Dispositivo de detecção o alagamento da região do anular de dutos submarinos flexíveis não aderentes com uso de sensores com identificação por radiofrequência

Abstract

O ingresso de água do mar na região anular de dutos flexíveis pode ocorrer devido à ruptura da camada externa isolante ou pela permeação de vapor d’água a partir do interior do duto. Este evento causa significativa redução no tempo de operação do duto, principalmente pelo ambiente corrosivo que é formado. Associado a isso, a permeação de gases provindos do produto de exploração, em conjunto com a condição de anular alagado, leva à geração de mecanismos de falha como corrosão fadiga e fragilização induzida pelo hidrogênio. Uma vez que o espaço do anular dos dutos flexíveis é alagado, diversos modos de falha assistidos por corrosão podem se desenvolver e, assim, um dispositivo capaz de detectar com segurança a presença da água na estrutura é altamente desejável. Este trabalho tem por objetivo desenvolver um dispositivo capaz de detectar o alagamento do anular de dutos flexíveis com o uso de sensores com identificação por radiofrequência. Foram produzidos sensores, especialmente para a aplicação entre as camadas de dutos flexíveis e com frequência de ressonância específica. O mecanismo de detecção da alteração da condição do anular é baseado na variação de frequência de ressonância do sensor. Foram projetados e validados um conjunto de sensores e um leitor, por meio do método dos elementos finitos e de uma etapa experimental. Na etapa experimental os sensores foram instalados interior das camadas de um segmento de duto flexível, bem como foi realizada a simulação das condições de alagamento com água do mar sintética. A influência de parâmetros externos na frequência de ressonância foi mensurada, tais como a variação da temperatura do meio, a inclinação e a excentricidade entre a bobina leitora e o sensor. Os resultados comprovaram a capacidade de o dispositivo detectar o alagamento de dutos flexíveis. Reduções de valores de frequência de ressonância de até 1,25 MHz foram verificadas. Os efeitos do aumento da temperatura do meio, da inclinação e da excentricidade das bobinas podem ser negligenciados.

The ingress of seawater into the annular region of flexible pipes can occur due to the rupture of the external insulating layer or by the permeation of water vapor from the interior of the pipe. This event causes a significant reduction in the pipeline's operating time, mainly due to the corrosive environment that is formed. Associated with this, the permeation of gases coming from the exploration product, together with the annular flooded condition, leads to the generation of failure mechanisms such as fatigue corrosion and hydrogen-induced embrittlement. Since the annular space of flexible pipes is flooded, several corrosion assisted failure modes can develop and thus a device capable of reliably detecting the presence of water in the structure is highly desirable. This work aims to develop a device capable of detecting the flooding of the annular of flexible pipes using sensors with radio frequency identification. Sensors were produced, especially for application between layers of flexible pipes and with a specific resonance frequency. The mechanism for detecting the change in the condition of the ring is based on the resonant frequency variation of the sensor. A set of sensors and a reader were designed and validated using the finite element method and an experimental stage. In the experimental stage, the sensors were installed inside the layers of a flexible pipeline segment, and the flood conditions were simulated with synthetic seawater. The influence of external parameters on the resonance frequency was measured, such as the variation in the temperature of the medium, the inclination and the eccentricity between the reader coil and the sensor. The results proved the device's ability to detect flooding in flexible pipes. Reductions of resonant frequency values of up to 1.25 MHz were verified. The effects of increasing the temperature of the medium, inclination and eccentricity of the coils can be neglected.