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Title:
FLEXIBLE ENDOSCOPE WITH HYDRAULIC AND PNEUMATIC COOLING FOR INSPECTING COKE OVEN BATTERIES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/071472
Kind Code:
A1
Abstract:
Flexible endoscope with hydraulic and pneumatic cooling for inspecting coke oven batteries consists essentially of an endoscope (1) mounted on a reel (2) with rotary joints (3 and 4) on which is wound the body in the form of a flexible tube (5) which is provided with two internal, concentric hoses (6 and 7) for the passage, respectively, of cabling (8)/compressed air (9) and chilled water (10) towards the rigid nozzle (11), which forms an external hydraulic chamber (12) and a further, internal hydraulic chamber (13), in addition to the compartment (14) for conditioning the lateral chamber (15) and the front chamber (16) duly cooled by the chilling system and with conical air outlets (17). This is a product with a high level of appeal in ecological terms, since it assists in the detection of cracks that allow leakage of toxic gases and a large quantity of carbon powder to the environment.

Inventors:
SOUBLIN DIDIER HENRI RENÉ (BR)
Application Number:
BR2013/000116
Publication Date:
May 15, 2014
Filing Date:
April 12, 2013
Export Citation:
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Assignee:
D & M ENDOSCOPIOS IND LTDA EPP (BR)
International Classes:
G02B23/24; F25B17/02; F25B41/00; F27D21/02
Domestic Patent References:
WO1997045761A11997-12-04
Foreign References:
GB517818A1940-02-09
US6229563B12001-05-08
Attorney, Agent or Firm:
VILAGE MARCAS E PATENTES LTDA. (BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

1) "ENDOSCÓPIO FLEXÍVEL COM RESFRIAMENTO HIDRÁULICO E PNEUMÁTICO PARA INSPEÇÃO DE BATERIAS DE FORNOS DE COQUE" caracterizado por ter um corpo em tubo metálico flexível (5) revestido por uma trama de aço (A) e uma camada refratária (B); mangueiras (6 e 7) são posicionadas concentricamente no corpo em tubo metálico flexível (5) em cuja extremidade se pronuncia uma ponteira rígida (11) onde estão uma câmera lateral (15) e outra câmera frontal (16) refrigeradas e arrefecidas para colocação alongada no interior dos fomos; a ponteira rígida (11) formatada por tubos (25, 26 e 27) conforma uma câmara hidráulica interna (13) interligada a mangueira (7) de água refrigerada (10), outra câmara hidráulica externa (12) ligada ao corpo em tubo metálico flexível (5) e o compartimento (14) das câmeras (15 e 16) com as saídas (17) de ar cónicas.

2) "ENDOSCÓPIO FLEXÍVEL COM RESFRIAMENTO HIDRÁULICO E PNEUMÁTICO PARA INSPEÇÃO DE BATERIAS DE FORNOS DE COQUE" de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por um carretel (2) conter umas juntas rotativas (3 e 4) devidamente interligadas às mangueiras (6 e 7) e ao corpo em tubo metálico flexível (5).

3) "ENDOSCÓPIO FLEXÍVEL COM RESFRIAMENTO HIDRÁULICO E PNEUMÁTICO PARA INSPEÇÃO DE BATERIAS DE FORNOS DE COQUE" de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pela junta rotativa central (4) ter uma entrada (18) para o cabeamento (8) e ar comprimido (9) que seguem para a junta rotativa superior (3) e daí tomando lugar na mangueira interna (6) que se prolonga até o compartimento das câmeras (15 e 16).

4) "ENDOSCÓPIO FLEXÍVEL COM RESFRIAMENTO HIDRÁULICO E PNEUMÁTICO PARA INSPEÇÃO DE BATERIAS DE FORNOS DE COQUE" de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pela junta rotativa central (4) apresentar uma entrada (20) de água refrigerada (10) que segue para a mangueira de maior diâmetro (7) e daí para a câmara interna (13).

5) "ENDOSCÓPIO FLEXÍVEL COM RESFRIAMENTO HIDRÁULICO E PNEUMÁTICO PARA INSPEÇÃO DE BATERIAS DE FORNOS DE COQUE" de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pela junta rotativa central (4) possuir uma saída (22) da água aquecida (23) que retorna da ponteira fixa (1 1) no entremeio (24) do corpo em tubo metálico flexível e da mangueira (7), perfazendo um caminho reverso na junta rotativa superior (3).

6) "ENDOSCÓPIO FLEXÍVEL COM RESFRIAMENTO HIDRÁULICO E PNEUMÁTICO PARA INSPEÇÃO DE BATERIAS DE FORNOS DE COQUE" de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelos tubos (25, 26 e 27) de montagem concêntrica conformarem as câmaras ( 2 e 13) e o compartimento (14) estanque.

7) "ENDOSCÓPIO FLEXÍVEL COM RESFRIAMENTO HIDRÁULICO E PNEUMÁTICO PARA INSPEÇÃO DE BATERIAS DE FORNOS DE COQUE" de acordo com a reivindicação 6 caracterizado pelo tubo externo (25) e o tubo intermediário (26) serem fechados nas extremidades (28), o que possibilita a recirculação da água usada no resfriamento.

8) "ENDOSCÓPIO FLEXÍVEL COM RESFRIAMENTO HIDRÁULICO E PNEUMÁTICO PARA INSPEÇÃO DE BATERIAS DE FORNOS DE COQUE" de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo carretel (2) ser estruturado em um cavalete (C) para colocação dos equipamentos eletrônicos de imagem.

Description:
"ENDOSCÓPIO FLEXÍVEL COM RESFRIAMENTO HIDRÁULICO E PNEUMÁTICO PARA INSPEÇÃO DE BATERIAS DE FORNOS DE COQUE"

Campo de Aplicação

Trata a presente solicitação de Patente de Invenção de um novo endoscópio a ser utilizado na manutenção e monitoração de fornos de coque em operação, mas não limitados a esses, pela análise das imagens das suas paredes internas efetivada por um endoscópio com o corpo em tubo metálico flexível cujo raio de curvatura possibilita, com relativa facilidade, a inspeção em fornos com áreas de topo reduzidas e de até pelo menos 10 metros de profundidade, por períodos dilatados uma vez que a ponteira rígida apresenta um eficiente sistema de resfriamento hidráulico configurado por dupla câmara, além do resfriamento pneumático.

Por outro lado, o presente equipamento foi também desenvolvido visando atender aos importantes e imensuráveis aspectos ambientais e ecológicos vigentes, dos quais depende o futuro do nosso planeta. Para tanto, o endoscópio flexível em questão é um importante componente no sentido de detectar e auxiliar no reparo de trincas em fornos siderúrgicos, de maneira a colaborar para que gases contaminantes e cinzas não sejam lançados na atmosfera.

Estado da Técnica

Muito tem se investido em novas tecnologias e dispositivos com o objetivo de evitar surpresas desagradáveis nas plantas de fornos de coque, cujo funcionamento regular e estável resulta no fornecimento de coque de qualidade, que atenda com perfeição as necessidades operacionais dos fornos.

Para tanto, a gestão de diferentes formas de inspeções é fundamental no fornecimento de informações sobre as condições reais, a necessidade de manutenções e prognóstico de vida útil dos fornos, com destaque para as inspeções visuais, dependendo do contexto, em paralelo a operação ou quando da parada dos fornos.

Também são consideradas modalidades de inspeção, as perfurações para sondagem das amostras do núcleo dos fornos, e a termografia em que um scanner infravermelho mede a temperatura externa da parede dos fornos e faz um diagnóstico das condições internas.

Em consonância com esse pedido de patente, nos casos em que a inspeção visual in loco não for possível recomenda-se a inspeção endoscópica cujas imagens fornecem meios para a análise das condições reais de todo o interior do forno.

Nesse sentido, as inspeções por imagens vêm sofrendo larga evolução tendo como base a utilização do conceito de refrigeração nos endoscópios, já largamente difundida, como a melhor forma de suportarem a temperaturas de até 1480°C.

O atual estado da técnica antecipa alguns documentos de patentes que versam sobre endoscópios refrigerados, como o documento francês FR 2749390 que descreve uma sonda endoscópica para inspeção de paredes refratárias de fornos industriais, que apresenta uma cabeça de imersão com uma câmera fotográfica inserida em uma parte permutável, sendo ligada por meio de um elemento flexível a uma unidade de operação provida de dispositivo para umedecimento do referido elemento. A refrigeração da cabeça de controle é efetivada por um sistema de circulação interna de ar.

O documento francês tem como grande inconveniente a curta duração de permanência no interior do forno, já que o sistema de resfriamento hidráulico por simples umidificação do elemento flexível e o de refrigeração pneumático da cabeça, não são capazes de garantir a idoneidade dos componentes necessários à geração de imagens, tanto no interior do elemento flexível quanto da cabeça de imersão quando expostos a altas temperaturas. A curta duração de permanência e o resfriamento deficiente também comprometem a qualidade e a fidelidade das imagens, em tese, mais exatas se tiradas em períodos mais prolongados e/ ou de permanência no interior do forno. Sendo assim, apesar da flexibilidade do elemento de ligação com a cabeça facilitar o seu manuseio, a simples umidificação não garante sua permanência por períodos mais prolongados no interior do forno. Também é um ponto negativo do documento francês a necessidade de intercambiar a parte móvel, que comporta câmera única, para se conseguir a visualização lateral e a frontal das paredes internas, o que só pode ser efetivado a cada nova introdução do endoscópio no forno.

O documento americano US6229563 se refere a um endoscópio para inspeção interna de fornos, sendo constituído de uma lança rígida em cuja extremidade, oposta a pega do operador, se denota uma câmera com lente externa de safira ligada a uma unidade de controle externa, conectada a um dispositivo reprodutor posicionado no capacete do operador. A refrigeração da lança e da extremidade que comporta a câmera é realizada pela circulação de água contínua numa camisa, e por uma cortina de ar que toma lugar nos canais do anel que suportam a caixa da câmera passando por sobre as lentes para fins de limpeza.

O produto do documento americano, por utilizar uma lança rígida tem como ponto desfavorável a substancial dificuldade no manuseio na parte superior externa do forno, assim como na parte interna cuja varredura é dificuldade pela falta de flexibilidade da lança propriamente dita. Em tempo, o referido manuseio é realizado pelo operador que segura um par de alças na extremidade externa da lança limitando o alcance / profundidade a poucos metros no interior do forno. Por outro lado, o resfriamento hidráulico tem como canal circulação camisa única, portanto expondo todo o volume do fluido ali contido à altas temperaturas do forno, o que, de certa forma, encurta o tempo de permanência da câmera no interior do forno, bem como exige mais do sistema de resfriamento da água. Por fim, mesmo com a ação da cortina de ar, a lente da câmera não está totalmente isenta do fenómeno da condensação e tampouco dos resíduos haja vista que dita cortina se dá diretamente sobre a ocular.

Obietivos da Invenção

É, portanto, objetivo da presente invenção propor um equipamento endoscópico acompanhado de uma central de controle na qual as imagens serão visualizadas, com destaque para a mobilidade/ maneabilidade consequência do uso de um corpo flexível, e a ótima eficiência no isolamento térmico graças ao resfriamento hidráulico se dar em câmaras distintas e concêntricas, em que a água resfriada circula pela câmara interna até o final da ponteira rígida onde se encontra o compartimento das câmeras, retornando pela câmara externa para as juntas rotativas localizadas no carretel. Consequentemente, esse endoscópio pode ser utilizado na inspeção de fornos de coque de até 10m de profundidade por um período mais prolongado que os modelos conhecidos. Ou seja, o equipamento foi desenvolvido para permitir a realização de uma inspeção visual dentro das câmaras de combustão e dentro dos fornos de coqueria e auxiliar o reparo das paredes destes.

Na atualidade, é vital a observação das questões ambientais, notadamente quando se fala em equipamentos ou procedimentos que são fontes geradoras de elementos poluentes. Neste sentido, o principal objetivo deste equipamento é permitir a detecção de trincas nas paredes entre as câmaras de combustão e os fornos de coque. Pelas trincas passam as chamas dos queimadores o que aumenta o consumo de carvão. Por outro lado, a queima do carvão em contato direto com as chamas gera gases, conforme tabela abaixo, os quais, através das trincas, são sugados pela chaminé e atirados ao meio ambiente. Estes gases, nocivos ao meio ambiente, são apenas uma parte do prejuízo ambiental, já que, pelas trincas, também é sugada pela chaminé uma grande quantidade de pó de carvão.

Tecnicamente, um forno de coqueria inclui 32 (trinta e duas) câmaras de combustão, que vão do número 2 até 32. O equipamento objeto desta invenção, conforme dito, tem em uma linha de objetivo detectar as trincas e auxiliar no reparo das mesmas, evitando as causas danosas, em nível de meio ambiente, promovida pelas trincas. Mais tecnicamente, o presente equipamento permite o reparo das câmaras de número 2 até 32, haja vista que a câmara de número 1 possui particularidades que demandam outro tipo de equipamento, já em desenvolvimento, para atuar na mesma linha do equipamento desta invenção.

A tabela abaixo mostra os gases comumente lançados pelos fomos de coqueria ao meio ambiente:

Composição Química

COG BGás de coqueria Outro objetivo da invenção é aumentar a vida útil das câmeras e melhorar a qualidade das suas imagens, pela inserção de saídas cónicas por onde é extravasado o ar do sistema de resfriamento. Desse modo, a saída do ar frontal com direcionamento cónico evita que o calor e resíduos do interior do alto forno cheguem até as lentes das câmeras em prejuízo a qualidade da imagem. Indiretamente, como a temperatura das lentes é menor em comparação ao ambiente que está sendo filmado evita-se a condensação das mesmas.

Também é objetivo da invenção obter máxima robustez e simplicidade construtiva, tanto na ponteira rígida formatada por três tubos concêntricos, quanto no corpo em tubo metálico flexível revestido por trama de aço e camada refratária em cujo interior é conformado por um par de mangueiras igualmente concêntricas para a passagem, respectivamente, de cabeamento/ ar comprimido e água.

Sumário da Invenção

Basicamente, o endoscópio é montado em um cavalete sobre rodas dotado de um conjunto de juntas rotativas, que possibilitam a passagem de cabeamento e ar comprimido por meio de mangueira para compartimento das câmeras, assim como a passagem de água refrigerada através de uma segunda mangueira sobreposta àquela em direção a câmara hidráulica interna e o retorno da água a temperatura mais elevada pela câmara hidráulica externa, passando pelo tubo metálico flexível até as juntas rotativas. Sendo assim, o corpo em tubo metálico flexível revestido com trama de aço e camada refratária é composto por duas mangueiras internas e concêntricas, cuja de menor diâmetro se presta à passagem de cabeamentos e ar comprimido em direção ao compartimento onde se encontram uma câmera lateral e outra frontal. O corpo em tubo metálico flexível também compreende uma segunda mangueira mais periférica, que serve para a passagem da água fria até a câmara hidráulica interna, a qual se alonga até o final da ponteira onde se encontra o compartimento das câmeras, promovendo assim ótima isolação térmica. Por fim, o retorno da água segue um caminhamento reverso na câmara hidráulica externa e daí para o corpo em tubo metálico flexível. Por sua vez, a ponteira rígida é conformada por três tubos, formatando assim duas câmaras hidráulicas e um compartimento para recepção das câmeras, sendo este último totalmente isolado a fim de evitar a entrada de água. Já o tubo externo e o tubo intermediário são estanques nas extremidades, o que possibilita a recirculação da água usada no resfriamento. Dessa forma, o compartimento das câmeras sempre ficará externamente em contato com a água da câmara hidráulica interna, que somado ao ar comprimido beneficiam o arrefecimento. As lentes das câmeras são alinhadas com saídas cónicas, as quais evitam o contato direto com o calor, com os resíduos do interior do forno e também impede a condensação haja vista a temperatura das mesmas ser inferior ao do ambiente onde se encontram.

Vantagens da Invenção

> Auxílio na eliminação de trincas evitando a transmissão para o meio ambiente de gases altamente tóxicos e alta quantidade de pó de carvão;

> Maior tempo de permanência no interior do forno sem necessidade de redução da temperatura de operação - no mínimo 30 minutos, tempo suficiente para visualizar todo o interior;

> A flexibilidade do corpo possibilita trabalhar manualmente nas diminutas áreas superiores dos fornos com até 10m de profundidade;

> A operação manual, contrapondo a operação mecanizada, permite mudanças repentinas de velocidade e/ ou de posicionamento do endoscópio propiciando uma melhor geração de imagem do interior do forno; As câmeras contrapostas operando simultaneamente facilitam a localização de possíveis defeitos internos, com a redução da quantidade de introduções do endoscópio nos fornos;

> Maior vida útil das câmeras/ lentes que ficam protegidas do calor, isentas de resíduos e imunes ao fenómeno da condensação;

> O tempo de permanência aliado ao comprimento do corpo flexível permitem examinar até a base do forno, com imagem de alta resolução possibilitando melhor detecção de desgastes.

Descrição das figuras

A seguir, explica-se a invenção com referência aos desenhos anexos, nos quais estão representadas de forma ilustrativa e não limitativa:

Fig. 1 : Vista em perspectiva do endoscópio flexível com resfriamento hidráulico e pneumático para inspeção de baterias de fornos de coque;

Fig. 2: Vista em perspectiva explodida do endoscópio flexível com resfriamento hidráulico e pneumático para inspeção de baterias de fornos de coque;

Fig. 3: Vista em corte esquemático do carretel e juntas rotativas do endoscópio flexível com resfriamento hidráulico e pneumático para inspeção de baterias de fornos de coque;

Fig. 4: Vista em corte esquemático de parte do corpo em tubo metálico flexível e da ponteira rígida do endoscópio flexível com resfriamento hidráulico e pneumático para inspeção de baterias de fornos de coque;

Fig. 5: Vista em corte esquemático mostrando o fluxo de ar e água do endoscópio flexível com resfriamento hidráulico e pneumático para inspeção de baterias de fornos de coque.

Descrição Detalhada da Invenção O "ENDOSCÓPIO FLEXÍVEL COM RESFRIAMENTO HIDRÁULICO E PNEUMÁTICO PARA INSPEÇÃO DE BATERIAS DE FORNOS DE COQUE", objeto desta solicitação de Patente de Invenção, consiste essencialmente de um endoscópio (1 ) montado em um carretel (2) com juntas rotativas (3 e 4) onde é enrolado o corpo em tubo flexível (5), que é dotado de duas mangueiras internas (6 e 7) e concêntricas para a passagem, respectivamente, de cabeamento (8)/ ar comprimido (9) e água refrigerada (10) em direção a ponteira rígida (11 ), que formata uma câmera hidráulica externa (12) e outra câmera hidráulica interna (13), além do compartimento (14) para acondicionamento da câmera lateral (15) e da câmera frontal (16) devidamente arrefecidas pelo sistema de refrigeração e com saídas de ar cónicas (17).

Mais particularmente, o endoscópio (1 ) inventado compreende um corpo em tubo metálico flexível (5) revestido por trama de aço (A) e camada refratária (B), que é enrolado em um carretel (2) estruturado em um cavalete (C) para colocação dos equipamentos eletrônicos de imagem, e com juntas rotativas (3 e 4) devidamente interligadas as mangueiras internas (6 e 7) do referido corpo em tubo metálico flexível (5) em cuja extremidade se pronuncia uma ponteira rígida (1 1 ) onde estão uma câmera lateral (15) e outra câmera frontal (16), que mediante adequada refrigeração e arrefecimento podem ser colocadas no interior dos fornos de coque por períodos mais prolongados, sendo o manuseio facilitado pela flexibilidade do produto. A junta rotativa central (4) tem em uma extremidade uma entrada (18) para o cabeamento (8) e ar comprimido (9), que ao passarem por uma conexão (19) intermediária seguem para a junta rotativa superior (3) e daí tomando lugar na mangueira interna (6) de menor diâmetro contida no corpo em tubo metálico flexível (5). Por outro lado, a extremidade distai da junta rotativa central (4) apresenta uma entrada (20) de água refrigerada (10), que de igual forma passa por conexão intermediária (21 ) seguindo para a mangueira de maior diâmetro (7) contida no corpo do tubo metálico flexível (5). A extremidade distai supracitada também possui uma saída (22) da água aquecida (23) que retorna da ponteira fixa (1 1 ) no entremeio (24) do corpo em tubo metálico (5) flexível e da mangueira (7), perfazendo um caminho reverso na junta rotativa superior (3). Depois de desenrolado, o corpo em tubo metálico (5) flexível revestido por trama de aço (A) e camada refratária (B) é facilmente manuseado na parte de cima do forno, com total mobilidade da ponteira rígida (11) em seu interior. Finalmente, a ponteira rígida (1 1 ) é conformada por três tubos (25, 26 e 27) de montagem concêntrica, formatando assim uma câmara hidráulica interna (13) interligada a mangueira (7) de água refrigerada (10), outra câmara hidráulica externa (12) ligada ao corpo em tubo metálico flexível (5) e o compartimento (14) das câmeras (15 e 16) com as saídas (17) de ar cónico, sendo este último totalmente isolado a fim de evitar a entrada de água. O tubo externo (25) e o tubo intermediário (26) são fechados nas extremidades (28), o que possibilita a recirculação da água usada no resfriamento, ou seja, da água refrigerada (10) na câmara hidráulica interna (13) e da água aquecida (23) pela câmera hidráulica externa (12). Dessa forma, o compartimento (14) das câmeras sempre ficará externamente em contato com a água da câmara hidráulica interna (13), que somado ao ar comprimido (9) beneficiam o arrefecimento. As lentes das câmeras (15 e 16) alinhadas com saídas (17) cónicas, evitam o contato das lentes direto com o calor, com os resíduos do interior do forno e também impede a condensação das mesmas haja vista a temperatura ser inferior ao do ambiente onde se encontram.