ES2938086T3

ES2938086T3 - Aparato y método para fabricar una tubería flexible

Info

Publication number: ES2938086T3
Application number: ES15808002T
Authority: ES
Inventors: Vineet Jha; Neville Dodds; James Latto; David Andrew Finch
Original assignee: Baker Hughes Energy Technology UK Ltd
Current assignee: Baker Hughes Energy Technology UK Ltd
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2023-04-04
Anticipated expiration: 2035-12-03
Also published as: US10293562B2; DK3230054T3; WO2016092270A1; GB201421797D0; EP3230054A1; US20170334156A1; EP3230054B1; BR112017011527B1; MY188148A; CN114872355A; BR112017011527A2; CN107206714A

Abstract

Se describen un método y un aparato para fabricar una capa compuesta de un tubo flexible. El aparato comprende una estación de inspección de capas que comprende al menos un sensor, ubicado aguas abajo y en una configuración en línea con una estación de extrusión o estación de pultrusión o estación de bobinado o estación de deposición para proporcionar una capa compuesta tubular sobre una superficie sustancialmente cilíndrica subyacente a través de un proceso continuo. La estación de inspección determina automática y continuamente si al menos un parámetro de la capa compuesta tubular satisface una condición predeterminada respectiva en al menos una región de la capa compuesta tubular a medida que la capa compuesta tubular se transporta cerca de la estación de inspección e indica en tiempo real en al menos uno de un tipo, tamaño y/o ubicación de un defecto en la capa compuesta tubular. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato y método para fabricar una tubería flexible

La presente invención se refiere a un método y a un aparato para fabricar una capa compuesta para una tubería flexible. En particular, pero no exclusivamente, la presente invención se refiere a la fabricación del cuerpo de tubería flexible mediante un procedimiento continuo en línea durante el cual una estación de inspección proporciona una indicación en tiempo real de un tipo, tamaño y/o ubicación de cualquier defecto en una capa compuesta tubular del cuerpo de tubería, de modo que el defecto puede corregirse como parte del procedimiento continuo.

Tradicionalmente, la tubería flexible se utiliza para transportar fluidos de producción, tales como petróleo y/o gas y/o agua, de un lugar a otro. La tubería flexible es particularmente útil para conectar una ubicación submarina (que puede estar a gran profundidad debajo del agua, por ejemplo de 1000 metros o más) con una ubicación a nivel del mar. La tubería puede tener un diámetro interno normalmente de hasta aproximadamente 0,6 metros (por ejemplo, los diámetros pueden oscilar entre 0,05 m y 0,6 m). La tubería flexible se forma, generalmente, como un conjunto de cuerpo de tubería flexible y uno o más accesorios de extremo. El cuerpo de la tubería se forma, típicamente, como una combinación de materiales estratificados que forman un conducto que contiene presión. La estructura de la tubería permite grandes desviaciones sin causar esfuerzos de flexión que afecten a la funcionalidad de la tubería durante su vida útil. Existen diferentes tipos de tuberías flexibles tales como tubería flexible no unida que se fabrica de acuerdo con la norma API 17J o tubería flexible de tipo compuesto o similar. El cuerpo de tubería se construye, generalmente, como una estructura combinada que incluye capas de polímero y/o capas compuestas y/o metálicas. Por ejemplo, el cuerpo de tubería puede incluir capas de polímero y metal, o capas de polímero y compuestas, o capas de polímero, metal y compuestas. Dependiendo de las capas de la tubería flexible usadas y el tipo de tubería flexible algunas de las capas de tubería pueden unirse entre sí o permanecer sin unir.

Algunas tuberías flexibles no unidas se han usado para desarrollos en aguas profundas (menos de 3.300 pies (1.005,84 metros)) y en aguas ultraprofundas (más de 3.300 pies). Es la demanda creciente de petróleo lo que está provocando que se lleve a cabo la exploración a profundidades cada vez mayores (por ejemplo, de más de 8202 pies (2500 metros)), donde los factores ambientales son más extremos. Por ejemplo, en tales entornos de aguas profundas y ultraprofundas, la temperatura del fondo oceánico aumenta el riesgo de que los fluidos de producción se enfríen hasta una temperatura que pueda llevar al bloqueo de la tubería. En la práctica, la tubería flexible se diseña convencionalmente para funcionar a temperaturas de funcionamiento de -30 0C a 130 0C. Unas mayores profundidades también aumentan la presión asociada al ambiente en el que debe operar la tubería flexible. Por ejemplo, puede requerirse que una tubería flexible funcione con presiones externas que oscilan entre 0,1 MPa y 30 M Pa actuando sobre la tubería. Igualmente, el transporte de petróleo, gas o agua puede dar lugar a altas presiones que actúan sobre la tubería flexible desde el interior, por ejemplo, con presiones internas que oscilan entre cero y 140 MPa a partir de un fluido de perforación que actúa sobre la tubería. Como resultado, aumenta la necesidad de altos niveles de rendimiento a partir de las capas de armadura contra la presión y de armadura contra la tracción del cuerpo de tubería flexible. Se indica, por motivos de completitud, que la tubería flexible también puede usarse para aplicaciones de agua poco profunda (por ejemplo, menos de aproximadamente 500 metros de profundidad) o incluso para aplicaciones en la costa (en tierra).

Independientemente del tipo de cuerpo de tubería flexible que se fabrica, siempre que tiene que fabricarse una capa compuesta de cuerpo de tubería flexible pueden producirse defectos en la etapa de fabricación en la que se fabrica la capa compuesta. Por ejemplo, los huecos provocados por la falta de fusión entre los enrollamientos sucesivos de una cinta y/o entre capas adyacentes o regiones locales de porosidad provocadas por deficiencias en las materias primas usadas pueden dar como resultado una capa compuesta que contiene uno o más defectos en una o más regiones. De manera convencional, si no se detectan estos defectos pueden provocar fallos en cualquier tubería flexible que incorpore, en última instancia, tales capas. Las soluciones convencionales pueden implicar mucho tiempo y, por lo tanto, ser costosas después del análisis de acontecimientos y trabajo correctivo.

Durante la fabricación del cuerpo de tubería flexible se fabrican diversas capas de cuerpo de tubería mediante una gama de etapas de procesamiento. Por ejemplo, pueden extruirse capas de polímero o pueden formarse capas consolidando cinta enrollada o pueden someterse capas de material polimérico a pultrusión o depositarse. Independientemente de una técnica de fabricación usada, se conoce que en ocasiones mantener una forma deseada en cualquier sección transversal de la capa puede resultar problemático. Por ejemplo, la redondez u ovalidad de una sección transversal de una capa debe mantenerse dentro de límites deseados predeterminados. Idealmente una sección transversal de una capa tubular debe ser perfectamente circular. En la práctica, de acuerdo con técnicas convencionales, algunas capas tubulares han sido susceptibles de flacidez, lo cual ha llevado a que se adopte una sección transversal ovalada a lo largo del tiempo. Esto puede provocar un problema cuando se fabrican capas posteriores sobre capas no circulares, siendo el resultado neto que un producto final, es decir, el cuerpo de tubería flexible, no tiene una forma deseada.

El documento JP H07 260751 A se refiere a la detección no destructiva de defectos en un material compuesto de mortero de resina.

Un objetivo de la presente invención es mitigar al menos parcialmente los problemas mencionados anteriormente. Un objetivo de ciertas realizaciones de la presente invención es proporcionar un aparato y un método para fabricar una capa compuesta como parte de un procedimiento de fabricación del cuerpo de tubería flexible.

Un objetivo de ciertas realizaciones de la presente invención es proporcionar un método y aparato para fabricar una capa compuesta tubular para una tubería flexible no unida o para una tubería flexible unida.

Un objetivo de ciertas realizaciones de la presente invención es proporcionar una estación de inspección que pueda disponerse en una configuración en línea y que pueda indicar de forma automática y continua en tiempo real al menos uno de un tipo, tamaño y/o ubicación de cualquier defecto en una capa compuesta tubular.

Un objetivo de ciertas realizaciones de la presente invención es proporcionar un cuerpo de tubería flexible, que incluya al menos una capa compuesta tubular, mediante un procedimiento continuo en línea en el que uno o más defectos se detectan automáticamente en una estación de inspección y una salida de esa estación de inspección se usa en tiempo real por una estación de reparación en línea aguas abajo para corregir total o al menos parcialmente cualquier defecto en una única operación de producción unidireccional.

Un objetivo de ciertas realizaciones de la presente invención es ajustar o corregir continuamente una redondez o grado de ovalidad de una capa compuesta tubular a medida que se fabrica o como una capa tubular inicial/de base que se introduce en un nodo de fabricación donde va a fabricarse una capa compuesta tubular adicional sobre la capa inicial/de base para producir un producto final que tenga un grado de ovalidad deseado.

Un objetivo de ciertas realizaciones de la presente invención es proporcionar una estación de inspección para inspeccionar una o más capas de una tubería flexible a medida que se fabrica un cuerpo de tubería flexible usando una técnica de inspección mediante ensayo no destructivo (NDT).

Un objetivo de ciertas realizaciones de la presente invención es proporcionar una metodología de producción continua para proporcionar una capa compuesta que incluya al menos dos partes componentes mediante un procedimiento de extrusión o enrollado o deposición y que pueda monitorizar constantemente la capa generada para identificar e indicar defectos y/o tomar medidas correctivas para corregir total o parcialmente los defectos.

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para fabricar una capa compuesta de una tubería flexible, que comprende:

una estación de inspección de capas que comprende al menos un sensor, ubicado aguas abajo de, y en una configuración en línea con, una estación de extrusión o estación de pultrusión o estación de enrollado o estación de deposición para proporcionar una capa compuesta tubular sobre una superficie sustancialmente cilíndrica subyacente mediante un procedimiento continuo; en donde

la estación de inspección determina de manera automática y continua si al menos un parámetro de la capa compuesta tubular satisface una condición predeterminada respectiva en al menos una región de la capa compuesta tubular a medida que la capa compuesta tubular se transporta próxima a la estación de inspección e indica en tiempo real al menos uno de un tipo, tamaño y/o ubicación de un defecto en la capa compuesta tubular; caracterizada por que el aparato comprende además una estación de reparación que comprende al menos un elemento de calentamiento y/o aplicador de presión ubicado aguas abajo de, y en una configuración en línea con, la estación de inspección para aplicar selectivamente un ciclo de reparación aplicando una temperatura y/o presión deseadas en dicha al menos una región. La estación de inspección está aguas abajo de, y en línea con, una estación de enrollado que comprende un carrusel de enrollado para enrollar continuamente al menos un elemento de cinta helicoidalmente alrededor de la superficie cilíndrica subyacente a medida que un elemento tubular que comprende la superficie cilíndrica se transporta en una primera dirección de desplazamiento.

El aparato comprende además una estación de consolidación de cinta aguas abajo de, y en una configuración en línea con, el carrusel de enrollado para consolidar la cinta enrollada para dar una capa compuesta continua que comprende dicha capa compuesta tubular.

De manera adecuada, la estación de inspección está ubicada dentro de 100 metros de tubería lineal de una posición de contacto en donde el material extrudido entra en contacto con la superficie cilíndrica subyacente o en donde la cinta se enrolla sobre la superficie cilíndrica respectivamente.

La estación de inspección proporciona ensayos no destructivos de la capa compuesta tubular.

De manera adecuada, el al menos un sensor comprende al menos un sensor de ultrasonidos.

De manera adecuada, el al menos un sensor indica defectos de superficie y debajo de la superficie en la capa compuesta tubular.

De manera adecuada, el al menos un sensor de la estación de inspección comprende una pluralidad de sensores dispuestos en una relación separada circunferencialmente alrededor de una superficie exterior de la capa compuesta tubular en una ubicación común con respecto a un eje longitudinal asociado con una trayectoria de desplazamiento de la capa compuesta tubular.

De manera adecuada, una salida de cada sensor está conectada a una unidad de análisis a través de un multiplexor para proporcionar monitorización en tiempo real del al menos un parámetro en múltiples regiones de la capa compuesta tubular.

De manera adecuada, el al menos un sensor comprende al menos una matriz de fases.

De manera adecuada, la estación de reparación calienta selectivamente la al menos una región de capa compuesta tubular hasta aproximadamente de 120 0C a 250 0C.

De manera adecuada, la región de capa compuesta tubular se calienta hasta aproximadamente de 180 0C a 220 0C. De manera adecuada, la estación de reparación aplica selectivamente una presión de aproximadamente 0,5 a 4 MPa mediante el elemento de calentamiento y/o aplicador de presión a la al menos una región de capa compuesta tubular. De manera adecuada, la estación de reparación aplica selectivamente la temperatura y/o presión deseadas durante aproximadamente de 0,5 a 60 segundos.

De manera adecuada, la temperatura y/o presión se aplican durante aproximadamente de 1 a 2 segundos.

De manera adecuada, la estación de reparación comprende al menos un elemento de calentamiento.

De manera adecuada, el elemento de calentamiento comprende al menos uno de un calentador de infrarrojos o calentador de inducción o calentador de conducción o calentador resistivo.

De manera adecuada, la estación de reparación comprende al menos un elemento de enfriamiento que comprende opcionalmente un elemento de ventilador.

De manera adecuada, la estación de reparación comprende al menos un elemento de aplicación de presión que tiene una superficie de tope que tiene una forma que corresponde al menos sustancialmente a una forma de una superficie exterior de la capa compuesta tubular o que es convexa o cóncava.

De manera adecuada, el aparato comprende además al menos un carrete de cinta que proporciona cinta enrollable al carrusel de enrollado para enrollarse sobre el elemento tubular.

De manera adecuada, el aparato comprende además una estación de consolidación ubicada aguas abajo de, y en una configuración en línea con, la estación de enrollado y aguas arriba de, y en una configuración en línea con, la estación de inspección.

De manera adecuada, el aparato comprende además una estación de unión de cinta que une selectivamente extremos yuxtapuestos de longitudes proporcionadas de cinta; en donde

las longitudes unidas de cinta proporcionan una cinta enrrollable al carrusel de enrollado que tiene una longitud de más de 500 m.

De manera adecuada, la cinta enrollable tiene una longitud de más de 1 km.

De manera adecuada, la estación de unión de cinta comprende un carrete de materia prima y un carrete de almacenamiento de cinta.

De manera adecuada, la estación de unión de cinta comprende además al menos una placa calentada; y los extremos yuxtapuestos de las longitudes de cinta se localizan selectivamente cerca de la placa de calentamiento y sobre una superficie opuesta.

De manera adecuada, el aparato comprende además al menos una bobina de suministro para las longitudes de cinta; un primer y otro elemento de sujeción;

una prensa de unión entre el primer y otro elemento de sujeción; y

un carrete de almacenamiento.

De manera adecuada, se acciona al menos uno de la bobina de suministro o el carrete de almacenamiento.

De manera adecuada, el carrete de almacenamiento tiene un reborde que proporciona un canal para engancharse con una viga de elevación.

De manera adecuada, el aparato comprende además una estación de redondeo de nuevo aguas abajo de la estación de extrusión o estación de enrollado.

De manera adecuada, la estación de redondeo de nuevo comprende al menos un elemento de rodillo presurizado que se puede impulsar selectivamente contra una superficie exterior de la capa compuesta tubular.

De manera adecuada, cada elemento de rodillo tiene una superficie exterior que comprende una superficie arqueada. De manera adecuada, la superficie cilíndrica y la capa compuesta tubular circundante tienen una velocidad lineal de transporte en una primera dirección de desplazamiento que comprende una dirección de producción de al menos 0,25 m/min.

De manera adecuada, la capa compuesta tubular tiene una sección transversal sustancialmente circular con un diámetro interior de al menos 76,2 mm (3 pulgadas).

De manera adecuada, la sección transversal circular tiene un diámetro interior de al menos aproximadamente 203,2 mm (8 pulgadas).

Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método para fabricar una capa compuesta de una tubería flexible, que comprende las etapas de:

mediante al menos un sensor en una estación de inspección de capas aguas abajo de, y en una configuración en línea con, una estación de extrusión o estación de pultrusión o estación de enrollado o estación de deposición, determinar de manera automática y continua si al menos un parámetro de una capa compuesta tubular satisface una condición predeterminada respectiva en al menos una región de la capa compuesta tubular e indicar en tiempo real al menos uno de un tipo, tamaño y/o ubicación de un defecto en la capa compuesta tubular; caracterizada por que en respuesta a la detección de un defecto en al menos una región mediante la estación de inspección, mediante una estación de reparación ubicada aguas abajo de, y en una configuración en línea con, la estación de inspección, aplicar selectivamente una temperatura y/o presión fijas o variables deseadas a una región defectuosa a medida que la región defectuosa se transporta próxima a la estación de reparación.

De manera adecuada, el método comprende además transportar un elemento tubular que comprende una superficie exterior sustancialmente cilíndrica en una primera dirección de desplazamiento que comprende una dirección de producción; y

a través de un carrusel de enrollado aguas arriba de la estación de inspección de capas, enrollar de manera continua al menos un elemento de cinta helicoidalmente alrededor de la superficie sustancialmente cilíndrica del elemento tubular. De manera adecuada, el método comprende además consolidar cinta enrollada mediante una estación de consolidación de cinta aguas abajo de, y en una configuración en línea con, el carrusel de enrollado, proporcionando de este modo una capa compuesta tubular.

De manera adecuada, el método comprende además consolidar simultáneamente la capa compuesta tubular con el elemento tubular subyacente, proporcionando de este modo una superficie de contacto completamente unida.

De manera adecuada, el método comprende además determinar si dicho parámetro satisface dicha condición mediante un método de ensayo no destructivo.

De manera adecuada, la etapa de determinar si dicho parámetro satisface una condición predeterminada comprende determinar dónde hay un espacio vacío en la capa compuesta tubular o entre la capa compuesta tubular y una capa adicional.

De manera adecuada, la etapa de determinar si dicho parámetro satisface una condición predeterminada comprende determinar dónde hay una región de porosidad local en la capa compuesta tubular.

De manera adecuada, la etapa de determinar si dicho parámetro satisface una condición predeterminada comprende determinar dónde se ha producido microagrietamiento de matriz de resina en la capa compuesta tubular.

De manera adecuada, el método comprende además, mediante cada sensor, proporcionar repetidamente al menos un pulso de ultrasonidos en la capa compuesta tubular en una región de sonda respectiva y detectar un pulso reflejado respectivo. De manera adecuada, el método comprende además proporcionar los pulsos repetidos en una ubicación fija a medida que la capa compuesta tubular se transporta más allá de la ubicación fija.

De manera adecuada, el método comprende además determinar si dicho al menos un parámetro satisface una condición predeterminada respectiva en tiempo real a medida que se fabrica la capa compuesta tubular mediante un procedimiento continuo.

De manera adecuada, el método comprende además visualizar en un elemento de visualización de una interfaz de usuario, una representación de la capa compuesta tubular; e

ilustrar cada una de dicha al menos una región en la que dicho al menos un parámetro satisface la condición predeterminada en el elemento de visualización.

De manera adecuada, el método comprende además determinar simultáneamente si el al menos un parámetro satisface dicho parámetro predeterminado respectivo en una pluralidad de ubicaciones separadas circunferencialmente alrededor de una circunferencia de la capa compuesta tubular.

De manera adecuada, el método comprende además, mediante una estación de redondeo de nuevo, redondear de nuevo una capa compuesta tubular aguas abajo de la estación de extrusión o estación de enrollado o estación de deposición. De manera adecuada, el método comprende además, mediante la estación de redondeo de nuevo, ejercer una presión sustancialmente uniforme circunferencialmente a la capa compuesta tubular o una capa de revestimiento o barrera subyacente para proporcionar de este modo una tolerancia de ovalidad previamente establecida.

De manera adecuada, el método comprende además hacer avanzar el elemento tubular a través de una pluralidad de rodillos cargados por resorte o neumáticos o accionados hidráulicamente, teniendo cada uno una superficie de rodadura exterior curvada.

De manera adecuada, el método comprende además desenrollar una longitud continua de cinta a partir de un carrete de almacenamiento;

mediante un carrusel de enrollado, dirigir la longitud desenrollada de cinta a lo largo de una trayectoria establecida a un punto de contacto en la superficie sustancialmente cilíndrica; y

determinar la tensión de cinta y/o el ángulo de cinta y/o la temperatura de calentamiento previo de cinta y/o el hueco de cinta y/o la temperatura de consolidación de calor y/o la temperatura de calentamiento previo de capa subyacente y/o la fuerza de consolidación.

De manera adecuada, el método comprende además proporcionar un ángulo de cinta deseado mediante un rodillo ranurado que tiene al menos una región de inserción que guía la cinta a medida que se mueve hacia un punto de contacto. De manera adecuada, el método comprende además, mediante un sensor de rotura de cinta dispuesto próximo a una trayectoria de cinta, generar una indicación auditiva y/o visual si se produce un acontecimiento de rotura de cinta. De manera adecuada, el método comprende además calentar previamente cinta y/o una capa inmediatamente subyacente sobre la cual se enrolla la cinta al menos hasta un punto de fusión asociado con uno del material de cinta o la matriz de cinta y/o el material de la capa subyacente.

De manera adecuada, el método comprende además transportar continuamente la capa compuesta tubular a una velocidad de línea de aproximadamente 0,5 a 1,0 m por min.

De manera adecuada, el método comprende además consolidar enrollamientos de cinta enrollada a enrollamientos adyacentes impulsando superficies radialmente externas respectivas de enrollamientos adyacentes radialmente hacia dentro.

De manera adecuada, el método comprende además enfriar continuamente una superficie exterior de un rodillo de consolidación a medida que impulsa los enrollamientos adyacentes radialmente hacia dentro.

De manera adecuada, el método comprende además mantener una tensión lineal en la capa compuesta tubular entre una tensión mínima y máxima previamente establecidas a medida que se fabrica la capa compuesta tubular.

Según un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato construido y dispuesto sustancialmente como se describe a continuación en el presente documento con referencia a los dibujos adjuntos.

Según un cuarto aspecto de la presente invención, se proporciona un método sustancialmente como se describe a continuación en el presente documento con referencia a los dibujos adjuntos.

Ciertas realizaciones de la presente invención proporcionan un método y aparato para fabricar una capa compuesta para una tubería flexible usando un procedimiento de producción continua en línea que incluye una capacidad para identificar continuamente regiones defectuosas en una capa compuesta generada.

Ciertas realizaciones de la presente invención proporcionan un aparato para fabricar una capa compuesta para una tubería flexible en el que una estación de inspección de capas que incluye al menos un sensor puede estar ubicada en una configuración en línea aguas abajo de una estación de extrusión o estación de enrollado o estación de deposición y puede usarse para indicar de manera continua y automática, en tiempo real, al menos una característica de uno o más defectos que pueden estar presentes en la capa compuesta fabricada.

Ciertas realizaciones de la presente invención proporcionan una estación de inspección de capas aguas abajo de una estación de enrollado y estación de consolidación de cinta que puede identificar, en tiempo real, defectos en una capa compuesta fabricada como parte del procedimiento de fabricación del cuerpo de tubería flexible.

Ciertas realizaciones de la presente invención pueden usarse para producir una capa compuesta para una tubería flexible no unida o unida.

A continuación en el presente documento se describirán ciertas realizaciones de la presente invención, únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 ilustra una tubería flexible unida;

la figura 2 ilustra usos de la tubería flexible;

la figura 3 ilustra un mapa de flujo de procedimiento para un procedimiento de fabricación de una capa compuesta tubular; la figura 4 ilustra opciones para enrollar la cinta;

la figura 5 ilustra cinta enrollada desde una bobina de suministro hasta un carrete de almacenamiento;

la figura 6 ilustra la producción de una longitud de cinta continua;

la figura 7 ilustra opciones para proporcionar cinta continua a un carrete de cinta para un carrusel de enrollado; la figura 8 ilustra una relación con la anchura de cinta y el diámetro de tubería;

la figura 9 ilustra la velocidad de rotación usada frente al diámetro de tubería;

la figura 10 ilustra carretes divididos;

la figura 11 ilustra carretes divididos;

la figura 12 ilustra el levantamiento de un carrete;

la figura 13 ilustra el redondeo de nuevo;

la figura 14 ilustra una técnica de redondeo de nuevo;

la figura 15 ilustra un elemento de redondeo de nuevo;

la figura 16 ilustra un punto de contacto para cinta enrollada sobre una capa subyacente;

la figura 17 ilustra la consolidación de enrollamientos de cinta;

la figura 18 ilustra la alineación de cinta con respecto a un rodillo de consolidación;

la figura 19 ilustra el guiado de un trayecto de cinta;

la figura 20 ilustra el calentamiento previo aguas arriba de un revestimiento;

la figura 21 ilustra el calentamiento previo de una cinta y el calentamiento previo de un revestimiento; la figura 22 ilustra el requisito de potencia para diámetros de capa particulares;

la figura 23 ilustra el requisito de potencia para diferentes diámetros de capa;

la figura 24 ilustra el requisito de potencia para diferentes requisitos de capa;

la figura 25 ilustra el requisito de potencia para diferentes diámetros de capa;

la figura 26 ilustra efectos transitorios para el calentamiento por convección de una tubería;

la figura 27 ilustra el calentamiento previo de cinta entrante usando emisores de infrarrojos;

la figura 28 ilustra un sistema de calentamiento basado en láser;

la figura 29 ilustra un rodillo de consolidación alternativo;

la figura 30 ilustra un rodillo de consolidación alternativo;

la figura 31 ilustra el enfriamiento de un rodillo de consolidación;

la figura 32 ilustra el accionamiento de una bobina y el control de la tensión de la línea de producción;

la figura 33 ilustra sensores y/o un soporte en una estación de inspección;

la figura 34 ilustra la detección de un hueco;

la figura 35 ilustra la detección de un hueco;

la figura 36 ilustra la detección de un pequeño hueco;

la figura 37 ilustra la detección de una o más regiones de porosidad;

la figura 38 ilustra una capa compuesta tubular que pasa a través de una estación de reparación; y

la figura 39 ilustra elementos de tope en un puesto de reparación.

En los dibujos, números de referencia similares se refieren a partes similares.

A lo largo de esta descripción se hará referencia a una tubería flexible. Debe apreciarse que ciertas realizaciones de la presente invención son aplicables a su uso con una amplia variedad de tuberías flexibles. Por ejemplo, ciertas realizaciones de la presente invención pueden usarse con respecto a la tubería flexible y los accesorios de extremo asociados del tipo que se fabrica según la norma API 17J. Dicha tubería flexible a menudo se denomina tubería flexible no unida. Del mismo modo, y como se describe con más detalle a continuación, ciertas otras realizaciones de la presente invención pueden usarse con tuberías flexibles y accesorios de extremo asociados para la tubería flexible de una estructura de tipo compuesto. Tal tubería flexible de tipo compuesto y su fabricación están normalizándose actualmente por la API. Tal tubería flexible puede incluir capas tubulares adyacentes que se unen entre sí.

Pasando a la figura 1, se entenderá que la tubería flexible ilustrada es un conjunto de una parte de cuerpo de tubería y uno o más accesorios de extremo, en cada uno de los cuales termina un extremo respectivo del cuerpo de tubería. La figura 1 ilustra cómo se forma el cuerpo 100 de tubería a partir de una combinación de materiales en capas que forman un conducto que contiene presión. Como se indicó anteriormente, aunque en la figura 1 se ilustran varias capas particulares, debe entenderse que ciertas realizaciones de la presente invención son ampliamente aplicables a estructuras coaxiales de cuerpo de tubería que incluyen dos o más capas fabricadas a partir de una variedad de posibles materiales en donde al menos una capa es una capa compuesta tubular. Debe observarse, además, que los espesores de las capas se muestran solo con fines ilustrativos. Como se usa en el presente documento, el término “compuesto” se usa para referirse de manera amplia a un material que está formado a partir de dos o más materiales diferentes, por ejemplo, un material formado a partir de un material de matriz y fibras de refuerzo. Algunos otros ejemplos posibles se describen a continuación en el presente documento.

Por lo tanto, una capa compuesta tubular es una capa que tiene una forma generalmente tubular formada por material compuesto. La capa puede fabricarse mediante un procedimiento de extrusión, pultrusión o deposición o, como se describe a continuación en el presente documento, mediante un procedimiento de enrollado en el que enrollamientos adyacentes de cinta que tienen en sí mismos una estructura compuesta se consolidan junto con enrollamientos adyacentes. El material compuesto, independientemente de la técnica de fabricación usada, puede incluir opcionalmente una matriz o cuerpo de material que tiene una primera característica en la que se integran elementos adicionales que tienen diferentes características físicas. Es decir, fibras alargadas que están alineadas en cierta medida o fibras más pequeñas orientadas aleatoriamente pueden establecerse en un cuerpo principal o esferas u otras partículas de forma regular o irregular pueden incorporarse en un material de matriz, o una combinación de más de uno de los anteriores. De manera adecuada, el material de matriz es un material termoplástico, de manera adecuada el material termoplástico es polietileno o polipropileno o nailon o PVC o PVDF o PFA o PEEK o PTFE o aleaciones de tales materiales con fibras de refuerzo fabricadas a partir de uno o más de vidrio, cerámica, basalto, carbono, nanotubos de carbono, poliéster, nailon, aramida, acero, aleación de níquel, aleación de titanio, aleación de aluminio o similares o cargas fabricadas a partir de vidrio, cerámica, carbono, metales, buckminsterfullerenos, silicatos metálicos, carburos, carbonatos, óxidos o similares.

El cuerpo 105 de tubería ilustrado en la figura 1 incluye una funda 105 de presión interna que actúa como una capa de retención de fluido y comprende una capa de polímero que garantiza la integridad de fluido interno. La capa proporciona un límite para cualquier fluido transportado. Debe entenderse que esta capa puede comprender en sí misma un número de subcapas. Se apreciará que cuando se usa una capa estructural (no mostrada), la funda de presión interna se denomina frecuentemente por los expertos en la técnica capa de barrera. Si funciona sin esta estructura (el denominado funcionamiento con interior liso) la funda de presión interna se puede denominar revestimiento. En la figura 1 se ilustra un revestimiento 105 de este tipo.

Se indica que una capa estructural, cuando se usa, es una capa resistente a la presión que proporciona una construcción entrelazada que puede usarse como la capa más interna para evitar, total o parcialmente, el hundimiento de la funda 105 de presión interna debido a la descompresión de la tubería, presión externa y presión de armadura contra la tracción y cargas de compresión mecánica. La estructura es una capa resistente a la compresión. Se apreciará que determinadas realizaciones de la presente invención son, por lo tanto, aplicables a aplicaciones de “orificio rugoso” (con una estructura). De manera adecuada, la capa estructural es una capa metálica. De manera adecuada, la capa estructural está formada por acero inoxidable, aleación de níquel resistente a la corrosión o similar. De manera adecuada, la capa estructural está formada por un material compuesto, polímero u otro material, o una combinación de materiales. De manera adecuada, la capa estructural puede sustituirse por una capa de refuerzo unida fuera de la funda de presión interna, que también actúa como capa 110 de armadura contra la presión.

Una capa 110 de armadura contra la presión es una capa resistente a la presión que proporciona una capa estructural que aumenta la resistencia de la tubería flexible frente a la presión interna y externa y cargas de compresión mecánica. La capa también soporta estructuralmente la funda de presión interna. De manera adecuada, tal como se ilustra en la figura 1, la capa de armadura contra la presión se forma a partir de una capa compuesta tubular. De manera adecuada, para una tubería flexible de tipo no unido (no mostrada) la capa de armadura contra la presión consiste en una construcción enlazada de cables con un ángulo de disposición cercano a 90°. De manera adecuada, en este caso la capa de armadura contra la presión es una capa metálica. De manera adecuada, la capa de armadura contra la presión está formada por acero al carbono, aleación de aluminio o similar. De manera adecuada, la capa de armadura contra la presión está formada por una capa de interconexión compuesta sometida a pultrusión. La capa de armadura contra la presión se forma a partir de un material compuesto formado mediante extrusión o pultrusión o deposición o enrollado de capas de material de cinta en donde las capas de cinta compuesta previamente impregnada, o capas alternativas de cintas compuestas y cintas de polímero, se consolidan y se unen entre sí y también se unen a la funda 105 de presión interna formando conjuntamente una estructura de cuerpo de tubería unida.

El cuerpo de tubería flexible también incluye una primera capa 115 de armadura contra la tracción opcional y una segunda capa 120 de armadura contra la tracción opcional. Cada capa de armadura contra la tracción se usa para soportar cargas de tracción y opcionalmente también presión interna. De manera adecuada, para algunas tuberías flexibles, los enrollamientos de armadura contra la tracción son de metal (por ejemplo, acero, acero inoxidable o titanio o similar). Para algunas tuberías flexibles compuestas, los enrollamientos de armadura contra la tracción pueden ser enrollamientos de cinta compuesta de polímero (por ejemplo, dotados ya sea de termoplástico, por ejemplo, nailon, material compuesto de matriz o material termoestable, por ejemplo compuesto epoxídico, material compuesto de matriz). Para la tubería flexible no unida, la capa de armadura contra la tracción está formada normalmente por una pluralidad de cables. (Para impartir resistencia a la capa) que se sitúan sobre una capa interior y se enrollan helicoidalmente a lo largo de la longitud de la tubería formando un ángulo de disposición normalmente entre aproximadamente 10° y 55°. De manera adecuada, las capas de armadura contra la tracción se enrollan en sentido contrario por parejas. De manera adecuada, las capas de armadura contra la tracción son capas metálicas. De manera adecuada, las capas de armadura contra la tracción están formadas por acero al carbono, acero inoxidable, aleación de titanio, aleación de aluminio o similares. De manera adecuada, las capas de armadura contra la tracción están formadas por un material compuesto, polímero u otro material o una combinación de materiales.

De manera adecuada, el cuerpo de tubería flexible también incluye capas opcionales de cinta (no mostrada) que ayudan a contener capas subyacentes y hasta cierto punto evitar la abrasión entre capas adyacentes. La capa de cinta puede ser opcionalmente un polímero o material compuesto o una combinación de materiales. Las capas de cinta pueden usarse para ayudar a evitar el contacto de metal a metal para ayudar a evitar el desgaste. Las capas de cinta sobre armaduras contra la tracción también pueden ayudar a prevenir el “arqueamiento” .

El cuerpo de tubería flexible también incluye capas 125 de aislamiento opcionales y una funda 130 exterior, que comprende una capa de polímero usada para proteger la tubería contra la penetración de agua del mar y otros entornos externos, la corrosión, la abrasión y el daño mecánico. Cualquier capa de aislamiento térmico ayuda a limitar la pérdida de calor a través de la pared de tubería al entorno circundante.

Cada tubería flexible comprende al menos una parte, a veces denominada segmento o sección del cuerpo 100 de tubería, junto con un accesorio de extremo situado en al menos un extremo de la tubería flexible. Un accesorio de extremo proporciona un dispositivo mecánico que forma la transición entre el cuerpo de la tubería flexible y un conector. Las diferentes capas de la tubería como se muestra, por ejemplo, en la figura 1, terminan en el accesorio de extremo de tal modo que se transfiere la carga entre la tubería flexible y el conector.

La figura 2 ilustra un conjunto 200 de tubo ascendente adecuado para transportar fluido de producción tal como petróleo y/o gas y/o agua desde una ubicación 221 submarina hasta una instalación 222 flotante. Por ejemplo, en la figura 2, la ubicación 221 submarina incluye una línea 225 de flujo submarina. La línea 225 de flujo flexible comprende una tubería flexible que descansa, total o parcialmente, sobre el fondo 230 marino o enterrada bajo el fondo marino y usada en una aplicación estática. La instalación flotante puede proporcionarse por una plataforma y/o boya o, como se ilustra en la figura 2, un barco. El conjunto 200 de tubo ascendente se proporciona como un tubo ascendente flexible, es decir, una tubería 240 flexible que conecta el barco a la instalación del fondo marino. La tubería flexible puede estar en segmentos de cuerpo de tubería flexible con accesorios de extremo de conexión.

Se apreciará que hay distintos tipos de tubo ascendente, como conocen bien los expertos en la técnica. Ciertas realizaciones de la presente invención pueden usarse con cualquier tipo de tubo ascendente, tal como un tubo ascendente libremente suspendido (tubo ascendente de catenaria, libre), un tubo ascendente restringido hasta cierto punto (boyas, cadenas), tubo ascendente totalmente restringido o encerrado en un tubo (tubos en I o J). La figura 2 también ilustra cómo pueden usarse partes de tubería flexible como tubería 250 impulsora.

La figura 3 ilustra un procedimiento para fabricar una capa de una tubería flexible. El sistema 300 de fabricación incluye una primera bobina 305 que se acciona por un elemento 307 de accionamiento de reborde respectivo en un primer extremo respectivo de una línea de producción. Una bobina 310 adicional se acciona por un elemento 312 de accionamiento de reborde adicional de la línea de producción. Estas bobinas se accionan selectivamente para mover el cuerpo de tubería flexible parcial o completamente construido hacia adelante y hacia atrás a lo largo de un eje central de producción 315. Una dirección de producción se define según una dirección en la que se transporta el cuerpo de tubería flexible en cualquier pasada individual a lo largo de la línea de producción. Se puede añadir una capa respectiva por cada pasada. Alternativamente, pueden usarse módulos adicionales de enrollado, redondeo, consolidación y opcionalmente inspección para proporcionar capas adicionales en una operación de producción. En la figura 3 se muestra una dirección de producción para una capa particular que discurre de izquierda a derecha. Una primera unidad 317 de Caterpuller ayuda a tirar del cuerpo de tubería flexible parcial o completamente construido a lo largo del eje 315 de producción y la unidad 320 de Caterpuller adicional está ubicada en el extremo más alejado de la línea de producción para ayudar nuevamente a tirar del cuerpo de tubería flexible total o parcialmente construido a lo largo de la línea de producción. Los dispositivos Caterpuller pueden ser opcionalmente bidireccionales o unidireccionales. La tensión en el cuerpo de tubería parcial o completamente construido puede controlarse. De manera adecuada, se proporcionan al menos dos dispositivos Caterpuller o tensores para agarrar la tubería y ayudar a controlar la velocidad de línea. Estos pueden estar ubicados como se ilustra en la figura 3 o en otras ubicaciones a lo largo de una línea de producción como apreciarán los expertos en la técnica. Cada uno de los dos tensores ilustrados en la figura 3 comprende tres mordazas de agarre (pistas) montadas formando un ángulo de 120° entre sí de manera que una pista, la más baja, proporciona una superficie horizontal sobre la que se colocará la tubería y las otras dos se pueden retraer y volver completamente a sujetar la tubería. Los tensores pueden tener alternativamente dos o cuatro o más pistas si se desea. Las pistas se abren y se cierran hidráulicamente y están mecánicamente unidas de modo que se abren y cierran de manera sincronizada y que una altura de línea central de la tubería agarrada dentro de las pistas permanece constante. Si disminuye el diámetro de la tubería durante el funcionamiento, las pistas de cada dispositivo Caterpuller pueden seguir opcionalmente la tubería para mantener una presión constante en la tubería. Del mismo modo, si un diámetro de tubería aumenta las pistas se disponen para abrirse en un punto de presión previamente establecido. La rotación automática de las pistas se acciona en ambos sentidos eléctricamente.

De manera adecuada, las especificaciones de rendimiento para cada dispositivo Caterpuller mostrado en la figura 3 se exponen en la tabla 1 ilustrada a continuación.

Tabla 1

Ciertas realizaciones de la presente invención proporcionan un método y aparato para producir una capa compuesta unida para un amplio intervalo de diámetros de tubería. Este intervalo se ilustra a continuación en la tabla 2. Se apreciará que pueden realizarse otros diámetros de tubería.

Tabla 2

El sistema 300 de fabricación ilustrado en la figura 3 usa una estación 322 de enrollado tal como un carrusel de enrollado para enrollar la cinta 325 compuesta sobre una superficie cilíndrica formada por una capa subyacente. Se proporciona cinta al carrusel 322 de enrollado desde múltiples carretes 3270-3. Cada carrete 327 de cinta está dotado de un suministro de alimentación respectivo de una cinta 328 continua. De manera adecuada, la fabricación de una capa compuesta unida usa una alimentación 328 de cinta continua. Para lograr esto, se empalman conjuntamente longitudes más cortas de cinta compuesta antes de enrollarse en un carrete de almacenamiento de cinta. Se usa una reenrolladora 330 opcional para ayudar a llevar a cabo esta operación. La materia 332 prima en forma de cinta prefabricada de longitud fija se suministra en longitudes relativamente cortas y se empalma antes de almacenarla en un carrete 333 de almacenamiento. Durante el uso, se usa una unidad 335 de reenrollado/desenrollado para enrollar estas longitudes más largas de cinta sobre carretes 3270-3 de cinta respectivos para su uso en el carrusel 322 de enrollado. La estación de enrollado comprende una unidad de acumulador (no mostrada) que permite la unión de carretes de cinta/longitudes de cinta sucesivas sin detener el procedimiento de producción.

En el sistema 300 ilustrado en la figura 3, se usa una estación 340 de redondeo de nuevo para controlar la tolerancia en cuanto a la ovalidad de una capa subyacente entrante del cuerpo de tubería flexible. Es decir, el redondeo de nuevo puede ayudar a redondear una sección transversal de una capa subyacente de modo que una superficie exterior cilíndrica proporcionada por la capa subyacente es sustancialmente redonda. De manera adecuada, el elemento de redondeo de nuevo puede colocarse en cualquier lugar antes del enrollado de cinta siempre que la capa entrante permanezca redondeada de nuevo hasta que se aplique la cinta. De manera adecuada, la capa subyacente es un revestimiento y el carrusel de enrollado proporciona cinta que ayuda a formar una capa de armadura contra la presión superpuesta como capa compuesta tubular. La estación 340 redondeo de nuevo es opcional. De manera adecuada, se proporciona una estación de redondeo de nuevo adicional (no mostrada) aguas abajo de una estación 350 de consolidación.

Como se ilustra en la figura 3, una estación 350 de consolidación de cinta se proporciona aguas abajo de la estación 322 de enrollado. Es decir, la estación de consolidación, que es una disposición de equipo asociado y elementos de control, está ubicada más adelante en un sentido de transporte del cuerpo de tubería flexible a medida que se fabrica una capa particular. La estación 350 de consolidación ayuda a consolidar enrollamientos 325a, 325b adyacentes de cinta compuesta de modo que los enrollamientos adyacentes se consolidan entre sí para formar una capa compuesta tubular. Debe observarse que, opcionalmente, la unidad de consolidación puede consolidar alternativa o adicionalmente una capa en el sentido de consolidar cinta en una capa aplicada más recientemente con el material de una capa subyacente sobre la que se enrolla la cinta. Se pueden incluir múltiples unidades de enrollado y consolidación en serie para ayudar a acumular un grosor adicional de la capa compuesta tubular si se desea.

Como se ilustra en la figura 3, el sistema 300 de fabricación también incluye una estación 360 de inspección de ensayo no destructivo (NDT). Se encuentra ubicada aguas abajo del carrusel 322 de enrollado y la estación 350 de consolidación. La estación 360 de inspección incluye uno o más sensores y está dispuesta en una configuración en línea con la estación 322 de enrollado mostrada en la figura 3. La estación 322 de enrollado y la unidad 350 de consolidación proporcionan una capa compuesta tubular y la estación 360 de inspección determina de manera automática y continua si al menos un parámetro de la capa compuesta tubular satisface una condición predeterminada respectiva en una o más regiones de la capa compuesta tubular a medida que la capa compuesta tubular se transporta a través o cerca de la estación de inspección. La estación de inspección también proporciona una salida en tiempo real que indica al menos uno de un tipo, tamaño y/o ubicación u otra característica de este tipo de cualquier defecto en la capa compuesta tubular a medida que se produce. De manera adecuada, la estación de inspección detecta si los parámetros son diferentes de un “ ideal” esperado y determina si está presente un defecto y qué tipo de defecto es. Opcionalmente, se pueden incluir múltiples estaciones NDT en la línea de producción para ayudar a inspeccionar cada capa compuesta respectiva después de haberse aplicado, o para ayudar a inspeccionar reparaciones llevadas a cabo en una estación 370 de reparación tras el procedimiento (como se describe adicionalmente a continuación en el presente documento).

Una estación 370 de reparación tras el procedimiento se muestra en la figura 3 aguas abajo de la estación 360 de inspección. La estación 370 de reparación recibe el control de entrada en respuesta a la salida de la estación de inspección e incluye elementos de calentamiento y/o presión y/o enfriamiento que se pueden llevar a cabo en las regiones de la capa compuesta tubular en las que se ha identificado un defecto. Como tal, la estación 370 de reparación puede ayudar completa o al menos parcialmente a corregir los defectos en tiempo real y en un procedimiento de producción único en línea. Esto ayuda a evitar la necesidad de un análisis de acontecimientos y una posterior acción correctiva.

Como se ilustra en la figura 3, una interfaz 370 de usuario que incluye un elemento de visualización de usuario en una estación 380 de análisis y control puede usarse para controlar los parámetros del sistema 300 de fabricación global. Por ejemplo, la velocidad de línea y/o la velocidad de enrollamiento y/o las temperaturas y presiones de consolidación y/o técnicas de inspección y/o la acción de redondeo de nuevo y/o la reparación de defectos tras el procedimiento pueden controlarse selectivamente.

La fabricación de una capa compuesta unida continua para una tubería flexible requiere una cantidad predeterminada de materia prima. Se pueden usar longitudes significativas de materia prima en forma de cinta para enrollarse en una estación de enrollado. De manera adecuada, la longitud de cinta continua enrollada en una estación 322 de enrollado es de 500 m o más de longitud. Como resultado de esto, se puede usar una operación de reenrollado dentro de una instalación de fabricación de tuberías que hace uso del sistema 300 de fabricación ilustrado en la figura 3. De manera adecuada, la longitud de cada cinta usada en una estación 330 de reenrollado es de aproximadamente 100 a 300 m. De manera adecuada, la longitud de cada cinta usada en una estación de reenrollado es de aproximadamente 250 m. El procedimiento de reenrollado está configurado opcionalmente para suministrar cinta directamente a los carretes 327^ü-3 de cinta. La figura 4 ayuda a ilustrar el procedimiento de reenrollado en el que se proporciona materia prima de un fabricante a partir de un carrete 400 en forma de cinta compuesta de una longitud fija relativamente corta. La fabricación de una capa compuesta unida requiere una alimentación de cinta continua más larga. Para ayudar a lograr esto, longitudes de cinta compuesta proporcionada como materia prima en un carrete 400 se empalman entre sí en una estación 410 de empalme antes de enrollarse. El enrollado se produce directamente en la estación de enrollado/carrusel 420 de enrollado (ilustrado como tarea 1) u opcionalmente en un carrete de almacenamiento de cinta en una estación de reenrollado fuera de línea (ilustrado como tarea 2). Debe indicarse que la cinta también puede enrollarse fuera de la estación de enrollado (ilustrado como tarea 3) en un carrete de almacenamiento de cinta externo para eliminar el material sobrante al final de cualquier operación de producción o para cambiar materiales/propiedades de material de las cintas a mitad de una operación de producción.

La figura 5 ayuda a ilustrar el procedimiento de empalmar longitudes de materia prima más cortas de cinta compuesta para formar longitudes de cinta continua más largas en un carrete 420 de cinta. Puede observarse que el/los carrete(s) de cinta de recepción puede(n) estar en la línea 327o-3 de producción o fuera de línea para alimentarse sustancialmente al/a los carrete(s) en línea. Una rueda 400 de suministro de materia prima se acciona/tira de una unidad 500 de freno/compensación de tensión ajustable.

Esta cinta que está llegando desde la bobina 400 de suministro se guía por un rodillo 510 guiado a través de un primer elemento 520 de sujeción y después se alimenta entre una prensa 530 de unión. La prensa de unión empalma los extremos opuestos de una longitud anterior de cinta hasta un extremo delantero de una nueva longitud de cinta. Un elemento 540 de sujeción adicional ayuda a fijar un extremo posterior de una cinta anterior en posición para unirse con el extremo delantero de la nueva longitud de cinta. Se utiliza un rodillo 540 de guía adicional para ayudar a guiar la cinta al carrete 420 de almacenamiento que se acciona por una unidad 560 de accionamiento y freno.

La figura 6 ayuda a ilustrar la prensa 530 de unión mostrada en la figura 5 con más detalle. La prensa 530 de unión incluye una placa 610 calentada superior y una placa 620 calentada inferior opuesta. Un extremo 630 delantero de una nueva longitud entrante de cinta compuesta se ubica yuxtapuesto con un extremo 640 posterior de una longitud de cinta anteriormente proporcionada. Impulsando las dos placas calentadas opuestas para juntarlas a una temperatura deseada, se puede extender la longitud dos longitudes más cortas de cinta. Llevando a cabo de manera repetida este procedimiento se pueden fijar múltiples longitudes más cortas de cinta entre sí para proporcionar eficazmente una alimentación de cinta continua. Este procedimiento puede automatizarse usando sensores no mostrados para identificar y alinear extremos de cinta. Opcionalmente, por supuesto, se pueden suministrar grandes longitudes adecuadas de cinta necesaria, situación en la que no se necesita la unión de longitudes más cortas.

Con el fin de ayudar a minimizar el movimiento de la materia prima hacia y desde un carrusel de enrollado de cinta, la operación de reenrollado se sitúa próxima a la estación de enrollado. La unidad de rebobinado también puede dar servicio a múltiples módulos de cinta. Esto se ilustra en la figura 7, que ilustra cómo se puede usar una zona 700 de almacenamiento de cinta para almacenar bobinas de suministro entrantes de fabricantes y cómo pueden cargarse de una manera automatizada o al menos semiautomatizada sobre una reenrolladora colocada en una ubicación deseada mostrada como una primera y segunda ubicación 7100, 7101 que luego se puede usar para rellenar un carrete 420 de almacenamiento respectivo (ya sea fuera de línea o en línea) para una cinta compuesta específica antes de proporcionar una cinta continua a un carrete de cinta particular que alimenta la estación de enrollado. El carrete de almacenamiento y/o la unidad de reenrollado se mueven selectivamente a lo largo de carriles 720, 730 respectivos para alinear las reenrolladoras y los carretes de almacenamiento y/o carretes 3270-3 de cinta que se alimentan al carrusel 322 de enrollado.

De manera adecuada, la zona de almacenamiento puede alojar carretes de cinta tanto vacíos como cargados. De manera adecuada, la instalación puede almacenar múltiples tamaños diferentes de carretes. De manera adecuada, la zona de almacenamiento es una región cercana a la estación de enrollado que proporciona acceso a un carrete a través de un puente-grúa.

La fabricación de una capa compuesta unida requiere una cinta de anchura, grosor y longitud predeterminados. De manera adecuada, se proporcionan múltiples carretes, cada uno diseñado y fabricado para usarse con una anchura de cinta y una capacidad de almacenamiento específicas. Se pueden proporcionar carretes de almacenamiento de cinta para anchuras de cinta de 10 mm, 20 mm, 60 mm y/u 80 mm o similares.

La figura 8 ilustra una relación con la anchura de cinta y el diámetro de tubería nominal para una anchura de cinta total que produce una cubierta única en una trayectoria para ángulos objetivo de 80°, 83° y 85°. Un tubería nominalmente de 203,2 mm (8” ) a 83 0C requiere una anchura de cinta de 80 mm para una cubierta única. De manera adecuada, esto se divide en dos hebras de 40 mm o cuatro hebras de 20 mm para lograr la misma cubierta pero con números correspondientes de cabezas de cinta.

La figura 9 ayuda a ilustrar una velocidad de rotación usada para producir una única cubierta a una velocidad lineal de 1 m/min frente al diámetro de tubería. La velocidad se mantiene constante si se usa una única cinta o se divide la cinta en dos o cuatro. La diferencia es la de la entrada de calor que puede aplicarse opcionalmente a través de varios cabezales de cinta.

Usando la reenrolladora, se enrolla materia prima sobre los carretes de almacenamiento de cinta fuera de línea antes de comenzar la producción. Los carretes pueden alojar varias anchuras de cinta como se ha mencionado anteriormente. Además, los carretes están diseñados opcionalmente de modo que pueden dividirse en dos mitades. Esto se ilustra en las figuras 10 y 11 con más detalle. Como se ilustra, una bobina 1200 divisible incluye una primera porción 1210 ilustrada como porción superior en la figura 10 y una porción 1220 adicional ilustrada como porción inferior en la figura 10. Si surge la ocasión/necesidad, esto permite que los carretes se desenrollen y se retiren o se carguen y se reenrollen mientras una tubería está discurriendo a través de un centro del carrusel. De este modo, los carretes 1200 divididos ilustrados en las figuras 10 y 11 pueden usarse como carretes ^0-3de cinta ilustrados en la figura 3. De manera adecuada, múltiples partes pueden separarse para dar más de dos partes. De manera adecuada, el carrete está dotado de puntos de elevación para permitir la carga o descarga o bien de un carrete completo o bien de media sección usando un puente-grúa. La figura 12 ayuda a ilustrar cómo se puede formar opcionalmente un reborde 1300 de un carrete para formar un canal 1310. El canal, que puede ser continuo alrededor de toda una circunferencia de un carrete u opcionalmente sólo está ubicado en ubicaciones particulares, puede engancharse mediante un gancho 1320 de elevación de acoplamiento de una grúa de elevación y usarse como punto de elevación. Por supuesto, pueden usarse otros mecanismos de elevación en un carrete.

Para ayudar a mejorar el procedimiento de colocación de cinta y garantizar una buena concentricidad de la tubería antes de la colocación de la cinta, puede usarse opcionalmente un método para redondear de nuevo la capa o capas existentes del cuerpo de tubería flexible. Se puede usar una estación 340 de redondeo de nuevo inmediatamente antes de una etapa de consolidación de cinta. La figura 13 ayuda a ilustrar cómo se puede usar un dispositivo de redondeo de nuevo para proporcionar una fuerza de presión variable (ilustrada por las flechas F) en ubicaciones seleccionadas alrededor de una circunferencia de una sección transversal de una capa tubular tal como un revestimiento o un revestimiento y capa compuesta tubular superpuesta o similar. De manera adecuada, se usa un dispositivo de redondeo de nuevo para redondear de nuevo una estructura de tubería cuando no hay ninguna estructura presente. De manera adecuada, el dispositivo de redondeo de nuevo puede redondear de nuevo una capa tubular que tiene un diámetro exterior de entre 50,8 mm (2” ) y 482,6 mm (19” ). De manera adecuada, el dispositivo de redondeo de nuevo puede redondear de nuevo capas tubulares que tienen un diámetro exterior de entre 152,4 mm (6” ) y 406,4 mm (16” ). El dispositivo de redondeo de nuevo puede ejercer una fuerza o presión uniformemente sobre la circunferencia exterior para lograr una tolerancia de ovalidad previamente establecida.

La figura 14 ayuda a ilustrar la acción de un dispositivo 1500 de redondeo de nuevo en una estación 340 de redondeo de nuevo. Se apreciará que una estación de redondeo de nuevo incluye el dispositivo de redondeo de nuevo junto con equipo auxiliar y equipo de control para controlar el funcionamiento del dispositivo de redondeo de nuevo. Como se ilustra en la figura 14, el dispositivo de redondeo de nuevo puede proporcionarse mediante un troquel 1510 de compresión que puede proporcionarse circunferencialmente alrededor de una superficie exterior de una capa tubular en una posición fija con respecto a una dirección de producción. De manera adecuada, el material de troquel presenta baja fricción (por ejemplo, PTFE o similar) y la superficie de contacto es lisa de modo que el avance de la capa tubular no se inhibe negativamente, ni se daña por el procedimiento de redondeo de nuevo.

La figura 15 ilustra un dispositivo 1600 de redondeo de nuevo alternativo que incluye seis rodillos ^0-5que tienen una superficie de rodadura exterior en forma de ocho que tiene una forma cóncava con un arco correspondiente a la forma de una superficie exterior de la capa de tubería flexible que está redondeándose. En la figura 15, la capa tubular/tubería que está redondeándose de nuevo se desplaza hacia dentro y hacia fuera de la página. La posición circunferencial de los rodillos puede posicionarse de forma rotatoria y alinearse con una ovalidad basándose en mediciones de una estación de inspección previa. Cada rodillo rueda a lo largo de un eje longitudinal respectivo y está soportado por un soporte 16200-5 de rodillo que está cargado por resorte a través de un resorte 1630 ^0-5respectivo. El resorte es un elemento de desviación que desvía un rodillo respectivo constantemente contra la superficie exterior de la capa tubular. Alternativamente, los rodillos pueden accionarse hidráulicamente o accionarse neumáticamente o se accionan de otro modo. Opcionalmente pueden configurarse conjuntos de rodillos adecuados para ciertos intervalos de tamaño de tubería en la misma herramienta de redondeo de nuevo de modo que pueden hacerse rotar o moverse de otro modo a y fuera de su posición para actuar sobre un tamaño de tubería respectivo en uso en ese momento. Un resultado de esta configuración es reducir el tiempo requerido para cambiar de un diámetro de tubería a otro.

La figura 16 ayuda a ilustrar el punto de contacto por el carrusel de enrollado de la estación 322 de enrollado con más detalle. El punto 1700 de contacto es la ubicación en una superficie exterior cilíndrica de un elemento sustancialmente tubular subyacente en el que las longitudes continuas entrantes de cinta entran en contacto con la superficie exterior de la superficie cilíndrica subyacente. Por ejemplo, como se ilustra en la figura 16, una cinta 325 entrante se desenrolla de un carrete 327 de cinta respectivo y se transporta en una dirección ilustrada por la flecha A. La cinta 325 se ubica debidamente entre un par de rodillos 1710 opuestos que presionan la cinta. Uno o más de los rodillos se accionan para proporcionar una tensión de cinta deseada. Uno o más calentadores (no mostrados) pueden estar ubicados aguas arriba y/o aguas abajo de un par de rodillos 1710 opuestos para calentar previamente la cinta entrante hasta una temperatura deseada. Después se alimenta la cinta a lo largo de una vía de suministro de cinta hasta un punto entre una superficie exterior cilíndrica proporcionada por un revestimiento y un rodillo 1720 de consolidación opuesto. Se suministra una fuerza de consolidación al rodillo de consolidación mediante un elemento de desviación que en el ejemplo descrito es un resorte o puede ser opcionalmente un accionador hidráulico o neumático (no mostrado). Esta fuerza de consolidación se controla y monitoriza continuamente a través de la estación 380 de control.

Como se ilustra en la figura 16, un eje longitudinal asociado con el rodillo está sustancialmente alineado de una manera desviada en paralelo con un eje longitudinal asociado con el revestimiento 105. Se disponen uno o más calentadores y/o enfriadores (no mostrados) alrededor del revestimiento para calentar previamente el material de revestimiento hasta una temperatura predeterminada antes del contacto de la cinta. También están ubicados uno o más calentadores y/o enfriadores para poder controlar la temperatura de punto de presión. Es decir, una temperatura en el punto donde la cinta entra en contacto con la superficie exterior del revestimiento. Por tanto, la longitud continua de la cinta 325 se desenrolla a partir de un carrete de almacenamiento y se dirige a lo largo de una trayectoria establecida hasta el punto de contacto en la tubería. Para lograr una buena consolidación de cinta, se pueden controlar diversos parámetros a lo largo de la ruta. Estos parámetros incluyen, pero no se limitan a, tensión de cinta, ángulo de cinta, temperatura de calentamiento previo de cinta, hueco de cinta, temperatura de consolidación calentada, temperatura de calentamiento previo de revestimiento y fuerza de consolidación. De manera adecuada, la tensión de cinta se hace variar desde 10 N hasta 200 N. De manera adecuada, una tolerancia a defectos en la tensión de cinta establecida es de más o menos 3 N. De manera adecuada, se usa un ángulo de envoltura de entre aproximadamente 55° y 90°. Opcionalmente, se puede incluir un sistema de bucle cerrado ajustable en vivo con retroalimentación para controlar y monitorizar la tensión de cinta. De manera adecuada, una fuerza de consolidación se hace variar desde aproximadamente 5 N hasta 400 N con una tolerancia a defectos en cualquier valor previamente establecido predeterminado de más o menos 3 N. Opcionalmente, se puede usar un sistema de bucle cerrado ajustable en vivo con retroalimentación para controlar y monitorizar la fuerza de consolidación. Puede usarse un ángulo de envoltura de cinta de entre aproximadamente 55° y 90°. Opcionalmente pueden proporcionarse herramientas individuales en incrementos de 5° para permitir la fabricación de ángulos de cinta a través de este intervalo. De manera adecuada, se puede proporcionar cada conjunto de herramientas para permitir ajustes finos de más o menos 3°.

La figura 17 ayuda a ilustrar cómo se puede controlar un hueco entre enrollamientos de cinta adyacentes a medida que se enrolla la cinta. Se entenderá que la superficie cilíndrica subyacente, proporcionada por una superficie exterior del revestimiento en el ejemplo mostrado en la figura 17, se mueve continuamente en una dirección de producción ilustrada por la flecha P en la figura 17. De manera adecuada, la velocidad de línea en el sentido de producción es de aproximadamente 0,25 a 2 m/min. De manera adecuada, la velocidad de línea es de aproximadamente 1 m/min. A medida que la capa subyacente avanza, el nuevo enrollamiento de cinta, que se enrolla constantemente de manera helicoidal alrededor de la superficie cilíndrica de la capa subyacente por el carrusel de enrollado rotatorio, también avanza de modo que en la siguiente pasada alrededor de la capa subyacente un nuevo enrollamiento entrante hace tope en una disposición de lado con lado con un enrollamiento inmediatamente anterior. De manera adecuada, no se produce ningún solapamiento entre los enrollamientos adyacentes. De manera adecuada, los bordes adyacentes de enrollamientos lado a lado adyacentes hacen tope. De manera adecuada, se deja un hueco 1800 de aproximadamente el 0-50 % de la anchura de la cinta entre los enrollamientos 18100-4 de cinta durante el procedimiento de enrollado. De manera adecuada, se deja un hueco 1800 de aproximadamente 0-1 mm de la anchura de la cinta entre los enrollamientos 18100-4 de cinta durante el procedimiento de enrollado.

Para ayudar a proteger la cinta entrante y garantizar que se logra una buena consolidación, la trayectoria desde el carrete hasta el punto de contacto en la tubería ilustrada en la figura 16 se mantiene dentro de tolerancias predeterminadas. Los cambios en la dirección a lo largo del trayecto de cinta también se mantienen dentro de tolerancias predeterminadas. Cuando tiene lugar un cambio en la dirección, el cambio se hace gradualmente para no dañar la cinta. De manera adecuada, el trayecto seguido por la cinta entrante se monitoriza y controla constantemente para ayudar a mantener la cinta desplazándose a lo largo de una línea central de los rodillos 1710 de presión y/o el rodillo 1720 de consolidación. La figura 18 ayuda a ilustrar una vista inferior del rodillo 1720 de consolidación que rueda a lo largo de un eje R respectivo. La figura 18 ayuda a ilustrar un eje de cinta T y ayuda a ilustrar cómo este eje de cinta T se mantiene alineado con una posición generalmente central del rodillo 1720 de consolidación.

La figura 19 ayuda a ilustrar cómo, con el fin de ayudar a mantener la cinta 325 entrante en una trayectoria predeterminada, uno o más rodillos de suministro tales como los rodillos 1710 opuestos ilustrados en la figura 16 pueden estar provistos de una ranura 2000 de guía. Esta ranura de guía se proporciona en una ubicación deseada en una superficie 2010 de rodadura exterior de uno o más rodillos en una ubicación predeterminada. De manera adecuada, como se ilustra en la figura 19, la ranura está ubicada circunferencialmente alrededor de una región central de un rodillo de suministro. Como resultado, la cinta 325 entrante se anida completamente (o al menos parcialmente en otros ejemplos) en la ranura y, por lo tanto, se ubica mediante la ranura para mantener la cinta en una trayectoria predeterminada a medida que avanza hacia el carrusel de enrollado.

De manera adecuada, se puede proporcionar una alarma de rotura de cinta para alertar a los operarios de la máquina de que se ha producido una rotura en un suministro de cinta. La alarma puede instalarse opcionalmente a lo largo de cada trayectoria de cinta entre un carrete respectivo y un punto de contacto respetado en la línea de tubería. La alarma de rotura de cinta está conectada de manera adecuada a un sistema de bucle cerrado monitorizado por la estación 380 de control, de modo que puede tomarse rápidamente una acción para detener un procedimiento de fabricación e iniciar una acción correctiva si se produce un acontecimiento de rotura de cinta. De manera adecuada, se puede proporcionar un monitor para monitorizar la cantidad de material que está desenrollándose a partir de cualquier carrete o por el carrusel de enrollado. Se usa información procedente de dicho monitor para generar una visualización en el elemento de visualización de la estación de control de modo que un operario puede ver constantemente uno o más parámetros de producción. De manera adecuada, se convierte una cantidad de material desenrollada y se visualiza como una medida de metros lineales de tubería realizada en la interfaz de usuario.

Como se describió anteriormente, el revestimiento y/o la cinta se pueden calentar previamente o calentar de manera inmediatamente posterior para ayudar durante un procedimiento de consolidación. La figura 20 ayuda a ilustrar este procedimiento con más detalle. El calentamiento previo ayuda a reducir los requisitos de funcionamiento de la tecnología de calentamiento inmediatamente antes de/durante la consolidación (por lo tanto, se reduce la potencia requerida por el sistema de calentamiento de consolidación y/o la energía térmica total (y el tiempo) requerida para aumentar y mantener la temperatura del material compuesto durante/para permitir que la consolidación sea eficaz). De manera adecuada, se lleva a cabo un calentamiento previo lo más cerca posible de la zona de consolidación de cinta. De manera adecuada, el revestimiento se calienta previamente hasta entre aproximadamente 50 °C y 100 °C. De manera adecuada, el revestimiento se calienta previamente hasta entre aproximadamente 40 0C y 90 °C. De manera adecuada, la cinta se calienta hasta aproximadamente de 30 a 160 0C. De manera adecuada, la cinta se calienta hasta aproximadamente de 100 a 140 0C. Como se ilustra en la figura 20 a medida que el revestimiento 105 avanza en el sentido de producción P y el rodillo 1720 de consolidación impulsa la cinta 325 compuesta entrante sobre la superficie exterior del revestimiento, el revestimiento entrante aguas arriba del punto de contacto puede calentarse previamente mediante un elemento de calentamiento. Como se ilustra en la figura 20, se puede usar una bobina 2100 de calentamiento por inducción que está ubicada alrededor del revestimiento entrante. Esto se puede usar para calentar previamente de manera continua el revestimiento a medida que se transporta a lo largo del sentido de producción P hacia el punto de suministro donde se suministra cinta compuesta sobre la superficie exterior del revestimiento y se impulsa contra la superficie exterior mediante el rodillo 1720 de consolidación desviado de manera constante.

La figura 21 ayuda a ilustrar el calentamiento previo de la cinta antes del punto de contacto y el calentamiento de un revestimiento usando técnicas de infrarrojos con más detalle. Como se ilustra en la figura 21, una una unidad 2200 de calentamiento previo es un ejemplo de un elemento de calentamiento que puede usarse entre los rodillos de presión y el punto 1700 de contacto. Esta unidad de calentamiento previo puede incluir un único elemento de calentamiento o múltiples elementos de calentamiento para calentar previamente la cinta entrante hasta una temperatura deseada. Asimismo, se puede proporcionar calentamiento previo de revestimiento en forma de dos (por supuesto, son posibles otros números) calentadores 221⁰⁰, 22⁰⁰¹de infrarrojos que están orientados hacia ubicaciones deseadas para calentar un revestimiento. Los calentadores se mueven en una dirección circular con el carrusel de enrollado rotatorio para calentar el revestimiento antes del rodillo de consolidación, que está constantemente girando como parte del carrusel de enrollado alrededor de la circunferencia exterior del revestimiento, hasta una temperatura deseada.

Para ayudar a consolidar la cinta compuesta termoplástica uno o ambos de la cinta y el sustrato se calientan hasta un punto de fusión del material termoplástico usado. De manera adecuada, para la cinta que es un material compuesto, la cinta si se calienta hasta el punto de fusión del material de matriz termoplástico de la cinta. De manera adecuada, para ayudar a lograr esto y teniendo en cuenta que hay una velocidad de línea lineal de aproximadamente 1 m/min probablemente para el revestimiento subyacente, se usa una etapa de calentamiento previo antes de la aplicación de la cinta. Esto ayuda a reducir un requisito de entrada de energía en una región de cabeza de cinta.

De manera adecuada, la cinta entrante es un material compuesto que comprende una cinta de PVDF reforzada con fibra de carbono. Se ilustran requisitos de calentamiento previo para cintas que tienen un grosor de 0,2 mm y 0,4 mm para dicha cinta en la figura 22 y la figura 23. Dado que las cintas son relativamente delgadas estas figuras ilustran el calentamiento desde ambos lados de una cinta hasta una temperatura uniforme. Las figuras 22 y 23 están basadas en una velocidad de línea de tubería de 1 m/min y proporcionan una indicación de energía requerida para calentar un grosor completo de cinta. De manera adecuada, esto es una potencia mínima proporcionada. De manera adecuada, se proporciona dos o tres veces esta potencia según un tipo de calentador usado. Las figuras 22 y 23 ilustran la entrada de energía para una única cinta que produce una cubierta completa. La figura 22 ilustra un requisito de potencia para calentar una cinta de 0,2 mm de grosor hasta 100 0C, 120 0C o 140 0C frente al diámetro de capa de tubería. La figura 23 ilustra un requisito de potencia para calentar previamente una cinta de 0,4 mm de grosor hasta 100 0C, 120 0C o 140 0C frente al diámetro de capa de tubería.

Opcionalmente, se calienta previamente el sustrato sobre el cual se enrolla la cinta. En el caso en el que el sustrato es un revestimiento que es relativamente grueso esto presenta una masa térmica más grande que la cinta entrante. De manera adecuada, esto se calienta desde una región exterior. De manera adecuada, se produce calentamiento desde la superficie y al interior del grosor del revestimiento hasta una profundidad predeterminada. De manera adecuada, la profundidad de calentamiento es de entre aproximadamente 0 y 2 mm de profundidad. De manera adecuada, el grosor de calentamiento es de aproximadamente 1 mm de profundidad. La entrada de calor se controla para ayudar a minimizar los esfuerzos residuales en una estructura resultante.

La figura 24 ayuda a ilustrar un cálculo de orden de magnitud de un requisito de potencia para calentar previamente un revestimiento de PVDF suponiendo que únicamente se calienta el primer 1 mm exterior de grosor hasta una temperatura uniforme. Se muestra el requisito de energía para calentar toda la superficie exterior de un revestimiento que se mueve a una velocidad de línea de 1 m/min. Por lo tanto, la figura 24 ayuda a ilustrar el requisito de potencia para calentar previamente un revestimiento de PVDF de 8 mm hasta 100 0C, 120 0C o 140 0C frente al diámetro exterior de tubería.

El calentamiento previo de la cinta consolidada requiere menos potencia como se ilustra en la figura 25. Esto ilustra la entrada de energía de calentamiento previo con suposiciones similares al revestimiento indicado anteriormente pero para un revestimiento de 8 mm de grosor con 6 mm de cinta consolidada en el exterior.

La figura 26 ayuda a ilustrar los efectos transitorios para el calentamiento por convección de una disposición de tubería que tiene un revestimiento de 8 mm y una cinta compuesta de 6 mm con un diámetro nominal de 200 mm. También se ilustran los efectos transitorios para la condición en la que una tubería está moviéndose a 1 m/min y pasa a través de un calentador que aumenta la temperatura de superficie hasta 126 0C dentro del plazo de 30 segundos, aproximadamente 0,5 mm por debajo de la superficie, la temperatura es de 100 0C y a medida que avanza el tiempo el calor se disipa dentro de la estructura.

Calentar previamente la cinta compuesta termoplástica usa una potencia relativamente baja de aproximadamente 0,5 kW, mientras que un revestimiento de superficie de tubería compuesta consolidada requiere una potencia dispuesta alrededor de la tubería de aproximadamente 3 a 4 kW a lo largo del intervalo mencionado anteriormente de tamaños de tubería. De manera adecuada, se puede usar un sistema de calentamiento por infrarrojos para la consolidación de cinta compuesta. Los emisores de infrarrojos proporcionan una consolidación adecuada al tiempo que son relativamente rentables y fáciles de usar. De manera adecuada, se puede usar como alternativa un sistema de calentamiento por láser o similar. La figura 27 ayuda a ilustrar el calentamiento previo de la cinta entrante mediante emisores de infrarrojos. El uso de tales emisores de infrarrojos como fuente de calentamiento ayuda a reducir un requisito para el espacio de instalación para emisores adicionales en una zona de punto de presión.

La figura 28 ilustra un elemento calentador en forma de un sistema 2900 de láser. Dicho sistema puede proporcionar una buena consolidación para una capa compuesta unida. De manera adecuada, se usa un dispositivo de módulo de diodo láser compacto como elemento 2900 de calentamiento por láser. De manera adecuada, el sistema de calentamiento por láser incluye un suministro de refrigeración para una fuente de láser y una óptica asociada. De manera adecuada, el elemento calentador por láser se enfría con agua que tiene una presión de agua que no supera 6 bar y tiene un flujo de agua de aproximadamente 10 l/h. Opcionalmente, puede aplicarse una purga de aire para ayudar a evitar la contaminación con polvo en una trayectoria del haz de láser de calentamiento. Dado que el láser puede proporcionar una capacidad de calentamiento significativa, el rodillo de consolidación puede incluir opcionalmente enfriamiento para ayudar a evitar que el rodillo se sobrecaliente.

En la tabla 3 a continuación se ilustra una sección transversal de requisitos de procedimiento para diferentes anchuras de cinta y materiales.

Tabla 3

La tabla 3 ayuda a ilustrar la potencia de calentamiento previo y de punto de presión requerida para lograr la temperatura de procedimiento.

Las figuras 29 y 30 ilustran vistas de un rodillo de consolidación. El rodillo 1720 de consolidación presiona la cinta calentada sobre una capa subyacente y ayuda a consolidar los enrollamientos adyacentes entre sí y/o garantiza que se logra una buena unión entre cada capa sucesiva de enrollamientos de cinta. De manera adecuada, el rodillo es un rodillo de peso ligero fabricado a partir de un material con baja capacidad calorífica y alta conductividad térmica. De manera adecuada, el rodillo está cubierto con un material no adherente. De manera adecuada, el material no adherente es a base de caucho. De manera adecuada, se usan rodillos cubiertos con capas de aproximadamente 10 mm de grosor de silicona o Viton con una dureza Shore de aproximadamente 60. De manera adecuada, los rodillos son rodillos recubiertos con PTFE con un grosor de recubrimiento de aproximadamente 40 micrómetros más o menos 10 micrómetros. De manera adecuada, se puede usar una barra de PTFE maciza como un rodillo. La figura 29 ilustra un rodillo basado en silicio y la figura 30 ilustra un rodillo de consolidación de PTFE macizo alternativo.

La figura 31 ayuda a ilustrar cómo se puede mantener o “enfriar” una temperatura de superficie del rodillo hasta menos de aproximadamente 120 0C. Esto ayuda a garantizar que las fibras de cinta o la resina no se adhieren a una superficie de rodadura del rodillo. Se apreciará que se pueden usar otras formas de garantizar la ausencia de adherencia. Como se ilustra en la figura 31, se usa un orificio 3100 de entrada para recibir un suministro de fluido de enfriamiento que luego circula en una región 3110 central dentro del cuerpo del rodillo. Se proporciona un orificio 3120 de salida adicional en un extremo restante del rodillo y el fluido refrigerante sale a través de este orificio 3120 de salida. El fluido refrigerante se hace circular de manera constante o, alternativamente, se proporciona en un sentido unidireccional. La figura 31 también ayuda a ilustrar cómo una superficie 3130 de rodadura inferior rueda a lo largo de una superficie 3140 radialmente exterior de un enrollamiento 325 de cinta entrante.

La figura 32 ilustra cómo la tensión en la línea de producción puede mantenerse dentro de tolerancias predeterminadas. La figura 32 ilustra la bobina 305 y el elemento 307 de accionamiento de reborde correspondiente ilustrado en la figura 3 con más detalle e ilustra cómo se puede usar una cortina 3200 de luz para mantener una velocidad y tensión a un nivel deseado en la línea de fabricación.

La tabla 4 ilustra cómo se pueden controlar ciertos parámetros del procedimiento de fabricación. Del mismo modo, la tabla 5 ilustra cómo se pueden proporcionar ciertas alarmas en el sistema de modo que se inicia una indicación auditiva y/o visual cuando un nivel previamente establecido para un parámetro particular difiere en más de un nivel de tolerancia predeterminado respectivo.

Tabla 4

Tabla 5

La figura 33 ayuda a ilustrar la estación 360 de inspección con más detalle. La estación de inspección está fijada en su ubicación con respecto a un sentido de producción de tuberías P. Como se ilustra en la figura 33, la estación 360 de inspección incluye un soporte 3300 que soporta múltiples sensores 33100-x. Se apreciará que el soporte ilustrado en la figura 33 tiene una abertura central a través de la cual pasa la capa compuesta tubular formada sobre un revestimiento (no mostrado) durante una operación de producción. Según alternativas, los sensores y el soporte de sensor pueden estar dispuestos en un lado o lados de la capa tubular. También de manera alternativa, el soporte puede ser bidireccional y puede accionarse hacia atrás y hacia delante a lo largo de una región de la capa compuesta tubular. Por tanto, la estación 360 de inspección de capas incluye al menos un sensor que está ubicado aguas abajo de una configuración en línea con una estación de extrusión o estación de pultrusión o estación de deposición o como se ilustra en la figura 3 una estación de enrollado para proporcionar una capa compuesta tubular sobre una superficie sustancialmente cilíndrica subyacente mediante un procedimiento continuo.

La estación 360 de inspección es una estación de ensayos no destructivos (NDT) que puede identificar una o más regiones en la capa compuesta tubular donde puede haberse producido un defecto durante un procedimiento de consolidación/fabricación. De manera adecuada, la estación 360 de NDT está colocada directamente después de la zona de consolidación de cinta. La estación de NDT localiza y/o mide y/o define y/o registra fallos/defectos de superficie y/o debajo de la superficie. La estación 360 de inspección puede explorar un amplio intervalo de diámetros de tubería a una velocidad lineal de aproximadamente 1 m/min.

Dependiendo de los sensores usados, los sensores detectarán condiciones que provocan atenuación o generan ecos intermedios relevantes a partir de una señal de ultrasonidos u otra señal de sonda de este tipo. De manera adecuada, estas condiciones pueden ser una o más de las siguientes que se producen durante la producción: deslaminación/huecos longitudinales y/o deslaminación/huecos circunferenciales y/o porosidad local en cinta de CFRP y/o porosidad en superficies de contacto de cinta-cinta y/o perfil de superficie/grosor. Además, se pueden proporcionar técnicas y sensores para ayudar a identificar defectos y daños provocados por la manipulación y el enrollamiento de tuberías, tales como daño por compresión/impacto y/o deslaminación en la superficie de contacto de CFRP-revestimiento y/o deslaminación en superficies de contacto de cinta-cinta y/o microagrietamiento de matriz de resina. Las tolerancias de producción pueden establecerse previamente usando puertas electrónicas. La activación de estas puertas activa una indicación auditiva y/o visual que se retransmite a la estación 380 de control.

Los sensores 3310 ilustrados en la figura 33 son sensores de ensayos no destructivos por ultrasonidos. Tales sensores de ensayos por ultrasonidos (UT) pueden usarse para determinar un grosor de material y determinar una ubicación de una discontinuidad dentro de una parte de la capa tubular. Una discontinuidad puede ser indicativa de un defecto. De manera adecuada, los sensores funcionan en el intervalo de 500 kHz a 20 MHz. De manera adecuada, los sensores usan métodos de ensayo por eco de pulso usando sondas de cristal único o grupos de sondas de cristal único o una matriz de fases. Por lo tanto, los sensores envían un pulso de ultrasonidos a una parte compuesta próxima al lugar en el que está ubicado el sensor. Se detecta y se mide una señal desde un lado lejano del material laminado (denominado eco de pared posterior) y otros ecos que pueden reflejarse a partir de defectos (denominados eco intermedio).

La figura 34 ilustra un ensayo opcional que usa ensayos de pulsos de ultrasonidos para producir un perfil de amplitud denominado “exploración A” . La figura 34 ayuda a ilustrar un eco 3400 de pared posterior reflejado desde un lado lejano de una estructura laminada que está correctamente fabricada. A medida que el sensor 3310 se mueve con respecto a la capa compuesta tubular (mostrado en la figura 35 por el movimiento relativo del sensor 3310 al centro de la figura donde está ubicado un defecto 3500), una reflexión del eco de pulso a partir de dicho hueco muestra la producción de un eco 3500 intermedio y la pérdida de un eco de pared posterior.

La figura 36 ilustra un defecto 3600 alternativo que es un hueco 3600 relativamente pequeño, de tamaño más pequeño que un diámetro del transductor asociado. Como resultado, se detecta un eco 3610 intermedio reducido y una señal 3620 de eco de pared posterior reducida. Los ecos intermedios y de pared posterior detectados o ausencias de los mismos y los tiempos con respecto a pulsos iniciales pueden usarse para determinar un tamaño y naturaleza de un defecto.

La figura 37 ayuda a ilustrar cómo se pueden usar sensores 3310 de UT para detectar una ubicación de regiones 3700 porosas en una región defectuosa d1 de una capa compuesta tubular. Se determinan regiones de porosidad detectando ecos 3700 dispersos de un pulso inicial a partir de una o más regiones porosas junto con una señal 3710 de eco de pared posterior reducida.

Opcionalmente, se pueden usar ensayos de eco de pulso de exploración B que muestran eco de pared posterior reflejado a partir de un lado lejano de una capa compuesta tubular. La inspección por exploración B proporciona cobertura a lo largo de una longitud deseada de tubería. Se puede proporcionar una cobertura adecuada alrededor de una circunferencia de tubería mediante el uso de múltiples sondas o mediante traslación mecánica de las sondas a medida que se fabrica la capa compuesta tubular. Como se ilustra en la figura 33, se pueden usar dos conjuntos de cuatro sensores para monitorizar una condición de tubería. Eficazmente, esto produce información que indica regiones de la capa compuesta tubular donde se ha producido un defecto. De manera adecuada, las salidas de los múltiples sensores que proporcionan cada uno una sonda respectiva se multiplexan para proporcionar monitorización en tiempo real de la capa compuesta tubular. Esto permite registrar el eco de pared posterior, el grosor de pared y los datos de exploración B u otros parámetros de sondeo de este tipo para cada canal y analizarlos en tiempo real. De manera adecuada, se recopilan datos de ultrasonidos y se ponen a disposición en el elemento de visualización de la estación 380 de control. Las tolerancias de producción pueden establecerse previamente y la activación a niveles previamente establecidos puede activar una alarma si un defecto determinado tiene características que lo hacen demasiado significativo como para ignorarlo. De manera adecuada, se usa un equipo de matriz de fases portátil para realizar inspecciones localizadas de tubería fuera de línea además de un procedimiento de inspección de NDT principal.

La tabla 6 ilustra algunos de los tipos de defectos que se pueden detectar opcionalmente y los tamaños mínimos que se pueden albergar. El tamaño de defecto mínimo se indica en la tabla 6 en cuanto a la longitud lineal (L) a lo largo de la tubería y una fracción de la circunferencia de tubería (C).

Tabla 6

En la tabla 7 se exponen detalles adicionales del sistema de NDT.

Se proporciona software para el sistema de NDT que puede incluir una o más de las siguientes funciones: Función de datos de sección transversal de exploración B de la posición de la sonda y/o activación de datos de exploración A para producir perfiles de amplitud de eco de pared posterior y grosor y/o herramientas de dimensionamiento con corrección de geometría y/o herramientas de representación gráfica que muestran indicaciones en función de la longitud de tubería.

Tabla 7

La figura 38 ilustra una estación 370 de reparación con más detalle. La estación 370 de reparación es un ejemplo de una estación de calentamiento y/o enfriamiento tras el procedimiento si se proporcionan elementos de calentamiento y/o enfriamiento. La estación 370 de reparación está en línea y aguas abajo de la estación 360 de inspección y recibe como entrada y salida de una estación de inspección anterior que proporciona una ubicación y/o tamaño y/o tipo de defecto en una o más regiones de la capa compuesta tubular consolidada. Si la exploración de UT de una estación 360 de inspección identifica una zona de la capa compuesta tubular que no ha cumplido una calidad predeterminada, la estación 370 de reparación puede llevar a cabo una acción correctiva inmediata sin detener un procedimiento de fabricación. De manera adecuada, la estación 370 de reparación está colocada dentro de 100 metros desde una estación de inspección de NDT. De manera adecuada, la estación 370 de reparación está colocada inmediatamente después de una estación de inspección de NDT (dentro de 10 metros). Si la exploración de NDT identifica una zona de tubería que no ha logrado cumplir una calidad requerida, una alarma de activación iniciará un procedimiento dentro de la estación 270 de reparación para localizar y reparar un defecto o bien de superficie o bien debajo de la superficie. La estación 370 de reparación puede llevar a cabo trabajo correctivo en tiempo real en un amplio intervalo de diámetros de tubería y en un intervalo de velocidades lineales de producción. De manera adecuada, la estación 370 de reparación puede reparar uno o más defectos simultáneamente como una velocidad de línea de aproximadamente 1 m/min. Como se ilustra en la figura 38, el revestimiento 105 y la capa 110 consolidada circundante que proporciona una capa compuesta tubular formada consolidando enrollamientos adyacentes de cinta pasa a través de un orificio 3800 central en un soporte 3810. El soporte 3810 soporta múltiples placas 3820 móviles que están dispuestas circunferencialmente alrededor de la abertura 3800 circular central. El soporte soporta los elementos 3820 de tope móviles de una manera que permite que cada elemento 3820 de tope se pueda mover independientemente a lo largo de un eje de accionamiento respectivo. Esto se ilustra más claramente en la figura 39. Como se ilustra en la figura 39, un punto central C está asociado con la abertura 3800 central en el soporte 3810. Este punto central también corresponde con un eje longitudinal central del revestimiento 105 y la capa 110 compuesta consolidada. Este punto central C es común al eje 39000-15 de accionamiento para los dieciséis elementos 3820 de tope ilustrados en las figuras 38 y 39. Se apreciará que, alternativamente, se pueden usar uno, dos o más elementos de tope. Usar muchos (por ejemplo, dieciséis mostrados en la figura 39) elementos de tope significa que muchas ubicaciones en una superficie exterior de la capa compuesta pueden presurizarse y/o calentarse y/o enfriarse simultáneamente. Se pueden usar menos elementos de tope y opcionalmente se puede hacer rotar el soporte 3810 mediante un mecanismo de accionamiento (no mostrado) para ayudar a alinear los elementos de tope con regiones defectuosas de la capa compuesta tubular. De manera adecuada, con el fin de llevar a cabo el trabajo correctivo, puede aplicarse calor en la región de entre 180 0C y 220 0C, y una presión de hasta 4 MPa, durante hasta de 1 a 2 segundos, localmente a una región defectuosa. Para ayudar a garantizar que una unión entre capas se mantiene intacta, se aplica tal presión y calor. Se puede aplicar calor y/o presión a través de los elementos 3820 de tope usando conducción para transmitir el calor, o el calentamiento se puede aplicar por separado con haces de energía enfocados (inducción, convección, radiación) inmediatamente antes de que el elemento de tope aplique presión a la zona. De manera adecuada, la temperatura se mide y se controla usando sensores de temperatura (pirómetros ópticos o similares) o un sistema de medición de temperatura óptico comercial tal como una cámara de obtención de imágenes termográfica (por ejemplo, Fluke TiR29 o similar). De manera adecuada, se puede aplicar presión a través de los elementos de tope usando accionadores hidráulicos o neumáticos. Para ayudar a asegurar que las capas permanecen intactas puede evitarse el sobrecalentamiento de la cinta durante el calentamiento tras el procedimiento proporcionando enfriamiento a una zona tratada inmediatamente después del tratamiento. Puede proporcionarse enfriamiento a cualquier región deseada para reducir la temperatura de esa región hasta una temperatura de aproximadamente 100 0C rápidamente. Opcionalmente, puede proporcionarse enfriamiento mediante placas de enfriamiento adicionales (conducción) o mediante corrientes de aire de enfriamiento dirigidas (convección).

Los elementos de tope mostrados como placas 3820 en la figura 39 pueden ser alternativamente rodillos o tener otras formas. Se proporciona una superficie 3930 de tope en cada placa. La superficie 3930 de tope ilustrada en las figuras 38 y 39 es convexa. Alternativamente pueden usarse otras formas tales como formas cóncavas o formas en ocho. La superficie de tope se puede impulsar contra la superficie exterior de la capa de cinta compuesta durante un periodo de tiempo predeterminado y a una presión y temperatura deseadas para ayudar a consolidar regiones porosas o regiones deslaminadas en ubicaciones anteriormente determinadas en tiempo real por la estación de inspección aguas arriba.

De manera adecuada, se puede aplicar energía térmica mediante diversas técnicas a la superficie o de manera interna o por conducción o por convección y/o por radiación a regiones de la tubería. También se pueden aplicar parámetros tales como tiempos de ciclo y/o temperatura máxima y/o aplicación de presión/fuerza.

El módulo de calentamiento proporciona información en tiempo real de modo que las tendencias y fallos se pueden reconocer durante y después del calentamiento tras el procedimiento. Esto ayuda a soportar estrategias preventivas.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones de esta memoria descriptiva, las palabras “comprender” y “contener” y sus variaciones significan “que incluye, pero no se limita a” , y no se pretende que excluyan (y no lo hacen) otros restos, aditivos, componentes, números enteros o etapas. A lo largo de la descripción y las reivindicaciones de esta memoria descriptiva, el singular abarca el plural a menos que el contexto exija otra cosa. En particular, cuando se usa el artículo indefinido, la memoria descriptiva debe entenderse que contempla la pluralidad así como la singularidad, a menos que el contexto exija otra cosa.

Debe entenderse que rasgos, números enteros, características o grupos descritos junto con un aspecto, realización o ejemplo particular de la invención son aplicables a cualquier otro aspecto, realización o ejemplo descrito en el presente documento a menos que sean incompatibles. Todas las características descritas en esta memoria descriptiva (incluyendo cualquier reivindicación, resumen y dibujo adjunto) y/o todas las etapas de cualquier método o procedimiento descrito de este modo pueden combinarse en cualquier combinación, excepto combinaciones en las que al menos algunas de las características y/o etapas sean mutuamente excluyentes. La invención no está limitada a ningún detalle de ninguna realización anterior. La invención se extiende a cualquier característica novedosa, o combinación novedosa de características, descritas en esta memoria descriptiva (incluyendo cualquier reivindicación, resumen y dibujo adjunto), o a cualquier etapa novedosa, o cualquier novedosa de etapas, de cualquier método o procedimiento descrito de este modo.

El lector debe prestar atención a todos los artículos y documentos presentados al mismo tiempo o antes que esta memoria descriptiva relacionados con esta solicitud y que están abiertos para consulta por el público con esta memoria descriptiva.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Aparato para fabricar una capa compuesta de una tubería flexible, que comprende:

una estación (360) de inspección de capas que comprende al menos un sensor, ubicado aguas abajo de y en una configuración en línea con una estación de extrusión o estación de pultrusión o estación (322) de enrollado o estación de deposición para proporcionar una capa compuesta tubular sobre una superficie sustancialmente cilíndrica subyacente mediante un procedimiento continuo; en donde

la estación (360) de inspección determina de manera automática y continua si al menos un parámetro de la capa compuesta tubular satisface una condición predeterminada respectiva en al menos una región de la capa compuesta tubular a medida que la capa compuesta tubular se transporta próxima a la estación (360) de inspección e indica en tiempo real al menos uno de un tipo, tamaño y/o ubicación de un defecto en la capa compuesta tubular; caracterizado porque el aparato comprende además una estación (370) de reparación que comprende al menos un elemento de calentamiento y/o aplicador de presión ubicado aguas abajo de, y en una configuración en línea con, la estación (360) de inspección para aplicar selectivamente un ciclo de reparación aplicando una temperatura y/o presión deseadas en dicha al menos una región.
2. El aparato según la reivindicación 1, que comprende además:

la estación (360) de inspección está aguas abajo de, y en línea con, una estación (322) de enrollado que comprende un carrusel (322) de enrollado para enrollar continuamente al menos un elemento de cinta helicoidalmente alrededor de la superficie cilíndrica subyacente a medida que un elemento tubular que comprende la superficie cilíndrica se transporta en una primera dirección de desplazamiento.
3. El aparato según la reivindicación 2, que comprende además:

una estación (350) de consolidación de cinta aguas abajo de, y en una configuración en línea con, el carrusel (322) de enrollado para consolidar la cinta enrollada para dar una capa compuesta continua que comprende dicha capa compuesta tubular.
4. El aparato según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

la estación (360) de inspección está ubicada dentro de 100 metros de tubería lineal de una posición de contacto en donde el material extrudido entra en contacto con la superficie cilíndrica subyacente o en donde la cinta se enrolla sobre la superficie cilíndrica respectivamente.
5. El aparato según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

el al menos un sensor comprende al menos un sensor (3310) de ultrasonidos.
6. El aparato según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

el al menos un sensor indica defectos de superficie y debajo de la superficie en la capa compuesta tubular.
7. El aparato según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

el al menos un sensor de la estación (360) de inspección comprende una pluralidad de sensores dispuestos en una relación circunferencialmente separada alrededor de una superficie exterior de la capa compuesta tubular en una ubicación común con respecto a un eje longitudinal asociado con una trayectoria de desplazamiento de la capa compuesta tubular, en donde una salida de cada sensor puede conectarse a una unidad de análisis a través de un elemento multiplexor para proporcionar monitorización en tiempo real del al menos un parámetro en múltiples regiones de la capa compuesta tubular.
8. El aparato según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

la estación (370) de reparación calienta selectivamente la al menos una región de capa compuesta tubular hasta aproximadamente de 120 0C a 250 0C, en donde la región de capa compuesta tubular puede calentarse hasta aproximadamente de 180 0C a 220 0C.
9. El aparato según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

la estación (370) de reparación aplica selectivamente una presión de aproximadamente 0,5 a 4 MPa mediante el elemento de calentamiento y/o aplicador de presión a la al menos una región de capa compuesta tubular.
10. El aparato según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

la estación (370) de reparación aplica selectivamente la temperatura y/o presión deseadas durante de aproximadamente 0,5 a 60 segundos, en donde la temperatura y/o presión pueden aplicarse durante de aproximadamente 1 a 2 segundos.
11. El aparato según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

la estación (370) de reparación comprende al menos un elemento de calentamiento, en donde el elemento de calentamiento puede comprender al menos uno de un calentador de infrarrojos o calentador de inducción o calentador de conducción o calentador resistivo.
12. El aparato según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

la estación (370) de reparación comprende al menos un elemento de enfriamiento que comprende opcionalmente un elemento de ventilador.
13. El aparato según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

la estación (370) de reparación comprende al menos un elemento de aplicación de presión que tiene una superficie (3930) de tope que tiene una forma que corresponde al menos sustancialmente a una forma de una superficie exterior de la capa compuesta tubular o que es convexa o cóncava.
14. El aparato según la reivindicación 2, que comprende además:

al menos un carrete (327) de cinta que proporciona cinta enrollable al carrusel de enrollado para enrollarse sobre el elemento tubular.
15. El aparato según la reivindicación 14, que comprende además:

una estación (350) de consolidación ubicada aguas abajo de, y en una configuración en línea con, la estación (322) de enrollado y aguas arriba de, y en una configuración en línea con, la estación (360) de inspección.
16. Un método para fabricar una capa compuesta de una tubería flexible, que comprende las etapas de:

mediante al menos un sensor en una estación (360) de inspección de capas aguas abajo de, y en una configuración en línea con, una estación de extrusión o estación de pultrusión o estación (322) de enrollado o estación de deposición, determinar de manera automática y continua si al menos un parámetro de una capa compuesta tubular satisface una condición predeterminada respectiva en al menos una región de la capa compuesta tubular e indicar en tiempo real al menos uno de un tipo, tamaño y/o ubicación de un defecto en la capa compuesta tubular; caracterizada por que en respuesta a la detección de un defecto en al menos una región mediante la estación (360) de inspección, mediante una estación (370) de reparación ubicada aguas abajo de, y en una configuración en línea con, la estación (360) de inspección, aplicar selectivamente una temperatura y/o presión fijas o variables deseadas a una región defectuosa a medida que la región defectuosa se transporta próxima a la estación (370) de reparación.