WO2020061664A1 - Reparo de tubulações e os processos de fixação em operação e soldagem definitiva do mesmo - Google Patents

Reparo de tubulações e os processos de fixação em operação e soldagem definitiva do mesmo Download PDF

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WO2020061664A1
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pipe
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split ring
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Do Rosário FABIO CORREIA
De Oliveira TATYANA SORIANO
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Endserv Inspeção De Equipamentos E Materiais Ltda Me
Petróleo Brasileiro S.A. – Petrobras
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Definitions

  • the invention relates to the device for plugging leaks and / or reinforcing the piping by means of a split glove with a compressed seal against the external surface of the piping.
  • the use of a chain clamp will allow the fixation in operation and prepare adequately for welding, which can occur in operation, depending on the fluid transported in the pipeline.
  • the device of the present invention is used in the repair of pipes, especially in the vicinity of connections or fittings, to remedy the damage caused by the appearance of pits and / or cracks, which result in leakage of the fluid conducted in the pipe, and / or to recover the mechanical strength of the tube, which is usually reduced by corrosion, erosion or accidental deformation. Recovering the mechanical strength of the tube will prevent downtime or reduce the flow in transport, and consequently avoid the economic and environmental damage resulting from the leak.
  • the basic technique applicable in the condition of the pipeline out of operation, consists of welding the parts of the split glove, also called gutters, forming a second layer in the damaged region.
  • the technique starts to incorporate a compression unit, which allows the gutters to remain united, so that the definitive welding is carried out with the pipe out of operation, or when the material transported in the pipe allow the welding programmed in operation to occur.
  • the split ring (1) will be completely welded to the tube, especially in the regions close to the connections, however it is necessary that the split ring be initially fixed by the compression unit (9) for conformation and definitive geometry of the ring to the tube, normalization fluid transportation and so that welding can be planned for the right time.
  • the compression unit (9) was designed with windows (10) that allow longitudinal welding (16), at the location (15) of the parts of the split ring (1), with the compression unit (9 ) installed and compressing the split ring (1) on the pipe or connection.
  • the regions close to the connections commonly present different roughness from the tube, due to welds between the connections and the tube, or between tubes.
  • the split ring (1) of the present invention is designed with a seal accommodation channel (8) preventing future corrosion by gap. In addition to providing tightness right after application.
  • An advantage obtained by the constructive characteristics of the split ring (1) and by the method of welding the split ring (1) to the tube, proposed in the present invention, is the possibility of choosing the seal material (8) with a view to the best accommodation from the split ring (1) to the tube, without the seal (8) being damaged by the temperature increase of the welding process.
  • a second advantage arises from the fact that the thicknesses of the split ring (1), especially in the fitting region (15) of the parts of the ring, have been calculated so that damage caused by oxidation of the ring materials does not occur and of the pipe or connection due to the heating effect inherent to the welding process. And because the fit shape (15) of the ring parts, for overlapping the ring parts in the splice region, eliminate the need for installation of joint gasket, also known as back, so that the weld of the splice does not penetrate and form a longitudinal weld between the split ring and the pipe.
  • a third advantage comes from its total width, which fits well with curves, reductions and flanges.
  • the gloves also known as double gutters, available in the state of the art have larger dimensions.
  • Figure 1 is a representation of the detail of the fitting region (15) of the parts of the split ring (1).
  • Figure 2 is a perspective representation of the detail of one end of a part of the split ring (1).
  • Figure 3 is a perspective view of the compression unit (9).
  • Figure 4 is a perspective representation of compressed (14) or welded (13) split rings in the tube and connection regions.
  • Figure 5 is a perspective representation of the detail of the welding region (15) of the parts of the split ring (1).
  • Figure 6 is a perspective representation of the details of longitudinal (16) and circumferential (17) welding of the split ring (1).
  • the present invention discloses the repair of pipes and the processes of fixation in operation and definitive welding of the repair comprising a split ring (1) with total thickness corresponding to the sum of the thickness of the seal accommodation channel (2) (8 ), the thickness equivalent to the joint gasket, called the thickness of the back (3), and the thickness for welding (4), and the thickness for welding (4) must be greater than or equal to the thickness of the pipe to be repaired, as shown in figure 1.
  • Figure 1 also shows the two possible ways of machining or casting the ends of the parts of the split ring (1), so that the extension (19) with the thickness for welding (4) can be at both ends of a single part as in the left side ring, or at one end of the two parts as in the right side ring.
  • the total width (5) of the split ring (1) corresponds to the sum of the width of the channel (6) and the two lateral widths (7) for heat dissipation of the welding, with the minimum total width of 20 millimeters, it will allow the formation inside the split ring (1) of the channel for adaptation of the seal (8), as shown in figure 2.
  • the thickness of the back (3), channel width and the side widths (7) for heat dissipation of the welding will be calculated according to the seal (8) chosen and the thermal input of the welding process, being expected that thickness of the back (3) is at least the thickness of the tube and the lateral widths (7) for heat dissipation of the welding are at least equal to the thickness of the tube.
  • the initial fixation of the repair is done without the use of welding, that is, using a compression unit (9) that will fix the parts of the split ring to the surface of the pipe or connection allowing the welding to be carried out in a timely manner.
  • Figure 3 reveals the compression unit (9) of the present invention with two hollow rectangular parts, forming windows (10) prepared to allow the welding area of the parts of the split ring (1) to be accessible for welding with the unit pressing on the split ring (1) to keep it fixed to the pipe or connection.
  • Figure 3 shows that the compression is made by a connector as a single screw (11) that will bring the chains (12) closer to the compression unit (9), with the aid of guide pins (20) so that the compression force exerted by the screw (11) is only in the direction of tightening, preventing the screw (11) from being damaged.
  • the seal (8) must be chosen because of its ability to properly conform the irregularities of the pipe surface, being chosen among composites, polymers, gaskets. Being an example, but not limiting the Graphite Gasket.
  • Figure 4 illustrates the situation where the split rings can be definitively welded (13) and start to incorporate the piping or be provisionally fixed (14) by using the compression unit (9).
  • Figure 5 shows in detail the fitting region (15) of the parts of the split ring (1) in a welded condition, through the windows (10), before the compression unit (9) is removed.

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Abstract

A presente invenção refere se ao reparo de tubulações que compreende um anel bipartido fixado inicialmente por uma unidade de compressão que permite a execução da soldagem longitudinal para fixar definitivamente o anel bipartido, através de janelas, antes que a unidade de compressão seja retirada. O anel bipartido será soldado completamente ao tubo, em especial nas regiões próximas as conexões, porém é necessário que o anel bipartido seja fixado inicialmente pela unidade de compressão para conformação e geometria definitiva do anel ao tubo, normalização do transporte de fluidos e para que a soldagem possa ser planejada para o momento oportuno.

Description

“REPARO DE TUBULAÇÕES E OS PROCESSOS DE FIXAÇÃO EM OPERAÇÃO E SOLDAGEM DEFINITIVA DO MESMO”
Campo Técnico
[001 ] A invenção refere-se ao dispositivo para tampar vazamento e/ou reforçar a tubulação por meio de luva bipartida com vedante comprimido contra a superfície externa da tubulação. O uso de abraçadeira de corrente permitirá a fixação em operação e prepara de forma adequada para a solda, que pode ocorrer em operação, dependendo do fluido transportado na tubulação.
Descrição do Estado da Técnica
[002] O dispositivo da presente invenção é utilizado no reparo de tubulações, em especial na proximidade de conexões ou fittings, para sanar os danos causados pelo surgimento de pits e/ou trincas, que resultam em vazamento do fluido conduzido na tubulação, e/ou para recuperar a resistência mecânica do tubo, que normalmente é reduzida por corrosão, erosão ou deformação acidental. Recuperar a resistência mecânica do tubo evitará paralisação ou redução do fluxo no transporte, e por consequência evitará os prejuízos económicos e ambientais decorrente do vazamento.
[003] Variadas técnicas para corrigir o vazamento ou recuperar a resistência mecânica dos tubos estão disponíveis e podem ser escolhidas em função do ambiente, do material da tubulação e das restrições de tempo e espaço para efetuar o reparo. Porem para entendimento do estado da técnica, serão relatadas apenas as técnicas cuja forma de reparo envolvem os elementos e processos de fixação característicos da presente invenção.
[004] A técnica básica, aplicável na condição da tubulação fora de operação, consiste em soldar as partes da luva bipartida, também denominadas de calhas, formando uma segunda camada na região avariada.
[005] Como a paralisação da operação representa custo, a técnica passa a incorporar uma unidade de compressão, que permite que as calhas se mantenham unidas, para que a soldagem definitiva seja realizada com a tubulação fora de operação, ou quando o material transportado na tubulação permitir que ocorra a soldagem programada em operação. Os documentos US7066210B2, BR 10 2013 024532-1 e US9982829B2 depositados respectivamente em 15/07/2003, 25/09/2013 e 17/03/2016, ilustram vários aperfeiçoamentos na estrutura das calhas e na unidade de compressão.
[006] Os documentos US7066210B2 e US9982829B2 revelam o uso de material de preenchimento ou adesivo entre o tubo e as calhas.
[007] Em relação à proposta técnica da presente invenção os documentos acima, mesmo que revelando técnicas eficientes na solução de vazamentos ou recuperação da resistência mecânica do tubo, não são indicados para proximidade das conexões devido às dimensões envolvidas. Ocorre também que a técnica da presente invenção permite a escolha do material do vedante mais eficiente na estanqueidade e com propriedades que não se deformam mesmo após a soldagem.
[008] Os documentos do estado da técnica não descrevem o preenchimento de solda entre a tubulação e calhas, de forma que as calhas fiquem completamente soldadas ao tubo ou conexão. Alem disto, notasse nos documentos que a soldagem entre as calhas deve ocorrer antes da retirada da unidade de compressão, mas a soldagem só é possível porque os cumprimentos das calhas são maiores que a largura da corrente, ou do conjunto de correntes, da unidade de compressão que abraçam as calhas.
Solução Técnica
[009] As soluções técnicas da presente invenção estão nas características construtivas da luva bipartida que permitem que o mesmo seja instalado próximo as conexões e nas janelas criadas na unidade de compressão que permitirá a execução da solda de união das partes das calhas conforme normas PCC2 - “Repair of pressure equipment and piping” e API 1104 “Standard for Welding Pipelines and Related Facilities”.
[010] As características construtivas, isto é, a largura, espessura, a forma de sobreposição das partes das calhas, e o espaço interno para acomodação do vedante, associados à forma de soldagem das calhas permitirá a escolha do material vedante que seja quimicamente compatível com o material do tubo evitando corrosão por pilha ou fresta.
Efeitos Vantajosos
[011 ] Os aspectos vantajosos da presente invenção em relação aos reparos que utilizam a técnica de compressão de luvas bipartidas sobre a superfície com vazamento ou que necessitem de reforço da resistência mecânica é revelado por suas características construtivas, onde a relação do diâmetro e largura da luva bipartida faz com que a luva bipartida seja identificada como um anel bipartido (1 ).
[012] O anel bipartido (1 ) será soldado completamente ao tubo, em especial nas regiões próximas as conexões, porem é necessário que o anel bipartido seja fixado inicialmente pela unidade compressão (9) para conformação e geometria definitiva do anel ao tubo, normalização do transporte de fluidos e para que a soldagem possa ser planejada para o momento oportuno. Para atender o solicitado pelas normas, que solicita que a primeira solda seja longitudinal, é necessário que o início da soldagem do reparo seja pela região de encaixe (15) das partes do anel bipartido, portanto antes da retirada da unidade de compressão (9). Na presente invenção, a unidade de compressão (9) foi projetada com janelas (10) que permitem a soldagem longitudinal (16), no local de encaixe (15) das partes do anel bipartido (1 ), com a unidade de compressão (9) instalada e exercendo a compressão do anel bipartido (1 ) sobre o tubo ou conexão.
[013] As regiões próximas às conexões apresentam comumente rugosidade diferente do tubo, devido a soldas entre as conexões e o tubo, ou entre tubos. Para sanar o vazamento nestas regiões, é necessário que o contato do anel com a tubulação seja por meio de vedante para melhor acomodação da superfície do anel à tubulação. O anel bipartido (1 ) da presente invenção é projetado com um canal de acomodação do vedante (8) evitando uma futura corrosão por fresta. Além de proporcionar a estanqueidade logo após aplicação. [014] Uma vantagem obtida pelas características construtivas do anel bipartido (1 ) e pelo método de soldagem do anel bipartido (1 ) ao tubo, propostos na presente invenção, é a possibilidade de escolha do material do vedante (8) prezando pela melhor acomodação do anel bipartido (1 ) ao tubo, sem que o vedante (8) se danifique pelo aumento de temperatura próprio do processo de soldagem.
[015] Uma segunda vantagem decorre do fato de que as espessuras do anel bipartido (1 ), em especial na região de encaixe (15) das partes do anel, foram calculadas para que não ocorram os danos causados pela oxidação dos materiais do anel e do tubo ou conexão pelo efeito do aquecimento inerente ao processo de soldagem. E pelo fato do formato de encaixe (15) das partes do anel, para sobreposição das partes do anel na região de emenda, eliminar a necessidade de instalação de mata junta, também conhecida como back, para que a solda da emenda não penetre e forme uma solda longitudinal entre o anel bipartido e a tubulação.
[016] Uma terceira vantagem decorre de sua largura total, que se adequa bem junto as curvas, reduções e flanges. As luvas, também conhecidas como duplas calhas, disponíveis no estado da técnica possuem dimensões maiores.
[017] As melhorias introduzidas no reparo de tubulações e os processos de fixação em operação e soldagem definitiva do reparo serão melhor entendidas e esclarecidas com ajuda da descrição detalhada e das figuras apresentadas neste relatório descritivo.
Breve Descrição das Figuras
[018] A figura 1 é uma representação do detalhe da região de encaixe (15) das partes do anel bipartido (1 ).
[019] A figura 2 é uma representação em perspectiva do detalhe de uma das extremidades de uma parte do anel bipartido (1 ).
[020] A figura 3 é uma representação em perspectiva da unidade de compressão (9). [021 ] A Figura 4 é uma representação em perspectiva de anéis bipartidos comprimidos (14) ou soldados (13) nas regiões do tubo e das conexões.
[022] A figura 5 é uma representação em perspectiva do detalhe da região de soldagem (15) das partes do anel bipartido (1 ).
[023] A figura 6 é uma representação em perspectiva dos detalhes de soldagem longitudinal (16) e circunferencial (17) do anel bipartido (1 ).
Descrição Detalhada
[024] A presente invenção revela o reparo de tubulações e os processos de fixação em operação e soldagem definitiva do reparo que compreende um anel bipartido (1 ) com espessura total correspondendo a soma da espessura do canal (2) de acomodação do vedante (8), da espessura que equivale ao mata junta, denominada espessura do back (3), e da espessura para soldagem (4), sendo que a espessura para soldagem (4) deve ser maior ou igual a espessura da tubulação a ser reparada, como mostrado na figura 1.
[025] A figura 1 também apresenta as duas possíveis formas de usinagem ou fundição das extremidades das partes do anel bipartido (1 ), de forma que o prolongamento (19) com a espessura para soldagem (4) pode estar nas duas extremidades de uma única parte como no anel do lado esquerdo, ou em uma das extremidades das duas partes como no anel do lado direito.
[026] A largura total (5) do anel bipartido (1 ) corresponde a soma da largura do canal (6) e das duas larguras laterais (7) para dissipação de calor da soldagem, sendo que a largura total mínima de 20 milímetros, permitirá a formação no interior do anel bipartido (1 ) do canal para adaptação do vedante (8), como mostrado na figura 2.
[027] A espessura do back (3), largura do canal e as larguras laterais (7) para dissipação de calor da soldagem serão calculadas em função do vedante (8) escolhido e do aporte térmico do processo de solda, sendo esperado que espessura do back (3) seja no mínimo a espessura do tubo e as larguras laterais (7) para dissipação de calor da soldagem sejam no mínimo igual a espessura do tubo. [028] A fixação inicial do reparo é feita sem uso de soldagem, isto é, usando uma unidade de compressão (9) que fixará as partes do anel bipartido à superfície do tubo ou conexão permitindo que a solda seja realizada em momento oportuno.
[029] A figura 3 revela a unidade de compressão (9) da presente invenção com duas peças retangulares vazadas, formando janelas (10) preparadas para permitir que a área de soldagem das partes do anel bipartido (1 ) fiquem acessíveis à soldagem com a unidade exercendo a compressão sobre o anel bipartido (1 ) para mantê-lo fixo ao tubo ou conexão. A figura 3 mostra que a compressão é feita por um conector como um único parafuso (11 ) que aproximará as correntes (12) da unidade de compressão (9), com o auxílio de pinos guias (20) para que a força de compressão exercida pelo parafuso (11 ) seja apenas na direção do aperto, evitando que o parafuso (11 ) se danifique.
[030] A compressão do anel bipartido (1 ) sobre o tubo ou conexão cessará o vazamento pelo contato do vedante (8) com a superfície do tubo ou conexão e o conjunto anel bipartido (1 ) e unidade de compressão (9) atuarão como reforço da resistência mecânica da tubulação no local do dano, evitando a propagação de trincas ou corrosão por fresta e o rompimento da tubulação.
[031 ] O vedante (8) deve ser escolhido pela sua capacidade de se conformar adequadamente as irregularidades da superfície da tubulação, sendo escolhido entre compósitos, polímeros, gaxetas. Sendo exemplo, mas não limitando a Gaxeta Grafitada.
[032] A figura 4 ilustra a situação onde os anéis bipartidos podem ser definitivamente soldados (13) e passam a incorporar a tubulação ou ser fixado provisoriamente (14) pelo uso da unidade de compressão (9).
[033] A figura 5 mostra em detalhe a região de encaixe (15) das partes do anel bipartido (1 ) em condição de preenchimento com solda, através das janelas (10), antes de ser retirada a unidade de compressão (9).
[034] Uma vez unida às partes do anel bipartido (1 ), realizando a soldagem longitudinal (16), a solda ao longo da circunferência do tubo ou conexão poderá ser feita. A soldagem circunferencial (17) pode ser iniciada com a unidade de compressão (9), que deve ser retirada somente para a conclusão da soldagem circunferencial (17) na região das peças retangulares vazadas (18), como mostrado na figura 5.
[035] A solda com controle de aporte de calor faz com que as temperaturas no processo de solda não se elevem a patamares capazes de danificar o vedante e a tubulação já fragilizada.
[036] A presente invenção foi descrita em termos de suas características entendidas como mais expressivas, entretanto, certas variações e modificações se tornarão aparentes para um técnico no assunto a partir da presente descrição e tais variações e modificações não são de forma alguma limitativas e estão incluídas no escopo da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Reparo de tubulações por meio de compressão de luvas bipartidas com vedante contra a superfície externa da tubulação caracterizado por compreender um anel bipartido (1 ) com espessura total correspondendo a soma da espessura do canal (2) de acomodação do vedante (8), da espessura do back (3) e da espessura para soldagem (4) e com largura total (5) correspondendo a soma da largura do canal (6) e das duas larguras laterais (7), fixados inicialmente a tubulação por meio da unidade de compressão (9) composta de duas peças retangulares vazadas, formando janelas (10), interligadas por correntes (12), e conector como um único parafuso (11 ) e pinos guias (20).
2. Reparo de tubulações conforme reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que em uma das extremidades das duas partes do anel bipartido, ou nas duas extremidades de uma única parte do anel bipartido, ser usinado ou fundido o prolongamento (19) com espessura para soldagem (4).
3. Reparo de tubulações conforme reivindicações 1 e 2 caracterizado pelo fato de que a espessura para soldagem (4), as larguras laterais (7) e a espessura do back (3) devem ser maior ou igual a espessura da tubulação a ser reparada.
4. Reparo de tubulações conforme reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que a largura total (5) mínima necessária para formar o canal de acomodação do vedante (8) ser de 20 milímetros.
5. Processos de fixação em operação do reparo de tubulações caracterizado pelo fato de que a região de encaixe (15) das partes do anel bipartido (1 ) ficam acessíveis a soldagem com a unidade de compressão (9) exercendo a compressão sobre o anel bipartido (1 ) para mantê-lo fixo ao tubo ou conexão.
6. Processos de fixação em operação conforme reivindicação 5 caracterizado pelo fato de que a compressão do anel bipartido (1 ) sobre o tubo ou conexão cessará o vazamento pelo contato do vedante (8) com a superfície do tubo ou conexão.
7. Processos de fixação em operação conforme reivindicação 6 caracterizado pelo fato de que o vedante (8) ser escolhido entre compósitos, polímeros, gaxetas ou gaxeta grafitada.
8. Processos de soldagem definitiva do reparo de tubulações caracterizado por realizar a soldagem antes da retirada da unidade de compressão (1 ), realizando a soldagem longitudinal (16) através das janelas (10) e iniciando a soldagem circunferencial (17) fora da região das peças retangulares vazadas (18).
9. Processos de soldagem definitiva do reparo de tubulações conforme reivindicação 8 caracterizado por finalizar a soldagem circunferencial (17) na região das peças retangulares vazadas (18).
10. Processos de soldagem definitiva do reparo de tubulações conforme reivindicações 8 e 9 caracterizado por utilizar soldagem com controle de aporte de calor.
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