BRPI0706655A2 - estrutura de acoplamento - Google Patents

Abstract

ESTRUTURA DE ACOPLAMENTO. Estrutura de acoplamento (1,73,77,81,82) para tubos de transferência de hidrocarboneto criogênico, compreendendo: - uma primeira e segunda seções de tubo de transferência criogênico (2, 3) cada uma tendo uma parede metal (4, 62) e uma seção de tubo flexível (5) interconectando as primeira e segunda seções (2, 3), - uma armação de suporte de articulação (9) compreendendo: - um primeiro conjunto de braços (11, 13) conectados com uma extremidade de base (20, 22) à primeira seção de tubo (2), - um anel de suporte (15) ao redor da seção de tubo flexível (5) acoplada articuladamente às partes de extremidade de articulação (27, 29) do primeiro conjunto de braços, o primeiro conjunto de braços (11, 13) sendo pivotável ao redor de um primeiro eixo (30), e - um segundo conjunto de braços (16, 18) conectados com uma extremidade de base (38, 39) à segunda seção de tubo (3) e com uma parte final de articulação (32, 33) acoplada articuladamente ao anel de suporte (15), o segundo conjunto de braços (16, 18) sendo pivotável ao redor de um segundo eixo (36) que é transversal ao primeiro eixo (30), caracterizado pelo fato de que as extremidades de base (10, 22, 38, 39) dos primeiro e segundo conjuntos de braços (11, 13, 16, 18) são conectados às primeira e segunda seções de tubo (2, 3), via pelo menos um membro conector (23, 25, 42, 43) se estendendo transversalmente à respectiva seção de tubo (2, 3), a uma distância predeterminada da parede de metal de seção de tubo (4, 62), os braços se estendendo ao longo das respectivas seções de tubo (2, 3) sobre um comprimento predeterminado de modo que um vão (41) entre a parede de metal de seção de tubo (4, 62) e o braço (11, 13, 16, 18) seja definido sobre dito comprimento.

Description

_ "ESTRUTURA DE ACOPLAMENTO"

A invenção refere-se a uma estrutura de acoplamento paratubos de transferência de hidrocarboneto criogênico, compreendendo:

- uma primeira e segunda seções de tubo de transferência, cadauma tendo uma parede metálica e uma seção de tubo flexível interconectandoas primeira e segunda seções;

- uma armação de suporte articulada compreendendo:

- um primeiro conjunto de braços conectados a umaextremidade de base da primeira seção de tubo;

- um anel de suporte ao redor da seção de tubo flexívelacoplada articuladamente às partes finais de articulação do primeiro conjuntode braços, o primeiro conjunto de braços sendo pivotável ao redor de umprimeiro eixo, e

- um segundo conjunto de braços conectados a umaextremidade de base da segunda seção de tubo e com uma parte final dearticulação acoplada articuladamente ao anel de suporte, o segundo conjuntode braços sendo pivotável ao redor de um segundo eixo, que é transversal aoprimeiro eixo.

Pela US 4.097.073, é conhecido interconectar seções decondutos rígidos de um tubo de transferência de óleo por uma mangueiraflexível. A mangueira flexível se estende dentro de uma junta cardan emforma de gaiola, a junta cardan transferindo as elevadas cargas mecânicasestáticas e dinâmicas de uma seção de conduto rígido para outra, enquantopermitindo que seções de conduto pivotem uma em relação à outra ao redorde dois eixos perpendiculares. O conduto flexível provê liberdade demovimentação e forma uma conexão à prova de fluido sem transferir forçassignificativas.

Ao transferir fluidos criogênicos, como GLP ou GNL, atemperatura das seções de conduto podem se tornar muito baixas, da ordemde -130°C. Provisões especiais precisam ser tomadas para a mangueiraflexível de modo a impedir que a mesma se torne friável e se rompa após unspoucos ciclos de dobramento. Além disso, os membros estruturais do cardan,ou acoplamentos universais sofrerão com as baixas temperaturas.

Especialmente durante a partida e interrupção de transferência de fluidocriogênico, as diferenças de temperatura causarão contrações e expansõeslocais relativamente grandes que podem causara falha de junta cardan devidoao desalinhamento das articulações que não podem mais pivotar ao redor deseus eixos e, assim, se tornam presas. Outro efeito adverso sobre a juntacardan causado pela baixa temperatura é o fato das articulações poderemcongelar devido à formação de gelo no ambiente marinho úmido.

É, portanto, um objetivo da presente invenção prover um tubode transferência criogênico articulado que possa ser operado a baixastemperaturas de uma maneira confiável e à prova de falhas. E outro objetivoda presente invenção prover uma linha de transferência criogênica que utilizaum acoplamento cardan e que reduz cargas termais sobre os pontos de pivô doacoplamento.

Desse modo, a estrutura de acoplamento da presente invençãoé caracterizada pelo fato das extremidades de base dos primeiro e segundoconjuntos de braços serem conectadas às primeira e segunda seções de tubovia pelo menos um membro conector estendendo transversalmente aorespectivo tubo.

Pelo acoplamento dos braços de suporte ao membro conectortransversal, uma conexão mecanicamente forte pode ser obtida, a qual podesuportar forças elevadas em uma direção axial. Além disso, pelo acoplamentodos braços a uma distância da parede metálica das seções de tubo criogênico,um espaço de isolamento é formado, impedindo que os braços e, assim, asarticulações nas extremidades de articulações dos braços se tornem muitofrias.O membro conector pode ser formado de flanges de conexãoda seção de tubo flexível e as primeira e segunda seções de tubo metálico. Ummaterial isolante pode ser incluído entre os flanges.

Alternativamente, o membro conector é feito de um materialisolante, como um material compósito reforçado por fibra, mas também podeser, por exemplo, uma placa de aço relativamente fina em comparação àextensão dos braços e à altura do vão isolante. Desse modo, a área de seçãotransversal para transferência de calor dos braços para as seções de tubo épequena e um bom efeito isolante dos braços é obtido, enquanto, ao mesmotempo, uma conexão suficientemente forte dos braços às seções de tubometálico é obtida.

O membro conector se estende a uma distância predeterminadada parede metálica da seção do tubo, os braços se estendendo ao longo dosrespectivos tubos por uma extensão predeterminada, de modo que um vãoentre a parede metálica da seção do tubo e população de plantas braço sejadefinido sobre a mencionada extensão.

A largura do vão entre os braços e as respectivas seções detubo ao longo das quais os braços se estendem fica entre 0,1 e 0,5 vezes umdiâmetro externo de tubo dos tubos de transferência criogênicos. O vão podeser evacuado, mas também pode compreender um material isolante, comoresinas reforçada com fibra de vidro, nylon, xytrex, materiais cerâmicos etc.Em um modo de realização preferido, os braços divergem, afastando-se dasseções de tubo no sentido da extremidade da base para a extremidade dearticulação dos braços. Desse modo, ao mesmo tempo, suficiente distância deisolamento é criada entre os braços e as seções de tubo, enquanto o anel desuporte pode ter um diâmetro relativamente grande de modo que odobramento do tubo flexível possa ser acomodado sem que o tubo flexívelcontate o anel de suporte.

De modo a reduzir a seção transversal condutora entre aextremidade de base dos braços e as partes de extremidade de articulação, osbraços têm uma forma substancialmente cilíndrica vazada com um diâmetroque fica entre 0,5 vezes o diâmetro do tubo e 1 vez o diâmetro do tubo. Por"cilíndrico", como usado aqui, não só são definidos os braços cilíndricoscirculares, como também braços não tendo um contorno fechado circular deseção transversal, como retangular ou oval. Por "vazado" nos referimos a queapenas as paredes dos braços são formadas por um material estruturalmenteresistente, enquanto o espaço interno dos braços pode ser carregado commaterial isolante.

As extremidades de base dos braços podem ser envoltas poruma câmara de isolamento que pode ser evacuada ou carregada com ummaterial isolante. A seção de tubo flexível de parede dupla pode compreenderum tubo externo acoplado a um tubo externo das seções de tubo, via umflange externo, e um tubo interno que compreende uma parte flexível e umaparte de flange de aço, conectadas a um conduto interno das seções de tubovia um flange interno, e um membro de alinhamento em forma de anelenvolvendo o flange interno e sendo conectado ao flange externo. Dessemodo, os flanges são mantidos em alinhamento em uma posição axial e radial,e podem ser facilmente acessados para serviço pela desmontagem do tuboexterno. Uma mangueira de parede dupla criogênica flexível adequada parauso na presente invenção está descrita no pedido de patente europeu5.105.011.0 que foi depositada em 8 de junho de 2005 no nome dorequerente, que é aqui incorporada pela referência.

O acoplamento flexível de acordo com a presente invençãopode ser usado em muitas posições e configurações diferentes, como em umaestrutura de carregamento/deslocamento de GNL submersa ou flutuante àsuperfície, como uma bóia ou transportador (por exemplo,carregamento/descarregamento de navio intermediário) ou em uma série dejuntas articuladas de tubos rígidos em um duto de transferência criogênico deáguas médias.

Alguns modos de realização de um acoplamento de acordocom a presente invenção serão descritos em detalhe com referência aosdesenhos anexos. Nos desenhos:

a fig. 1 mostra uma vista em perspectiva de um modo derealização de um acoplamento criogênico de acordo com a presente invenção,a fig. 2 mostra uma seção transversal longitudinal doacoplamento da fig. 1,

a fig. 3 mostra uma seção transversal transversa doacoplamento da fig. 1,

a fig. 4 mostra um modo de realização do acoplamento no qualo vão entre os braços e as seções de tubo é parcialmente carregado commaterial isolante, as extremidades de base sendo envoltas em uma caixa deisolamento,

a fig. 5 mostra um detalhe do tubo flexível criogênico deparede dupla, e

a fig. 6 mostra um modo de realização no qual a junta cardan éacoplada a uma superfície externa de um fiange de acoplamento,

a fig. 7 mostra um modo de realização no qual a junta cardan éacoplada entre dois flanges de acoplamento,

as figs. 8-10 mostram representações esquemáticas dediferentes configurações do acoplamento da presente invenção.

A fig. 1 mostra a estrutura de acoplamento criogênico 1 dapresente invenção compreendendo uma primeira seção de tubo 2 e umasegunda seção de tubo 3. As primeira e segunda seções de tubo 2, 3 são feitasde um material relativamente rígido, como aço, mas podem ser formadas demateriais compósitos e serem relativamente rígidas. Uma seção de tuboflexível intermediária 5 interconecta seções de tubo 2, 3 vias flanges deacoplamento 6, 7. As seções de tubo 2, 3 são interconectadas via anel desuporte 9 tendo primeiro conjunto de braços 11, 13 conectando as seções detubo 3 ao anel de suporte 15.

Os braços 11, 13 são conectados por suas bases 20, 22 a ummembro conector 23, enquanto os braços 16, 18 são conectados ao membroconector 25. As extremidades de articulações 27, 29 dos primeiros braços 11,13 são acoplados ao anel de suporte 15 via articulações 30, 31 de modo que osbraços possam pivotar ao redor do eixo 30. As partes extremas 32, 33 dosbraços 16, 18 são acopladas ao anel de suporte 15 nos pontos de articulação34, 35 para serem pivotáveis ao redor do eixo 36.

Como pode ser visto pela fig. 2, os braços 16, 18 têm formacilíndrica vazada, e têm extremidades superiores que divergem no sentidooposto das seções de tubo 2, 5, na direção das articulações 34, 35. Asextremidades de base 38, 39 são situadas a uma distância da parede externametálica 40 da seção de tubo 23, de modo que o vão 41 seja formado. Omembro conector 25 conectando os braços 16, 18 à seção de tubo 3 é formadopor duas placas 42, 43 que são suportadas sobre a seção de tubo 3 e queenvolvem os braços 16, 18. A espessura t das placas 42, 43 é pequena emcomparação com a altura H do vão 41, de modo que apenas uma pequena áreade seção transversal para transporte de calor dos braços 16,18 para a paredeexterna fria é disponível.

A seção de tubo flexível 5 compreende uma parede externaflexível 45 e uma parede interna flexível isolante 44.

Na fig. 4, são mostradas as caixas de isolamento 50, 51 aoredor dos membros conectores 23, 25, cujas caixas podem ser evacuadas oucarregadas com um material isolante. Além disso, o vão 41 é parcialmentecarregado com um material isolante 52.

A fig. 5 mostra uma seção de tubo flexível de parede dupla 5que é conectada a uma seção de tubo inferior de parede dupla 3 via o flangede acoplamento externo 7. A seção de tubo 5 compreende um tubo internoflexível 55 que é conectado a uma parte de flange de aço 57. Esta parte deflange 57 é conectada à parte de flange de aço 58 do duto interno 59 de umaseção de tubo inferior 3. O duto interno 59 pode ser feito de material isolante,mas também pode ser constituído de aço, ou pode ser um material compósitocompreendendo fibras metálicas ou sintéticas, material de Teflon e similar. Otubo flexível externo 60 é conectado, via uma parte de flange 61, ao tuboexterno de aço 62 da seção de tubo inferior 3. As partes de flange 57, 58 sãoenvoltas por um membro de alinhamento em forma de anel 63 que tem umentalhe 64 no qual os membros estendidos lateralmente 65 são recebidos deuma maneira isolada ao calor. Um membro conector externo 66 do membrode alinhamento 63 é acoplado aos flanges de acoplamento 7 do tubo externo62. Desta maneira, as posições axial e radial do membro de flange interno 65e flange de acoplamento externo 7 é mantido em um estado claramentedefinido, onde o membro de flange interno 65 pode ser facialmente acessadopelo destacamento da seção de tubo externo 60, 62.

A fig. 6 mostra um modo de realização no qual o membroconector 23, 25 da estrutura de acoplamento 1, compreende elemento emforma de anel conectado a flanges 6, 6' e 7, T interconectando a seção detubo flexível 5 com as primeira e segunda seções de tubo 2, 3 no modo derealização da fig. 6, um material isolante 55, 56 é interposto entre os flanges 6e 6', 7, 7' para impedir transferência de calor das seções de tubo de parededupla 2, 3 para a seção de tubo flexível 5. Os conectores 23 e 25 sãomontados sobre superfícies externas dos flanges 6, 7. No modo de realizaçãoda fig. 7, os conectores 23, 23' são situados entre os flanges 6, 6' w 7, 7',envoltos por material isolante 55, 56 para prevenção de transferência de calorda estrutura de acoplamento 1 para a seção de tubo flexível 5.

A fig. 7 mostra um navio-tanque para hidrocarbonetosliqüefeitos, como navio-tanque de GNL 70 que tem uma mangueira flutuante71 conectada a um distribuidor de carregamento-descarregamento de navio-intermediário 72. Ao final da mangueira 71, uma estrutura de acoplamento 73de acordo com a presente invenção é provida. É possível ainda conectar umnúmero de mangueiras 71 em paralelo a uma única estrutura de acoplamento73 para suportar as elevadas forças estáticas e dinâmicas.

Nos modos de realização, por exemplo, das figs. 6 e 7 épossível incluir um suporte giratório em linha na posição, ou próximo a ela deum ou ambos os flanges 6, 7. Este suporte giratório ou suportes giratórios emlinha acomodam forças de torsão nos pontos em que o furo é conectado àestrutura de acoplamento.

No modo de realização da fig. 8, uma bóia de carregamento-descarregamento de GNL à superfície da água é acoplada a uma mangueira deágua-média criogênica submersa 76 (que poderia ser parcialmente flutuante àsuperfície da água), via uma estrutura de acoplamento 77. A bóia 75 éancorada ao leito do mar via linhas de ancoragem 78.

No modo de realização da fig. 9, um número de tuboscriogênicos de aço rígido 79, 80 é suportada de uma estrutura decarregamento/deslocamento, tal como uma bóia 78. Os tubos 79, 80 sãointerconectadas via estruturas de acoplamento 81,82 de acordo com a presenteinvenção.

Claims (16)

1. Estrutura de acoplamento (1, 73, 77, 81, 82) para tubos detransferência de hidrocarboneto criogênico, caracterizada pelo fato decompreender:- uma primeira e segunda seções de tubo de transferênciacriogênico (2, 3), cada um tendo uma parede metálica (4, 62) e uma seção detubo flexível (5) interconectando as primeira e segunda seções (2, 3),- uma armação de suporte de articulação (9) compreendendo:- um primeiro conjunto de braços (11, 13) conectados comuma extremidade de base (20, 22) à primeira seção de tubo (2),- um anel de suporte (15) ao redor da seção de tubo flexível (5)acoplada articuladamente às partes de extremidade de articulação (27, 29) doprimeiro conjunto de braços, o primeiro conjunto de braços (11, 13) sendopivotável ao redor de um primeiro eixo (30), e- um segundo conjunto de braços (16, 18) conectados com umaextremidade de base (38, 39) à segunda seção de tubo (3) e com uma partefinal de articulação (32, 33) acoplada articuladamente ao anel de suporte (15),o segundo conjunto de braços (16, 18) sendo pivotável ao redor de umsegundo eixo (36) que é transversal ao primeiro eixo (30),onde as extremidades de base (10, 22, 38, 39) dos primeiro esegundo conjuntos de braços (11, 13, 16, 18) são conectados às primeira esegunda seções de tubo (2, 3), via pelo menos um membro conector (23, 25,-42, 43) se estendendo transversalmente à respectiva seção de tubo (2, 3).

2. Estrutura de acoplamento de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato do conector compreender um flange interconectando aseção de tubo flexível (5) com as primeira e segunda seções de tubo (2, 3).

3. Estrutura de acoplamento de acordo com a reivindicação 2,caracterizada pelo fato das extremidades de base () dos braçoscompreenderem um conector em forma de anel acoplado ao flange.

4. Estrutura de acoplamento de acordo com a reivindicação 2ou 3, caracterizada pelo fato do material isolante ser interposto entre osflanges da seção de tubo flexível e das primeira e segunda seções de tubo.

5. Estrutura de acoplamento de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato das extremidades de base dos braços serem acopladasao conector a uma distância predeterminada da parede metálica da seção dotubo (4, 62), os braços se estendendo ao longo das respectivas seções de tubo(2, 3) por uma extensão predeterminada de modo que o vão (41) entre aparede metálica da seção do tubo (4, 62) e o braço (11, 13, 16, 18) sejadefinido sobre a mencionada extensão.

6. Estrutura de acoplamento (1, 73, 77, 81, 82) de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato da largura domembro conector (23, 25, 42, 43) na direção da altura do vão (14) serrelativamente pequena em comparação com a altura do vão (14).

7. Estrutura de acoplamento (1, 73, 77, 81, 82) de acordo comqualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato domembro conector (42, 43) ser substancialmente em forma de placa.

8. Estrutura de acoplamento de acordo (1, 72, 77, 81, 82) deacordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelofato da largura do vão (41) ficar entre 0,1 e 0,5 vezes um diâmetro de tuboexterno DO das seções de tubo de transferência criogênico (2, 3).

9. Estrutura de acoplamento (1, 73, 77, 81, 82) de acordo coma reivindicação 8, caracterizada pelo fato de um material isolante (52) serconstituído no vão (41).

10. Estrutura de acoplamento (1, 73, 77, 81, 82) de acordo comqualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato dosbraços (11, 13, 16, 18) terem forma substancialmente cilíndrica vazada comum diâmetro D2 que fica entre 0,5 vezes o diâmetro do tubo DO e de 1 vez odiâmetro do tubo.

11. Estrutura de acoplamento (1, 73, 77, 81, 82) de acordo comqualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato dasseções de tubo (2, 3) compreenderem um tubo externo (62) e um tubo detransferência interno (59) situado a uma distância do tubo externo.

12. Estrutura de acoplamento de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato das seções de tubo (2, 3)compreenderem um tubo externo (62) e um tubo de transferência interno (59)situado a uma distância do tubo externo.

13. Estrutura de acoplamento de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato das seções de tubo (2, 3)compreenderem uma cobertura de parede isolante interna ou externamente àmencionada parede metálica (4, 62).

14. Estrutura de acoplamento de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato das extremidades de base(20, 22, 38, 39) dos braços serem envoltas por uma câmara de isolamento (50,51).

15. Estrutura de acoplamento de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato dos braços divergirem dasseções de tubo (2, 3) no sentido da extremidade de base (20, 22, 38, 39) naparte de extremidade de articulação (27, 29, 32, 33) dos braços.

16. Estrutura de acoplamento de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato do tubo flexível (5)compreender um tubo externo (60) acoplado à parede externa (62) das seçõesde tubo (2, 3) via um flange externo (7), e um tubo interno (55, 57) quecompreende uma parte flexível (55) e uma parte de flange de aço (57),conectado a um conduto interno (59) das seções de tubo (2, 3) via uma partede flange interno (58), e um membro de alinhamento em forma de anel (63)envolvendo o flange da parte de flange interna (58) e sendo conectado aoflange externo (7).16. Estrutura de acoplamento de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de um suporte giratório sersituado entre pelo menos uma das seções de tubo de transferência (2, 3) e aseção de tubo flexível (5).