BRPI0919305B1 - compensador de pressão - Google Patents

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Abstract

compensador de pressão compensador de pressão configurado para compensar variações de volume de um meio de isolamento de uma instalação submarina (1 ), que compreende uma primeira câmara de fole (6) que compreende uma primeira parte de fole (7). a primeira câmara de fole está na conexão de fluxo com uma câmara de meio de isolamento da instalação submarina e as paredes da primeira câmara de fole (6) são configuradas para separar o meio de isolamento dos arredores. a primeira câmara de fole (7) é rodeada por uma segunda câmara de fole (8) que compreende uma segunda parte de fole (9). a segunda câmara de fole (8) está configurada para formar um espaço intermediário fechado em volta da primeira câmara de fole (6). as paredes da segunda câmara de fole são configuradas para separar ao menos a parte de fole (7) da primeira câmara de fole (6) da água do mar dos arredores. a segunda câmara de fole (8) é ainda preenchida com um meio intermediário ( 1 o).

Description

“COMPENSADOR DE PRESSÃO”.
A invenção refere-se a um compensador de pressão configurado para compensar variações de volume de um meio de isolamento ou outro líquido de uma instalação submarina, que compreende uma primeira câmara de fole que 5 compreende uma primeira parte de fole, a primeira câmara de fole está em conexão de fluxo com um meio de isolamento ou outra câmara líquida da mstalaçao submarina e as paredes da primeira câmara de fole estão configuradas para separar meio de isolamento dos arredores.
Instalações submarinas são montagens usadas sob a água. As ditas montagens podem ser instaladas, por exemplo, no fundo do solo de um mar. Como um exemplo das ditas instalações submarinas transformadores de energia usados sob a água podem ser mencionados. Tipicamente estes transformadores de energia usam meio de isolamento, isto é os transformadores são fluidos isolados que possuem, por exemplo, óleo de transformador em um tanque de transformador. Exemplos de outros objetos preenchidos de líquido submarinos são motores submarinos, comutadores submarinos, conversores submarinos, retificadores e tanques de armazenagem hidráulicos.
As instalações submarinas descritas acima são usadas, por exemplo, na produção de petróleo moderna na qual a coleção, separação, impulsionamento 20 e transporte dos fluidos de produção ocorrem no solo oceânico. Estes processos requerem grandes quantidades de energia que tem de ser transferida de uma localização remota em voltagens adequadas e correntes para a mínima perda de energia, para as instalações submarinas. O transporte da energia preferencialmente ocorre em altas voltagens e baixa corrente para assegurar o 25 mínimo de perdas. Quando a energia chega à localização submarina, a energia tem de ser transformada em voltagens e correntes mais úteis para as várias aplicações submarinas específicas, tais como, por exemplo, a energização de bombas e compressores.
Os grandes requisitos de energia resultam na necessidade de 30 grandes transformadores colocados em ambiente de proteção dentro de um
2/10 grande recipiente, isto é, um tanque. O tanque do transformador deve ser preenchido com um meio de isolamento que assegure condições ideais de trabalho para o transformador ao longo de muitos anos. O meio de isolamento preferencial compreende óleo de transformador que contribui no sentido de dissipar calor e 5 prevenir curtos e descargas disruptivas. Em grandes e novos transformadores submarinos o tamanho do tanque do transformador é tipicamente na ordem de 10 a 30 metros cúbicos que contém 10 000 a 30 000 litros de óleo de transformador. As variações de temperatura da água, calor produzido pelo transformador e as propriedades de óleo de transformador típico resultam em variação de volume de 10 óleo na ordem de muitas centenas de litros ou mais. Conforme o tamanho do tanque de um transformador aumenta, os problemas e necessidade de compressão e expansão também aumentam em conformidade.
Como mencionado acima instalações submarinas, por exemplo, transformadores submarinos necessitam de compensadores de pressão para 15 manter a pressão do meio de isolamento usado, por exemplo, a pressão do óleo dentro do transformador, próxima a pressão da água fora do transformador para evitar estruturas mecânicas pesadas contra a pressão. Também o resfriamento é mais facil quando a espessura da parede mais fina pode ser aplicada. A pressão hidrostática da água aumentará cerca de 10 bares para cada 100 m de aumento da 20 profundidade da água e a diferença de pressão entre o óleo dentro e a água fora é tipicamente necessária que seja menor que 1 bar. Os transformadores submarinos preenchido com óleo de isolamento serão expostos a compressão do óleo e expansão devido à variação de temperatura dos arredores, devido à variação de carga que causa também a variação da temperatura do óleo e devido a pressão 25 hidrostatica da água do mar. A variação do volume de óleo devido a variação de temperatura é causada por propriedade do óleo que possui um coeficiente de expansão térmica não-zero e a variação do volume do óleo devido a variação de pressão é causada por coeficiente de volume de pressão próximo a zero do óleo.
Por razões de confiabilidade e pontos de vista de construção os 30 recipientes de transformadores ou outros tanques de equipamentos descritos
3/10 acima são tipicamente rígidos e estruturas de volume constante e quando transformador ou tamanhos de equipamentos estão aumentando isto significa que a pressão no interior do transformador ou outro equipamento deve ser próxima a pressão da água no entorno do transformador ou outro equipamento. Devido aos fatos mencionados acima transformadores submarinos ou outros equipamentos necessitam um ou muitos compensadores de pressão para manter a pressão do óleo dentro do transformador próximo a pressão da água fora do transformador. Os ditos compensadores de pressão são estruturas com volume de óleo variável ou outros recipientes preenchidos de líquido fora do transformador ou de outro equipamento. Os ditos recipientes de volume variável estão também em conexão de fluxo com o espaço do óleo do transformador ou outro espaço de líquido de equipamento.
Há muitas diferentes soluções para compensadores de pressão submarina. Como exemplos de soluções da técnica anterior o documento PCT WO 2007/055588 A1 e Pedido de Patente US N°2004/0051615 A1. Todos os compensadores de pressão submarina da técnica anterior, por exemplo, aqueles mencionados acima, possuem somente uma parede ou barreira entre a água do mar e o óleo dentro. O dito fato é um sério problema da técnica anterior dos compensadores de pressão submarina. Isto significa que se uma barreira ou parede terá uma falha produzindo vazamento entre o óleo e a água, a água vai entrai no transformador causando falha elétrica fatal do transformador e então fim da operação do transformador. O outro equipamento terá também sérias conseqüências como, por exemplo, falhas elétricas se a água vazar no mesmo. Os ditos problemas de vazamento referem-se principalmente a corrosão causada pela água do mar água, isto é, compensadores de pressão da técnica anterior não são particularmente resistentes a corrosão causada pela água do mar. A sensibilidade da corrosão pode ser um risco com compensadores de pressão do tipo fole metálico porque a parede dos foles deve ser muito fina para alcançar a flexibilidade requisitada. Esta deve ser a situação mesmo quando proteção catódica for usada.
Há também soluções conhecidas com cujas propriedades de
4/10 diferentes estruturas de foles contra corrosão são melhoradas. Como exemplos das ditas soluções JP 9176766, JP 2000046181, EP 0 281 685 e US 5 893 681 podem ser mencionados. Estas conhecidas soluções não são, entretanto adequadas em condições submarinas.
O objeto da presente invenção é obter um compensador de pressão, que elimina os problemas da técnica anterior. Isto é obtido pela presente invenção. A presente invenção é caracterizada pelo fato da primeira câmara de fole estar envolvida por uma segunda câmara de fole que compreende uma segunda parte de fole, a segunda câmara de fole sendo configurada para formar um espaço intermediário fechado em volta da primeira câmara de fole, as paredes da segunda câmara de fole sendo configuradas para separar ao menos as partes de fole da primeira câmara de fole da água do mar dos arredores, a segunda câmara de fole sendo ainda preenchida com um meio intermediário e a segunda parte de fole da segunda camara de fole sendo feita de um material resistente para água do mar dos arredores.
Uma vantagem da invenção é que os problemas que se referem à corrosão da água do mar são eliminados muito eficientemente. A presente invenção é também simples e, portanto custos de manutenção e fabricação são baixos.
A invenção será descrita na seguinte em detalhe por meio de exemplos mostrados nos desenhos anexados, nos quais
A figura 1 mostra esquematicamente a estrutura básica e princípio da operação do compensador de pressão da invenção,
As figuras 2 a 5 mostram diferentes modalidades da invenção,
A figura 6 mostra um detalhe estrutural de uma modalidade da invenção e
A figura 7 mostra esquematicamente um transformador submarino fornecido com compensadores de pressão da invenção
A figura 1 mostra esquematicamente a estrutura básica da invenção e como a presente invenção opera em conexão com uma instalação submarina. No
5/10 exemplo da figura 1 a instalação submarina é um transformador submarino. O número de referência 1 mostra geralmente o transformador submarino. O transformador submarino 1 compreende a unidade 2 do transformador e um tanque 3. O tanque 3 é preenchido com meio de isolamento, isto é neste caso óleo de transformador. O tanque 3 forma uma câmara de isolamento em volta da unidade 2 do transformador.
Para compensar variações de volume do meio de isolamento 4 há um compensador de pressão 5. O compensador de pressão 5 compreende uma primeira câmara de fole 6. A primeira câmara de fole 6 compreende a primeira parte de fole 7. A primeira parte de fole 7 é feita de um material adequado, por exemplo, de aço.
A primeira câmara de fole 6 está através de um sistema de canal 18 ou tubulação em conexão de fluxo com a câmara de isolamento formada pelo tanque 3 então esta dita câmara de fole 6 pode compensar variações de volume do meio de isolamento 4.
A montagem mostrada na figura 1 está inteiramente envolvida com água do mar, isto é, a montagem é colocada no fundo do mar.
As questões acima são amplamente conhecidas nos campos e, portanto as ditas questões não estão descritas aqui em detalhe.
Conforme dito antes os problemas nas soluções da técnica anterior referem-se a danos de corrosão na parte de fole do compensador de pressão, isto é, água do mar causa problemas de corrosão na primeira parte de fole.
De acordo com a idéia básica da invenção a primeira câmara de fole 6 é envolvida por uma segunda câmara de fole 8 que compreende a segunda parte de fole 9. A segunda câmara de fole 8 está configurada para formar um espaço intermediário fechado em volta da primeira câmara de fole. As paredes da segunda câmara de fole estão configuradas para separar ao menos as partes de fole 7 da primeira câmara de fole 6 da água do mar dos arredores. A segunda câmara de fole 8 está ainda preenchida com um meio intermediário 10. A segunda parte de fole 9 da segunda câmara de fole 8 é preferencialmente feita de um material
6/10 resistente a água do mar dos arredores.
Em outras palavras o elemento compressive e expansivo do compensador de pressão possui duas barreiras ou paredes entre o espaço relacionado ao transformador e a água do mar.
A barreira interior, isto é, a primeira parte de fole 7 é feita de construção de foles metálicos e a barreira externa, isto é a segunda parte de fole 9 é feita de material de borracha ou material tipo borracha. O dito material tipo borracha pode ser, por exemplo, material plástico apropriado ou uma mistura com material de borracha e material plástico. O espaço entre a primeira parte de fole 7 e a segunda parte de fole 9, isto é a segunda câmara de fole 8 é preenchida com o mesmo óleo de transformador ou óleo que é miscível com o óleo de transformador 4 na primeira câmara de fole 6 e no tanque 3. Não há, contudo nenhuma troca de óleo através da primeira parte de fole 7.
A segunda parte de fole 9 feita de material de borracha ou similar protege a primeira parte de fole 7 feita de material de metal de corrosão. Nesta conexão é importante perceber que a primeira parte de fole 7 devido a flexibilidade necessária deve ter uma construção de parede tipicamente fina, e, portanto questões de corrosão são muito importantes com respeito à operação do dispositivo. A típica espessura da parede da primeira parte de fole 7 está em uma escala de 1 mm. Com objetivo de obter mais flexibilidade e confiabilidade a primeira parte de fole 7 pode ser construída também com uma ou mais camadas metálicas.
As pequenas mudanças de volume do espaço de óleo intermediário fechado, isto é, a segunda câmara de fole 8 entre a primeira e a segunda parte de foles deve também ser compensada. Isto é exemplo conduzido por fazer a segunda parte de fole 9 assim é apto também a expandir em direção radial devido à variação de pressão ou usando um pequeno compensador de pressão 11 adicional conectado ao espaço intermediário, isto é a segunda câmara d de fole 8. O dito eventual pequeno compensador adicional pode ter uma construção de barreira sem perder o aspecto de barreira dupla de todo o compensador de
7/10 pressão.
O material de borracha usado na segunda parte de fole 9 pode ser, por exemplo, borracha de Nitrila, que é resistente contra a água do mar e após tratamento adequado compatível com o óleo do transformador também.
A segunda parte de fole 9 pode ser feita inteiramente da dita borracha ou material como borracha. É, contudo bastante possível colocar material de reforço apropriado ou muitos materiais de reforça para o material da parte de fole, por exemplo, dentro das paredes de fole como mostrado com o número de referência 12 na figura 1.
Nesta conexão é, contudo importante perceber que é bastante possível que ao invés de foles de material de borracha, usar a segunda parte de fole 9 feita de material de aço. O material de aço usado pode, por exemplo, ser selecionado, assim é tão resistente quanto possível contra a água do mar. A dita segunda parte de fole 9 feita de aço também protege eficientemente a primeira parte de fole 7 contra corrosão causada por água do mar antes que a segunda parte de fole seja corroída. O compensador de pressão pode, contudo ser mudado antes que o primeiro fole seja corroído.
As outras paredes do compensador de pressão, que não estão mudando sua forma e tamanho, por exemplo, paredes de extremidades 13 da parte de fole de forma tubular pode ser feita, por exemplo, de material metálico de uma camada grossa o bastante, como ex. placas de aço inoxidável. As ditas paredes podem, contudo ser, por exemplo, material de borracha tipo construção de duas camadas/paredes de material de metal.
O compensador de pressão da invenção pode também ser fornecido com barras de orientação 14 para orientar a primeira e a segunda parte de foles para mover durante compressão e/ou expansão ao longo de trajetórias definidas. Os ditos movimentos de compressão e expansão das partes de fole são mostrados por setas na figura 1. O número das ditas barras de orientação pode ser escolhido livremente de acordo com a necessidade existente. É bastante possível, por exemplo, materializar o compensador de pressão sem as ditas barras de
8/10 orientação. A figura 2 mostra uma modalidade da invenção com quarto barras de orientação 14 e a figura 3 mostra outra modalidade da invenção com duas barras 14. Nas modalidades das figuras 1 a 3 as barras de orientação 14 são colocadas circunferencialmente fora da parte de foles. A dita colocação não é, contudo, a 5 umca possibilidade, mas as ditas barras de orientação 14 podem também ser colocadas na parte de foles. As ditas modalidades são mostradas nas figuras 4 e 5 nas quais uma barra de erientação é usada e a dita barra de orientação 14 é colocada centralmente nas partes de fole. As extremidades das placas 13 são também materializadas diferentemente nas modalidades das figuras 4 e 5 quando 10 comparado às modalidades das figuras 1 a 3. Nas modalidades das Figuras 4 e 5, a primeira parte de fole 7 e a segunda parte de fole 9 têm, em uma extremidade das mesmas, uma própria placa de extremidade, e utilizam uma placa de extremidade comum nas outras extremidades das mesmas.
As barras de orientação 14 do compensador de pressão são 15 conectadas móveis com buchas de orientação 15 em volta das barras de orientação para as partes móveis do compensador de pressão. O material das buchas de orientação 15 é selecionado de modo que as buchas não congestionam facilmente e então estas buchas móveis manterão as superfícies das barras de orientação limpas de incrustaçóes marinhas e outras impurezas eventuais, que 20 possam causar congestionamento. Qualquer material apropriado pode ser usado para as buchas de orientação 15, por exemplo, muitos materiais plásticos são adequados. Como um exemplo de materiais em particular, o nylon pode ser mencionado. A figura 6 mostra um exemplo de como as ditas buchas de orientação 15 podem ser materializadas, por exemplo, nas modalidades mostradas, por 25 exemplo, nas figuras 2 e 3. As ditas buchas de orientação podem ser feitas como partes substituíveis.
As buchas de orientação 15 das barras de orientação podem, contudo ser feitas de modo que se aquelas congestionarem as buchas vão quebrar devido à compressão e forças do movimento de expansão e a dita quebra vai 30 liberar o congestionamento. Após isso a parte metálica mais ampla das buchas
9/10 guiará os movimentos. Nylon é um material adequado por ter esse aspecto de quebra também.
As barras de orientação e as buchas relacionadas podem também ser formadas de modos que elas podem também ser usadas como indicadores do 5 estado da operação do compensador de pressão indicando a posição da bucha, isto é, o arranjo da barra de orientação pode também atuar como um indicador dos movimentos das partes de fole. A posição das buchas pode ser inspecionada por qualquer câmera ROV (Veículo de Operação Remota) adequado quando as barras estão na superfície externa da barreira de compressão e expansão externa.
10 0 número do compensador de pressão conectado paralelamente à instalação submarina, por exemplo, ao transformador submarino ou a algum possível objeto a ser compensado, é selecionado então o volume total de óleo requisitado pode ser compensado.
O compensador de pressão pode também incluir meios de proteção a 15 corrosão de base elétrica ou algum outro tipo de meio de proteção a corrosão. Os ditos meios de proteção a corrosão podem ser situados também dentro do compensador de pressão para proteger a primeira parte de fole feita de material de metal. Número de referência 16 na figura 1 mostra esquematicamente os ditos meios de proteção à corrosão.
20 0 comPensad°r de pressão da invenção pode também ser fornecido com meios de monitoramento para monitorar a quantidade de água do mar eventualmente vazada para o espaço intermediário, isto é, na segunda câmara de fole 8. O número de referência 17 na figura 1 mostra os ditos meios de monitoramento.
25 Conforme discutido acima, o número de compensadores de pressão usado em conexão com uma instalação submarina pode variar de acordo com a necessidade existente. O volume de compensação típico dos compensadores de pressão requisitado em um futuro próximo de grandes transformadores submarinos em centenas de litros, por exemplo, 200 iitros, e o número típico de compensadores necessário em um grande transformador submarino são de 2 a 6
10/10 unidades de compensador. Como um exemplo, a figura 7 mostra um transformador submarino com quarto compensadores de pressão.
As modalidades descritas acima não pretendem restringir a invenção, mas somente esclarecer a idéia básica da invenção. É bastante claro que detalhes 5 podem ser variados livremente dentro do escopo das reivindicações. A invenção é descrita aqui em conexão com transformadores submarinos. A invenção não é, contudo, restrita somente a transformadores submarinos, mas a invenção pode também ser usada em conexão com todas as instalações submarinas usando meio de isolamento e compensação necessária do dito meio de isolamento etc. O meio 10 de isolamento não precisa ser o óleo do transformador, mas qualquer outro meio ou fluido podem ser usados de acordo com a necessidade existente.

Claims (13)

1. Compensador de pressão configurado para compensar variações de volume de um meio de isolamento ou outro liquido de uma instalação submarina (1), que compreende uma primeira câmara de fole (6) que compreende a primeira parte de fole (7), a primeira câmara de fole estando em conexão de fluxo com um meio de isolamento ou câmera líquida da instalação submarina e as paredes da primeira câmara de fole (6) sendo configurada para separar o meio de isolamento dos arredores, CARACTERIZADO pelo fato de a primeira câmara de fole (7) estar envolvida por uma segunda câmara de fole (8) que compreende uma segunda parte de fole (9), a segunda câmara de fole (8) sendo configurada para formar um espaço intermediário fechado em volta da primeira câmara de fole (6), as paredes da segunda câmara de fole sendo configuradas para separar ao menos a parte de fole (7) da primeira câmara de fole (6) da água do mar dos arredores, a segunda câmara de fole (8) sendo ainda preenchida com um meio intermediário (10).
2. Compensador de pressão de acordo com a reivindicação 1 CARACTERIZADO pelo fato de a segunda parte de fole (9) da segunda câmara de fole (8) ser feita de um material resistente a água do mar dos arredores.
3. Compensador de pressão de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de a segunda parte de fole (9) ser feita de material plástico ou de borracha ou uma mistura dos ditos dois materiais.
4. Compensador de pressão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de a segunda parte de fole (9) ser feita de material de aço.
5. Compensador de pressão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de o espaço intermediário fechado ser fornecido com um compensador de pressão adicional (11) que está configurado para compensar as mudanças de volume do meio intermediário (10).
Petição 870190099444, de 04/10/2019, pág. 7/9
2/3
6. Compensador de pressão de acordo com a reivindicação 1 CARACTERIZADO pelo fato de o meio intermediário (10) ser o mesmo meio que o meio de isolamento (4) da instalação submarina (1) ou um meio miscível com o meio de isolamento (4) da instalação submarina (1).
7. Compensador de pressão de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de a segunda parte de fole (9) ser fornecida com materiais ou material de reforço (12).
8. Compensador de pressão de acordo com a reivindicação 1 CARACTERIZADO pelo fato de a primeira e a segunda parte de fole (7,9) serem partes tubulares e ao menos um arranjo de barra de orientação (14) está arranjado para orientar a primeira e a segunda parte de fole (7,9) para mover ao longo de trajetórias definidas.
9. Compensador de pressão de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de os arranjos de barra de orientação (14) compreenderem buchas de orientação (15) que compreende partes substituíveis, as partes substituíveis sendo configuradas para quebrar devido às forças do movimento de compressão ou expansão criada pela parte de fole se as ditas forças excederem um nível pré determinado então após a dita quebra as partes restantes das buchas conduzem a orientação.
10. Compensador de pressão de acordo com a reivindicação 1 CARACTERIZADO pelo fato de o espaço intermediário ser fornecido com elementos de medição (17) configurados para monitorar quantidade eventual de água do mar no espaço intermediário.
11. Compensador de pressão de acordo com a reivindicação 1 CARACTERIZADO pelo fato de o compensador de pressão ser fornecido com um meio de proteção a corrosão (16).
12. Compensador de pressão de acordo com a reivindicação 1 CARACTERIZADO pelo fato de a instalação submarina (1) ser um transformador submarino.
13. Compensador de pressão de acordo com a reivindicação 12,
Petição 870190099444, de 04/10/2019, pág. 8/9
3/3
CARACTERIZADO pelo fato de o meio de isolamento (4) ser óleo de transformador.
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