WO2020102873A1 - Caixa de junção para conectar dois tramos de umbilicais - Google Patents

Caixa de junção para conectar dois tramos de umbilicais

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WO2020102873A1
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umbilical
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hydraulic
hoses
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Henri FIORENZA DE LIMA
Roberto LOSCHIAVO
Luis Fernando ALVES FERREIRA
Gustavo GERALDO PAPPEN
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    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/01—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells specially adapted for obtaining from underwater installations
    • E21B43/013—Connecting a production flow line to an underwater well head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L25/00—Construction or details of pipe joints not provided for in, or of interest apart from, groups F16L13/00 - F16L23/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16L1/26—Repairing or joining pipes on or under water
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L39/00—Joints or fittings for double-walled or multi-channel pipes or pipe assemblies
    • F16L39/02—Joints or fittings for double-walled or multi-channel pipes or pipe assemblies for hoses

Definitions

  • the present invention is related to pipeline and riser technologies. More particularly, the present invention relates to a junction box for subsea umbilicals.
  • the umbilicals depending on the type, the number of hydraulic functions, and the distance from the wells they serve, can be composed of one or more sections and it is precisely when it has two or more of these segments that the invention has its application justified.
  • the vanishing point can be any one between the HPU (Hydraulic Power Unit) or "TUTU Plate” (considering that a leak on the surface can be easily identified and isolated), present on the production platform, and the submarine valve actuator to which it is aligned, passing through various components, between steel tubings, connectors, thermoplastic hoses, directional valves, sealing systems, etc.
  • Another problem that can occur in an umbilical hose is blockage due to clogging caused by a variety of reasons, among them, the accumulation of residue from the internal housing of chemical injection hoses, the very chemical reaction between incompatible products and the formation of hydrate in the hydraulic control hoses, motivated by the migration of gas from the well production.
  • hoses that act on low pressure valves typically 210 bar
  • hoses that act on high pressure valves typically 345 bar
  • chemical injection hoses typically 345 bar
  • the first two types work with the same fluid
  • the third type can have different fluids, but they are usually compatible with each other. It is therefore essential that there are at least two independent circuits: one for the hydraulic fluid (typically 9 3/8 inch hoses) and another for the other chemicals (typically 3 1 ⁇ 2 inch hoses).
  • hoses can also be grouped two by two, three to three or other combinations in independent circuits.
  • junction box (as illustrated by figure 1), inside which the hoses of both branches are connected to each other, ensuring an aligned circuit for pressurization and opening the desired underwater valve.
  • the current junction boxes do not allow the isolation of each umbilical branch in order to carry out tests so that it is possible to define the problem that affects the branch in question, as will be evident from the state of the art documents listed below. follow.
  • This junction box could also be adopted in the connection between the umbilical and the Vertical Connection Module (MCV), which connects the umbilical to the Christmas tree, maximizing the benefits of the proposed technology, also allowing to bypass hoses that have failed in this last section.
  • MCV Vertical Connection Module
  • US5265980A discloses a junction box unit for an underwater structure in an offshore oil field that has first and second junction plates joined by shaft connector, with low risk of damage to the installation and preventing particulate ingress .
  • the junction box assembly in this document has a first junction box with a plurality of control connections, a second junction box with a second plurality of control connections, and a connector that extends usually in the center of the first junction box to engage a receptacle in the second junction box.
  • EP2886921 B1 discloses a connection system, to facilitate the underwater connection of a first submarine umbilical to a second submarine umbilical, which has an actuator unit to move the termination box and the final section of a submarine umbilical axially to in front of the connection unit.
  • US200801 10633A1 discloses a method of operating a landing cable for use in offshore wells that involves establishing control of the pipe hanger and establishing control of completion of the set of lower orifices. According to this document, the method involves carrying out hydraulic controls from a floating platform, using an umbilical control system for a junction plate operatively connected to an underwater production Christmas tree. However, no details about the junction plate are provided in this document.
  • WO2016167742A1 discloses a riser Christmas tree control adapter, which comprises a adapter control connector that provides communication between the umbilical control connection and the duct.
  • the adapter has a Christmas tree control adapter with an adapter housing, an orientation port, an orientation pin, an internal connection interface and a control umbilical junction plate control.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art described above in a practical and efficient way.
  • the objective of the present invention is to provide a junction box that allows the isolation of each umbilical branch to be carried out tests so that it is possible to define what is the problem that affects the branch in question.
  • the present invention provides a junction box for connecting two umbilical sections, comprising a plurality of main pipes adapted to individually connect a plurality of hydraulic hoses from a first umbilical section to a plurality of hydraulic hoses of a second umbilical section, in which the junction box also comprises an auxiliary pipe network hydraulically connecting all the main pipes.
  • Figure 1 illustrates a junction box as known in the current state of the art.
  • Figure 2 illustrates a schematic view of the proposed junction box configuration of the present invention.
  • Figure 3 illustrates a schematic view of an alternative configuration of the junction box proposed for the present invention.
  • Figure 4 illustrates a schematic view of a directional valve, which may or may not be used, together with the hydraulic circuit of the junction box of the present invention (figure 2) or with the alternative configuration (figure 3).
  • figure 1 illustrates a junction box as known in the current state of the art.
  • the junction box comprises hoses that are directly interconnected to subsequent branch hoses.
  • the invention deals with the sophistication of this equipment, with the use of tubing systems and valves that allow the isolation of each section inside a junction box and the performance of tests to limit the problem.
  • FIG. 2 illustrates a schematic view of the proposed junction box configuration of the present invention. More broadly, the junction box of the present invention comprises a plurality of main pipes 2 (steel tubings) adapted to individually connect a plurality of hydraulic hoses 1 from a first umbilical section to a plurality of hydraulic hoses 1 of a second umbilical section, in which the junction box further comprises an auxiliary pipe network 3 hydraulically connecting all the main pipes 2.
  • main pipes 2 steerel tubings
  • the auxiliary piping network 3 can comprise an auxiliary valve 31 for each main piping element 2, wherein each auxiliary valve 31 is adapted to control the hydraulic flow of each auxiliary piping element 2.
  • Figure 3 illustrates a schematic view of an alternative configuration of the junction box of the present invention.
  • each main piping element comprises at least one valve 21 adapted to control the flow from each hydraulic line 1 of at least one of the spans.
  • each main piping element 2 can comprise only one valve 21 to control the flow of hydraulic lines 1 from only one of the umbilical sections.
  • each main piping element 2 can comprise two valves 21 to control the flow of hydraulic lines 1 of both umbilical sections. This second configuration allows the testing of the hoses independently and not just one of them independent of the second, bringing greater flexibility and assertiveness to the tests mentioned, both for leakage and for blockages due to clogging.
  • a control system and valves 21, 31 are provided that allows the diversion of flow between non-subsequent hydraulic lines 1.
  • the described junction box allows the flow from a hydraulic line to an umbilical section to be diverted to a non-subsequent hydraulic line to the next umbilical section, through the mesh. tubing described.
  • All valves 21 and 31 must be accessible to act via divers or ROV, including providing redundancies depending on the position to be adopted by the junction box after its launch.
  • a pressurizing valve 4 can be adopted hydraulically connected to the piping mesh of the junction box, in which the pressurizing valve can be chosen from a ball valve and a check valve. This valve must be accessible by divers or ROV for their control.
  • Figure 4 illustrates a schematic view of a directional valve that can optionally be used in conjunction with the junction box of the present invention. In this configuration, it is observed that it is possible to divert the flow from an umbilical hydraulic hose to a non-subsequent hydraulic line of a second umbilical.
  • Another possibility brought about by the implantation of the invention is the possibility of carrying out different alignments that can solve problems in a simplified way, without the need to change the defective section, with the simple alteration of the configuration and the circuit covered by the hydraulic fluid.
  • the present invention makes it possible to identify whether the umbilical itself is the source of the problem, and in which branch the leak is located, allowing a more effective treatment of the problem, avoiding the need to exchange the entire stretch, positively impacting the costs of naval resources, traditionally very expensive in this type of situation.

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Abstract

A presente invenção está relacionada a caixas de junção para umbilicais. Nesse cenário, a presente invenção provê uma caixa de junção para conectar dois tramos de umbilicais, compreendendo uma pluralidade de tubulações principais (2) adaptadas para conectar individualmente uma pluralidade de mangueiras hidráulicas (1) de um primeiro tramo de umbilical a uma pluralidade de mangueiras (1) hidráulicas de um segundo tramo de umbilical, em que a caixa de junção compreende ainda uma rede de tubulação auxiliar (3) conectando hidraulicamente todas as tubulações principais (2).

Description

“CAIXA DE JUNÇÃO PARA CONECTAR DOIS TRAMOS DE UMBILICAIS”
CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção está relacionada a tecnologias de dutos e risers. Mais particularmente, a presente invenção está relacionada a uma caixa de junção para umbilicais submarinos.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[0002] Problemas recorrentes de falhas em mangueiras hidráulicas de umbilicais em operação são causa de perdas de produção importante em poços produtores de petróleo ou gás. Estas falhas podem ser decorrentes de problemas de projeto, fabricação, instalação e operação, além de acidentes causados por terceiros.
[0003] De um modo geral, estas falhas são de difícil detecção, ou então difícil determinação do exato ponto em que se localizam, de forma que possam ser tratadas de forma otimizada, com a troca de um número reduzido de tramos, diminuindo impactos no que se refere ao tempo necessário, recursos navais e materiais utilizados.
[0004] Os umbilicais, a depender do tipo, do número de funções hidráulicas, e da distância dos poços aos quais atendem, podem ser compostos por um ou mais tramos e é justamente quando possui dois ou mais destes segmentos que a invenção tem sua aplicação justificada.
[0005] Quando alguma função hidráulica é perdida (vazamento com ou sem capacidade de manutenção da pressão), o ponto de fuga pode ser qualquer um entre a HPU (Unidade de Potência Hidráulica) ou " TUTU Plate" (considerando que um vazamento na superfície pode ser facilmente identificado e isolado), presentes na plataforma de produção, e o atuador da válvula submarina à qual está alinhada, passando por vários componentes, entre tubings de aço, conectores, mangueiras termoplásticas, válvulas direcionais, sistemas de vedação, etc.
[0006] Como os poços, via de regra, se encontram localizados desde algumas centenas de metros até algumas dezenas de quilómetros da unidade, é muito comum que, em algum ponto, haja fuga através das mangueiras termoplásticas. Também em função do comprimento de cada tramo, que pode chegar a algo entre três e quatro quilómetros, a dificuldade de achar o ponto exato do vazamento é bastante frequente. Os umbilicais possuem funções reserva, mas precisam ser trocados quando o número de falhas atinge um nível crítico, sendo, geralmente, substituídos em sua totalidade.
[0007] Assim, com a identificação do tramo exato em que o umbilical apresenta o vazamento, ou mesmo permitindo a identificação de que o problema não está no umbilical, é possível que se otimize o tratamento da situação, evitando uma troca total do umbilical ou outras operações desnecessárias.
[0008] Outro problema que pode ocorrer em uma mangueira de umbilical é o bloqueio pelo entupimento causado por uma variedade de motivos, entre eles, o acúmulo de resíduo oriundo da carcaça interna de mangueiras de injeção química, a própria reação química entre produtos incompatíveis e a formação de hidrato nas mangueiras de controle hidráulico, motivada pela migração de gás da produção do poço.
[0009] Existem três tipos distintos de mangueiras em um umbilical, a saber: mangueiras que atuam em válvulas a baixa pressão (tipicamente 210 bar), mangueiras que atuam em válvulas de alta pressão (tipicamente 345 bar) e mangueiras de injeção química. Os dois primeiros tipos trabalham com o mesmo fluido e o terceiro tipo pode contar com distintos fluidos, mas que, normalmente, são compatíveis entre si. É, portanto, fundamental que haja pelo menos dois circuitos independentes: um para o fluido hidráulico (tipicamente 9 mangueiras de 3/8 polegada) e outro para os demais produtos químicos (tipicamente 3 mangueiras de ½ polegada).
[00010] Em função da conveniência as mangueiras também podem ser agrupadas duas a duas, três a três ou outras combinações em circuitos independentes.
[0001 1] Entre um tramo e outro de umbilical, existe um elemento conhecido com caixa de junção (como ilustrado pela figura 1 ), no interior do qual as mangueiras de ambos os tramos são conectadas entre si, garantindo um circuito alinhado para a pressurização e abertura da válvula submarina desejada. No entanto, as atuais caixas de junção não possibilitam o isolamento de cada tramo de umbilical para se realizar testes para que seja possível definir qual é o problema que atinge o tramo em questão, como ficará evidente a partir dos documentos do estado da técnica listados a seguir.
[00012] Esta caixa de junção poderia, também, ser adotada na conexão entre o umbilical e o Módulo de Conexão Vertical (MCV), que conecta o umbilical à árvore de natal, maximizando os benefícios da tecnologia proposta, permitindo contornar, também, mangueiras que tenham falhado neste último tramo.
[00013] O documento US5265980A revela uma unidade de caixa de junção para uma estrutura submarina em um campo de petróleo offshore que tem primeira e segunda placas de junção unidas por conector de eixo, com baixo risco de danos na instalação e prevenção de entrada de partículas. O conjunto de caixa de junção deste documento tem uma primeira caixa de junção com uma pluralidade de ligações de controle, uma segunda caixa de junção com uma segunda pluralidade de ligações de controle, e um conector que se estende geralmente no centro da primeira caixa de junção para engatar em um receptáculo da segunda caixa de junção.
[00014] O documento US8746346B2 revela uma configuração elétrica e hidráulica em uma árvore de natal submarina que facilita o uso de um sistema de controle de ROV ( Remotely Operated Vehiclé) para operar a árvore durante instalações de poço, intervenções e workovers. Também é revisto um SCM ( Subsea Control Module) na árvore está em comunicação com uma caixa de junção fixa que recebe um umbilical de produção durante a operação normal. A caixa de junção descrita é configurada para se conectar ao ROV e, assim, estabelecer comunicação com as linhas hidráulicas do SCM.
[00015] O documento EP2886921 B1 revela um sistema de conexão, para facilitar a conexão submarina de um primeiro umbilical submarino a um segundo umbilical submarino, que tem uma unidade atuadora para deslocar a caixa de terminação e a seção final de um umbilical submarino axialmente para frente em relação à unidade de conexão.
[00016] O documento US200801 10633A1 revela um método de operação de cabo de aterragem para uso em poços offshore que envolve o estabelecimento do controle do suspensor de tubulação e o estabelecimento do controle da completação do conjunto de orifícios inferiores. Segundo este documento, o método envolve a realização de controles hidráulicos a partir de uma plataforma flutuante, através de um sistema de controle umbilical para uma placa de junção operativamente conectada a uma árvore de natal de produção submarina. No entanto, nenhum detalhe sobre a placa de junção é fornecido neste documento.
[00017] O documento WO2016167742A1 revela um adaptador de controle de uma árvore de natal de riser, que compreende um conector de controle de adaptador que provê comunicação entre a conexão de controle de umbilical e o duto. Segundo tal documento, o adaptador possui um adaptador de controles de árvore de natal com um alojamento de adaptador, uma porta de orientação, um pino de orientação, uma interface de conexão interna e um controle de placa de junção de umbilical de controle.
[00018] Como será mais bem detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução dos problemas do estado da técnica acima descritos de forma prática e eficiente.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[00019] O objetivo da presente invenção é o de prover uma caixa de junção que possibilite o isolamento de cada tramo de umbilical para se realizar testes para que seja possível definir qual é o problema que atinge o tramo em questão.
[00020] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê uma caixa de junção para conectar dois tramos de umbilicais, compreendendo uma pluralidade de tubulações principais adaptadas para conectar individualmente uma pluralidade de mangueiras hidráulicas de um primeiro tramo de umbilical a uma pluralidade de mangueiras hidráulicas de um segundo tramo de umbilical, em que a caixa de junção compreende ainda uma rede de tubulação auxiliar conectando hidraulicamente todas as tubulações principais.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[00021] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.
[00022] A figura 1 ilustra uma caixa de junção como conhecida no atual estado da técnica. [00023] A figura 2 ilustra uma vista esquemática da configuração proposta da caixa de junção da presente invenção.
[00024] A figura 3 ilustra uma vista esquemática de uma configuração alternativa da caixa de junção proposta para a presente invenção.
[00025] A figura 4 ilustra uma vista esquemática de uma válvula direcional, que pode ser ou não utilizada, em conjunto com o circuito hidráulico da caixa de junção da presente invenção (figura 2) ou com a configuração alternativa (figura 3).
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[00026] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.
[00027] Como pontuado anteriormente neste relatório, a figura 1 ilustra uma caixa de junção como conhecida no atual estado da técnica. Nessa configuração tradicional a caixa de junção compreende mangueiras interligadas de forma direta a mangueiras de tramos subsequentes.
[00028] A invenção trata de uma sofisticação deste equipamento, com o uso de sistemas de tubings e válvulas que permitem o isolamento de cada trecho no interior de uma caixa de junção e a realização de testes para delimitar o problema.
[00029] A figura 2 ilustra uma vista esquemática da configuração proposta da caixa de junção da presente invenção. De uma maneira mais ampla, a caixa de junção da presente invenção compreende uma pluralidade de tubulações principais 2 (tubings de aço) adaptadas para conectar individualmente uma pluralidade de mangueiras hidráulicas 1 de um primeiro tramo de umbilical a uma pluralidade de mangueiras hidráulicas 1 de um segundo tramo de umbilical, em que a caixa de junção compreende ainda uma rede de tubulação auxiliar 3 conectando hidraulicamente todas as tubulações principais 2.
[00030] Opcionalmente, a rede de tubulação auxiliar 3 pode compreender uma válvula auxiliar 31 para cada elemento de tubulação principal 2, em que cada válvula auxiliar 31 é adaptada para controlar o fluxo hidráulico de cada elemento de tubulação auxiliar 2.
[00031] A figura 3 ilustra uma vista esquemática de uma configuração alternativa da caixa de junção da presente invenção.
[00032] Em adição, opcionalmente, cada elemento de tubulação principal compreende pelo menos uma válvula 21 adaptada para controlar o fluxo proveniente de cada linha hidráulica 1 de pelo menos um dos tramos.
[00033] Conforme ilustrado na figura 2, cada elemento de tubulação principal 2 pode compreender apenas uma válvula 21 para controlar o fluxo das linhas hidráulicas 1 de apenas um dos tramos de umbilical. Já na configuração apresentada pela figura 3, cada elemento de tubulação principal 2 pode compreender duas válvulas 21 para controlar o fluxo das linhas hidráulicas 1 de ambos os tramos de umbilical. Esta segunda configuração permite o teste das mangueiras de forma independente e não apenas uma delas independente da segunda, trazendo maior flexibilidade e assertividade para os testes citados, tanto para vazamento quanto para bloqueios por entupimento.
[00034] Assim, é previsto um sistema de controle e válvulas 21 ,31 que possibilita o desvio do fluxo de entre linhas hidráulicas 1 não subsequentes. Em outras palavras, a caixa de junção descrita possibilita que o fluxo proveniente de uma linha hidráulica de um tramo de umbilical, seja desviado para uma linha hidráulica não subsequente do tramo de umbilical seguinte, através da malha de tubulação descrita.
[00035] Todas as válvulas 21 e 31 devem ser acessíveis para atuação via mergulhadores ou ROV, inclusive prevendo redundâncias em função da posição a ser adotada pela caixa de junção após seu lançamento.
[00036] Opcionalmente, pode ser adotada uma válvula de pressurização 4 conectada hidraulicamente à malha de tubulações da caixa de junção, em que a válvula de pressurização pode ser escolhida dentre válvula esfera e válvula check. Essa válvula deve ser acessível por mergulhadores ou ROV para seu controle.
[00037] A figura 4 ilustra uma vista esquemática de uma válvula direcional que pode ser utilizada opcionalmente em conjunto com a caixa de junção da presente invenção. Nessa configuração, observa- se que é possível desviar o fluxo proveniente de uma mangueira hidráulica de um umbilical, para uma linha hidráulica não subsequente de um segundo umbilical.
[00038] Outros arranjos de válvulas direcionais podem ser utilizados, possibilitando combinações de alinhamentos, trazendo flexibilidade operacional, independente das mangueiras que venham a falhar, sem a necessidade de alteração do projeto de uma capa de árvore de natal, por exemplo.
[00039] Outra possibilidade trazida pela implantação da invenção é a possibilidade de realizar alinhamentos diversos que podem resolver, de forma simplificada, problemas, sem a necessidade de troca do tramo defeituoso, com a simples alteração da configuração e do circuito percorrido pelo fluido hidráulico.
[00040] Assim, a presente invenção possibilita identificar se o próprio umbilical é a fonte do problema, e em qual tramo o vazamento se localiza, permitindo um tratamento mais eficaz do problema, evitando-se a necessidade de troca de todo o trecho, impactando positivamente nos custos com recursos navais, tradicionalmente muito dispendiosos nesse tipo de situação.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Caixa de junção para conectar dois tramos de umbilicais, caracterizado por compreender uma pluralidade de tubulações principais (2) adaptadas para conectar individualmente uma pluralidade de mangueiras hidráulicas (1 ) de um primeiro tramo de umbilical a uma pluralidade de mangueiras hidráulicas (1 ) de um segundo tramo de umbilical, em que a caixa de junção compreende ainda uma rede de tubulação auxiliar (3) conectando hidraulicamente todas as tubulações principais (2).
2. Caixa de junção, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a rede de tubulação auxiliar (3) compreender uma válvula auxiliar (31 ) para cada elemento de tubulação principal (2), em que cada válvula auxiliar (31 ) é adaptada para controlar o fluxo hidráulico de cada elemento de tubulação auxiliar (3).
3. Caixa de junção, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por cada elemento de tubulação principal (2) compreender pelo menos uma válvula (21 ) adaptada para controlar o fluxo proveniente de cada linha hidráulica (1 ) de pelo menos um dos tramos.
4. Caixa de junção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender uma válvula de pressurização (4) conectada hidraulicamente à malha de tubulações da caixa de junção (3), em que a válvula de pressurização (4) é escolhida dentre válvula esfera e válvula check.
5. Caixa de junção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender uma válvula direcional (5) interligando os tramos 1 e 2, com capacidade de desviar (by pass) o fluxo do tramo 2 ou inverter o fluxo de um dos tramos.
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