BRPI0820533B1 - mecanismo sensor de pressão - Google Patents

Description

(54) Título: MECANISMO SENSOR DE PRESSÃO (51) Int.CI.: G01L 19/06; G01L 7/08 (30) Prioridade Unionista: 19/11/2007 NO 2007 5913 (73) Titular(es): PRESENS AS (72) Inventor(es): SEEBERG, BJORN ERIK; VAGLE, PAAL MARTIN (85) Data do Início da Fase Nacional: 17/05/2010

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MECANISMO SENSOR DE PRESSÃO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um mecanismo sensor de pressão para uso, preferencialmente, em instalações submarinas para o transporte e processamento de correntes de hídrocarbonetos, particularmente em conjunto com equipamentos da árvore de natal no fundo do mar. Medidas de pressão são necessárias em muitos pontos diferentes de tais instalações. 0 mecanismo sensor de pressão de acordo com a invenção não é limitado apenas a esse uso, mas pode ser empregado em geral em uma tubulação ou câmara contendo um fluido do processo e que possua uma cavidade ou uma abertura através de uma parede onde um mecanismo sensor de pressão possa ser introduzido e conectado firmemente na parte externa da parede, e de tal modo que uma extremidade interna do mecanismo sensor entre em contato com o fluido do processo.

ESTADO DA TÉCNICA

Na área de mecanismos sensores de pressão o estado da técnica é representado principalmente pelo que é conhecido das publicações WO 2004/097361, WO 02/40957, EP 1128172 e US 2006/0201265. A primeira publicação mencionada,

WO 2004/097361, mostra um mecanismo sensor de pressão para montagem externa, isto é, com uma peça do eixo presente na parte externa da parede que delimita a tubulação ou a câmara com o fluido do processo, e em seguida com uma peça de flange presente dentro da peça do eixo, isto é, o oposto da técnica descrita pelas Figuras 1, 2 e 3 e na qual a presente invenção é baseada. Contudo, a publicação mostra uma tubulação hidráulica localizada no centro que transfere a pressão do fluido do processo de uma membrana de

2/10 separação para uma câmara de sensor com um elemento sensor de pressão, e que mostra medidas de temperatura.

A publicação WO 02/40957 revela um mecanismo sensor de pressão com uma construção um pouco diferente, mas que também possui uma membrana de separação e uma tubulação hidráulica que transfere a pressão do fluido do processo para um elemento sensor de pressão. Além disso, parece que o mesmo possui uma disposição para equalizar a pressão no óleo hidráulico interno. O mecanismo sensor de pressão não possui uma peça de flange e uma peça de eixo dispostas como no estado da técnica mais próximo que é mostrado nas Figuras 2 e 3.

A EP 1128172 também exibe um mecanismo sensor de pressão com uma membrana de separação e uma tubulação hidráulica para uma câmara interna com elemento sensor de pressão, mas o mesmo não possui um modelo adaptado para o uso que é relevante para a presente invenção.

A US 2006/0201265 apresenta algumas construções de sensores de pressão, entre elas uma com uma peça de flange e uma peça de eixo que corresponde principalmente à construção que é de interesse da presente invenção. Contudo, a peça do eixo não compreende qualquer membrana de separação nem tubulação hidráulica interna. Na verdade a publicação se refere a buchas esterilizáveis para uso com dispositivos de medição.

OBJETO DA INVENÇÃO

Uma desvantagem dos mecanismos sensores já conhecidos do tipo mostrado nas Figuras 2 e 3 é que eles são caros. O preço do material é a maior parte do custo da produção. Os fabricantes necessitam de materiais que sejam extremamente resistentes à corrosão. Geralmente é especificado (como mencionado anteriormente) Inconel 625 ou qualidade maior.

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Tais materiais possuem por si só um preço alto, e também são caros para a usinagem.

Para obter um consumo baixo de material de custo alto a presente invenção sugere então a redução da espessura da parede da peça do eixo. É possível diminuir a espessura da parede se o fluido do processo é mantido dentro do espaço interno da peça do eixo. Portanto, a presente invenção fornece um mecanismo sensor de pressão como precisamente definido na reivindicação 1 em anexo. A peculiaridade do mecanismo sensor de pressão, de acordo com a invenção, é que a extremidade interna da peça do eixo possui perfurações para que o fluido do processo entre em contato com o espaço interno da peça do eixo, e a membrana de separação é depositada posicionada sobre um bloco suspenso no espaço interno da peça do eixo imediatamente atrás das perfurações.

Realizações preferenciais e favoráveis do mecanismo sensor de pressão de acordo com a invenção são reveladas nas reivindicações dependentes 2-5.

DESENHOS

Para um maior esclarecimento da invenção a mesma será explicada em detalhe nos exemplos de concretização a seguir, juntamente com as figuras relacionadas em anexo, nas quais:

A Figura 1 mostra uma perspectiva do método de montagem do mecanismo sensor de pressão do tipo de acordo com a invenção, e que é mencionado acima;

A Figura 2 mostra um referido mecanismo sensor de pressão do tipo conhecido, com o elemento sensor montado na frente e com a peça do eixo de parede espessa, como já mencionado;

A Figura 3 mostra mais detalhadamente um referido mecanismo sensor de pressão do tipo conhecido, sem o

4/10 elemento sensor, mas ainda com a peça do eixo de parede espessa, mencionado anteriormente;

A Figura 4 mostra uma realização preferida do mecanismo sensor de pressão de acordo com a presente invenção;

A Figura 5 mostra uma realização preferida do mecanismo sensor de pressão de acordo com a presente invenção;

Na Figura 4 é utilizado, sempre que possível, os 10 mesmos números de referência para os mesmos elementos da figura que já foram mostrados nas figuras anteriores. Portanto, mais distante à esquerda da Figura 1 encontra-se um esquema da vista geral simples do mecanismo sensor de pressão (1) e é indicado um plano da seção B-B ao longo de um eixo longitudinal através da peça do eixo (2) e da peça de flange (17) . A seção é mostrada ampliada à direita do desenho menor.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Na Figura (1) em anexo é mostrado um exemplo geral da montagem de um mecanismo sensor de pressão (1) comum na parede de uma tubulação (14) , para a medição da pressão em um fluido do processo (16). Um orifício (25) é perfurado na parede da tubulação (14), e no caso mostrado ainda é montada uma luva (15) com flange de recepção externo. 0 mecanismo sensor de pressão (1) consiste de duas peças maiores, uma peça de flange (7) e uma peça de eixo (2), sendo esta última adaptada na extensão e no diâmetro da cavidade (25) , mas com uma folga no diâmetro de modo que a peça do eixo possa ser introduzida dentro e fora sem problemas. Contudo, é importante que a peça de flange (17) seja ajustada firmemente no seu encaixe (a flange de recepção da luva), porque podem ocorrer grandes diferenças de pressão entre o ambiente do fluido do processo dentro da

5/10 tubulação e no ambiente na parte externa da tubulação (pressões típicas do fundo do mar), ao passo que a pressão na tubulação reflete a pressão no reservatório subterrâneo de hidrocarboneto bem profundo.

A extremidade interna (6) da peça do eixo é mostrada praticamente embutida na superfície interna da parede da tubulação, o que é uma posição favorável no sentido de evitar um revestimento desnecessário da peça do eixo, tanto pela possível erosão mecânica decorrente do movimento do fluido do processo, quanto pelo efeito químico (corrosão) devido ao fluido do processo (16).

O modo de operação é tal que o elemento sensor de pressão que está contido no mecanismo sensor de pressão (1) é exposto à pressão do fluido do processo, mas através de uma membrana de separação depositada na extremidade interna (6) da peça do eixo e de um óleo hidráulico entre a membrana de separação e o próprio elemento sensor de pressão. A condução do sinal ocorre ao longo do elemento sensor de pressão até a saída pela peça de flange (17), e possivelmente esta contém outros eletrônicos para o processamento do sinal da pressão antes que o mesmo seja conduzido para fora.

Realizações previamente conhecidas de tais mecanismos sensores de pressão (1) que são normalmente mostrados na Figura 1, aparecem nas Figuras 2 e 3.

Na Figura 2 é apresentada uma realização com o denominado elemento sensor montado frontalmente. Neste caso um elemento sensor (4) é completamente montado na extremidade interna (6) da peça do eixo, em uma câmara do sensor (20) quase na com o espaço (21) atrás da membrana de separação (7), isto é, um espaço no qual a membrana pode ser entortada no seu interior. Nesta concretização a condução do sinal (13) é dirigida então para fora do mecanismo sensor de pressão (1) através de um furo

6/10 longitudinal interno na peça do eixo (2) . A extremidade interna da peça de eixo (2) é constituída concretamente por um suporte para o elemento sensor (3), que da mesma forma que a parede na peça do eixo (2) é feito de um material especial, espesso e resistente, geralmente Inconel 625 ou de maior qualidade.

elemento sensor (4) normalmente também será utilizado aqui para a medição da temperatura, já que o mesmo se encontra bem perto do próprio fluido do processo.

0 fio (12) é utilizado como fio de sinal. 0 elemento sensor (4) deve ser capaz então de resistir de fato a altas temperaturas.

Um princípio diferente é utilizado na concretização que é mostrada na Figura 3, ou seja, com o denominado elemento sensor embutido ou selo remoto. Neste caso a pressão do fluido do processo é transferida por meio de uma membrana de separação (7) ao longo de uma tubulação hidráulica (10) e retorna para a peça de flange (17), onde o elemento sensor de pressão (4) é depositado em um suporte

20 (3) para o	mesmo com uma	câmara	do sensor	(20) .	Uma
vantagem de	tal construção	é que	o elemento	sensor	de
pressão (4)	precisa então	apenas	sofrer uma	queda	na
temperatura	devido ao resfriamento do	ambiente externo,	que
normalmente	é água do mar.	A temperatura do	fluido	do

processo pode freqüentemente estar consideravelmente acima daquela que o elemento sensor de pressão (4) pode normalmente suportar.

Normalmente um elemento sensor de temperatura especial (9) será adaptado em um bloco sólido (8) que constitui uma base de membrana para a membrana de separação (7) na extremidade interna (6) da peça de eixo. A base da membrana/bloco (8) é formada conicamente atrás da membrana de separação (7) para garantir o espaço (21) necessário para as curvaturas internas da membrana. A condução do

7/10 sinal (12) se estende a partir do elemento sensor de temperatura (9), paralelo à tubulação hidráulica (10), dentro de um furo longitudinal na peça do eixo (2) . A parede na peça do eixo (2) é, até certo ponto, correspondentemente espessa e sólida, como na realização mostrada na Figura 2, e é feita de um material correspondente de alta qualidade. O bloco/membrana (8) é feito do mesmo tipo de material.

A tubulação do processo (10), que transfere a pressão do fluido do processo para a câmara do sensor (20) , e para cima dentro da peça de flange (17), atravessa o furo interno na peça do eixo, que, em principio, possui a pressão do ambiente externo (menor), e a tubulação hidráulica (10) deve, portanto, ser do tipo sólido para suportar a diferença de pressão. Esta também deve ser absorvida/suportada pelo suporte do elemento sensor (3) e por uma peça da porta de pressão (5) à qual o suporte do elemento sensor e a tubulação hidráulica estão conectados.

Como mostrado na Figura 3, uma tubulação hidráulica (10) é acessada e transfere pressão, com um óleo hidráulico, para uma câmara do sensor (20) onde há um elemento sensor de pressão (4). Também neste caso a pressão é transferida de um espaço na membrana (21) atrás de uma membrana de separação (7) em contato com o fluido do processo (16), mas a diferença é que a membrana de separação (7) é depositada sobre um bloco próprio ou base da membrana (8) que agora se confina dentro do espaço interno na peça do eixo (7) . Este bloco (8) é preso no lugar exatamente atrás da extremidade interna (6) da peça do eixo, e esta própria extremidade interna (6) possui perfurações ou furos (22) de modo que o fluido do processo possa entrar no espaço interno da peça do eixo.

Devido à entrada do fluido do processo, a parede da peça do eixo não precisa apresentar qualquer espessura

8/10 especial, e pode-se economizar muito material caro. A economia é tanta que geralmente é desejável, do ponto de vista do cliente, que a peça do eixo possua diferentes comprimentos, em função do projeto. Deste modo, é uma grande economia de custo que a peça de eixo (2) possa ser construída de uma tubulação com paredes finas ao invés de uma barra maciça, onde no estado da técnica é feito um furo relativamente fino. Também é possível adquirir tais tubulações de parede fina por metro, e então cortá-las no tamanho desejado por meio de uma operação simples.

No esquema em detalhe C da Figura 4 a solução aparece mais precisamente de acordo com a realização exemplificada. Neste caso é apresentado um elemento sensor de temperatura (9) que é rodeado por uma tubulação inteiramente soldada (11) que também transporta o condutor de sinal (12) de volta para dentro da peça de flange (17). A tubulação (11) também deve ser resistente à corrosão e à pressão.

Por outro lado, agora a tubulação hidráulica (10) não precisa ser particularmente forte, visto que a pressão dentro e fora da mesma é praticamente igual. Contudo, a tubulação hidráulica (10) deve ser feita de um material que seja resistente à corrosão já que ela está em contato com um fluido do processo.

A base da membrana/bloco (8) é mantida no lugar através de um dispositivo de fixação (24) na peça do eixo em uma parede.

Em uma concretização favorável a extremidade interna da peça do eixo possui uma peça de fechamento especial (6) que compreende as perfurações (22), e que é presa extremidade com extremidade à tubulação de parede fina, que compreende a peça principal da peça do eixo, por meio de soldagem ou qualquer outro método de fixação apropriado.

No esquema em detalhe D, a solução aparece de acordo com a realização exemplificada mostrada na parte superior,

9/10 isto é, na peça de flange (17) . É mostrado um guia para o condutor do sinal de temperatura (12), bem como um condutor de sinal (13) para o elemento sensor de pressão (4) (embora não completamente para o elemento (4), mas de fato é assim na realidade). Aproximadamente da mesma forma que na Figura 2, o elemento sensor (4) é disposto em uma câmara do sensor (20) onde a tubulação hidráulica (10) termina. A câmara do sensor (20) é calibrada em um suporte do elemento sensor (3) que novamente é conectado a uma porta de pressão (5), e tanto esta quanto o suporte do elemento (3) são presos firmemente à peça de flange ao redor (17).

Quando se utiliza o elemento de pressão de acordo com a invenção, o fluido do processo e sua pressão são admitidos por mais tempo contra a peça de flange (17) do que nos mecanismos sensores de pressão conhecidos. Portanto, é importante que a peça do flange (17) sele bem, e que todas as suas passagens/buchas e junções sejam protegidas da pressão. Normalmente será utilizada, por exemplo, uma embalagem de metal entre a própria peça de flange (17) e sua peça de ajuste oposta, vide a flange na luva (15) na Figura 1. Os flanges são presos por vários parafusos.

Na concretização mostrada a base da membrana/bloco (8) é presa com um dispositivo de fixação (24) à peça do eixo, isto é, à parede interna da tubulação fina. Contudo é possível, alternativamente, prender o bloco (8) à peça de fechamento (6), ou mais normalmente às laterais traseiras da extremidade interna (6), como mostrado na Figura 5, que no caso é auto-explicável como uma concretização alternativa com a tal fixação do bloco (8) . A membrana de separação (7) se torna então bem pequena.

Na Figura geral 1 é mostrada a montagem do mecanismo sensor de pressão (1) em uma luva (15) com a peça de flange na parte superior. Contudo, normalmente um mecanismo sensor

10/10 (1) é adaptado diretamente dentro de uma cavidade em um bloco. Em seguida é usinado um fundo para a embalagem de metal e para a peça de flange externa no bloco, e são feitos furos rosqueados ao redor da cavidade para a fixação dos mecanismos sensores com parafusos.

Em resumo, deve-se mencionar que a vantagem obtida pela presente invenção é econômica, ao passo que o desempenho técnico permanece inalterado. Contudo, é possível conseguir um menor consumo de material e menos mão-de-obra com a presente invenção, que pode ser denominada um mecanismo sensor de pressão com um eixo para compensação da pressão. Em outras palavras: permitindo que o fluido do processo entre em contato com a peça do eixo através das perfurações é possível construir a parede da peça do eixo mais fina, o que garante a economia desejada.

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Claims (5)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Mecanismo sensor de pressão para montagem em uma cavidade (24) através de uma parede da tubulação (14) ou da

   5 câmara para medir a pressão de um fluido de processo (16) na tubulação/câmara e que compreende:

   - uma peça do eixo (2) que se projeta através da cavidade (24) e possui uma extremidade interna (6) em contato com o fluido do processo, ío - uma peça de flange (17) fixada na extremidade externa (18) da peça do eixo para garantir uma selagem contra a extremidade externa (19) da cavidade,

   - um elemento sensor de pressão (4) posicionado em uma câmara de sensor (20) na peça de flange (17), e

   15 - uma tubulação hidráulica (10) disposta principalmente ao longo do comprimento da peça do eixo (2) entre a câmara do sensor (20) e um espaço da membrana (21) atrás de uma membrana de separação (7) que transfere a pressão do fluido do processo para um fluido hidráulico na tubulação

   20 hidráulica, cuja membrana de separação (7) é posicionada na extremidade interna da peça do eixo (6), caracterizado pelo fato de que a extremidade interna da peça do eixo (6) possui perfurações (22) que permitem a entrada do fluido do

   25 processo dentro do espaço interno da peça do eixo (2), e pelo fato de que

   - a membrana de separação (7) é depositada sobre um bloco (8) suspenso no espaço interno da peça do eixo (2) imediatamente atrás das perfurações (22).
2. 2/2

   2. Mecanismo sensor de pressão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da extremidade interna da peça do eixo compreender uma peça de fechamento especial (6) com as perfurações, acoplada a uma tubulação

   5 de paredes finas (2) que constitui o restante da peça do eixo.
3. 3. Mecanismo sensor de pressão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da tubulação ío hidráulica (10) ser construída de material resistente à corrosão para um contato duradouro com o fluido do processo.
4. 4. Mecanismo sensor de pressão de acordo com a 15 reivindicação 1, caracterizado pelo fato da extremidade interna (6) da peça do eixo compreender também uma cavidade (23) por onde passa um elemento sensor de temperatura (9) que se projeta ligeiramente para dentro do fluido do processo.
5. 5. Mecanismo sensor de pressão de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que uma tubulação especial (11) dentro do espaço interno da peça do eixo inclui um condutor de sinal (12) que se estende da

   25 peça de flange (17) até o elemento sensor de temperatura (9) .

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   DESENHOS 'ίο' η

   d

   Seção A-A Escala 1:J tn

   FIGURA 1

   2/5

   FIGURA 2 - ESTADO DA ARTE

   3/5

   Detalhe

   FIGURA 3 - ESTADO DA ARTE

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   FIGURA 4

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   Câmara eletrônica

   FIGURA 5