ES2304617T3

ES2304617T3 - Aparatos, sistemas y metodos para acoplamiento de una tuberia a alta temperatura.

Info

Publication number: ES2304617T3
Application number: ES04760695T
Authority: ES
Inventors: Charles Dale Calkins; Eric N. Freeman; Tony R. Garrison; Gary D. Goins; Phillip K. Morrison; Gregory L. Puckett; Stephen M. Jacob; Bryan W. Mcdonald; Jack E. Miller
Original assignee: TDW Delaware Inc
Current assignee: TDW Delaware Inc
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2024-04-30
Also published as: EP1620672B1; WO2004099661A1; DE602004013304T2; KR20060009286A; CN100359234C; NO20055279D0; ATE393349T1; ZA200508641B; RU2005137573A; EP1620672A1; CN1784569A; RU2343333C2; MXPA05011720A; NO20055279L; AU2004236732A1; CA2524459A1; AR044161A1; DE602004013304D1; US20060243326A1; US7281543B2

Abstract

Un método de acoplamiento de una tubería, que incluye las etapas de: a) soldar sobre el exterior de la tubería (10) primero y segundo collares (12, 14) espaciados, teniendo cada collar una cara de sellado (26, 26A) en un plano perpendicular al eje de la tubería; b) fijar, por soldadura, una carcasa de alojamiento (34, 36) a dichos collares (12, 14) para abarcar totalmente una sección de la tubería (10) entre dichos collares, donde la carcasa de alojamiento (34, 36) tiene una parte superior abierta; c) fijar de forma desmontable una máquina de aterrajar (60) a dicha carcasa de alojamiento (34, 36) en comunicación con dicha parte superior abierta; d) utilizando dicha máquina de aterrajar (60), cortar y retirar una longitud de la tubería (10) entre dichos collares (12, 14) dejando dos extremos de tubos abiertos (78, 80); y e) colocar, por medio de dicha máquina de aterrajar (60), primero y segundo elementos de juntas (92, 94) entre dichos collares (12, 14), teniendo cada elemento de juntas (92, 94) sobre una cara delantera un labio circunferencial (96, 98) que se extiende hacia delante de diámetro interno mayor que el diámetro externo de la tubería (10); caracterizado porque f) dichos elementos de sellado (92, 94) se separan uno del otro para forzar cada uno de dichos labios circunferenciales (96, 98) en acoplamiento de sellado con una de dichas caras de sellado del collar (26, 26A) cerrando dicha tubería (10).

Description

Aparatos, sistemas y métodos para acoplamiento de una tubería a alta temperatura.

Referencia al apéndice de microficha

Esta solicitud no está referenciada a ningún apéndice de microficha.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a aparatos, sistemas y métodos para acoplar un tubo a presión y más particularmente aplicable para acoplar un tubo o tubería que contiene dentro líquidos o gases a alta temperatura. "Tubo" se utiliza en adelante para incluir cualquier miembro tubular fabricado de metal para transportar fluido (líquido o gas).

Son bien conocidas las máquinas para aterrajar una abertura en un tubo (ver, por ejemplo, el documento GB
1064398A, que se considera como base para la presente invención, o ver también el documento US3785041A). Las patentes de los Estados Unidos publicadas anteriormente incluyen la patente Nº 3.614.252 titulada TAPPING
APPARATUS; la patente Nº 4.579.484 tituladas UNDER WATER TAPPING MACHINE; la patente Nº 4.880.028 titulada COMPLETION MACHINES; la patente Nº 5.439.331 titulada HIGH PRESSURE TAPPING APPARATUS; la patente Nº 5.612.499 titulada METHOD OF INSERTING A SENSOR INTO A PIPELINE y la patente Nº 6.012.878 titulada PRESSURE BALANCED SUBSEA TAPPING MACHINE.

Las máquinas de aterrajar, tales como del tipo descrito en las patentes de los Estados Unidos mencionadas anteriormente, están destinadas a aterrajar un taladro en un tubo mientras los líquidos o gases fluyen a través de ellos - es decir, mientras el tubo está bajo presión. Los procedimientos de aterrajado de este tipo se realizan habitualmente sobre todo para una de las finalidades - es decir, para proporcionar un adaptador de derivación en el tubo o para permitir el flujo de fluido a través del tubo a bloquear. Otros ejemplos de la técnica anterior que describen e ilustran el acoplamiento del interior de un tubo asociado habitualmente con aterrajar en primer lugar el tubo, incluyen las siguientes patentes de los Estados Unidos:

1

El aterrajado de un tubo implica normalmente el uso de una sierra circular, cuyos ejemplos se ilustran y describen en las siguientes patentes de los Estados Unidos.

2

3

Los dispositivos para aterrajar un tubo que ha sido acoplado son también bien conocidos, como se ilustra por la patente de los Estados Unidos Nº 5.531.250 titulado DEVICE FOR PLUGGING THE INTERIOR OF A PIPE.

Breve resumen de la invención

La máquina de aterrajar típica está formada de un cuerpo, que es alargado y tubular. El cuerpo tiene una barra taladradora giratoria en el mismo. El extremo inferior del cuerpo está provisto con medios, tales como una pestaña, por medio de la cual se asegura a un adaptado fijado en un tubo. Una caja de engranajes o mecanismo de accionamiento está fijado en el extremo superior del cuerpo de la máquina de aterrajar para rotación de la barra de perforación. El extremo inferior de la barra de perforación está equipado para recibir una cuchilla. La energía de rotación, tal como es proporcionada por un motor hidráulico, es suministrada a la caja de engranajes o mecanismo de accionamiento y esta fuerza giratoria es aplicada, a su vez, para hacer girar la barra de perforación.

Además de la barra de perforación, la máquina de aterrajar típica tiene un tornillo de alimentación para mover la barra de perforación axialmente cuando la barra de perforación es girada con relación al tornillo de alimentación. Un manguito de accionamiento hace girar la barra de perforación para proporcionar tal rotación relativa y para hacer girar la cuchilla fijada a la barra de perforación para provocar que la cuchilla corte un taladro en un tubo. La barra de perforación puede tener o bien una velocidad de alimentación fija o variable en función del diseño de la máquina de aterrajar.

La presente invención utiliza una máquina de aterrajar que es esencialmente de los tipos conocidos anteriormente, como se ilustra en las patentes de los Estados Unidos mencionadas anteriormente.

El método de esta invención incluye las siguientes etapas básicas:

(1): Soldar una pareja de collares sobre un tubo a través del cual circula un fluido. Cada uno de los collares es un toroide que se corta para proporcionar dos semi-toroides que están montados alrededor del tubo. Cada collar ajustado o bien será mecanizado y solapado para proporcionar una superficie de sellado plana o será preparado para mecanizado y rectificado en el campo después de la soldadura en la tubería. Cuando están montados juntos, cada uno de los collares proporciona una cara delantera plana. Las caras delanteras de los dos collares están dispuestas paralelas entre sí y espaciadas a una distancia establecida con seguridad. Los dos collares están fijados al exterior del tubo por medio de soldadura. Con las dos mitades de cada collar retenidas sobre la superficie exterior del tubo, se forma una primera soldadura circunferencialmente alrededor del tubo, donde la cara trasera del collar se une con el tubo. De la misma manera, las dos mitades de cada collar están soldadas circunferencialmente, donde la cara delantera se une con el tubo alrededor de la circunferencia total de 360º del tubo. Las dos mitades de los collares se sueldan entonces entre sí. La soldadura en la superficie delantera de cada collar se puede configurar específicamente para con seguir una penetración profunda por razones que se explican posteriormente.

(2): Para collares soldados en las caras interiores, después de que los dos collares están soldados en el exterior del tubo, las caras delanteras son mecanizadas y rectificadas para proporcionar una superficie de sellado plana circunferencial ininterrumpida sobre cada collar. Las superficies circunferenciales de sellado están paralelas entre sí y en planos radiales perpendiculares al eje longitudinal del tubo.

(3): Después de que los collares han sido soldados sobre el tubo y opcionalmente las superficies de sellado delanteras han sido mecanizadas y rectificadas o pulidas para proporcionar superficies de sellado circunferenciales ininterrumpidas, se sueldan adaptadores de carcasa de alojamiento a los collares para proporcionar un alojamiento de dimensiones internas mayores que el diámetro exterior del tubo. La carcasa de alojamiento tiene un miembro inferior en forma de copa. Un adaptador con pestaña forma el extremo superior de la carcasa de alojamiento.

(4): Después de que la carcasa de alojamiento ha sido soldada a los collares y ha sido provista con una pestaña superior, se puede verificar con presión la integridad soldada de los collares y de la carcasa de alojamiento para asegurar que no existen fugas y que los collares y la carcasa de alojamiento tienen la integridad estructural para contener las presiones máximas a las que serán sometidos.

(5): Después de que los collares y la carcasa de alojamiento fijada han sido instalados y verificados, se asegura una válvula a la pestaña de la carcasa de alojamiento. Un sistema de máquinas de aterrajar, bien conocido en la industria e ilustrado y descrito en las patentes mencionadas anteriormente, es asegurado a una superficie superior de la válvula. La mayor parte de las patentes de las máquinas de aterrajar descritas anteriormente ilustran la disposición, en la que el taladro cortado en el tubo es igual al diámetro interno del tubo, sin embargo en la práctica de la presente invención es deseable que en lugar de aterrajar solamente un taladro en la pared lateral del tubo, se retire una sección completa de la tubería. La retirada de una sección completa en lugar de aterrajar solamente un taladro en un tubo se ilustra en la patente de los Estados Unidos Nº 5.612.499 titulada METED OF INSERTING A SENSOR INTO A PIPELINE. Esta patente muestra el concepto de asegurar una carcasa de alojamiento en el exterior de un tubo antes de cortar el tubo, pero no muestra los conceptos únicos de la presente invención, que incluye el uso de un primero y un segundo collar espaciados, teniendo cada collar una cara de sellado plana. Cuando se ha cortado una sección de un tubo mediante el uso de una cuchilla circular, tal como se muestra en la figura 4 de la patente de los Estados Unidos Nº 5.612.499, es importante que la sección que debe retirarse desde dentro de la carcasa de alojamiento se pueda conseguir mediante el uso de una taladradora piloto que tiene un mecanismo de captura de los recortes.

(6): La etapa siguiente en el sistema y método de la invención consiste en sellar los extremos opuestos del tubo cortado. Para esta finalidad, se inserta una herramienta de sellado en el interior de la carcasa de alojamiento. La herramienta de sellado contiene elementos de sellado primario y secundario opuestos. Cada elemento de sellado es un miembro configurado en forma de copa que tiene una superficie de sellado circunferencial de diámetro interno mayor que el diámetro externo del tubo. El conjunto de sellado es bajado dentro de la carcasa de alojamiento y es activado de tal manera que los elementos de sellado opuestos son avanzados en la dirección hacia los extremos abiertos del tubo cortado y en direcciones hacia las superficies de sellado circunferenciales planas opuestas proporcionadas por los collares.

(7): Después de que los elementos de sellado están colocados correctamente, un miembro de cuña es forzado por la máquina de aterrajar en posición entre los elementos de sellado opuestos para forzarlos en acoplamiento de sellado con las superficies de sellado planas de los collares. De esta manera, se pueden obtener juntas de metal-a-metal, cerrando ambos extremos del tubo cortado. El sellado se consigue forzando la superficie de sellado circunferencial por los elementos de sellado contra las superficies de sellado de los collares.

(8): En esta etapa del proceso, ambos extremos cortados del tubo son cerrados con juntas que pueden ser de metal-a-metal. La efectividad de la acción de sellado se puede verificar a través de pruebas de presión dentro de la carcasa de alojamiento.

(9): Después de que ha sido verificada la efectividad de las juntas, se pueden realizar reparaciones o modificaciones con respecto al tubo en secciones aisladas de presión. En algunos casos, esto puede requerir el uso de dos carcasas de alojamiento y de mecanismos de sellado para aislar una sección de tubo de la presión de fluido.

(10): Después de que se han completado las acciones que requieren el cese completo del flujo de fluido a través del tubo, se puede retirar la cuña que retiene los elementos de junta en posición contra las superficies de sellado planas seguido por retracción de los elementos de junta desde el interior de la carcasa de alojamiento.

(11): Después de que han sido retiradas las herramientas de sellado, se puede instalar un tapón en la pestaña de la carcasa de alojamiento, adaptándolo para que la válvula sea retirada. Entonces la carcasa de alojamiento se puede cerrar totalmente, tal como fijando una placa de cierre a la pestaña. El tubo es restablecido de esta manera a su uso normal.

Se conseguirá una mejor comprensión de la invención a partir de la descripción siguiente de las formas de realización preferidas y de las reivindicaciones tomadas en combinación con los siguientes dibujos.

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Breve descripción de los dibujos e ilustraciones

La figura 1A ilustra una longitud de tubo, tal como un tubo utilizado en una refinería o una porción de un tubo para transportar fluidos -es decir, líquidos o gases a presión y particularmente un tubo que transporta fluidos a alta temperatura. Aunque la invención no está limitada al uso en aplicaciones que tienen alta temperatura, es particularmente aplicable a aplicaciones a alta temperatura, puesto que una característica exclusiva esencial de la invención es un método de proporcionar juntas de metal-a-metal para contener fluidos a temperaturas a las que las juntas de elastómero no son factibles. La figura 1A muestra una pareja de collares soldados al exterior del tubo. Cada uno de los collares está formado de dos mitades montadas y soldadas alrededor del exterior del tubo.

La figura 1B es una vista extrema tomada a lo largo de la línea 1B-1B de la figura 1A y muestra la cara interior de uno de los collares y muestra cómo se sueldan juntas las dos mitades del collar y particularmente muestra que sobre la cara interior se puede realizar una soldadura de tal manera que proporciona una superficie de sellado circunferencial ininterrumpida después de que la superficie de sellado de cada uno de los collares está mecanizada y rectificada. Alternativamente, las dos mitades de los collares se pueden unir con pernos o se puedan fijar juntas de otra manera consiguiendo una junta de metal-a-metal entre las dos mitades y luego se sueldan al tubo y entre sí en cualquier lugar, excepto a lo largo de las caras de sellado. Este método evitaría la necesidad de mecanizar y rectificar las superficies de sellado de los collares en el campo.

La figura 1C es una vista extrema tomada a lo largo de la línea 1C-1C de la figura 1A y muestra la cara externa de los collares y muestra cómo se sueldan las dos mitades del collar juntas en le hendidura y particularmente muestra que la soldadura de la cara exterior se realiza de una manera que se asegura que la zona de cada uno de los collares está sellada con respecto a la presión interior que se escapa fuera del collar.

La figura 2A es una vista de la sección transversal externa de la longitud del tubo como en la figura 1 con collares fijados al mismo y muestra una carcasa de alojamiento asegurada a los collares. La carcasa de alojamiento tiene un extremo inferior cerrado configurado en forma de copa y una pestaña en el extremo superior. La pestaña tiene una cara que está paralela al eje longitudinal del tubo.

La figura 2b es una vista de la sección transversal de la carcasa de alojamiento y de la pestaña, tomada a lo largo de la línea 2B-2B de la figura 2A.

La figura 3 muestra el tubo con los collares y la carcasa de alojamiento fijada al mismo y que muestra el tubo que ha sido cortado utilizando una máquina de aterrajar.

La figura 4 muestra la porción inferior de un sistema de sellado a medida que se extiende dentro de la carcasa de alojamiento.

La figura 5 muestra una continuación de la figura 4, en la que el sistema de sellado está siendo bajado a la carcasa de alojamiento.

La figura 6 muestra el sistema de sellado en su lugar cuando es accionado para extender al mismo tiempo dos elementos de sellado opuestos hacia las superficies de sellado que son proporcionadas por los collares opuestos.

La figura 7 muestra una cuña que ha sido retirada hacia abajo para forzar contra los elementos de sellado para moverlos a contacto de sellado de metal-a-metal con las caras opuestas de los collares. La figura 7 muestra ambos extremos opuestos del tubo cerrado para permitir de esta manera reparaciones, mantenimiento y otra operación sobre el tubo. Cuando no se requiere ya el cierre del tubo, el sistema de sellado es extraído, extrayendo en primer lugar la cuña y extrayendo entonces los elementos de sellado.

La figura 8 ilustra un sistema de aterrajar rudimentario fijado al tubo con collares y una carcasa de alojamiento como sen la figura 2A. El sistema de aterrajar es ilustrativo del tipo de máquina que se utiliza en la realización del método de esta invención y específicamente la figura 8 muestra un sistema de aterrajar preparado para cortar una longitud de tubo 10 entre los collares para producir la disposición mostrada en la figura 3.

La figura 9 es una vista isométrica de una longitud corta del tubo, como se muestra en la figuran 1A y que muestra el uso de un accesorio de alineación para colocar exactamente los collares antes de soldar los collares al tubo.

La figura 10 es una vista superior del accesorio de alineación, los collares y el tubo mostrados en la figura 9.

La figura 11 es una vista en alzado lateral del accesorio de alineación y los collares, tomada a lo largo de la línea 11-11 de la figura 10.

La figura 12 es una vista extrema del accesorio de alineación y de un extremo de un collar, con el tubo mostrado en la sección transversal, tomada a lo largo de la línea 12-12 de la figura 10.

Los elementos ilustrados en los dibujos están identificados por los números indicados en la hoja siguiente.

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Números de elementos

Nº de elemento: Descripción

10: Tubo

12: Primer collar

14: Segundo collar

16: Mitad superior del collar 12

18: Mitad inferior del collar 12

20: Soldadura circunferencial interior

22: Soldadura circunferencial exterior

24: Tercera soldadura

26: Cara interior del collar 12

26A: Cara interior del collar 14

28: Superficie cilíndrica externa

30: Cara exterior del collar 12

32: Cuarta soldadura

34: Porción superior de la carcasa de alojamiento

36: Alojamiento inferior

38: Porción de la carcasa

40: Extensión tubular

42: Extensión tubular

44: Soldadura circunferencial

46: Soldadura circunferencial

48: Soldadura horizontal

50: Caperuza extrema

52: Soldadura circunferencial

54: Pestaña

56: Soldadura horizontal

58: Superficie plana

60: Máquina de aterrajar

62: Pestaña

64: Adaptador

66: Pernos

68: Válvula sándwich

70: Taladradora piloto

72: Cuchilla cilíndrica

74: Cuerpo tubular

76: Barra perforadora

78: Superficie extrema

80: Superficie extrema

82: Cuerpo tubular

84: Miembro de plataforma

86: Plataforma

88: Porción tubular

90: Porción fruto-cónica

92: Primer elemento de junta

94: Segundo elemento de junta

96: Labio circunferencial

98: Labio circunferencial

100: Brazos de articulación

102: Cuña

104: Superficie de cuña

106: Superficie de cuña

108: Anillo circular

110: Vástago

112: Ranura

114: Muelle

116: Cabeza

118: Pestaña interior

120: Pasillo

122: Accesorio de alineación

124: Primera placa extrema

126: Pernos

128: Pernos

130: Segunda placa extrema

132: Vástagos A, B y C

134: Pernos

136: Pasadores de bloqueo de accionamiento

138: Pernos.

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Descripción detallada de las formas de realización preferida

Con referencia en primer lugar a las figuras 1A, 1B y 1C, una longitud de tubo, que puede ser una porción de tubería, está identificada por el número 10. Aunque la invención no está limitada específicamente a la temperatura del flujo de fluido a través del tubo 10, sin embargo, la invención es particularmente aplicable a la situación en la que el tubo 10 transporta un líquido o gas a alta temperatura. Más específicamente, la invención se refiere a condiciones en las que la temperatura del líquido o gases que fluyen a través del tubo 10 son tales que no es práctico el uso de juntas de elastómero.

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La figura 1A ilustra un lugar a lo largo del tubo 10 en el que es deseable cerrar el flujo de fluido a través del tubo, tal como para fines de reparación o sustitución de una longitud de aguas abajo del tubo o una pieza de equipo, tal como una válvula que está en un lugar de aguas abajo con relación a la porción del tubo 10, como se muestra en la figura 1A.

La primera etapa en la aplicación del sistema y método de esta invención consiste en aplicar un primer collar indicado generalmente por el número 12 al exterior del tubo 10 y un segundo colar 14 espaciado aparte. Cada uno de los collares 12 y 14 están fabricados de dos piezas. Cada uno de los collares está configurado geométricamente como un toroide y cada una de las piezas es un semi-toroide. La figura 1B ilustra el primer collar 12 que se forma de una mitad superior 16 y una mitad inferior 18. Las mitades del collar 16 y 18 están colocadas sobre el tubo 10 y las mitades del collar son soldadas entonces al tubo y son soladas entre sí. Las soldaduras incluyen una soldadura circunferencial interior 20 y una soldadura circunferencial exterior 22. Las soldaduras circunferenciales se extienden alrededor de todo el interior del collar toroidal 12 y alrededor de toda la superficie circunferencial externa del tubo 10.

Para collares soldados en las caras interiores, una tercera soldadura 32 une las superficies extremas de las mitades de los collares entre sí. Esta tercera soldadura se extiende a lo largo de la cara interior 26 del collar 12, a lo largo de la superficie cilíndrica externa 28 del collar 12 y a lo largo de la cara exterior 30. Una cuarta soldadura 24 une los extremos opuestos de cada una de las mitades toroidales del collar 12.

En aquellos casos en los que la cara de sellado 26 será mecanizada en el campo, por razones que se describirán posteriormente, es importante que la cuarta soldadura 24 penetre en la primera superficie interior del collar 26 hasta una distancia por debajo de la superficie interior del collar. De una manera alternativa, si no se realiza ninguna soldadura en el campo, se aplicará la cuarta soldadura número 24 solamente a las superficies exteriores del collar en la hendidura, como se muestra en la figura 1C.

Con el uso de una cuna de accesorio de alineación diseñada especialmente para colocar exactamente el collar 14 con relación al collar 12 y al tubo 10, como se define posteriormente con referencia a las figuras 9 a 12, el collar 14 está soldado sobre el exterior del tubo 10 utilizando las mismas soldaduras que se requieren para fijar el collar 12 y las soldaduras identificadas por los mismos números con la adición de la letra A.

Cuando se ha completado la secuencia de etapas que ha sido descrita, la consecución significativa es la provisión de caras internas 26 y 26A en paralelo espaciadas. Estas caras internas se convierten en caras de sellado circunferenciales del sistema.

La etapa siguiente en el método de esta invención, cuando se requiere, consiste en mecanizar y rectificar con cuidado las caras de sellado 26 y 26A de los collares. Esto se puede realizar utilizando el tubo 10 como un eje de rotación para una máquina de rectificación y de pulido, que no se ilustra, pero que tiene facilidades para configuración, rectificación y pulido de la cara frontal 26 del primer collar 12 y la cara frontal 26A del segundo collar 14. esta rectificación y pulido deben realizarse con cuidado para proporcionar caras que tienen superficies de sellado circunferenciales lisas ininterrumpidas que están con preferencia en paralelo o al menos substancialmente en paralelo entre sí. Las superficies de sellado acabadas 26 y 26A deberían completarse hasta dentro de aproximadamente 1/16 de pulgada del exterior del tubo 10, para que las soldaduras circunferenciales internas 20 y 20A mantengan su integridad.

Después de que los collares 12 y 14 han sido fijados y soldados en posición, como se ha descrito y las superficies delanteras 26 y 26A han sido mecanizadas, rectificadas y/o pulidas, según sea necesario para proporcionar superficies de sellado, la etapa siguiente de la invención se ilustra en las figuras 2A y 2B. Una porción superior 34 de la carcasa de alojamiento y una porción inferior de la carcasa de alojamiento 36 están colocadas sobre los collares 12 y 14 y soldadas como se indica. Cuando se unen juntas, las porciones superior e inferior 34 y 36 de la carcasa de alojamiento proporcionan una extensión tubular 38 que rodea el collar 12 y una extensión tubular adicional 40 que rodea el collar 14. La extensión tubular 38 está asegurada al collar 12 por una soldadura circunferencial 42 y la extensión tubular 40 está asegurada al collar 14 por una soldadura circunferencial similar 44. Las porciones 34 y 36 de la carcasa de alojamiento están aseguradas entre sí por una pareja de soldaduras horizontales 46 y 48.

Una caperuza extrema 50 está fijada en la porción 36 de la carcasa de alojamiento por medio de una soldadura circunferencial 52.

La carcasa de alojamiento está completada por una pestaña 54. La pestaña 54 es un elemento fundido o mecanizado utilizado comúnmente en sistemas de tubería. Está asegurada por una soldadura circunferencial horizontal 56 a la porción superior 34 de la carcasa de alojamiento. La pestaña 54 tiene una superficie de sellado plana horizontal 58 y típicamente tiene agujeros (no mostrados) a través de la porción de pestaña para recibir pernos.

Después de la aplicación de los collares 12 y 14, las porciones superior e inferior 34 y 36 de la carcasa de alojamiento, la caperuza extrema 50 y la pestaña 54, se puede verificar con presión la integridad de las soldaduras. Para hacerlo, se asegura una placa de pestaña (no mostrada) al extremo superior de la pestaña 54 que cierra la superficie de pestaña 58. Entonces se puede aplicar presión de fluido al interior de la carcasa de alojamiento que rodea una porción de la longitud del tubo 10. Si se produce alguna fuga a través de una soldadura defectuosa, se puede reparar la soldadura para que, antes de realizar otras actividades, se pueda satisfacer la integridad de los collares y la carcasa.

La siguiente etapa en el método de esta invención se ilustra en la figura 8, en la que una máquina de aterrajar rudimentaria se indica generalmente por el número 60. Por medio de una pestaña inferior 62 se fija un adaptador 64 a la pestaña 62, tal como por pernos 66. Posteriormente, se conecta una válvula sándwich 68 u otro tipo de válvula al adaptador. La máquina de aterrajar 60 es asegurada entonces al extremo superior de la válvula 68.

La máquina de aterrajar 60 incluye una broca piloto 70 y una cuchilla cilíndrica 72 que están contenidas dentro del cuerpo tubular 74 de la máquina de aterrajar. La máquina de aterrajar incluye una barra de perforación 76 giratoria que se puede extender y retraer longitudinalmente, por medio de la cual una cuchilla cilíndrica 72 se extiende y se retrae de forma giratoria.

La válvula sándwich 68 se abre para permitir que la cuchilla cilíndrica 72 sea avanzada por la barra de perforación 76 para extenderse hacia abajo a través de la pestaña 54 y dentro de la carcasa de alojamiento asegurada a los collares 12 y 14. La barra de perforación es girada y avanzada de manera que la cuchilla cilíndrica 72 corta el tubo pasante 10. La broca piloto 70 penetra en primer lugar el tubo y funciona como una guía para la cuchilla cilíndrica 72. Además, la broca piloto 70 está diseñada para proporcionar la retención de los recortes. Después de que una sección de tubo 10 ha sido cortada completamente cortando la sección desde el tubo, la barra de perforación es retornada con la sección de tubo cortada (no se muestra) fijada a la misma hasta una zona dentro del cuerpo tubular 74 por encima de la válvula sándwich 68. La válvula sándwich se cierra permitiendo que la máquina de aterrajar 60 sea retirada para permitir la recuperación y desecho de la porción de tubo 10 cortada. Después de que el tubo 10 ha sido cortado por la cuchilla cilíndrica 72, la carcasa de alojamiento, los collares y el tubo tienen las apariencias ilustradas en la figura 3, excepto que la pestaña 62, el adaptador 64 y la válvula sándwich 68, como se muestran en la figura 8, permanecen en posición fijada a la pestaña 54, aunque estos elementos no se muestran en las figuras 3 a 7. De esta manera, el interior del tubo 10 está confinado y contenido constantemente.

La cuchilla cilíndrica 72, como se muestra en la figura 8, es de un diámetro mayor que el diámetro exterior del tubo 10, de manera que cuando se extiende totalmente a través de todo el diámetro del tubo 10, el tubo está completamente cortado, como se ilustra en la figura 3. cada una de las superficies extremas 78 y 80 del tubo 10 son semi-cilíndricas - es decir, que no son planas. Por lo tanto, las superficies extremas 78 y 80 no están paralelas a las superficies de sellado 26 y 26A de los collares 12 y 14. Un aspecto importante de la presente invención es que las superficies extremas 78 y 80 del tubo 10 no se emplean en el sistema de acoplamiento de esta invención y no se utilizan para cerrar el flujo a través del tubo 10.

La etapa siguiente en el método de la invención consiste en asegurar al extremo inferior de una barra extensible, tal como una barra de perforación 76, como se ve en la figura 8, un mecanismo de acoplamiento que consta de un número de elementos y partes que se muestran más completamente en las figuras 6 y 7. Las figuras 4 a 7 muestran la secuencia de la introducción del mecanismo de acoplamiento en el interior de la carcasa de alojamiento.

El mecanismo de acoplamiento incluye un cuerpo tubular 82. Sobre una porción extrema inferior del cuerpo tubular 82 está resido de forma deslizable un miembro de plataforma indicado generalmente por el número 84 que tiene una plataforma 86 configurada en forma de pestaña que se extiende radialmente. La plataforma 86 incluye una porción frusto-cónica 90 que proporciona una función de biselado o de guía, como se describirá más adelante. Al cuerpo tubular 82 está asegurado un primer elemento de sellado 92 y un segundo elemento de sellado 94. Cada uno de los elementos de sellado tiene una cara delantera que está configurada en forma de copa, cada uno de los elementos de sellado tiene una cara delantera con un labio circunferencial 96 integral que se extiende hacia delante. La porción interior de la cara (no se ve) es de espesor reducido. Los elementos de sellado 92 y 94 configurados en forma de copa están con figurados para ajustar sobre extremos de tubo 78 y 80 expuestos. Esto permite que la porción de labio circunferencial 96 del primer elemento de sellado 92 contacte con la primera superficie de sellado de la pestaña 26. De una manera similar, el labio circunferencial 98 del segundo elemento de sellado 94 se extiende alrededor y sobre la superficie extrema 78 del tubo 10 para contactar con la superficie de sellado 26A del segundo collar 14.

Los elementos de sellado 92 y 94 están soportados para acoplamiento del cuerpo tubular del sistema 82 por medio de brazos de articulación múltiples pivotables indicados por el número 100. El sistema de articulación incluye una pareja de brazos de articulación 100 en el extremo superior de cada uno de los elementos de sellado 92 y 94 y una pareja en el extremo inferior de los elementos de sellado, de manera que se emplea a este respecto un total de ocho brazos de articulación 100.

La secuencia de funcionamiento de los brazos de articulación que controlan las posiciones de los elementos de sellado 92 y 94 se ilustra en las figuras 5 a 7. Como se muestra en la figura 5, los elementos de sellado 92 y 94 están plegados contra el cuerpo tubular 82 a medida que el sistema de acoplamiento es bajado dentro de la carcasa de alojamiento más allá de la pestaña superior 54. Cuando el extremo inferior de la porción tubular 88 contacta con la superficie inferior interior de la caperuza extrema 50, se termina el recorrido descendente siguiente del miembro de la plataforma 84. A medida que el cuerpo tubular 82 se mueve telescópicamente hacia abajo dentro de la porción tubular 88 del miembro de la plataforma 84, la porción frusto-cónica 90 sobre la superficie superior de la plataforma 86 entra es contactada para desviar los elementos de sellado 92 y 94 lateralmente hacia fuera uno del otro, como se ve en la figura 6. Una cuña 102 es recibida telescópicamente sobre la superficie externa del cuerpo tubular 82. La cuña 102 está fijada en el extremo inferior de una barra extensible, tal como la barra de perforación 76 vista en la figura 8, pero no mostrada en las figuras 5 a 7. La cuña 102 tiene superficies de levas externas 104 y 106 ligeramente cónicas opuestas. Las superficies 104 y 106 son recibidas de forma deslizable en ranuras (no se ven) en la superficie trasera del primer elemento de sellado 92 y el segundo elemento de sellado 94. A medida que la cuña 102 es forzada hacia abajo, como se ve progresivamente en las figuras 5, 6 y 7, fuerza a los elementos de sellado 92 y 94 separándolos uno del otro y en acoplamiento de sellado con las superficies de sellado 26 y 26A del collar. De esta manera se consigue un cierre de metal-a-metal de cada extremo del tubo cortado 10. Los elementos de sellado 92 y 94 configurados en forma de copa abarcan los extremos cortados 80 y 82 del tubo 10. Las porciones extremas cortas del tubo 10 pueden funcionar, si es necesario, como guías para los elementos de sellado 92 y 94, de manera que se mantienen en alineación con las superficies de sellado 26 y 26A a medida que los elementos de sellado son forzados hacia fuera en primer lugar por brazos de articulación 100 y finalmente por las superficies de levas 104 y 106 de la cuña 102.

Como se ilustra en las figuras 5 a 7, cada una de las porciones de labios circunferenciales 96 y 98 de los elementos de sellado 92 y 94, respectivamente, pueden estar provistas con una ranura circunferencial que recibe un anillo de sellado circular 108. Este anillo de sellado está formado con preferencia de metal o, si no es de metal, entonces de un material que resista la temperatura máxima a la que es sometido -es decir, que resista la temperatura igual a la del fluido que circula a través del tubo 10.

El cuerpo tubular 82 recibe telescópicamente un vástago 110 que se extiende hacia abajo desde la cuña 102. Una ranura 112 está prevista en la cuña 102 que recibe el vástago 110. Un muelle 114 está colocado sobre el vástago 110 para aplicar una fuerza de desviación hacia abajo contra el cuerpo tubular 82. Cuando la porción tubular 88 contacta con la superficie interior de la caperuza extrema 50, el cuerpo tubular 82 se desliza hacia arriba sobre el vástago 110 provocando de esta manera que los elementos de sellado 92 y 94 se expandan horizontalmente. A medida que continúa el movimiento descendente de la cuña 102, el vástago 110 se mueve hacia abajo dentro del cuerpo tubular 82 que comprime el muelle 114.

La figura 7 muestra la cuña 102 completamente o al menos substancialmente del todo recibida entre elementos de sellado 92 y 94 opuestos que representan la posición descendente máxima del sistema de acoplamiento. La cuña 102 permanece en esta posición mientras es necesario para cerrar la circulación a través del tubo 10.

Con la cuña 102 en su posición totalmente bajada y el flujo cerrado desde uno de los extremos cortados del tubo 10, se puede realizar una prueba de fuga en el otro extremo. Proporcionando una abertura pequeña (no mostrada) en la caperuza extrema 50 a través de la cual podría drenarse líquido y/o medirse la presión, se puede conseguir un medio para determinar si ambos elementos de sellado 92 y 94 se han cerrado con éxito y totalmente contra las superficies interiores 26 y 26A de los collares 12 y 14. La capacidad para realizar esta función se refiere comúnmente en la industria como capacidad de "bloqueo y sangrado".

Para eliminar el contacto de sellado de los miembros de sellado con los collares, se invierte la secuencia que aparece en las figuras 4 a 7. La primera cuña 102 se mueve hacia arriba eliminando la presión aplicada a las superficies traseras de los elementos de sellado 92 y 94. El vástago 110 se mueve dentro del interior del cuerpo tubular 82. Los elementos de sellado 92 y 94 permanecen en posición a medida que la cuña 102 se mueve inicialmente hacia arriba, puesto que el muelle comprimido 114 retiene el cuerpo tubular 82 hacia abajo a medida que el vástago 110 se mueve en primer lugar hacia arriba. El vástago 110 tiene una cabeza 116 en su extremo inferior que, cuando se acopla con una pestaña interior en el interior del cuerpo tubular 82, fuerza al cuerpo tubular hacia arriba. Los brazos de articulación 100 retraen entonces los elementos de sellado 92 y 94, permitiendo que todo el conjunto de acoplamiento sea retirado desde el interior de la carcasa de alojamiento.

Después de que el conjunto de acoplamiento ha sido totalmente retirado, se puede acoplar el pasillo interior 120 a través de la pestaña 54 utilizando mecanismos que no se muestran, pero que están disponibles comúnmente en la industria, tal como un dispositivo de acoplamiento ejemplificado en la patente de los estados Unidos Nº 6.286.553, titulada "Removable Closure System", publicada el 11 de Septiembre de 2001. Posteriormente, el sistema de aterrajado y de acoplamiento se puede retirar y se puede cerrar la pestaña superior 54 con una placa de pestaña y entonces se puede reanudar el uso del tubo 10.

Las figuras 9 a 12 muestran el uso de un accesorio de alineación indicado generalmente por el número 122, por medio del cual los collares 12 y 14 se colocan con seguridad sobre el exterior del tubo 10 antes de soldar los collares al tubo. El accesorio de alineación forma una cuna para los collares. Una primera placa extrema 124 está asegurada por bulones 126 a la cara exterior 30 del primer collar 12. De la misma manera, los bulones 128 retienen la segunda placa extrema 130 a la cara exterior 30A del collar 14.

Las placas extremas 124 y 130 están fijadas una con respecto a la otra por vástagos 132A, 132B y 132C. Unos bulones 134 retienen la primera placa extrema 124 a un extremo de los vástagos y de una manera similar, unos bulones 136 retienen la segunda placa extrema 130 en los extremos opuestos. Es importante que las longitudes de los vástagos 132A, B y C sean iguales con tolerancia muy estrecha, Por dos razones. En primer lugar, la longitud de los vástagos establece el espaciamiento entre las caras internas 26 y 26A de los collares. En segundo lugar, la uniformidad exacta de las longitudes de los vástagos 132A, 132B y 132C asegura que las caras internas 26 y 26A estén con precisión paralelas entre sí.

Cada uno de los collares 12 y 14 está formado de dos piezas configuradas en forma semi-toroidal, como se ha descrito anteriormente. Es importante que estas dos piezas de cada collar ajusten juntas con precisión, especialmente en la forma de realización de la invención, en la que las caras de sellado 26 y 26A no son rectificadas, mecanizadas o pulidas en el campo. Para esta finalidad, se utilizan dos pasadores 136 de "bloqueo de accionamiento" o conocidos a veces como de "bloqueo de ranura" para alinear con exactitud las mitades coincidentes de cada uno de los collares 12 y 14. Después de que los pasadores 136 han sido instalados, se utilizan bulones 138, dos para cada uno de los collares, para retener las mitades de los collares juntas después de que los collares están montados sobre el tubo 10.

Cuando los collares 12 y 14 están instalados sobre el tubo 10 utilizando una cuna de accesorio de alineación 122, se sueldan los collares por puntos al tubo 10 para amarrarlos con seguridad en posición. Posteriormente, se retira la cuna de accesorio de alineación y se completa el resto de las soldaduras, como se ha descrito.

Esta invención se puede aplicar utilizando dos métodos separados. En un método, las caras interiores 26 y 26A de los collares 12 y 14 son mecanizados y rectificados con exactitud después de lo cual los collares son soldados sobre el tubo 10. En un segundo método, los collares son mecanizados con precisión en un taller y son alineados con precisión a medida que se colocan juntos sobre el tubo 10 utilizando un sistema de cuna de alineación, como se ilustra y se describe con referencia a las figuras 9 a 12, en cuyo caso no se requiere el rectificado de campo de las caras delanteras 26 y 26A de los collares.

La invención proporciona un sistema único para cerrar la circulación del flujo a través de un tubo de alta temperatura sin la necesidad de drenar los tubos y de tal manera que no se requieren materiales de sellado no elastoméricos u otros materiales sensibles a la temperatura.

Claims

1. Un método de acoplamiento de una tubería, que incluye las etapas de:

a): soldar sobre el exterior de la tubería (10) primero y segundo collares (12, 14) espaciados, teniendo cada collar una cara de sellado (26, 26A) en un plano perpendicular al eje de la tubería;

b): fijar, por soldadura, una carcasa de alojamiento (34, 36) a dichos collares (12, 14) para abarcar totalmente una sección de la tubería (10) entre dichos collares, donde la carcasa de alojamiento (34, 36) tiene una parte superior abierta;

c): fijar de forma desmontable una máquina de aterrajar (60) a dicha carcasa de alojamiento (34, 36) en comunicación con dicha parte superior abierta;

d): utilizando dicha máquina de aterrajar (60), cortar y retirar una longitud de la tubería (10) entre dichos collares (12, 14) dejando dos extremos de tubos abiertos (78, 80); y

e): colocar, por medio de dicha máquina de aterrajar (60), primero y segundo elementos de juntas (92, 94) entre dichos collares (12, 14), teniendo cada elemento de juntas (92, 94) sobre una cara delantera un labio circunferencial (96, 98) que se extiende hacia delante de diámetro interno mayor que el diámetro externo de la tubería (10); caracterizado porque

f): dichos elementos de sellado (92, 94) se separan uno del otro para forzar cada uno de dichos labios circunferenciales (96, 98) en acoplamiento de sellado con una de dichas caras de sellado del collar (26, 26A) cerrando dicha tubería (10).

2. Un método de acoplamiento de una tubería de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa (f) se realiza separando en primer lugar dichos elementos de sellado (92, 94) uno del otro por medio de articulaciones (100) seguido por introducir a la fuerza una cuña (102) entre dichos elementos de sellado (92, 94).

3. Un método de acoplamiento de una tubería de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado adicionalmente porque incluye, después de la etapa 8ª) la etapa de mecanizar dichas caras de sellado (26, 26A) para proporcionar una superficie de sellado circunferencial (26, 26A) ininterrumpida sobre cada uno de dichos collares (12, 14).

4. Un método de acoplamiento de una tubería de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado adicionalmente por la provisión de que en la etapa (a), cada uno de dichos collares (12, 14) está en forma de dos mitades de un toroide, siendo montadas las dos mitades (16, 18) alrededor de la tubería para formar cada uno de dichos collares (12, 14), siendo soldadas las mitades de los collares a la tubería (10) y entre sí.

5. Un método de acoplamiento de una tubería de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado adicionalmente porque en la etapa (b), dicha carcasa de alojamiento (34, 36) está formada de piezas que incluyen, como una parte superior, una pestaña (54) que tiene un pasillo (120) a través de la misma que proporciona dicha parte superior abierta.

6. Un método de acoplamiento de una tubería de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado adicionalmente porque una de dichas piezas de la carcasa de alojamiento es una caperuza extrema (50) que forma una parte inferior que está opuesta de dicha pestaña (54).

7. Un método de acoplamiento de una tubería de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado adicionalmente porque en la etapa (e), cada uno de dichos primero y segundo elementos de sellado (92, 94) están conectados por conjuntos de bisagras (100) a un cuerpo tubular (82), en el que dicho cuerpo tubular (82) se puede colocar longitudinalmente sobre un vástago vertical (110) que se extiende desde dicha máquina de aterrajar (60).

8. Un método de acoplamiento de una tubería de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado adicionalmente porque incluye un miembro de plataforma (86) que está colocado de forma deslizable sobre el exterior de dicho cuerpo tubular (82), determinando dicho miembro de plataforma (86) la posición más baja de dichos elementos de sellado (92, 94) y contribuyendo a guiar dichos elementos de sellado (92, 94) en posiciones de sellado con respecto a dichas caras de sellado de los collares (26, 26A).

9. Un método de acoplamiento de una tubería (10) de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado adicionalmente porque dicho cuerpo tubular (82) está desviado hacia abajo por medio de un muelle (114) con respecto a dicho vástago vertical (110).

10. Un método de acoplamiento de una tubería de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado adicionalmente porque cada uno de dichos elementos de sellado (92, 94) tiene sobre una cara trasera una ranura vertical (112) que recibe de forma deslizable un borde (104, 106) de dicha cuña (102).

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11. Un método de acoplamiento de una tubería de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado adicionalmente porque proporciona, antes de la realización de la etapa (a), un accesorio de alineación (122) fijado a dichos collares (12, 14) para retener dichos collares sobre la tubería (10), de manera que dichas superficies de sellado (26, 26A) se encuentran en planos paralelos substancialmente exactos perpendiculares al eje tubular de la tubería (10) y están espaciadas a una distancia predeterminada substancialmente exacta, siendo desmontable dicho accesorio de alineación (122) después de que la soldadura inicial ha fijado dichos collares (12, 14) con relación a la tubería (10).

12. Un método de acoplamiento de una tubería de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado adicionalmente porque incluye entre las etapas (b) y (c) la etapa de fijación de un extremo inferior de una válvula (68) que tiene un paso de taladro gran de que se puede cerrar a través del mismo en comunicación cerrada con dicha parte superior (120) abierta de la carcasa de alojamiento, en el que dicha máquina de aterrajar (60) de la etapa (c) se puede fijar a un extremo superior de dicha válvula (68).

13. Un método de acoplamiento de una tubería de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado adicionalmente porque la etapa (d) se realiza con una sierra circular (72) de diámetro mayor que el diámetro de la tubería (10).

14. Un conjunto para uso en un sistema para acoplar una tubería que comprende:

un primero y un segundo collar toroidal (12, 14), cada uno de los cuales está formado de una semi-porción inferior (18) de forma semi-toroidal y una semi-porción superior (16) de forma semi-toroidal coincidente desprendible, en el que las porciones, cuando están montadas, tienen una superficie circunferencial interna de diámetro substancialmente igual al diámetro exterior de la tubería (10), en el que cada collar (12, 14) tiene sobre su cara interior una superficie de sellado plana (26, 26A) y una superficie trasera (30, 30A); caracterizado porque se emplea un accesorio de alineación (122) que tiene placas extremas (124, 130) en paralelo espaciados a una distancia predeterminada substancialmente exacta, estando adaptadas las placas extremas (124, 130) para fijación desmontable en dichas superficies traseras (30, 30A) de dichas semi-porciones inferiores (18) del collar de forma semi-toroidal, de manera que dichas superficies de sellado planas internas (26, 26A) están soportadas con exactitud en posiciones paralelas y espaciadas y de manera que dicho accesorio de fijación (122) con dicha semi-porción inferior (18) de forma semi-toroidal de cada uno de dichos collares se puede poner en contacto con la tubería (10) y de manera que están preparadas para recibir dichas semi-porciones superiores (16) de forma semi-toroidal.

15. Un conjunto para uso en un sistema para acoplar una tubería de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado adicionalmente porque dicho accesorio de alineación (122) incluye una pluralidad de vástagos (132) de la misma longitud que se extienden entre dichas placas extremas (124, 130) paralelas y asegurados a las mismas que sirven para mantener dichas placas extremas a dicha distancia predeterminada substancialmente exacta.