Brevet FR2011093A1 — publié le 19700227

La présente invention est relative à un procédé pour ajuster localement . les quantités de chaleur à fournir à une canalisation de transport de fluides, lorsqu'une série de canalisations doit être chauffée électriquement par un ou plusieurs 5 tubes générateurs de chaleur utilisant le courant d'effet de peau. Plus particulièrement, elle concerne un procédé qui permet de transporter efficacement un fluide à travers une série de canalisations de grandes dimensions , en maintenant ce fluide à une température convenable sains échauffement ni refroidissement excessifs, et en réduisant au minimum la variation de la température du fluide au moyen du réglage des quantités de chaleur en fonction des variations des pertes de chaleur causées par les variations locales du diamètre de la canalisation et/ou par des particularités de l'emplacement de la canalisation. 15 Ledit tube générateur de chaleur utilisant le courant d'effet de peau et applicable à la présente invention correspond au tube générateur de chaleur décrit dans le brevet japonais N° 460.224 de la même Demanderesse. La Fig. 1 donne une brève description du principe dt de la nature du tube générateur de chaleur susmentionné. Un tube 1 est fabriqué en un métal ferromagnétique tel que l'acier, et vin conducteur 2 est introduit dans le tube et isolé électriquement de la paroi de celui-ci. Un circuit est établi en connectant une extrémité de ce conducteur à une extrémité 3 du tube 1, et en connectant les autres extrémi-25 tés, d'une part, du conducteur 2, et d'autre part, d'un conducteur 5 relié à l'autre extrémité 4 du tube, respectivement aux bornes d'une source d'énergie électrique. Quand un courant alternatif d'une certaine fréquence est appliqué à ce circuit comprenant le conducteur 2, le tube ferromagnétique 1 et le conducteur 3® 5, le courant présente une intensité concentrée le long de la périphérie interne de la paroi du tube, en raison de l'effet de peau, en engendrant une chaleur par effet Joule le long de cette périphérie. L'épaisseur de la peau ou pellicule concernée est donnée par la formule : d = 5030 20 35 W. dans laquelle p est la résistivité du métal du tube (il cm ) H est la perméabilité de ce métal f est la fréquence du courant (Hz). 69 20068 -2- 2011093 Si l'on utilise un tube en acier ordinaire et une source alternative de fréquence commerciale (50' ou 60 HZ ), on obtient environ 0,1 cm pour d. Si l'épaisseur du tube 1 est supérieur? à cette valeur, il nVapparait pratiquement auuune tension électrique à la surface externe du tube ; il n'y a donc ni perte d'éner-5 gie vers d'autres substances, ni choc pour les animaux, même s'ils sont amenés en contact avec la surface du tube. Il est possible, par suite, de faciliter la conduction ther mique entre le tube générateur de chaleur et la canalisation de transport en plaçant ces deux éléments en contact serré ou en les 10 soudant, car aucune isolation électrique n'est nécessaire entre eux quand on utilise le tube générateur de chaleur précité pour chauffer la canalisation. En outre, il va saàs dire qu'il n'est pas besoin de supports isolant le tube du sol lorsqu'on pose line canalisation équipée de ce dispositif de chauffage. 15 Le dispositif précédent de chauffage d'une canalisation (circulation d'un courant électrique pelliculaire) sera désigné ci-après par l'expression " dispositif C C E P Dans le cas d'une série de canalisations d'un diamètre constant à travers lesquelles le fluide s'écoule sans autre débit 20 d'entrée ou de sortie et sijde pluSjil n'y a pas de différences dans les caractéristiques de l'emplacement de la canalisation, la perte de chaleur étant constante le long de la conduite, la température peut être contrôlée unidimensionnellement le long de toute sa longueur en fonction des quantités qui y circulent. Mais lors-25 qu'une canalisation présente sur son parcours des entrées ou des sorties partielles, Pu présente en différents points des débits ' variables en raison de variations de diamètre, et en outre lorsque la perte de chaleur varie suivant les diverses circonstances de l'installation de la conduite, la quantité de chaleur à 30 fournir à la canalisation doit être modifiée en fonction de la perte de chaleur de chaque partie de la canalisation, afin de transporter le fluide à une température aussi constante que possible. Dans le système CCEP antérieur, il est possible de faire 55 varier la production de chaleur dans une certaine mesure en modifiant les dimensions du tube ferromagnétique 1, ou de la ligne conductrice 2, ou des deux à la fois; mais les variations de la production de chaleur sont de'tordre de - 50 % au plus. Par suite, s*il est nécessaire de réaliser des variations supérieures 69 20063 3- 2011093 à cette proportion, il faut diviser la canalisation en plusieurs sections ou tronçons suivant les pertes de chaleur, et prévoir une puissance électrique adaptée à chaque section. A cet effet, chaque section exige un équipement producteur d'énergie comprenant un transformateur, etc..., ce qui entraîne des frais d'installa-5 tion très élevés, et exige et implique en outre des frais d'entretien pour un grand nombre de ces équipements. L'invention a pour but de fournir un procédé pour chauffer une série de canalisations ayant de nombreuses sections dont les pertes de chaleur sont différentes, au moyen d'une source d'énergie unique et d'un équipement simple, et avec un considérable avantage économique. Ce but peut être atteint par le procédé de l'invention. Ce procédé pour chauffer les canalisations de transport en plaçant sur ces canalisations et en des emplacements es-15 pacés un ou plusieurs tubes générateurs de chaleur à effet de peau, de façon à régler les quantités de chaleur en chauffant une série de canalisations dont les pertes de chaleur varient suivant le tronçon considéré dans la direction longitudinale de la canalisation, est remarquable en ce qu'on régie les lon-20 gueurs de tube chauffant ou l'espacement des tubes chauffants successifs dans chaque tronçon en fonction des pertes de chaleur de la canalisation dans ce tronçon, l'agencement étant tel qu'une série de tubes ferromagnétiques sont posés le long de la surface des canalisations, un conducteur électrique isolé de la paroi interne 25 du tube ferromagnétique traverse l'intérieur de chaque tube ferromagnétique d'une extrémité à l'autre, l'extrémité éloignée du conducteur est connectée électriquement à l'extrémité éloignée de la série de tubes ferromagnétiques et l'extrémité rapprochée du conducteur et. l'extrémité rapprochée de la série de tubes ferro-sont ■2° lagnétiques' connectées à une source d'énergie électrique pour former un circuit électrique de façon qu'un courant puisse former par effet de peau une concentration d'intensité . dans une pellicule de la périphérie interne desdits tubes ferromagnétiques-en engendrant de la chaleur dans la partie interne de leur paroi, 55 lorsqu'une tension alternative est appliquée à ce circuit. L'invention va être expliquée en se référant à la Pig. 2 du dessin annexé. Sur ce dessin, la référence 6 désigne une série de canalisations à travers lesquelles un fluide s'écoule d'une extrémité 7 de la série à l'autre extrémité 10. Etant donné 69 20068 4 2011093 qu'il y a une autre admission de liquide venant d'un conduit secondaire 8 placé sur le parcours et un prélèvement partiel de liquide par un conduit secondaire 9, les quantités qui s'écoulent à travers les sections A, B et C représentées sur la Figure ne 5 sont pas constantes. Evidemment le débit est le plus grand dans la section B. Si le débit dans la section A est supérieur au débit dans la section C, la relation entre les débits dans les sections respectives est B">-A>C. En conséquence, si le diamètre de chacune des sections mentionnées doit être modifié en fonction des 10 débits respectifs, la relation entre les pertes de chaleur, ainsi que la relation entre la surface de la canalisation par unité de longueur sera B > A > C. Si un tube générateur de chaleur produisant la même quantité de chaleur par unité de longueur est posé sur_ces sections pour chauffer sur toute la longueur, et si en 15 même temps le réglage de la température est effectué sur la base de la section B, où la perte de chaleur est maximale, afin de maintenir à température convenable le liquide qui traverse cette section, la température du liquide s'élèvera de façon excessive dans les autres sections, où le débit est moindre que dans la section B. Si au contraire le réglage est basé sur la section C où la perte de chaleur est minimale, cela ne convient pas, car le liquide dans les autres sections ne sera pas maintenu à la température désirée. Considérant ce qui précède, le but général de l'invention 25 est de réaliser un procédé qui perfectionne ces adaptations imparfaites en posant un ou plusieurs tubes générateurs de chaleur sur chaque section de canalisation, en fonction de la quantité de chaleur nécessaire. Plus spécifiquement, en ajustant la longueur du tube chauffant ou la distance entre les tubes chauffants suc-30 cessifs dans chaque section pour modifier leur densité, il est possible d'effectuer le chauffage de la canalisation sur toute âa longueufc , d'une façon satisfaisante et en fournissant l'énergie . à partir d'une source unique. lia Fig; 2 représente un exemple dans lequel la référence 11 35 désigne un tube ferromagnétique posé sur la section B où le débit est maximal, c'est-à-dire où le diamètre des tuyaux est le plus grand. ( Oçi a représenté un seul tube générateur de chaleur, mais ce tube n'est pas nécessairement unique et peut consister en plusieurs-éléments). Les références 12 et 12' désignent des tubes ferromagnéti- 20068 5- 2011093 posés sur la section A qui a un débit plus petit que la section B et a un diamètre inférieur, la densité de dispositif de chauffage pouvant donc être plus faible que sur la section B. Les références 13 et 131 désignent des tubes ferromagnéti-5 ques posés sur la section C, et qui doivent être installés avec une densité encore inférieure. Un conducteur électrique 14 est inséré dans chaque tube ferromagnétique, à un moment convenable avec des isolations électriques interposées entre le conducteur et chacune des parois internes des tubes, depuis l'extrémité 1° gauche d'un tube ferromagnétique 12 placé à l'extrême gauche de la figure jusqu'à 1' extrémité d'un tube ferromagnétique 13 placé à l'extrême droite. Une extrémité du conducteur 14 est connectée électriquement à l'extrémité droite 16 du tube 13, et son autre extrémité est connectée à l'une des bornes d'une source alterna-15 tive. L'extrémité gauche 15 d'un tube ferromagnétique 12 est connectée à l'autre borne de la source de puissance alternative par un conducteur 17. Quand une tension alternative est appliquée à ce circuit, le courant qui circule dans chaque tube ferromagnétique est concentré uniquement dans la mince couche ou pellicule péri-20 phérique de la paroi interne de ce tube, et dégage une quantité de chaleur relativement grande ; par ailleurs, aux emplacements où les tubes générateurs de chaleur sont omis, le dégagement de chaleur est assez faible pour être négligeable, car le courant se diffuse à ces emplacements dans le métal de la canalisation. 25 On peut donc conclure que la production de chaleur peut être modifiée et portée à une valeur arbitraire pour chaque section grâce au dispositif de la Fig. 2 ; il suffit de modifier la densité d'installation des tubes générateurs de chaleur pour chacune tes sections A, B, et C de la canalisation, et leur en-5° tretien est facile, car la commande du dispositif peut être effectuée unidimensionnejlement au moyen d'une seule source d'énergie. Sur la Fig. 2, basée sur le fait que la section B a le débit maximal, le chauffage de cette section est effectué conformément au dispositif ou système CCEP précité. Uil n'est cependant pas né-35 cessaire de poser un tube générateur de chaleur sur cette section comme le montre la figure, mais il est économique et désirable d'étudier le dispositif CCEP sur la base d'une section demandant la production de chaleur la plus forte. Dans ce qui précède, on a considéré des variations du débit ^0 dans une canalisation ; mais il va sans dire que l'invention est 69 20068 6 2011093 applicable au réglage de la production de chaleur en fonction des variations possibles de pertes de chaleur causées par les variations des caractéristiques de l'emplacement de la canalisation (souterraine, immergée, à l'air libre, au dehors, à l'intérieur de bâtiments, etc...) indépendamment des variations possibles du débit. 5 En mettant l'invention en pratique, il faut faire attention aux mises à la terre et aux supports de tuyauterie des canalisations à installer. Comme on l'a dit plus haut, dans le système CCEP, où la circulation du courant se concentre dans la région de la paroi in-10 terne du tube ferromagnétique constituant le tube générateur de - chaleur, sans apparition appréciable de tension électrique à la surface externe du tube ou de la canalisation, il n'y a pas de v courant circulant vers le sol, même si une mise à la terre est faite en quelque point. Par exemple, les mises à la terre effec-' 15 tuées aux deux points l8 et 19 de la section B sur la Fig. 2 n'apportent aucune perturbation. Cependant sur un tronçon dépourvu de tube générateur de chaleur comme il en existe dans la section C, si des mises à la terre sont faites en deux points 20 et 21 compris dans ce tronçon, il apparaît des courants de terre ; 20 il est par suite préféré et recommandé.d'éviter de telles mises à la terre. En général, ces courants de terre ont des intensités extrêmement faibles, de l'ordre de quelques centièmes par rapport aux courants appliqués au tube générateur de chaleur, de sorte que la baisse de rendement du chauffage n'est pas en cause. Mais il est 25 évident qu'il faut prendre toutes les précautions pour éviter une catastrophe au cas où l'on transporterait dans la canalisation un fluide ayant un point d'inflammation peu élevé. L'invention est applicable au transport par canalisation des substances telles que l'huile lourde de pétrole, certains type£ 30 de pétrole brut, etc... qui sont trop visqueuses à la température ordinaire pour passer dans les oléoducs., de substances qui se solidifient aux basses températures telles que le benzène, le cy-clohexane, l'acide acétique, le bitume et certains types de matières grasses, de substances solides à la température ordinaire , 35 telles que les acides gras, le soufre, l'anhydride phtalique,etc.. qui doivent être liquéfiées pour le transport, et pour les mélanges de gaz ayant un point de rosée supérieur à la température ordinaire 1 69 20068 7 2011093 REVENDICATION Procédé pour chauffer des canalisations de transport de fluides en posant en des emplacements espacés un ou plusieurs tubes générateurs de chaleur à effet de peau de façon à ajuster ; légalement les quantités de chaleur destinées à chauffer une série c J de canalisations dont les pertes de chaleur varient suivant le tronçon considéré dans la direction longitudinale de la canalisation, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on règle les longueurs de tube chauffant ou l'espacement des tubes.chauffants successifs dans chaque tronçon en fonction des pertes de chaleur de la oana-^ lisation dans ce tronçon, l'agencement étant tel qu'une série de tubes ferromagnétiques sont posés le long de la surface des canalisations, un conducteur électrique isolé de la paroi interne des tubes ferromagnétiques traverse l'intérieur de chaque tube ferromagnétique d'une extrémité à l'autre de la série, l'extrémité éloi-^"5 gnée du conducteur est connectée électriquement à l'extrémité éloignée de la série de tubes ferromagnétiques et l'extrémité rapprochée du conducteur et l'extrémité rapprochée de la série de tubes sont reliées à une source d'énergie électrique pour former un circuit électrique, de telle sorte qu'un courant peut circuler PO en ce concentraçt^uniquement le long de la périphérie ou pellicule interne desdits7ferromagnétiques en raison de l'effet de peau en engendrant de la chaleur dans la région de la paroi interne des tubes, lorsqu'une tension alternative est appliquée audit circuit.