BRPI0720197A2

BRPI0720197A2 - Mangueira de transferência criogênica para hidrocarbonetos material espaçador isolante fibroso, e, método para construir uma mangueira de transferência

Info

Publication number: BRPI0720197A2
Application number: BRPI0720197-4A
Authority: BR
Inventors: Philippe Albert Christian Menardo; Jean-Pierre Queau
Original assignee: Single Buoy Moorings
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2013-12-31
Also published as: JP5242589B2; EP2095006A2; RU2011136028A; MX2009006135A; BRPI0720197B1; US8122914B2; EP2159468B1; NO20092329L; BRPI0720197A8; CA2673281A1; JP5575834B2; WO2008071637A2; EP2159468A1; JP2012229805A; US20100024911A1; RU2435097C2; JP2010512497A; NO338903B1; WO2008071637A3; AU2007332612B2

Description

“MANGUEIRA DE TRANSFERÊNCIA CRIOGÊNICA PARA HIDROCARBONETOS. MATERIAL ESPAÇADOR ISOLANTE FIBROSO, E, MÉTODO PARA CONSTRUIR UMA MANGUEIRA DE TRANSFERÊNCIA”

A invenção refere-se a uma mangueira de transferência criogênica para hidrocarbonetos compreendendo uma mangueira interna, uma mangueira externa arranjada ao redor da mangueira interna de uma maneira concêntrica e um membro espaçador ligando um vão anular entre as mangueiras interna e externa, um material isolante fibroso formando uma matriz tridimensional de fibras compreendido no vão anular. A invenção também se refere a um material isolante fibroso para uso nesta mangueira de transferência criogênica e a um método de construir uma mangueira de transferência criogênica isolada.

Uma mangueira de transferência criogênica do tipo acima mencionado é conhecida da patente US. 6.186.181.

A patente US. 6.186.181, em nome da Alcatel, apresenta uma tubulação flexível para transferência de hidrocarbonetos criogênicos em temperaturas ao redor de -160°C, esta tubulação compreendendo um tubo metálico corrugado interno, um tubo metálico corrugado externo localizado a alguma distância do tubo interno e um espaçador, bem como, um material isolante entre os tubos metálicos interno e externo. O espaçador compreende duas cordas feitas de plástico reforçado com fibra aplicadas ao tubo interno e enroladas em direções opostas. No vão em forma de anel, entre os tubos metálicos corrugados interno e externo, é criado um vácuo entre I e IOOPa. O material isolante, no vão, é formado por um material de lã que provê uma matriz tridimensional de fibras. O material de lã é usado no lugar de materiais isolantes sólidos ou materiais comprimidos multicamadas, uma vez que este material de lã combina capacidades de transferência térmica baixas (um bom isolante) com a possibilidade de uma evacuação rápida do vão entre os dois tubos metálicos corrugados. A evacuação, ou sub pressurização do vão é preferida mais do que o uso de um material super-isolante no vão, devido à evacuação isolar, de modo ótimo, o tubo metálico corrugado externo altamente condutor, do tubo metálico corrugado interno altamente condutor.

O uso de um vácuo dentro de um tubo metálico corrugado

externo para transferência de LNG poderia criar uma situação potencialmente perigosa quando ocorresse perda de vácuo e/ou pela entrada de água através de aberturas, ou rachaduras, nas soidas das tiras em espiral corrugadas vizinhas do tubo externo. Estes tipos de tubos corrugados podem ser 10 aceitáveis quando usados como mangueiras aéreas em um ambiente mais estático, mas podem ser perigosos quando usados em um ambiente de mar aberto, como mangueiras de transferência de LNG aéreas, flutuantes, ou submersas, devido ao perigo de entrada de água do mar nas aberturas ou (micro-) rachaduras nas soidas. Especialmente em uma situação de mar aberto 15 dinâmica e úmida, o tubo externo é submetido a flexão constante e à forças de estiramento provocadas pelo vento, ondas e movimentação das estruturas flutuantes às quais a mangueira está presa, que podem, facilmente, levar à pequenas rachaduras nas soidas e a uma perda de vácuo. O raio de flexão de um sistema de transferência de LNG com os tubos corrugados interno e 20 externo é, além disso, relativamente grande, o que não corresponde com as ondas, e deveria ser controlado e restringido todo o tempo para evitar situações onde o tubo poderia ser estirado demais, uma vez que isto levaria à deformações permanentes do tubo externo e à criação de aberturas, ou rachaduras, no tubo corrugado externo.

Outra desvantagem do sistema de transferência contínua de

LNG da patente no US. 6.189.181 é que, no caso de uma rachadura local no tubo metálico corrugado interno ou externo feito continuamente, todo o sistema precisa ser desmontado e substituído por um sistema de transferência de LNG novo, completo, que é uma operação bastante cara e consumidora de tempo. Portanto, é necessário um sistema de transferência de LNG flexível que possa ser usado em uma situação de mar aberto, dinâmica, que seja protegido, todo o tempo, contra qualquer entrada de água do mar, tendo um raio de flexão pequeno e que facilitasse atividades manutenção e reparos

fáceis no sistema.

/·

E um objetivo da presente invenção prover uma mangueira de transferência criogênica que possa ser usada em um ambiente de mar aberto dinâmico, como em condições aéreas no mar, sob vento e movimentos induzidos por ondas e, preferivelmente, como uma mangueira de transferência criogênica flutuante ou submersa.

É um objetivo adicional da invenção prover uma mangueira de transferência criogênica que possam ser facilmente fabricada, que seja confiável em sua operação e que possa ser facilmente reparada ou substituída.

É, novamente, um objetivo da invenção prover um método de construção (isto é fabricação e/ou reparo) de uma mangueira de transferência criogênica, no qual, uma mangueira interna e externa podem ser alinhadas rápida e precisamente, e que possa ser facilmente ajustada no comprimento.

Em relação a isto, a mangueira de transferência, de acordo com a invenção, é caracterizada pela mangueira externa compreender um material elastomérico, ou plástico, o material fibroso estando sobre pelo menos uma parte do comprimento das mangueiras contíguo às mangueiras interna e externa e formando um membro espaçador.

A mangueira de transferência, de acordo com a invenção, também pode ser caracterizada pelo fato de material fibroso poder ser adicionado de modo que sejam criadas, sobre a mangueira interna, áreas de densidades diferentes sobre o comprimento da mangueira interna.

Adicionalmente, a mangueira de transferência, de acordo com a invenção, também pode ser caracterizada pelo fato de diferentes tipos de material fibroso poder ser combinados de modo a criar áreas sobre o comprimento de uma mangueira com características de espaçadores diferentes.

O material fibroso se estende radialmente a partir do tubo 5 interno para o tubo externo e suporta o tubo externo em uma posição radial substancialmente constante em relação ao tubo interno. O material fibroso pode ser aplicado facilmente ao redor do tubo interno e colocado no interior da mangueira externa. Quando o espaço entre as mangueiras interna e externa está carregado com material fibroso, a convecção de ar entre as duas 10 mangueiras é minimizada, ou mesmo, evitada. O material fibroso pode se estirar para acomodar alongamentos ou flexões induzidos ambientalmente e permitir um deslocamento relativo das mangueiras interna e externa seguindo contração e expansão induzidas termicamente pelo uso. O material fibroso pode absorver forças radiais exercidas sobre a mangueira externa e prover 15 uma resistência contra a compressão de modo a atuar como um membro espaçador. A combinação do material fibroso com a mangueira externa elastomérica, ou plástica, provê uma mangueira criogênica que é muito flexível e tendo um raio de flexão relativamente pequeno; o raio de flexão da mangueira externa podendo ser igual a 4 vezes o diâmetro da mangueira 20 interna. A mangueira externa é robusta e resiste à entrada de água, impactos mecânicos e é altamente isolante. Além disso, o uso de um vácuo no espaço anular para propósitos de isolante pode, pela combinação do material elastomérico, ou plástico, da mangueira externa e o material isolante fibroso, ser evitado.

Mesmo que outros elementos espaçadores possam ser providos

em adição ao material fibroso, em um modo de realização preferido, sobre um comprimento de pelo menos 40cm, nenhum outro elemento além do material fibroso se estende radialmente de uma posição de contato sobre a mangueira interna para uma posição de contato sobre a mangueira externa. Como a matriz tridimensional de material fibroso, per si, provê resistência suficiente contra a compressão radial, o uso de espaçadores, ao longo do comprimento das mangueiras concêntricas, pode ser reduzido, de modo que a transferência térmica para o tubo interno nas posições dos espaçadores pode ser mantida a um mínimo. No caso de serem necessários espaçadores adicionais, eles podem ser adicionados a distâncias entre eles, sobre a parte superior do material de lã compressível. O espaçador pode ser feito de qualquer material mas é, de preferência, feito de um material fibroso compacto com capacidades isolantes altas; como uma lã muito compacta ou, mais preferivelmente, um material como feltro.

Um material fibroso apropriado é elasticamente alongável em uma direção do comprimento da mangueira por, pelo menos, 10 %. A ligação inter-fibras das fibras na matriz tridimensional deve ser relativamente forte de modo a resistir ao alongamento permanente e disruptivo.

Com "elasticamente" queremos dizer que o material fibroso pode retomar a seu estado não deformado sem se submeter a uma deformação permanente. As propriedades elásticas do espaçador de material fibroso são providas por uma camada fibrosa que é elasticamente compressível em uma direção radial da mangueira entre 1% e 10 % de uma força sobre a mangueira interna entre 5 e 50kN/m, quando a mangueira externa é presa em uma posição fixa.

Preferivelmente o material fibroso tem uma densidade de

λ

70kgm' e um volume aberto de 93%, de modo que quantidades relativamente grandes de ar isolante possam ser aprisionadas entre as fibras. É possível enrolar o material fibroso e distribuí-lo igualmente sobre a mangueira interna em múltiplas camadas. Adicionando-se mais camadas do mesmo material fibroso, as camadas serão mais comprimidas e mais rígidas. É igualmente possível adicionar em algumas áreas locais, ao longo da mangueira interna, camadas extras do mesmo material laminado fibroso para criar uma área espaçadora relativamente rígida. Isto também pode ser conseguido usando-se, por exemplo, diferentes métodos de enrolamento. Alternativamente, materiais fibrosos diferentes podem ser combinados sobre a mangueira interna; por exemplo, multicamadas de material de lã podem ser usadas apenas na área 5 onde seja necessário ter bom isolamento e material de feltro, que é muito mais denso do que o material de lã, pode ser usado na área para controlar o encurvamento da mangueira interna em relação à mangueira externa.

A mangueira, de acordo com a invenção, é tanto forte, quanto flexível. O raio de flexão da mangueira externa é quatro vezes o diâmetro da mangueira interna. A mangueira externa provê tanto a flexibilidade quanto o isolamento termal, uma vez que tem um coeficiente de transferência térmica entre 0,1 e 10 Wm-1K'1, preferivelmente entre 0,1 e I Wm-1K'1.

O material fibroso pode ser cercado por uma bolsa, cilindro ou camada impermeável ao ar entre a mangueira externa e o material fibroso. Isto permite que a camada fibrosa pela inserção da mangueira interna com a camada fibrosa enrolada sobre a mesma, seja comprimida por evacuação da camada impermeável ao ar e inserida na mangueira interna com um diâmetro reduzido. A remoção da sub pressão na camada impermeável ao ar faz com que a camada fibrosa se expanda e preencha o vão anular entre a mangueira interna e as mangueiras externas. No caso adicional de, por exemplo, espaçadores em forma de anéis feitos de material de feltro compacto, serem adicionados na parte superior, colocados dentro, ou colocados sob o material fibroso de lã a distâncias espaçadas regularmente ao longo da mangueira interna, uma bolsa hermética pode ser adicionada sobre o material fibroso e os espaçadores. Alternativamente os espaçadores podem ser adicionados sobre a parte superior da bolsa hermética que envolve o material fibroso.

Um material fibroso preferido, com boa resistência mecânica, propriedades de alongamento elástico e capacidade de isolamento termal compreende um material de lã. O material de lã pode ser um material laminado fibroso em forma de tira, que é enrolado ao redor da mangueira interna.

A mangueira externa compreende preferivelmente elastômero reforçado com fibra, e/ou metal, e/ou um material plástico de modo a ter um grau elevado de flexibilidade, resistência a impacto e impermeabilidade à água e a gás. A mangueira externa protege o tubo interno contra a água do mar, impactos potenciais, etc., e pode ser uma mangueira de descarga de óleo flutuante padrão que é feita normalmente de material compósito plástico ou elastomérico, com uma parede espessa, por exemplo, com uma espessura de parede entre 3cm e 15cm. A mangueira externa, com seu coeficiente de transferência térmica baixo, também forma uma barreira termal entre o duto flexível interno e o ambiente. A mangueira interna pode ser qualquer tipo de mangueira apropriada para a transferência criogênica de fluidos, como mangueiras multicamadas compósitas reforçadas com arame, tubulações flexíveis de aço corrugado, mangueiras criogênicas de furo liso, etc. A pressão entre as mangueiras interna e externa pode ser substancialmente igual à pressão do lado de fora da mangueira externa.

Os meios espaçadores fibrosos da perda de calor mínima, da presente invenção, mantêm as mangueiras flexíveis interna e externa em uma relação espaçada radialmente enquanto acomodam contração termal longitudinal diferencial das mangueiras sem diminuir a flexibilidade da tubulação global. O espaçador fibroso de perda de calor mínima pode ser combinado com espaçadores adicionais feitos, preferivelmente, de um material fibroso mais denso, como material de feltro. A mangueira flexível externa é uma mangueira feita de um material compósito elastomérico ou plástico tendo uma baixa condutibilidade de transferência térmica. A mangueira externa pode ser uma mangueira elastomérica padrão (de borracha), ou uma mangueira de plástico, por exemplo, feita de etil- propileno reforçado com Kevlar. O tubo flexível intemo é, preferivelmente, uma mangueira de transferência de LNG, por exemplo, do tipo como apresentado na WO 01/96.772, em nome de BHP Petroleum, que mostra uma mangueira multicamada flexível arranjada entre um arame enrolado em espiral intemo e externo. Esta mangueira pode ser provida com um tubo externo adicional como uma trança, uma rede, um tecido de malha, etc. que resiste ao alongamento da matriz da mangueira multicamada à pressão interna do fluido criogênico. Alternativamente, a mangueira flexível interna pode ser uma tubulação corrugada como mencionado na patente US. 6.189.181, que pode ser provida com camadas de armadura adicionais (fibra), ou a mangueira flexível interna pode ser uma mangueira criogênica de furo liso feita de tubo de Etileno-Propileno Fluorado (FEP).

O material da mangueira externa flexível e a matriz tridimensional do material espaçador isolante fibroso funcionam em conjunto, de modo que quando o sistema de transferência de LNG, completamente montado, é flexionado e estirado repetidamente em um ambiente de mar aberto dinâmico, reiteradamente, a flexibilidade e o funcionamento apropriado do sistema são mantidos.

Devido à esta combinação de um duto de LNG intemo, um material isolante baseado em fibra altamente flexível e as capacidades protetoras e de isolamento da mangueira externa elastomérica ou plástica, o uso de um vácuo complexo e vulnerável no espaço anular remanescente entre os tubos, por razões de isolamento, pode ser evitado. Esta combinação minimiza o influxo termal e assegura, conseqüentemente, maior eficiência termal do sistema enquanto uma flexibilidade e uma elasticidade globais são asseguradas.

O material espaçador isolante fibroso, de condutibilidade baixa, no vão entre a mangueira interna e a mangueira externa elastomérica, ou plástica, pode compreender um material de lã, filamentos, rede, malha, trança, etc. O aspecto principal deste material fibroso é que ele forma uma matriz tridimensional resiliente com boas capacidades de isolamento quando o ar está aprisionado entre as fibras. O material fibroso preferido é pelo menos tão flexível quanto uma bainha sintética convencional de modo que possa ser enrolado ao redor do tubo intemo para a finalidade de colocação, exatamente como o material sintético foi usado no passado.

O material espaçador isolante fibroso pode ser combinado com o uso de um pano que seja tecido, trançado, entrelaçado, entremeado, tricotado, ou similar e pode ser feito de fibras ou de fios cerâmicos. Pode ser feito na forma de tiras, esteiras, lâminas, mangueiras tubulares, tecidos tricotados tubulares, etc. Está dentro do escopo da invenção usar comprimentos individuais dos materiais fibrosos que são presos ao duto de LNG intemo, ou à mangueira externa, por amarração, ligação, colagem, etc. Por exemplo, o material espaçador isolante pode ser feito de uma tira estreita contínua de material multicamada formado fora de uma rede de fibras. Lâminas individuais, ou esteiras, de material espaçador fibroso multicamada podem ser mutuamente fixadas por costura, amarração, ou enrolamento em espiral, com um material, ou fio trançado de condutibilidade baixa, como algodão, ou rayon, para unificar a tira e para estabilizá-la contra alongamento disruptivo. Uma vez que o material é muito flexível e estirável, é até mesmo possível que as camadas de material não precisem ser mutuamente presas.

A lâmina isolante de material espaçador fibroso que liga as mangueiras externa e interna pode compreender camadas múltiplas intercaladas de material refletor termal e fibroso. Em determinados modos de realização, o material espaçador fibroso pode ser faceado sobre um, ou ambos os lados com um ou mais faceamentos abrasivo-resistentes, como uma folha de material laminado plástico metalizado. O material espaçador fibroso pode ser combinado com uma ou mais lâminas de barreira de radiação com uma espessura menor do que 0,2mm. Este material refletor de radiação termal poderia ser uma folha de metal ou papel alumínio. Alternativamente, a mangueira de LNG interna pode ser enrolada em camadas múltiplas de material metalizado refletor. O material espaçador isolante fibroso pode ser adicionado nestas camadas de material metalizado, ou pode ser enrolado ao redor dele. Várias camadas de material espaçador isolante laminado são enroladas ao redor da mangueira ou tubo intemo.

Uma característica de um material espaçador fibroso preferido é que ele pode normalmente ser estirado e comprimido pelo menos 10% sem resultar em quaisquer deformações permanentes. Este é um aspecto importante, uma vez que uma mangueira de transferência de LNG aérea, flutuante, ou submersa, flexível, é colocada em um ambiente de mar aberto muito dinâmico e estará sujeita à compressão, alongamento, flexão, torção, etc., repetitivos.

O material espaçador isolante também precisa ser capaz de aceitar as diferenças relativas no alongamento ou retração das mangueiras intema e externa durante procedimentos de resfriamento ou aquecimento no processo de transferência de LNG.

O material espaçador isolante preferido compreende uma lã feita do material natural, plástico (PET) ou outro material sintético ou cerâmico. Com o termo "lã" como aqui usado, é pretendido um corpo coerente de fibras, filamentos, fios ou arames emaranhados com interstícios interconectados. A lã pode, por exemplo, ser na forma de um tecido aveludado com fibras de Aramida, ou pode ser feita de material de PET, As diferentes camadas não são, preferivelmente, ligadas, mas, enroladas. Devido ao coeficiente de atrito (que está entre 0.7 e 0.83, dependendo do tipo de lã) as camadas enroladas têm uma coesão forte, mesmo durante flexão e estiramento repetíveis das camadas enroladas.

A lã é um material espaçador isolante muito bom uma vez que tem condutibilidade termal pequena combinada com resistência mecânica elevada. A lã é composta, preferivelmente, de fibras tendo diâmetros menores do que, aproximadamente, 10 micra.

A lã pode ser um tecido aveludado duplo que tenha desempenho isolante e dinâmico aperfeiçoado, por exemplo uma lã como apresentado na patente US. 6.779.368.

E igualmente possível usar um material de lã que tenha passado por um tratamento específico conhecido para evitar a acumulação de eletricidade estática quando o material de lã trabalhar contra si mesmo, ou contra a mangueira interna e/ou externa.

Quando colocado no vão das mangueiras coaxiais, o material de lã pode ser estirado pelo menos 10% e é compressível na direção do comprimento da mangueira sem quaisquer deformações ou alongamentos permanentes.

A lã, de acordo com a presente invenção, é feita para ter uma determinada resistência mínima em uma direção radial, de modo que quando é colocada na abertura, mantém o tubo intemo e a mangueira flexível externa em relação espaçada radialmente enquanto, ao mesmo tempo acomoda a contração termal longitudinal diferencial do tubo intemo e da mangueira extema. A lã tem um contato pela ponta com o tubo intemo, com a mangueira extema ou com ambos. As fibras são orientadas substancialmente na direção das mangueiras, ou seja, perpendicular à direção do influxo termal através do espaço isolante. Devido a estas capacidades do material de lã, o uso de quaisquer espaçadores adicionais que poderiam funcionar como pontes de temperatura entre o tubo intemo e a mangueira extema pode ser evitado sobre pelo menos 0,40m. Se for necessário adicionar um espaçador, um espaçador feito de um material fibroso menos flexível e compacto com capacidades isolantes elevadas, como um material de feltro, pode ser adicionado sobre a parte superior do material de lã a intervalos regulares. Nenhum outro elemento espaçador além destes materiais fibrosos se estende radialmente a partir de uma posição de contato sobre a mangueira interna até uma posição de contato sobre a mangueira extema.

Diversas camadas de material espaçador isolante podem ser enroladas ao redor da mangueira interna ou da trança que cobre a mangueira 5 interna. Cada camada espaçadora pode ser enrolada sob, por exemplo, um ângulo de 45 graus com o eixo da mangueira interna, de modo que a diferença na orientação das respectivas camadas seja 90 graus. Dependendo das características do material espaçador (orientação das fibras, método de produção, capacidades, etc.) diferentes ângulos de enrolamento e diferentes 10 números de camadas podem ser aplicados.

Uma mangueira de transferência criogênica interna e extema co-axial, de acordo com a invenção pode, em virtude da estrutura porosa aberta do material espaçador fibroso, ser formada pelas etapas de:

- prover uma primeira mangueira,

- prover um material fibroso, ou poroso, ou isolante, ao redor

da primeira mangueira,

- prover uma película impermeável ao ar ao redor do material fibroso, ou poroso, e colocar a mencionada película em uma configuração hermética ao redor da primeira mangueira

- remover o ar do invólucro hermético para redução de um

diâmetro do material fibroso, ou poroso, por compressão,

- colocar a primeira mangueira, o material fibroso comprimido e o material de película dentro da mangueira extema à pressão reduzida, e

- aumentar a pressão de ar do material fibroso, ou poroso, para permitir que ele se expanda.

O tubo pode ser montado de tal maneira que uma vez todos os segmentos conectados e, o material isolante fibroso preenchendo o vão entre a mangueira intema e extema, haja ainda a possibilidade de purgar a passagem do vão com ar, ou um gás inerte, para remover qualquer gás que vazou da mangueira interna. Alternativamente a passagem do vão pode ser sobrepressurizada (1500 - 2500kPa) com ar, ou um gás inerte, para evitar qualquer vazamento de gás da mangueira interna que contém LNG a uma pressão de IOOOkPa.

No caso da mangueira interna ser uma mangueira interna compósita multicamada, provida com uma trança, as camadas enroladas de material de lã envolvem um grande volume de ar aprisionado e a mangueira interna com camadas de lã enroladas tem um diâmetro relativamente tão grande que ela não pode ser colocada dentro da mangueira elastomérica extema. Para adicionar o tubo intemo dentro da mangueira extema, uma bolsa em forma de mangueira de plástico fino, ou lâmina tubular é puxada sobre o tubo intemo com camadas de lã enroladas, cuja mangueira de plástico fina é fechada. Um vácuo é aplicado a esta mangueira plástica de modo a remover o ar aprisionado do material de lã. Como resultado deste vácuo adicionado, o diâmetro global encolherá de modo que o tubo intemo com camadas enroladas de lã, pode ser inserido, agora, de um modo coaxial, na mangueira protetora extema. Uma vez os flanges terminais do tubo intemo e da mangueira extema alinhados (e podendo ser mutuamente acoplados), o vácuo pode ser removido e o material de lã suga ar para o vão e infla a si mesmo, fixando-se, desse modo, em um modo de afastamento entre o tubo intemo e a mangueira extema.

Espaçadores adicionais, por exemplo, feitos de material fibroso de feltro, podem ser adicionados na parte superior, dentro ou sob as camadas de lã enroladas, a distâncias regulares. Os espaçadores adicionais têm um diâmetro extemo que é menor do que o diâmetro intemo da mangueira extema de modo que a bolsa em forma de mangueira de plástico fina, ainda possa ser colocada sobre eles, e um vácuo possa ser adicionado para reduzir, desse modo o diâmetro global do material de lã. Alternativamente, a bolsa em forma de mangueira de plástico fina pode, primeiramente, ser colocada sobre as camadas de lã enroladas e, após isto, espaçadores de feltro podem ser adicionados a intervalos regulares sobre a parte superior da bolsa em forma de mangueira, reduzindo localmente o diâmetro, do diâmetro global. Um vácuo é aplicado a esta mangueira plástica 5 de modo a remover o ar aprisionado do material de lã. Como resultado deste vácuo adicionado, o diâmetro global encolherá de modo que o tubo intemo com camadas de lã enroladas e espaçadores adicionais podem, agora, ser inseridos de um modo co-axial na mangueira protetora extema.

Adaptando-se a espessura do material de afastamento fibroso 10 que é aplicado sobre o tubo intemo, e um aumento conseqüente no vácuo aplicado para reduzir o diâmetro do combinado, mangueira intema e espaçador, o grau de compressão do material fibroso no vão anular e, por conseguinte, a rigidez do espaçador podem ser variados de modo a se obter uma mangueira flexível com características de flexão específicas.

Outra vantagem do uso de um material de lã como um

espaçador isolante para sistemas de transferência de LNG é que um material prendedor Velcro® pode ser usado para prender as lâminas do material de lã sobre o tubo intemo, a mangueira extema, ou em ambas. Isto assegura uma posição fixa da lã enquanto acomoda contração termal longitudinal diferencial 20 do tubo intemo e da mangueira extema durante flexão e estiramento repetitivos de ambas.

Com um material espaçador fibroso, como uma lã e/ou um feltro colocado no vão, ainda é possível mover ar, ou gás inerte, através do vão, de uma extremidade para a outra extremidade das mangueiras 25 interconectadas do sistema de transferência de LNG. Isto possibilita um sistema de detecção de gás em uma das extremidades do sistema de LNG montado para detectar rapidamente qualquer vazamento de LNG, do gás para

r

a abertura. E igualmente possível criar uma sobrepressão no vão que seja mais elevada que a pressão do fluido na mangueira intema, de modo que nenhum gás possa vazar para fora da mangueira intema para o espaço do vão. Alternativamente, o vão pode ser provido com múltiplos sensores de temperatura interconectados colocados a intervalos regulares dentro do vão e conectados a um sistema de sensoriamento de temperatura que pode indicar a área, ou o local, onde LNG, ou gás frio, vaza do tubo intemo para o vão. Como tanto o tubo intemo, quanto a mangueira extema são segmentados, o segmento que contém o vazamento pode ser trocado e substituído por um segmento novo sem substituir todo o sistema de transferência de LNG flexível, que seria o caso com um tubo metálico extemo corrugado contínuo.

Uma vez que a combinação de um material espaçador estirável fibroso, no vão, entre um tubo de transferência de LNG intemo e uma mangueira extema, a mangueira extema sendo feita de um material compósito elastomérico ou plástico que tem baixa condutibilidade de transferência térmica, evita convecção de ar, minimiza o influxo termal e, conseqüentemente, assegura maior eficiência termal de um sistema de transferência de LNG flexível global, e evita a necessidade de uma pressão menor do que a atmosférica, ou vácuo, no vão para propósitos isolantes como é o caso para o sistema de transferência de LNG apresentado na patente US. 6.186.181. No arranjo de mangueira co-axial conhecido descrito neste documento, é necessário um vácuo de modo a reduzir o influxo termal via tubo extemo corrugado altamente condutor.

A invenção, além disso, refere-se a um material isolante fibroso para uso em uma mangueira de transferência criogênica compreendendo uma película hermética e uma camada fibrosa acoplada à mencionada película. O material de lâmina pode ser enrolado ao redor da mangueira intema; em uma forma tubular ou em tiras enroladas em espiral e, então, evacuado para comprimir o material fibroso para resultar em uma mangueira intema com diâmetro reduzido que pode ser facilmente introduzida na mangueira extema. A película pode ser vedada para formar um cilindro envolvendo o material fibroso, antes ou após de aplicar o material fibroso à mangueira intema. Em um modo de realização, o cilindro formado da película e material fibroso, é fechado de um modo hermético em uma parte inferior e compreende um membro de acoplamento, como uma rosca de parafuso, ou válvula, para acoplar a um dispositivo de evacuação e remoção do ar do cilindro. Em outro modo de realização, o material fibroso está compreendido entre a película e uma segunda película, cujas películas são mutuamente vedadas em um modo hermético. Uma abertura de fluxo de ar, que pode ser fechada, pode ser provida em pelo menos uma das películas. Evacuando-se o espaço entre as películas, a camada fibrosa é comprimida de modo a ter um diâmetro reduzido quando colocada ao redor da mangueira intema. Após a inserção da mangueira intema e da camada fibrosa comprimida dentro da mangueira extema, o vácuo é removido e a camada fibrosa se expande para preencher o vão anular entre as mangueiras intema e extema.

Em um modo de realização a mangueira é feita de diversos segmentos, cada um tendo flanges terminais de interconexão. A mangueira é construída, ou reparada, provendo-se um primeiro e segundo segmentos de mangueira, cada um tendo uma mangueira intema e extema, material fibroso comprimido entre as mangueiras intema e extema e um flange de conexão em uma parte da extremidade, interconectando os flanges de conexão dos primeiro e segundo segmentos e aumentando a pressão de ar do material fibroso, ou poroso, nos primeiros e segundos segmentos após a interconexão.

Alguns aspectos de diferentes modos de realização de acordo com a invenção serão descritos, como exemplo, em referência aos desenhos anexos.

Alguns aspectos de diferentes modos de realização de acordo com a invenção serão descritos, como exemplo, em referência aos desenhos anexos. Nos desenhos: a Fig. 1 mostra uma vista em perspectiva parcialmente recortada de uma mangueira de transferência criogênica da invenção,

a Fig. 2 mostra uma vista em seção transversal longitudinal de uma mangueira de transferência criogênica da invenção,

a Fig. 3 mostra o acoplamento dos segmentos de mangueira interconectados em uma escala ampliada,

as Figs. 4a-4g mostram as etapas consecutivas da montagem de um segmento de mangueira para o uso em uma mangueira de transferência criogênica, de acordo com a invenção,

as Figs. 5a-5c mostram diferentes modos de realização de um material isolante compósito para o uso como um espaçador, de acordo com a presente invenção,

as Figs. 6a e 6b mostram o material isolante compósito aplicado a uma mangueira de transferência criogênica intema, em um modo tipo luva e na forma de enrolamentos embobinados em espiral, respectivamente,

a Fig. 7 mostra uma mangueira intema e material espaçador isolante tendo numerosos sensores de temperatura distribuídos ao longo de seu comprimento,

a Fig. 8 mostra uma mangueira intema e material espaçador isolante tendo um sistema de detecção de gás em uma parte do flange terminal,

a Fig. 9 mostra um material espaçador isolante fibroso com a maioria das fibras orientadas em uma direção do comprimento da mangueira, a Fig. 10 mostra uma mangueira de transferência criogênica com elementos espaçadores adicionais,

a Fig. 11 mostra uma vista esquemática de um sistema de transferência de LNG usando uma mangueira de transferência criogênica, de acordo com a presente invenção,

as Figs. 12a, 12b e 12c mostram uma vista em seção transversal longitudinal, uma vista oblíqua em seção transversal ao longo da linha AA e uma vista no plano de um conjunto de transferência criogênica mangueira-para-mangueira, respectivamente,

as Figs: 13, 14 e 15 mostram uma vista em seção transversal longitudinal de modos de realização onde os flanges de conexão da mangueira intema estão acoplados aos flanges de conexão da mangueira extema,

as Figs. 16a e 16b mostram uma vista em seção transversal longitudinal e uma vista no plano, respectivamente, de uma mangueira intema qual é móvel na direção do comprimento em relação à mangueira extema,

as Figs. 17a e 7b, mostram uma vista em seção transversal longitudinal e uma vista no plano, respectivamente, de um modo de realização onde um espaçador é construído ao redor dos flanges da mangueira intema,

as Figs. 18a e 18b mostram uma vista em seção transversal

longitudinal e um plano, respectivamente, de um modo de realização onde a mangueira intema compreende um membro de conexão deslizável,

a Fig. 19 mostra uma vista em seção transversal longitudinal de um membro de conexão deslizante da mangueira intema que compreende um fole de vedação,

a Fig. 20 mostra uma vista em seção transversal longitudinal de um membro de conexão de fixação da mangueira intema compreendendo numerosas vedações de face, e

a Fig. 21 mostra uma vista esquemática em seção transversal longitudinal de uma mangueira intema se estendendo ao longo de uma trajetória curva dentro da mangueira extema, de modo a ser alongável, e

as Figs, 22 e 23 mostram diferentes configurações dos módulos de flutuabilidade acoplados à mangueira extema da presente invenção, a uma distância da mesma, de modo a permitir contato uniforme da mangueira extema com o ambiente e, por conseguinte, aquecimento uniforme da mangueira extema fria, pelo ambiente, para manter suficiente flexibilidade.

A Fig. 1 mostra dois segmentos de mangueira de transferência criogênica interconectados 1, 2, de uma mangueira de transferência criogênica

3. Cada segmento de mangueira compreende uma mangueira de metal corrugado ou reforçada com arame em espiral, intema 4 tendo um arame em espiral intemo e extemo 5, 6 que suportam os respectivos lados intemo e extemo de uma camada impermeável ao fluido 7. A mangueira intema pode ser provida com uma trança tubular (não mostrada) para combater e restringir o alongamento da mangueira intema resultante da pressão do fluido transferido. Ao redor da mangueira intema 4, uma mangueira elastomérica ou plástica extema 8 está colocada a uma distância da mangueira intema 4. No vão anular 9, entre a mangueira extema 8 e a mangueira intema 4, está colocada uma camada de material espaçador isolante fibroso 11 que está situada em relação de contato com o perímetro extemo da mangueira intema 4 e o perímetro intemo da mangueira extema 8. A camada fibrosa 11 resiste à compressão pela flexão ou estiramento da mangueira extema 8 devido à expansão e contração das mangueiras 4, 8 induzidas termicamente e por pressão e forma um elemento espaçador impedindo que a mangueira intema 4 contate a mangueira extema 8.

Os segmentos da mangueira intema 4 são interconectados através de um flange de acoplamento intemo 12, enquanto que os segmentos da mangueira extema são conectados via um flange de acoplamento extemo

13. Na posição dos flanges de acoplamento 12, 13, um anel espaçador 14 se estende sobre o espaço anular 9 e interconecta os flanges 12, 13 de modo a impedir que os flanges 12, 13 se separem em uma direção axial. Esta separação dos flanges 12, 13 em uma direção axial é indesejada uma vez que, na troca ou reparo de um segmento de mangueira 1.2, o flange de acoplamento intemo 12 deve, todo o tempo, estar acessível após o flange de acoplamento extemo 13 ser destacado. Como aparece claramente na Fig. 2, o material espaçador fibroso 11 se estende no vão anular 9 até a posição do anel espaçador 14. Nesta posição, o material fibroso 11 não atua como um membro espaçador para manter uma distância predeterminada entre a mangueira extema e a mangueira intema 4, mas apenas funciona como um material isolante. Como pode ser visto da Fig. 3, os flanges de acoplamento intemo 12, 12’ e os flanges de acoplamento extemo 13, 13' dos segmentos de mangueira 1, 2 são interconectado via parafusos 16, 17. Vedações impermeáveis a fluidos 18 estão situadas na interface dos flanges externos 13, 13'.

As Figs. 4a-4g mostram diferentes etapas no processo de fabricação de um conjunto de mangueira de transferência criogênica co-axial usando um material isolante fibroso no vão anular entre as mangueiras intema e extema. A Fig. 4a mostra uma mangueira intema 61 com material fibroso de lã 63 enrolado ao redor dela. Espaçadores adicionais feitos de, por exemplo, material de feltro fibroso compacto e com um diâmetro menor do que o diâmetro intemo da mangueira extema podem ser colocado a intervalos regulares na parte superior, dentro, ou sob, o material de lã fibroso. Os flanges de acoplamento 62, 62' se projetam em uma direção axial a partir do material de lã de modo a estarem acessíveis para acoplamento. Uma luva hermética 64 tendo conectores de evacuação 66 5 compreendendo uma válvula, é colocada ao redor da mangueira intema 61 (Fig. 4b) depois do que, a luva é evacuada (Fig. 4c) acoplando-se uma bomba de ar ao conector de evacuação 66 e criando-se uma subpressão menor do que 90kPa. A mangueira com diâmetro reduzido 61 é, então, introduzida na mangueira elastomérica e/ ou plástica extema 65 e o ar é reintroduzido na luva hermética 64 via válvula no conector de evacuação 66 (Figs. 4d e 4e). Finalmente os flanges terminais 67, 67' são colocados ao redor da mangueira intema e interconectados com a mangueira extema 65 para completar o segmento de mangueira co-axial 69 mostrado na Fig. 4g.

A Fig. 5a mostra um material isolante compósito fibroso 19, de acordo com a invenção, que pode ser usado como um membro espaçador para posicionar as mangueiras intema e extema 4, 8 de uma configuração de 5 duto criogênico co-axial, como mostrado nas, Figs. 1-4. O material compósito

19 compreende camadas de película impermeável a gás 20, 21 envolvendo uma matriz de núcleo 22 de material fibroso encerrado entre as camadas 20, 21. Ao longo de seus perímetros, as camadas 20, 21 são mutuamente vedadas em áreas de vedação impermeáveis a líquido 23, 24. Um conector de 10 evacuação 26 pode ser provido na camada de película 20 tendo um membro de válvula de fechamento, para conectar a um dispositivo de evacuação 27, como uma bomba de vácuo. O material compósito 19 pode estar na forma tubular ou pode ser em tiras, ou lâminas, que podem ser enroladas ao redor da mangueira intema. Após a aplicação à mangueira intema, o ar é removido 15 dentre as lâminas 20, 21, de modo que o material compósito é compactado e a mangueira intema, com o material compósito suportado sobre esta mangueira, pode ser introduzida dentro da mangueira extema. Após a mangueira intema portando sobre seu perímetro o material isolante compósito fibroso compactado 19, ser levada para a posição axial desejada, ar pode ser admitido 20 no núcleo 22 do material fibroso via conector de evacuação 26, de modo que as fibras podem se expandir no vão anular 9, entre as mangueiras.Quando usado como um membro espaçador, o núcleo fibroso 22 de material compósito 19 pode se expandir de modo que ele preencha e atravesse completamente o vão anular 9.

A figura 5b mostra um material isolante compósito fibroso

alternativo 27 tendo uma única camada de material de lâmina impermeável 28 com a camada fibrosa 29 ligada ela, via colagem, termo-ligação, calandragem a quente, estampagem a quente, e similares. Tiras adicionais 29b de material fibroso compacto, como material de feltro, tendo uma altura menor, podem ser adicionadas para funcionar como espaçadores adicionais rígidos. O material de lâmina 28 pode ser na forma de uma camada plástica, de uma camada refletora de calor, como alumínio ou compósitos de um plástico (PE, PP) e um metal (alumínio). O material compósito27 pode ser usado na forma tubular ao redor da mangueira intema, ou pode ser usado em tiras, ou esteiras, ao redor da mangueira intema, com a lâmina impermeável 28 localizada, preferivelmente, sobre o lado de fora.

A Fig. 5c mostra um material isolante compósito fibroso 30, com uma camada de proteção impermeável a líquido 31 e, laminadas à mesma, numerosas camadas fibrosas 32, 33, 34. Intercaladas com as camadas fibrosas 32-34 estão as camadas refletoras de radiação 35, 36, que podem ser formadas de uma lâmina de metal, como alumínio, ou um laminado de um material plástico e um metal, como laminados de alumínio-PE. O uso de camadas refletoras 35, 36 aumenta as propriedades de isolar o calor do material compósito 30.

A Fig. 6a mostra o material compósito 19 da Fig. 5a colocado ao redor de uma mangueira intema 40 quando em um modo tubular co-axial. Alternativamente, o material compósito27, da figo 5b, ou o material compósito 30, da figura 5c, pode ser colocado de maneira similar ao redor da mangueira intema 40 com as camadas protetoras 28 na posição da camada extema 20, na Fig. 5a.

A Fig. 6b mostra o material compósito 19, 27 ou 30 enrolado ao redor da mangueira intema 40 em laços em espiral. No caso de ser usado um material compósito do tipo mostrado na Fig. 5b, ou Fig. 5c, as lâminas protetoras 28, 31 formam a camada extema, onde as lâminas protetoras das tiras vizinhas são vedadas de um modo impermeável a gás.

Deveria ser notado que um material compósito 19, 27, 30 não precisa preencher completamente o vão anular 9 entre a mangueira intema coaxial 4, 40 e a mangueira extema 8, mas pode igualmente ser usado como um material isolante apenas no vão anular, sendo introduzido facilmente dentro do vão por meio do processo de evacuação que está descrito aqui, abaixo, em relação às figuras 4a-4g.

A Fig. 7 mostra um modo de realização no qual múltiplos sensores de temperatura 41, 42, 43 estão distribuídos ao longo do comprimento da mangueira intema 40. Se o gás liqüefeito escapar por um vazamento na mangueira intema 40, os sensores de temperatura medirão uma queda na temperatura. Os sinais dos sensores 41, 42 e 43 podem ser supridos a uma unidade de transmissão 44 situada na região do flange terminal 45 da mangueira intema 40. Da unidade de transmissão 44, os dados de temperatura podem ser transmitidos para uma unidade da detecção de vazamento, situada sobre uma estrutura flutuante que esteja conectada à tubulação 40.

No modo de realização mostrado na Fig. 8, uma unidade 47 de detecção de gás está incorporada na área de um flange terminal 46 da mangueira de transferência. A unidade de detecção do gás 47 compreende uma bomba e um tubo de entrada 48 conectado ao espaço entre a mangueira extema (não mostrada no desenho) e a mangueira intema 40. Através da matriz fibrosa aberta do material espaçador, a unidade de detecção de gás 48 está em conexão fluídica com o espaço anular entre as mangueiras intema e extema ao longo do comprimento dos segmentos de mangueira interconectados

A Fig. 9 mostra um material fibroso 50 colocado na mangueira intema 40, as fibras formando uma matriz tridimensional coerente, a orientação de uma maioria das fibras 51 estando substancialmente na direção do comprimento da mangueira 40. Desta maneira, o influxo termal Q da mangueira extema pode ser reduzido pelas fibras 50 e é conseguido um isolamento de temperatura aperfeiçoado.

A Fig. 10 mostra uma configuração de uma mangueira criogênica intema 52 e, coaxialmente ao redor dela, uma mangueira extema flexível 53. Material fibroso 54 é colocado no vão entre as mangueiras intema e extema. Membros espaçadores adicionais 55, 56, 57, feitos preferivelmente de um material fibroso ligeiramente compressível e compacto, como material de feltro, atravessa o vão anular e confina contra as mangueiras intema e extema. Dependendo do diâmetro da mangueira, a distância L, entre os elementos espaçadores adicionais 55, 56, 57 pode variar de 40 - IOOcm e, neste caso, o material fibroso 54 tem principalmente uma função de isolamento termal. Tanto o material fibroso, quanto os espaçadores adicionais, podem ser introduzidos em conjunto dentro do vão por meio do processo de

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evacuação que está descrito aqui, acima, em relação às Figs. 4a-4g. E possível que espaçadores adicionais 55-57 atravessem completamente o espaço do vão entre as mangueiras intema e extema, como mostrado na Fig. 10, ou que sejam colocados na parte superior, dentro, ou sob, o material fibroso 54 (ver Fig. 5b). Os espaçadores adicionais também podem ser adicionados de modo em espiral sobre a mangueira intema ou sobre a trança da mangueira intema (não mostrada).

Em determinados modos de realização, os elementos espaçadores adicionais 55-57 podem ser completamente omitidos, a funcionalidade do espaçamento sendo provida completamente pelo material espaçador fibroso 54 que pode, por exemplo, ser na forma de um material de lã, ou de feltro compacto, ou combinações de diferentes materiais fibrosos.

Na Fig. 11 está mostrada uma unidade de produção de mar aberto, compreendendo, por exemplo, uma instalação de liquefação e armazenamento de gás flutuante, como uma LNG FPSO, (produção, armazenamento e descarga flutuantes) 102, que está ancorada no leito do mar 103, via linhas de ancoragem 104. Via um tubo ascendente de produto 105, hidrocarbonetos, como gás natural, são transportados de um poço submarino 106 para serem processados na FPSO 102. A FPSO 102 compreende uma planta de liquefação, que resfria e liqüefaz o gás natural a LNG a uma temperatura de -161 °C. O LNG é transferido através de uma mangueira de transferência criogênica 107, que, neste modo de realização, está submersa mas, que também poderia ser uma mangueira total ou parcialmente aérea, ou que pudesse flutuar sobre a superfície da água, para um coletor à meia nau, ou de proa, de um portador de LNG onde é descarregado. A mangueira de transferência criogênica 107 é flexível, no sentido de que pode ser flexionada em um raio de flexão de, por exemplo, 10 m, ou mais, preferivelmente, cerca de 3 m, ou mais. Quando não está em uso, a mangueira 107 pode ser enrolada em um carretei horizontal ou vertical, ou ser armazenada sobre o convés da FPSO 102. A mangueira também pode ser usada para uma configuração (não mostrada) na qual os portadores de LNG estão descarregando LNG para uma bóia de descarga de LNG, ou para uma unidade de armazenamento e regaseificação flutuante (FSRU) onde o LNG é regaseificado e enviado para a costa através de uma tubulação submersa.

A mangueira 107 é feita de segmentos interconectados e compreende uma mangueira reforçada intema transportando o LNG e uma mangueira extema de material elastomérico reforçado protegendo a mangueira extema da entrada de água do mar e provendo resistência mecânica e proteção às mangueiras combinadas. Provê, também, uma barreira de segurança no caso de falha da mangueira intema e durante o teste e o transporte dos segmentos.

Uma mangueira submergível para transferência do óleo cru é conhecida da US. 3.809.128. Neste documento, o volume de ar dentro do espaço entre as mangueiras intema e extema é controlado seletivamente para ajustar a flutuabilidade da mangueira. De modo a manter suficiente espaço aéreo entre as mangueiras intema e extema e impedir que a mangueira extema colapse sobre a mangueira intema devido à pressão da água; um membro espaçador em espiral é enrolado ao redor da superfície extema da mangueira intema. Os segmentos de mangueira são interconectados via flanges terminais sobre a mangueira intema que se projetam em uma direção do comprimento além das faces terminais da mangueira extema. Como a mangueira intema não é envolvida pela mangueira extema nos flanges de conexão, ela é exposta ao ambiente e, portanto, a mangueira intema conhecida não é apropriada para transportar um fluido criogênico, como LNG que pode ter uma temperatura de -1610C, ou nitrogênio líquido que pode ter uma temperatura de -194°C.

Na mangueira criogênica 107 de acordo com a invenção, a mangueira intema pode ter um diâmetro intemo de, pelo menos, 20cm. A mangueira extema, circundando a mangueira intema, compreendendo um material elastomérico reforçado à prova d’água com uma espessura de parede de pelo menos 3cm, um raio de curvatura de pelo menos 3m, e um diâmetro intemo de pelo menos 25cm. A mangueira coaxial 107 de acordo com um modo de realização da invenção pode ser composta de uma mangueira intema particularmente adequada para transferência de fluidos criogênicos, e é mecanicamente relativamente fraca, mas protegida pela mangueira extema, que pode ser uma mangueira conhecida por si mesmo para a transferência de óleo cru. A configuração de mangueira dentro de mangueira provê maior segurança para o sistema de transferência criogênico aéreo, flutuante ou submerso, uma vez que a mangueira extema protege a mangueira intema contra colisões com outras mangueiras, guindastes, portadores de GNL ou outras embarcações, como rebocadores ou barcos de trabalho, e impede o ingresso de água. A mangueira extema é relativamente rígida em comparação com a mangueira intema, mas ainda suficientemente flexível para ser armazenada em um carretei vertical ou horizontal sobre uma bóia, torre ou sobre uma embarcação, ou ser armazenada a bordo de uma embarcação em uma calha quando fora de uso.

Uma execução segmentada permite fácil montagem da mangueira para sua extensão desejada. Os segmentos, além disso, permitem uma troca fora-da-costa de uma parte do sistema de transferência de GNL para inspeção, manutenção ou reparo. Pela US 4.417.603, uma mangueira de transferência criogênica é conhecida para conectar uma plataforma fora-da-costa a um navio-tanque, compreendendo uma mola metálica intema helicoidal, uma mola helicoidal extema descentrada por meio passo de uma camada de material polimérico entre as molas. Uma camada isolante térmica circunda a mangueira metálica intema. A mangueira criogênica conhecida é constituída de uma única parte e precisa, no caso de falha, ser completamente substituída. Além disso, a mangueira metálica criogênica parece ser relativamente vulnerável e não eficazmente protegida pelo isolante extemo que é diretamente acoplado à mangueira metálica intema.

Por “criogênico”, como aqui usado, queremos significar gases liqüefeitos com temperaturas abaixo de -60°C, como GNL que tem uma temperatura de -162°C.

Por “parede reforçada flexível”, como usado aqui, uma parede de mangueira compósita ou metálica é incluída, a qual tem flexibilidade comunicada a ela, por exemplo, por uma construção em forma de fole ou tendo uma configuração em forma de mola helicoidal ou construções de parede similares que provêem maior flexibilidade à mangueira em comparação a uma parede plana de material laminado.

Por ambiente “marinho”, como usado aqui, uma posição de uso de mangueira acima da superfície da água, flutuando sobre a superfície da água, submersa abaixo da superfície da água ou qualquer combinação destas são pretendidas.

Em um modo de realização, a mangueira intema é alongável e/ou contrátil na direção de extensão em relação à mangueira extema por pelo menos 0,5% da extensão total da mangueira, devido a diferenças de temperatura, a mangueira intema não sendo conectada à mangueira extema nos, ou, próximo aos membros de acoplamento internos. A mangueira intema móvel impede tensões serem acumuladas quando GNL é transferido. Quando nenhum GNL é transferido, os membros de acoplamento podem ser independentemente alinhados às mangueiras intema e extema na direção axial, o que facilita montagem e/ou troca de segmentos da mangueira sob condições ambientais normais.

De modo a permitir expansão e contração termicamente induzidas da mangueira intema reforçada, os membros conectores internos compreendem uma luva sobre um segmento de mangueira intema e uma parte final tubular sobre o outro segmento de mangueira intema, deslizantemente recebidas dentro, ou, ao redor da luva. A interconexão deslizante dos segmentos de mangueira intema permite expansão e contração desses segmentos de mangueira na direção de extensão, enquanto sendo capazes também de ser deslocados em relação à mangueira extema.

Um fole compósito ou metálico pode ser conectado de modo vedado a ambos segmentos de mangueira intema, o fole, de uma maneira vedada, encaixado com uma superfície circunferencial extema da mangueira intema sobre ambos os lados de uma parte final da luva. Desse modo, uma vedação eficaz é provida ao redor da interconexão deslizante dos segmentos de mangueira intema.

Alternativamente, a mangueira intema pode ser situada ao longo de um trajeto curvo dentro da mangueira extema, de modo a se capaz de expandir na direção de extensão em relação à mangueira extema, por exemplo, por 0,5-3% da extensão total da mangueira extema.

Em outro modo de realização, os membros de conexão da mangueira intema são acoplados via um membro de acoplamento aos membros de conexão da mangueira extema, para, apropriadamente, alinhar axialmente a mangueira intema e mantê-la em uma posição axial definida em relação à mangueira extema. De modo a permitir circulação de um meio isolante no espaço entre as mangueiras intema e extema, como fluidos anticongelamento, gases inertes, ar ou para criar um vácuo isolante, de modo a manter a mangueira extema a uma temperatura segura, que é, de preferência, não inferior a -60°C, passagens axiais são providas nos membros de acoplamento que ligam o espaço ente as mangueiras intema e extema.

De modo a suportar pressões extemas a uma profundidade de água de até ou maior do que duas dezenas de metros, a mangueira extema pode ser provida com anéis de reforço.

Na figura 12, segmentos da mangueira intema 110 e mangueira extema 111 são mostrados com maior detalhe. A mangueira intema 110 compreende segmentos 112 e 113 que são interconectados via uma pare de conexão 11 ’4, 115 compreendendo flanges 116, 117 conectados via parafusos 118. A mangueira extema 111 compreende segmentos 120, 121 que são interconectados via partes de conexão 122, 1213 compreendendo flanges 124, 125 conectados por parafusos 126. Os segmentos da mangueira intema e mangueira extema podem, por exemplo, ter uma extensão de IOm, mas sem precisar se do mesmo tamanho. Os segmentos da mangueira intema podem, por exemplo, ter uma extensão de 20m, enquanto os segmentos da mangueira extema tem uma extensão de I Om, ou vice versa.

O espaço 127 entre a mangueira extema de 25cm a IOOcm, enquanto a espessura de parede W0 da mangueira extema 111 pode ser entre 3 cm e IOcm. O diâmetro intemo Dispositivo da mangueira intema 10 tem entre 20cm e 70cm, enquanto a largura Iii da 111 e mangueira intema 110 é ligada por elementos espaçadores 128, 129 suportados sobre as superfície extema da mangueira intema 110. Um elemento espaçador 130 é arranjado ao redor dos flanges 116, 117 do membro de conexão intemo, e fixa a posição dos flanges internos 116, 117 com respeito aos flanges externos 124, 125, enquanto permite um movimento pequeno da mangueira intema 110 na direção de extensão. Uma passagem 131 é provida no elemento espaçador 130 para permitir circulação de gases, como gás inerte ou ar, na direção de extensão das mangueiras 110, 111. O diâmetro intemo D0 da mangueira extema pode variar o espaço anular 127 entre 2cm e 16cm. A espessura de parede Wi da mangueira intema pode ter entre 2cm e 15 cm.

A mangueira intema 110 pode ser uma mangueira metálica corrugada criogênica flexível, como descrita em Konrad Friedrichs, Frits Papmahl e Herbert Backhaus, “Offshore Technology Conference 3844, de 5-8 de maio de 1980, ou uma mangueira de cromo-niquel-aço embobinada, como descrita na patente US 4.417.603 e na WO 01/96.772.

A mangueira extema 11 pode ser uma mangueira usada para transferência de óleo cru, como a fabricada por Trelleborg AB, Trelleborg, Suécia, sob a marca comercial Trelline, Dunlop Oil and Marine, North East Lincolnshire, Reino Unido, sob a marca Dunlop, bem como, a fabricada por Coflexip SA, Paris, França. A mangueira extema 111, devido a sua construção e ao uso de material elastomérico reforçado, muito mais rígida do que a mangueira criogênica intema 110. A mangueira extema protege a mangueira intema de forças de movimentação e absorve mais de 50%, de preferência, mais de 95% das forças axiais atuando sobre o conjunto de mangueira intema 110 e mangueira extema 11, durante carregamento ou descarregamento.

O espaço 127 serve para isolar a mangueira extema elastomérica 111 da mangueira intema fria IlOe compreende material fibroso isolante 119. Ar ou gás inerte pode ser circulado no espaço 127 de modo a assegurar que a mangueira extema 11 seja mantida a uma temperatura segura relativamente elevada e o espaço 27 pode ser usado para fins de detecção de vazamento. O ar deverá ser pressurizado para logo acima da pressão do GNL transferido para evitar vazamento de GNL para O espaço 127 no caso da mangueira intema ser danificada.

Os elementos espaçadores 128, 129 que assistem na manutenção das mangueiras intema e extema 110, 111 mais ou menos em arranjo coaxial, são feitos de um material isolante, como um material de feltro, compacto fibroso, rígido, mas ligeiramente compressível ou um material plástico ou cerâmico, mas pode ser substituído por uma espuma ou gel, ou um ou dois tubos plásticos fortemente enrolados helicoidalmente que pode ser compressível para permitir movimentação ou deslocamento relativo da mangueira intema com respeito à mangueira extema, devido a diferenças na contração induzida por temperatura quando da transferência de GNL. Tal construção está descrita em detalhe em US 3.809.128.

Conforme mostrado na fig. 12b, o elemento espaçador 130 é formado de dois meio-cilindros que podem ser colocados ao redor do diâmetro extemo da mangueira intema 110.

A figura 12c mostra a posição em recesso dos flanges de acoplamento 124, 125 interconectando os segmentos 120, 121 da mangueira extema 111.

No modo de realização das figuras 13, 14 e 15, o elemento espaçador 130 é feito de um material isolante e é rigidamente conectado aos flanges 124, 125 da mangueira extema 111, de modo que as posições axial e radial da mangueira intema 110, especialmente nas posições dos flanges, sejam determinadas precisamente em relação à mangueira extema. A vantagem é o fato de, se os flanges dos segmentos de mangueira extema precisarem se abertos para reparo ou manutenção, os flanges da mangueira intema serão também accessíveis diretamente, uma vez que eles não podem ser mudados os deslocados dentro da mangueira extema durante o uso em um ambiente marinho dinâmico.

No modo de realização mostrado nas figuras 16a e 16b, a mangueira intema 110 não é fixada à mangueira extema 111 na posição dos flanges externos 124, 125, e flanges internos 116 e 117. Os elementos espaçadores 132, 133 tem uma forma arredondada adaptada para permitir movimentação axial das mangueiras intema e extema 110, 111 para evitar tensões causadas por contração e expansão termicamente induzidas, cuja movimentação é acomodada pelo material fibroso isolante 119 no espaço anular 127.

No modo de realização das figuras 17a e 17b, o elemento espaçador 140 funciona para posicionar radialmente a mangueira intema 110 dentro da mangueira extema 111, mas também para posicionar axialmente os segmentos da mangueira extema 120, 121. Um anel de acoplamento 141 é inserido entre dois chanfros 142, 143 da mangueira extema 111 e é conectado aos chanfros via parafusos axiais 145, conforme mostrado na fig. 17b.

Nos modos de realização das figuras 18a e 18b, o segmento 112 da mangueira intema 110 compreende uma luva 144 na qual a parte final do segmento 113 é recebida deslizantemente. Vedações são providas entre as duas superfícies deslizantes para assegurar um ajuste livre de vazamentos. O interior da luva 144 e o exterior da parte final do segmento 113 são revestidas com um material deslizante, como propileno ou Teflon.

No modo de realização da figura 19, as partes finais 147, 148 dos segmentos 112, 113 da mangueira intema 110 são providas com um fole de vedação 149, 150 colocado ao redor das partes finais 147, 148, e se estende além das aberturas finais 151, 152 dos segmentos para encaixar de modo vedante um anel vedante estático 153.

No modo de realização da figura 20, as partes finais 147, 148 dos segmentos 112, 113 da mangueira intema 110 são colocadas em uma luva de fixação 155 que se encaixa de modo vedado, via um número de anéis de vedação 156, 157, à superfície limite da mangueira intema 110. O flange 159 da luva de fixação 155 é cercada por um material isolante 160 e uma camisa protetora 161.

No modo de realização da figura 21, é mostrado que a mangueira intema 110 tem um trajeto curvo dentro da mangueira extema(reta) 111, a mangueira intema 110 sendo conectada à mangueira extema 111 nas posições dos flanges 116, 116’, 117, 117’ e 124, 124’, 125, 125’ via os espaçadores 130, 130’. Isto permite alongamento e contração da mangueira intema em relação à mangueira extema.

Na parede 162 da mangueira extema 111, uma passagem 163 é provida, conectada a uma bomba 164, por exemplo, para circulação de ar, gases nobres etc. no espaço 127.

A figura 22 mostra um módulo de flutuação 132 acoplado ao flange 134 via um membro espaçador extemo 133. A figura 23 mostra um módulo de flutuação 136 acoplado à mangueira extema 111 via um me espaçador extemo 135. A colocação dos módulos de flutuação a uma distancia da mangueira extema elastomérica e/ou plástica 111 evita que a mangueira extema 111 se tome localizadamente muito fria de modo que passe uma fase cristalina e, assim, se tome frágil (como seria o caso, por exemplo, com uma mangueira de borracha. Isto causaria dano irreparável á mangueira extema. Pela adição de flutuação de modo que água ambiente posa aquecer uniformemente a mangueira extema, o problema de resfriamento localizado pode ser evitado. Os módulos de flutuação que permitem distribuição de temperatura uniforme pode assumir diversas formas, por exemplo, módulos de flutuação em forma de rosca furada acoplados a intervalos à mangueira extema. Os módulos são colocados e uma distância radial da mangueira extema para permitir contato uniforme com água ao longo de sua extensão.

Claims

1. Mangueira de transferência criogênica para hidrocarbonetos compreendendo uma mangueira intema, uma mangueira extema arranjada ao redor da mangueira intema de uma maneira concêntrica e um membro espaçador ligando um vão anular entre as mangueiras intema e extema, um material de isolamento fibroso formando uma matriz tridimensional de fibras compreendida no vão anular, caracterizada pelo fato de que a mangueira extema compreende um material elastomérico e/ou plástico, o material fibroso sendo contíguo geralmente da melhor maneira a uma parte da extensão das mangueiras com a mangueira intema e extema e formando um membro espaçador.

2. Mangueira de transferência criogênica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que, sobre uma extensão de pelo menos 0,4m, nenhum outro elemento espaçador além do material fibroso se estende radialmente de uma posição de contato sobre a mangueira intema para uma posição de contato sobre a mangueira extema.

3. Mangueira de transferência criogênica de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato do material fibroso ser distribuído ao longo da mangueira intema de uma maneira não-uniforme de modo que, na direção de extensão, haja áreas de material fibroso de alta densidade e baixa densidade.

4. Mangueira de transferência criogênica de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato do material fibroso compreender material fibroso de diferentes densidades e características.

5. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato do material fibroso flexível ser colocado entre o material fibroso de rígido de alta densidade.

6. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato do material fibroso ser elasticamente compressível em uma direção radial por entre 1% e10% sob uma força entre 5 e 50kN/m sobre a mangueira intema.

7. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato do material fibroso ser elasticamente alongável em uma direção de extensão da mangueira por pelo menos 10%.

8. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato do material fibroso ter pelo menos sobre uma extensão de 0,4m, uma densidade de70kg.m' e um volume aberto de 93%.

9. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de %, em peso, das fibras por cm3 ser orientada em uma direção axial.

10. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer as reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato da mangueira ter um raio de dobramento de quatro vezes o diâmetro da mangueira intema.

11. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato da mangueira extema ter um coeficiente de transferência térmica entre 0,2 e 1,0 Wm-1K'1, de preferência, ao redor de 0,4 Wm-1K"1.

12. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato do material fibroso ser circundado por uma camada hermética entre a mangueira extema e o material.

13. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato do material fibroso compreender um material de lã.

14. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato do material fibroso compreender um material de lã e de feltro.

15. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato da mangueira extema compreender um material plástico e/ou elastomérico reforçado por fibra e/ou metal.

16. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato da mangueira intema compreender um arame de reforço enrolado helicoidalmente, e/ou um tubo de aço corrugado.

17. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato da pressão entre as mangueiras intema e extema ser substancialmente igual à pressão extema à mangueira extema.

18. Mangueira de transferência criogênica de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato do material fibroso compreender um material laminado fibroso em forma de tira que é enrolado ao redor da mangueira intema.

19. Material espaçador isolante fibroso, caracterizado pelo fato de ser para uso em uma mangueira de transferência criogênica compreendendo pelo menos uma película hermética e uma camada fibrosa acoplada à mencionada película.

20. Material espaçador isolante fibroso de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato da película ser vedada para formar um cilindro circundando o material fibroso.

21. Material espaçador isolante fibroso de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato do cilindro ser fechado de uma maneira hermética em suas extremidades e compreender um membro de acoplamento para acoplar-se a um dispositivo de evacuação e remoção de ar do cilindro.

22. Material espaçador isolante fibroso de acordo com a reivindicação 19 ou 20, caracterizado pelo fato do material fibroso ser compreendido entre a película e uma segunda película, cujas películas são vedadas uma a outra para circundar o material fibroso de uma maneira hermética.

23. Material isolante fibroso de acordo com qualquer das reivindicações 19-22, caracterizado pelo fato de uma abertura de passagem de ar fechável ser provida em pelo menos uma das películas.

24. Método para construir uma mangueira de transferência, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - prover uma primeira mangueira, - prover um material fibroso ou poroso ao redor da primeira mangueira, - prover uma película hermética ao redor do material fibroso ou poroso e colocar a mencionada película em uma configuração hermética ao redor da primeira mangueira, - remover ar do invólucro hermético para redução de um diâmetro do material fibroso ou poroso por compressão, - colocar a primeira mangueira, o material fibroso ou poroso comprimido e o material de película na mangueira extema a uma pressão reduzida, e - aumentar a pressão de ar do material fibroso ou poroso para permitir que ele se expanda.

25. Método para construir uma mangueira de transferência, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - prover um primeiro e segundo segmento de mangueira, cada um tendo uma mangueira intema e extema, material fibroso ou poroso comprimido entre as mangueiras intema e extema e um flange de conexão em uma parte final, - interconectar os flanges de conexão dos primeiro e segundo segmentos e - aumentar a pressão de ar do material fibroso ou poroso nos primeiro e segundo segmentos após interconexão.