BRPI0601090B1 - System and method for detection of leakage in fluid transport pipes - Google Patents
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Abstract
sistema e método para detecção de vazamento em tubulações de transporte de fluidos. a presente invenção refere-se a um sistema e um método para detecção de vazamento em tubulações de transporte de fluidos, destinado a monitorar e detectar qualquer vazamento em qualquer tipo de tubulação que transporte por seu interior qualquer tipo de fluido que contenha elementos constituintes passíveis de se transformarem em elementos traçadores radioativos. o sistema compreende basicamente uma pluralidade de emissores de nêutrons (1) e uma pluralidade de detectores de radiação gama (2) espaçados, intercalados e instalados na superfície externa de uma tubulação (t) de transporte ao longo de seu comprimento. os sinais tanto dos emissores de nêutrons (1) quanto dos detectores de radiação gama (2) são radiotransmitidos até uma estação (5) de controle, onde são compilados por uma unidade de processamento e exibido, em tempo real, as condições da tubulação (t).
Description
SISTEMA E MÉTODO PARA DETECÇÃO DE VAZAMENTO EM TUBULAÇÕES DE TRANSPORTE DE FLUIDOS CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre os sistemas e métodos para detecção de vazamentos ao longo de tubulações destinadas a transportar fluidos, mais específicamente para transporte de fluídos multifásicos, mais particularmente com a utilização de traçador radioativo induzido.
ESTADO DA TÉCNICA
Tubulações dos mais variados tipos são largamente empregadas em todas as partes e industrias no mundo para o transporte de líquidos, gases ou a mistura deles até com sólidos.
As dimensões dessas tubulações podem variar tanto em termos de diâmetro quanto em termos de extensão. Em um caso mais particular, indústria de petróleo, os oleodutos normalmente atingem vários quilômetros de extensão e passam por terrenos geralmente bem acidentados como mar, montanhas, lagos, rios etc. É evidente que a construção destas tubulações são efetuadas com maíenai de extrema robustez e, em relação à instalação, cuidados são tomados de forma a minimizar a possibilidade de danos acidentais à integridade destas tubulações.
Infelizmente, vazamentos podem ocorrer ao longo da tubulação causados por um estrago acidental ou por falhas estruturais que aparecem na parede da tubulação, tanto interna como extemamente ao longo do tempo de utilização. A maioria dos fluxos de fluido que são transportados no interior destas tubulações são nocivos, de uma maneira ou de outra, à vida humana e ao meio ambiente, exemplo típico fica novamente na indústria de petróleo, onde mais de 50% das atividades envolve o transporte de petróleo e de seus derivados em tubulações que chegam às vezes a mais de mil quilômetros de extensão. A fiscalização da integridade de uma tubulação, como já é possível perceber, é uma prática muito complicada e vem sendo perseguida ao longo dos anos uma solução que seja satisfatória. A garantia de um desenvolvimento sustentável com um mínimo de impacto ambiental tomou-se um alvo para as indústrias, principalmente em face das novas diretrizes ambientais que estão sendo regulamentadas e aplicadas em todo o mundo pelos respectivos governos.
Até agora, duas posturas têm sido adotadas: - uma manutenção preventiva com inspeções periódicas programadas; - uma manutenção corretiva após o rompimento da tubulação. Várias propostas existem no estado da técnica, visando detectar defeitos na estrutura da tubulação, como ovafização de paredes, ocorrência de corrosão interna, assim como pontos de vazamento, mesmo que minúsculos.
Normalmente essas propostas envolvem a passagem de aparelhos conhecidos como pigs com uma instrumentação que permite este monitoramento. Técnicas mais modernas envolvendo radiação passaram a equipar esses equipamentos. No entanto, ainda permaneceu a necessidade da passagem de um instrumento pelo interior da tubulação, via de regra, um procedimento que interrompe o fluxo de fluido a ser produzido. Um exemplo é encontrado no documento US 4,272,984 pertencente à Interprovincial Steel and Pipe Corporation, Ltd.
Uma outra proposta refere a um encapsuiamento de um isótopo com meia-vida curta, o qual é liberado em um fluxo de fluido no interior de uma tubulação. O inconveniente é que esta tubulação deve ser fechada e pressão deve ser aplicada de forma que o encapsuiamento "procure" um possível vazamento. Esta proposta encontra-se no documento US 4,894,539, pertencente a Imperial Chemical Industries PLC.
Ainda é necessária a realização de uma monitoração de uma tubulação de transporte de fluidos de uma forma constante. Que esta monitoração tenha como objetivos: prevenção ou detecção de uma falha estrutural ou rompimento de outra natureza que cause vazamento do líquido transportado no interior da tubulação. Que a detecção de um problema seja praticamente imediata para que resulte no mínimo impacto possível com procedimentos de correção rápidos.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO 0$ objetivos da presente invenção são um sistema e um método para detecção de vazamento em tubulações de transporte de fluidos, de forma a monitorar uma tubulação de transporte de fluidos de uma forma constante, onde esta detecção deva ser praticamente imediata para que resulte no mínimo impacto possível permitindo um procedimento corretivo igualmente rápido. O objetivo acima é alcançado com a concepção de um sistema que pode ser instalado tanto em tubulações a serem estendidas, quanto em tubulações já existentes, uma vez que a instalação não requer qualquer mudança estrutural na tubulação em si e que se fundamenta no princípio de indução de traçadores radioativos em elementos constituintes do próprio fluido. O sistema compreende basicamente uma pluralidade de emissores de nêutrons e uma pluralidade de detectores de radiação gama espaçados, intercalados e instalados na superfície externa de uma tubulação de transporte ao longo de seu comprimento. Os sinais tanto dos emissores quanto dos detectores são radiotransmitidos até uma central de controle, onde são compilados por uma unidade de processamento e exibido, em tempo real, o estado de uma determinada tubulação, sem a necessidade de interrupção do fluxo de fluido no interior da tubulação.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As características do sistema e do método para detecção de vazamento em tubulações de transporte de fluidos, objetos da presente invenção, serão melhor percebidas 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. A FIGURA 1 é uma representação esquemática de um trecho de tubulação de transporte de fluidos equipada com o sistema da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A descrição detalhada do sistema e do método para detecção de vazamento em tubulações de transporte de fluidos, objetos da presente invenção, será feita de acordo com a identificação dos componentes que o formam, com base nas figuras acima descritas.
Trata a presente invenção de um sistema e um método para detecção de vazamento em tubulações de transporte de fluidos, destinado a monitorar e detectar qualquer vazamento em qualquer tipo de tubulação que transporte por seu interior qualquer tipo de fluido que contenha elementos constituintes passíveis de se transformarem em elementos traçadores radioativos. A descrição vai abordar, apenas a título de exemplo, o fluido como um escoamento de hidrocarbonetos que flui pelo interior de uma tubulação de transporte corno um oieoduto. A invenção é baseada no procedimento de bombardeio de determinadas partículas presentes em qualquer tipo de fluido com uma espécie de partícula capaz de transformá-la em elemento radioativo. A esse procedimento que será chamado daqui por diante de ativação, compreende a emissão de um feixe de nêutrons que bombardeiam um determinado elemento dentro do escoamento de fluido. No caso exemplar, um escoamento de hidrocarbonetos, o elemento a ser utilizado pode ser o hidrogênio, o qual depois de bombardeado, transmuta-se em deutério, que emite raios gama de meia-vida curta.
Dentro desse quadro, nêutrons absorvidos por átomos de um determinado elemento, no caso exemplo hidrogênio, produzem novos isótopos. Cada novo isótopo assim como o número de isótopos produzidos na unidade de tempo, é proporcional ao fluxo de nêutrons, da seção eficaz, e à densidade de átomos presentes no escoamento do elemento bombardeado, no caso presente, hidrogênio.
Ao elemento ativado, atribui-se o nome de traçador radioativo.
Como foi dito logo acima, a atividade adquirida pelo átomo de hidrogênio bombardeado por um nêutron, pode ser estimada pela seguinte relação matemática logo abaixo: onde: Ar ~ atividade adquirida; nV = fluxo de nêutrons; N = número de átomos ou moléculas expostas à radiação de nêutrons; λ = constante de decaimento do novo elemento; t - tempo de exposição ao fluxo neutrônico do elemento irradiado;
Sa = seção de choque do elemento irradiado, relativa ao nêutron.
No entanto, assim que o elemento não é mais bombardeado, sua atividade tende a decair, resultante da desintegração do próprio elemento, conhecido como meia-vida e dura um determinado tempo que depende do elemento.
Um ponto que é importante a ser ressaltado é o fato do decaimento da atividade de um determinado elemento acontecer de forma exponencial, já que é função direta da constante de desintegração do elemento. 0 decaimento radioativo pode ser representado pela equação abaixo: onde: A^ - decaimento de atividade; nV = fluxo de nêutrons; N = número de átomos ou moléculas expostas à radiação de nêutrons; λ = constante de decaimento do novo elemento; t = tempo de exposição ao fluxo neutrônico do elemento irradiado; A monitoração constante do decaimento da atividade do elemento traçador radioativo é o procedimento que revela uma possível anormalidade na característica do escoamento, como um vazamento.
Explicando, suponhamos que pelo interior de um oleoduto, esteja escoando uma mistura multifásíca de água, óleo e gás. Em uma determinada região, esta mistura é bombardeada por um feixe de nêutrons que transmuta átomos de hidrogênio em deutério. A atividade dos traçadores radioativos (deutérlo) que continua a escoar com a mistura multifásíca é monitorada e o decaimento, de repente, apresenta uma descontinuidade. Esta descontinuidade significa que frações do elemento traçador estão sendo perdidas prematuramente, ou seja, há um ponto de escape de fluido para o meio ambiente.
Em relação ao meio-ambiente, o traçador radioativo tem vida muito curta, degradando-se praticamente sem sequelas. Por outro lado, uma pronta resposta corretiva é possível, de forma que o escoamento de fluido que escapa da tubulação possa ser interrompido sem danos graves ao meio-ambiente. A Figura 1 apresenta uma representação esquemática do sistema da presente invenção e pode ser observado que ele compreende: - uma pluralidade de emissores de nêutrons (1), instalado em tomo de uma tubulação (T) de transporte por um meio não permanente, em localizações igualmente afastadas uma das outras ao longo do comprimento da tubulação (T), servem para emitir um feixe de nêutrons transversalmente ao escoamento (E) do interior da tubulação (T) e, adicionalmente, possuem uma instrumentação (3) capaz de transmitir e receber sinais e energizado por um painel de captação solar (4); - uma pluralidade de detectores de radiação gama (2), instalados em tomo da tubulação (T) de transporte por um meio não permanente, igualmente espaçados entre si mas compreendidos no espaçamento entre dois emissores de nêutrons (1), servem para captar radiação gama emitida por traçadores radioativos gerados por um emissor de nêutrons (t) que fluem com o escoamento (E), e adicionalmente, possuem uma instrumentação (3) capaz de transmitir e receber sinais e energizado por um painel de captação solar (4); - uma pluralidade de estações (5) de recepção e processamento, cada uma das quais é instalada em uma região que possa receber os sinais gerados por vários conjuntos emissores de nêutrons (1) e detectores de radiação gama (2) associados, microprocessar estes sinais de forma a emitir um perfil do trecho de tubulação (T) sob monitoramento daquela estação (6) em tempo real, adicionalmente, as estações (5) são interligadas a uma central que recebe os sinais e fornece a situação completa de toda a extensão da tubulação (T) sob monitoração. A distância entre um primeiro emissor de nêutrons (1) e o seguinte emissor de nêutrons (1) ao longo de um trecho de tubulação (T) depende do diâmetro da tubulação (T) e da velocidade do escoamento (E). A distância e o número de detectores de radiação gama (2) compreendidos entre um primeiro emissor de nêutrons (1) e o seguinte emissor de nêutrons (1) depende do diâmetro da tubulação (T), da velocidade do escoamento (E) e da meia-vida do elemento constituinte do fluido, que foi escolhido para ser bombardeado pelo feixe de nêutrons para se transmutar em traçador radioativo. O meio não permanente de fixação tanto dos emissores de nêutrons (1) quanto dos detectores de radiação gama (2) preferencialmente são abraçadeiras. O meio não permanente de fixação tanto dos emissores de nêutrons (1) quanto dos detectores de radiação gama (2) permite que o sistema seja instalado tanto em tubulações (T) novas quanto em tubulações já existentes. A seguir será descrito um método de implementação e operação para o sistema da presente invenção e que compreende os seguintes passos: - identificar o fluxo de fluido que escoa no interior da tubulação; - identificar dentro da natureza do fluido, qual dos átomos de componentes deste fluido podem ser utilizados comotraçadores radioativos e escolher um deles; - irradiar o átomo escolhido com um fluxo neutrônico com um determinado nível de energia cinética e verificar a atividade inicial e seu tempo de decaimento de forma a obter um padrão; - calcular a distância entre os emissores de nêutrons (1) baseado no diâmetro da tubulação (T) e da velocidade do escoamento (E); - calcular a distância entre os detectores de radiação gama (2) instalados entre os emissores de nêutrons (1) baseado na velocidade de escoamento e na meia-vida do traçador radioativo; - instalar os emissores de nêutrons (1) e os detectores de radiação gama (2) nos pontos calculados ao longo da tubulação (T) a ser monitorada; - programar em tempo regular a emissão de um sinal de disparo de uma estação (5) para os emissores de nêutrons (1) de forma que estes últimos emitam um feixe neutrônico com o nível de energia cinética determinado através do fluxo de fluido que escoa pelo interior da tubulação (T) para obter um traçador radioativo com a atividade padrão determinada; - programar a recepção dos sinais enviados pelo conjunto de detectores de radiação gama (2) compreendidos entre dois emissores de nêutrons (1) adjacentes baseado na velocidade do escoamento (E) e da meia-vida do traçador radioativo, processar os dados, emitir relatório de situação na área coberta pela estação (5) e enviar dados processados para central; - se a recepção dos sinais enviados pelo conjunto de detectores de radiação gama (2) compreendidos entre dois emissores de nêutrons (1) adjacentes, durante o processamento apresentar descontinuidade, emitir sinal de alarme na estação (5), emitir relatório com a localização exata da descontinuidade e enviar dados para a centra! de controle para providências corretivas imediatas. A descrição que se fez até aqui do sistema e do método para detecção de vazamento em tubulações de transporte de fluidos, objetos da presente invenção, deve ser considerada apenas como possível concretização, e quaisquer características particulares neles introduzidos devem ser entendidas apenas como algo que foi descrito para facilitar a compreensão. Dessa forma, não podem de forma alguma serem considerados como iimitantes da invenção, a qual está apenas limitada ao escopo das reivindicações que seguem.
REIVINDICAÇÕES
Claims (6)
1 - Sistema para detecção de vazamento em tubulações de transporte de fluidos do tipo que utiliza detecção de radiação gama caracterizado por ter a capacidade de monitorar qualquer vazamento em qualquer tipo de tubulação que transporte por seu interior qualquertipo de fluido que contenha elementos constituintes passíveis de se transformarem em elementos traçadores radioativos, por meio do bombardeio de partículas escolhidas presentes em qualquer tipo de fluido com uma emissão de um feixe de nêutrons os quais são absorvidos por estas partículas produzindo novos isótopos os quais passam a emitir raios gama detectáveis, e que compreende: - uma pluralidade de emissores de nêutrons (1), instalado em tomo de uma tubulação (T) de transporte por um meio não permanente, em localizações igualmente afastadas uma das outras ao longo do comprimento da tubulação (T), servem para emitir um feixe de nêutrons transversalmente ao escoamento (E) do interior da tubulação (T) e, adicionalmente, possuem uma instrumentação (3) capaz de transmitir e receber sinais e energizado por um painel de captação solar (4); - uma pluralidade de detectores de radiação gama (2), instalados em tomo da tubulação (T) de transporte por um meio não permanente, igualmente espaçados entre si mas compreendidos no espaçamento entre dois emissores de nêutrons (1), servem para captar radiação gama emitida por traçadores radioativos gerados por um emissor de nêutrons (1) que fluem com o escoamento (E), e adícionalmente, possuem uma instrumentação (3) capaz de transmitir e receber sinais e energizado por um painel de captação solar (4); - uma pluralidade de estações (5) de recepção e processamento, cada uma das quais é instalada em uma região que possa receber os sinais gerados por vários conjuntos emissores de nêutrons (1) e detectores de radiação gama (2) associados, microprocessar estes sinais deforma a emitir um perfil do trecho de tubulação (T) sob monitoramento daquela estação (5) em tempo real, adicionalmente, as estações (5) são interligadas a uma central que recebe os sinais e fornece a situação completa de toda a extensão da tubulação (T) sob monitoração.
2 - Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a distância entre um primeiro emissor de nêutrons (1) e o seguinte emissor de nêutrons (1) ao longo de um trecho de tubulação (T) depender do diâmetro da tubulação (T) e da velocidade do escoamento (E).
3 - Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a distância e o número de detectores de radiação gama (2) compreendidos entre um primeiro emissor de nêutrons (1) e o seguinte emissor de nêutrons (1) depender do diâmetro da tubulação (T), da velocidade do escoamento (E) e da meia-vida do elemento constituinte do fluido, que foi escolhido para ser bombardeado pelo feixe de nêutrons para se transmutar em traçador radioativo.
4 - Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o meio não permanente de fixação tanto dos emissores de nêutrons (1) quanto dos detectores de radiação gama (2) preferencialmente serem abraçadeiras
5 - Sistema de acordo com as reivindicações 1 e 4, caracterizado por o meio não permanente de fixação tanto dos emissores de nêutrons (1) quanto dos detectores de radiação gama (2) permitirem instalação tanto em tubulações (T) novas quanto em tubulações já existentes.
6 - Método de implementação e operação para o sistema para detecção de vazamento em tubulações de transporte de fluidos caracterizado por compreender os seguintes passos: - identificar o fluxo de fluido que escoa no interior da tubulação; - identificar dentro da natureza do fluido, qual dos átomos de componentes deste fluido podem ser utilizados como traçadores radioativos e escolher um deles; - irradiar o átomo escolhido com um fluxo neutrônico com um determinado nível de energia cinética e verificar a atividade inicial e seu tempo de decaimento de forma a obter um padrão; - calculara distância entre os emissores de nêutrons (1) baseado no diâmetro da tubulação (T) e da velocidade do escoamento (E); - calcular a distância entre os detectores de radiação gama (2) instalados entre os emissores de nêutrons (1) baseado na velocidade de escoamento e na meia-vida do traçador radioativo; - instalar os emissores de nêutrons (1) e os detectores de radiação gama (2) nos pontos calculados ao longo da tubulação (T) a ser monitorada; - programar em tempo regular a emissão de um sinal de disparo de uma estação (5) para os emissores de nêutrons (1) de forma que estes últimos emitam um feixe neutrônico com o nível de energia cinética determinado através do fluxo de fluido que escoa pelo interior da tubulação (T) para obter um traçador radioativo com a atividade padrão determinada; - programar a recepção dos sinais enviados pelo conjunto de detectores de radiação gama (2) compreendidos entre dois emissores de nêutrons (1) adjacentes baseado na velocidade do escoamento (E) e da meia-vida do traçador radioativo, processar os dados, emitir relatório de situação na área coberta pola estação (õ) e enviar dados processados para central; - se a recepção dos sinais enviados pelo conjunto de detectores de radiação gama (2) compreendidos entre dois emissores de nêutrons (1) adjacentes, durante o processamento apresentar descontinuidade, emitir sinal de alarme na estação (5), emitir relatório com a localização exata da descontinuidade e enviar dados para a central de controle para providências corretivas imediatas.
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