitorar integridade de proteção catódica em tempo real - Google Patents

Abstract

Um sensor (4) para monitorar níveis de proteção catódica (CP), isto é, potencial de proteção catódica e capacidade de corrente, o sensor sendo disposto para realizar medições de corrente galvânica e potencial polarizado entre, por um lado, um objeto de referência e, por outro lado, um de: i) um anodo de sacrifício (2) e ii) um componente protegido (1). O sensor compreende um eletrodo de referência (5) em contato elétrico e eletroquímico com um elemento de detecção de metal (6) que tem uma área de superfície definida (6') exposta a um eletrólito, o elemento de detecção eletricamente acoplado a um do anodo de sacrifício (2) ou do componente protegido (1) através de um resistor (15) e um comutador (12).

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere a um sensor para monitorar níveis de proteção catódica, isto é, potencial de proteção catódica e capacidade ou densidade de corrente, em equipamento subaquático submerso, em que a proteção catódica compreende o fornecimento de corrente catódica para componentes protegidos do equipamento subaquático. A invenção também se refere a implementações em sistemas e métodos para monitoramento e controle em tempo real de níveis de proteção catódica, todos baseados no novo sensor.

ANTECEDENTES E TÉCNICA ANTERIOR

[0002] Em proteção catódica (CP), brevemente, a corrosão é localizada em um elemento substituível de potencial galvânico mais baixo, que é disposto em contato galvânico com um dispositivo protegido de potencial de circuito aberto mais alto na série galvânica. No ambiente submarino, a água do mar é o eletrólito que fornece contato eletroquímico entre o elemento sacrificial e o dispositivo protegido. Uma conexão eletricamente condutiva fecha o circuito entre o elemento sacrificado, formando o anodo, e o dispositivo protegido que forma o catodo da célula galvânica.

[0003] Anodos de sacrifício substituíveis são comumente conhecidos e amplamente usados em estruturas submarinas, equipamentos offshore semissubmersos e na indústria naval.

[0004] Além dos anodos substituíveis, anodos de sacrifício podem ser dispostos como camadas depositadas na superfície de um componente protegido. Anodos de sacrifício distribuídos (DSA) podem ser dispostos para cobrir toda a superfície que é exposta à água do mar, ou concentrados em partes do componente protegido para fornecer proteção catódica de sacrifício tanto externa quanto interna. Na descrição que se segue da invenção em questão, a expressão ânodo de sacrifício será entendida como incluindo tanto os anodos substituíveis quanto as camadas de anodos distribuídos, tal como as modalidades de DSA divulgadas no pedido de patente norueguês do requerente n. ° 20160374 a totalidade do qual é aqui incluída por referência.

[0005] Para proteção de estruturas maiores submersas em água do mar, tal como equipamentos de produção usados em campos de hidrocarbonetos submarinos, por exemplo, os anodos de sacrifício podem não ser capazes de fornecer corrente suficiente para proteção. Nesses casos, uma fonte de corrente externa pode ser aplicada para manter uma saída de corrente ideal e o potencial necessário entre um componente protegido e a água do mar. Nestes sistemas de proteção catódica de corrente impressa (ICCP), a fonte de corrente é tipicamente uma fonte de energia CC cujo terminal negativo é conectado ao componente protegido, ao passo que o terminal positivo é conectado ao anodo. A fonte de energia CC pode ser disposta como um transformador e conversor CA/CC conectado a uma fonte de CA.

[0006] Em aplicações submarinas, a corrente fornecida ao sistema de corrente impressa é tipicamente regulada a partir de um controle de lado superior disposto em uma embarcação de superfície, sonda de superfície ou instalação em terra.

[0007] A eficácia de um sistema de proteção catódica depende principalmente da quantidade de material de sacrifício corroível que permanece no anodo. O estado do sistema de proteção catódica pode ser monitorado medindo o potencial polarizado do componente protegido. Neste contexto, o potencial “polarizado” se refere a uma mudança em potencial do potencial de circuito aberto de um sistema de corrosão. Se o potencial for mudado na direção positiva (+), o sistema está sujeito à polarização anódica. Se o potencial for mudado para direção negativa (-), o sistema está em uma condição de polarização catódica. As medições de potencial são feitas usando um eletrodo de referência de potencial de eletrodo bem conhecido. Um eletrodo de referência frequentemente usado é o eletrodo de cloreto de prata (Ag/AgCl). De acordo com padrões recentes (DNV-RP-B401), a proteção catódica efetiva de componentes submarinos requer um potencial de -0,8 V versus o eletrodo de Ag/AgCl na água do mar.

[0008] US 8.154.296 B2 divulga um método e sistema organizados para permitir monitoramento de condição e diagnóstico de potencial de proteção catódica em equipamentos submersos, sem a necessidade de intervenção submarina por ROV (veículo operado remotamente) conforme convencionalmente exigido. Primeiro e segundo eletrodos são empregados em pares para medir o potencial polarizado de um item protegido na água do mar: o primeiro eletrodo é eletricamente conectado ao item que recebe proteção catódica, enquanto o segundo eletrodo é disposto em contato com a água próxima ao item. O potencial medido é alimentado a um transdutor que converte o potencial em um sinal que é compatível com o protocolo de comunicação empregado por um meio de processamento submarino. O sinal é transmitido para uma instalação de superior ou estação de controle mestre (MCS) através do módulo eletrônico submarino (SEM) para processamento adicional e, se necessário, para a regulação da corrente catódica da MCS.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0009] É um objetivo geral da presente invenção proporcionar uma alternativa aos sistemas e métodos existentes para monitorar o estado da proteção catódica em equipamento subaquático.

[00010] É um objetivo adicional da presente invenção fornecer um sistema e um método para monitorar níveis de proteção catódica e controlar corrente catódica fornecida aos componentes do equipamento subaquático.

[00011] É ainda um objetivo adicional da presente invenção proporcionar um sistema distribuído adequado para monitoramento e controle em tempo real de proteção catódica em equipamento subaquático.

[00012] É um objetivo da presente invenção proporcionar um sensor disposto para monitorar o potencial de proteção catódica e a capacidade de corrente num sistema de proteção catódica.

[00013] É outro objetivo da presente invenção fornecer um sensor adequado para distribuição dentro do sistema de controle de processo de um processo de produção submarina.

[00014] Pelo menos um destes objetos é atendido em um sensor sendo disposto para realizar medições de corrente galvânica e potencial polarizado entre, por um lado, um objeto de referência e, por outro lado, um de: i) um anodo de sacrifício e ii) um componente protegido, em que o sensor compreende um eletrodo de referência em contato elétrico e eletroquímico com um elemento de detecção de metal que tem uma área de superfície definida exposta a um eletrólito, tal como água, o elemento de detecção acoplado eletricamente a um do anodo de sacrifício ou do componente protegido através de um resistor e um comutador.

[00015] Em uma modalidade preferida e vantajosa, o sensor é uma estrutura integral compreendendo o eletrodo de referência e o elemento de detecção embutido num corpo de material não condutivo, que também pode ser resistente à pressão para suportar a pressão estática a grandes profundidades do mar. O material de embutimento pode ser um poliéster termoendurecível, tal como epóxi, polioxibenzilmetilenglicolanidrido (Baquelite) ou outro polímero ou cerâmica não condutiva. Uma casca externa durável pode ser disposta para proteger o corpo de impacto externo. O eletrodo de referência pode ser disposto na forma de uma haste ou fio se estendendo através do centro de um elemento de detecção formado como um anel ou um tubo. O eletrodo de referência e o elemento de detecção são montados alinhados ao corpo do material de embutimento e ambos são expostos ao eletrólito. O eletrodo de referência pode ser um fio de prata (Ag) com uma camada de superfície de cloreto de prata (AgCl), um fio de zinco (Zn), platina (Pt) ou índio (In) ou um fio de cobre (Cu) com uma camada de sulfato de cobre (CUSO4).

[00016] Um terminal de entrada no sensor fornece conexão eletricamente condutiva entre o elemento de detecção e o componente protegido (ou o anodo de sacrifício, se apropriado), a conexão ajustando os dois no mesmo potencial de voltagem em relação ao eletrólito. A corrente é conduzida através de um resistor e um comutador LIG/DESL. A fiação interna no corpo integral comunica potenciais polarizados a um terminal de saída, por um lado, do elemento de detecção e do eletrodo de referência e, por outro lado, de cada lado do resistor incluído na conexão de entrada. A resistência do resistor pode estar na faixa de 1 a 100 Ohm.

[00017] Um terminal de saída no sensor é assim disposto para distribuir uma primeira voltagem de saída (V1) indicativa do potencial polarizado entre o elemento de detecção e o eletrodo de referência e uma segunda voltagem de saída (V2) que é indicativa da corrente galvânica fluindo para o elemento de detecção de um do anodo de sacrifício ou do componente protegido.

[00018] A corrente catódica e o potencial necessário para proteger o componente podem, então, ser determinados em cálculos com base nos valores de sensor de corrente galvânica e potencial entre a superfície de detecção, isto é, o plano extremo do tubo, de área conhecida, e o componente protegido ou o anodo. Isto, por sua vez, reflete o estado do anodo de sacrifício ou da camada de anodo.

[00019] O elemento de detecção é feito de uma liga resistente à corrosão (CRA) e, assim, é resistente à corrosão em ambientes de água do mar, preferencialmente um de paládio (Pd), platina (Pt), ouro (Au), prata (Ag), titânio (Ti), ligas à base de Cu, ou aço inoxidável com resistência a pitting equivalente (PRE) acima de 40. A escolha da CRA assegura longa vida útil para o elemento de detecção e permite monitoramento em tempo real usando uma rede distribuída de sensores permanentemente instalados.

[00020] A área exposta do elemento de detecção pode variar de cerca de 1 a 15 cm2 de tamanho, tornando todo o sensor de um tamanho global modesto que requer apenas um mínimo de espaço de instalação e oferece grande liberdade de escolha na localização de sensores nos componentes submarinos.

[00021] A fim de evitar depósitos (tal como depósitos calcários, por exemplo) na área exposta do elemento de detecção que poderiam alterar a resposta de corrente e potencial do sensor, o comutador na conexão condutiva com o elemento de detecção é controlado entre as posições liga e desliga; ciclando o potencial e a alimentação de corrente para o elemento de detecção. O elemento de detecção também pode ser revestido para evitar os depósitos acima mencionados.

[00022] O sensor, substancialmente como descrito até agora, oferece uma chave para um sistema de monitoramento em tempo real de níveis de proteção catódica através de uma rede de sensores, permanentemente instalados e distribuídos dentro do equipamento submerso.

[00023] O diagnóstico de alta resolução da proteção catódica e do estado do anodo fornecido pela rede distribuída de sensores de distribuição em tempo real é um pré-requisito para um controle diferenciado de corrente catódica para componentes individuais do equipamento subaquático, conforme será explicado abaixo.

[00024] Mais particularmente, a fim de atender pelo menos um dos objetos acima declarados, a presente invenção divulga um sistema para monitoramento em tempo real e controle diferenciado de níveis de proteção catódica (CP), isto é, potencial de proteção catódica e capacidade de corrente, em equipamento subaquático cuja operação é controlada através de um sistema de controle de produção submarino (PCS), em que a proteção catódica compreende meios para fornecer corrente catódica a componentes protegidos do equipamento subaquático, o sistema compreendendo: uma rede distribuída de sensores instalados no equipamento subaquático, os sensores dispostos para realizar medições de corrente galvânica e potencial polarizado entre, por um lado, um objeto de referência e, por outro lado, um de: i) um anodo de sacrifício e ii) um componente protegido do equipamento subaquático; uma unidade de controle de proteção catódica submarina, eletrônica (CPC) compreendendo uma pluralidade de terminais de entrada e um processador configurado para receber e processar individualmente sinais de sensor indicativos de mudanças nos níveis de proteção catódica, em que a unidade CPC usa o PCS para comunicação, em que a unidade CPC está em contato comunicativo com os meios de alimentação de corrente catódica e configurado para iniciar comandos de controle de corrente discretos para regular a corrente catódica fornecida a componentes individuais ou grupos de componentes do equipamento subaquático em resposta a níveis de proteção catódica detectados.

[00025] Este sistema oferece vários benefícios, tal como: nenhuma intervenção de ROV necessária mapeamento espacial de corrente e potencial aviso precoce integração com outros sensores e interfaces de software Internet das Coisas consumo de energia adaptado às necessidades detectadas corrosão de anodo controlada sensores autoalimentados (acionados pela corrente catódica fornecida) cabos e fiação compartilhados com o PCS resposta rápida possível através de regulação automática da alimentação de corrente catódica. O sistema como delineado acima oferece grandes possibilidades de integração com o PCS. Em uma implementação preferida, a integração de sistema prevê que os sensores se comuniquem com a unidade CPC através de uma rede de cabos distribuída convencional do PCS.

[00026] A integração vantajosamente prevê que a unidade CPC é subordinada ao módulo eletrônico submarino SEM, que é uma parte do PCS e em contato comunicativo com o controle mestre superior através de um umbilical.

[00027] O processamento de sinal na unidade CPC pode incluir uma etapa inicial de pré-condicionamento e amplificação antes de os sinais serem transferidos para um conversor analógico-digital de múltiplos canais. Os sinais convertidos são tratados num microprocessador que faz iterações seguindo uma instrução programada e converte os resultados num formato que é adequado para transmissão no barramento de dados SEM, através de um transceptor na unidade CPC.

[00028] A integração com o PCS como divulgado oferece a possibilidade de fazer diagnóstico de CP em paralelo com base em medições de um grande número de sensores distribuídos. Por exemplo, os sensores podem ser dispostos em grupos de, digamos, dez sensores, em que os sensores do mesmo grupo compartilham um caminho de sinal no CPC através de um nó que é também um comutador que seleciona sequencialmente dentre os sensores deste grupo. O processador CPC pode ser dimensionado para processar dez sinais de sensor em paralelo, um selecionado de cada grupo de dez sensores em um conjunto de dez grupos. Nesta modalidade, as medições de um total de cem sensores podem ser sequencialmente tratadas num processo contínuo.

[00029] O resultado do processamento de sinal no CPC pode ser comunicado ao controle mestre superior para processamento adicional. O processamento adicional inclui tipicamente geração de comandos de controle de corrente para regulação de corrente catódica fornecida em resposta a níveis de proteção catódica detectados.

[00030] Comandos de controle de corrente, quando gerados na unidade CPC, podem alternativamente ser comunicados diretamente aos meios de alimentação de corrente catódica, sem serem roteados através do controle mestre superior. Em ambos os casos, os comandos de controle de corrente são iniciados a partir do CPC, com base no processamento de sinal feito no microprocessador CPC. Em uma modalidade preferida do sistema, o meio de alimentação de corrente é uma unidade transformadora-retificadora alimentada com CA localizada submarina, acoplada aos componentes submarinos através de um conjunto de comutadores de microcontrolador para fornecer corrente contínua seletivamente aos componentes submarinos. Os sensores são vantajosamente alimentados pela corrente catódica fornecida ao sistema CP.

[00031] O sistema substancialmente como aqui descrito até agora, baseado no uso de um sensor substancialmente de acordo com a descrição acima, permite a implementação de um método para monitoramento em tempo real e controle diferenciado de níveis de proteção catódica (CP), isto é, potencial de proteção catódica e capacidade de corrente, em equipamento subaquático cuja operação é controlada por um PCS submarino, em que a proteção catódica compreende meios para fornecer corrente catódica a componentes protegidos do equipamento subaquático, o método compreendendo: dispor uma rede de sensores distribuídos configurada para geração de saídas de voltagem indicativas de mudanças em corrente galvânica e potencial polarizado entre, por um lado, um objeto de referência e, por outro lado, um de: i) um anodo de sacrifício e ii) um componente protegido do equipamento subaquático, comunicar as saídas de sensor através do PCS a uma unidade de controle de proteção catódica (CPC), e gerar na unidade CPC comandos de controle de corrente discretos para regular a corrente catódica fornecida a componentes individuais ou grupos de componentes do equipamento subaquático em resposta aos níveis de CP detectados.

[00032] Modalidades do método podem incluir algumas ou várias das seguintes características adicionais: operação dos sensores em energia fornecida pelos meios de alimentação de corrente catódica; ciclar a alimentação de corrente aos sensores para evitar depósitos na área de detecção; regular os níveis de proteção catódica individualmente para componentes protegidos do equipamento subaquático através de um operador de superfície ou, opcionalmente, da unidade de CPC diretamente, sem envolvimento do operador de superfície; determinar o estado da proteção catódica (CP) comparando as mudanças detectadas na corrente galvânica e o potencial polarizado com os níveis correspondentes de um sistema de proteção catódica em equilíbrio, em que desvios dos níveis do sistema balanceado são classificados em categorias de CP adequada, CP subótima e CP inadequada.

CURTA DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00033] Modalidades da invenção serão descritas abaixo com referências feitas aos desenhos anexos. Nos desenhos,

[00034] Fig. 1 é um diagrama mostrando a configuração de um sensor em um sistema de monitoramento de proteção catódica (CP),

[00035] Fig. 2 é uma vista de extremidade do sensor,

[00036] Fig. 3 é uma seção longitudinal através do sensor da Fig. 2,

[00037] Fig. 4 é uma visão geral de um sistema integrado de monitoramento de CP,

[00038] Fig. 5 é um diagrama mostrando uma interface entre os sistemas de monitoramento de CP e controle de produção (PCS),

[00039] Fig. 6 é um diagrama ilustrando a estrutura em árvore dos caminhos de sinal num sistema de monitoramento de CP que está subordinado ao módulo eletrônico submarino (SEM) de um sistema PCS.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS

[00040] Modalidades da invenção são ilustradas esquematicamente nos desenhos.

[00041] Com referência à Fig. 1, um componente 1 a ser protegido é conectado eletricamente a um anodo de sacrifício 2 através de uma conexão 3. O anodo de sacrifício 2 e o componente submarino 1 constituem o anodo e o catodo respectivamente de um sistema de proteção catódica.

[00042] Um sensor 4 compreende um eletrodo de referência 5 e um elemento de detecção 6. O eletrodo de referência 5 e o elemento de detecção 6 estão em contato elétrico através de um fio 7. Quando em uso, o eletrodo de referência 5 e o elemento de detecção 6 são submersos em água ou outra forma de eletrólito, o eletrodo de referência 5 e o elemento de detecção 6 estão assim também em contato eletroquímico, conforme esquematicamente simbolizado pelo número de referência 8.

[00043] Um primeiro voltímetro 9 é disposto para detectar o potencial polarizado entre o eletrodo de referência 5 e o elemento de detecção 6. A saída do primeiro voltímetro 9 é transmitida para um terminal de saída 10 no sensor.

[00044] O elemento sensor 6 é eletricamente conectado ao componente protegido 1 através de uma conexão 11. Um comutador LIG/DESL 12 é disposto nesta conexão 11 para fechar e abrir, isto é, para alimentar e não alimentar corrente elétrica do componente 1 para o elemento de detecção 6. Um segundo voltímetro 13 está disposto em um circuito de fio 14 que se conecta à conexão elétrica 11 em qualquer lado de um resistor de 1 a 100 ohm 15. A saída do segundo voltímetro 13 é transmitida para um terminal de saída 16 no sensor.

[00045] Uma modalidade do sensor 4 é ilustrada esquematicamente nas Figs. 2 e 3. A modalidade das Figs. 2 e 3 é organizada como uma unidade integral. Mais precisamente, os elementos do sensor, incluindo o eletrodo de referência 5, o elemento de detecção 6, o primeiro e o segundo voltímetros 9 e 13, o resistor 15, o comutador 12 e a fiação associada estão embutidos num corpo 17 de material não condutivo e resistente a pressão. O corpo 17 pode ser inserido e protegido dentro de uma casca externa 18 feita de material não corrosivo e durável. Nesta modalidade, o eletrodo de referência 5 é um fio que se estende através da região central de um elemento de detecção 6 na forma de um tubo. As extremidades 5' e 6' do eletrodo de referência 5 e do elemento de detecção 6, respectivamente, estão descobertas e expostas ao eletrólito (tal como água) em uma extremidade do sensor (as extremidades nuas 5', 6' são visíveis na Fig. 2). Os terminais de saída 10 e 16, bem como uma entrada de controle 19 para o comutador 12, se projetam da outra extremidade do sensor. Uma placa de contato 20 é disposta para alimentar corrente catódica ao comutador 12 quando o sensor é montado em um componente submarino incluído no sistema de proteção catódica.

[00046] A integração do sensor 4 em um sistema de controle de produção, PCS, para uma planta de produção de hidrocarbonetos submarina é ilustrada esquematicamente na Fig. 4. A planta de produção de hidrocarbonetos compreende uma série de poços 21, jumpers 22 conectando os poços a um coletor 23, um conjunto de terminação de extremidade de tubulação 24 e uma tubulação 25 para transporte de fluido de hidrocarboneto recuperado dos poços. Os fluxos de fluido de produção, água de injeção ou produtos químicos são controlados e regulados por meio de válvulas em cabeças de poços e árvores de válvulas em coletores e em conjuntos de terminação de tubulação. A regulação destes fluxos é governada por meio de módulos de controle submarinos (SCM) 26 que são distribuídos aos componentes operacionais da planta de produção de hidrocarbonetos. O SCM 26 pode ser visto como o meio executivo do sistema PCS, o SCM controlando a administração de energia elétrica, sinais e energia hidráulica que é distribuída dentro de cabos, mangueiras e fiação do sistema PCS. Na Fig. 4, o caráter generalizado do sistema PCS é ilustrado simbolicamente pela estrutura de árvore marcada na seção. Na extremidade da raiz desta árvore, um módulo de eletrônicos submarino (SEM) 27 é disposto para controlar, dentro do sistema PCS, os fluxos de energia elétrica 28, controlar energia 29 e fluido hidráulico 30 que são recebidos através de um umbilical 31 e o conjunto de terminação de umbilical submarino (SUTA) 32.

[00047] Em um aspecto de sistema da presente invenção, uma rede distribuída de sensores 4 pode ser permanentemente instalada em componentes a serem protegidos em uma planta de produção de hidrocarbonetos. Os sensores são conectados a uma unidade de controle de proteção catódica (CPC) 33 para comunicação a montante de valores medidos e para comunicação a jusante de sinais de controle de comutador. A unidade CPC 33 está subordinada ao SEM 27 para comunicação superior através do umbilical. Embora ilustrada como um módulo separado, a unidade de CPC pode alternativamente ser integrada como parte do SEM 27.

[00048] Com referência à Fig. 5, a unidade CPC 33 compreende uma pluralidade de terminais de entrada 34 dispostos para receber entradas do número correspondente de sensores 4. Os sinais de sensor podem ser introduzidos através de um circuito amplificador 35 e de um conversor analógico para digital 36, de onde os sinais são alimentados a um microprocessador 37 para tratamento. As saídas do microprocessador são alimentadas a um transceptor 38 que fornece comunicação bidirecional com o módulo SEM via uma interface de fio múltiplo 39. Uma fonte de energia de IC (circuito integrado) 40 alimenta corrente CC para os módulos de IC da unidade CPC.

[00049] Numa modalidade, o microprocessador 37 tem a capacidade de processamento e os códigos de programa necessários para avaliar o estado da proteção catódica, com base nas entradas dos sensores. O microprocessador 37 pode adicionalmente ser configurado para gerar comandos de controle de corrente para regulação da corrente catódica a ser fornecida aos componentes submarinos. Em outra modalidade, a avaliação do estado da proteção catódica é realizada no módulo SEM 27, enquanto o microprocessador 37 opera como um banco de comutadores para alimentar dados de sensor sequencialmente ao módulo SEM. Esta modalidade é ilustrada no diagrama da Fig. 6. Uma pluralidade de sensores a-n é atribuída a endereços individuais sob respectivos nós de endereço 1 a 9 em um nível superior. O microprocessador 37 é configurado para transferir sequencialmente os dados dos nós 1-9 para o SEM para computação, de modo que a 1a iteração envolva dados de sensores 1(a), 2(a) etc. a 9(a), a 2a iteração envolva dados dos sensores 1(b), 2(b) etc. até 9(b), até completar a na iteração envolvendo dados de sensores 1(n) a 9(n).

[00050] Da divulgação, será apreciado que a presente invenção evita as principais desvantagens das soluções atualmente praticadas, que são tipicamente operadas por ROV, são limitadas a medição pontual e que não proporcionam monitoramento em tempo real nem permitem potencial espacial e mapeamento de corrente.

[00051] Em contraste, a presente invenção propõe uma rede de sensores integrados que monitorará a saúde do sistema CP em tempo real. O sistema de monitoramento pode ser integrado no sistema de controle de produção submarino para perfilagem de dados, avaliação de risco e para acionamento de equipamentos de superfície ou automaticamente sem intervenção do operador.

[00052] A rede de sensores classificará a saúde do sistema CP monitorando corrente e potencial vs. tempo. O dispositivo de monitoramento é baseado na medição da corrente galvânica e do potencial (isto é, a polarização da estrutura) entre uma superfície de detecção da área exposta conhecida e qualquer de i) um anodo de sacrifício ou ii) um componente submarino conectado ao sistema CP.

[00053] Por meio da integração com o sistema PCS e a eletrônica de SEM como divulgado, uma pluralidade de sensores pode ser empregada para fornecer um sistema e método de monitoramento de estado de CP com alta resolução.

Claims (23)

1. Sensor (4) para monitorar níveis de proteção catódica (CP), isto é, potencial de proteção catódica e capacidade de corrente ou densidade de corrente, em que a proteção catódica compreende fornecimento de corrente catódica para componentes protegidos, o sensor sendo disposto para realizar medições de corrente galvânica e potencial de voltagem entre, por um lado, um objeto de referência (6) e, por outro lado, um de: i) um anodo de sacrifício (2) e ii) um componente protegido (1), caracterizado pelo fato de que o sensor compreende um eletrodo de referência (5) em contato elétrico e eletroquímico com um elemento de detecção de metal (6) que tem uma área de superfície definida (6') exposta a um eletrólito, o elemento de detecção eletricamente acoplado a um do anodo de sacrifício (2) ou do componente protegido (1) através de um resistor (15) e um comutador (12).

2. Sensor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor é disposto para gerar uma primeira voltagem de saída (V1) indicativa do potencial polarizado entre o elemento de detecção (6) e o eletrodo de referência (5) e uma segunda voltagem de saída (V2) que é indicativa da corrente galvânica fluindo para o elemento de detecção (6) de um do anodo de sacrifício (2) ou do componente protegido (1).

3. Sensor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sensor (4) é uma estrutura integral compreendendo o eletrodo de referência (5) e o elemento de detecção (6) embutido num corpo (17) de material não condutivo.

4. Sensor, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o eletrodo de referência (6) é um fio que se estende centralmente através do elemento de detecção (6) na forma de um tubo, as extremidades (5', 6') do fio e do tubo expostas ao eletrólito em uma extremidade do corpo (17) de material não condutivo.

5. Sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de detecção (6) é um elemento de alta nobreza, preferivelmente um de paládio, platina, ouro, prata, titânio, ligas à base de Cu ou aço inoxidável com um equivalente de resistência a pitting (PRE) maior que 40.

6. Sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a área exposta (6') do elemento de detecção (6) é de 0,1 a 15 cm2 de tamanho.

7. Sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o eletrodo de referência (5) é um fio de Ag com uma camada de superfície de AgCl, um fio de Zn ou Pt, um fio ou um fio de Cu com uma camada de CuSO4.

8. Sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a resistência do resistor (15) está na faixa de 1 a 1000 Ohm, preferivelmente na faixa de 1 a 100 Ohm.

9. Sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o comutador (12) é frequentemente controlado entre ligado e desligado para ciclar o fornecimento de corrente ao elemento de detecção (6).

10. Sistema para monitoramento em tempo real e controle de níveis de proteção catódica (CP), isto é, potencial de proteção catódica e capacidade de corrente ou densidade de corrente, em equipamento subaquático cuja operação é controlada através de um sistema de controle de produção submarino (PCS), em que a proteção catódica compreende meios para fornecer corrente catódica a componentes protegidos do equipamento subaquático, o sistema caracterizado pelo fato de que compreende: uma rede distribuída de sensores (4), os sensores (4) sendo tal como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, instalados no equipamento subaquático, os sensores (4) dispostos para realizar medições de corrente galvânica e potencial polarizado entre, por um lado, um objeto de referência e, por outro lado, um de: i) um anodo de sacrifício (2) e ii) um componente protegido (1) do equipamento subaquático; uma unidade de controle de proteção catódica submarina, eletrônica (CPC) (33) compreendendo uma pluralidade de terminais de entrada (34) e um processador (37) configurado para receber e processar individualmente sinais de sensor indicativos de mudanças nos níveis de CP, em que a unidade CPC (33) usa o PCS para comunicação.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a unidade CPC (33) está em contato comunicativo com os meios de alimentação de corrente catódica e configurado para iniciar comandos de controle de corrente para regular a corrente catódica fornecida a componentes individuais ou grupos de componentes do equipamento subaquático em resposta a níveis de CP.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a unidade CPC (33) está integrada num módulo eletrônico submarino (SEM) (27) do PCS.

13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de sensores (4) está conectada à unidade CPC (33) através de uma rede distribuída do PCS.

14. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de que os sensores (4) são alimentados por corrente catódica fornecida ao sistema CP.

15. Método para monitoramento em tempo real e controle de níveis de proteção catódica (CP), isto é, potencial de proteção catódica e capacidade de corrente ou densidade de corrente, em equipamento subaquático cuja operação é controlada através de um sistema de controle de produção submarino (PCS), em que a proteção catódica compreende meios para fornecer corrente catódica a componentes protegidos do equipamento subaquático, o método caracterizado pelo fato de que compreende: dispor uma rede distribuída de sensores (4), os sensores (4) sendo tal como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, a rede sendo configurada para geração de saídas de voltagem indicativas de mudanças em corrente galvânica e potencial polarizado entre, por um lado, um objeto de referência e, por outro lado, um de: i) um anodo de sacrifício (2) e ii) um componente protegido (1) do equipamento subaquático, comunicar as saídas de sensor através do PCS a uma unidade de controle de proteção catódica (CPC) (33), e gerar na unidade CPC a base para permitir a ação corretiva em resposta aos níveis de CP detectados.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a geração da base para permitir a ação corretiva compreende formar comandos de controle de corrente para regular a corrente catódica fornecida a componentes individuais ou grupos de componentes do equipamento subaquático.

17. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a geração da base para permitir a ação corretiva compreende permitir a ação corretiva por outros meios, tal como estender a proteção catódica instalando ânodos adicionais.

18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda dispor cada sensor (4) com um eletrodo de referência (5) em contato elétrico (7) e eletroquímico (8) com um elemento de detecção de metal (6) que tem uma área definida (6') exposta à água, acoplando o elemento de detecção eletricamente a um do anodo de sacrifício (2) ou do componente protegido (1) através de um resistor (15) e um comutador (12).

19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, caracterizado pelo fato de que compreende ainda configurar o sensor (4) para geração de uma primeira voltagem de saída (V1) indicativa do potencial polarizado entre o elemento de detecção (6) e o eletrodo de referência (5) e uma segunda voltagem de saída (V2) indicativa da corrente galvânica fluindo para o elemento de detecção (6) de um do anodo de sacrifício (2) ou do componente protegido (1).

20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 19, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: operar os sensores (4) na corrente catódica fornecida pelos meios de fornecimento de corrente catódica.

21. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 15 a 19, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: ciclar a alimentação de corrente para os sensores (4) para evitar depósitos na área de detecção (6');

22. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 15 a 22, caracterizado pelo fato de que compreende ainda regular os níveis de CP individualmente para componentes protegidos do equipamento subaquático através de um operador de superfície ou, opcionalmente, da unidade de CPC (33) diretamente, sem envolvimento do operador de superfície.

23. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 15 a 22, caracterizado pelo fato de que compreende ainda determinar o estado da proteção catódica (CP) comparando as mudanças detectadas na corrente galvânica e o potencial polarizado com os níveis correspondentes de um sistema de proteção catódica em equilíbrio, em que desvios dos níveis do sistema balanceado são classificados em categorias de CP adequada, CP subótima e CP inadequada.