BRPI1105604A2

BRPI1105604A2 - tubulaÇço aquecida isolada termicamente feita de seÇÕes de revestimento duplo e processo de montagem de tal tubulaÇço

Info

Publication number: BRPI1105604A2
Application number: BRPI1105604-5A
Authority: BR
Inventors: Christian Geertsen; Wayne P Grobbelaar
Original assignee: Itp Sa
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-03-19
Also published as: NO342493B1; CN102840413A; NO20111572A1; NL2007780A; FR2967752A1; US20120125906A1; GB2485647B; MY152253A; AU2011244979A1; GB2485647A; ITMI20112103A1; FR2967752B1; GB201118810D0; AU2011244979B2; NL2007780C2

Abstract

PEDIDO DE PATENTE DE INVENÇçO PARA TUBULAÇçO AQUECIDA ISOLADA TERMICAMENTE FEITA DE SEÇÕES DE REVESTIMENTO DUPLO E PROCESSO DE MONTAGEM DE TAL TUBULAÇçO. Uma seção (1) de uma tubulação (2) para o transporte de hidrocarbonetos que é adaptada a um ambiente submarino, a referida seção sendo constitui da por pelo menos um revestimento duplo compreendendo um revestimento externo (5) e um revestimento interno (6) entre os quais um espaço anular (104) é arranjado e compreende um material termicamente isolante (7), caracterizado pelo fato de que a referida seção compreende pelo menos um circuito de aquecimento (12) disposto no referido espaço anular (104) e uma base de conexão (8) fixa para o revestimento externo (5) e projetado para uma tomada de conexão (4) ligada a um cabo (9) de energia elétrica externa, a base de conexão (8) encerrando uma passagem de acesso (10) em comunicação com o referido espaço anular (104); o circuito de aquecimento (12) sendo acionado eletricamente pela base de conexão formando um circuito de aquecimento elétrico fechado para aquecer a seção.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO PEDIDO DE PATENTE DE INVENÇÃO PARA "TUBULAÇÃO AQUECIDA fsOLADA^ TERM,CAMENTE FEITA DE SEÇÕES DE REVES™enTO

DUPLO E PROCESSO DE MONTAGEM DE TAL TUBULAÇAO

O escopo técnico da presente invenção se refere a tubulações para transporte de hidrocarbonetos equipadas com meios de aquecimento, notadamente para manter a temperatura dos hidrocarbonetos.

Sabe-se que as tubulações para o transporte de hidrocarbonetos, também conhecidas como oleodutos/gasodutos, podem ser aquecidas usando- se diferentes modos de aquecimento. Oleodutos instalados abaixo do mar são notadamente aquecidos eletricamente para evitar quaisquer bloqueios com sólidos, também chamados de bucha, formados entre os hidrocarbonetos. O aquecimento elétrico permite que a temperatura dentro da tubulação seja mantida a 20°C ou mais, que é a temperatura em que os hidratos de gás aparecem em condições de pressão típicas para poços de petróleo submarinos (de várias dezenas a várias centenas de bars), ou mesmo a uma temperatura superior a 30, 40 ou mesmo 60°C se o líquido incorpora parafina com alta

temperatura de solidificação.

O aquecimento elétrico pode ser usado de várias maneiras. Um campo

magnético pode ser criado de forma a aquecer a tubulação graças às correntes de Foucault criadas nas paredes da tubulação. Tal método de aquecimento é notadamente descrito no documento de patente EP-0441814. Uma desvantagem do método ensinado pelo documento de patente EP-0441814, que requer um segundo revestimento, é que este não pode ser associado com isolamento de alta eficiência (coeficiente de troca térmica, chamado de "U" entre um veio de fluido e o meio ambiente submarino é menor do que 2 ou ainda menor do que 1 W / (m2. K)). Este segundo revestimento é feito de aço carbono e realmente forma uma tela eletromagnética que impede que a tubulação principal, formada pelo primeiro revestimento interior, seja aquecida.

De acordo com outro método, uma corrente pode ser injetada diretamente na parede da tubulação metálica, tal como descrito pelo 10

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documento de patente US 3.293.407. A parede eletrificada da tubulação pode, no entanto, tornar-se um perigo naqueles lugares em que um operador é capaz de acessar a tubulação. Além disso, qualquer perda de corrente na água em torno do gasoduto irá causar uma deterioração prematura e corrosão da

tubulação.

O documento de patente EP-1461559 descreve ums tubulação de parede dupla aquecida por efeito Joule através de cabos de aquecimento elétrico. O uso de uma tubulação de parede dupla associada a um isolante térmico permite que as trocas sejam reduzidas ao nível acima mencionado (U menor do que 2 ou mesmo 1 W / (m2. K)) e torna possível se aquecer grandes comprimentos de dutos com potência moderada de cerca de 3 a 50 W / m2.

No entanto, o encanamento de parede dupla descrita no documento EP1461559 refere-se a chamada "tecnologia de tubulação retractora" (reeled pipe technology). Esta técnica é mais vantajosa quando há instalação de tubulações de pequeno diâmetro, o comprimento de tubulação sendo curto o suficiente para não exceder a capacidade de carga do navio de montagem.

Tal técnica de colocação é, então, usada essencialmente para montagens a serem estabelecidas em distâncias curtas, por exemplo no máximo algumas dezenas de quilômetros, e onde a rigidez à flexâo das tubulações é compatível com a capacidade de deformação do sistema de enrolamento e desenrolamento do navio de montagem. O momento de flexão para deformar plasticamente a tubulação de hidrocarbonetos é, de fato, proporcional à sua espessura, multiplicado pelo seu diâmetro ao quadrado.

A combinação da tubulação de parede dupla com aquecimento resistivo é vantajoso em termos de densidade e eficiência energética, uma vez que permite que o isolamento térmico de alta performance seja combinado com uma distribuição uniforme do calor usando fios elétricos de pequeno diâmetro.

Quando a "tubulação retractora" (reeled pipe) é desenrolada, o reservatório vazio deve retornar ao porto para carregar outro carretei. O navio carregado com a nova "tubulação retractora" (reeled pipe) deve então retornar ao local de postura e recuperar a parte do gasoduto já montado, de modo a fazer uma junção e, em seguida, desenrolar a tubulação de novo.

Para distâncias consideráveis, as chamadas técnicas S ou J de colocação são mais vantajosas, ou as únicas possíveis para tubulações de grande diâmetro. Estas técnicas consistem na montagem fixa na embarcação de montagem das seções retas curtas, medindo entre 12 e 72 m, por exemplo, de modo a construir o comprimento necessário de encanamento. As seções podem ser colocadas na horizontal (S-Iay) ou na vertical (.J-Iay) para sua

montagem.

Outra desvantagem para a tubulação aquecida divulgada pelo

documento EP1461559 reside no fato de que, em caso de avaria no circuito de aquecimento localizado em um lugar determinado da tubulação de parede dupla, o aquecimento do gasoduto será completamente cortado a jusante da

seção.

O objetivo da presente invenção é o de superar uma ou várias das

desvantagens da técnica anterior, fornecendo uma seção de tubulação instalada pelo método S-Iay ou J-Iay no qual o isolamento térmico e

aquecimento da tubulação são otimizados.

Este objetivo é alcançado graças a uma seção de uma tubulação para o transporte de hidrocarbonetos que é adaptada a um ambiente submarino, a referida seção sendo constituída por pelo menos um alojamento duplo, compreendendo um revestimento externo e um revestimento interno entre os quais um espaço anular é disposto, e compreendendo um material termicamente isolante, caracterizado pelo fato de que a referida seção compreende pelo menos um circuito de aquecimento disposto no referido espaço anular, e uma base de ligação fixa para o revestimento externo que é destinado a uma tomada de conexão ligado a um cabo de alimentação elétrica externa, com fechamento de base de conexão tendo uma passagem de acesso de comunicação com o referido espaço anular, um circuito de aquecimento eletricamente alimentado pela base de conexão formando um circuito de aquecimento elétrico fechado para aquecer a seção. De fato, é importante usar uma técnica de montagem S ou J para tal transporte de tubulações combinando aquecimento elétrico resistivo com excelente isolamento térmico, já que a redução do consumo elétrico no exterior

gera uma economia considerável. De acordo com uma característica da invenção, o espaço anular é

fechado e lacrado, este espaço anular sendo pressurizado a um nível de pressão predeterminado otimizado para isolamento térmico.

Vantajosamente, o espaço anular é pressurizado numa pressão predeterminada, a referida otimização sendo em um nível de pressão inferior à

pressão atmosférica.

De acordo com uma característica da invenção, o circuito de

aquecimento compreende, por exemplo, linhas de aquecimento elétrico, sendo

isolado eletricamente do revestimento externo e do revestimento interno.

As seções permitem ligação offshore pela soldagem da tubulação

interna, o revestimento externo das seções não sendo soldado e em que a

rigidez de flexão e isolamento térmico em torno da solda são reforçados pela

instalação de uma luva rígida isolante.

De acordo com outra particularidade da invenção, o circuito de

aquecimento disposto no espaço anular da seção se destina a ser alimentado

em paralelo pelo cabo de energia elétrica externa à seção.

É feita uma distinção entre as linhas, notadamente entre as linhas de aquecimento interno às seções e as linhas de alimentação externa às seções.

De acordo com outra particularidade da invenção, o circuito de aquecimento compreende um circuito de aquecimento para o aquecimento por efeito Joule e destina a ser alimentado em modo monofásico pelo cabo de

energia externa.

De acordo com outra particularidade da invenção, o circuito de aquecimento é composto por três linhas de aquecimento delta ou estrela conectadas umas as outras e alimentadas em modo trifásico pelo cabo de

energia externa. 10

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As três fases do cabo de energia externa podem incluir três linhas de energia e, possivelmente, uma ou várias linhas adicionais para o neutro. Um circuito de aquecimento monofásico pode ser alimentado no modo monofásico por um cabo externo de alimentação monofásica ou trifásica. Duas linhas de um cabo de alimentação de três fases são, por exemplo, usadas por um

circuito de aquecimento monofásico.

Uma pessoa versada na técnica vai reconhecer numerosas variantes

levando a um diagrama de rede globalmente equilibrado, por exemplo, ligando-

se três seções sucessivas a diferentes fases do cabo de energia externa, e isto

ao longo do encanamento inteiro.

De acordo com outra particularidade, a seção é destinada a ser montada por solda do revestimento interno, com duas seções adjacentes, o seu circuito de aquecimento permitindo aquecimento por condução de uma zona de solda em torno deste; de acordo com uma outra particularidade da invenção, a referida base de conexão é associada a um elemento para cortar o fornecimento de energia em caso de um curto-circuito que eventualmente

ocorra no referido espaço anular.

De acordo com outra particularidade da invenção, a seção compreende

circuitos de aquecimento redundantes exclusivamente por calor da referida seção, esses circuitos de aquecimento sendo acionados eletricamente pela base de conexão ou por várias bases de conexão associadas com várias passagens de acesso em comunicação com o espaço anular, cada uma dessas bases de conexão acionando o fechamento de uma dessas passagens.

De acordo com outra particularidade da invenção, o circuito de aquecimento requer uma fonte de potência entre 5 e 50 W / m2 para manter sua temperatura. Potências mais elevadas podem ser necessárias por curtos períodos para aquecer a tubulação rapidamente. Para calcular a potência a ser fornecida, o poder é referenciado para a superfície da tubulação interna ou externa do duto de parede dupla (as duas superfícies podem ser levadas em conta, dependendo da prática). De acordo com outra particularidade da invenção, o coeficiente de troca térmica da seção se encontra na faixa de 0,1 a 2 W / (m2. K).

Outro objeto da presente invenção é o de uma tubulação para o transporte de hidrocarbonetos composto de seções retas soldadas em uma embarcação de montagem, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de seções aquecidas de acordo com a invenção, estas seções aquecidas compreendendo seu circuito de aquecimento elétrico ligado em

paralelo ao referido cabo externo de alimentação elétrica.

De acordo com outra particularidade da invenção, o calor é distribuído no encanamento por meio de distribuição de calor entre as seções aquecidas e suas seções vizinhas não-aquecidas. A distribuição de calor é, por exemplo, realizada por borbulhamento de gás através da tubulação ou por movimento macroscópico dos fluidos devido à convecção natural. Gás ou outro fluido, por exemplo, é introduzido a partir de uma extremidade da tubulação. A seção aquecida pode, por exemplo, tornar-se não-aquecida em caso de avaria. Também pode ser uma tubulação em que cada uma das seções seja aquecida de acordo com a invenção. Circuitos de aquecimento redundantes são

fornecidos, por exemplo.

De acordo com outra particularidade da invenção, a tomada de conexão

ligada ao cabo de energia externa é organizada no final de um ramo

eletricamente conectado a linhas do cabo externo de alimentação por um

elemento para o corte do fornecimento de energia no caso de um curto-circuito

a jusante do ramo.

De acordo com outra particularidade da invenção, o cabo de energia

externa é fornecido por um gerador, a resistência elétrica do circuito de

aquecimento em uma das seções tendo um valor que diminui de acordo com

sua distância do gerador. O gerador pode entregar uma corrente alternada ou

uma corrente contínua, de acordo com a necessidade.

De acordo com outra particularidade da invenção, o cabo de energia

externa é fornecido com uma tensão na faixa de 5 a 1 kV. Outro objeto da presente invenção refere-se a um processo para colocar

uma tubulação de acordo com a invenção, em que:

- Uma seção é posicionada na horizontal ou na vertical em um recipiente

de montagem,

- Esta seção é soldada a uma parte da tubulação já montada,

- Uma luva isolante térmica é deslizada sobre a solda,

- Um material de ajuste rápido é injetado em um volume situado entre as

duas seções e sob a luva,

- A base de conexão é conectada a um ramo do cabo de energia

externa.

A primeira vantagem da presente invenção deriva do fato de que este processo de colocação é adaptado para os métodos de montagem de encanamento SeJ sem a necessidade de se fazer solda elétrica ao longo de toda uma trajetória elétrica disposta em um espaço contínuo e de anular todo o comprimento do encanamento com paredes duplas de tubulação.

A invenção é claramente diferenciada das técnicas anteriormente conhecidas, em que seria difícil ou mesmo impossível de se fornecer conexões elétricas em série para cada seção de acordo com a técnica anterior usando-se técnicas para montar seções curtas com o objetivo de se criar um espaço contínuo anular, onde a fiação elétrica está instalada. Mantendo-se na hipótese de um conjunto de seções curtas com o objetivo de recriar um espaço contínuo anular, por um encanamento de várias dezenas de quilômetros, seria inviável em primeiro lugar pelo risco de defeitos que seria demasiado elevado e, em segundo lugar, pelo fato de que uma queda de tensão acumulada correspondente a resistências de contato das conexões elétricas em série iria

aparecer.

Outra vantagem da presente invenção reside no fato de que o resistor elétrico em cada seção pode ser adaptado, assim, permitindo que cada seção

seja alimentada de forma otimizada. Outra vantagem da presente invenção reside no fato de que a conexão

elétrica paralela dos circuitos de aquecimento da tubulação os tornam mais robustos em vista de eventuais defeitos ou avarias, uma vez que a falha de energia das linhas de aquecimento em uma seção só afetará a seção em questão e não afetará a função de aquecimento de seções adjacentes. Além disso, a falha de um circuito de aquecimento pode ser compensada com as seções adjacentes, uma vez que, sob o efeito de condução e convecção, o calor será transmitido para a seção defeituosa. Isto é importante, por exemplo, no caso de uma parada de produção. Ao se aumentar a potência média fornecida, também é possível se compensar a perda local de aquecimento em

uma seção.

A transmissão de calor também pode ser melhorada, facilitando a

circulação de fluidos na tubulação. Assim, durante uma parada de produção durante a qual a linha se mantém sob pressão, a válvula de entrada pode ser aberta por um tempo curto para induzir o movimento dos fluidos ou para facilitar o seu movimento por borbulhamento de gases de uma extremidade da

tubulação.

Outra vantagem da presente invenção reside no fato de que o diâmetro das tubulações de parede dupla aquecidas não constitui uma limitação na colocação dessas tubulações. A tubulação de acordo com a presente invenção é adaptada para ser nominalmente uma seção com um diâmetro superior ou igual a 0,4m (400mm). O diâmetro das secções pode se encontrar, por exemplo, na faixa de 0,2 a 0,6m (200mm a 600mm) ou superior.

Outras características, vantagens e particularidades da invenção se tornarão mais evidentes a partir da descrição adicional dada a seguir das modalidades diferentes apresentadas a título de exemplo, e com referência aos

desenhos anexos, em que:

- A Figura 1 mostra uma vista de seção de um exemplo de uma seção

de acordo com a invenção,

- A Figura 2 mostra uma vista de seção de um exemplo de uma parte da

tubulação de acordo com a invenção, -A Figura 3 mostra um diagrama de montagem S,

- A Figura 4 mostra um diagrama de montagem J, 10

- As Figuras 5, 6 e 7 mostram, cada uma, uma vista de seção de um exemplo de uma seção equipada com bases de conexão diversas,

- As Figuras 8 e 9 mostram vistas de seções de arranjos de exemplos de linhas internas de aquecimento elétrico dispostas ao redor do revestimento

interno de uma seção de tubulação de parede dupla,

- A Figura 10 mostra um diagrama de um exemplo de um circuito de

aquecimento monofásico,

- As Figuras 11 e 12 mostram, cada, um diagrama de um exemplo de

um circuito de aquecimento de três fases,

- A Figura 13 mostra um exemplo de um diagrama de circuitos

monofásicos de aquecimento conectado a um cabo de alimentação de três fases,

- A Figura 14 mostra um exemplo de um diagrama do aquecimento

elétrico de uma tubulação por circuitos de aquecimento,

- A Figura 15 mostra um diagrama de seção de um exemplo de uma conexão de cabo trifásico de potência em paralelo com os circuitos de

aquecimento de uma seção,

- A Figura 16 mostra uma tubulação na qual um borbulhamento está

sendo realizado para redistribuir o calor, e

- A Figura 17 mostra um exemplo de um processo para colocar uma

tubulação de acordo com a presente invenção.

A invenção será agora descrita com mais detalhes. Como indicado

anteriormente, uma tubulação de parede dupla de grande comprimento é construída por seções de tubulações de soldagem e montagem. Cada seção é, por exemplo, produzida separadamente com seus meios e um aquecimento individual é projetado para ser ligado em paralelo por um cabo externo.

Para recriar o contexto da invenção, pode ser feita referência aos documentos de patente FR-2721681, FR-2751721 e FR-2758872, que descrevem as técnicas de montagem para as seções de tubulação de parede

dupla.

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20 Em primeiro lugar, o documento de patente FR-2721681 descreve um processo para construir tubulações, tais como aquelas utilizadas para transporte de produtos petrolíferos offshore e, em segundo lugar, tubulações e dispositivos de ligação de tubulações usados para implementar este processo. Em primeiro lugar, o documento de patente FR-2751721 descreve um processo para construir tubulações através de sucessivas montagens de tubulações em conjunto e, em segundo lugar, tubulações para a implementação deste processo. O documento de patente FR-2758872 descreve uma camada de isolamento térmico, notadamente para a construção de tubulações submarinas

que transportam produtos de petróleo.

A Figura 1 mostra uma vista de seção longitudinal de uma seção de tubulação. A seção (1) compreende um revestimento externo (5) posicionado

em torno de um revestimento interno (6).

O comprimento de uma seção se encontra, por exemplo na faixa de 12m

a 72m.

A seção (1) compreende um material termicamente isolante (7) disposto no espaço anular (104) entre o revestimento externo (5) e o revestimento

interno (6).

A base de conexão (8) fecha e sela uma passagem de acesso (10), em comunicação com o espaço anular (104). A base de conexão (8) fixa ao revestimento externo (5) da seção (1) é um elemento de conexão elétrica para se conectar eletricamente com uma tomada de conexão (4) ligada a um cabo de alimentação (9), como será explicado mais tarde. A base de conexão (8) vai ser soldada, por exemplo, para o exterior do revestimento externo (5).

A base de conexão (8), por exemplo, como mostrado na Figura 1, se

projeta a partir do revestimento externo (5).

Caminhos de passagem (10) permitem a conexão de um circuito de

aquecimento (12) arranjado no espaço anular (104). O circuito de aquecimento

(12) é composto, por exemplo, por um fio elétrico (17).

A base de conexão (8) está associada a um elemento de corte (11) não- carregado, no caso de um curto-circuito ocorrer no referido espaço anular 10

(104). O elemento de corte de alimentação (11) é, por exemplo, um interruptor ou um conjunto de fusíveis cortando a corrente por razões de segurança, no caso de um curto-circuito ou em caso de superaquecimento. A corrente é cortada, assim, se um curto-circuito ocorre a jusante da base de ligação (8).

Alternativamente, como será descrito mais tarde, um elemento de corte de força (26) pode também ser posicionado no início de um ramo (13) ligado ao cabo de energia externa (9). A estampagem (3) da extremidade da tubulação é realizada no revestimento externo (5) o qual é posteriormente soldado ao revestimento interno (6). O espaço anular (104) entre o revestimento externo (5) e interno (6) é, portanto, fechado e selado por uma solda (14b). A estampagem (3) do revestimento externo (5) é feito em terra, quando as seções estão sendo fabricadas e antes destes serem carregados no navio de montagem. O revestimento externo (5), inicialmente tubular, é mecanicamente estampado de forma que suas extremidades entram em contato com o revestimento interno (6). As estampas (3) são substancialmente cônicas.

A seção (1) descrita na Figura 1 é uma seção reta destinada a ser montada para formar uma tubulação de acordo com o método de montagem conhecido como S-Iay ou J-Iay. Em um método S-Iay como mostrado na Figura 3, as seções estão posicionadas horizontalmente para serem unidas para construir uma tubulação. O método S-Iay é geralmente utilizado para profundidades rasas. No método J-Lay, mostrado na Figura 4, as seções são posicionadas verticalmente para serem unidas. O método J-Lay é geralmente

utilizado para profundidades maiores.

A seção (1) mostrada na Figura 1 se junta com outras seções para

formar uma tubulação de parede dupla (2), como mostrado na Figura 2. Os

mesmos numerais de referência são usados na Figura 1 e na Figura 2 para

designar os mesmos elementos.

Conforme mostrado na Figura 2, as diferentes seções 1 são unidas por solda. Assim, a solda (14a) é feita entre dois revestimentos internos (6) das duas seções consecutivas. A tubulação (2) pode incluir, por exemplo, de

15

20 algumas centenas a alguns milhares de seções (1). Para maior clareza, apenas quatro seções (1) foram representadas na Figura 2.

Uma luva isolante térmica (16) é deslizada sobre a área de solda (14a). A luva (16), instalada entre duas seções, abrange os dois revestimentos externos (5) das seções além das estampas (3). Assim, a luva (16) é dispostas radialmente e em uma distância em torno da solda (14).

Um espaço fechado é assim formado sob a luva (16) entre duas seções consecutivas (1). Este volume é delimitado pelo revestimento interno (6) prorrogado pela estampa (3) na tubulação, a luva (16) sendo unida ao dobrar o revestimento externo (5) na base das duas estampas da tubulação (3). Um material de ajuste rápido (15) é injetado sob a luva (16), este material solidificado (15) aumentando a rigidez da montagem de duas seções. A resina

é, por exemplo, injetada sob a luva (16).

A base de conexão (8) de uma secção (1) é eletricamente conectada por uma tomada de ligação (4) ligada a um cabo de alimentação (9). A base de conexão (8) e o conector (4) formam um conector elétrico. Uma vez conectada ao conector (4), a base de conexão (8) e a tomada (4) conectam um conector selado que é eletricamente isolado do ambiente externo. O cabo de alimentação (9) é amarrado ao encanamento durante sua instalação e é assim mantido contra a tubulação (2). De acordo com a prática profissional e, dependendo de quaisquer esforços eventuais externos, este cabo de alimentação pode ser instalado com uma estrutura mecânica protetora. Tais esforços externos são acidentais sendo, por exemplo, um impacto com uma

âncora ou o casco de um navio.

A base de conexão (8) pode, por exemplo, ser conectada

submarinamente, o conector neste caso sendo designado por "wet-mate".

A base de conexão também pode precisar ser conectada ao ar livre ou usando-se um gabinete à prova de vazamento, o conector sendo neste caso designado por "dry-mate". Conectores de tipo dry-mate são geralmente montados no convés do navio de montagem ou, para fins de reparação, em um recinto à prova de

vazamento pode ser instalado ao redor do conector.

Um conector do tipo wet-mate pode ser substituído debaixo d'água sem

exigir a instalação de um gabinete à prova de vazamento.

Conectores de tipo dry-mate são economicamente mais vantajosos do que conectores do tipo wet-mate, e são os preferidos. Os conectores descritos anteriormente são bem conhecidos nas indústrias de petróleo e submarinas.

Após a montagem, o circuito de aquecimento (12) é eletricamente conectado por meio da base de conexão (8) com o cabo elétrico de alimentação externa (9). A base de conexão (8) está, então, eletricamente ligada a um conector de ligação (4) disposto no final de um ramo (13).

O aquecimento pode ser feito para manter uma temperatura mínima ou de segurança após o resfriamento, de modo a permitir que o líquido circule, tornando-o fluido pelo aumento da sua temperatura. A temperatura mínima se encontra na faixa de 18 a 25°C e pode ser mantida de modo a evitar a formação de gás hidratos. O aquecimento também pode chegar a 30 ou 40°C, ou até 60°C se a formação de parafina precisar ser evitada na parede interna da tubulação principal formada pelo revestimento interno (6).

Um elemento de corte de energia (26) colocado no ponto de derivação (13) de um ramo ligado ao cabo de energia externa (9) protege contra uma falha do ramo (13). A corrente é cortada, assim, se houver um curto-circuito a jusante deste elemento de corte (26), por exemplo, no meio do ramo (13).

Os diferentes circuitos de aquecimento (12) das diferentes seções (1) são paralelamente ligados ao cabo elétrico de alimentação externa (9). Um ramo de conexão elétrica (13) é instalado entre o cabo da fonte de alimentação externa (9) e a base de conexão (8). O circuito de aquecimento (12) é eletricamente ligado a elementos de ligação internos à base de conexão (8) de modo a formar um circuito de aquecimento elétrico fechado para aquecer uma única seção (1), quando a base de conexão é alimentada pelo cabo de força elétrica externa (9). Os elementos de conexão da base de conexão (8) são postos em contato com elementos de ligação dos conectores (4). Os elementos de ligação da base de conexão (8) e da tomada (4) são conhecidos, mas não são mostrados. Assim, uma seção (1) é aquecida individualmente pelo seu

circuito de aquecimento (12).

No entanto, o calor também pode ser transmitido de uma seção para outra por convecção ou pelo movimento global dos fluidos, notadamente através da mistura de hidrocarbonetos dentro da seção (1), por exemplo no caso de falha do circuito de aquecimento (12). Isto é notadamente possível graças ao fato de que as tubulações são eficientemente isoladas. As tubulações são, por exemplo, isoladas de tal modo que U < 1 W / (m2. K), ou até mesmo U < 0,5 W / (m2. K). U é a potência dissipada na forma de calor com relação à superfície de troca e à diferença de temperatura. O bom isolamento obtido pela estrutura de parede dupla garante, por exemplo, a transmissão de calor a uma distância significativa cobrindo pelo menos uma seção ou até

mesmo várias seções.

De uma forma não-limitativa, sensores de temperatura poderiam ser

fornecidos. Os sensores se encontram, por exemplo, em comunicação com uma linha de controle externa, essa linha sendo instalada, por exemplo, ao longo da tubulação (2) e sendo ligada à tubulação (2). Os sensores e a linha de controle, que não são mostrados, por exemplo, são dispostos de modo a serem capazes de medir a temperatura em cada seção (1) da tubulação (2), ou em cada junção entre duas seções de uma tubulação (2). Os sensores, assim, permitem que parâmetros operacionais da tubulação sejam monitorados.

Várias bases de conexão (8) também podem ser instaladas em uma seção (1), como mostrado nas Figuras 5 e 6. As bases de conexão (8) são, por exemplo, dispostas em frente umas às outras ou próximas umas das outras. Cada base de conexão (8) é, por exemplo, equipada com um dispositivo (11) para cortar o fornecimento de energia. Cada base de conexão (8), assim, fecha uma passagem de acesso (10) em comunicação com o espaço anular (104), arranjadas entre o revestimento externo (5) e o revestimento interno (6). A base de conexão (8) pode assim ser usada para conectar eletricamente um ou vários circuitos de aquecimento (12) ao cabo externo de força elétrica (9).

Como mostrado nas Figuras 5, 6 e 7, circuitos de aquecimento adicionais (12) podem ser organizados de forma redundante para aquecimento

de uma única seção.

Vários circuitos de aquecimento (12) são, por exemplo, eletricamente ligados ao cabo de energia externa (9) pela mesma base de conexão (8),

conforme mostrado na Figura 7.

Estes circuitos de aquecimento adicionais (12), deste modo, permitem que o aquecimento elétrico da seção (1) seja provido. Assim, se um fio elétrico (17) é quebrado, a seção (1) recebe energia de aquecimento por um circuito de

aquecimento restante (12).

A redundância é fornecida, por exemplo, através de três circuitos de aquecimento, como mostrado na Figura 8. Na Figura 9, a redundância é fornecida por cinco circuitos de aquecimento (12). O número de fios de aquecimento elétrico (17) ou de circuitos de aquecimento (12) em uma seção (1) pode ser reduzido ou aumentado conforme a necessidade, sem qualquer

dificuldade particular.

De uma forma não-limitativa, os fios de aquecimento (17) podem ser posicionados ao longo do revestimento interno (6), como mostrado nas Figuras 5, 8 e 9, ou ser enrolado ao redor do revestimento interno (6), como mostrado nas Figuras 6 e 7.

As Figuras 10, 11 e 12 mostram vários circuitos elétricos possíveis. O aquecimento é feito por efeito Joule nos fios elétricos (17), através dos quais

uma corrente passa, fornecendo calor.

Conforme mostrado na Figura 10, um fio elétrico (17) que forma o circuito de aquecimento (12) é eletricamente isolado do revestimento externo (5) e do revestimento interno (6). Um fio elétrico, assim, compreende uma bainha isolante (18). O fio (17) faz um Ioop de aquecimento para o aquecimento por efeito Joule e é alimentado por energia de tipo monofásica pelo cabo de energia externa (9). O cabo de energia externa (9) compreende duas linhas de energia (32a) e (32b), conectadas por segurança, ou por elementos de ligação ao circuito formado pela linha de aquecimento (17). Um elemento de segurança (26) é, deste modo, posicionado no início do ramo (13). A conexão da tomada (4) e da base de conexão (8) permite uma conexão elétrica entre o fio de aquecimento (17) e as linhas de energia (32a) e (32b).

De acordo com a Figura 11, um circuito de aquecimento (12) é composto por três fios de aquecimento elétrico (17). Estes três fios elétricos (17), ligados entre si de acordo com um conjunto de estrelas, se destina a ser alimentado pela alimentação de três fases com o cabo externo (9). As linhas (32c), (32d) e (32e), cada uma, fornecendo uma fase de uma corrente de três fases, sendo eletricamente conectadas ao circuito de aquecimento (12) por elementos de segurança (26) ou (13) ou por elementos de ligação (4) e (8). Os três fios de aquecimento (17) são, cada um, conectados a uma fase separada. Um conjunto delta mostrado na Figura 12 é alimentado por uma carga

trifásica pelo cabo externo (9). Como mostrado na Figura 11, o cabo de alimentação (9) é composto por três linhas (32c), (32d) e (32e) cada uma fornecendo uma fase de uma carga elétrica trifásica. Cada um dos fios de aquecimento (17) é ligado a duas das três linhas de energia (32c), (32d) e (32e).

De modo contrário, por exemplo, ao que está descrito no documento de patente EP1641559, o transporte de energia e aquecimento é assegurado por elementos separados. Isso quer dizer que a função de aquecimento por efeito Joule e a função de fornecimento de energia elétrica não são executadas pela mesma linha elétrica, mas por linhas elétricas separadas.

Uma alta relação entre a resistência das linhas de aquecimento (17), também chamadas de fios de aquecimento, e a resistência das linhas de energia do cabo de alimentação (9) vantajosamente permite a otimização da perda de energia devido ao transporte da eletricidade e da dissipação de potência de aquecimento iguais em cada seção (1). Assim, a queda de tensão deve ser minimizada no cabo de alimentação (9). Conforme mostrado na Figura 13, são três fases de um cabo de energia elétrica (9) que podem ser usadas sucessivamente duas a duas, para que o conjunto seja globalmente equilibrado. A primeira seção é, por exemplo, alimentada pela primeira e segunda fases, uma segunda seção podendo ser alimentada pela primeira e terceira fases e uma terceira seção podendo ser alimentada pela segunda e terceira fases e assim por diante para as seções seguintes. Os circuitos de aquecimento (12) são eletricamente conectados às linhas de energia (32c), (32d) e (32e), por elementos de ligação (13), (4) e (8) e

por elementos de segurança (26) e (11).

O diagrama de circuitos na Figura 14 representa as impedâncias de aquecimento em cada seção (1), referenciadas como (100), (101), (102) e (103), combinadas com impedâncias (19) e (20) das porções das linhas de força do cabo externo (9). Um gerador monofásico ou trifásico (33) fornece o

cabo de alimentação elétrica externa (9).

Na Figura 14, um exemplo de um cabo de alimentação monofásica (9) com duas linhas de abastecimento é dado de uma forma não-limitativa. As duas linhas têm, por exemplo, impedâncias idênticas (19) ou diferentes (20). Impedâncias idênticas são, por exemplo, devidas ao fato de que as linhas de

energia elétrica são idênticas.

As linhas de energia também podem ser diferentes, por exemplo em termos de diâmetro, e as linhas de cabo, assim, possuem impedâncias diferentes. Conforme mostrado na Figura 13, as três fases de um cabo de energia elétrica (9) podem ser usadas sucessivamente duas a duas, para que o conjunto seja globalmente equilibrado. A primeira seção é, por exemplo, alimentada pela primeira e segunda fases, uma segunda seção sendo alimentada pela primeira e terceira fases e uma terceira seção sendo alimentada pela segunda e terceira fases e assim por diante para as seções seguintes. Os circuitos de aquecimento (12) são eletricamente conectados às linhas de energia (32c), (32d) e (32e), por elementos de ligação (13), (4) e (8) e por elementos de segurança (26) e (11). O esquema de ligações na Figura 14 representa as impedâncias de aquecimento em cada seção (1), referenciadas como (100), (101), (102) e (103), combinadas com impedâncias (19) e (20) das porções das linhas de força do cabo externo (9). Um gerador monofásico ou trifásico (33) fornece o

cabo de alimentação elétrica externa (9).

Na Figura 14, um exemplo de uma alimentação monofásica com cabo (9) com duas linhas de abastecimento é dado de uma forma não-limitativa. As duas linhas têm, por exemplo, impedâncias idênticas (19) ou diferentes (20). Impedâncias idênticas são, por exemplo, devidas ao fato de que as linhas de

energia elétrica são idênticas.

As linhas de energia também podem ser diferentes, por exemplo em termos de diâmetro, e as linhas de cabo, assim, possuem impedâncias diferentes.

O circuito elétrico pode ser otimizado ajustando-se a resistência elétrica do circuito de aquecimento elétrico (12) em cada uma das seções de tal forma que os circuitos de aquecimento instalados perto de um gerador (33) que fornecem o cabo de alimentação (9) têm maior resistência do que os circuitos de aquecimento (12) mais distantes do gerador. As impedâncias (100), (101), (102) e (103) diminuem progressivamente, por exemplo, a primeira impedância (100) é maior que a impedância (103). Os circuitos de aquecimento instalado a uma distância a partir do gerador (33) fornecem o cabo de alimentação (9) e, portanto, têm menos resistência do que os circuitos de aquecimento instalados próximos a este gerador de energia (33), e podem produzir a mesma potência de aquecimento. De fato, a tensão nas seções fornecidas pelo cabo de alimentação (9) diminui por causa da resistência do próprio cabo. As resistências dos circuitos de aquecimento podem ser reduzidas de acordo com a queda de tensão no cabo de alimentação, de modo a se obter uma potência constante dissipada em cada uma das seções.

A resistência pode mudar entre duas seções consecutivas ou, de forma mais prática, considerando-se o conjunto, por grupos de cem seções, por exemplo. A razão das resistências de aquecimento entre a seção mais próxima e a seção mais distante, alimentadas pelo mesmo cabo de energia externa (9), será tipicamente de 5 para 1 ou até mesmo de 2 para 1, essa relação sendo

tomada como maior ou igual a 1.

A Figura 15 mostra um cabo de energia externa (9) composto por três linhas de energia (32c), (32d) e (32e), cada uma fornecendo uma fase diferente da fonte de alimentação de três fases e três linhas (32f) para o neutro da fonte de alimentação de três fases. A seção inclui, por exemplo, vários circuitos monofásicos de aquecimento (12) fornecidos em primeiro lugar por uma fase distinta e cada um dos segundos conectados à fase neutra. Os circuitos monofásicos de aquecimento são ligados entre si e com o neutro, o retorno pelo neutro podendo ser eliminado, por exemplo, se o conjunto for composto por esses três circuitos, for equilibrado. Um elemento de segurança (26) é fornecido, por exemplo, além dos elementos de ligação (13), (4) e (8).

As seções dos fios de aquecimento se encontram, por exemplo, na faixa de 10"7 a 10"6 m2 (0,1 a 1 mm2) e são feitos de ligas de resistência como, por exemplo, ligas de cromo e ligas de níquel ou de ferro e cromo e ligas de alumínio. O cabo de alimentação elétrica externa (9) é, no entanto, projetado para minimizar a perda de tensão e por isso são fabricados com linhas em grande parte condutoras de cobre ou alumínio, tipicamente de 10"4 a 10"3 m2 (100 a 1000 mm2). A relação entre a resistência do circuito de aquecimento e a resistência de uma parte da linha de alimentação elétrica externa disposta entre dois conectores de duas seções adjacentes é, por exemplo, de 105 a 109. A razão média de 107 é, por exemplo, selecionada para uma tubulação que compreende as resistências de aquecimento diferentes de acordo com a distância do circuito de aquecimento em relação ao gerador de energia.

A tensão de energia eficiente do cabo principal é, por exemplo, de menos de 10 kV ou até de menos do que 3 kV. De modo geral, as magnitudes de tensão, corrente ou potência fornecidas neste relatório descritivo são magnitudes eficientes. A linha de alimentação elétrica externa fornece, por exemplo, uma fonte de energia de menos de 1 MWatt para se manter a 0,4m (400 mm) de diâmetro da tubulação a 20°C, a uma distância de mais de 10.000m (10 km), com isolamento térmico de 0,5 W / (m2 K) e em um ambiente de 4°C. Uma seção de 48 m, como descrita acima é, por exemplo, mantida a 20°C por uma potência de 500 Watts.

A Figura 16 mostra um duto de parede dupla (2) para o transporte de hidrocarbonetos compreendendo uma pluralidade de seções (1), cada uma delas aquecida pelo seu próprio circuito de aquecimento. A tubulação de transporte de hidrocarbonetos (2), que é composta por seções soldadas em uma embarcação de montagem, pode ser composta por seções que são todas equipadas com um circuito de aquecimento que é alimentado através de uma base de conexão (8), ou então, quando algumas seções não podem ser aquecidas, o calor se espalha através de duas seções vizinhas como explicado anteriormente.

Uma seção (1a) se encontra, por exemplo, sem qualquer circuito de aquecimento. O circuito de aquecimento de uma seção(1b) não é, por exemplo, fornecido com energia. Uma falha (25) causando um colapso elétrico é, por exemplo, mostrada no diagrama por um ramo quebrado (13).

Se houver um colapso de aquecimento ou se houver uma parte que não inclui qualquer meio de aquecimento, o aquecimento da seção não aquecida pode ser feita usando as seções de aquecimento adjacentes.

Quando há líquido estagnado dentro da tubulação tendo uma inclinação (21) da tubulação, esta permite aquecimento por convecção natural, por exemplo, quando o líquido é aquecido em uma seção vizinha abaixo da seção

não aquecida (1a).

Quando os hidrocarbonetos circulam no encanamento de parede dupla

(2), a transferência de calor é produzida pelo fluido em movimento.

Borbulhamento também pode ser realizado para fazer com que o líquido circule através da tubulação. A válvula de admissão de hidrocarbonetos (22) e a válvula de saída de hidrocarbonetos (23) na plataforma operacional são, por exemplo, abertas brevemente para permitir que o gás (24) seja introduzido no revestimento interno da tubulação (2). O gás (24) circulando no revestimento

interno agita o líquido espalhando, assim, o calor.

As seções seladas têm a vantagem de permitir que o espaço anular (104), disposto entre o revestimento interno (6) e o revestimento externo (5) seja pressurizado a uma pressão predeterminada otimizada para isolamento térmico. Pressurização é conhecida como sendo facilitada devido ao comprimento reduzido das seções seladas. A pressão otimizada para isolamento térmico, por exemplo, inferior à pressão atmosférica. Para o isolamento é usado, por exemplo, um material microporoso. A pressurização é feita, por exemplo, antes das seções são carregadas no navio de montagem,

durante a sua fabricação.

Assim, a colocação pelos métodos S-Iay ou J-Iay de um encanamento de parede dupla compreende uma etapa (34) em que uma seção é posicionada

horizontalmente ou verticalmente.

Após o seu posicionamento, uma etapa de fixação (35) ocorre. O revestimento interno da seção é soldado à parte do encanamento que já tenha sido instalado.

Após a seção ser fixada no local, há uma operação de instalação (36) de uma luva termicamente isolante. Esta capa vantajosamente permite que a perda de calor seja reduzida na junção de duas seções.

Após a luva ter sido posta no local desejado há, por exemplo, uma etapa de injeção (37) de um material de reforço. O material de endurecimento é, por exemplo, uma resina de ajuste rápido. Isso permite que qualquer variação da rigidez na junção de duas seções seja compensada. O material de enchimento é, por exemplo, de poliuretano ou de uma resina do tipo epóxi ou concreto.

Após o material de endurecimento se solidificar, há uma etapa de conexão (37) da base de ligação (8) da seção (1) ao cabo de força elétrica externa (9), através de um conector (4) no final de um ramo (13). Várias bases de conexão (8) também podem ser conectadas a várias tomadas (4), se a seção é fornecida com várias bases de conexão (8). Outra etapa (34) de posicionamento de uma outra seção, por exemplo, é realizada e a imposição da tubulação continua, as seções sendo sucessivamente conectadas em paralelo com o cabo de energia externa (9).

Fica claro para um técnico no assunto que a presente invenção permite incorporações de variantes diversas. Consequentemente, a atual modalidade deve ser considerada como ilustrando a invenção como definida pelas reivindicações apresentadas anexas.

Claims

1. Seção (1) de uma tubulação (2) para o transporte de hidrocarbonetos que é adaptado a um ambiente submarino, a referida seção sendo constituída por pelo menos um alojamento duplo compreendendo um revestimento externo (5) e um revestimento interno (6) entre os quais um espaço anular (104) é arranjado compreendendo um material termicamente isolante (7), caracterizada pelo fato de que a referida seção compreende pelo menos um circuito de aquecimento (12) disposto no referido espaço anular (104) e uma base de conexão (8) fixa para o revestimento externo (5) e destinada a uma tomada de conexão (4), ligada a um cabo de energia elétrica externa (9), a base de conexão (8) encerrando uma passagem de acesso (10) em comunicação com o referido espaço anular (104), o circuito de aquecimento (12) sendo acionado eletricamente pela base de conexão formando um circuito de aquecimento elétrico fechado para aquecer a seção.

2. Seção, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ser adaptada para a tubulação a ser instalada de acordo com o método S-Iay ou J-lay.

3. Secção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo espaço anular (104) ser fechado e selado.

4. Seção, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo espaço anular (104) ser pressurizado a um nível de pressão predeterminado otimizado para isolamento térmico.

5. Seção, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo espaço anular (104) ser pressurizado a uma pressão predeterminada otimizada em um nível de pressão inferior à pressão atmosférica.

6. Seção, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada pelo circuito de aquecimento (12) disposto no espaço anular (104) da seção (1) ser projetado para ser ligado em paralelo pelo cabo de alimentação elétrica (9) externa para a seção.

7. Seção, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizada pelo circuito de aquecimento (12) compreender um circuito de aquecimento para o aquecimento por efeito Joule e se destinar a ser alimentado em modo monofásico pelo cabo de energia externa (9).

8. Seção de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo circuito de aquecimento (12) compreender três linhas de aquecimento delta ou estrela conectadas umas as outras e alimentadas em modo trifásico pelo cabo de energia externa (9).

9. Seção, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizada por ser planejada para ser montada com solda (14) no revestimento interno (6), com duas seções adjacentes, e por seu circuito de aquecimento permitir que uma zona em torno desta solda seja aquecida por condução .

10. Seção, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizada pela referida base de conexão (8) ser associada a um elemento (11) para cortar o fornecimento de energia em caso de um curto- circuito ocorrer no referido espaço anular (104).

11. Seção, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizada por ainda compreender circuitos redundantes de aquecimento (12) exclusivamente para o aquecimento da referida seção (1), estes circuitos de aquecimento (12) sendo acionados eletricamente pela base de conexão (8) ou por bases de conexão diversas (8) associadas com várias passagens de acesso (10) em comunicação com o espaço anular (104), cada uma destas bases de conexão (8) encerrando uma dessas passagens (10).

12. Seção, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizada pelo circuito de aquecimento (12) requerer uma fonte de potência entre 5 e 50 W / m2 para manter sua temperatura.

13. Seção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo coeficiente de troca térmica da seção (1) se encontrar na faixa de 0,1 a2W/(m2K).

14. Tubulação para o transporte de hidrocarbonetos composta de seções retas soldadas em uma embarcação de montagem, caracterizada pelo fato de que compreende uma pluralidade de seções aquecidas (1) conforme definidas em qualquer uma das reivindicações de 1 a 13, estas seções aquecidas (1) compreendendo seu circuito de aquecimento elétrico (12) ligado em paralelo ao cabo de alimentação elétrica externa (9).

15. Tubulação, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo calor ser distribuído pela tubulação (2) por meio de distribuição de calor entre as seções aquecidas (1) e suas seções vizinhas não-aquecidas.

16.Tubulação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 ou 15, caracterizada pela tomada de conexão (4), ligada ao cabo de energia externa (9), ser posicionada no final de um ramo (13) eletricamente conectado a linhas do cabo de energia externa (9) por um elemento (26), para corte do fornecimento de energia no caso de um curto-circuito a jusante do ramo (13).

17. Tubulação, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 14 a 16, caracterizada pelo cabo de energia externa (9) ser fornecido por um gerador (33), em que a resistência elétrica do circuito de aquecimento (12) em uma das seções (1) tem um valor que diminui de acordo com sua distância do gerador (33).

18. Tubulação, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 14 a 17, caracterizada pelo cabo de energia externa (9) ser fornecido com uma tensão na faixa de 5 a 1 kV.

19. Processo para montar uma tubulação conforme definida em qualquer uma das reivindicações de 14 a 18, caracterizado pelo fato de que: - uma seção (1) está posicionada na horizontal ou na vertical em um recipiente de montagem, - esta seção (1) é soldada a uma parte da tubulação já montada, - uma luva isolante térmica é deslizada sobre a solda, - um material de ajuste rápido é injetado em um volume situado entre as duas seções (1) e sob a luva, - a base de conexão (8) é ligada a um ramo (13) do cabo de energia externa (9).