BRPI0410083B1 - Tube-in-tube type apparatus for thermal isolation of a flow line - Google Patents

Abstract

"sistema de superisolamento compacto, leve e resistente a carga". a presente invenção refere-se a um sistema de superisolamento compacto e leve que é capaz também de suportar um alto nível de carga de compressão. o sistema utiliza espaçadores para fornecer o suporte estrutural e utilizar o empenamento controlado de um revestimento externo protetor fino suportado pelos espaçadores para formar superfícies catenárias fortes para proteger o material isolante inferior. os espaçadores podem compreender um aerogel, ou um aerogel pode fornecer isolamento separado do espaçador contido dentro do revestimento externo fino. o sistema será útil para o gerenciamento térmico de uma variedade de estruturas submarinas profundas tais como aparelho tipo tubo em tubo, elevadores ou árvores submarinas para exploração de óleo e gás em águas muito profundas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO DO TIPO TUBO-EM-TUBO PARA O ISOLAMENTO TÉRMICO DE UMA LINHA DE FLUXO".

Antecedentes [001] Em exploração de óleo e gás em águas profundas e muito profundas, o óleo bruto ou gás é extraído de sob o leito do mar através de um sistema de tubulação para a superfície da água. É importante se manter a temperatura do óleo bruto ou gás quente que flui no tubo acima de cerca de 30° - 50*0 dependendo da composiç ão dos hidrocarbonetos (por exemplo, óleo bruto ou gás natural). A manutenção de uma temperatura nessa faixa impede as restrições de fluxo ou a obstrução decorrente da formação de hidratos ou cera, o que pode ocorrer através do resfriamento do óleo bruto ou gás por água fria à medida que os hidrocarbonetos fluem do poço submarino para a instalação de produção na superfície. Além disso, se o poço tiver que ser tampado por motivos de manutenção ou devido às condições de clima, é altamente desejável se manter a temperatura do hidrocarboneto dentro do tubo e outras partes dos sistemas de tubulação (por exemplo, uma árvore de natal ou árvore submarina, elevadores, etc.) acima da temperatura de precipitação o máximo possível para minimizar ou evitar os processos de desobstrução caros e demorados antes de retomar a operação de bombeamento.

[002] Essas são as chamadas exigências de garantia de fluxo para a configuração submarina de tubo-em-tubo. A configuração de tubo-em-tubo tem sido o método tradicional escolhido para se satisfazer as exigências de garantia de fluxo da exploração em águas profundas. A configuração utiliza dois tubos concêntricos espessos, isto é, o tubo interno (linha de fluxo ou tubo de fluxo) e o tubo externo (tubo transportador). A linha de fluxo transporta o hidrocarboneto que sai do poço a altas temperaturas (por exemplo, de 60° - 300*0) e a alta pressão [(por exemplo, até cerca de 70 MPa (10000 psi)]. O tubo transportador é projetado (independente da linha de fluxo) para suportar a pressão hidrostática externa que aumenta de forma proporcional à profundidade (por exemplo, cerca de 28 MPa a 2800 m).

[003] No anel entre os dois tubos, espaçadores tipo anel divisor (tam bém referidos como "centralizadores"), que são feitos de um material apresentando uma condutividade relativamente baixa (por exemplo, poliamida), são instalados em intervalos regulares (por exemplo, em intervalos de 1,2 m). Os espaçadores agem como um guia durante a inserção do tubo interno no tubo externo; cada tubo podendo ter 1 ou 2 km de comprimento. Os espaçadores também são projetados para ajudar a manter o espaço anelar entre os dois tubos concêntricos quando o aparelho tipo tubo em tubo é dobrado para enrolar em um carretei ou quando dobra após a instalação. No espaço anelar entre os espaçadores, o material de isolamento é enrolado em torno da linha de fluxo. O material de isolamento pode ser, por exemplo, uma espuma de uretano possuindo uma condutividade térmica de 24 mW/m-K e maior ou um produto de sílica pirogenada empacotado a vácuo com condutividade térmica de 21 mW/m-K.

[004] Em alguns locais, a temperatura do óleo bruto que sai do poço é de apenas 60*0, que não é muito quente, como é o caso na costa de Angola. Como uma conseqüência dessa temperatura relativamente baixa, um nível muito maior de isolamento é necessário para se evitar a formação de hidrato decorrente do resfriamento. Além disso, à medida que o óleo recuperável e o gás depositam no fundo raso do mar e são exauridos, os poços serão perfurados em águas cada vez mais profundas. O projeto atual de tubo em tubo, enquanto aceitável até uma profundidade de 100 m, se depara com obstáculos severos quando o campo submarino se aprofunda além de 1000 m, como descrito abaixo.

[005] À medida que a profundidade do poço aumenta, os obstáculos a seguir e as preocupações técnicas precisam ser superados. Como um ponto de partida, as características dos hidrocarbonetos se torna passível de formação de cera ou hidratos. Adicionalmente, visto que as distâncias entre os poços mais profundos e a instalação de produção na plataforma de superfície são significativamente aumentadas, o valor de transferência total de calor (OHT) do aparelho de tubo em tubo deve ser normalmente reduzido para valores muito baixos, tal como 0,5W/m2- C com uma exigência de resfriamento transiente de menos de 30*0 em 16 hora s, para impedir o resfriamento excessivo dos hidrocarbonetos recuperados. O fornecimento de um aparelho de tubo em tubo com esse valor OHT muito baixo normalmente necessitaria de um aumento significativo da espessura de isolamento, que, por sua vez, aumentaria o diâmetro interno do tubo transportador necessário para acomodar o isolamento adicional contido dentro do tubo transportador.

[006] À medida que o diâmetro interno do tubo transportador aumenta, a espessura da parede do tubo transportador que é necessária para suportar uma pressão externa fixa nesse contexto aumenta como uma função quase proporcional do aumento do diâmetro externo do tubo transportador. Ademais, à medida que a profundidade aumenta, a pressão externa que age no tubo transportador aumenta como uma função linear da profundidade. Para cada 10,33 m de profundidade de água, a pressão aumenta em 1 atmosfera (100 kPa). A 2500 metros, a pressão hidrostática alcança cerca de 25 Mpa (3560 psi). A espessura da parede do tubo transportador é aumentada quase que proporcional mente com um aumento na pressão hidrostática para um raio interno determinado. Portanto, a parede do tubo transportador é fabricada com espessura crescente à medida que a pressão da utilização pretendida é aumentada, o que causa, adicionalmente, um aumento no diâmetro externo do tubo transportador à medida que a profundidade da utilização pretendida aumenta.

[007] À medida que o tubo transportador se torna maior em diâmetro e em espessura, as seguintes desvantagens surgem. Primeiro, o peso do aparelho tipo tubo em tubo aumenta muito, aumentando de forma quase proporcional com o quadrado da espessura de parede e linearmente com o diâmetro médio. Em segundo lugar, o custo do material aumenta à medida que a quantidade de aço e isolamento aumenta. Em terceiro lugar, o trabalho adicional e equipamentos mais pesados são necessários para se produzir o aparelho tipo tubo em tubo. Em quarto lugar, o equipamento mais pesado é necessário para se enrolar o aparelho tipo tubo em tubo em um carretei e também para instalar o aparelho tipo tubo em tubo; o equipamento que é atualmente utilizado pode precisar ser reforçado (em um nível significativo de gastos de capital) para lidar com os tubos muito mais pesados que exigiríam profundidades de 2500 metros e mais. Em quinto lugar, o peso submerso dos tubos pode se tornar muito grande para os guindastes e navios utilizados atualmente lidarem com a carga e manter a mesma estável em condições de mar ruins; o peso excessivo dos tubos necessita, de acordo, da construção de guindastes, navios maiores e tanques flutuantes maiores com custos aumentados e estabilidade reduzida em condições de mar ruins. Finalmente, o navio deve realizar um número maior de viagens para transportar os comprimentos necessários de tubos.

[008] A operação de fabricação atual do tipo tubo em tubo é extremamente trabalhosa e portanto cara. Os tubos utilizados para linhas de fluxo e tubos transportadores geralmente vêm em comprimentos de 12 metros do fornecedor. Na fábrica, os tubos de 12 metros de comprimento são primeiramente soldados juntos em seções de 1 ou 2 km de comprimento do tubo transportador externo. Seção por seção, os espaçadores de poliamida (centralizadores) são instalados nas seções de linha de fluxo interna e o isolamento térmico é enrolado em torno das seções de linha de fluxo entre os centralizadores. Depois que cada seção de linha de fluxo é isolada e presa por tiras, essa seção será empurrada para dentro de um tubo transportador de espera. A próxima seção da linha de fluxo é soldada à seção para ser inserida no tubo transportador. Os centralizadores ajudam a guiar a linha de fluxo durante a inserção no tubo transportador. Esse processo continua até que todo o comprimento do aparelho tipo tubo em tubo de 1 ou 2 km é montado. Os processos de solda dos tubos e a instalação do centralizador e isolamento térmico ocorrem de forma parar e iniciar e exigem um trabalho manual e um tempo consideráveis.

[009] Em um método alternativo atualmente utilizado, todas as seções de 1 ou 2 km da linha de fluxo e o tubo transportador são soldados separadamente. Então, todo o comprimento da linha de fluxo é encaixado com anéis centralizadores em intervalos regulares e com isolamento térmico entre os centralizadores, e coberto e fixado no lugar com fitas. A linha de fluxo isolada e completa é então cuidadosamente inserida no tubo transportador de espera apoiando nos centralizadores para manter o espaço anelar e dessa forma proteger o isolamento durante a operação de inserção.

[0010] Pelos motivos discutidos acima, quando a profundidade aumenta de forma significativa para a tubulação submarina, será mais econômico e logisticamente aceitável se continuar a utilizar o projeto atual do aparelho de tubo em tubo, material de isolamento, e processo de fabricação. Ambos os métodos de fabricação descritos acima representam o processo de fabricação tipo tubo em tubo da técnica anterior e são muito trabalhosos, caros e lentos.

[0011] Em um projeto tipo tubo em tubo recente, a linha de fluxo interna é coberta com isolamento sem resistência a carga protegido por um tubo transportador feito de Plástico Reforçado por Vidro (GRP). O tubo GRP é conectado mecanicamente à linha de fluxo em ambas as extremidades de uma seção de tubo de 12 metros de comprimento utilizando juntas mecânicas compreendendo um material polimérico resistente a carga capaz de garantir os desempenhos térmicos e mecânicos. Um material isolante de desempenho relativamente alto mas que não suporta carga com condutividade térmica de aproximadamente 21 mW/m-K preenche o espaço anelar existente entre a linha de fluxo e o tubo transportador e fornece os desempenhos térmicos exigidos. Os autores descrevem o quanto é mais leve esse novo tubo em comparação com o projeto atual do tubo em tubo e de que forma tão mais conveniente esse tubo podería ser produzido em um processo automatizado. Apesar do peso submerso dessa nova configuração poder ser inferior ao de um aparelho convencional tipo tubo em tubo projetado para as mesmas condições operacionais, a capacidade da fibra de vidro em suportar as condições da água do mar a longo prazo não foi provada, e a camada externa permanece extremamente espessa. Portanto, o tubo GRP pode não ter a flexibilidade à dobra necessária, e, como conseqüência disso, viagens adicionais podem ser necessárias para se transportar os tubos de diâmetro maior para os locais de instalação.

[0012] No projeto tipo tubo em tubo convencional e também no projeto de tubo em tubo GRP, descritos acima, o tubo interno é projetado para suportar a pressão interna normalmente alta (por exemplo, 70 MPa), e o tubo externo é projetado para suportar independentemente a pressão de quebra externa [15 MPa (2170 psi) a 1,5 km (5000 pés), e 30 Mpa (4340 psi) a 3 Km (10000 pés)].

Sumário [0013] Os sistemas de isolamento térmico dessa descrição podem ser utilizados para tais aplicações diversas como isolamento de tubulação em águas profundas, isolamento de tanque LNG, tubulação de processo, etc. Esses sistemas de isolamento podem ser caracterizados como se segue: leves, finos, baixo custo, desempenho de isolamento térmico alto, e alta capacidade de suporte de carga, além de serem facilmente instalados e mantidos. Os sistemas de isolamento preexistentes podem satisfazer algumas das propriedades desejadas acima mas não todas das mesmas. Por exemplo, o isolamento de múltiplas camadas evacuado (MLI) envolvido em estruturas metálicas pesadas realiza de forma maravilhosa em termos de capacidade de suporte de carga e desempenho térmico; mas, em geral, o MLI é extremamente pesado e caro e difícil de se fabricar, instalar e manter. Por outro lado, aerogéis de sílica de baixa densidade oferecem excelente isolamento com até cinco vezes o desempenho de isolamento térmico da fibra de vidro utilizada comumente em condições ambientais, apesar de aerogéis de baixa densidade tipicamente não poderem suportar a carga além de uma fração de uma atmosfera antes de serem comprimidos. A fibra de vidro é barata, mas é muito volumosa e ineficaz; ademais, a fibra de vidro não suporta carga, e sua instalação é complicada. A espuma pode suportar carga até um determinado ponto, e o desempenho do isolamento térmico é muito baixo.

[0014] As modalidades avançadas das estruturas isoladas, descritas abaixo, podem ser utilizadas para águas profundas e especialmente para exploração de óleo e gás em águas muito profundas e outras aplicações. A estrutura inclui um revestimento externo protetor fino e uma estrutura subjacente contida no revestimento externo. Um ou mais espaçadores são fornecidos entre o revestimento externo e a estrutura subjacente. Os espaçadores fornecem suporte estrutural para o revestimento externo e podem permitir que o revestimento externo seja deformado para produzir catenárias entre as superfícies de contato do espaçador para colocar o revestimento externo sob uma tensão quando submetido a uma carga de pressão externa. Em uma modalidade, a estrutura isolada é um aparelho tipo tubo em tubo, onde o revestimento externo é um tubo transportador com paredes finas e a estrutura subjacente é uma linha de fluxo para transportar hidrocarbonetos.

[0015] Quando projetado para um determinado conjunto de condições operacionais, o novo projeto pode oferecer as seguintes vantagens e características salientes sobre a técnica anterior: (a) uma parede muito mais fina (quase que por uma ordem de magnitude) do revestimento externo; (b) um diâmetro externo de tubo transportador muito menor, (c) um peso total drasticamente reduzido (reduzido em quase metade do projeto convencional); (d) uma maior flexibilidade e um raio de dobra mais apertado (se aproximando do tubo interno sozinho no estado da técnica ou do projeto de tubo em tubo GRP); (e) isolamento térmico mais eficiente entre a estrutura subjacente e o revestimento externo; (f) um material e custo de fabricação mais baixos; (g) um diâmetro de carretei menor ou menos carretéis para o mesmo comprimento de uma instalação de tubo em tubo; e (h) um custo de instalação e manutenção mais baixo, etc. Adicionalmente, os projetos de tubo em tubo dessa descrição são eminentemente adequados para a fabricação automatizada em escala massiva para reduzir drasticamente o custo com trabalho e portanto reduzir o custo total do aparelho de tubo em tubo. Adicionalmente ainda, menos viagens para o local de instalação são necessárias para se transportar o mesmo comprimento de aparelho de tubo em tubo para instalação em carretei ou colocação em J.

[0016] Apesar de vários princípios desse invenção poderem ser aplicados a muitas partes do sistema submarino, a descrição da invenção fornecida aqui focalizará, para fins de simplicidade de apresentação, em uma aplicação tipo tubo em tubo.

Breve Descrição dos Desenhos [0017] Nos desenhos em anexo, descritos abaixo, caracteres de referência similares referem-se a partes similares por todas as diferentes vistas. Os desenhos não são necessariamente apresentados em escala, a ênfase, ao invés disso, sendo dada aos princípios particulares de ilustração dos métodos e aparelho caracterizados na Descrição Detalhada.

[0018] A Figura 1 é uma vista em perspectiva exposta ilustrando uma iinha de fluxo, um espaçador helicoidal e um tubo transportador;

[0019] A Figura 2 é uma vista amplificada do aparelho da Figura 1;

[0020] A Figura 3 é uma vista em perspectiva parcialmente recortada do detalhe de um espaçador possuindo uma seção transversal triangular, com uma tira de solda e um isolamento de suporte de carga;

[0021] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um tubo transportador de parede fina na deformação catenária sob a carga externa para se apoiar na alta resistência a tensão ao invés de na baixa resistência ao desmonte do tubo transportador;

[0022] A Figura 5 é uma representação preliminar de tensão de um aparelho tipo tubo em tubo avançado com um espaçador enrolado de forma helicoidal possuindo uma seção transversal triangular;

[0023] A Figura 6 ilustra um sistema de tubo de aquecimento que utiliza a energia geotérmica para manter o aquecimento dos hidrocarbonetos em um aparelho tipo tubo em tubo;

[0024] A Figura 7 é uma vista aproximada de várias camadas desse sistema de tubo de aquecimento e aparelho tipo tubo em tubo da Figura 6.

Descrição Detalhada [0025] Os projetos tradicionais tipo tubo em tubo, e mesmo o projeto GRP recente, se baseiam no tubo transportador externo possuindo espessura e resistência suficientes para manusear a carga externa sozinhos sem desmontar sob condições normais de operação. Por necessidade, isso torna a parede externa do tubo transportador rei a ti va mente espessa.

[0026] Quando um tubo é exposto a uma pressão externa 1, o modo de falha é normal mente do desmonte do tubo devido à instabilidade elástica sob carga de compressão, que é fornecida aproximadamente por: q = 1/4 * E/1 -v2*t3/r3 Eq. (1). (Warren C. Young, Formulas for Elastic Stability of PI ates and Shells, Roark’s Formulas for Stress and Strain, Sexta Edição, McGraw-HilI, Inc., Equação 19.a, Tabela 35, 1989), onde q é a pressão externa; E é o Módulo Young; v é a Razão Poisson; t é a espessura de parede; e r é o raio médio. Para um tubo longo mantido circular em intervalos de I, q = 0,807 * E/i*f/r 4V(1 /1 VfnV Eq. (2) (Warren C. Young, Formulas for Elastic Stability of PI ates and Shells, Roark's Formulas for Stress and Strain, Sexta Edição, McGraw-HilI, Inc., Equação 19.b, Tabela 35, 1989).

[0027] Como um exemplo, um tubo com raio médio de 15 cm (6 polegadas) feito de aço com uma resistência à tensão de 550 MPa (80.000 psi), um Módulo Young de 200 GPa (30 milhões psí), e uma Razão Poisson (v) de 0,29, que é submetido a 28 MPa (4000 psi) de pressão externa. Visto que a pressão é externa, o modo de falha é o de instabilidade a empenamento; e a espessura de parede necessária para resistir ao desmonte decorrente da instabilidade a empenamento, calculada a partir da Equação 1, é de 1,2 cm (0,47 polegada). Onde existe um suporte interno, tal como espaçadores, no entanto, a situação muda de forma drástica para melhor. Por exemplo, se o espaçador for fino e circular e for colocado regularmente ao longo do comprimento do tubo de forma de I = 15 cm (6 polegadas), a espessura de parede exigida, calculada a partir da Equação 2, é de apenas 4,6 mm (0,18 polegada), o que representa uma redução de 62% na espessura de parede.

[0028] Como ilustrado na Figura 1, um tubo transportador de parede relativamente fina 14 pode ser bem suportado por espaçadores 10 (o uso do termo "espaçadores" aqui pode se referir a espaçadores discretos ou voltas de um espaçador contínuo enrolado de forma helicoidal) no anel, onde os espaçadores 10 são suportados de maneira firme pela linha de fluxo 12. Em uma primeira modalidade, o tubo transportador de parede fina 14 é suportado mecanicamente, no caso de utilização de material de isolamento que não pode suportar a carga de pressão externa, por espaçadores localizados estrategicamente 10 no anel do aparelho tipo tubo em tubo ao longo do comprimento dos tubos 12, 14. O tubo transportador 14 forma uma superfície catenária entre os espaçadores 10, e a tensão principal sofrida pela parede de formação catenária fina do tubo transportador 14 sob a carga é tensão. Como utilizado aqui, referências a um formato "catenário" ou um formato "tipo catenária" referem-se a formatos que se aproximam do gráfico de um cosseno hiperbólico que caracteriza uma catenária perfeita. No entanto, uma catenária perfeita só é possível com materiais perfeitamente flexíveis, que encaixam em poucas, se alguma, das estruturas do "mundo real". De acordo, as referências à catenária ou formatos tipo catenária incluem os formatos que variam de catenárias perfeitas decorrentes das limitações em termos de flexibilidade e outras influências do "mundo real", interferências e limitações.

[0029] A colocação de espaçadores 10 é uma questão de otimização. Se o espaçamento for muito grande, a espessura de parede do tubo transportador 14 terá que ser grande; e se o espaçamento for muito pequeno, a espessura de parede do tubo transportador 14 será pequena mas a perda de condução térmica através do espaçador 10 aumentará. Para a otimização do espaçamento do espaçador 10, as propriedades de material do espaçador 10, tal como condutividade térmica e resistência mecânica da parede transportadora, são levadas em consideração para se chegar ao espaçamento correto. Uma maior resistência mecânica da parede transportadora e uma maior condutividade térmica do espaçador 10 ambas encorajam a adoção de maiores distâncias entre os espaçadores 10 (ou entre revoluções de um espaçador em uma configuração helicoidal). Os espaçadores 10 podem ser feitos a partir de um material estrutural mente forte tal com aço ou compostos de alta resistência. Em modalidades particulares, o espaçador 10 inclui uma camada separada de isolamento térmico que pode suportar a carga de compressão.

[0030] Em uma segunda modalidade, o tubo transportador de parede fina 14 é suportado mecanicamente por um isolamento avançado no anel (que possui ambas a capacidade de isolamento térmica excelente e excelente resistência à compressão). A condutividade térmica do isolamento pode ser, por exemplo, de 50 mW/m*K ou menos. A tensão principal sofrida pela parede fina do tubo transportador 14 sob carga de pressão externa nessa modalidade é radial e basicamente de compressão. O isolamento avançado nessa segunda modalidade tem resistência estrutural suficiente para suportar a carga mecânica e pode fornecer um nível excelente de isolamento térmico. Também é um caso especial da primeira modalidade onde o espaçador é feito de material de isolamento estrutural especial e preenche o anel ao longo do comprimento dos tubos ao invés de ser colocado distante em intervalos como na primeira modalidade.

[0031] Por exemplo, o espaçador pode ser formado de um aerogel, tal como um aerogel de sílica pré-condicionado ou um aerogel de celulose de alta resistência, tal como os disponíveis na Aspen Aerogéis (Northborough, Massachusetts, E.U.A.). Os aerogéis são descritos em maiores detalhes na patente U.S. N° 6.670.402, que é incorporada aqui por referência em sua totalidade. Um aerogel de sílica pode ser pré-comprimido ao nível máximo de pressão antecipado na operação; aerogéis de sílica pré-comprimidos provaram mostrar pouca deterioração no desempenho térmico para a mesma espessura depois de serem comprimidos. Os aerogéis de celulose exibem uma resistência estrutural extremamente alta mesmo sem pré-compressão, enquanto ainda fornecem excelente desempenho de isolamento térmico.

[0032] No projeto ilustrado nas Figuras de 1 a 3, um espaçador fino 10 é enrolado de forma helicoidal sobre a linha de fluxo 12. O ângulo da hélice é entre zero grau (isso é, anéis espaçadores discretos) e oitenta graus, onde o ângulo real depende da largura do espaçador utilizado e do espaço exigido entre os espaçadores. O espaçador 10 suporta um tubo transportador relativamente fino 14 (ver Figura 2). Na modalidade da Figura 3, a seção transversal triangular do espaçador 10 é evidente; a seção transversal triangular é especialmente sujeita a uma operação de enrolamento e é capaz de manusear bem a carga concentrada que vem do tubo transportador 14 sob carga externa. Uma tira de solda 16 (opcional) e o isolamento de suporte de carga 18 (opcional) também podem ser observados na Figura 3. A tira de solda opcional 16 é soldada ao espaçador 10 (se estendendo além da superfície superior plana do espaçador 10) e ao tubo transportador 14 e serve para garantir a integridade da solda e para fornecer uma alta resistência à solda. A tira de solda 16 também espalha a carga externa, reduzindo, assim, a concentração de tensão no tubo transportador 14 sob a carga operacional. O isolamento de suporte de carga opcional 18 garantirá uma redução significativa no calor transmitido a partir da parede do tubo transportador 14 através da tira de solda 16 e através do corpo estrutural principal do espaçador 10 com a seção transversal triangular. O espaçador 10 vislumbrado aqui suporta de forma estrutural o tubo transportador 14 e também separa termicamente a linha de fluxo 12 e o tubo transportador 14 de forma muito eficiente.

[0033] A parede do tubo transportador 14 é relativamente fina e pode, de acordo com o projeto, desmontar sob operação normal para formar uma catenária entre os espaçadores estrategicamente localizados sob o tubo transportador 14, como ilustrado na Figura 4. Nesse caso, o desmonte inicial é imediatamente transformado em uma carga de tensão do tubo transportador 14. De acordo, a falha do tubo transportador 14 exigirá a superação da alta resistência à tensão do tubo transportador 14 ao invés de ser uma função da resistência relativamente baixa ao desmonte do tubo transportador 14.

[0034] Já foi ilustrado utilizando-se as equações 1 e 2 que o projeto catenário resulta em uma redução de 62% da espessura do tubo transportador se os anéis espaçadores (por exemplo, rotações consecutivas do espaçador em uma configuração helicoidal, medidas em uma posição radial comum) forem espaçados por 15 cm (6 polegadas) para o mesmo diâmetro de tubo de fluxo (isso é, 10 cm) e condições operacionais fornecidas anteriormente. Essa redução na espessura diminuirá significativamente o peso do tubo transportador 14. Obviamente, em termos de se manter a conta do peso total do aparelho tipo tubo em tubo, é necessário se adicionar o peso dos espaçadores 10. No entanto, a contribuição do peso dos espaçadores 10 com média realizada através de toda a abrangência seria rei ativa mente pequena e seria ultrapassada pela economia de peso resultante do uso de um tubo transportador mais fino.

[0035] Os espaçadores 10 são suportados na direção radial pelo tubo de linha de fluxo 12. Os espaçadores 10 levam a carga transmitida através da superfície de contato com o tubo transportador 14. Sob a carga de pressão tanto de dentro da linha de fluxo 12 quanto de fora do tubo transportador 14, os espaçadores 10 tornam-se a conexão mecânica entre o tubo transportador 14 e a linha de fluxo 12. De fato, essa transmissão de carga bidirecional tem o efeito benéfico de equilibrar pelo menos parcial mente a pressão de tubo interno dos hidrocarbonetos com a pressão externa da água do mar. Por exemplo, se a pressão interna que vem do hídrocarboneto é de 69 MPa (10000 psi) para o tubo de linha de fluxo 12, e se a pressão externa para o tubo transportador 14 causada pela água do mar for de 28 MPa (4000 psi), a carga efetiva na linha de fluxo 12 é de apenas 41 MPa (6000 psi). De outra forma, os espaçadores 10 podem ser considerados como "traves” para a linha de fluxo 12. Devido ao equilíbrio de pressão e os efeitos de trave dos espaçadores, a espessura de parede para a linha de fluxo 12 também pode ser reduzida, de acordo com a redução efetiva na carga sofrida pela linha de fluxo 12 como descrito acima. Proieto de Esoacador [0036] Os espaçadores podem ser discretos (por exemplo, na forma de anéis separados) como implicado pela Equação 2. Alternativamente, os espaçadores podem ter um projeto helicoidal contínuo como ilustrado na Figura 1. Em um caso limitador, um espaçador se transformará em um cilindro cheio que ocupa o anel formado entre a linha de fluxo interno e o tubo transportador externo.

Além do caso limitador supracitado, a seção transversal do espaçador pode ser sólida ou tubular (oca) e pode assumir uma variedade de formatos, tal como um círculo ou triângulo, dependendo do material e das condições operacionais que se escolher. As Figuras de 1 a 3 ilustram uma transformação de um espaçador enrolado de forma helicoidal com uma seção transversal especial projetada para realizar múltiplas funções. A seção transversal do espaçador seria tal que seria dobrada em torno do tubo sem desmontar os tubos. Por exemplo, tubos triangulares, circulares, elípticos e trapezoidais podem ser facilmente enrolados em torno de um tubo de forma controlada sem se desmontar o volume interno do tubo.

[0037] A Figura 3 ilustra os detalhes desse espaçador helicoidal particular 10 que inclui uma tubulação de seção transversal triangular entre uma tira de suporte de carga e isolamento 18 no fundo e uma tira plana 16 em cima. O formato triangular foi escolhido para manusear a carga de compressão e para minimizar a transferência de calor do tubo transportador 14 para o espaçador 10 e para a linha de fluxo 12. O valor total de transferência de calor do tubo transportador para a linha de fluxo pode ser, por exemplo, de 5 W/m2- C ou menos. A parte inferior (isso é, o lado voltado para o tubo de linha de fluxo 12) do espaçador 10 possui uma tira de suporte de carga e isolamento 18 na forma de uma tira de aerogel de alta resistência à compressão projetada para isolar termicamente a bobina do espaçador metálico 10 da linha de fluxo interna 12. A tira de aerogel pode ser formada de aerogéis de sílica reforçada com fibra e pré-comprimidos ou aerogéis de celulose, ambos possuindo as propriedades exigidas de alta resistência estrutural e excelente isolamento térmico. A espessura da tira será determinada pela exigência de isolamento para o espaçador 10 e variará geralmente entre 1 mm, até a dimensão total do espaço do anel entre a linha de fluxo 12 e o tubo transportador 14, o último caso significando o uso de isolamento estrutural como o espaçamento total 10. A linha de fluxo 12 é projetada para manusear o fluxo de hidrocarboneto de alta pressão como as linhas de fluxo atualmente em uso.

[0038] A Figura 5 ilustra um resultado de uma análise de elemento finito preliminar que confirma a viabilidade do aparelho tipo tubo em tubo com um revestimento externo fino suportado em espaçador. O espaçador na Figura 5 é enrolado de forma helicoidal e possui uma seção transversal triangular. As representações da Figura 5 ilustram que as tensões na parede externa são relativamente baixas diretamente acima dos espaçadores e mais altas nas catenárias entre os espaçadores.

[0039] Os espaçadores 10 também são configurados para fornecer não mais do que a transferência mínima de calor entre o tubo de transporte externo 14 e a linha de fluxo interna 12 enquanto fornece o suporte mecânico necessário para o revestimento externo fino (isso é, tubo transportador 14) que forma uma catenária entre os espaçadores 10 no caso onde existe um espaço axial entre os espaçadores 10. Os espaçadores 10, independentemente de seu projeto, são escolhidos para fornecer uma resistência térmica muito alta através de pequenas áreas de contato preferivelmente nas interfaces entre o espaçador 10 e o tubo transportador 14 e a linha de fluxo 12, como ilustrado, ou pela utilização de um material de isolamento térmico de suporte de carga para os espaçadores 10 ou pela colocação de uma tira feita de tal material entre os espaçadores 10 e um ou ambos os tubos 12, 14. Os espaçadores 10 podem ser espaçadores anelares discretos ou podem ser tiras ou tubos enrolados de forma helicoidal de várias seções transversais.

[0040] As seções transversais do espaçador incluem, mas não estão limitadas a, tubos de seções transversais circulares ou triangulares ou hastes sólidas de seções transversais retangulares, circulares ou triangulares. Os espaçadores tubulares podem ser evacuados, pressurizados com fluidos, ou estar em equilíbrio de pressão com o espaço anelar através de furos de respiração.

Materiais de Isolamento [0041] O espaço criado entre dois tubos concêntricos e os espaçadores pode ser evacuado, evacuado com proteções contra radiação, parcialmente ou totalmente preenchido com materiais de isolamento, ou simplesmente preenchido com gases. Preferivelmente, os materiais de isolamento tal como gases de baixa condutividade térmica, aerogéis, ou qualquer outro material de isolamento efetivo podem ser inseridos no espaço anelar criado entre a linha de fluxo 12, o espaçador 10 e o tubo transportador 14 dependendo das exigências de instalação tipo tubo em tubo e aplicação à mão.

Processo de Fabricação de Tubo em Tubo [0042] O novo aparelho tipo tubo em tubo pode ser produzido em fábricas, na costa, ou se necessário a bordo do navio. Os componentes de maquinário podem ser alinhados ou dispostos ao longo do comprimento do tubo sendo fabricado para realizar a operação de fabricação de acordo com a seqüência a seguir: 1. Em uma seção de manuseio de tubo, os comprimentos de tubo distribuídos (normalmente em comprimentos de 12 metros) são carregados e alimentados para uso como linha de fluxo 12. 2. Em uma estação de solda de linha de fluxo, os comprimentos individuais do tubo são soldados para formarem eventualmente seções contínuas da linha de fluxo 12, normalmente em comprimentos de 1 ou 2 km. 3. Um conjunto de alimentação/rotação de tubo forma o núcleo de toda a operação de fabricação fornecendo o movimento linear e rotativo da tubulação sempre crescente que formará a linha de fluxo 12. O conjunto inclui um propulsor linear que empurra o tubo para frente. O propulsor linear, propriamente dito, é montado em um elemento de rotação que gira o tubo longo. Combinado, o conjunto fornece o movimento linear além de rotativo do tubo à medida que sofre várias adições para formar o aparelho tipo tubo em tubo avançado. O ângulo helicoidal e inclinação do espaçador 10 são controlados pelas velocidades rotativas do movimento linear e do movimento rotativo fornecidos pelo conjunto de alimentação/rotação. 4. A matéria-prima do espaçador 10 (por exemplo, um tubo triangular intercalado entre uma tira de aerogel plana e uma tira de solda) é alimentada de forma linear em uma estação de espaçador e enrolado no tubo interno de forma helicoidal em uma inclinação desejada e ângulo helicoidal pelo movimento linear/rotativo da linha de fluxo 12. 5. A matéria-prima para o isolamento é alimentada de forma linear dentro do volume vazio entre as voltas helicoidais do espaçador 10 em uma estação de isolamento e enrolado na linha de fluxo 12 em uma inclinação e ângulo helicoidal desejados pelo movimento linear/rotativo da linha de fluxo 12. Conseqüentemente, o isolamento preencherá o espaço entre os espaçadores enrolados de forma helicoidal 10. Múltiplas camadas de isolamento podem ser fornecidas em subestações separadas ou todas de uma vez nessa estação. Depois que uma quantidade adequada de isolamento é enrolada na linha de fluxo 12, o isolamento é preso por uma camada de fixação nessa estação. 6. Em uma estação de solda de revestimento externo, uma tira metálica fina que abrange o espaço entre os espaçadores enrolados de forma helicoidal 10 é alimentada e soldada na parte superior plana do espaçador. A solda consiste em duas tiras metálicas adjacentes que formam o revestimento externo (isso é, o tubo transportador 14) e a tira plana 16 centralizada ao longo da tira de solda superior do espaçador 10 que forma a camada inferior para a solda. Essa configuração garante que a solda do tubo transportador 14 nas junções seja mais segura e que a tensão no revestimento externo fino sob a pressão externa esteja dentro de um limite aceitável. 7. Em uma seção de limpeza, a solda para o revestimento externo é limpa em preparação para a operação de revestimento. 8. Em uma seção de tratamento final, as seções de extremidade adequadas, com elementos para puxar a tubulação acabada, são combinadas no começo da seção de tubo longo (por exemplo, 1 ou 2 km) e no final quando o comprimento desejado da seção de linha de fluxo é completado. 9. Em uma seção de pintura/revestimento, os toques de acabamento são colocados no aparelho de tubo em tubo avançado pela aplicação de camadas de revestimento para várias finalidades, tal como proteção contra corrosão, prevenção de ferrugem, etc. 10. Na seção de transporte de seção acabada, os estágios finais do processo de fabricação são realizados. Uma vez que uma seção de 1 km (ou 2 km) é acabada, a seção acabada será enrolada em uma prateleira de armazenamento a ser conectada em seções muito mais longas tal como de comprimentos de 10 ou 20 km em um carretei ou para formar uma tubulação flutuante longa a ser rebocada para uma área de instalação.

[0043] Como é evidente na descrição fornecida acima, toda a operação pode ser automatizada com um envolvimento mínimo de operadores humanos. Os componentes de máquina descritos acima não são particularmente de alta tecnologia ou alto custo. Conseqüentemente, o projeto de tubo em tubo avançado é eminentemente sujeito ao manuseio e fabricação de baixo custo em contraste com a prática atual de utilização de muito trabalho manual e envolvimento humano.

Uso de Sistema de Superisolamento Compacto, Leve e Resistente a Carga [0044] Até agora, o novo sistema de superisolamento compacto, leve e resistente a carga tem sido descrito para aplicações de estrutura submarina de águas profundas e muito profundas entre outras, O sistema pode ser aplicado a muitas partes do sistema de exploração submarina de óleo que exige isolamento térmico efetivo sob alta pressão externa, tal como uma linha de fluxo, um elevador, uma árvore de natal ou uma árvore submarina, linhas em campo, e quaisquer outras partes que se beneficiariam do superisolamento leve e compacto com um revestimento protetor rei ativa mente fino. Sistemas similares podem ser estendidos facilmente para isolar os tanques LNG e quaisquer outras aplicações onde a alfa capacidade de suporte de carga é necessária.

Modalidades Especlaísi isolamento para uma Árvore Submarina: [0045] Uma árvore de Natal (árvore submarina) de uma instalação de tubulação submarina possui muitas superfícies que não são tubulares, por exemplo, a superfície que precisa ser isolada sob carga de pressão pode ser muito plana, plana, curva ou irregular. Em tais casos, uma variação do sistema de isolamento descrito até agora para o tubo em tubo pode ser utilizada; isso é, tiras de espaçadores podem ser fixadas à superfície de um conduto interno com espaçamento adequado e, como no caso de um aparelho de tubo em tubo, o material de isolamento pode ser instalado entre espaçadores. O isolamento e o grau do espaçador serão então cobertos com uma folha de revestimento externo relativamente fina. Aqui, a idéia é novamente se ter o revestimento externo fino de forma a suportar a carga de pressão externa pela formação de superfícies catenárias suportadas pela grade de espaçador, como descrito no caso do aparelho de tubo em tubo. Obviamente, os espaçadores serão projetados e localizados com um espaçamento suficientemente estreito e uma altura suficiente para impedir a compressão excessiva do isolamento subjacente e para distribuir a carga de compressão através da superfície da estrutura subjacente. isolamento para um Tanaue de Gás Natural Liquefeito (LNG] [0046] Uma breve explicação de como esse sistema de isolamento seria utilizado para isolar efetivamente um sistema grande, tal como um tanque LNG, se segue. Diferentemente do aparelho tipo tubo em tubo, o tanque LNG transporta um grande volume de gás natural liquefeito dentro do tanque. O tanque sofre mudanças geométricas/dimensionais significativas quando o gás natural liquefeito, que está em uma temperatura criogênica, é introduzido. O sistema de isolamento é projetado para mover com o tanque quando encolhe e expande ou para ser localizado a fim de evitar grandes deslocamentos se todos os espaçadores forem conectados. Em qualquer caso, haverá um movimento relativo entre o sistema de isolamento e o tanque ou o envoltório externo se for um projeto de envoltório duplo dependendo de onde o sistema de isolamento está fisicamente anexado.

[0047] Por motivos de simplicidade, se assumirá que o sistema de isolamento é fixado a um envoltório externo plano e o tanque LNG de fundo plano é suportado pelo sistema de isolamento. O movimento relativo do tanque LNG seria no plano x-y na interface entre o tanque LNG e a placa inferior. Nesse caso, o sistema de isolamento inclui (a) espaçadores que suportam a carga de peso da embarcação contendo o gás natural liquefeito e (b) isolamento térmico, tal como um aerogel que não suporta carga, localizado entre os espaçadores. Os espaçadores incluem tiras de isolamento de suporte de carga (por exemplo, aerogel) para minimizar a condução de calor através dos espaçadores. É possível também se utilizar os aerogéis de suporte de carga para preencher o espaço entre o tanque LNG e a parede externa e, em um caso especial, sem o uso dos espaçadores separados. No caso especial, a camada de aerogel de suporte de carga é o espaçador.

Estrutura de Isolamento e Suporte para um Tubo de Fluxo para Transportar.o.GásNatural..Liquefeito [0048] Em outra modalidade, o tubo de fluxo interno transporta gás natural liquefeito a pressões ambiente ou em pressões ligeira mente elevadas e é adicional mente suportado de forma mecânica pelos espaçadores (a.k.a,, centralizadores) ou outras estruturas mecânicas que são colocadas no espaço anelar entre o tubo transportador e o tubo de fluxo. Os materiais i sol antes, tais como partículas de aerogel ou cobertores de aerogel, são posicionados no espaço anelar para isolar efetivamente o fluido contra a obtenção de calor no caso de transporte de gás natural liquefeito (LNG) e para impedir a perda de calor no caso de transporte de óleo. Os centralizadores feitos de materiais mecanicamente fortes (por exemplo, aço) são utilizados e isolados adicional mente com material de aerogel para reduzir a condução de calor através dos centralizadores. O material de aerogel também é inserido no espaço anelar entre os tubos e entre quaisquer dois centralizadores na direção axial. Se os cobertores de aerogel forem utilizados, os cobertores são enviesados em cima um do outro em torno das bordas para limitar as perdas de calor. Depois do posicionamento dos cobertores, os meios de restrição são utilizados para garantir que os cobertores não se movam para fora do lugar facilmente. Tal modalidade pode ser praticada com pressões externas normais ou com altas pressões externas tal com sob os sistemas submarinos. A presente invenção fornece formas de se transportar gás natural como um líquido que é, do contrário, transportado como uma gás nas tubulações, O gás natural liquefeito (LNG) é transportado a baixas temperaturas como -156° a -162*0 (-250 ° a -260°F). Mesmo pequenas perturbações na temperatura podem causar mudanças indesejáveis na pressão que devem ser consideradas durante o projeto do tubo de fluxo. A presente invenção fornece flexibilidade a tais projetos devido à eficiência do sistema de isolamento.

Aplicações Adicionais do Sistema de Isolamento [0049] O novo sistema de superisolamento compacto e leve é desenvolvido para aplicações de estrutura submarina de águas profundas e muito profundas entre outras. O sistema de isolamento permite as vantagens de projeto tal como a obtenção de um isolamento alta mente eficiente e a possibilidade de se tornar o espaçador contíguo por uma longa distância. O projeto do espaçador contínuo torna o sistema bem sujeito à introdução do material de mudança de fase ou um sistema de tubo de aquecimento para aumentar a capacidade de aquecimento efetiva do sistema e dessa forma estender a duração do modo de não-fluxo para o poço durante a manutenção ou durante um desligamento estendido devido a condições de tempo, manutenção ou acidentes. Dois exemplos relacionados são fornecidos abaixo.

Uso de um Material de Mudança de Fase (PCM): [0050] Um material de mudança de fase (PCM) pode ser introduzido no espaço entre os espaçadores ou mesmo dentro dos tubos espaçadores se os tubos espaçadores não forem utilizados como um sistema de tubo de calor. Durante os períodos de desligamento, o calor armazenado no PCM será liberado lentamente para o hidrocarboneto contido dentro da linha de fluxo enquanto o isolamento que cobre o PCM manterá o calor dentro substancial mente protegido da água do mar fria. Pelo fornecimento de um isolamento térmico excelente entre a água do mar fria e o PCM, o PCM pode manter os hidrocarbonetos acima da temperatura desejada por um período de tempo maior do que um sistema tipo tubo em tubo com valor de isolamento inferior. Um exemplo de um PCM adequado é cera, particularmente cera de petróleo/parafina, que pode fundir e solidificar novamente à medida que a temperatura dos hidrocarbonetos sobe e cai. Por exemplo, algumas composições de óleo podem ser transportadas a 71a a 8210 (160-180 fiF), onde as ceras apresentam pontos de fusão típicos. No entanto, pela manipulação da composição de cera, o PCM pode ser criado para ter um ponto de fusão variado dependendo da temperatura de transporte. O PCM transfere o calor de volta para dentro dos hidrocarbonetos à medida que o PCM solidifica de uma fusão.

Tubo de Calor Geotérmico para Manter os Hidrocarbonetos Quentes Durante a Operação e Desligamento: [0051] Se as bobinas do espaçador helicoidal forem equipadas com passagens adequadas (tal como uma camada de entrelaçamento fino funcionando como pavios) para uma fase líquida e um núcleo a vapor no centro, conectadas de forma contígua sobre uma distância longa exigida, e preenchidas com um fluido de tubo de calor adequado (exemplos são fornecidos abaixo), um sistema de tubo de calor pode ser criado utilizando a energia geotérmica de sob o fundo do mar para manter os hidrocarbonetos no tubo em tubo e outros sistemas submarinos acima da temperatura de precipitação por um período estendido durante a operação normal ou mesmo durante os períodos de desligamento para manutenção ou durante tormentas. Tal aparelho é ilustrado na Figura 6, onde os tubos de calor enrolados 20 preenchem o espaço entre as voltas de um espaçador enrolado 10 em uma linha de fluxo que se estende do leito do mar, no fundo, através da água, acima. Um fluido de tubo de calor adequado é um fluido que muda seu estado de líquido para vapor ou vice-versa dentro dos limites de temperatura e pressão do sistema em operação. Exemplos incluem água, álcool, glicol, sódio, etc. Como ilustrado na Figura 7 tubos de calor separados 20 corrente entre voltas de um espaçador enrolado 10 e são termicamente isolados por camadas de isolamento de aerogel 22.

[0052] O fluido de tubo de calor se move de acordo com o percurso a seguir dentro do conduto. O líquido do lado frio do conduto é transportado pela tensão de superfície do líquido agindo na camada de pavio fina no perímetro interno do tubo para o lado quente onde o líquido ferve e coleta no canal de vapor (de forma mais prevalecente na região núcleo). A pressão do vapor gerada pela ebulição aciona o vapor na direção da região fria. Uma vez que o vapor alcança a região fria, o mesmo condensa em líquido e entra no pavio para ser enviado de volta para o ponto quente por bombeamento induzido por tensão de superfície dentro da camada de pavio. O sistema de tubo de calor eliminará a necessidade de se ter métodos de aquecimento elétrico ou outros métodos de aquecimento que são muito caros de se instalar, manter e dessa forma muito menos desejáveis do que o sistema de tubo de calor, descrito acima.

[0053] Na descrição das modalidades da invenção, a terminologia específica é utilizada para fins de clareza. Para fins de descrição, cada termo específico deve incluir pelo menos todas as equivalências técnicas e funcionais que operam de forma similar para realizar uma finalidade similar. Adicionalmente, em alguns casos onde uma modalidade particular da invenção inclui uma pluralidade de elementos de sistema ou etapas de método, esses elementos ou etapas podem ser substituídos por um elemento único ou etapa; da mesma forma, um elemento ou etapa único pode ser substituído por uma pluralidade de elementos ou etapas que servem a mesma finalidade. Ademais, enquanto essa invenção foi ilustrada e descrita com referências às modalidades em particular, os versados na técnica compreenderão que várias outras modificações na forma e detalhes podem ser realizadas sem se distanciar do escopo da invenção.

REIVINDICAÇÕES

Claims (29)

1. Aparelho tipo tubo-em-tubo para o isolamento térmico de uma linha de fluxo compreendendo: uma linha de fluxo metálico (12); pelo menos um espaçador (10) em torno da linha de fluxo; e um tubo transportador (14) concentricamente alinhado com a linha de fluxo de forma a criar um espaço anelar entre a linha de fluxo (12) e o tubo transportador (14), em que o espaçador fica dentro desse espaço anelar; caracterizado pelo fato de compreender ainda: um cobertor de aerogel (22) dentro do espaço anelar, entre a linha de fluxo (12) e o tubo transportador (14).

2. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cobertor de aerogel (22) compreende um material reforçado por fibras.

3. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cobertor de aerogel (22) compreende um material de mudança de fase capaz de responder a mudanças de temperatura na linha de fluxo através da mudança de sua fase, reduzindo assim a perda térmica a partir da linha de fluxo (12).

4. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cobertor de aerogel (22) compreende partículas de aerogel.

5. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaçador (10) tem a forma de um anel.

6. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaçador (10) inclui um aerogel.

7. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cobertor de aerogel (22) compreende um material selecionado do grupo consistindo em aerogéis de sílica, aerogéis de celulose, aerogéis pré-comprimidos e as suas combinações.

8. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a condutividade térmica do aerogel é menor que 50 mW/mK.

9. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma tira de isolamento térmico (18) posicionada entre o espaçador (10) e a linha de fluxo (12).

10. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a tira de isolamento (18) compreende um aerogel.

11. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma tira de aerogel montado entre o espaçador (10) e o tubo transportador (14), ou entre o espaçador (10) e ambos, o tubo transportador (14) e a linha de fluxo (12).

12. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaçador (10) tem a forma de um espiral helicoidal.

13. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espiral tem a forma de uma haste sólida de formato transversal circular, elíptico, triangular ou trapezoidal.

14. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espiral tem a forma de um tubo de formato transversal circular, elíptico, triangular ou trapezoidal.

15. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaçador (10) tem a forma de um espiral helicoidal tubular disposto em torno da linha de fluxo (12) e o espiral helicoidal tubular contém um meio de transferência térmica ou é evacuado para gerenciar a condição térmica do aparelho.

16. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o espiral helicoidal tubular contém um meio de transferência térmica selecionado do grupo que consiste em água, álcool, glicol, sódio e as suas combinações.

17. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaçador (10) tem a forma de anéis discretos espaçados em intervalos substancialmente uniformes ao longo da direção axial da linha de fluxo (12).

18. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido pelo menos um espaçador (10) compreende uma haste sólida ou tubo possuindo uma seção transversal selecionado do grupo que consiste de circular, elíptico, triangular e trapezoidal.

19. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que os anéis são constituídos de haste sólida ou tubo possuindo uma seção transversal selecionado do grupo que consiste de circular, elíptico, triangular e trapezoidal.

20. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor global de transferência térmica, a partir do tubo transportador (14) até a linha de fluxo (12), é, no máximo, 5 W/m2-^.

21. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender uma árvore submarina de tubulações cheias de um ou mais hidrocarbonetos.

22. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um “riser” (elevador) submarino..

23. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um transportador-tanque para gás natural liquefeito.

24. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um ou mais cobertores (22).

25. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaçador (10) é feito de um material isolante.

26. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaçador (10) é feito de um material de aerogel.

27. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda sensores de temperatura posicionados ao longo da linha de fluxo (12) ou do tubo transportador (14) para medir a temperatura em uma pluralidade de pontos no aparelho.

28. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a condutividade térmica do cobertor de aerogel é menor do que 20 mW/mK.

29. Aparelho tipo tubo-em-tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um material de mudança de fase.