WO2015140651A1 - Equipo portátil para la adquisición de datos en tiempo real en pruebas hidrostáticas para el sector industrial - Google Patents

Equipo portátil para la adquisición de datos en tiempo real en pruebas hidrostáticas para el sector industrial Download PDF

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WO2015140651A1
WO2015140651A1 PCT/IB2015/050971 IB2015050971W WO2015140651A1 WO 2015140651 A1 WO2015140651 A1 WO 2015140651A1 IB 2015050971 W IB2015050971 W IB 2015050971W WO 2015140651 A1 WO2015140651 A1 WO 2015140651A1
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hydrostatic
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portable equipment
tests
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PCT/IB2015/050971
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Inventor
Leidy Rossana FONTECHA ARIZA
Original Assignee
Hydrostatic Testing S.A.S
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors

Definitions

  • the objective is to provide equipment for the execution of hydrostatic tests using state-of-the-art technology, such tests are of high risk for people due to the high pressures at which they are operated.
  • the equipment we create allows the user to perform the test at a distance greater than 10 meters away that ensures the integrity of the people and that additionally provides a precision that is superior to that acquired with conventional technique.
  • TECHNOLOGICAL SECTOR This invention is related to the field of electronic engineering to acquire the data and signals of sensors, which measure variables of a fluid and also involves the mechanics of fluids, in concepts such as hydrostatic pressure and thermal sensitivity of compressible fluids and not compressible STATE OF THE PREVIOUS TECHNIQUE
  • the proposal of this new equipment is to use the existing technology to guarantee first that all the integrity of the people and in the second instance have 100% auditable, recordable data that allows the user to improve the reliability of the information provided during the development of the hydrostatic test.
  • the equipment created is portable, has a range of 12 hours for places where there is no continuous supply of electricity.
  • the conventional technique depends on the interpretation that a person makes, which makes the reliability of the information 10%, while with the hydrostatic testing equipment the reliability of the information is greater than 99%
  • the equipment consists of a shock-resistant polymer that guarantees the tightness and mechanical protection of the inmates, where each of the following equipment is mounted:
  • Physical variable controllers Electronic instrumentation powered by 1 10 volts AC to control fluid pressure, fluid temperature and ambient temperature.
  • the equipment can be powered externally from a 1 10 volt source or alternatively it can be connected to its own battery. Externally there is a switch that locates each of these options.
  • USB The equipment has a USB connection that connects the equipment to a laptop computer where all the signals measured from the equipment for hydrostatic testing are plotted. This interface allows to have real-time graphic information and improve the reliability and traceability of this type of tests
  • the hydrostatic test equipment has a fast connection of 1 10 volts when this type of power supply is available. Internally the battery has a quick connection to connect the battery charger.
  • the hydrostatic test equipment has an external connection where a cable is connected that brings the physical variables during the test, this cable can be up to 50 meters away from the place of high pressure to the portable equipment.
  • the telecommunication cable connects the pressure and fluid temperature sensors with the hydrostatic test equipment, this cable is 10 meters but lengths greater than 50 meters can be used without signal interference problems.
  • the software used is supplied by the supplier of the temperature and pressure controllers.
  • This equipment can be used in any pressure vessel that requires a hydrostatic test, from the industrial sector in general. DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • Figure 1 View of silver, closed equipment.
  • FIG. 1 Front view of the closed equipment.
  • Figure 5 Diagram of the portable equipment for hydrostatic tests with the top cover open.
  • FIG. Diagram of the portable equipment compartments (open) for hydrostatic tests and their respective functionalities.
  • FIG. 1 Front view of the portable equipment for hydrostatic tests and identification of its lower cover when the equipment is open.
  • FIG. 1 Side view of the portable equipment for hydrostatic testing and identification of its external connections.
  • FIG. 9 Multipolar test connector for verification of the correct functioning of the internal components of the portable equipment for hydrostatic tests.
  • Figure 1 shows the plan view of the equipment, which is externally covered by a resistant polymer that protects the internal components.
  • figure 2 we have the isometric view of the portable equipment for hydrostatic tests, having one (1) support handle to load the suitcase and (2) a removable handle to transport the suitcase by sliding it thanks to the system of (3) wheels with which account this.
  • Figure 3 shows the closed equipment, where the wheel system can be seen from a different angle that allows its transport in a more comfortable way.
  • FIG 5 when opening the portable equipment for hydrostatic tests there are two acrylic caps with company information and name of the equipment in digital laser printing (4 and 5).
  • the lower cover, (5) contains display and handling devices during the development of the hydrostatic test, these equipment will be detailed later in this document.
  • the communication cable (6) that connects to the portable equipment and connects at its ends to the pressure sensors (7) and fluid temperature (8).
  • the room temperature sensor (1 1) is supported on a tripod (10) that allows the sensor to perform an optimal temperature measurement at the site where the hydrostatic test is carried out.
  • Said ambient temperature sensor is connected internally to the portable device through a cable (9).
  • Figure 6 shows the acrylic cover (4) which, when removed, allows you to see in detail the cabin of the laptop (12). Following this, there is a cover (13) that is pivoted in the lower cover and allows access to the 12-volt battery (14) and the inverter (15) that allows the direct current to be transformed into alternating current. This cover of (13) allows additionally have access to the battery terminals and charge them when required.
  • FIG. 7 shows the pressure (17), fluid temperature (18) and room temperature (19) controllers, these controllers show in real time the information acquired by the temperature (8) and pressure (7) sensors. Additionally these signals go directly to the laptop, which is connected through a USB connection (24). Later on, a switch (23) with three positions, "OFF” is observed, which disconnects the portable equipment for hydrostatic testing of any power source (either 12 volt DC battery or 1 10 volt AC external power supply), its installation allows to select the type of energy that will be supplied to the equipment, depending on its availability at the hydrostatic test site. There is a socket (22) “female” that allows the portable equipment for hydrostatic testing to power other equipment with 1 10 volts alternating current, regardless of whether it is being powered by battery or external power, it always has power availability at this point.
  • a socket (22) “female” that allows the portable equipment for hydrostatic testing to power other equipment with 1 10 volts alternating current, regardless of whether it is being powered by battery or external power, it always has power availability at this point.
  • Figure 8 shows the connection (25) of the communication cable that allows interaction between sensors and equipment. Said cable allows to have up to 50 meters distance which allows to be away from high pressure sources.
  • a multipolar connector (26) that is connected to the communication cable (6) (male) and that connects directly to the portable equipment for hydrostatic tests.
  • connection (27) that goes in solidarity with the equipment and allows its fast and safe connection for the development of hydrostatic tests.
  • figure 9 is a connector that is installed in the external connection of the equipment (27) and that simulates by means of an internal resistance configuration, predefined values that are displayed in the pressure and temperature controllers (17 and 18).
  • the portable equipment for hydrostatic testing to be used, the end of the pressure (7) and fluid temperature sensors (8) must be connected to the pressure vessel to be subjected to hydrostatic testing.
  • a planning and design of the pressure variables is carried out according to the applicable API (American Petroleum Institute) or ASME (American Society of Mechanical Engineers) regulations, where the test pressures and pressurization and depressurization rats.
  • the pressure (17), fluid temperature (18) and room temperature (19) controllers reflect in real time during the test the visualization of these variables and additionally take these signals to the software to be archived and plotted later. All values are reflected in the software in real-time graphs (1 00% auditable) and additionally said software generates files in Excel that allow traceability and registrability of the test, guaranteeing the compatibility of the information in magnetic media.

Abstract

Equipo portátil para la adquisición de datos en tiempo real en pruebas hidrostáticas para el sector industrial. Con autonomía de 12 horas para sitios donde no exista suministro continúo de energía eléctrica. Caracterizado por permitir adquirir hasta 10 mil datos de presión, temperatura de fluido y temperatura ambiente por cada segundo durante cada prueba hidrostática, de igual forma con precisión superior al 99% en la adquisición de variables físicas de temperatura y presión, lo cual permite la registrabilidad y trazabilidad de los datos durante la prueba.

Description

EQUIPO PORTÁTIL PARA LA ADQUISICIÓN DE DATOS EN TIEMPO REAL EN PRUEBAS HIDROSTÁTICAS PARA EL SECTOR INDUSTRIAL
OBJETIVO
El objetivo es proporcionar un equipo para la ejecución de pruebas hidrostáticas usando tecnología de punta, dichas pruebas son de alto riesgo para las personas debido a las altas presiones a las que se opera. El equipo que creamos le permite al usuario realizar la prueba a una distancia superior a 10 metros de distancia que asegure la integridad de las personas y que adicionalmente suministra una a precisión que es superior a la adquirida con la técnica convencional.
SECTOR TECNOLÓGICO Esta invención está relacionada con el campo de ingeniería electrónica para adquirir los datos y señales de sensores, los cuales miden variables de un fluido y también involucra a la mecánica de fluidos, en conceptos como presión hidrostática y sensibilidad térmica de los fluidos compresibles y no compresibles. ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
A la fecha se utilizan cartas polares que trazan gráficamente la presión de prueba hidrostática y unas balanzas de peso muerto, esta técnica es vulnerable de manipulación por ser un método análogo y expone a la alta presión a los operadores de estos equipos. Dicha tecnología es de hace más de 30 años y dado que se debe conectar directamente a la presión del fluido, se torna una práctica peligrosa para la salud e integridad de las personas que se encuentren cerca de la prueba hidrostática. El uso de esta tecnología ha ocasionado heridas e incluso muertes registradas por este tipo de pruebas. El entregable final de la prueba es una carta polar con un trazado que impide generar trazabilidad de la información, no permite detallar la rata de presurización ni despresurización de
i los equipos, las cuales son etapas críticas para asegurar la integridad del recipiente a presión sometido a prueba hidrostática.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El desarrollo de este equipo portátil para aplicación de pruebas hidrostáticas, creamos, diseñamos y ejecutamos la construcción de este equipo para satisfacer una necesidad de seguridad industrial para las personas. Reclamamos el hecho que en la industria Oil&Gas principalmente y en ninguna otra industria, nadie ha creado un equipo portátil que pueda ser usado para realizar pruebas hidrostáticas integrando transductores de presión de alta precisión, sensores de temperatura, controladores de dichos sensores y adicionalmente que el equipo cuente con una autonomía de 12 horas para escenarios donde no se cuente con suministro de energía eléctrica. No obstante, el equipo tiene una interface que permite ver los resultados en un software que se opera en un computador portátil el cual se encuentra alojado al interior del equipo.
Hace más de 30 años las pruebas hidrostáticas se realizan en el sector industrial de la misma manera, causando incluso la muerte a muchas personas por la misma condición de operación de la tecnología convencional donde los individuos quedan expuestos a las altas presiones inherentes a este tipo de pruebas.
El diseño, ejecución, aplicación de esta técnica es 100% innovación Colombiana y reclamamos este derecho de autor para que pueda ser patentado ante una autoridad competente.
La propuesta de este nuevo equipo es usar la tecnología existente para garantizar primero que todo la integridad de las personas y en segunda instancia tener datos 100% auditables, registrables y que le permitan al usuario mejorar la confiabilidad de la información suministrada durante el desarrollo de la prueba hidrostática.
Bondades:
El equipo creado es portátil, tiene una autonomía de 12 horas para sitios donde no exista suministro continuo de energía eléctrica.
De acuerdo a la normatividad API 770 la técnica convencional depende de la interpretación que una persona realice, lo cual hace que la confiabilidad de la información sea de un 10%, mientras que con el equipo para pruebas hidrostáticas la confiabilidad de la información es superior al 99%.
La bondad más ponderable de este equipo es que la tecnología ayuda a que la mayor parte del desarrollo de la prueba (93%) el operario se encuentre alejado de las fuentes de peligro generadas por la alta presión del fluido.
Materiales Carcasa:
El equipo consta de un polímero resistente a golpes y que garantiza la hermeticidad y protección mecánica de los internos, donde están montados cada uno de los siguientes equipos:
• Controladores de variables físicas: Instrumentación electrónica alimentada por 1 10 voltios AC para controlar la presión de fluido, temperatura de fluido y temperatura ambiente.
• Batería de 12 voltios: brinda un respaldo y autonomía del equipo garantizado por 12 horas continuas. • Inversor: Convierte los 12 voltios de corriente continua a 1 10 voltios corriente alterna, que alimentan los controladores de las variables físicas.
Conexiones del equipo
Alimentación: El equipo se puede energizar externamente desde una fuente de 1 10 voltios o en su defecto se puede conectar a su propia batería. Externamente existe un interruptor que ubica cada una de estas opciones. USB: El equipo tiene una conexión USB que conecta el equipo con un computador portátil donde se grafican todas las señales que se miden desde el equipo para pruebas hidrostáticas. Esta interface permite tener información gráfica en tiempo real y mejorar la confiabilidad y trazabilidad de este tipo de pruebas
Punto de energización: El equipo de pruebas hidrostáticas tiene una conexión rápida de 1 10 voltios cuando se tiene disponibilidad de este tipo de suministro de energía. Internamente la batería tiene una conexión rápida para conectar el cargador de batería.
Conexión de cable de sensores: El equipo para pruebas hidrostáticas cuenta con una conexión externa donde se conecta un cable que trae las variables físicas durante la prueba, este cable entorchado puede tener hasta 50 metros de distancia del lugar de alta presión al equipo portátil.
Cable de comunicaciones: El cable de telecomunicaciones, conecta los sensores de presión y temperatura de fluido con el equipo para pruebas hidrostáticas, este cable es de 10 metros pero se pueden usar longitudes superiores a 50 metros sin presentarse problemas de interferencia en la señal. Software
El software usado es suministrado por el proveedor de los controladores de temperatura y presión.
Este equipo puede ser empleado en cualquier recipiente a presión que requiera una prueba hidrostática, del sector industrial en general. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Figura 1. Vista de plata, equipo cerrado.
Figura 2. Isométrico del equipo cerrado.
Figura 3. Vista frontal del equipo cerrado.
Figura 4. Vista lateral del equipo cerrado.
Figura 5. Esquema del equipo portátil para pruebas hidrostáticas con la tapa superior abierta.
Figura 6. Esquema de los compartimentos del equipo portátil (abierto) para pruebas hidrostáticas y sus respectivas funcionalidades.
Figura 7. Vista frontal del equipo portátil para pruebas hidrostáticas e identificación de su tapa inferior cuando el equipo se encuentra abierto.
Figura 8. Vista lateral del equipo portátil para pruebas hidrostáticas e identificación de sus conexiones externas.
Figura 9. Conector multipolar de prueba para verificación del correcto funcionamiento de los componentes internos del equipo portátil para pruebas hidrostáticas.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra la vista de planta del equipo, el cual esta externamente cubierto por un polímero resistente que protege los componentes internos. En la figura 2, tenemos la vista isométrica del equipo portátil para pruebas hidrostáticas, teniendo una (1 ) manija de soporte para cargar la maleta y (2) una manija extraíble para transportar la maleta deslizándola gracias al sistema de (3) ruedas con que cuenta esta.
La Figura 3 muestra el equipo cerrado, donde se aprecia desde diferente ángulo el sistema de ruedas que permite su transporte de manera más cómoda. Por otro lado en la figura 5 al abrir el equipo portátil para pruebas hidrostáticas se encuentran dos tapas en acrílico con información de la empresa y nombre de los equipos en impresión láser digital (4 y 5). Existen dos tapas en acrílico, en la tapa (4) se observa la parte superior que contiene información comercial y sirve para sostener el computador portátil que se encuentra detrás de ella. La tapa inferior, (5) contiene dispositivos de visualización y manipulación durante el desarrollo de la prueba hidrostática, estos equipos se detallarán más adelante en este documento. Seguido se muestra el cable (6) de comunicaciones que se conecta al equipo portátil y se conecta en sus extremos a los sensores de presión (7) y temperatura de fluido (8).
El sensor de temperatura ambiente (1 1 ) está soportado en un trípode (10) que le permite al sensor realizar una medición óptima de temperatura en el sitio donde se desarrolla la prueba hidrostática. Dicho sensor de temperatura ambiente está conectado internamente al equipo portátil a través de un cable (9).
En la figura 6 se observa la tapa de acrílico (4) que al ser retirada, permite ver en detalle el habitáculo del computador portátil (12). Seguido de esto se observa una tapa (13) que se encuentra pivotada en la tapa inferior y que permite el acceso a la batería de 12 voltios (14) y al inversor (15) que permite transformar la corriente continua en corriente alterna. Esta tapa de (13) permite adicionalmente tener acceso a los bornes de la batería y cargarlos cuando se requiera.
En la figura 7 se encuentran los controladores de presión (17), temperatura de fluido (18) y temperatura ambiente (19), estos controladores muestran en tiempo real la información adquirida por los sensores de temperatura (8) y presión (7). Adicionalmente estas señales van directamente al computador portátil, el cual se conecta a través de una conexión USB (24). Mas adelante se observa un interruptor (23) que tiene tres posiciones, "OFF" que desconecta el equipo portátil para pruebas hidrostáticas de cualquier fuente de energía (bien sea batería 12 voltios DC o alimentación externa 1 10 voltios AC), su instalación permite seleccionar el tipo de energía que se le suministrará al equipo, dependiendo de la disponibilidad de la misma en el sitio de la prueba hidrostática. Se observa un toma corriente (22) "hembra" que permite al equipo portátil para pruebas hidrostáticas alimentar otros equipos con 1 10 voltios corriente alterna, independientemente que se esté energizando por batería o energía externa, siempre tiene disponibilidad de alimentación en este punto.
Adicionalmente se encuentra un toma corriente (21 ) "macho" que le permite al equipo portátil para pruebas hidrostáticas conectarse a cualquier red de suministro de energía a 1 10 voltios, corriente alterna, cuando se tenga disponible por supuesto.
En la figura 8 se observa la conexión (25) del cable de comunicaciones que permite la interacción entre sensores y equipo. Dicho cable permite tener hasta 50 metros de distancia lo cual permite estar alejado de las fuentes de alta presión. Por otra parte se observa un conector multipolar (26) que va solidario al cable de comunicaciones (6) (macho) y que conecta directamente al equipo portátil para pruebas hidrostáticas. Finalmente muestra la conexión (27) que va solidaria al equipo y permite su conexionado rápido y seguro para el desarrollo de las pruebas hidrostáticas. Por último la figura 9, es un conector que se instala en la conexión externa del equipo (27) y que simula mediante una configuración interna de resistencias, unos valores predefinidos que se visualizan en los controladores de presión y temperatura (17 y 18). Lo anterior permite realizar una verificación antes de realizar la prueba hidrostática y garantizar la correcta funcionalidad de la instrumentación interna que compone el equipo portátil para pruebas hidrostáticas. El equipo portátil para pruebas hidrostáticas, para ser utilizado se debe conectar el extremo de los sensores de presión (7) y de temperatura de fluido (8) al recipiente a presión que va a ser sometido a prueba hidrostática. Previamente a la ejecución de la prueba hidrostática, se realiza una planeación y diseño de las variables de presión de acuerdo a la normatividad aplicable API (American Petroleum Institute) o ASME (American Society of Mechanical Engineers), donde se define las presiones de prueba y ratas de presurización y despresurización. Los controladores de presión (17), temperatura de fluido (18) y temperatura ambiente (19) reflejan en tiempo real durante la prueba la visualizacion de estas variables y adicionalmente llevan estas señales al sottware para ser archivadas y graficadas posteriormente. Todos los valores se ven reflejados en el software en gráficas en tiempo real (1 00% auditable) y adicionalmente dicho software genera archivos en Excel que permiten la trazabilidad y registrabilidad de la prueba, garantizando la compatibilidad de la información en medio magnético.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Equipo portátil para la ejecución de pruebas hidrostáticas caracterizado por estar compuesto de un cuerpo principal (figura 1 ), el cual va conectado a través de un conector multipolar (27) al cable de comunicaciones (6). Internamente está compuesto por un acrílico (5) que sirve de soporte a toda la instrumentación del equipo, un acrílico pivotado (13) que permite el acceso a los equipos internos y un acrílico (4) que asegura el habitáculo donde se encuentra el computador portátil (12). Adicionalmente se realizó una configuración de resistencias dentro de un conector multipolar (figura 9) que sirve como "tester".
2. Equipo portátil para la ejecución de pruebas hidrostáticas, según reivindicación 1 según caracterizado por estar conectado a través de un cable de comunicaciones (6), a un sensor de temperatura (8) y un transductor de presión (7) los cuales se instalan directamente en el recipiente a presión, el cual va ser sometido a prueba hidrostática a través de una rosca NPT de ½ pulgada y ¼ pulgada respectivamente.
3. Equipo portátil para la ejecución de pruebas hidrostáticas, según reivindicación 1 caracterizado porque posee una tapa pivotada (13) que permite tener acceso directo a la batería (14) y al inversor (15), con fines de mantenibilidad. La batería (14) tiene una autonomía de 12 horas de acuerdo a las cargas eléctricas de cada uno de los elementos del equipo incluyendo el computador portátil.
4. Equipo portátil para la ejecución de pruebas hidrostáticas, según reivindicación 1 caracterizado por permitir una ubicación entre 10 metros y hasta 100 metros de distancia de la zona de alta presión, gracias a que el equipo se comunica a través de un cable (6) de comunicaciones con la fuente de alta presión.
5. Equipo portátil para la ejecución de pruebas hidrostáticas, según reivindicación 3 caracterizado por permitir la adquisición y visualización de variables digitales a través de los controladores del equipo (17, 18 y 19), los cuales están empotrados en la tapa anterior del equipo (5), para posteriormente llevarlas a un software que permite su diagramación en tiempo real y el almacenamiento de datos en archivos Excel.
6. Equipo portátil para la ejecución de pruebas hidrostáticas, según reivindicación 4 caracterizado por permitir adquirir, visualizar y almacenar hasta 10 mil datos por cada segundo durante cada prueba hidrostática, de las variables físicas de presión (7) y temperatura de fluido (8) los cuales son sensores de precisión superior al 99% y se encuentran comunicados con el equipo portátil para pruebas hidrostáticas a través del cable (6). El sensor de temperatura ambiente (1 1 ), el cual esta comunicado con el equipo a través del cable (9) también permite adquirir, visualizar y almacenar las variables al igual que los otros dos sensores.
7. Equipo portátil para la ejecución de pruebas hidrostáticas, según reivindicación 1 caracterizado por tener ruedas (3), manijas de sujeción (1 ) y manija extraíble (2) que facilitan su movilidad.
8. Equipo portátil para le ejecución de pruebas hidrostáticas, según reivindicación 1 caracterizado por contar con un conector de prueba multipolar (figura 9), que simula a través de una configuración de resistencias las variables de presión y temperatura. Lo anterior permite verificar el correcto funcionamiento del equipo portátil antes de iniciar cualquier prueba.
9. Equipo portátil para le ejecución de pruebas hidrostáticas, según reivindicación 1 caracterizado por contar con la disponibilidad de conectar rápidamente cualquier cable de comunicaciones al equipo (27).
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