BRPI0700823B1 - Sistema para obtenção de parâmetros fisico- químicos externos a um duto por meio de um pig - Google Patents

Abstract

sistema para obtenção de parametros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig trata a presente invenção de um sistema para obtenção de parâmetros fisico-quimicos externos a um duto, os quais são utilizados, por exemplo, para fazer uma estimativa da vida útil destes dutos, ou para estimar prazos ou rotinas de manutenção e de operação destes dutos. o objetivo acima é alcançado por meio de um sistema que compreende uma pluralidade de dispositivos externos de medição (1) que são instalados espaçados entre si por sobre a superficie externa do duto (d) por meios de fixação. cada dispositivo externo de medição (1) compreende uma instrumentação baseada em sensores (12) dedicados ao registro de parâmetros de interesse, um mecanismo sensor (13) de pulso de disparo de funcionamento e uma primeira unidade de energia (14). internamente ao duto (d), um pig (2) transporta uma unidade eletrônica igualmente dedicada e capaz de emitir, quando na ocasião de sua passagem por um dispositivo externo de medição (1), um pulso energético capaz de ativar este último de modo que seja feita a transmissão dos dados de seus sensores (12) de parâmetros e, o pig (2) recolher esses dados por meio da unidade receptora (22) e armazená-los em uma unidade de armazenamento de dados (23).

Description

SISTEMA PARA OBTENÇÃO DE PARÂMETROS FISICO-QUÍMICO^/ EXTERNOS A UM DUTO POR MEIO DE UM PI6 / CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre os sistemas de equipamentos para promover a captação de valores de parâmetros fisico-químicos relativos ao meio externo no qual encontra-se situado um duto de transporte de fluidos.

ESTADO DA TÉCNICA

Todas as grandes indústrias se utilizam de dutos.

Para os operadores, é de suma importância que sejam conhecidas as condições estruturais de dutos. Intemamente, os dutos podem ser severamente afetados em sua estrutura por problemas que os levam a uma geometria deformada, ou a irregularidades na parede interna, como por exemplo, corrosão. üma das formas de verificar as condições estruturais de um duto, é promover a passagem de um equipamento pelo interior deste último. O propósito dessa passagem pode ser tanto para a manutenção em termos da limpeza interna, como para a inspeção estrutural da parede interna.

No caso de uma inspeção, o equipamento tem a capacidade de transportar em seu interior, uma instrumentação com um meio de gravação de dados relativos a desvios na configuração interna das paredes da referida tubulação.

Esse equipamento é conhecido pelos especialistas de uma forma genérica pelo termo “pig”.

Em uma aplicação especial instrumentada, são conhecidos como “pigs calibradores” ou “pigs geométricos”.

Pigs geométricos normalmente compreendem um corpo com, pelo menos, dois copos de material elastomérico com certo grau de flexibilidade, que tocam a parede interna do duto pelo interior do qual se deslocam.

Ao passar pelo interior de um duto, caso encontre alguma irregularidade como um amassamento por exemplo, o copo se deforma, aciona um transdutor e, por consequência, gera um registro de uma irregularidade. Exemplo desse tipo de píg, está descrito no documento US 3,755,908 pertencente à VerNooy e no documento US 4,457,073, pertencente à T.D.Williamson Inc.

Os pigs evoluíram para ter a capacidade de perceber e registrar as irregularidades provocadas por corrosão na parede interna do duto pelo interior da qual ele se desloca.

Em dutos de transporte de petróleo e seus derivados, a ocorrência de falhas estruturais por corrosão interna normalmente fica localizada na geratriz inferior da tubulação. Isto acontece devido a presença de água salgada fazendo parte do fluido que é transportado. A água salgada, como é mais pesada que os hidrocarbonetos, migra para a região da geratriz inferior da tubulação e gera quase que uma linha localizada e frequente em falhas provocadas pelo fenômeno da corrosão.

Um tipo de pig para detecção das falhas citadas acima, é o Pig Magnético de Corrosão, também conhecido intemacionalmente como “Magnetic Flux Leakage Pig” ou, simplesmente, “MFL Pig”.

Este tipo de pig atua em duas etapas quase que instantâneas. Uma primeira etapa compreende a magnetização da parede do duto. Uma segunda etapa, logo a seguir, compreende a medição do campo magnético sobre a superfície magnetizada na primeira etapa. A detecção de uma falha é interpretada pela ocorrência de fugas de campo magnético percebidas pelos sensores de detecção. Uma fuga de campo magnético significa perda de material metálico, que indica uma falha na espessura da tubulação.

Este tipo de pig apresenta algumas limitações para a determinação precisa do tipo de falha causada pelo fenômeno da corrosão.

Como as falhas ou defeitos ficam muito próximos entre si, a resposta fica comprometida em termos de graduação do nível da corrosão. O grande número de defeitos gera uma pertubação muito complexa no campo magnético na região da geratriz inferior e o resultado final é impreciso. Por outro lado, não é possível ter certeza se o defeito é uma protuberância ou uma depressão.

Uma outra ferramenta para inspecionar o interior de dutos é conhecido como Pig Ultra-sônico. O princípio de funcionamento reside na emissão de ondas de alta frequência contra a parede da tubulação e na captação do eco correspondente à onda emitida, com registro do tempo de ida da onda e volta do eco. O tempo entre a emissão da onda e o retomo do eco, quando fora de uma homogeneidade, é indicativo de falha por corrosão.

Diante da explanação imediatamente acima, fica claro o desenvolvimento de técnicas para determinação das condições de um duto onde o homem não tem condições de inspecionar vísualmente, ou seja, o interior dos mesmos.

No entanto, condições externas inerentes à localização de dutos, mais especificamente os valores de parâmetros fisico-químicos, são igualmente importantes. As condições do ambiente são fatores determinantes para a previsão de vida útil de um duto. É sabido que muitos destes fatores, quase todos na verdade, são mutáveis ao longo do tempo. Isto implica em uma necessidade de conhecer esses parâmetros para que previsões de vida útil possam ser feitas.

Até onde se sabe, a determinação desses parâmetros é feita por pessoal humano ou envolvendo técnicas complexas e de alto custo, no local onde os dutos encontram-se instalados e o mais próximo possível da superfície externa da tubulação. Não é difícil imaginar a dificuldade dessas medições, se levadas em conta situações como extensão da tubulação, profundidade em que está enterrada no solo e, no caso de mar, o acesso por conta das grandes profundidades.

Em um exemplo mais prático, para medição do potencial eletroquímico de dutos terrestres enterrados, a medição normalmente é realizada na superfície do solo sobre o duto. Quanto mais enterrado está o duto, mais imprecisão de medida é observada, decorrente da queda ôhmica, devida à alta resistência do trecho de solo entre a superfície e a parede externa do duto. No caso de medições em dutos mergulhados em águas profundas e ultra-profundas, o equipamento e a logística necessária para levar os sensores que, por sua vez, devem ter toda uma sofisticação para suportar as condições ambientais, demandam altíssimo custo.

Ainda é sentida a necessidade de um sistema que seja capaz de medir valores de parâmetros fisico-químicos próximo à superfície externa de dutos de forma simples, sem a utilização de pessoal humano e a custos bem mais reduzidos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO O objetivo da presente invenção é um sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto, os quais são utilizados, por exemplo, para monitorar as condições ambientais onde o duto se encontra instalado. O objetivo acima é alcançado por meio de um sistema que compreende uma pluralidade de dispositivos que são instalados espaçados entre si por sobre a superfície externa do duto por meios de fixação, como por exemplo, por colares ou abraçadeiras e, o dispositivo compreende uma instrumentação baseada em sensores dedicados ao registro dos parâmetros de interesse, um circuito eletrônico de detecção e de disparo de sinal de dados e uma fonte de alimentação autônoma.

Internamente ao duto, um pig que, por sua vez porta uma unidade eletrônica igualmente dedicada capaz de emitir, quando na ocasião de sua passagem por um dispositivo externo, um pulso energético capaz de ativar o dispositivo externo de modo que este transmita os dados de seus sensores de parâmetros, recolher esses dados por meio de um receptor de dados e armazená-los.

Ao fim da “viagem” do pig, os dados recolhidos são transferidos a uma unidade de processamento para análise. O sistema da presente invenção vem conseguir uma precisão de medida muito desejável, uma vez que é instalado sobre a superfície externa do próprio duto, sem sujeição a interferências e imprecisões.

Por outro iado, o sistema da presente invenção traz uma substancial redução em termos de custos e de complexidade logística para uma operação i de recolhimento de dados.

Por suas características de autonomia em termos de fonte de energia, o sistema da presente invenção proporciona total disponibilidade de inspeção a qualquer momento, bastando para tal realizar uma “corrida” com um pig de acordo com a presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As características do sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig, serão melhor percebidas a partir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo, associada aos desenhos abaixo referenciados, os quais são parte integrante do presente relatório. A Figurai mostra uma representação esquemática de uma primeira possível concretização para a presente invenção para dutos suspensos no sofo e dispositivo energizado por par galvânico. A Figura 2 mostra uma representação esquemática para uma segunda possível concretização para a presente invenção, para dutos enterrados e dispositivo energizado por painel solar. A Figura 3 mostra uma representação esquemática para uma terceira possível concretização para a presente invenção para dutos molhados. A Figura 4 mostra uma representação em detalhe do interior da área pontilhada da Figura 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A descrição detalhada do sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig, objeto da presente invenção, será feita de acordo com a identificação dos componentes que os formam, com base nas figuras acima descritas.

Trata a presente invenção de um sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto, os quais são utilizados, por exemplo, para estimar prazos ou rotinas de manutenção e de operação destes dutos.

Como já foi abordado mais acima, a grande dificuldade da obtenção de medidas de parâmetros fisico-químicos em dutos de transporte de fluidos é o fato gerador da presente invenção devido, principalmente, às condições de ambiente no qual o duto é instalado, tanto em termos de impossibilidade de realização das medidas próximas ao duto, caso de dutos enterrados ou mergulhados, quanto de tempo e gasto quando os dutos são muito extensos e/ou passam por áreas de difícil acesso.

As Figuras 1,2,3 e 4, ilustram em casos mais particulares algumas concretizações alternativas para o sistema da presente invenção e, nas quais, referências a componentes iguais são preservadas para fins de consistência.

Independente de qualquer concretização em particular, o sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig, objeto da presente invenção compreende: - um dispositivo externo de medição (1), instalado por meios de fixação, que podem ser escolhidos, por exemplo, entre um colar (C) ou uma abraçadeira entre outros, externamente, em um ponto (P) do comprimento de um duto (D), com uma unidade eletrônica (11) instalada em seu interior que possui a capacidade de ligação com uma pluralidade de sensores (12), cujo número depende do número de parâmetros que serão medidos no ponto (P) de instalação, um mecanismo sensor (13) de pulso de disparo de funcionamento e uma primeira unidade de energia (14), ligada à unidade eletrônica (11), destinada a fornecer energia suficiente para funcionar quando necessário e que pode ser escolhida entre: pilha eletroquímica (PE), cuja energia é desenvolvida por dois eletrodos (A, B) tendo o solo (S) ou água do mar como meio eletroquímico, acumulada em vários capacitores em paralelo (não mostrados), um painel solar (PS), entre outras; - um pig (2), que porta uma eletrônica em seu interior que basicamente compreende, preferencialmente, uma unidade emissora (21) de pulso, uma unidade receptora (22) de pulso e dados, que é ligada a uma unidade de armazenamento de dados (23), destinada a guardar os dados sobre os parâmetros eletroquímicos recolhidos, a codificação do local do ponto (P) e de distância de duto (D) percorrida e, uma segunda unidade de energia (24) que pode ser escolhida entre cabo elétrico caso a distância seja curta, ou batería para longa distância.

Quando em uma “corrida” para aquisição de dados, o pig (2) emite ao longo de sua trajetória por meio da unidade emissora (21), pulsos, os quais no caso de serem eletromagnéticos são de alta intensidade, de curta duração e capazes de atravessar a parede do duto, os quais, ao passar por um ponto (P) são percebidos pelo mecanismo sensor (13) do dispositivo externo de medição (1), que comuta tanto a primeira unidade de energia (14) quanto os sensores (12) e os capacitores, de um estado latente para um estado de operação, durante o qual os capacitores são comutados eletronicamente de uma configuração em paralelo a uma configuração em série, que provoca um disparo de resposta de dados para o pig (2) que os recolhe por meio da unidade receptora (22) e transfere à unidade de armazenamento de dados (23).

Preferencialmente os pulsos de comunicação entre o pig (2) e o dispositivo externo de medição (1), são eletromagnéticos, mas nada impede que outros tipos de pulso interpretáveis possam ser utilizados, como por exemplo, ultra-som. O número de sensores utilizados pelo dispositivo externo de medição depende do tipo de parâmetro que se deseja medir em determinado ponto (P) ao longo do duto (D).

Os parâmetros que geralmente interessam e podem ser adquiridos pelos sensores (12) acima podem ser, por exemplo: potencial eletroquímico, pH, temperatura, pressão, resistividade elétrica, salinidade, velocidade da correnteza marinha, etc. O sistema da presente invenção tem aplicação que pode ser escolhida entre: dutos novos a serem instalados, dutos já assentados e em operação com um mínimo de operações de adaptação, dutos submarinos novos antes de serem lançados e dutos submarinos já lançados e em operação.

Na Figura 1, pode-se observar uma concretização possível para a presente invenção, na qual o duto (D) encontra-se sobre o solo (S) e, neste caso, a fonte de energia é uma pilha eletroquímica (PE) como se pode acompanhar pelo posicionamento dos dois eletrodos (A e B) e o próprio solo como eletrólito.

Para dutos já assentados é facultativa a construção de bocas de visita nos pontos (P) de medição de parâmetros, uma vez que, no caso de utilização de pilha eletroquímica (PE), deverá acontecer de tempos em tempos uma troca de anodos de sacrifício. Um exemplo deste tipo de adaptação pode ser acompanhado na Figura 2, onde, altemativamente, está sendo utilizado como fonte de energia painel solar (PS).

Nas Figuras 3 e 4, pode-se acompanhar um exemplo de concretização para instalação do sistema da presente invenção em um duto (D) que se estende desde uma unidade estacionária de produção (UEP) até o fundo do mar.

Na Figura 3, observa-se o espaçamento entre os dispositivos externos de medição (1) ao longo do duto (D). Neste caso, a instalação para dutos pré-existentes é realizada por meio de veículo remotamente operado (ROV).

Na Figura 4, podem ser observados detalhes compreendidos no interior da área tracejada (T) da Figura 3. Nota-se que, para ambas as concretizações, a fonte de energia é uma pilha eletroquímica (PE) com dois eletrodos (A e B) e a própria água do mar como eletrólito. A descrição que se fez até aqui do sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig, objeto da presente invenção, deve ser considerada apenas como possíveis concretizações, e quaisquer características particulares nelas introduzidas devem ser entendidas apertas como algo que foi descrito para facilitar a compreensão. Dessa forma, não podem de forma alguma serem considerados como limitantes da invenção, a qual está apenas limitada ao escopo das reivindicações que seguem. REIVINDICAÇÕES [/

Claims (8)

1 - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig, caracterizado por compreender: - um dispositivo externo de medição (1), instalado por meios de fixação externamente em um ponto (P) do comprimento de um duto (D), com uma unidade eletrônica (11) instalada em seu interior que possui a capacidade de ligação com uma pluralidade de sensores (12), cujo número depende do número de parâmetros que serão medidos no ponto (P) de instalação, um mecanismo sensor (13) de pulso de disparo de funcionamento e uma primeira unidade de energia (14), ligada à unidade eletrônica (11), destinada a fornecer energia suficiente para funcionar quando necessário e que pode ser escolhida entre: pilha eletroquímica (PE), cuja energia é desenvolvida por dois eletrodos (A, B) tendo o solo (S) ou água do mar como meio eletroquímico, acumulada em vários capacitores em paralelo (não mostrados), um painel solar (PS), entre outras; - um pig (2), que porta uma eletrônica em seu interior que basicamente compreende, preferenciaimente, uma unidade emissora (21) de pulso, uma unidade receptora (22) de pulso e dados, que é ligada a uma unidade de armazenamento de dados (23), destinada a guardar os dados sobre os parâmetros eletroquímicos recolhidos, a codificação do local do ponto (P) e de distância de duto (D) percorrida e, uma segunda unidade de energia (24) que pode ser escolhida entre cabo elétrico caso a distância seja curta, e bateria para longa distância.

2 - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por quando em uma “corrida" para aquisição de dados, o pig (2) emitir ao longo de sua trajetória por meio da unidade emissora (21), pulsos, os quais no caso de serem eletromagnéticos são de alta intensidade, de curta duração e capazes de atravessara parede do duto, os quais, ao passar por um ponto (P) são percebidos pelo mecanismo sensor (13) do dispositivo externo de medição (1), que comuta tanto a primeira unidade de energia (14) quanto os sensores (12) e os capacitores, de um estado latente para um estado de operação, durante o qual os capacitores são comutados eletronicamente de uma configuração em paralelo a uma configuração em série, que provoca um disparo de resposta de dados para o pig (2) que os recolhe por meio da unidade receptora (22) e transfere à unidade de armazenamento de dados (23).

3 - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o sistema de fixação entre o dispositivo externo de medição (1) e o duto (D) poder ser escolhido entre um colar (C), uma abraçadeira, entre outros;

4 - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizado por os pulsos de comunicação entre o pig (2) e o dispositivo externo de medição (1) serem eletromagnéticos., mas nada impede que outros tipos de pulso interpretáveis possam ser utilizados, como por exemplo, ultra-som.

5 - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizado por os pulsos de comunicação entre o pig (2) e o dispositivo externo de medição (1) serem por ultra-som.

6 - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o número de sensores utilizados pelo dispositivo externo de medição depender do tipo de parâmetro que se deseja medir em determinado ponto (P) ao longo do duto (D).

7 - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por os parâmetros que podem ser adquiridos pelos sensores (12) acima podem ser escolhidos entre potencial eletroquímico, pH, temperatura, pressão, resistividade elétrica, salinidade e velocidade da correnteza marinha.

8 - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o sistema da presente invenção ter aplicação que pode ser escolhida entre: dutos novos a serem instalados, dutos já assentados e em operação com um mínimo de operações de adaptação, dutos submarinos novos antes de serem lançados e dutos submarinos já lançados e em operação.