ES2336904T3 - Metodo para evaluar la integridad de una estructura. - Google Patents
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Abstract
Método para evaluar la integridad de una estructura, que comprende las etapas de:# i) recoger datos referentes a las dimensiones iniciales de la estructura (20),# ii) crear un modelo informático de la estructura (20),# iii) recoger datos referentes a la carga estimada en la estructura (20),# iv) analizar la estructura, utilizando el modelo informático de la estructura (20) y los datos de la carga, para definir las zonas de alto estrés, en cuyas zonas de la estructura pueden esperarse problemas futuros,# v) instalar, en las zonas de alto estrés, un primer conjunto de sensores (11) para medir las dimensiones de la estructura (20) en dichas zonas de alto estrés,# vi) medir, después de un intervalo de tiempo, las dimensiones de la estructura (20) en las zonas de alto estrés,# vii) actualizar el modelo informático de la estructura (20), utilizando los resultados de la etapa vi),# viii) instalar, en las zonas de alto estrés, un segundo conjunto de sensores (11) para medir la carga en la estructura (20) en dichas zonas de alto estrés,# ix) medir la carga real en la estructura (20),# x) actualizar los datos referentes a la carga en la estructura (20), y después de eso,# xi) volver a analizar la estructura (20), utilizando el modelo informático actualizado y los datos de carga actualizados, para calcular un valor para la integridad de la estructura (20).
Description
Método para evaluar la integridad de una
estructura.
La presente invención se refiere a un método
para evaluar la integridad de una estructura. El método según la
presente invención implica medir las dimensiones de la estructura y
la carga y después de eso analizar los resultados de esas
mediciones para calcular un valor para la integridad de la
estructura.
En la industria de transformación, una de las
mayores fuentes de error y parada de las plantas de transformación
está en los sistemas de tuberías y recipientes a presión. En la
técnica anterior, se conocen sistemas que monitorizan y evalúan
plantas para poder predecir un fallo. Según la técnica anterior, el
espesor de las paredes de las estructuras, como las tuberías,
simplemente se monitoriza para llevar a cabo cálculos simples y
predecir una tendencia, por ejemplo en el desgaste y/o la corrosión
de una estructura de ese tipo. De manera alternativa, se utilizan
sistemas de monitorización de la vibración y corrosión basados en
máquinas. Estos sistemas son sumamente imprecisos ya que más del
85% de los fallos se dan en zonas de tubería no rectas, debido a las
cargas estructurales, corrosión/erosión, fatiga, pulsación o
vibración (revista "Hydrocarbon"). Las tecnologías de
monitorización y evaluación según la técnica anterior se basan en el
"análisis de riesgos". Estos sistemas utilizan la probabilidad
para estimar un fallo, y al hacerlo predicen los intervalos de
inspección adecuados. Una desventaja importante de un enfoque de
ese tipo es que estos sistemas no utilizan mediciones en tiempo
real para calcular la carga y los mecanismos de cambio de carga en
tiempo real.
US 4.852.397 se refiere a un aparato y método
para medir sobre el terreno las propiedades físicas y mecánicas de
las estructuras metálicas.
Este es un procedimiento para medir una serie de
Propiedades de los Materiales, no la Integridad estructural. El
método utilizado es para probar las "Propiedades de los
Materiales" de una "Estructura Fallida". A continuación
otros utilizan esto, como el comportamiento real de los materiales
para determinar si es seguro desmantelar la estructura que queda o
incluso mantenerla parcialmente en servicio. Este sistema no indica
de ninguna manera, cómo medir las cargas o la geometría de
cualquier sistema o establecer los estreses dentro de cualquier
sistema, y aún menos cómo predecir adicionalmente la Integridad de
una estructura de ese tipo.
En "Concept and Applications of finite element
análisis" (1.989, John Wiley & Sons, Nueva York, Robert D.
Cook and Al.) se estudia el análisis del elemento conjugado como
medio de aproximación por segmentos de una estructura. Esto implica
un análisis computacional de diversas propiedades para visualizar la
transferencia de calor y estrés en una estructura.
No existen descripciones de cómo esto puede
llevarse a cabo ni cómo se hace una determinación de la integridad
de una estructura, si se lleva a cabo tal transferencia de calor y
estrés.
Un sistema para monitorizar un segmento de
tuberías se conoce por ejemplo por la solicitud de patente europea
EP 0358994. El método según la EP 0358994 se adapta para medir la
tendencia a una corrosión/erosión. El sistema está confinado al
cambio en el espesor de las paredes de la tubería principal para
predecir el futuro espesor de la pared de la tubería. Según este
documento el énfasis se hace en medir la tasa de corrosión/erosión
y utilizar técnicas estadísticas para predecir futuras tendencias y
tasas.
\vskip1.000000\baselineskip
El estrés estimado en una pared de tubería se
calcula utilizando la siguiente ecuación:
Estrés =
\frac{presión \ x \ radio}{espesor} x factor
estimado
\vskip1.000000\baselineskip
Esta ecuación sólo calcula la carga de presión
en tuberías rectas. No se consideran otras cargas. Conforme el
espesor disminuye existe peligro de ruptura de la pared de la
tubería. Por lo tanto se utiliza la información para predecir el
intervalo de tiempo máximo antes de la siguiente inspección de las
soldaduras de las tuberías. La información recogida según
EP0358994, en la práctica, no resulta muy útil, ya que muy pocos
fallos de las plantas son causados por la ruptura de las paredes de
la tubería principal. Esto significa que la información recogida
por medio de EP0358994 sólo tiene un valor limitado.
Además, según la técnica anterior es conocido
que se utiliza la monitorización de la pulsación acústica, la
vibración y el estado para monitorizar y evaluar la integridad de
una estructura. La desventaja de esas técnicas es el hecho de que
esas técnicas son tareas de especialistas y extremadamente caras.
Debido a los altos costes implicados con esas técnicas normalmente
estas técnicas sólo se utilizan si se espera tener o se ha
producido algún fallo.
En vista de las desventajas y limitaciones de
los métodos para evaluar la integridad de una estructura según la
técnica anterior, es un objeto de la presente invención proporcionar
un método según la introducción en el que se tengan en cuenta los
mecanismos de cambio de carga y los mecanismos de cambio de
dimensiones, tal como que se dan, en los cálculos de integridad de
la estructura.
\vskip1.000000\baselineskip
Según un aspecto de la presente invención se
proporciona un Método para evaluar la integridad de una estructura,
que comprende las etapas de:
- i)
- recoger datos referentes a las dimensiones iniciales de la estructura (20),
- ii)
- crear un modelo informático de la estructura (20),
- iii)
- recoger datos referentes a la carga estimada en la estructura (20),
- iv)
- analizar la estructura, utilizando el modelo informático de la estructura (20) y los datos de la carga, para definir las zonas de alto estrés, en cuyas zonas de la estructura pueden esperarse futuros problemas,
- v)
- instalar, en las zonas de alto estrés, un primer conjunto de sensores (11) para medir las dimensiones de la estructura (20) en dichas zonas de alto estrés,
- vi)
- medir, después de un intervalo de tiempo, las dimensiones de la estructura (20) en las zonas de alto estrés,
- vii)
- actualizar el modelo informático de la estructura (20), utilizando los resultados de la etapa vi),
- viii)
- instalar, en las zonas de alto estrés, un segundo conjunto de sensores (11) para medir la carga en la estructura (20) en dichas zonas de alto estrés,
- ix)
- medir la carga real en la estructura (20),
- x)
- actualizar los datos referentes a la carga en la estructura (20), y después de eso,
- xi)
- volver a analizar la estructura (20), utilizando el modelo informático actualizado y los datos de carga actualizados, para calcular un valor para la integridad de la estructura (20).
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En la presente descripción se utiliza la
expresión "modelo informático". La expresión "modelo
informático" se refiere a un conjunto de datos que representan
una estructura, cuyo conjunto de datos puede analizarse por medio
de una tecnología de análisis del elemento conjugado apropiada. Por
medio de esta tecnología de análisis del elemento conjugado pueden
calcularse las deformaciones y los estreses que se dan en la
estructura.
En la presente descripción se hace referencia a
"un valor para la integridad de la estructura". La expresión
"valor para la integridad de la estructura" se refiere a si una
estructura está o no "en condiciones". Cuando se calcula el
valor para la integridad de una estructura, se evalúa si la
estructura está en condiciones de llevar a cabo sus tareas
normales. Eso significa que el valor para la integridad de una
estructura puede hacer referencia a un espesor de pared mínimo, un
estrés máximo en el material de la pared, una deformación máxima en
el material de una pared, o una característica similar.
Según la presente invención se recogen los datos
referentes a las dimensiones iniciales de una estructura. Estos
datos se utilizan para crear un modelo informático de la estructura.
Eso significa que resulta posible utilizar un método de elementos
finitos para calcular las deformaciones y estreses en la estructura.
Después de eso se recogen los datos referentes a la carga estimada
en la estructura. Por medio del método de elementos finitos puede
analizarse la estructura, utilizando el modelo informático y los
datos de la carga. El resultado de este análisis es que pueden
definirse zonas individuales que son sometidas a estreses
relativamente altos. Debido al hecho de que se identifican las
zonas de alto estrés, queda claro en qué zonas de la estructura
pueden esperarse problemas futuros.
Si los resultados del análisis de la estructura
revelan que las deformaciones y los estreses en la estructura están
dentro de los límites de seguridad, la estructura puede utilizarse
después de eso para su propósito normal. Después de un intervalo de
tiempo establecido las dimensiones de la estructura se medirán en
las zonas de alta carga. Debido al hecho de que se han definido
zonas de alta carga, puede limitarse la cantidad de mediciones. Eso
significa que la medición real de las dimensiones de la estructura
en las zonas de alta carga implica un esfuerzo relativamente
limitado.
Entonces es posible utilizar las dimensiones
medidas de la estructura para actualizar el modelo informático y
volver a analizar la estructura. Este cálculo resultará en un valor
actualizado para la integridad de la estructura. Esto significa que
el método según la presente invención presenta un método eficiente y
eficaz para evaluar la integridad de una estructura.
El método según la presente invención no sólo
puede utilizarse para evaluar las dimensiones reales de la
estructura, el método resulta también adecuado para medir la carga
real en la estructura y utilizar los resultados de esas mediciones
para refinar los cálculos del valor para la integridad para la
estructura.
Según la presente invención el método puede
comprender adicionalmente la etapa de repetir determinadas etapas
una o más veces, las etapas vi), vii), ix) y xi).
El método según la presente invención resulta
adecuado para la evaluación continua de la integridad de una
estructura. Para facilitar la revisión de los resultados de la
evaluación, los resultados de los cálculos que llevan al valor para
la integridad de la estructura pueden presentarse, por ejemplo, en
una tabla. Esta tabla puede presentarse a un gestor de planta que
después de eso puede tomar las medidas necesarias, en caso
necesario.
Para procesar los datos recogidos en tiempo real
es una ventaja que el método comprenda la etapa de conectar los
sensores al medio de procesamiento, como un ordenador, para
transmitir los datos desde los sensores hasta el medio de
procesamiento en tiempo real.
El método según la presente invención puede
utilizarse para sistemas nuevos. El método, sin embargo, también
resulta adecuado para estructuras que ya se han utilizado durante un
determinado horizonte temporal. En esos casos resulta ventajoso que
el método comprenda la etapa de, antes de la etapa iv), recoger los
datos referentes a los defectos conocidos de la estructura y
después de eso utilizar dichos datos de defectos, el modelo
informático de la estructura y los datos de la carga para definir
las zonas que están sometidas a cargas relativamente altas.
Añadiendo los datos referentes a los defectos
conocidos de la estructura puede refinarse el cálculo de las zonas
de alta carga en la estructura. A continuación pueden medirse y
analizarse el deterioro y el crecimiento de los defectos.
En caso de no haber defectos conocidos, resulta
posible que el método comprenda la etapa de estimar antes de la
etapa iv), el tamaño mínimo del defecto en la estructura y después
de eso utilizar dicho dato de defecto estimado, el modelo
informático de la estructura y los datos de la carga para definir
las zonas sometidas a cargas relativamente altas. Además, es
posible que se estime que el tamaño mínimo del defecto es igual a
la precisión del equipo de medición, utilizado para medir las
dimensiones de la estructura.
Cuando la estructura, a ser analizada, se
utiliza durante un determinado período de tiempo, y se conoce el
histórico de la carga en la estructura, es posible que el método
comprenda la etapa de antes de la etapa iv), recoger los datos
referentes al histórico de la carga en la estructura y después de
eso utilizar dicho histórico de la carga, el modelo informático de
la estructura y los datos de la carga para definir las zonas
sometidas a cargas relativamente altas. Utilizando esta etapa extra
de recoger los datos referentes al histórico de la carga significa
que pueden refinarse los cálculos iniciales de las zonas de alta
carga.
Sistema (10) para evaluar la integridad de una
estructura (20), provisto de un medio de procesamiento (14), como
un ordenador, para contener* un modelo informático de la estructura
(20) a analizar y para utilizar los datos referentes a la carga en
la estructura (20) en un cálculo de un valor que representa la
integridad de la estructura (20), en el que el sistema (10) está
provisto de unos primeros sensores (11) para medir los datos
referentes a las dimensiones de la estructura (20) en zonas de alto
estrés en cuyas zonas de la estructura pueden esperarse problemas
futuros y unos segundos sensores (11) para medir la carga en la
estructura (20) en dichas zonas de alto estrés, estando los
sensores (11) conectados a un registrador de datos o "data
logger" (13) conectado al medio de procesamiento (14) para
transmitir** dichos datos en tiempo real al medio de procesamiento
(14) y en el que el medio de procesamiento (14) se adapta para
actualizar el modelo informático de la estructura (20) y para ***
recalcular un valor que representa la integridad de la estructura
(20), utilizando dichos datos.
Preferentemente el sistema dispone de unos
medios de representación para visualizar los resultados del cálculo
del valor para la integridad de la estructura.
Según la invención resulta posible que los
sensores utilizados en el sistema, se adapten para medir la presión
ejercida en la estructura, cargas ambientales, temperatura, carga
mecánica en la estructura, carga de los fluidos en la estructura,
vibración o aceleración experimentadas por la estructura.
El método según la presente invención puede
controlarse en su totalidad mediante un programa informático
adecuado después de ser cargado por el sistema de procesamiento. Por
tanto, la invención también se refiere a un programa informático
que comprende datos e instrucciones para llevar a cabo el método
según las Reivindicaciones 1-9, cuando el programa
informático se ejecuta en un sistema informático.
También se reivindica un portador de datos que
comprende un producto de programa informático.
A continuación, se explicará la invención en
detalle haciéndose referencia a los dibujos. Los dibujos sólo
pretenden ilustrar la invención y no limitar su alcance que sólo se
define mediante las reivindicaciones dependientes.
La Fig. 1 muestra una vista general esquemática
de un sistema de procesamiento para evaluar la integridad de un
recipiente.
La Fig. 2 muestra una representación visual de
los cálculos de un valor para la integridad de una estructura.
La Fig. 3 muestra una vista general esquemática
del software utilizado según la presente invención.
La Fig. 4 muestra un diagrama que indica la
relación entre los costes de inspección, el número de inspecciones
y el riesgo correspondiente.
\vskip1.000000\baselineskip
En la Fig. 1 se muestra una vista general
esquemática de un sistema de procesamiento 10 para evaluar la
integridad de un recipiente. Para evaluar la integridad del
recipiente 20, en una etapa inicial se creará un modelo informático
que representa las dimensiones del recipiente 20. Al crear dicho
modelo informático puede tenerse en cuenta la presencia de zonas
corroídas 21 y la presencia de defectos, marcas y grietas 22. El
sistema de procesamiento 10 comprende unos sensores 11 que se
instalan en zonas de alta carga del recipiente 20. En la Fig. 1
sólo se muestra un sensor.
En la práctica, se instalarán varios sensores
para permitir una buena vista general del estado, las deformaciones
y los estreses en el recipiente 20. El sensor 11 se conecta por
medio de una línea 12 a un registrador de datos o "data logger"
13. El registrador de datos o "data logger" 13 se conecta al
medio de procesamiento 14, como un ordenador. El ordenador 14
dispone de un software adecuado para procesar los datos generados
por el registrador de datos o "data logger" 13. Una
arquitectura posible para el software a utilizar en el ordenador 14
se describe con respecto a la Fig. 3. Por medio del sensor 11
pueden medirse continuamente las dimensiones reales del recipiente
20 y la carga ejercida en el recipiente y pueden enviarse al
ordenador 14. La información actualizada enviada al ordenador 14
puede utilizarse para volver a analizar constantemente la estructura
y recalcular los valores para la integridad de la estructura.
Los resultados de los cálculos pueden
visualizarse, por ejemplo por medio de un centro de documentación
15. El centro de documentación 15 puede utilizarse, por ejemplo,
para imprimir tablas y vistas generales (véase Fig. 2), para
informar al gestor responsable de planta.
En la Fig. 1 los números de referencia 23 y 24
se utilizan par una representación gráfica de los defectos, marcas
y grietas que pueden estar presentes en la pared del recipiente.
Durante la vida útil del recipiente el tamaño real de tales
defectos, marcas y grietas (en 3-d) se utilizará en
los cálculos del valor para la integridad de la estructura. Eso
significa que según la presente invención no se utilizan
estimaciones de tendencias. Los tamaños reales de los defectos,
marcas y grietas en el sistema se utilizarán al calcular el valor
representativo para la integridad de la estructura.
Según la presente invención es posible añadir un
sistema de avisos. Este sistema de avisos podría producir un aviso
cuando el valor para la integridad de la estructura caiga por debajo
de un nivel predeterminado específico. También resulta posible
indicar en una representación visual que el valor para la integridad
de la estructura ha caído por debajo de un determinado mínimo.
En la Fig. 2 se muestran unos resultados
posibles de los cálculos. Según los requisitos de un usuario, el
resultado de los cálculos proporciona información sobre, pero sin
limitarse a, la presión efectiva dentro del recipiente, el número
de ciclos de fatiga actual, el número de ciclos de fatiga restantes,
la tasa de corrosión actual, fecha hasta la que se requiera la
inspección, el factor de seguridad actual, los factores de riesgo
actuales, etc. La representación visual del resultado de los
cálculos del valor para la integridad de la estructura puede
adaptarse tras la solicitud de un usuario. La representación visual
según la Fig. 2 proporciona a un gerente de planta una vista
general amigable de la integridad de una estructura.
En la Fig. 3 se da una vista general esquemática
de un programa de software que puede utilizarse en el método y
sistema de procesamiento según la presente invención. Debido al
hecho de que el módulo software proporciona un sistema de análisis
para la evaluación de la integridad de la planta en tiempo real, el
módulo software podría denominarse "Aspria". El sistema de
software se crea a partir de varios módulos. El sistema global se
denominará "Integri-TECH".
El diseño del sistema de software se muestra en
la Fig. 3. La parte central del sistema es un así denominado
sistema de gestión o sistema central. El sistema central gestiona y
controla los componentes y producirá la representación visual como
se muestra en la Fig. 2. El sistema central permite que los
diferentes módulos funcionen conjuntamente para producir un único
resultado, que represente la integridad de una estructura.
El sistema central comprende una herramienta de
análisis (Smart FEA), que es un programa basado en la tecnología de
análisis del elemento conjugado. Este módulo incluye técnicas de
estimación de errores avanzadas. El módulo contiene el modelo del
"diseño final" de la estructura a analizar, más componentes y
recibe los datos de las mediciones comunes. Al recibir los datos de
las mediciones este módulo actualizará el modelo de elementos
finitos y llevará a cabo un análisis del elemento conjugado avanzado
y después de eso pasa los resultados a otros módulos.
El sistema central también comprende un módulo
para evaluar una mancha de corrosión. Este módulo puede denominarse
"valoración de la mancha de corrosión del envuelto" (ECPA), que
se ha deducido para evaluar los efectos de las manchas de corrosión
en las diversas zonas de cada estructura a analizar. El módulo
genera un envuelto de condiciones posibles que permitirá que el
sistema prediga lo antes posible las señales de peligro para cada
estructura. Las manchas de corrosión pueden ubicarse y actualizarse
automáticamente cada vez que se haga una medición de la corrosión o
pueden generarse automáticamente a partir de datos de las
mediciones, adaptativamente mallados y puede situarse dinámicamente
en cualquier sitio en la estructura a analizar para un análisis del
elemento conjugado detallado. Los resultados del análisis se
modifican para representar la forma de mancha probablemente más
grave y emergente y donde los resultados se hacen más cercanos a los
valores limitantes, las recomendaciones se pasan de vuelta por el
sistema para que el análisis del elemento conjugado pueda modificar
la red de elementos finitos para volver a analizar el sistema de
manera que se incluyan las manchas de corrosión.
\newpage
El sistema central comprende adicionalmente un
análisis de la tendencia de la corrosión (CTA). Este módulo analiza
el histórico y las tendencias y los efectos futuros de la corrosión
y erosión en el sistema. El modulo se crea además sobre un
histórico de los efectos y deduce las correlaciones que se están
actualizando continuamente para predecir las tasas de corrosión,
patrones, etc. para utilizarse en otro módulo de análisis
estadístico.
En caso de que la estructura a analizar sea una
zona de alta temperatura, por ejemplo en sistemas de tuberías de
elevada energía, se puede utilizar un sistema de evaluación del
deslizamiento (CAS). Este módulo analizará la temperatura y
el histórico en el tiempo de una determinada estructura. Después de
eso se llevará a cabo un análisis del deslizamiento del
sistema para simular los cambios de estrés debido a efectos de la
temperatura dependientes del tiempo en el sistema de tuberías y
creará un histórico de los efectos y deducirá las correlaciones que
se están actualizando continuamente para predecir las tasas de
deslizamiento, patrones, etc. para el módulo de análisis
estadístico.
En caso de que la estructura a analizar esté
sometida a pulsación acústica, como en los sistemas de compresión
de gas, se puede utilizar un simulador
armónico-acústico (HIS) adicional. Este módulo
analiza las pulsaciones acústicas en el sistema mediante el
análisis de armónicos para simular los cambios de estrés debido a
las pulsaciones acústicas en el sistema de tuberías. A continuación
se almacena el histórico y se predicen las tendencias para los
efectos futuros de las pulsaciones acústicas en el sistema y el
sistema crea un histórico de los efectos y deduce las correlaciones
que se están actualizando continuamente para predecir patrones de
estrés cíclicos. Estos patrones de estrés cíclicos pueden utilizarse
en un módulo de análisis estadístico.
En caso de que la estructura a analizar esté
sometida a condiciones de corrientes de fluidos transitorias, como
en los sistemas de bombeo, el sistema central utiliza además un
simulador transitorio (TS). Este módulo analiza los efectos de las
corrientes de fluidos transitorias en el sistema mediante el
análisis del histórico en el tiempo para simular los cambios de
estrés debido a los efectos de las corrientes de fluidos
transitorias en el sistema de tuberías.
A continuación se almacena el histórico y se
predicen las tendencias para los efectos futuros de los efectos de
las corrientes de fluidos transitorias en el sistema y el sistema
crea un histórico de los efectos y deduce las correlaciones que se
están actualizando continuamente para predecir los patrones de
estrés cíclicos. Estos patrones de estrés cíclicos pueden
utilizarse en un módulo de análisis estadístico.
El sistema central comprende además un módulo de
análisis estadístico. Este módulo coge todo el histórico de la
carga del sistema de tuberías, los patrones cíclicos, los datos
operacionales, la corrosión y erosión y las tendencias y datos de
vibración B-Tech. A continuación estos datos se
analizan estadísticamente para proporcionar una carga significativa
y realista para los primeros datos históricos para el módulo de
fractura y defectos. Puede utilizarse la misma información en un
módulo FLP de predicción de la resistencia a la fatiga para
predecir la vida útil restante de la estructura antes de una parada
o fallo. Entonces se emplea un análisis estadístico estándar en el
sistema.
El sistema central está provisto además de un
módulo, adaptado para recibir las "mediciones en vivo", que
incluyen los datos de frecuencia, medidos en vivo mediante
acelerómetros, en conexiones ramificadas de pequeño calibre. Este
módulo se denomina "B-Tech". A continuación la
parte B-Tech del sistema ejecuta unas técnicas,
algoritmos y correlaciones matemáticas extensas paran predecir el
efecto de la vibración y lo que es más importante para predecir la
resistencia a la fatiga para la estructura analizada automáticamente
a partir de los datos medidos. El módulo, en caso de ser necesario,
puede alertar al usuario y puede evitar el fallo. Otra parte
importante de este módulo es que el módulo no sólo es capaz de
predecir la resistencia a la fatiga de la vibración, sino que
también predecirá qué excitación de vibración causará problemas para
cada configuración concreta e indicará estas excitaciones de
vibración si se detecta ese nivel de vibración.
A continuación los resultados de estos cálculos
se pasarán a unos módulos adicionales de defecto y fractura y
FLP.
El sistema central dispone además de un
simulador de movimiento del líquido. Este módulo lleva a cabo la
simulación y la evaluación del movimiento del líquido que puede
tener lugar cuando un recipiente se sitúa en un objeto en
movimiento, como una embarcación. Tal movimiento del líquido es muy
perjudicial para la integridad del recipiente y puede resultar
catastrófico. Por lo tanto es muy importante evaluar los efectos
exactos del movimiento en la integridad del recipiente. El
simulador de movimiento del líquido se adapta para simular el
movimiento y predecir la interacción del movimiento con el
recipiente a presión o una pared de embarcación. Se mide la
respuesta de estas cargas al movimiento de la embarcación (o
vehículo) y se genera el patrón de carga cíclico y se pasa por el
sistema de análisis por elementos finitos para el análisis dinámico
del estrés. Este análisis es seguido de un análisis de defecto y
fatiga para verificar la integridad de la estructura.
El sistema central comprende además un módulo de
fractura y defecto. Este módulo lleva a cabo la evaluación mecánica
de una fractura. El sistema se adapta para monitorizar, analizar y
evaluar el crecimiento de cualquier defecto en la estructura. A
continuación se cuantifica la integridad del sistema con respecto a
los tamaños limitantes de los defectos y las grietas que afectarán
a la integridad. Pueden evaluarse la ubicación, tamaño y tipo de
cualquier posible defecto o disposición de defectos acumulativos y
también pueden llevarse a cabo las evaluaciones de defectos
postulados. Por ejemplo, se evalúa cada soldadura en una estructura,
y se evalúa cada rango de defectos en cada soldadura.
\newpage
Un módulo adicional presente en el sistema
central es el módulo de predicción de resistencia a la fatiga
(FLP). Este sistema lleva a cabo las predicciones de resistencia a
la fatiga. El sistema central gestiona los diversos módulos que se
muestran en la Fig. 3. Más adelante se describirán las
características específicas de esos seis módulos.
Aspria (sistema de análisis para la evaluación
de la integridad de una planta en tiempo real) es un sistema de
análisis, monitorización y evaluación que puede conectarse a
cualquier planta presurizada o sistema estructural que pueda
deteriorase por erosión, corrosión o vibración y/o exposición en el
tiempo/a la operación general. Este módulo cuantifica la integridad
del sistema, evalúa los efectos de todas las cargas, estreses,
defectos y predice los intervalos de inspección y reparación así
como la seguridad y vida de la planta. Todo esto se hace "en
línea", "en vivo" o como un "sistema de monitorización
continua".
El módulo Aspria mide constantemente los valores
de espesor geométrico en los sistemas de tuberías afectados por la
corrosión, erosión, vibración, etc. Se lleva a cabo una
actualización geométrica detallada y la unidad, sea una parte de
una planta, como unas tuberías, una estructura o similar, será
sometida a un análisis de estrés por elementos finitos completo y
automático utilizando por ejemplo Smart-FEA (véase
lo anteriormente indicado) y técnicas de estimación de errores
avanzadas para determinar el grado de precisión. Se analizarán
minuciosamente los defectos, grietas o manchas de corrosión
automáticamente y se calculará automáticamente la resistencia a la
fatiga de un sistema. Esto llevará a unos intervalos de inspección y
reparación prescritos, y a una vida de la planta cuantificada.
Todas las cargas, incluyendo las cargas de proceso, mecánicas y
ambientales, se incluirán en la evaluación. Si la estructura se
utiliza en una embarcación, la carga incluirá el movimiento del
mar.
El segundo módulo que puede utilizarse en el
software es Vecor (sistema de análisis de la corrosión del
recipiente para la evaluación de la integridad de una planta en
tiempo real). Vecor es un sistema de análisis, monitorización y
evaluación que puede conectarse a cualquier sistema de almacenaje,
tanque o recipiente a presión, que pueda deteriorarse por erosión,
corrosión o vibración y/o exposición en el tiempo/a la operación
general. El sistema incluye FPSO y movimientos de embarcación y
movimiento de líquido y efecto de la interacción estructural del
fluido de los recipientes en embarcaciones. Además Vecor incluirá
efectos de aceleración. Cuantifica el sistema y la integridad,
evalúa los efectos en todas las cargas, estreses, defectos etc. y
predice los intervalos de inspección y reparación así como la
seguridad y vida de una planta. Todo esto se hace "en línea",
"en vivo" o como un sistema de monitorización continua. El
sistema Vecro medirá constantemente los valores de espesor
geométrico en los recipientes a presión, intercambiadores y tanques
afectados por la corrosión, erosión, vibración etc. Otro aspecto
que Vecor puede medir es el movimiento de una embarcación o una
plataforma. A continuación se llevará a cabo una actualización de
carga y geométrica detallada y la estructura será sometida a un
análisis de estrés por elementos finitos completo y automático
utilizando por ejemplo Smart-FEA (véase lo
anteriormente indicado) y técnicas de medición de errores avanzadas
para determinar el grado de precisión. El efecto del movimiento del
líquido dentro del recipiente se simulará y evaluará si resulta
apropiado (eso significa cuando una embarcación cabecea, oscila
verticalmente y balancea). También se evaluarán los efectos de la
interacción del movimiento del líquido y la respuesta de la
estructura del recipiente. Los defectos, grietas o manchas de
corrosión se analizarán minuciosamente automáticamente y se
producirá automáticamente la resistencia a la fatiga del sistema.
Esto llevará a unos intervalos de inspección y reparación
prescritos, más la vida de la planta cuantificada. Todas las
cargas, incluyendo las cargas de proceso, mecánicas y ambientales
se incluirán en la evaluación, incluyendo (si resulta apropiado) el
movimiento del mar.
Un módulo adicional a utilizar en el sistema es
HEP-TECH (tecnología de tuberías de alta energía).
HEP-TECH es un sistema de evaluación y
monitorización del análisis que puede conectarse a sistemas de
tuberías de alta temperatura o alta energía en centrales de energía
u otros mercados, donde se producen un deterioro por deslizamiento,
la variación de la carga de soporte, la redistribución del estrés y
la carga, efectos de las altas temperaturas o la vibración y/o
exposición en el tiempo/a la operación general.
Cuantifica la integridad del sistema, evalúa los
efectos del comportamiento del soporte, cargas, estreses, defectos
y predice los intervalos de inspección y reparación así como la
seguridad y vida de la planta. Todo esto se hace "en línea",
"en vivo" o como un "sistema de monitorización continua".
El HEP-TECH medirá constantemente los valores de
carga que resultan del deterioro y la redistribución de la carga
debido a las altas temperaturas del deslizamiento. A
continuación se llevará a cabo una actualización de la carga
detallada y entonces las tuberías serán sometidas a un análisis
completo y automático de estrés del elemento conjugado y técnicas de
estimación de errores avanzadas para determinar el grado de
precisión. Se evaluará el sistema y se destacarán las correcciones
de carga requeridas para los ajustes, lo que debería hacerse para
asegurar la integridad estructural y de las tuberías. Los defectos,
grietas o zonas potenciales para ello se analizarán minuciosamente
automáticamente y se producirá la resistencia a la fatiga del
sistema automáticamente. Esto llevará a unos intervalos de
inspección y reparación prescritos, más la vida de la planta
cuantificada. Las evaluaciones incluirán todas las cargas como las
cargas de proceso, mecánicas y ambientales. También se evaluará el
potencial para la "fuga antes de rotura".
Un módulo adicional es el
AP-Tech (tecnología de pulsación acústica).
AP-Tech es un sistema de análisis, monitorización y
evaluación para monitorizar, predecir, simular y evaluar los efectos
y niveles de las frecuencias y ondas de energía acústica en
sistemas de tuberías de plantas de transformación. También evalúa
los niveles de excitación dinámica y vibración del sistema de
tuberías pero también tiene un módulo para evitar e identificar una
solución a la mayoría de los problemas de fatiga, vibración y estrés
en las conexiones ramificadas de pequeño calibre. El
AP-Tech cuantifica la integridad del sistema de
tuberías, evalúa los efectos del comportamiento de las tuberías y
pulsación, cargas dinámica y de fluidos, estreses, defectos y
ramificaciones de pequeño calibre y predice los intervalos de
inspección y reparación así como la seguridad y vida de la planta.
Todo esto se hace "en línea", "en vivo" o como "sistema
de monitorización continua". El sistema AP-Tech
mediría constantemente las ondas de presión de las pulsaciones
acústicas en vivo y los valores de vibración y frecuencia asociados
que resultan de la vibración y pulsación acústica, etc. A
continuación se llevará a cabo la actualización de la carga
dinámica detallada y las tuberías serán sometidas a un análisis
dinámico completo y automático de estrés del elemento conjugado y
automático. Además, se utilizarán técnicas de estimación de errores
para determinar el grado de precisión. AP-Tech
utilizará un transductor de presión o un método no invasivo para
medir las pulsaciones acústicas. El sistema se evaluará
dinámicamente, se simulará la pulsación acústica y se determinará
el patrón del ciclo de carga de la vibración dinámica acústica y
posterior resistencia a la fatiga. Opcionalmente se adjuntará un
simulador dinámico informático de fluidos para permitir al usuario
"visualizar" el comportamiento de la pulsación acústica del
sistema. Se producirán "automáticamente" todas las indicaciones
y escalas de tiempos necesarias de las zonas de trabajo requeridas
lo que debería hacerse para asegurar la integridad estructural y de
las tuberías. Los defectos, grietas o zonas potenciales para ello se
analizarán minuciosamente automáticamente y se producirá la
resistencia a la fatiga del sistema automáticamente, lo que llevará
a unos intervalos de inspección y reparación prescritos, más la vida
de la planta cuantificada. Todas las cargas, incluyendo las cargas
de proceso, mecánicas, de pulsación, acústicas, de vibración y
ambientales serán incluidas en la evaluación.
Un módulo adicional a utilizar en el sistema es
F-Tech. Este es un módulo que proporciona un
análisis y monitorización y evaluación beneficiosos para la mayoría
de las uniones de los rebordes de recipiente-tanque
y tuberías. Los problemas a monitorizar implican el estrés, la
vibración, la fuga y la fatiga. F-Tech cuantifica
la integridad de las uniones de los rebordes, evalúa los efectos de
todas las cargas de los rebordes, juntas, pernos, estreses y
predice los intervalos de inspección y reparación así como la
seguridad y la vida de la planta.
Todo esto se hace "en línea", "en
vivo" o como un "sistema de monitorización continua".
F-Tech proporcionará una actualización geométrica
detallada de la zona monitorizada y a continuación la zona será
sometida a un análisis completo y automático de estrés del elemento
conjugado y técnicas de estimación de errores avanzadas para
determinar el grado de precisión. La rotación y el desplazamiento de
los rebordes se evaluarán junto con la presión de los asientos de
las juntas de un modo automático y en vivo. Esto se analizará
minuciosamente "automáticamente" y se producirán
automáticamente la resistencia a la fatiga del sistema, la
relajación de las uniones más el potencial para el efecto de
palanca de las uniones. Esto llevará a unos intervalos de inspección
y reparación prescritos, más la vida de la planta cuantificada.
Todas las cargas, incluyendo las cargas de proceso, mecánicas y
ambientales se incluirán en la evaluación.
Un módulo adicional a utilizar se denomina
Trans-Tech. Este módulo se adapta para monitorizar,
predecir, simular y evaluar los efectos de la mayoría de los
eventos transitorios de las tuberías como los transitorios en el
fluido y las frecuencias y ondas de energía en los sistemas de
tuberías de las plantas de transformación. También evalúa los
niveles de vibración y excitación dinámica del sistema de tuberías.
Además, Trans-Tech tiene un módulo para evitar e
identificar una solución a la mayoría de los problemas de estrés de
las conexiones ramificadas de pequeño calibre, vibración y fatiga.
Trans-Tech cuantifica la integridad del sistema de
tuberías, evalúa los efectos de los transitorios en el fluido y el
comportamiento de las tuberías, cargas dinámicas y de fluido,
estrés, defectos, ramificaciones de pequeño calibre y después de eso
predice los intervalos de inspección y reparación así como la
seguridad y la vida de la planta. Todo esto se hace "en línea",
"en vivo" o como un "sistema de monitorización continua".
Opcionalmente se adjuntará un simulador dinámico de fluidos
informático para permitir a los clientes visualizar el
comportamiento de la pulsación acústica del sistema. Se producirán
automáticamente todas las indicaciones de las zonas de trabajo
requeridas y escalas temporales necesarias lo que debería hacerse
para asegurar la integridad estructural y de las tuberías.
Los seis módulos, descritos anteriormente, tiene
la opción de utilizar acelerómetros para incluir los efectos de la
vibración del sistema. Todos los sistemas tienen intervalos
preestablecidos para las lecturas automáticas de las mediciones y
posterior reanálisis. Esto viene determinado por el usuario y podría
adaptarse para analizar y medir cada hora durante todo el día, o
cualquier otro intervalo de tiempo. El coste del software de
arquitectura modular el sistema Integri-Tech puede
establecerse para cualquier estructura, cualquier parte de la
planta, recipientes a presión, equipos, edificios civiles,
estructuras, embarcaciones y tuberías subterráneas.
Para recoger los datos a procesar por el
software como se ha descrito anteriormente el sistema de
procesamiento según la presente invención utiliza unos componentes
de hardware de medición que incluirán:
Espesor ultrasónico, dispositivos de medición
ultrasónico del espesor de la capa protectora, acelerómetros,
dispositivos de transmisión de datos, dispositivos de interfaz de
datos, sistemas de medición acústica, transductores de presión,
sistemas PVDF no invasivos, células de medición de la carga de
soporte de las tuberías, extensómetros, medidores de asentamiento
del terreno, giroscopios y dispositivos de movimiento de
embarcaciones-vehículos, sistemas de emisión
acústica, dispositivos de medición de las manchas de corrosión,
interfaces de radiografía, interfaces de escaneo MAP, interfaces
inteligentes para el mantenimiento interior de tuberías, o
"pigging", y dispositivos de medición de crecimiento de
grietas.
Las ventajas de utilizar el sistema según la
presente invención incluyen:
La generación de información para predecir
planes de inspección y de acciones reparadoras. Puesto que se
conoce toda la información necesaria en las zonas críticas de una
estructura, el uso del sistema llevará a una reducción de los
riesgos y una reducción de los costes de inspección. Además, el
sistema proporciona información en tiempo real sobre la integridad
del sistema, lo que permite una acción rápida de ser necesario.
En la Fig. 4 se muestran las posibles ventajas
del sistema según la presente invención. La línea X representa la
cantidad de costes implicados con un número respectivo de
inspecciones. La línea Y representa la relación entre los posibles
riesgos y el número de inspecciones. La línea Z representa una
relación modificada entre los riesgos implicados y el número de
inspecciones al utilizar el sistema según la presente invención.
La Fig. 4 muestra que utilizar el sistema según
la presente invención llevará a un nivel de riesgo menor, mientras
que al mismo tiempo disminuirá el número de inspecciones (haciendo
referencia a los costes implicados como inspecciones).
Claims (18)
1. Método para evaluar la integridad de una
estructura, que comprende las etapas de:
- i)
- recoger datos referentes a las dimensiones iniciales de la estructura (20),
- ii)
- crear un modelo informático de la estructura (20),
- iii)
- recoger datos referentes a la carga estimada en la estructura (20),
- iv)
- analizar la estructura, utilizando el modelo informático de la estructura (20) y los datos de la carga, para definir las zonas de alto estrés, en cuyas zonas de la estructura pueden esperarse problemas futuros,
- v)
- instalar, en las zonas de alto estrés, un primer conjunto de sensores (11) para medir las dimensiones de la estructura (20) en dichas zonas de alto estrés,
- vi)
- medir, después de un intervalo de tiempo, las dimensiones de la estructura (20) en las zonas de alto estrés,
- vii)
- actualizar el modelo informático de la estructura (20), utilizando los resultados de la etapa vi),
- viii)
- instalar, en las zonas de alto estrés, un segundo conjunto de sensores (11) para medir la carga en la estructura (20) en dichas zonas de alto estrés,
- ix)
- medir la carga real en la estructura (20),
- x)
- actualizar los datos referentes a la carga en la estructura (20), y después de eso,
- xi)
- volver a analizar la estructura (20), utilizando el modelo informático actualizado y los datos de carga actualizados, para calcular un valor para la integridad de la estructura (20).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Método según la Reivindicación 1, en el que
el método comprende la etapa de:
- xii)
- repetir una o más veces las etapas vi), vii), ix), x) y xi).
\vskip1.000000\baselineskip
3. Método según las Reivindicaciones 1 ó 2, en
el que el método comprende la etapa de:
- xiii)
- visualizar los resultados de la etapa xi).
\vskip1.000000\baselineskip
4. Método según las Reivindicaciones
1-3, en el que el método comprende la etapa de
conectar los sensores (11) a un medio de procesamiento (14), como
un ordenador, para transmitir los datos desde los sensores (11)
hasta el medio de procesamiento (14) en tiempo real.
5. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el método comprende la etapa de antes de la
etapa iv), recoger los datos referentes a los defectos conocidos
(23, 24) de la estructura (20) y después de eso utilizar dichos
datos de defectos, el modelo informático de la estructura (20) y los
datos de carga para definir zonas que están sometidas a cargas
relativamente altas.
6. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el método comprende la etapa de antes de la
etapa iv), estimar el tamaño mínimo de los defectos (23, 24) en la
estructura (20) y después de eso utilizar dichos datos de defectos
estimados, el modelo informático de la estructura (20) y los datos
de carga para definir las zonas que están sometidas a cargas
relativamente altas.
7. Método según la Reivindicación 6, en el que
el tamaño mínimo de los defectos (23, 24) se estima que es igual a
la precisión del equipo de medición, utilizado para medir las
dimensiones de la estructura (20).
8. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el método comprende la etapa de antes de la
etapa iv), recoger los datos referentes al histórico de carga en la
estructura (20) y después de eso utilizar, dicho histórico de
carga, el modelo informático de la estructura (20) y los datos de
carga para definir las zonas que están sometidas a cargas
relativamente altas.
9. Sistema (10) para evaluar la integridad de
una estructura (20), dotado de un medio de procesamiento (14), como
un ordenador, que contiene un modelo informático de la estructura
(20) a ser analizado y datos referentes a la carga en la estructura
(20) ambos utilizados en un cálculo de un valor que representa la
integridad de la estructura (20), en el que el sistema (10) cuenta
con unos primeros sensores (11) para medir los datos referentes a
las dimensiones de la estructura (20) en zonas de alto estrés en
cuyas zonas de la estructura pueden esperarse problemas futuros y
unos segundos sensores (11) para medir la carga en la estructura
(20) en dichas zonas de alto estrés, estando los sensores (11)
conectados a un registrador de datos o "data logger" (13)
conectado al medio de procesamiento (14) para transmitir dichos
datos en tiempo real al medio de procesamiento (14) y en el que el
medio de procesamiento (14) se adapta para actualizar el modelo
informático de la estructura (20) y para recalcular un valor que
representa la integridad de la estructura (20), utilizando dichos
datos.
10. Sistema (10) según la Reivindicación 9, en
el que el sistema de procesamiento (10) está provisto de unos
medios de representación (15) para visualizar el resultado del
cálculo del valor que representa la integridad de la estructura
(20).
11. Sistema (10) según las Reivindicaciones 9 ó
10, en el que los sensores (11) se adaptan para medir la presión
ejercida sobre la estructura (20).
12. Sistema (10) según las Reivindicaciones 9 ó
10, en el que los sensores (11) se adaptan para medir la
temperatura.
13. Sistema (10) según las Reivindicaciones 9 ó
10, en el que los sensores (11) se adaptan para medir la carga
mecánica en la estructura (20).
14. Sistema (10) según las Reivindicaciones 9 ó
10, en el que los sensores (11) se adaptan para medir la carga del
fluido en la estructura (20).
15. Sistema (10) según las Reivindicaciones 9 ó
10, en el que los sensores (11) se adaptan para medir la
vibración.
16. Sistema (10) según las Reivindicaciones 9 ó
10, en el que los sensores (11) se adaptan para medir la aceleración
experimentada por la estructura.
17. Programa informático que comprende datos e
instrucciones para llevar a cabo el método según las
Reivindicaciones 1-9, cuando el programa
informático se ejecuta en un sistema informático.
18. Portador de datos que comprende un producto
de programa informático según la Reivindicación 17.
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