(54) Título: MÓDULO VEDADOR ELÁSTICO MULTI-DIÂMETRO PARA PIGS (51) Int.CI.: B08B 9/027; F16L 55/44; F16L 55/38.
(73) Titular(es): PETROLEO BRASILEIRO S.A. - PETROBRAS.
(72) Inventor(es): ANTÔNIO CARLOS FERREIRA LINO; CARLOS ALBERTO DIAS DA SILVA; RICARDO WAGNER CAPLLONCH.
(57) Resumo: MÓDULO VEDADOR ELÁSTICO MULTI-DIÂMETRO PARA PIGS.Trata a presente invenção de um módulo vedador elástico multi- diâmetro para pigs, com capacidade para operar em tubulações com variação de diâmetro, destinado a ser enviado pelo interior de uma tubulação flexível ou não, para tracionar acessórios diversos com o objetivo de remover incrustações internas desta tubulação, impulsionado por um fluido que escoa dentro da referida tubulação. O módulo vedador compreende um elemento vedador! impulsionador (1); um núcleo flexível (2), envolvido pelo elemento vedador! impulsionador (1); um primeiro elemento de engate (3); um segundo elemento de engate (4); um primeiro elemento fixador (5); um segundo elemento fixador (6).
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MÓDULO VEDADOR ELÁSTICO MULTI-D1ÂMETRO PARA PIGS CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção encontra seu campo de atuação entre os equipamentos destinados a serem enviados pelo interior de uma tubulação de diâmetro variável, impulsionados por um fluido que escoa dentro da referida tubulação.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO.
Todas as grandes indústrias utilizam tubulações para o transporte dos mais variados tipos de fluidos por seu interior.
A utilização de equipamentos capazes de se moverem pelo interior de uma tubulação por meio, por exemplo, de um fluxo de fluido é bem conhecida na técnica e o equipamento é freqüentemente referido pelo termo em inglês pipeline pig doravante chamado apenas pelo termo
PIG.
Pigs são equipamentos que, inseridos dentro do duto, viajam por toda a sua extensão, empurrados, geralmente, pela própria vazão do produto. Eles são classificados em duas categorias: “Utility pigs”, que realizam a função de limpeza, separação de produtos e remoção de água, e Ίη-line Inspection tools”, também conhecidos como pigs instrumentados, “intelligent pigs” ou “smart pigs”, que fornecem informações das condições da linha, bem como da extensão e localização de algum problema.
Os pigs são utilizados durante a construção de uma linha de tubos, assim como durante a vida operacional das referidas linhas de tubos.
Um fenômeno que ocorre freqüentemente, a depender das características do fluido presente e nas condições de escoamento no interior da tubulação, pode gerar transtornos operacionais ou mesmo algum grau de risco, é a formação de depósitos na parede interna da tubulação. Em alguns casos a taxa de formação de depósitos na parede interna da tubulação é muito lenta, e estes apresentam baixa dureza e
2/13 pouca aderência. Neste caso, estes tipos de depósitos podem ser removidos muito facilmente mesmo depois da primeira ocorrência. Em outros casos, a formação pode resultar em incrustações graves, chegando até mesmo a casos de obstrução total do fluxo de fluido. Em ambos os casos relatados acima, um pig é utilizado como elemento raspador do material depositado no interior da tubulação, promovendo a limpeza desta última.
Os pigs referidos acima são utilizados há muito tempo e são mais eficientes quando o diâmetro da tubulação é constante.
Porém, existem algumas desvantagens que um pig tradicional pode apresentar. Pode ser citado um caso exemplar em que haja ruptura do corpo metálico do pig no interior da tubulação, em junções de tubos ou mesmo em válvulas.
Um outro caso exemplar possível envolve a capacidade do pig passar por curvas de tubulação com raio muito curto. A existência dessas curvas na tubulação, dependendo do raio adotado, pode levar a um travamento do pig, o que provoca transtornos imensos.
Os pigs construídos com elementos não rígidos já não apresentam as mesmas desvantagens citadas acima. No caso de uma falha estrutural no pig, como normalmente o material de construção é elastomérico, sempre pode ser enviado um segundo pig para deslocar pedaços de elastômero que possam ter ficado soltos no interior da tubulação e que o fluxo de fluido não foi capaz de deslocar. No entanto, ultimamente tem sido utilizadas linhas de transporte de fluido, onde as tubulações que formam a linha de transporte apresentam diâmetros nominais variáveis. Para esses casos, os tipos de pig até agora abordados tornam-se inadequados.
Um pig pode ter uma construção com um diâmetro que seja adequado para um determinado diâmetro interno de um trecho de tubulação, mas que pode promover o travamento deste mesmo pig em um outro trecho de diâmetro interno menor, ou o pig pode perder empuxo,
3/13 caso no qual o diâmetro interno aumenta e implica uma passagem de fluido no espaço anular entre o copo e a tubulação.
Um exemplo típico de uma situação dentre as citadas anteriormente seria um pig elastomérico e com copos de limpeza que possuam uma flexibilidade pouco acentuada. Enquanto o diâmetro da tubulação for reduzido a um valor em que a flexibilidade dos copos raspadores possa se deformar, problemas não existirão. No entanto, se o diâmetro for muito reduzido, como a flexibilidade dos copos raspadores não permite uma deformação suficiente desses últimos, um resultado a ser esperado é o travamento do pig.
Começou a ser sentida a necessidade do desenvolvimento de pigs que fossem capazes de fazer a limpeza em tubulações com diâmetro heterogêneo. Desde então, desenvolvimentos começaram a surgir.
No entanto, a maioria das inovações tinha seu foco sob copos adaptados ao pig, tanto em termos de características físicas do material com o qual eram construídos, quanto em termos de novas configurações capazes de suportar as mudanças de diâmetro. Esses pigs são conhecidos como “pigs multi-size”.
Um fenômeno muito comum e desvantajoso em pigs com vedadores multi-size, é o desalinhamento desses últimos em relação ao eixo da tubulação “nose down” devido a uma excessiva flexibilidade dos vedadores.
Um outro tipo de pig existente no estado da técnica é o conhecido “pig de espuma”, que recebe este nome por ser confeccionado em material polimérico espumado, como espuma de poliuretano, por exemplo.
Em comparação com os tipos de pig descritos anteriormente, um pig construído em espuma apresenta como característica uma razoável resistência mecânica e uma boa capacidade de deformação.
Os “pigs de espuma” tradicionais apresentam uma conformação de corpo com um recesso côncavo em uma de suas extremidades, para agir
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como superfície concentradora da pressão imposta pelo fluido impulsionador, e a outra extremidade com um certo abaulamento convexo.
Uma característica deste tipo de pig é a grande capacidade de deformação que ele pode apresentar. Essa grande deformação, no 5 entanto, implica em baixa eficiência de remoção de depósitos duros, quando no trecho de maior diâmetro da tubulação, ou na promoção de rasgos no corpo no trecho de menor diâmetro, devido a uma menor resistência do material com que é fabricado, com possibilidade até de
destruição do pig.
Esses problemas de deformação poderíam ser até aceitáveis nos casos de ocorrência de depósitos macios e de fácil remoção e, adicionalmente, considerando o baixo custo do material de confecção do pig.
A busca por uma limpeza mais eficiente do interior das tubulações 15 utilizando “pigs de espuma” teve um avanço.
Tentando aumentar a abrasividade no contato pig/parede interna da tubulação, surgiram propostas que compreendiam a modificação da textura superficial do corpo do pig. Dentre essas modificações, pode-se citar a criação de enxertos externos radiais no corpo do pig com cerdas ou 20 superfícies rugosas em várias configurações, como losangos, exemplificados nos documentos US 3602934, pertencente a Acushnet Company e US 4242771, pertencente a Kenneth M. Knapp, ou com sobreposição de materiais diferentes e em outros formatos como no documento US 5895619, pertencente ao mesmo Kenneth M. Knapp, ou 25 mesmo o recobrimento de todo o corpo do pig com uma sobrecapa provida de minúsculas cerdas, metálicas ou não, como ilustra o documento US 4016620, pertencente a Pipeline Dehydrators Inc.
O documento US 6500271 B1, pertencente a Darren Moore, descreve um Pig que possui uma porção central cilíndrica com um núcleo 30 vazio, com as duas extremidades arredondadas e com válvulas de alívio
5/13 de pressão nas extremidades, é produzido em material flexível e possui uma pluralidade de ressaltos circunferenciais na superfície externa com raspadores metálicos ao longo dos ressaltos. O núcleo vazio é preenchido com uma solução em seu interior, que é expulsa através das válvulas de 5 alívio de pressão quando ocorre o aumento significativo da pressão no interior do pig.
Em que pese uma melhoria na eficiência de limpeza, a abrasividade dos citados externos, pode chegar a provocar riscos severos na parede interna da tubulação, notadamente, em se tratando de linhas flexíveis que 10 apresentam uma fina camada interna em aço inoxidável.
As propostas em relação ao tipo de aumento na capacidade de raspagem foram evoluindo a ponto de as cerdas ou a modificação da textura superficial ficarem contidas apenas em algumas faixas delgadas, as quais são dispostas helicoidalmente, ao longo do comprimento, no 15 exterior do corpo cilíndrico do pig, de forma a cobrir todo o diâmetro interno da tubulação.
Os documentos US 4720884, pertencente à T.D. Williamson Inc.,
US 5384929 apresentam um suporte para os elementos limpadores, no caso escovas, montados em plataformas de material elástico. O 20 documento US 6538431, pertencente à Pll Limited, mostra um pig para inspeção de tubulações com elementos de inspeção montados em plataformas, as quais se retraem ou expandem, acompanhando o diâmetro interno da tubulação, em resposta à deformação sofrida pelos copos impulsores.
No entanto, ainda permanecia o conceito de um percurso unidirecional do pig no interior da tubulação.
Ainda era necessário o desenvolvimento de um pig que apresentasse a capacidade, por exemplo, para viajar no interior de uma tubulação bidirecionalmente e/ou com elementos de raspagem que fossem 30 capazes de fornecer eficiência de raspagem em linhas que apresentem
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diâmetros diferentes. Algumas propostas foram criadas nesse sentido, como pode ser observado, por exemplo, no documento US 6145150, pertencente a Kenneth M. Knapp, no qual um pig formado por dois componentes interligados, um deles em formato de disco adaptado em um núcleo cilíndrico, apresenta a possibilidade de ultrapassar uma tubulação com transições de diâmetro. O pig em questão é construído em espuma. Mesmo com esses avanços, continuou a busca por um equipamento que conjugasse a possibilidade de:
- viajar no interior de tubulações que apresentem diâmetros bem diferentes, inclusive diâmetros intermediários;
- passar por conexões “Y” pigáveis;
- apresentar pequeno diferencial de pressão para deslocamento;
- ser capaz de suportar uma mudança de direção sem travamento por efeito cunha ou por qualquer outro motivo;
- ultrapassar curvaturas da tubulação;
- apresentar, no entanto grande força de contato entre o elemento limpador e a parede interna da tubulação; e
- não danificar o interior da tubulação.
O documento PI 0304793-8, pertencente à Requerente, apresenta uma proposta de um pig raspador articulado multidirecional formado por 4 módulos unidos por um elemento tensionador, onde os dois módulos da extremidade são módulos impulsionadores e os dois módulos centrais são módulos raspadores, destinados a remover as incrustações nas paredes dos tubos.
No entanto, os módulos impulsionadores possuem núcleos rígidos, que não permitem alongamento longitudinal quando ocorre mudança de diâmetro, o que causa a destruição do corpo de espuma do módulo impulsionador.
Assim sendo, tornou-se necessário o desenvolvimento de módulos impulsionadores que permitissem o alongamento longitudinal sem que o
7/13 corpo de espuma do módulo impulsionador fosse destruído, além de manter as demais propriedades dos módulos impulsionadores do PI 0304793-8.
Portanto, o módulo vedador elástico multidiâmetro para pigs apresentado neste documento supera o estado da técnica por apresentar
as propriedades acima referenciadas. SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Trata a presente invenção de um equipamento destinado a ser enviado pelo interior de uma tubulação flexível ou não, para deslocar 10 acessórios diversos com o objetivo de remover incrustações internas desta tubulação, impulsionado por um fluido que escoa dentro da referida tubulação.
O equipamento, conhecido como Módulo Vedador Elástico Multidiâmetro para Pigs, apresenta um corpo substancialmente cilíndrico, 15 confeccionado em espuma de poliuretano, com ou sem canaletas superficiais, com duas extremidades distais em forma de tronco de cone, o que lhe confere um aspecto simétrico. Essa simetria facilita um deslocamento bidirecional do módulo vedador no interior de uma tubulação.
Cada extremidade do módulo vedador possui um elemento para engate de módulos rebocadores ou módulos rebocados. Esses elementos para engate são unidos ao módulo vedador elástico por meio de elementos de fixação.
No interior do corpo do módulo vedador elástico é inserido um 25 núcleo flexível, que é um corpo cilíndrico oco, com extremidades de forma a permitir acoplamentos e onde são acoplados os elementos para engate. O núcleo flexível possui rasgos longitudinais igualmente espaçados na superfície cilíndrica, que começam próximo a uma primeira extremidade e terminam próximo a uma segunda extremidade do núcleo flexível, e 30 formam tiras elásticas integradas a este núcleo.
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O núcleo flexível é confeccionado em material elastomérico, e é
inserido no interior do módulo vedador com uma ligeira compressão, o que possibilita que o módulo vedador se alongue longitudinalmente quando ocorre uma mudança de diâmetro da tubulação.
O módulo vedador da presente invenção apresenta características vistas logo acima e detalhadas mais adiante, que o tornam um módulo vedador considerado multi-diâmetro.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As características do módulo vedador elástico multi-diâmetro, objeto da presente invenção, serão melhor percebidas a partir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo, associado aos desenhos abaixo referenciados, os quais são parte integrante do presente relatório.
A FIGURA 1 apresenta uma representação em perspectiva de uma possível concretização do módulo vedador elástico multi-diâmetro, de acordo com a presente invenção.
A FIGURA 2 apresenta uma representação em vista lateral da concretização do módulo vedador elástico multi-diâmetro, representada na figura 1.
A FIGURA 3 apresenta uma representação em perspectiva do núcleo flexível na forma em que se encontra inserido no módulo vedador elástico multi-diâmetro.
A FIGURA 4 apresenta uma representação em vista lateral do núcleo flexível antes de ser inserido no módulo vedador elástico.
A FIGURA 5A apresenta uma representação em perspectiva com corte de uma possível concretização do primeiro elemento de engate.
A FIGURA 5B apresenta uma representação em perspectiva de uma possível concretização segundo elemento de engate.
A FIGURA 6A apresenta uma representação em corte da vista lateral do primeiro elemento de engate da primeira concretização, de acor9/13 do com a figura 5A.
A FIGURA 6B apresenta uma representação em corte da vista lateral do segundo elemento de engate da primeira concretização, de acordo com a figura 5B.
A FIGURA 7 apresenta uma representação em perspectiva das concretizações do primeiro e do segundo elemento de fixação.
DESCRIÇÃO DETALHADA
A descrição detalhada do módulo vedador elástico multidiâmetro para pigs, objeto da presente invenção, será feita de acordo com a identificação dos componentes que o formam.
Trata a presente invenção de um módulo vedador elástico multidiâmetro para pigs destinado a ser enviado pelo interior de uma tubulação, flexível ou não, para deslocar pigs com acessórios diversos, com o objetivo de remover incrustações internas desta tubulação. O módulo vedador elástico é impulsionado por um fluido que escoa dentro da referida tubulação e apresenta capacidade para ser utilizado como pig integral ou como módulo vedador / propulsor para pigs multi-estágios, que desloca acessórios acoplados a este.
A figura 1 apresenta uma representação em perspectiva de uma possível concretização do módulo vedador elástico, objeto da presente invenção.
A figura 2 representa um corte longitudinal da concretização, representada na figura 1, do corpo do módulo vedador elástico, objeto da presente invenção, o qual compreende:
- um elemento vedador / impulsionador (1), substancialmente cilíndrico com cada uma das extremidades terminadas em forma de tronco de cone;
- um núcleo flexível (2), que é um corpo cilíndrico oco, envolvido pelo elemento vedador / impulsionador (1), com extremidades de forma a permitir acoplamentos, possui rasgos longitudinais (23) igualmente espaçados na superfície cilíndrica, que começam próximo a uma primeira
10/13 extremidade (21) do núcleo flexível (2) e terminam próximo a uma segunda extremidade (22) do núcleo flexível (2), e formam tiras elásticas (24) integradas ao núcleo flexível (2).
- um primeiro elemento de engate (3), cilíndrico, com pelo menos dois segmentos com seções transversais de diâmetros distintos, é acoplado à primeira extremidade (21) do núcleo flexível (2);
- um segundo elemento de engate (4), cilíndrico, com pelo menos dois segmentos com seções transversais de diâmetros distintos, é acoplado à segunda extremidade (22) do núcleo flexível (2);
- um primeiro elemento fixador (5), é unido ao primeiro elemento de engate (3) e promove a fixação do primeiro elemento de engate (3) à primeira extremidade (21) do núcleo flexível (2);
- um segundo elemento fixador (6), é unido ao segundo elemento de engate (4) e promove a fixação do segundo elemento de engate (4) à segunda extremidade (22) do núcleo flexível (2);
O elemento vedador/impulsionador (1) é impulsionado pelo fluido bombeado e movimenta o módulo vedador elástico pelo interior da
tubulação. O elemento vedador/impulsionador (1), mantém contato com as paredes da tubulação ao longo da área da superfície cilíndrica, o que reduz o risco de desalinhamento longitudinal do módulo vedador elástico com a tubulação. As duas extremidades do elemento vedador/ impulsionador (1), em igual configuração e em forma de tronco de cone, facilitam ao módulo vedador elástico percorrer o interior da tubulação bidirecionalmente.
O elemento vedador/impulsionador (1) pode compreender canaletas superficiais (11) longitudinais, eqüidistantes e distribuídas sobre a superfície cilíndrica, e é preferencialmente confeccionado em espuma de poliuretano;
A figura 3 apresenta uma representação em perspectiva de uma possível concretização do núcleo flexível (2) na posição em que fica
11/13 inserido no interior do elemento vedador/impulsionador (1). O núcleo flexível (2), quando inserido no elemento vedador/impulsionador (1), apresenta um abaulamento em sua região mais central, o que permite que o elemento vedador/impulsionador (1) alongue quando ocorre a passagem em uma linha com diâmetros diferentes, por exemplo, quando o diâmetro da tubulação passa de um diâmetro maior, como 6”, para um diâmetro menor, como 4”.
O núcleo flexível (2) é preferencialmente confeccionado em poliuretano elastomérico.
A primeira extremidade (21) do núcleo flexível (2) e a segunda extremidade (22) do núcleo flexível (2) são coincidentes com as extremidades do elemento vedador/impulsionador (1), além de possuírem configurações que permitem o acoplamento dos elementos de engate (3) e (4).
O primeiro elemento de engate (3) e o segundo elemento de engate (4) promovem a conexão do módulo vedador elástico a dispositivos rebocados e/ou a dispositivos rebocadores, que podem acompanhar o módulo vedador elástico em sua operação. Através dos elementos de engate (3) e (4), o módulo vedador elástico é capaz de rebocar dispositivos para raspagem de incrustações nas paredes da tubulação, dispositivos para aferição de falhas estruturais da tubulação ou outros que se fizerem necessários, ou ainda ser rebocado quando for parte integrante de um pig multi-estágios.
A figura (5A) e a figura (6A) representam uma concretização do primeiro elemento de engate (3), que compreende pelo menos dois segmentos com diâmetros diferentes como segue:
- um primeiro segmento de acoplamento (31), com configurações que o permitam ser acoplado à primeira extremidade (21) do núcleo flexível (2).
- um primeiro segmento de engate (32), com uma configuração que permite o engate de dispositivos rebocados ou rebocadores, que pode ser,
12/13 por exemplo, uma pluralidade de furos radiais ou uma rosca externa.
A figura (5B) e a figura (6B) representam uma concretização do segundo elemento de engate (4), que compreende pelo menos três segmentos com diâmetros diferentes como segue:
- um segundo segmento de acoplamento (41), com configurações que o permitam ser acoplado à segunda extremidade (22) do núcleo flexível (2).
- um segundo segmento de engate (42), com uma configuração que permite o engate de dispositivos rebocados ou rebocadores, que pode ser, por exemplo, uma pluralidade de furos radiais ou uma rosca externa.
O primeiro elemento de engate (3) e o segundo elemento de engate (4) são preferencialmente confeccionados em material metálico.
O primeiro elemento fixador (5) e o segundo elemento fixador (6) podem ser pinos, conjuntos de porca e arruela, ou outro meio de fixação conhecido do estado da técnica que seja capaz de manter os elementos de engate (3) e (4) unidos ao núcleo flexível.
O primeiro elemento fixador (5) e o segundo elemento fixador (6) são preferencialmente confeccionados em material metálico.
O módulo vedador elástico acima descrito apresenta adicionalmente capacidade para:
- operar em tubulações formadas por trechos de tubos, que podem ser flexíveis e apresentar diâmetros variáveis;
- se deslocar nos dois sentidos da tubulação referenciada acima;
- permitir alongamento longitudinal e um melhor ajuste nas variações de diâmetro de tubulações.
- ultrapassar conexões *Ύ” pigáveis de, pelo menos, 30°, assimétricas e
convergentes.
A descrição que se fez até aqui do módulo vedador elástico, objeto da presente invenção, deve ser considerada apenas como uma possível concretização, e quaisquer características particulares devem ser entendidas como algo que foi descrito para facilitar a compreensão. Desta
13/13 forma, não podem ser consideradas limitantes da invenção, a qual está limitada apenas ao escopo das reivindicações que seguem.
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