WO2023049975A1 - Equipamento para inspeção interna de integridade de dutos por meio de memória magnética de metal - Google Patents
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- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
- F17D5/00—Protection or supervision of installations
Definitions
- the present invention finds its technical field among the equipment that travels through the interior of pipelines (Pig) carrying instrumentation designed to detect, locate and measure anomalies through a non-destructive test known as Metal Magnetic Memory (MMM).
- MMM Metal Magnetic Memory
- ducts and tubes can be presented in small diameters, multidiameters, tubes or ducts with thick walls, flexible metallic ducts, not to mention the scenario that can be in a dry place or more than 2000 meters at the bottom of the sea, environment naturally inaccessible to man without underwater robot equipment.
- the instrumented pigs so called, move inside the ducts driven by the pumped fluid itself and performing some type of measurement, for example, a corrosion index on the duct wall.
- the detection method it can be by means of ultrasound, geometry, profiling, temperature, laser beam, inertial and magnetic such as MFL (“Magnetic Flux Leakage”).
- - Document US 5,454, 276-A describes a pipeline inspection pig that includes a drive mechanism, a first field generator and a first sensor section connected to the drive mechanism and are thereby driven helically through the pipeline in a direction of rotation in the clockwise.
- a second field generator and a second sensor section are also connected to the drive mechanism and are thereby driven helically through the pipeline in a counter-clockwise direction.
- a data recorder is operatively connected to the first sensor section and the second sensor section to record field interruption data from which a pipeline anomaly graph can be generated as a grid of intersection of signal paths provided by the first and second helical sensors.
- the pig comprises a central mandrel; two support members affixed to the center mandrel; two pairs of diametrically opposed radial sensors emitting a signal proportional to the distance between the inner wall of the tube and the center line of the pig through the radial sensor; an orientation sensor measuring the rotational orientation of the pig in relation to the gravity vector and generating data indicating the same; a processor receiving the signals from the radial sensors and the orientation sensor and storing the data in them indicating the distance between the inner wall and the axial centerline of the pig; and a power supply supplying power to the rotational sensors and the processor.
- the gross diameters measured by the respective pairs of radial sensors at any point for which data are available are calculated from the distances measured by the radial sensors. Each raw diameter is corrected for skew and then orthogonally corrected using distance measurements from the radial sensors.
- WO 98/43062 A1 describes an inspection tool or pig for traveling through a pipeline comprising a first conveyor connected by a universal joint to a second conveyor which can support an inertial measurement unit, a data logging system , and odometer wheels.
- the first carrier may be a magnetic flux casting tool carrier including a rubber cup and a conical tip.
- a magnetic circuit for pipeline inspection can be constructed by separating magnets or poles along a given length and attaching them to the pipeline wall by means of flexible steel brushes and completed by a support bar. Arrays of magnetic sensors are repeated radially around the conveyor to provide complete circumferential coverage.
- WO 2005/106451 A1 describes an instrumented pig and its method of operation to determine the characteristics of a ferromagnetic pipeline through which it passes, including a pig body, first and second circumferential, coaxial, spaced, polarity magnets opposite poles supported on the pig body and providing substantially complete magnetic saturation of an area of piping between the magnets, first instruments arranged between the magnets to generate signals that respond to flux leakage, providing the first information as to anomalies on the internal surfaces and/or outside the pipeline, second instruments supported by the body of the pig arranged between the magnets and to generate signals that are responsive to eddy currents induced on the inner surface of the pipeline, providing second information regarding anomalies on the inner surface of the pipeline, signal processing circuitry combining the first and second signals and wherein the second instruments are energized only in response to signals generated by the signal processing circuit.
- WO 2008/002202 A1 refers to the inspection of magnetic failures in steel pipelines through the study of magnetic leakage fields with the aid of probing devices movable inside a tube.
- the inventive magnetic system comprises a row of elements of the magnetic system which are placed concentrically along the circumference of the body which the failure is to be detected.
- each element comprises a pole shoe, a magnetic field source and a magnetic conductor which is made of at least one coil of flexible magnetic tape and is fixed by the lateral surfaces thereof between said shoes and the magnetic field source and the center axis of the coil is oriented perpendicular to the direction of travel of the flaw detector.
- the device comprises at least two three-component magnetic field induction sensors positioned at different height levels in relation to a pipe, a first amplifier, a second amplifier, an analogue-to-digital converter (ADC), a device for determining the difference between field induction values along the X, Y and Z axes, a controller, a memory unit, an information display device, a unit for determining the magnitude and direction of a complete measured magnetic field induction vector by the first three-component sensor, a unit for determining the magnitude and direction of a total magnetic field induction vector measured by the second three-component sensor, and a unit for determining the difference and angle between the total field induction vectors measured by the first three-component sensor and the second three-component sensor.
- ADC analogue-to-digital converter
- This invention makes it possible to establish a complete picture of magnetic field fluctuations, including their magnitude and shape.
- - Document CN1948961 A discloses a magnetic variables measurement and metal magnetic memory detection method for cracking of ferromagnetic material. It uses magnetic voltage concentration indicator to detect the object, processes noise removal and Fourier transform to triple channel metal magnetic memory detection signal to gain its amplitude and phase value, confirms the position of the tricts according to the sudden phase shift, removes the Delta amplitude value difference between the maximum and minimum, the largest difference delta Hp between the three amplitude values for the same sampling point in three channels, then the delta rate Hp / delta Lx of the two adjacent sampling points Hp, the difference between the absolute value and the distance, provides the quantification data of cracks in ferromagnetic material according to the three values.
- EP3 842 796 A1 discloses a method for detecting and locating defect concentration and mechanical stress in constructions with ferromagnetic metals. The method is based on the use of two synchronized rotating disks containing at least 4 magnetic field intensity sensors, and at least one sensor capable of detecting the Earth's magnetic field, and a source generating an electromagnetic field at a given frequency, chosen in accordance with according to the dimensions of the pipe inspected at the end of the pipe. Field anomalies are detected and associated with the defect or structural stress
- pipelines For inspection of pipelines, more particularly pipelines in places that are inaccessible or aggressive to humans, pipelines have characteristics that make the use of conventional external inspection techniques more difficult. There is a need for equipment that can perform the inspection of pipelines in a non-destructive way and that provides an accurate picture of present or potential anomalies, in a safe and reliable way and in high definition that is not performed by any of the techniques so far. used.
- the present invention presents equipment for detecting anomalies in metal pipelines based on the Magnetic Metal Memory, having the ability to provide high resolution measurements in pipelines accessible or inaccessible to humans.
- the invention dispenses with the use of internal or external magnetic sources as well as rotating or mobile devices on the tool, thus reducing the complexity of the tool and its operating costs.
- the purpose of the invention is an equipment that travels through the interior of ducts (Pig) carrying an instrumentation which is intended to detect and measure anomalies through a non-destructive test known as Magnetic Metal Memory (MMM) in high resolution.
- MMM Magnetic Metal Memory
- the equipment of the present invention presents three constructive variants according to the type of duct in which the non-destructive test is carried out.
- a first objective is achieved by means of a conventional rigid Pig with a metallic body, and, having at each end, a cup usually made of polyurethane fixed for coupling to the internal diameter of the duct and to be propelled along it by fluid pressure .
- An odometer composed of wheels in contact with the inner wall of the duct is also attached to the rear end of the second cup to record the position of the pig along the duct.
- a ring with a plurality of arms is fixed to the body in order to cover the entire internal diameter of the duct.
- magnetic MMM sensors are fixed, encapsulated in shoes resistant to abrasion due to direct contact with the internal wall of the duct, and they read in three axes to detect magnetic components present in the duct.
- a second objective is achieved from a flexible Pig that has a body in flexible material such as polyurethane, and at each end, a cup usually made of polyurethane fixed for coupling and capable of adapting to a heterogeneous range of internal diameters of the pipeline and be propelled along it by fluid pressure.
- a pressure capsule containing an electronics and power battery To the body, between the cups, is rigidly attached a pressure capsule containing an electronics and power battery.
- a disk is fixed to the body with a plurality of housings in order to cover the entire internal diameter of the duct and, in each housing, magnetic MMM sensors encapsulated in weatherproof shoes are fixed. abrasion by direct contact with the inner wall of the duct.
- These sensors read on three axes to detect magnetic components present in the duct and can have data processed for non-contact odometric positioning, connecting to the electronics through cables. There is still a provision for a support for fixing a mechanical, magnetic, optical, acoustic or other transducer to determine the odometric position of the tool.
- a third objective is achieved from a Pig with a body integrally molded in foam with dimensions to suit one or more diameters of a duct, it has a truncated cone front end structurally followed by a substantially cylindrical body , usually in polyurethane foam. At the rear end of the substantially cylindrical body and aligned to the longitudinal axis, a pressure capsule containing electronics, power battery and a positioning system without physical contact with the duct is rigidly fixed.
- a plurality of housings are molded in several helical distribution lines in order to cover the entire internal diameter of the duct and in each housing a magnetic sensor is coupled encapsulated in shoes resistant to abrasion by direct contact with the wall inside the duct and read on three axes to detect magnetic components present in the duct.
- the pressure capsule is designed to withstand the operating pressure of the pipeline.
- the electronics performs the functions of receiving, controlling, registering and storing the data generated by the sensors in a memory of any nature, for example solid state.
- the battery has a charge with specific autonomy for an inspection operation.
- the capsule is connected to a multiplexed system of MMM magnetic sensors through encapsulated cabling with pressure connectors and, in the case of the rigid pig, there is the connection related to the odometers.
- each sensor is performed in up to three axes, being one longitudinal (X), one tangential (Y) and one orthogonal (Z).
- the number of sensors per 2.54 cm (1 inch) of the internal circumference of the duct must be chosen in order to define the measurement resolution; at least 4 sensors characterize the detection of metallic flaws, structure heterogeneity and stress concentration zones as high resolution, by distinguishing defects smaller than 1/4 of an inch. The greater the number of sensors per inch, the higher the resolution.
- Figure 1 shows in side view a first embodiment for the equipment of the invention in the form of a rigid pig.
- Figure 2 shows in side view a second embodiment for the equipment of the invention in the form of a flexible pig.
- Figure 3 shows in side view a third embodiment for the equipment of the invention in the form of a foam pig.
- Figure 4 shows a block diagram in which you can identify the connections between the signal inputs for the multiplexed integrated system and its connection with the electronics module.
- MMMM Magnetic Metal Memory
- the MMM method unites the potential opportunities of non-destructive testing (NDT) and fracture mechanics and, by this union, presents a series of significant advantages over other methods of inspection of industrial objects.
- NDT non-destructive testing
- the application of the MMM method does not require special magnetization devices, as observed in other tests, since the phenomenon of self magnetization of equipment units and structures is used in the process of their operation.
- the MFL technique for example, requires the use of a magnetic head, which is dispensed with by applying the method in question, and which makes the tool more flexible and reduces costs.
- This diagnostic method allows to carry out an integral evaluation of the state of a unit considering the quality of the metal, the real operating conditions and its structural characteristics. Comprises inspection of the natural Self MFL (magnetic flux leakage) of ferromagnetic materials, in a weak external magnetic field (generally the earth's magnetic field), in voltage concentration zones and in metallic anomalies. Natural magnetization and changes caused by anomalies and stress concentrations are part of the magnetic memory method.
- Self MFL magnetic flux leakage
- Magneto-plasticity changes occur when there is a plastic deformation, known as Magneto-plasticity.
- the diagnostic method detects and measures internal and external defects and points of magnetic concentration.
- Current techniques such as Pig Toothpick, Pig DMR and Pig with “Eddy-Currents” sensors only detect and dimension internal defects.
- the MFL technique detects, without distinction, both internal and external defects.
- the stress concentration points that are determined during an inspection, even if they do not present immediate failures, are mapped and become the object of study and observation for future failures by equipment operators, and pipeline maintenance teams in general.
- the purpose of the invention is equipment to move around the interior of pipelines (Pig) that carries instrumentation, which is intended to detect and measure structural anomalies and stress concentration zones in pipelines of metallic material, whether rigid or flexible, on land and in the depths of the sea (“offshore”) by means of non-destructive testing of Magnetic Metal Memory (MMM) in high resolution, as well as an odometric positioning system.
- Pipes Pipelines
- MMM Magnetic Metal Memory
- the equipment of the present invention presents three constructive variants according to the type of pipeline in which the non-destructive test is carried out.
- the first embodiment which can be accompanied with the aid of Figure 1, is a rigid pig (PR), more appropriate for ducts with constant diameter and light curvatures, has a cylindrical body (1), rigid and metallic at the to which a first polyurethane cup (C1) and a second polyurethane cup (C2) are attached to each of its ends, sized for a given duct diameter (D) for centralization and to promote the generation of pressure differential necessary to move the pig along the pipeline by means of the pumped fluid itself, and comprises:
- a pressure capsule (2) which can be chosen between: being machined in the body (1) and being rigidly fixed to the body (1);
- an electronics module (3) installed inside the pressure capsule (2), consisting of a solid state memory, intended to collect and store data and records;
- crown (5) firmly attached to the body (1) between the polyurethane cups (C1) and (C2), has a plurality of arms (51) radially expandable and with a size capable of touching the inner wall of the duct (D );
- a plurality of MMM magnetic sensors (6) where the number of sensors (6) depends on the diameter of the duct (D), can comprise at least 4 sensors per approximately 2.54 cm (1 inch) of internal circumference of the internal diameter of the duct (D), each sensor (6) or group of sensors is fixed at the end of each arm (51) of the crown (5), is encapsulated in a shoe resistant to abrasion caused by the internal wall of the duct (D) with the which makes contact, reads the three axes X,Y,Z referring to the detection of the components of the SMFL Normal and Tangential field of the duct (D) and transmits the reading data to the electronics module
- a contact odometer (7) is formed by two diametrically opposed sets fixed at the end of the body (1) behind the cup (C2) where each set comprises a rod (71) with a wheel (72) at the outer end, with tensioning elastic, by spring (73) or similar device to maintain contact with the inner walls of the duct (D); is electronically connected to the electronics module (3) and electrically to the battery module (4), serves to record the displacement of the rigid pig (PR) along the duct (D) and the position of an anomaly detected by the sensors (6) MMM magnets.
- the second embodiment which can be accompanied with the aid of Figure 2, is a flexible pig (PF), more appropriate for multidiameter type ducts or that present more pronounced curvatures, formed by a single cylindrical body (1) in polyurethane which has at each end a first disk (D1) and a second disk (D2) being a structural part of the body (1), they serve for centralization and generation of pressure differential necessary to move the flexible pig (PF) through through the pumped fluid itself, and comprises:
- first pressure capsule (21) and a second pressure capsule (22) are hollowed out and formed into the single cylindrical body (1);
- an electronics module (3) installed inside the first pressure capsule (21), consisting of a solid state memory intended to collect and store data and positional registration;
- a battery module (4) installed inside the first pressure capsule (21) and electrically connected to the electronics module (3) is intended to supply electrical energy to the entire system;
- an intermediate disk (D3) which is a structural part of the body (1), located between the first and second disks (D1 and D2), structurally has an external cylindrical extension (D31) on its periphery capable of touching the inner wall of the duct (D) and on the surface of which there are a plurality of molded housings (A);
- a plurality of MMM magnetic sensors (6) where the number of sensors (6) depends on the diameter of the duct (D), can comprise at least 4 sensors per approximately 2.54 cm (1 inch) of the internal circumference of the internal diameter of the duct (D), each sensor (6) or group of sensors is fixed in each of the molded housings (A) in the external cylindrical extension (D31) of the intermediate disk (D3), each sensor (6) or group of sensors is encapsulated in a shoe resistant to abrasion caused by the inner wall of the duct (D) with which it makes contact, reads three axes X, Y, Z referring to the detection of field components SMFL Normal and Tangential from the duct (D) and transmits the reading data to the electronics module (3) through encapsulated cabling (CE) with pressure connectors (CP) (not shown);
- CE encapsulated cabling
- CP pressure connectors
- a non-contact odometer system (8) is installed inside the second pressure capsule (22); it is electronically connected to the electronics module (3), electrically to the battery module (4) and serves to record the displacement of the flexible pig (PF) along the duct (D) and can be chosen between being an electromagnetic, optical, acoustic and others.
- the third embodiment which can be accompanied with the aid of Figure 3, is a foam pig (PE), suitable for any type of duct, is formed by a single cylindrical body (1) in polyurethane, presents a first end (E1) shaped substantially like a truncated cone, the single body (1) has a diameter equal to the internal diameter of the duct and comes into contact with the latter along its entire length and has a second end (E2) in straight shape for generating the pressure differential necessary to move the foam pig (PE) through the pumped fluid itself, and comprises:
- an electronics module (3) installed inside the pressure capsule (2), consisting of a solid state memory is intended to collect and store data and positional record;
- a battery module (4) installed inside the pressure capsule (2) and electrically connected to the electronics module (3) is intended to supply electrical energy to the entire system;
- a plurality of molded housings (A) on the outer surface of the single body (1) are formed along a plurality of helical lines from the first end (E1) to the second end (E2) of the single body (1);
- a plurality of MMM magnetic sensors (6) where the number of sensors (6) depends on the diameter of the duct (D), can comprise at least 4 sensors per approximately 2.54 cm (1 inch) of internal circumference of the internal diameter of the duct (D), each sensor (6) or set of sensors is fixed in each of the molded housings (A), is encapsulated in a shoe resistant to abrasion caused by the internal wall of the duct (D) with which it makes contact, performs the reading of three axes X,Y,Z referring to the detection of the components of the SMFL Normal and Tangential field of the duct (D) and transmits the reading data to the electronics module (3) through encapsulated cabling (CE) with pressure connectors (CP) (not shown);
- CE encapsulated cabling
- CP pressure connectors
- a non-contact odometer system (8) is installed inside the pressure capsule (2); is electronically connected to the electronics module (3) and electrically to the battery module (4), serves to record the displacement of the foam pig (PE) along the duct (D) and can be chosen between being an electromagnetic, optical, acoustic and others.
- the electronics module (3) receives the data collected by the plurality of sensors (6) and by the systems: contact odometer (7) and contactless odometer system (8), through an integrated multiplexed system (MUX ) and the scheme can be followed with the aid of Figure 4.
- MUX integrated multiplexed system
- the density of MMM magnetic sensors (6) in the amount of at least four per 2.54 cm (1 inch) of the inner circumference of the duct (D) each taking a reading in three axes provides that the detection sweep of present and potential anomalies such as points of magnetization by concentration of voltages is of high definition and allows detecting and dimensioning much smaller anomalies.
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Abstract
É descrito um equipamento para se deslocar pelo interior de dutos (Pig) que embarca uma instrumentação, que basicamente compreende: um módulo de eletrónica (3), um módulo de bateria (4), sensores (6) magnéticos MMM e um sistema odométrico (7,8) a qual é destinada a detectar e mensurar anomalias estruturais e zonas de concentração de tensão em dutos de material metálico, sejam rígidos, sejam flexíveis, em terra e em profundezas do mar (" offshore ") por intermédio de ensaio não destrutivo de Memória Magnética de Metal (MMM).
Description
EQUIPAMENTO PARA INSPEÇÃO INTERNA DE INTEGRIDADE DE DUTOS POR MEIO DE MEMÓRIA MAGNÉTICA DE METAL
CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção encontra seu campo técnico dentre os equipamentos que viajam pelo interior de dutos (Pig) portando uma instrumentação destinada a detectar, localizar e mensurar anomalias por intermédio de ensaio não destrutivo conhecido como Memória Magnética de Metal (MMM).
FUNDAMENTOS E TÉCNICA RELACIONADA
[0002] Todas as indústrias, desde a mais leve até a mais pesada, que necessitam efetuar ensaios não destrutivos para inspecionar suas instalações se utilizam de dutos e tubos, em terra e/ou no fundo do mar (“offshore”).
[0003] Esses dutos e tubos podem se apresentar em diâmetros pequenos, multidiâmetros, tubos ou dutos com paredes grossas, dutos metálicos flexíveis, sem contar o cenário que pode ser em um local seco ou a mais de 2000 metros no fundo do mar, ambiente naturalmente inacessível ao homem sem um equipamento robô submarino.
[0004] A partir daqui quaisquer referências a tubulações, tubos e meios tubulares, destinados a transportar um líquido ou um gás de um ponto a outro, desde que metálicos em sua estrutura serão mencionados genericamente pelo termo “dutos”, por mera simplificação.
[0005] Seja qual for o cenário é de primordial importância que a integridade desses dutos seja inspecionada para permitir a garantia de sua operação sem imprevistos ou acidentes.
[0006] Para que seja possível avaliar as condições dos dutos em geral, normalmente são empregados equipamentos que originalmente eram destinados a promover uma limpeza de resíduos depositados ao longo de sua superfície interna provocados pelo fluido transportado. Esses equipamentos são conhecidos na técnica pelo termo em inglês “Pig” e desta
forma será referenciado daqui por diante.
[0007] Com a evolução técnica, os pigs passaram a ter integrados em seu corpo uma eletrônica embarcada que alimenta, interpreta e guarda, várias informações colhidas por meio de sensores de vários tipos durante a sua passagem ao longo dos dutos, a respeito de características sobre a integridade destes.
[0008] Os pigs instrumentados, assim chamados, deslocam-se pelo interior dos dutos impulsionados pelo próprio fluido bombeado e realizando algum tipo de medição, por exemplo, um índice de corrosão na parede do duto. Quanto ao método de detecção pode ser por meio de ultrassom, de geometria, de perfilagem, de temperatura, raio laser, inercial e magnética como por exemplo, MFL (“Magnetic Flux Leakage”).
[0009] Vários são os exemplos encontrados na técnica sobre o uso de pigs instrumentados, empregando meio magnético para realizar inspeção:
- O documento US 4,649,343-A descreve um sistema de inspeção eletromagnética para detectar, in situ, a localização e o caráter de falhas em um tubo de pequeno orifício relativamente longo e de parede espessa de um trocador de calor, em que um campo magnético resultante é induzido na parede do tubo de direção e magnitude selecionadas pela adição vetorial dos campos magnéticos produzidos por dois geradores de campo magnético, pelo menos um dos quais é transportado por um scanner para atravessar o tubo e ter uma matriz de sensores montados em estreita proximidade com a parede do tubo, gerando um sinal único quando o scanner passa em uma falha no tubo.
- O documento US 5,454, 276-A descreve um pig de inspeção de tubulação que inclui um mecanismo de acionamento, um primeiro gerador de campo e uma primeira seção de sensor conectada ao mecanismo de acionamento e são conduzidos, desse modo, helicoidalmente através da tubulação em uma direção de rotação no
sentido horário. Um segundo gerador de campo e uma segunda seção de sensor também estão conectados ao mecanismo de acionamento e são conduzidos, desse modo, helicoidalmente através da tubulação no sentido anti-horário. Um gravador de dados é operativamente conectado à primeira seção do sensor e à segunda seção do sensor para registrar dados de interrupção de campo a partir dos quais um gráfico de anomalias na tubulação pode ser gerado como uma grade de intersecção de caminhos de sinal fornecidos pelos primeiro e segundo sensores helicoidais.
- O documento US 2011/095752-A1 se refere a um veículo de inspeção de tubulação que compreende um corpo principal, o qual é conduzido através de uma tubulação por fluxo de fluido contra copos resilientes. Extensões radiais resilientes carregam uma matriz circunferencial de sensores de proximidade magnética para detectar o espaçamento entre cada sensor e o metal da parede do oleoduto. As rodas inclinadas para engate com a parede da tubulação fornecem uma forma de medição de distância. O veículo possui armazenamento de dados a bordo por meio de uma memória alojada em um vaso de pressão.
- O documento WO 96/13699 A2 descreve um pig de inspeção instrumentado. O pig compreende um mandril central; dois membros de apoio afixados ao mandril central; dois pares de sensores radiais diametralmente opostos emitindo um sinal proporcional à distância entre a parede interna do tubo e a linha central do pig através do sensor radial; um sensor de orientação medindo a orientação de rotação do pig em relação ao vetor de gravidade e gerando dados indicando o mesmo; um processador recebendo os sinais dos sensores radiais e do sensor de orientação e armazenando os dados neles indicando a distância entre a parede interna e a linha central axial do pig; e uma fonte de alimentação fornecendo energia aos
sensores rotacionais e ao processador. Os diâmetros brutos medidos pelos respectivos pares de sensores radiais em qualquer ponto para o qual os dados estão disponíveis são calculados a partir das distâncias medidas pelos sensores radiais. Cada diâmetro bruto é corrigido para inclinação e, em seguida, corrigido ortogonalmente usando as medições de distância dos sensores radiais.
- O documento WO 98/43062 A1 descreve uma ferramenta de inspeção ou pig para viajar através de uma tubulação que compreende um primeiro transportador conectado por uma junta universal a um segundo transportador que pode suportar uma unidade de medição inercial, um sistema de registro de dados, e rodas do odômetro. O primeiro transportador pode ser um transportador de ferramenta de vazamento de fluxo magnético incluindo uma copo de borracha e uma ponta cônica. Um circuito magnético para inspeção de tubulação pode ser construído separando ímãs ou polos ao longo de um determinado comprimento e acoplando-os à parede da tubulação por meio de escovas de aço flexíveis e concluído por uma barra de apoio. Conjuntos de sensores magnéticos são repetidos radialmente em torno do transportador para fornecer cobertura circunferencial completa.
- O documento W02005/095943 A1 descreve um método e sistema para realizar medição em linha de tensões nas paredes de um oleoduto pelo método contínuo de Barkhausen, compreende um pig de inspeção incluindo ímãs permanentes ou eletroímãs por corrente contínua para gerar um campo magnético que se move com o pig de inspeção através de um oleoduto, sensores indutivos ou outros tipos de sensores de campo magnético para ler sinais de ruído Barkhausen gerados pelo campo magnético em movimento e instrumentação associada para amplificar, filtrar, detectar e armazenar os sinais de ruído Barkhausen. O tamanho dos sensores
pode ser selecionado para corresponder ao tamanho dos defeitos que estão sendo investigados. Ao comparar os dados de tendência ao longo do tempo para determinar as mudanças nos níveis de ruído de Barkhausen, uma maior sensibilidade de detecção pode ser alcançada. O método pode ser particularmente vantajoso para uso em pigs de inspeção que também usam vazamento de fluxo magnético para determinar defeitos de tubulação, uma vez que o método de vazamento de fluxo magnético também usa ímãs permanentes ou eletroímãs por corrente contínua.
- O documento WO 2005/106451 A1 descreve um pig instrumentado e método de operação do mesmo para determinar as características de uma tubulação ferromagnética através da qual ele passa, incluindo um corpo de pig, primeiro e segundo ímãs circunferenciais, coaxiais, espaçados, de polaridades opostas suportados no corpo de pig e fornecendo saturação magnética substancialmente completa de uma área da tubulação entre os ímãs, primeiros instrumentos dispostos entre os ímãs para gerar sinais que respondem ao vazamento de fluxo, fornecendo as primeiras informações quanto a anomalias nas superfícies internas e / ou externas da tubulação, segundos instrumentos suportados pelo corpo do pig dispostos entre os ímãs e para gerar sinais que são responsivos a correntes parasitas induzidas na superfície interna do oleoduto, fornecendo segunda informação quanto a anomalias na superfície interior do oleoduto, circuitos de processamento de sinal combinando o primeiro e segundo sinais e em que os segundos instrumentos são energizados apenas em resposta aos sinais gerado pelo circuito processador de sinal.
- O documento WO 2008/002202 A1 refere-se à inspeção de falhas magnéticas de dutos de aço por meio do estudo de campos de vazamento magnético com o auxílio de dispositivos de sondagem
deslocáveis dentro de um tubo. O inventivo sistema magnético compreende uma fileira de elementos do sistema magnético que são colocados concentricamente ao longo da circunferência do corpo que se quer detectar a falha. Em que cada elemento compreende uma sapata de polo, uma fonte de campo magnético e um condutor magnético que é feito de pelo menos uma bobina de fita magnética flexível e é fixado pelas superfícies laterais das mesmas entre as referidas sapatas e a fonte de campo magnético e o eixo central da bobina é orientada perpendicularmente à direção de deslocamento do detector de falha.
- O documento WO 2014/163536 A1 refere-se à tecnologia de medição e pode ser usada para diagnosticar a condição técnica de dutos de metal. O dispositivo compreende pelo menos dois sensores de indução de campo magnético de três componentes posicionados em diferentes níveis de altura em relação a uma tubulação, um primeiro amplificador, um segundo amplificador, um conversor analógico para digital (ADC), um dispositivo para determinar a diferença entre valores de indução de campo ao longo dos eixos X, Y e Z, um controlador, uma unidade de memória, um dispositivo de exibição de informações, uma unidade para determinar a magnitude e a direção de um vetor de indução completo de campo magnético medido pelo primeiro sensor de três componentes, uma unidade para determinar a magnitude e a direção de um vetor de indução total de campo magnético medido pelo segundo sensor de três componentes e uma unidade para determinar a diferença e o ângulo entre os vetores de indução total de campo magnético medidos pelo primeiro sensor de três componentes e pelo segundo sensor de três componentes. Esta invenção permite estabelecer uma imagem completa das flutuações do campo magnético, incluindo a magnitude e a forma das mesmas.
- O documento CN1948961 A divulga uma medição de variáveis magnéticas e método de detecção de memória magnética de metal para trinca de material ferromagnético. Ele usa o indicador magnético de concentração de tensão para detectar o objeto, processa a remoção de ruído e a transformação de Fourier para o sinal de detecção de memória magnética de metal de canal triplo para ganhar seu valor de amplitude e fase, confirma a posição da trinca de acordo com a mudança repentina de fase, remove a diferença de valor de amplitude Delta entre o máximo e o mínimo, a maior diferença delta Hp entre os três valores de amplitude para o mesmo ponto de amostragem em três canais, então a taxa delta Hp / delta Lx dos dois pontos de amostragem adjacentes Hp, a diferença entre o valor absoluto e a distância, fornece os dados de quantificação de trincas de material ferromagnético de acordo com os três valores.
- O documento EP3 842 796 A1 divulga um método de detecção e localização de concentração de defeitos e estresse mecânico em construções com metais ferromagnéticos. O método baseia-se no emprego de dois discos giratórios sincronizados contendo pelo menos 4 sensores de intensidade de campo magnético, e pelo menos um sensor capaz de detectar o campo magnético da Terra, e uma fonte geradora de campo eletromagnético numa dada frequência, escolhida de acordo com as dimensões do duto inspecionado na extremidade do duto. As anomalias do campo são detectadas e associadas ao defeito ou estresse estrutural
[0010] Os métodos e meios tradicionais de diagnóstico (inspeção ultrassónica, inspeção por partícula magnética, raio-X) como os exemplos acima, são funcionais, largamente empregados na indústria, no entanto detectam defeitos já desenvolvidos e não conseguem prevenir danos súbitos por fadiga dos equipamentos, principais motivos de falhas e de
manutenções de emergência ou mesmo de um desastre.
[0011] Como observado nos documentos WO2014/163536A1 , EP3842796A1 e CN1948961 A acima mencionados, um método de diagnóstico de equipamentos e estruturas baseado no uso de memória magnética de metal foi desenvolvido e implementado com sucesso na prática, embora com resolução ainda limitada. O método MMM une as oportunidades potenciais de ensaios não destrutivos (END) e mecânica de fratura, devido ao qual tem uma série de vantagens significativas sobre outros métodos de inspeção de objetos industriais.
[0012] Já existem dispositivos que comercialmente analisam externamente equipamentos e tubulações que estejam aparentes ou mesmo enterrados a pouca profundidade, como o operado pela empresa Polyinform. Entretanto esses equipamentos dependem de operação humana e não podem acessar dutos a grandes profundidades.
[0013] Para inspeção de dutos, mais particularmente dutos em lugares inacessíveis ou agressivos ao ser humano, os dutos apresentam características que tornam mais difíceis o emprego de técnicas de inspeção externa convencionais. Há a necessidade de um equipamento que possa realizar a inspeção de dutos de forma não destrutiva e que forneça um quadro preciso das anomalias presentes ou em potencial, de uma forma segura e confiável e em alta definição que não é realizada por nenhuma das técnicas até então utilizadas.
[0014] A presente invenção apresenta equipamentos de detecção de anomalias em dutos de metais baseados na Memória Magnética de Metal, possuindo capacidade de fornecer medidas de alta resolução em dutos acessíveis ou inacessíveis ao ser humano. A invenção dispensa o emprego de fontes magnéticas internas ou externas bem como dispositivos rotativos ou móveis na ferramenta, diminuindo assim a complexidade da ferramenta e seus custos de operação.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0015] É objetivo da invenção um equipamento que viaja pelo interior de dutos (Pig) portando uma instrumentação a qual é destinada a detectar e mensurar anomalias por intermédio de ensaio não destrutivo conhecido como Memória Magnética de Metal (MMM) em alta resolução. O equipamento da presente invenção apresenta três variantes construtivas de acordo com o tipo de duto no qual é realizado o ensaio não destrutivo.
[0016] Um primeiro objetivo é alcançado por meio de um Pig rígido convencional com um corpo metálico, e, tendo em cada extremidade, um copo geralmente de poliuretano fixado para acoplamento ao diâmetro interno do duto e ser propelido ao longo deste por pressão de fluido. Também é fixado na extremidade posterior ao segundo copo um odômetro composto por rodas em contato com a parede interna do duto para registro de posição do pig ao longo do duto. Ao corpo, entre os copos, é rigidamente fixada uma cápsula de pressão contendo uma eletrônica e bateria de alimentação. Ao corpo também entre os copos, é fixado um anel com uma pluralidade de braços de forma a cobrir todo o diâmetro interno do duto. Na extremidade de cada braço são fixados sensores magnéticos MMM encapsulados em sapatas resistentes à abrasão pelo contato direto com a parede interna do duto e realizam leitura em três eixos para detectar componentes magnéticos presentes no duto.
[0017] Um segundo objetivo é alcançado a partir de um Pig flexível que possui um corpo em material flexível como poliuretano, e em cada extremidade, um copo geralmente de poliuretano fixado para acoplamento e com capacidade de se adaptar a uma faixa heterogênea de diâmetros internos do duto e ser propelido ao longo deste por pressão de fluido. Ao corpo, entre os copos, é rigidamente fixada uma cápsula de pressão contendo uma eletrônica e bateria de alimentação. Ao corpo também entre os copos, é fixado um disco com uma pluralidade de alojamentos de forma a cobrir todo o diâmetro interno do duto e, em cada alojamento, são fixados sensores magnéticos MMM encapsulados em sapatas resistentes à
abrasão pelo contato direto com a parede interna do duto. Estes sensores realizam leitura em três eixos para detectar componentes magnéticos presentes no duto e podem ter dados processados para posicionamento odométrico sem contato, conectando-se à eletrônica por meio de cabos. Ainda há a previsão de um suporte para fixação de um transdutor mecânico, magnético, óptico, acústico ou de outra natureza para determinar a posição odométrica da ferramenta.
[0018] Um terceiro objetivo é alcançado a partir de um Pig com um corpo integralmente moldado em espuma com dimensões para se adequar a um ou mais diâmetros de um duto, possui uma extremidade frontal em tronco de cone seguindo-se estruturalmente um corpo substancialmente cilíndrico, geralmente em espuma de poliuretano. Na extremidade posterior do corpo substancialmente cilíndrico e alinhada ao eixo longitudinal, é rigidamente fixada uma cápsula de pressão contendo uma eletrônica, bateria de alimentação e um sistema de posicionamento sem contato físico com o duto. Ao longo da superfície cilíndrica do corpo são moldados uma pluralidade de alojamentos em várias linhas de distribuição helicoidal de forma a cobrir todo o diâmetro interno do duto e em cada alojamento é acoplado um sensor magnético encapsulado em sapatas resistentes à abrasão pelo contato direto com a parede interna do duto e realizam leitura em três eixos para detectar componentes magnéticos presentes no duto.
[0019] A cápsula de pressão é concebida de forma a suportar a pressão de operação da tubulação. A eletrônica realiza as funções de receber, controlar, registrar e armazenar os dados gerados pelos sensores em uma memória de qualquer natureza, por exemplo estado sólido. A bateria possui uma carga com autonomia específica para uma operação de inspeção. A cápsula é conectada a um sistema multiplexado de sensores magnéticos MMM por meio de cabeamento encapsulado com conectores de pressão e, no caso do pig rígido há a conexão relativa aos odômetros.
[0020] A leitura realizada por cada sensor é efetuada em até três eixos,
sendo um longitudinal (X), um tangencial (Y) e um ortogonal (Z). O número de sensores por cada 2,54 cm (1 polegada) da circunferência interna do duto deve ser escolhido de modo a definir a resolução da medida; pelo menos 4 sensores caracterizam a detecção de falhas metálicas, heterogeneidade de estrutura e zonas de concentração de tensão como de alta resolução, por distinguir defeitos menores do que 1/4 de polegada. Quanto maior o número de sensores por polegada mais alta a resolução.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0021] A Figura 1 mostra em vista lateral uma primeira concretização para o equipamento da invenção sob forma de pig rígido.
[0022] A Figura 2 mostra em vista lateral uma segunda concretização para o equipamento da invenção sob forma de pig flexível.
[0023] A Figura 3 mostra em vista lateral uma terceira concretização para o equipamento da invenção sob forma de pig espuma.
[0024] A Figura 4 mostra um diagrama de blocos no qual pode se identificar as ligações entre as entradas de sinais para o sistema integrado multiplexado e a ligação deste com o módulo de eletrônica.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0025] As características do equipamento para a inspeção interna de integridade de dutos por meio de Memória Magnética de Metal (MMM), será mais bem percebida a partir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo, associada aos desenhos abaixo referenciados, os quais são parte integrante do presente relatório.
[0026] No início da década de 1980, pesquisadores na Rússia observaram os campos magnéticos induzidos por estresse em áreas defeituosas de tubos de caldeira em uma estação de energia, e desenvolveram alguns instrumentos para detectar as zonas de concentração de estresse em componentes ferromagnéticos. A maioria das estruturas metálicas e equipamentos feitos de materiais ferromagnéticos é suscetível à "auto magnetização" pelo campo magnético da Terra quando
sob a influência de cargas de trabalho.
[0027] O método MMM une as oportunidades potenciais de ensaios não destrutivos (NDT) e mecânica de fratura e, por essa união apresenta uma série de vantagens significativas sobre outros métodos de inspeção de objetos industriais.
[0028] A aplicação do método MMM não requer dispositivos de magnetização especiais, como observado em outros testes, visto que é utilizado o fenômeno de auto magnetização de unidades de equipamentos e estruturas no processo de sua operação. A técnica MFL, por exemplo, requer o emprego de uma cabeça magnética, a qual é dispensada pela aplicação do método ora em questão, e que torna a ferramenta mais flexível e diminui custos.
[0029] Os pontos exatos de concentração de tensões devido às cargas de trabalho da estrutura que são previamente desconhecidos, são determinados durante a sua inspeção.
[0030] Este método de diagnóstico, baseado na aplicação de memória magnética do metal, permite realizar uma avaliação integral do estado de uma unidade considerando a qualidade do metal, as condições reais de operação e suas características estruturais. Compreende a inspeção do auto campo de fuga magnético (Self MFL, magnetic flux leakage) natural de materiais ferromagnéticos, em um campo magnético externo fraco (geralmente o campo magnético da terra), em zonas de concentração de tensão e em anomalias metálicas. A magnetização natural e as mudanças provocadas por anomalias e concentrações de tensão fazem parte do método de memória magnética.
[0031] As estruturas metálicas e equipamentos de materiais ferromagnéticos são suscetíveis à "auto magnetização" como:
- SMFL (Self-MFL) pelo campo magnético da Terra quando sob influência de cargas de trabalho;
- Quando sujeito a tensões mecânicas há uma mudança de
magnetização no material, efeito Villary;
- Ocorrem mudanças da magnetização quando há uma deformação plástica, conhecido como Magneto-plasticidade.
[0032] O método de diagnóstico, durante a avaliação, detecta e dimensiona defeitos internos e externos e pontos de concentração magnética. As técnicas atuais como Pig Palito, Pig DMR e Pig com sensores “Eddy-Currents” detectam e dimensionam apenas defeitos internos. A técnica MFL detecta, sem distinção, tanto defeitos internos como externos. [0033] Os pontos de concentração de tensões que forem determinados durante uma inspeção, mesmo que não apresentem falhas imediatas, são mapeados e tornam-se objeto de estudo e de observação para futuras falhas pelos operadores do equipamento, e equipes de manutenção de dutos em geral.
[0034] É objetivo da invenção um equipamento para se deslocar pelo interior de dutos (Pig) que embarca uma instrumentação, a qual é destinada a detectar e mensurar anomalias estruturais e zonas de concentração de tensão em dutos de material metálico, sejam rígidos, sejam flexíveis, em terra e em profundezas do mar (“offshore”) por intermédio de ensaio não destrutivo de Memória Magnética de Metal (MMM) em alta resolução, assim como um sistema de posicionamento odométrico.
[0035] O equipamento da presente invenção apresenta três variantes construtivas de acordo com o tipo de duto no qual é realizado o ensaio não destrutivo.
[0036] A primeira concretização, a qual pode ser acompanhada com o auxílio da Figura 1 , é um pig rígido (PR), mais apropriado para dutos com diâmetro constante e curvaturas leves, possui um corpo (1) cilíndrico, rígido e metálico ao qual são ligados a cada uma de suas extremidades um primeiro copo de poliuretano (C1) e um segundo copo de poliuretano (C2), dimensionados para um determinado diâmetro de duto (D) para centralização e para promover a geração de diferencial de pressão
necessário para movimentar o pig ao longo do duto por meio do próprio fluido bombeado, e compreende:
- uma cápsula de pressão (2), a qual pode ser escolhida entre: ser usinada no corpo (1) e ser rigidamente fixada ao corpo (1);
- um módulo de eletrônica (3), instalado dentro da cápsula de pressão (2), composto por uma memória de estado sólido, é destinada a recolher e armazenar dados e registros;
- um módulo de bateria (4), instalado no interior da cápsula de pressão
(2) e ligado eletricamente ao módulo de eletrônica (3) é destinado a alimentar com energia elétrica todo o sistema;
- uma coroa (5), firmemente fixada ao corpo (1) entre os copos de poliuretano (C1) e (C2), possui uma pluralidade de braços (51 ) expansíveis radialmente e com tamanho capaz de tocar a parede interna do duto (D);
- uma pluralidade de sensores (6) magnéticos MMM, onde a quantidade de sensores (6) depende do diâmetro do duto (D), pode compreender pelo menos 4 sensores por aproximadamente 2,54 cm (1 polegada) de circunferência interna do diâmetro interno do duto (D), cada sensor (6) ou grupo de sensores é fixado na extremidade de cada braço (51) da coroa (5), é encapsulado em uma sapata resistente à abrasão provocada pela parede interna do duto (D) com a qual faz contato, efetua a leitura de três eixos X,Y,Z referentes à detecção das componentes do campo SMFL Normal e Tangencial do duto (D) e transmite os dados da leitura para o módulo de eletrônica
(3) por meio de cabeamento encapsulado (CE) com conectores de pressão (CP) (não mostrados na figura);
- um odômetro de contato (7) é formado por dois conjuntos diametralmente opostos fixados na extremidade do corpo (1) atrás do copo (C2) onde cada conjunto compreende uma haste (71) com uma roda (72) na extremidade externa, com tensionamento elástico, por
mola (73) ou dispositivo similar para manter seu contato com as paredes internas do duto (D); é ligado eletronicamente ao módulo de eletrônica (3) e eletricamente ao módulo de bateria (4), serve para registrar o deslocamento do pig rígido (PR) ao longo do duto (D) e a posição de uma anomalia detectada pelos sensores (6) magnéticos MMM.
[0037] A segunda concretização, a qual pode ser acompanhada com o auxílio da Figura 2, é um pig flexível (PF), mais apropriado para dutos do tipo multidiâmetro ou que apresente curvaturas mais acentuadas, formado por um corpo único (1) cilíndrico em poliuretano qual possui em cada uma das extremidades um primeiro disco (D1) e um segundo disco (D2) sendo parte estrutural do corpo (1), servem para centralização e geração de diferencial de pressão necessário para movimentar o pig flexível (PF) por meio do próprio fluido bombeado, e compreende:
- uma primeira cápsula de pressão (21) e uma segunda cápsula de pressão (22) são escavadas e formadas no corpo único (1 ) cilíndrico;
- um módulo de eletrônica (3), instalado dentro da primeira cápsula de pressão (21), composta por uma memória de estado sólido é destinada a recolher e armazenar dados e registro posicionai;
- um módulo de batería (4), instalado no interior da primeira cápsula de pressão (21) e ligado eletricamente ao módulo de eletrônica (3) é destinado a alimentar com energia elétrica todo o sistema;
- um disco intermediário (D3) que é parte estrutural do corpo (1), é localizado entre o primeiro e o segundo discos (D1 e D2), possui estruturalmente em sua periferia um prolongamento cilíndrico externo (D31) capaz de tocar a parede interna do duto (D) e na superfície do qual existe uma pluralidade de alojamentos moldados (A);
- uma pluralidade de sensores (6) magnéticos MMM, onde a quantidade de sensores (6) depende do diâmetro do duto (D), pode compreender pelo menos 4 sensores por aproximadamente 2,54 cm
(1 polegada) da circunferência interna do diâmetro interno do duto (D), cada sensor (6) ou grupo de sensores é fixado em cada um dos alojamentos moldados (A) no prolongamento cilíndrico externo (D31) do disco intermediário (D3), cada sensor (6) ou grupo de sensores é encapsulado em uma sapata resistente à abrasão provocada pela parede interna do duto (D) com a qual faz contato, efetua a leitura de três eixos X,Y,Z referentes à detecção das componentes do campo SMFL Normal e Tangencial do duto (D) e transmite os dados da leitura para o módulo de eletrônica (3) por meio de cabeamento encapsulado (CE) com conectores de pressão (CP) (não mostrados);
- um sistema odométrico sem contato (8) é instalado no interior da segunda cápsula de pressão (22); é ligado eletronicamente ao módulo de eletrônica (3), eletricamente ao módulo de bateria (4) e serve para registrar o deslocamento do pig flexível (PF) ao longo do duto (D) e pode ser escolhido entre ser um transduor eletromagnético, ópico, acústico e outros.
[0038] A terceira concretização, a qual pode ser acompanhada com o auxílio da Figura 3, é um pig espuma (PE), apropriado para qualquer tipo de duto, é formado por um corpo único (1) cilíndrico em poliuretano, apresenta uma primeira extremidade (E1) em formato substancialmente de um tronco de cone, o corpo único (1) tem o diâmetro igual ao diâmetro interno do duto e entra em contato com este último por todo seu comprimento e apresenta uma segunda extremidade (E2) em formato reto para geração de diferencial de pressão necessário para movimentar o pig espuma (PE) por meio do próprio fluido bombeado, e compreende:
- uma cápsula de pressão (2), rigidamente fixada e alinhada ao eixo longitudinal do corpo único (1) na superfície da segunda extremidade (E2);
- um módulo de eletrônica (3), instalado dentro da cápsula de pressão (2), composta por uma memória de estado sólido é destinada a
recolher e armazenar dados e registro posicionai;
- um módulo de bateria (4), instalado no interior da cápsula de pressão (2) e ligado eletricamente ao módulo de eletrônica (3) é destinado a alimentar com energia elétrica todo o sistema;
- uma pluralidade de alojamentos moldados (A) na superfície externa do corpo único (1 ) são formados ao longo de uma pluralidade de linhas helicoidais desde a primeira extremidade (E1) até a segunda extremidade (E2) do corpo único (1);
- uma pluralidade de sensores (6) magnéticos MMM, onde a quantidade de sensores (6) depende do diâmetro do duto (D), pode compreender pelo menos 4 sensores por aproximadamente 2,54 cm (1 polegada) de circunferência interna do diâmetro interno do duto (D), cada sensor (6) ou conjunto de sensores é fixado em cada um dos alojamentos moldados (A), é encapsulado em uma sapata resistente à abrasão provocada pela parede interna do duto (D) com a qual faz contato, efetua a leitura de três eixos X,Y,Z referentes à detecção das componentes do campo SMFL Normal e Tangencial do duto (D) e transmite os dados da leitura para o módulo de eletrônica (3) por meio de cabeamento encapsulado (CE) com conectores de pressão (CP) (não mostrados);
- um sistema odométrico sem contato (8) é instalado no interior da cápsula de pressão (2); é ligado eletronicamente ao módulo de eletrônica (3) e eletricamente ao módulo de bateria (4), serve para registrar o deslocamento do pig espuma (PE) ao longo do duto (D) e pode ser escolhido entre ser um transdutor eletromagnético, óptico, acústico e outros.
[0039] O módulo de eletrônica (3), recebe os dados recolhidos pela pluralidade de sensores (6) e pelos sistemas: odométrico de contato (7) e sistema odométrico sem contato (8), por meio de um sistema integrado multiplexado (MUX) e o esquema pode ser acompanhado com o auxílio da
Figura 4.
[0040] A densidade de sensores (6) magnéticos MMM na quantidade de pelo menos quatro por 2,54 cm (1 polegada) de circunferência interna do duto (D) fazendo cada qual uma leitura em três eixos, proporciona que a varredura de detecção de anomalias presentes e em potencial como pontos de magnetização por concentração de tensões seja de alta definição e permite detectar e dimensionar anomalias muito menores.
[0041] Em dutos (D) flexíveis, a inspeção é realizada nos arames metálicos que constituem a camada externa da armadura de tração.
[0042] A descrição que se fez até aqui do equipamento para inspeção interna de integridade de dutos por meio de Memória Magnética de Metal (MMM), objeto da presente invenção, deve ser considerada apenas como possíveis concretizações e, quaisquer características particulares nelas introduzidas, tais como o aumento da resolução pelo aumento da densidade de sensores, emprego de sistemas diferentes de transporte do instrumento e sensores, ou emprego de combinações diferentes de sensores e odômetros devem ser entendidas somente como algo que foi descrito para facilitar a compreensão. Assim, não podem de forma alguma serem consideradas como limitantes da invenção, a qual está apenas limitada ao escopo das reivindicações que seguem.
Claims
REIVINDICAÇÕES
1 - EQUIPAMENTO PARA A INSPEÇÃO INTERNA DE INTEGRIDADE DE DUTOS POR MEIO DE MEMÓRIA MAGNÉTICA DE METAL que compreende um equipamento o qual se desloca pelo interior de dutos (Pig) caracterizado por embarcar uma instrumentação, a qual é destinada a detectar localizar e mensurar anomalias estruturais e zonas de concentração de tensão em dutos de material metálico, sejam rígidos, sejam flexíveis, em terra, em profundezas do mar por intermédio de ensaio não destrutivo de Memória Magnética de Metal (MMM) em alta resolução, assim como um sistema de posicionamento odométrico.
2 - EQUIPAMENTO PARA A INSPEÇÃO INTERNA DE INTEGRIDADE DE DUTOS POR MEIO DE MEMÓRIA MAGNÉTICA DE METAL, de acordo com a reivindicação 1 no qual um pig rígido (PR), mais apropriado para dutos com diâmetro constante e curvaturas leves, possui um corpo (1) cilíndrico, rígido e metálico ao qual são ligados a cada uma de suas extremidades um primeiro copo de poliuretano (C1) e um segundo copo de poliuretano (C2), dimensionados para um determinado diâmetro de duto (D) para centralização e para promover a geração de diferencial de pressão necessário para movimentar o pig ao longo do duto por meio do próprio fluido bombeado, caracterizado por compreender:
- uma cápsula de pressão (2), a qual pode ser escolhida entre: ser usinada no corpo (1) e ser rigidamente fixada ao corpo (1);
- um módulo de eletrônica (3), instalado dentro da cápsula de pressão (2), composto por uma memória de estado sólido, destinada a recolher e armazenar dados e registros;
- um módulo de bateria (4), instalado no interior da cápsula de pressão (2) e ligado eletricamente ao módulo de eletrônica (3), destinado a alimentar com energia elétrica todo o sistema;
- uma coroa (5), firmemente fixada ao corpo (1) entre os copos de poliuretano (C1) e (C2), que possui uma pluralidade de braços (51)
expansíveis radialmente e com tamanho capaz de tocar a parede interna do duto (D);
- uma pluralidade de sensores (6) magnéticos MMM, onde a quantidade de sensores (6) depende do diâmetro do duto (D), e pode compreender pelo menos 4 sensores por aproximadamente 2,54 cm (1 polegada) de circunferência interna do duto (D), cada sensor (6) ou grupo de sensores é fixado na extremidade de cada braço (51) da coroa (5), é encapsulado em uma sapata resistente à abrasão provocada pela parede interna do duto (D) com a qual faz contato, efetua a leitura de três eixos X,Y,Z referentes à detecção das componentes do campo SMFL Normal e Tangencial do duto (D) e transmite os dados da leitura para o módulo de eletrônica (3) por meio de cabeamento encapsulado (CE) com conectores de pressão (CP);
- um odômetro de contato (7) que é formado por dois conjuntos diametralmente opostos fixados na extremidade do corpo (1) atrás do copo (C2), onde cada conjunto compreende uma haste (71) com uma roda (72) na extremidade externa, com tensionamento elástico, por mola (73) ou dispositivo similar para manter seu contato com as paredes internas do duto (D), é ligado eletronicamente ao módulo de eletrônica (3) e eletricamente ao módulo de bateria (4), serve para registrar o deslocamento do pig rígido (PR) ao longo do duto (D) e a posição de uma anomalia detectada pelos sensores (6) magnéticos MMM.
3 - EQUIPAMENTO PARA A INSPEÇÃO INTERNA DE INTEGRIDADE DE DUTOS POR MEIO DE MEMÓRIA MAGNÉTICA DE METAL, de acordo com a reivindicação 1 no qual um pig flexível (PF), mais apropriado para dutos do tipo multidiâmetro ou que apresente curvaturas mais acentuadas, formado por um corpo único (1) cilíndrico em poliuretano qual possui em cada uma das extremidades um primeiro disco (D1) e um segundo disco (D2) sendo parte estrutural do corpo (1), servem para centralização e
geração de diferencial de pressão necessário para movimentar o pig flexível (PF) por meio do próprio fluido bombeado, caracterizado por compreender:
- uma primeira cápsula de pressão (21) e uma segunda cápsula de pressão (22) que são escavadas e formadas no corpo único (1 ) cilíndrico;
- um módulo de eletrônica (3), instalado dentro da primeira cápsula de pressão (21), composta por uma memória de estado sólido, destinada a recolher e armazenar dados e registro posicionai;
- um módulo de bateria (4), instalado no interior da primeira cápsula de pressão (21) e ligado eletricamente ao módulo de eletrônica (3), destinado a alimentar com energia elétrica todo o sistema;
- um disco intermediário (D3) que é parte estrutural do corpo (1), é localizado entre o primeiro e o segundo discos (D1 e D2), possui estruturalmente em sua periferia um prolongamento cilíndrico externo (D31) capaz de tocar a parede interna do duto (D) e na superfície do qual existe uma pluralidade de alojamentos moldados (A);
- uma pluralidade de sensores (6) magnéticos MMM, onde a quantidade de sensores (6) depende do diâmetro do duto (D), pode compreender pelo menos 4 sensores por aproximadamente 2,54 cm (1 polegada) da circunferência interna do diâmetro interno do duto (D), cada sensor (6) ou grupo de sensores é fixado em cada um dos alojamentos moldados (A) no prolongamento cilíndrico externo (D31) do disco intermediário (D3), cada sensor (6) ou grupo de sensores é encapsulado em uma sapata resistente à abrasão provocada pela parede interna do duto (D) com a qual faz contato, efetua a leitura de três eixos X,Y,Z referentes à detecção das componentes do campo SMFL Normal e Tangencial do duto (D) e transmite os dados da leitura para o módulo de eletrônica (3) por meio de cabeamento encapsulado (CE) com conectores de pressão (CP);
- um sistema odométrico sem contato (8) que é instalado no interior da
22 segunda cápsula de pressão (22), é ligado eletronicamente ao módulo de eletrônica (3), eletricamente ao módulo de bateria (4) e serve para registrar o deslocamento do pig flexível (PF) ao longo do duto (D) e pode ser escolhido entre ser um transdutor eletromagnético, óptico, acústico e outros.
4 - EQUIPAMENTO PARA A INSPEÇÃO INTERNA DE INTEGRIDADE DE DUTOS POR MEIO DE MEMÓRIA MAGNÉTICA DE METAL, de acordo com a reivindicação 1 no qual um pig no qual um pig espuma (PE), apropriado para qualquer tipo de duto, é formado por um corpo único (1) cilíndrico em poliuretano, apresenta uma primeira extremidade (E1) em formato substancialmente de um tronco de cone, o corpo único (1) tem o diâmetro igual ao diâmetro interno do duto e entra em contato com este último por todo seu comprimento e apresenta uma segunda extremidade (E2) em formato reto para geração de diferencial de pressão necessário para movimentar o pig espuma (PE) por meio do próprio fluido bombeado, caracterizado por compreender:
- uma cápsula de pressão (2), rigidamente fixada e alinhada ao eixo longitudinal do corpo único (1) na superfície da segunda extremidade (E2);
- um módulo de eletrônica (3), instalado dentro da cápsula de pressão (2), composta por uma memória de estado sólido, destinada a recolher e armazenar dados e registro posicionai;
- um módulo de bateria (4), instalado no interior da cápsula de pressão (2) e ligado eletricamente ao módulo de eletrônica (3), destinado a alimentar com energia elétrica todo o sistema;
- uma pluralidade de alojamentos moldados (A) na superfície externa do corpo único (1 ) são formados ao longo de uma pluralidade de linhas helicoidais desde a primeira extremidade (E1) até a segunda extremidade (E2) do corpo único (1);
- uma pluralidade de sensores (6) magnéticos MMM, onde a
23 quantidade de sensores (6) depende do diâmetro do duto (D), pode compreender pelo menos 4 sensores por aproximadamente 2,54 cm (1 polegada) de circunferência interna do diâmetro interno do duto (D), cada sensor (6) ou grupo de sensores é fixado em cada um dos alojamentos moldados (A), é encapsulado em uma sapata resistente à abrasão provocada pela parede interna do duto (D) com a qual faz contato, efetua a leitura de três eixos X,Y,Z referentes à detecção das componentes do campo SMFL Normal e Tangencial do duto (D) e transmite os dados da leitura para o módulo de eletrônica (3) por meio de cabeamento encapsulado (CE) com conectores de pressão (CP);
- um sistema odométrico sem contato (8) que é instalado no interior da cápsula de pressão (2), é ligado eletronicamente ao módulo de eletrônica (3) e eletricamente ao módulo de bateria (4), serve para registrar o deslocamento do pig espuma (PE) ao longo do duto (D) e pode ser escolhido entre ser um transdutor eletromagnético, óptico, acústico e outros.
5 - EQUIPAMENTO PARA A INSPEÇÃO INTERNA DE INTEGRIDADE DE DUTOS POR MEIO DE MEMÓRIA MAGNÉTICA DE METAL, de acordo com as reivindicações 1 e 2 e 3 e 4 caracterizado por o módulo de eletrônica (3), receber os dados recolhidos pela pluralidade de sensores (6) magnéticos MMM e pelos sistemas: odométrico de contato (7) e sistema odométrico sem contato (8), por meio de um sistema integrado multiplexado (MUX).
6 - EQUIPAMENTO PARA A INSPEÇÃO INTERNA DE INTEGRIDADE DE DUTOS POR MEIO DE MEMÓRIA MAGNÉTICA DE METAL, de acordo com as reivindicações 1 e 2 e 3 e 4 caracterizado por a densidade de sensores (6) magnéticos MMM na quantidade de pelo menos quatro por 2,54 cm (1 polegada) de circunferência interna do diâmetro interno do duto (D) fazendo cada qual uma leitura em três eixos, proporciona que a varredura de detecção de anomalias presentes e em potencial como pontos
24 de magnetização por concentração de tensões seja de alta definição e permite detectar e dimensionar anomalias com dimensões até 1/4 de polegada.
7 - EQUIPAMENTO PARA A INSPEÇÃO INTERNA DE INTEGRIDADE DE DUTOS POR MEIO DE MEMÓRIA MAGNÉTICA DE METAL, de acordo com as reivindicações 1 e 2 e 3 e 4 caracterizado por em dutos (D) flexíveis a inspeção ser realizada nos arames metálicos que constituem a camada externa da armadura de tração.
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