PT2614347T - Dispositivo para detecção de fuga e revestimento de um elemento de transporte ou de armazenamento de fluido que compreenda este dispositivo de detecção - Google Patents

Dispositivo para detecção de fuga e revestimento de um elemento de transporte ou de armazenamento de fluido que compreenda este dispositivo de detecção Download PDF

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Albaladejo Serge
Zanolin Rémi
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Commissariat À L`Énergie Atomique Et Aux Énergies Alternatives
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Description

DESCRIÇÃO
"DISPOSITIVO PARA DETECÇÃO DE FUGA E REVESTIMENTO DE UM ELEMENTO DE TRANSPORTE OU DE ARMAZENAMENTO DE FLUIDO QUE COMPREENDA ESTE DISPOSITIVO DE DETECÇÃO" A presente invenção refere-se a um dispositivo para detecção de fuga e ao revestimento de um elemento de transporte ou de armazenamento de fluido para este dispositivo de detecção. A invenção refere-se ainda a um elemento de transporte ou de armazenamento de fluido equipado com um revestimento desse tipo, a um processo de revestimento de um elemento de transporte ou de armazenamento de fluido, assim como a um processo de controlo do bom funcionamento de um dispositivo desse tipo para detecção de fuga. A invenção aplica-se em particular ao revestimento de condutas de transporte de sódio liquido e de contentores de armazenamento de sódio que façam parte de um circuito de arrefecimento de um reactor nuclear.
No seguimento do presente pedido, salvo indicação explícita ou implícita em contrário, o termo "conduta" é utilizado para designar tanto uma conduta de transporte de fluido como um contentor de armazenamento de fluido ou como um acessório - tal como uma válvula - que equipe uma conduta ou contentor desse tipo.
ESTADO DA TÉCNICA
Em particular nos casos das condutas de transporte de sódio, é importante poder controlar, automaticamente e à distância, o aparecimento de uma fuga.
Para este efeito foram propostos, nas patentes FR-A-2155534 e FR-A-2455707, dispositivos de detecção de uma fuga de sódio através da parede de uma conduta, por detecção de um contacto eléctrico entre a parede da conduta e um elemento electricamente condutor separado desta parede por um elemento isolador. 0 dispositivo descrito em FR-A-2455707 compreende uma caixa rígida e isoladora realizada num material que compreende fibras inundadas com um ligante. A caixa contém ranhuras que recebem fios ou fitas metálicas e mantêm os fios ou as fitas afastados da parede da conduta.
Um inconveniente deste dispositivo resulta da dificuldade de realizar uma caixa - ou semi-caixa - que se adapte perfeitamente à superfície externa da conduta a que se destina, em particular quando esta superfície exterior apresenta uma forma complexa. 0 dispositivo descrito em FR-A-2155534 compreende uma folha isoladora formada por fibras refractárias que pode ser enrolada em redor de uma conduta metálica e por uma grelha ou tela metálica enrolada em redor da folha isoladora e em estreito contacto com a folha isoladora.
Um inconveniente deste dispositivo resulta da dificuldade de conformar a grelha ou tela de maneira a adaptar-se completamente à folha isoladora sem que uma porção da grelha ou tela penetre no interior da folha isoladora e sem que um contacto seja assim involuntariamente estabelecido entre a grelha ou tela da parede - geralmente metálica - da conduta.
Por outro lado, os fios, fitas, grelhas e telas metálicas correm o risco de se oxidarem. Neste caso, a formação de uma película de óxido à superfície de um elemento condutor metálico desse tipo pode entravar ou atrasar a detecção de um curto-circuito entre este elemento e a parede da conduta e pode, por consequência, entravar ou atrasar a detecção de uma fuga.
Por outro lado, esses elementos condutores metálicos podem deformar-se por dilatação térmica, na altura de variações da temperatura da conduta, o que pode ainda provocar uma disfunção do sistema de detecção de fuga.
EXPOSIÇÃO DA INVENÇÃO
Um objectivo da invenção é o de propor um dispositivo de detecção de fuga de um fluido que circule numa conduta ou esteja armazenado num contentor, um dispositivo de revestimento da conduta ou contentor para este dispositivo de detecção, um elemento de transporte ou de armazenamento de fluido equipado com um revestimento desse tipo, um processo de revestimento de um elemento de transporte ou de armazenamento de fluido, assim como um processo de controlo do bom funcionamento de um dispositivo de detecção de fuga desse tipo, que sejam melhorados e/ou que corrijam, pelo menos em parte, as lacunas ou inconvenientes dos processos e dispositivos conhecidos.
Um objectivo da invenção é propor um dispositivo de detecção de fuga de sódio liquido sob pressão cuja temperatura pode estar situada numa gama que vá de cerca de 100°C (graus Celcius) até cerca de 600°C, um dispositivo de revestimento de uma conduta que inclua este dispositivo de detecção, um elemento de transporte ou de armazenamento deste fluido equipado com um revestimento desse tipo, um processo de revestimento de um elemento de transporte ou de armazenamento deste fluido, assim como um processo de controlo do bom funcionamento de um dispositivo de detecção de fuga desse tipo.
De acordo com um aspecto da invenção, propõe-se um dispositivo de detecção de fuga de um fluido armazenado ou transportado numa conduta electricamente condutora, que esteja disposto de maneira a rodear - ou envolver - a conduta. 0 dispositivo de detecção compreende uma camada de um material isolador fibroso e uma camada de material condutor fibroso (ou filamentoso) que se estenda sobre/contra a camada de material isolador fibroso, sendo o material condutor fibroso essencialmente constituído por um feltro de carbono ou de grafite e um aparelho de detecção de curto-circuito ou de medição da impedância entre a parede da conduta e a camada de material condutor.
Graças à sua coesão, este material condutor permite, particularmente, evitar curto-circuitos intempestivos entre este material e a conduta electricamente condutora, ao mesmo tempo que facilita os curto-circuitos intencionais realizados como a seguir se descrevem para o controlo do bom funcionamento do dispositivo de detecção de fuga. De acordo com um modelo de realização, o material isolador é uma lã de fibras minerais, em particular uma lã de fibras tecidas ou torcidas essencialmente constituídas por silício e óxido de magnésio ou de cálcio. 0 material condutor fibroso pode compreender uma ou várias camadas de feltro flexível, essencialmente constituído por fibras aglomeradas de carbono ou de grafite.
Vigiar a impedância, medida entre a camada do material condutor fibroso e a parede da conduta, permite detectar a presença de um fluido condutor que atravessou a camada de material isolador fibroso, quando houver uma fuga deste fluido através da parede da conduta.
Um material condutor fibroso desse tipo é pouco sensível à oxidação e a sua capacidade de condução eléctrica é pouco afectada pela sua eventual oxidação.
Por outro lado, a flexibilidade deste material permite-lhe adaptar-se às deformações dos aparelhos/elementos que o rodeiam, em particular as deformações provocadas pela dilatação térmica dos aparelhos. A flexibilidade deste material condutor facilita a sua colocação em redor de uma conduta previamente revestida com o material isolador e permite evitar, quando é colocado em contacto íntimo com - e pressionado contra - a camada de material isolador, o contacto acidental do material condutor fibroso com a parede da conduta.
Por outro lado, o material condutor fibroso contribui para o isolamento térmico da conduta, o que permite limitar as perdas térmicas do fluido circulante - ou armazenado - na conduta e proteger um operador do risco de queimadura. 0 dispositivo pode compreender primeiros atilhos, em particular atilhos filiformes ou em forma de cordas finas que servem para fixar a camada de material isolador a uma conduta, por exemplo por meio de cintagem. 0 dispositivo pode compreender segundos atilhos, em particular atilhos filiformes ou em forma de cordas finas, que servem para fixar a camada de material condutor fibroso à conduta revestida com o material isolador, por exemplo, também por meio de cintagem.
Os primeiros e segundos atilhos podem ser essencialmente constituídos por fibras de um material electricamente isolador que pode ser idêntico ou similar ao que constitui a camada de revestimento isoladora.
Esses atilhos permitem revestir simplesmente a parede externa de uma conduta de forma complexa, cortando um atilho de comprimento adaptado, rodeando a camada considerada por este atilho, conformado em anel ou elo, e fechando esse anel com um nó realizado com as duas extremidades livres do atilho, ou então com o auxilio de um dispositivo adaptado - tal como um grampo de cabo. 0 dispositivo de detecção comporta geralmente um primeiro elemento - tal como um terminal - de ligação que está disposto para facilitar a ligação eléctrica da camada electricamente condutora a um aparelho de detecção eléctrica ou electrónica tal como um verificador de impedância.
Este elemento de ligação pode compreender um elemento de contacto, em forma de haste ou de barra que, pelo menos em parte, pode ser inserido ou enterrado na camada condutora fibrosa. Neste caso, o elemento de contacto pode ser realizado, pelo menos em parte, em grafite ou em carbono e apresenta uma forma e dimensões adaptadas a espessura e a estrutura filamentosa aglomerada da camada condutora.
Alternativamente, o elemento de ligação pode compreender um elemento de contacto em forma de pinça cujos mordentes podem conter uma porção da camada condutora fibrosa. 0 dispositivo de detecção compreende também, geralmente, além do aparelho de detecção de curto-circuito ou de medida de impedância, um segundo elemento - tal como um terminal - de ligação que esteja em contacto com a parede da conduta.
De acordo com outro aspecto da invenção, é proposto um dispositivo de revestimento de uma conduta que comporte: uma primeira camada electricamente isoladora essencialmente constituída por fibras, que se estende contra a superfície externa da conduta; uma segunda camada electricamente condutora essencialmente constituída por fibras aglomeradas de carbono ou de grafite, que se estende contra a superfície externa da primeira camada; e uma terceira camada termicamente isoladora essencialmente constituída por fibras, que se estende contra a superfície externa da segunda camada. 0 dispositivo de revestimento pode ainda compreender uma parede rígida colocada de maneira a rodear ou envolver a terceira camada termicamente isoladora.
Esta parede rígida pode compreender duas porções - ou meias caixas - e meios de ligação para montar estas duas porções.
Esta parede rígida pode estar perfurada com pelo menos um orifício que permita a passagem de uma peça que sirva para controlar o bom funcionamento do dispositivo de detecção de fuga, através desta parede e das camadas do revestimento da conduta.
De acordo com outro aspecto da invenção, é proposta uma conduta de transporte ou um contentor de armazenamento de um fluido de transferência de calor que faça parte de um reactor, que esteja equipado com esse tipo de dispositivo de detecção de fuga do fluido de transferência de calor ou que esteja revestido com esse tipo de dispositivo de revestimento.
De acordo com outro aspecto da invenção, é proposto um processo de controlo do bom funcionamento de um dispositivo de detecção de fuga que equipe uma conduta e compreenda uma camada de material isolador fibroso coberta com uma camada de material isolador fibroso coberta por uma camada de material condutor fibroso, no qual se provoca um curto-circuito entre a parede da conduta e a camada de material condutor fibroso.
De acordo com um modelo de realização preferido deste processo, introduz-se para este efeito uma peça electricamente condutora através da camada de material condutor e através da camada de material isolador, e coloca-se a peça condutora em contacto com a parede (condutora) da conduta ao mesmo tempo que se mantém esta peça em contacto com a camada de material condutor através da qual a peça se estende, a fim de realizar o curto-circuito e controlar, pela medição da impedância entre a parede da conduta e a camada de material condutor, o bom funcionamento do sistema de detecção de fuga por medição da impedância.
Esta peça electricamente condutora pode, particularmente, ser metálica ou ter a forma de haste ou de agulha.
Outros aspectos, características e vantagens da invenção aparecem na descrição que se segue e que se refere às figuras em anexo e ilustra, sem nenhum carácter limitativo, os modelos de realização preferidos da invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A figura 1 é uma vista em corte longitudinal esquemático de uma conduta revestida por uma camada de um material isolador fibroso. A figura 2 é uma vista em corte longitudinal esquemático de uma conduta revestida por uma camada isoladora da figura 1 e coberta com uma camada de material condutor fibroso. A figura 3 é uma vista em corte longitudinal esquemático da conduta equipada com um dispositivo de detecção da figura 2 que, por outro lado, está coberta com uma camada de material isolador rodeado por uma parede rigida. A figura 4 é uma vista em corte longitudinal esquemático que ilustra a detecção de fuga através da parede da conduta ilustrada na figura 3. A figura 5 é uma vista em corte longitudinal esquemático que ilustra o controlo do bom funcionamento do sistema de detecção de fuga ilustrado na figura 4.
DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO
Salvo indicação explícita ou implícita em contrário, elementos ou órgãos - estruturalmente ou funcionalmente - idênticos ou similares são designados por referências idênticas nas diferentes figuras.
Por referência às figuras 1 a 5, uma conduta 10 de transporte de sódio liquido sob pressão compreende uma parede 11 cilíndrica que se estende de acordo com um eixo longitudinal 12. A parede 11 pode ser realizada em aço inoxidável.
Particularmente, em referência à figura 1, uma camada de um material 13 isolador fibroso foi enrolada - ou colocada de outra forma - em redor da parede 11 e é mantida em contacto com a face externa desta parede, por meio de cordas finas 14 que envolvem a camada 13 e material de atado (referências 15), para formar laçadas fechadas que encerram a camada 13. O material 13 pode, por exemplo, ser uma lã de fibras minerais comercializada sob a designação "Superwool 607 Blanket" pela sociedade Thermal Ceramics (EUA).
Esta camada de lã mineral pode apresentar uma espessura da ordem de cerca de 2 milímetros e até cerca de 5, 10 ou 15 milímetros, por exemplo.
Geralmente, é desejável que a espessura desta camada de material 13 seja inferior a 20 milímetros, a fim de limitar o tempo que o fluido leva a sair da conduta para impregnar e/ou atravessar esta camada de material e atingir a camada de material condutor, a fim de limitar assim o tempo que decorre antes de se poder detectar a fuga.
Outras matérias isoladoras fibrosas podem ser utilizadas para realizar a camada 13, em particular lãs que compreendam fibras de silício e de óxido de magnésio ou de cálcio.
Particularmente em referência à figura 2, uma camada de um material 16 condutor foi enrolada - ou disposta de outra forma - em redor da camada de material 13 isolador fibroso e é mantida em contacto com a face externa desta camada de material 13, por meio de cordas finas 17 que envolvem a camada de material 16 e são atadas (referências 18) para formar anéis fechados. 0 material condutor 16 pode, por exemplo, ser um feltro de grafite comercializado sob a designação "SIGRATHERM® GFA" pela sociedade SGL CARBON GmbH (Alemanha). Um feltro de grafite desse tipo pode ser obtido por grafitização de um feltro de carbono. A espessura desta camada de feltro pode ser da ordem de cerca de 5 milímetros até, pelo menos, cerca de 10 milímetros, por exemplo, até cerca de 20 milímetros, cerca de 30 milímetros, ou cerca de 50 milímetros.
Geralmente, é desejável que a espessura desta camada de material 16 seja superior ou igual a 5 milímetros, a fim de aumentar o isolamento térmico pretendido, de facilitar a sua ligação eléctrica a um aparelho de medição da impedância e de facilitar o controlo do bom funcionamento do dispositivo de detecção como a seguir se descreve.
Podem ser utilizados feltros de fibras de carbono para realizar a camada 16.
Os atilhos 14 e 17 podem, por exemplo, ser essencialmente constituídos por filamentos de silício. A espessura e a flexibilidade de cada uma das duas camadas de material fibroso 13 e 16, assim como a flexibilidade dos atilhos que mantêm estes materiais no seu lugar, permitem cobrir intimamente condutas ou contentores de formas e geometrias diversas, garantindo assim uma cobertura total das zonas de um circuito de arrefecimento contendo um fluido cuja fuga deva ser detectada rapidamente e de maneira fiável.
Particularmente em referência à figura 3, uma camada de um material 19 termicamente isolador foi colocada em redor da camada de material 16 condutor fibroso e é mantida em contacto com a face externa desta camada de material 16 por uma parede 20 tubular que se estende segundo o eixo longitudinal 12 e envolve a camada de material 19. 0 material termicamente isolador 19 pode, por exemplo, ser essencialmente constituído por uma lã de vidro ou de rocha. A espessura da camada de material 19 é geralmente superior à das camadas de material 13 e 16. Esta espessura pode, por exemplo, ser da ordem de cerca de 20 até 50 (ou 100) milímetros. A caixa ou parede rígida 20 garante, particularmente, a protecção mecânica das camadas de material fibroso 13, 16 e 19 que rodeia. A parede 20 é perfurada por um orifício 21 que permite a passagem de uma peça (referência 22 nas figuras 4 e 5) que serve para controlar o bom funcionamento do dispositivo de detecção de fuga, através desta parede e das camadas 13, 16 e 19 do revestimento da conduta 10.
Em referência à figura 4, em particular, vigiar a impedância, medida entre a camada do material condutor fibroso 16 e a parede 11 da conduta 10, permite detectar a presença de um fluido condutor que tenha atravessado - e impregnado - a camada de material 13 isolador fibroso, quando houver uma fuga deste fluido através da parede 11 da conduta.
Para este efeito, o dispositivo de detecção de fuga compreende: um aparelho 23 de detecção de curto-circuito por medição da impedância; um elemento 24 para a ligação eléctrica da camada 16 electricamente condutora ao aparelho 23; um elemento 25 para a ligação eléctrica da parede 11 da conduta ao aparelho 23; e dois pedaços de fio condutor 26 que liguem, respectivamente, os elementos 24, 25 de contacto/ligação, aos terminais de medição do aparelho 23.
Geralmente, o aparelho 23 compreende: i) um circuito de medição da impedância destinado a libertar um sinal de medição; ii) um circuito de comparação ligado ao circuito de medição para receber o sinal de medição e destinado a parar o sinal recebido por um determinado sinal ou dado e para libertar um sinal de comparação; e iii) um circuito de comando de alarme ligado ao circuito de comparação para receber o sinal de comparação e destinado a comandar o funcionamento de um alarme em função do sinal de comparação recebido. 0 elemento 24 de ligação ilustrado nas figuras 4 e 5 é em forma de haste ou barra de grafite ou de carbono e está inserido na espessura da camada condutora filamentosa 16. 0 segundo elemento 25 de ligação, que está em contacto eléctrico com a parede da conduta, pode ser uma peça metálica soldada à conduta.
Para o controlo do bom funcionamento do dispositivo de detecção de fuga que equipa a conduta 10, provoca-se um curto-circuito entre a parede 11 da conduta e a camada de material 16 de condutor fibroso.
Em referência às figuras 4 e 5, para este efeito introduz-se (de acordo com a seta 27 na figura 5), a agulha metálica 22 através do orifício 21 previsto na parede 20 e, através das camadas sobrepostas de material 19 termicamente isolador, de material 16 condutor e de material 13 isolador, até colocar a extremidade longitudinal (inferior) da agulha condutora 22 em contacto com a parede 11 da conduta.
Como o comprimento da agulha é superior à espessura acumulada das camadas dos materiais isoladores 13 e condutor 16, a agulha mantém-se em contacto eléctrico com a camada de material condutor 16 através da qual se estende. A agulha 22 realiza assim um curto-circuito entre a parede 11 e a camada de material 16 que, pela medição da impedância realizada pelo aparelho 23, permite controlar o bom funcionamento do sistema de detecção de fuga: o aparelho 23 de medição deve indicar a presença de um curto-circuito desde que a agulha 22 se mantenha em contacto com a parede 11 e com a camada de material 16. É de notar que esta operação de controlo do bom funcionamento pode ser efectuada não importa em que momento considerado oportuno no período de vigência da instalação e que esta operação não implica qualquer dano ao revestimento da conduta, particularmente devido à estrutura fibrosa das camadas que compõem este revestimento.

Claims (15)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Dispositivo de detecção de fuga de um fluido armazenado ou transportado numa conduta (10) que compreende uma parede exterior (11) electricamente condutora, que compreende uma camada de um material (13) isolador fibroso destinado a envolver a conduta e que compreende uma camada de um material (16) condutor que se estende contra a camada de material isolador (13) e um aparelho (23) de detecção de curto-circuito ou de medição da impedância entre a parede (11) da conduta e a camada de material (16) condutora, caracterizado por o material condutor ser um material condutor fibroso essencialmente constituído por um feltro de carbono ou de grafite.
  2. 2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 na qual o material (13) isolador compreende fibras de silício.
  3. 3. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2 que compreende um elemento (24) de contacto, cujas forma e dimensões estão adaptadas a serem inseridas ou enterradas, pelo menos em parte, na camada condutora fibrosa (16), para a ligação eléctrica da camada de material (16) fibroso ao aparelho (23) de detecção.
  4. 4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3 no qual o elemento (24) de contacto é realizado, pelo menos em parte, em grafite ou em carbono.
  5. 5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2 que compreende um elemento de contacto em forma de pinça cujos mordentes podem conter uma porção da camada condutora fibrosa (16).
  6. 6. Dispositivo de revestimento de uma conduta que compreende um dispositivo de detecção de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5 e uma camada de um material (19) termicamente isolador, essencialmente constituído por fibras, que se estende contra a camada de material (16) condutor fibroso.
  7. 7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6 que, por outro lado, compreende uma parede (20) rígida destinada a rodear ou envolver a (terceira) camada termicamente isoladora.
  8. 8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7 no qual a parede rígida é perfurada com pelo menos um orifício (21) que permite a passagem de uma peça (22) que serve para controlar o bom funcionamento do dispositivo de detecção de fuga, através desta parede e das camadas de revestimento da conduta.
  9. 9. Conduta (10) para transporte ou armazenamento de um fluido de transferência de calor que esteja equipado com um dispositivo de detecção de fuga do fluido de transferência de calor que esteja em conformidade com qualquer uma das reivindicações 1 a 5 e que compreenda primeiro atilhos (14) que servem para fixar a camada de material (13) isolador à parede (11) da conduta, por exemplo, por meio de cintagem.
  10. 10. Conduta de acordo com a reivindicação 9 que compreende segundos atilhos (17) que servem para fixar a camada de material (16) condutor fibroso à conduta revestida do material (13) isolador, por exemplo, por meio de cintagem.
  11. 11. Conduta de acordo com a reivindicação 9 ou 10 na qual os primeiros e/ou os segundos atilhos são atilhos filiformes ou em forma de cordas finas que são essencialmente constituídos por fibras de um material electricamente isolador.
  12. 12. Processo de revestimento de uma conduta (10) para transporte ou armazenamento de um fluido de transferência de calor por um dispositivo de detecção de fuga do fluido de transferência de calor que esteja em conformidade com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, no qual se fixa a camada de material (13) isolador à parede (11) da conduta, por cintagem desta camada pelos primeiros atilhos (14), e no qual se fixa a camada de material (16) condutor fibroso à conduta revestida com o material (13) isolador, por cintagem da camada de material (16) condutor pelos segundos atilhos (17) .
  13. 13. Processo de controlo do bom funcionamento de um dispositivo de detecção de fuga que equipa uma conduta e está em conformidade com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, no qual se provoca um curto-circuito entre a parede (11) da conduta e a camada de material (16) condutor fibroso.
  14. 14. Processo de acordo com a reivindicação 13 no qual se introduz uma peça (22) electricamente condutora através da camada de material (16) condutor e através da camada de material (13) isolador, e coloca-se a peça em contacto (22) com a parede condutora (11) da conduta ao mesmo tempo que se mantém esta peça em contacto com a camada de material condutor através da qual a peça (22) se estende, a fim de realizar o curto-circuito e controlar, pela medição da impedância entre a parede da conduta e da camada de material condutor, o bom funcionamento do sistema de detecção de fuga, sendo que a peça (22) electricamente condutora é, de preferência, metálica, em forma de haste ou de agulha.
  15. 15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14 que é elaborado numa conduta para o transporte de sódio sob pressão ou num contentor de armazenamento de sódio sob pressão.
PT117616466T 2010-09-08 2011-09-05 Dispositivo para detecção de fuga e revestimento de um elemento de transporte ou de armazenamento de fluido que compreenda este dispositivo de detecção PT2614347T (pt)

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