Brevet FR2296807A1 — publié le 19760730

La présente invention concerne une vanne cryogénique destinée à régler le débit de matière dans un conduit et plus précisément, une vanne d'arrêt de sécurité destinée à in#ec- ter une matière à basse température dans une chemise entourant le conduit ou dans la matière circulant dans le conduit de manière qu'une partie au moins de la matière présente dans le conduit soit solidifiée et règle ainsi le débit de fluide dans le conduit. Une vanne- cryogénique destinée à régler le débit d'un. fluide dans un conduit est reliée à une réserve d'un fluide de refroidissement à basse températur#e, par exemple d'azote liquide, d'hélium liquide ou de gaz carbonique gazeux comprimé à basse température. La vanne comprend une chemise qui peut former un manchon-externe ou-un manchon fendu. La chemise est montée autour d'une partie du conduit. Une tuSaute- rie de transfert ou d'entrée est montée entre la réserve de fluide de refroidissement à basse température et la chemise et assure le transport du fluide de refroidissement de la réserve à la chemise.Une commande règle la circulation du fluide de refroidissement à basse température de manière qu'une partie au moins du fluide du conduit soit transformée en une matière solide très visqueuse qui modifie le débit de matière dans le conduit. La commande déplace le fluide de refroidissement dans la chemise de manière qu'il refroidisse le fluide du conduit par échange thermique à travers la paroi du conduit, ou elle déplace le fluide de refroidissement dans le conduit de manière qu'il se mélange directement avec le fluide et solidifie celui-ci dans le conduit. La commande peut comprendre un dispositif de découpe de conduit destiné à ouvrir un passage entre la chemise et le conduit. L'invention concerne donc une vanne cryogénique, notamment une vanne de sécurité destinée à solidifier une partie au moins du fluide de manière que le débit de celui-ci soit réglé dans le conduit. L'invention concerne aussi la réalisation d'une circulation d'un fluide de refroidissement autour d'un conduit de fluide, de manière qu'une partie au moins de ce dernier fluide soit congelée et modifie le débit de fluide dans le conduit. L'invention concerne aussi une vanne destinée 8 injecter un fluide de refroidissement à basse température dans un conduit de manière qu'une partie au moins du fluide du conduit change d'état et modifie ainsi son propre débit. Une telle vanne permet la congélation de fluides inflammables et facilite ainsi la lutte contre l'incendie. Elle réduit la température du fluide à une valeur inférieure au point d'éclair et facilite ainsi la lutte contre l'incendie. Elle dégage un gaz non combustible, cette caractéristique étant utile dans la lutte contre l'incendie. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description aqui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une élévation latérale, en coupe partielle, d'une partie de conduit comprenant une chemise selon l'invention, et elle représente les parties internes de la chemise et du conduit de fluide - la figure 2 représente une vanne cryogénique disposée près d'une tuyauterie de pétrole et destinée à maîtriser les incendies de pétrole sur une plate-forme ; et - la figure 3 est un diagramme synoptique schématique représentant la chemise d'une vanne cryogénique selon l'invention, associée au conduit de pétrole et à la commande. Le vanne cryogénique selon l'invention qui porte la référence 2 sur la figure 1, est destinée à régler le débit d'un liquide ou d'un gaz dans un conduit 4 par solidification d'une partie au moins du fluide dans le conduit ou par élévation de sa viscosité à une valeur élevée. La vanne cryogénique peut entre fixée de façon permanente sur un conduit par un ensemble ou par un dispositif amovible, comme représenté sur la figure 1. Un conduit, comme représenté sur la figure I, peut être du type utilisé entre une plateforme de forage en mer et le fond de la mer. Le conduit 4 comprend une tuyauterie externe 6, une tuyauterie interne 8 et une charge 10 de béton.De tels conduits sont utilisés dans les plate-formes de forage de pétrole pour des raisons de sécurité, pour le transport de pétrole et d'autres matières destinés à la plate-forme et provenant des formations qui se trouvent au-dessous du fond de la mer. La vanne 2 comprend une chemise 12 formée par un manchon fendu, ayant un organe latéral droit 14 et un organe latéral gauche 16. Ces deux organes sont associés par d 8 boulons 18 et des brides 20 et 22. La chambre centrale 24 de la chemise est représentée sous forme sphérique, mais elle peut être cylindrique ou de toute autre configuration. La chambre centrale de la chemise 12 délimite une cavité de circulation de fluide de refroidissement et une culasse 26 destinée à contenir une charge 28 de configuration convenable. Celle-ci peut entre remplacée par tout autre dispositif de découpe. Un canal 30 d'entrée dans la chemise comprend un disque d'éclatement 32 qui peut étre aussi une vanne manosensible, destiné à régler l'entrée du fluide de refroidissement dans la chemise. La culasse 26 comprend une porte 34 d'accès destinée à la disposition de la charge près du conduit 4 lorsque la chemise a été montée sur celui-ci. La charge est utilisée pour la formation d'un orifice, comme représenté par la référence 36, dans le conduit 4. La chemise peut comprendre une ou deux vannes 38 et 40 de purge destinées au retrait du fluide de, la chemise 12. La vanne 38 peut permettre l'introduction d'air sous pression dans le chemise 12. La vanne 38 est reliée à une réserve d'air sous pression par une canalisation 42. La vanne 40 de sortie permet la sortie de l'eau ou d'un autre fluide de, la chambre 24, lorsque celleci est soumise à de l'air sous pression. La vanne 40 de sortie peut être reliée à une canalisation 44 de retour. Les deux vannes 38 et 40 sont fixées en position fermée et fixe avant introduction du fluide de refroidissement dans la chambre 24. La chemise 2 peut être disposée sur le conduit 4 avant sa mise en place. Dans le cas de plate-formes de forage déJà montées, les deux moitiés 14 et 16 de la chemise 12 peuvent etre disposées par transport des deux moitiés de la chemise suspendue par des cibles 46 à des bouées 48, comme représenté sur la figure 2, de manière, que l'ensemble flotte. Les bouées 48 sont déplacées sous le vent vers une position proche du conduit 4. Deux plongeurs montent alors un collier 50 sur le conduit 4 et fixent le cable 52 entre le collier 50 et les deux moitiés de la chemise 12. Ces deux moitiés sont alors séparées des bouées et peuvent venir au contact du conduit 4. Le plongeur boulonne alors les deux moitiés de la chemise 12 l'une sur l'autre, autour de la tuyauterie 4, en serrant le boulon 18 dans les flasques 20 et 22. La tuyauterie 54 de transfert est alors montée entre la chemise 12 et le batiment 56. Le bâtiment 56 représenté sur la figure 3, porte le fluide de refroidissement, compris dans un réservoir 58, par exemple sous forme d'un vase Dewar, qui peut comporter un dispositif supplémentaire de refroidissement non représenté, un manomètre 60, un dispositif 62 destiné à élever la pression dans le réservoir 58, une vanne principale 64 de réglage, une pompe 66 ayant une commande 68, et un dispositif 70 de préchauffage. Le réservoir 58 est relié au dispositif 62 par une canalisation 72 et une canalisation 74 de retour. Le dispositif 62 est relié à la pompe 66 par la vanne 64. La canalisation 76 relie la pompe 66 au dispositif 70 de préchauffage. Ce dernier est relié à la seconde extrémité de la tuyauterie 54 de transfert dont la première extrémité est fixée à la chemise 12. Lorsque la tuyauterie 54 a été montée entre le dispositif 70 de préchauffage et la chemise, et lorsque la porte 34 de la culasse est fixée en position de fermeture, la chemise 12 peut subir des essais destinés à déterminer les fuites. La vanne 38 peut étre utilisée pour la vérification de la chemise. La vanne 40 peut être utilisée pour le maintien de la pression dans le réservoir à une valeur inférieure à la pression d'éclatement du disque 32. Après les essais, la charge 28 est reliée au détonateur électrique qui est lui-mtme relié à une batterie 80 d'accumulateurs par l'intermédiaire d'un commutateur manosensible 82. Ce dernier est réglé de manière qu'il se ferme lorsque la pression dans la chambre 24 est sensiblement égale à la pression d'éclatement du disque 32. La porte 34 est ouverte et la charge et le détonateur électrique sont alors montés dans la culasse. La porte d'accès est alors fermée. La canalisation 42 de purge est mise sous pression par une pompe ou un réservoir sous pression non représenté, et la vanne 38 est ouverte. La vanne 40 est aussi ouverte et de l'air ou de l'azote gazeux chasse l'eau et les autres matières de la chemise 12. Lorsque celle-ci est purgée, les vannes 38 et 40 sont fermées. La canalisation 54 est purgée d'eau par introduction d'azote gazeux dans un dispositif 70 de préchauffage dont la température est supérieure à la température de congélation de l'eau de mer. La vanne 84 est ouverte et l'eau que peut contenir la tuyauterie 54 est chassée dans la mer ou renvoyée dans le bâtiment par une tuyauterie souple 86.La vanne 84 est alors fermée, lorsque la tuyauterie 54 a été vidée de son eau. La tuyauterie de transfert est alors préalablement refroidie. La tuyauterie doit être refroidie de manière que. l'azote liquide puisse parvenir à la chambre de la chemise ou au conduit 4. De plus, la tuyauterie 54 doit être isolée par un revêtement de glace avant le pompage de l'azote liquide dans la chemise 12. La tuyauterie de transfert est refroidie et recouverte d'une couche isolante de glace par ouverture de la vanne 84, permettant l'introduction d'azote gazeux sous pression, préchauffé à une température bien inférieure à la température de congélation de l'eau de mer (environ 46oc) par la tuyauterie 54 et la vanne 84, sous la commande de la pompe 66.Lorsque le capteur 88 de température, associé à une ligne 90 de connexion au bâtiment, indique la température voulue, c'est-à-dire la même température que celle du capteur 92, le préchauffage est réduit åusqutà ce que la température du capteur 92 diminue notablement (à environ -700C). La méme séquence de refroidissement peut être répétée jusqutà ce que le capteur 88 de température donne sensiblement la même température que le capteur 92, et la température est alors réduite à nouveau et ainsi de suite, jusqu'à ce que la tuyauterie 54 soit suffisamment froide et isolée par de l'eau congelée pour qu'elle puisse être remplie d'azote liquide. L'opérateur de la pompe doit éviter soigneusement que la pression de la tuyauterie 54 dépasse la pression nécessaire à la commande du disque 32. La vanne 84 est ainsi fermée. La pression de la pompe indiquée par la manomètre 94 est alors accrue sous la commande d'un signal parvenant#à la commande 68 de la pompe qui entratne alors celle-ci à une plus grande vitesse. Le préchauffeur 70 est alors mis hors circuit. Lorsque la pression dépasse la pression d'éclatement du disque 32, celui-ci se rompt. A ce moment, la pression dans la chemise 12 passe sensiblement de la pression régnant dans la mer à la profondeur de la chemise jusqu'à la pression préréglée d'ouverture de la vanne 32, par exemple 707 Pa. Le capteur 82 est réglé de manière qu'il fonctionne à 50 5' environ de la pression d'éclatement du disque 32, par exemple à 5,5.106 Pa.La pression de commande du commutateur manosensible 82 doit être supérieure à la pression dans le conduit 4 de manière que le fluide de celui-ci ne puisse pas s'écouler dans la chemise 12. Les réglages de pression du commutateur 82 et du disque 32 sont choisis en conséquence. Après commande du commutateur 82, le détonateur 78 se déclenche électriquement et il provoque l'allumage de la charge 28 qui forme par combustion un trou dans les tuyauteries 6, 8 etb la charge 10. L'opérateur, à l'aide du manomètre 94, maintient la pression indiquée par celui-ci à une valeur bien supérieure dans le conduit 4, de manière que le débit maximal d'azote liquide pénètre dans le conduit par le trou 36. Lorsque la congélation a lieu, la contre-pression augmente dans la tuyauterie 54.L'opérateur maintient une pression prédéterminée, avec un débit qui diminue constamment, jusqu'à ce que la congélation soit terminée. L'opérateur maintient alors un léger débit d'azote liquide de manière que la congélation soit maintenue. Le fluide se solidifie lorsque la fluide de refroidissement retire la chaleur du fluide du conduit. Le débit du fluide dans le conduit peut être arrêté par le fluide solidifié qui peut former un bouchon. Dans le cas d'un feu d'un puits de pétrole en mer, lorsque la congélation du fluide a arrêté l'écoulement du pétrole, la plate-forme est refroidie par des bateaux de pompiers. Une équipe peut alors atteindre la cotonne montante pour fermer le conduit 4. Il faut noter que, lorsque le conduit de fluide n'est pas ouvert par un dispositif de coupe, la vanne 40 est ouverte de manière que le fluide de refroidissement usé sous forme gazeuse s'échappe dans la mer hors de la chemise 12 par la canalisation 44. La matière qui circule dans le conduit est refroidie à travers la paroi du conduit. Ainsi, la matière du conduit se congèle progressivement et réduit l'orifice de circulation dans le conduit. Divers explosifs ayant des configurations diverses, par exemple de la cyclo-triméthylènetrinitramine, peuvent assurer le mélange du fluide de refroidissement et du fluide dans le conduit. Les fluides de refroidissement peuvent être utilisés pour le réglage du débit de gaz dans un conduit ou d'un débit de liquide. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé d'arrêt d'une circulation de fluide dans un conduit, caractérisé en ce qu'il comprend la disposition d'un fluide de refroidissement autour d'une partie du conduit ou dans celui-ci de manière qu'une partie au moins du courant de fluide du conduit soit congelée ou portée à une viscosité élevée qui réduit ou interrompt la circulation dans le conduit. 2. Vanne cryogénique, destinée à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps monté sur le conduit et comprenant une entrée de fluide de refroidissement destinée à diriger ce fluide contre le conduit de manière qu'il refroidisse le fluide du conduit et règle ainsi son débit, et une commande destinée à ouvrir un orifice permettant ltéchappement d'une partie au moins du fluide de refroidissement hors du corps. 3. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la commande est destinée à ouvrir un passage dans le~con- duit de manière que le fluide du conduit et le fluide de refroidissement se mélangent. 4. Vanne destinée au réglage du débit de fluide dans un conduit par refroidissement de ce fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps fixé au conduit et comprenant une entrée de fluide de refroidissement destinée à diriger celui-ci contre le conduit de manière qu'il refroidisse le fluide du conduit et règle ainsi le débit de celui-ci, et une commande destinée à former un orifice permettant ltéchappement d'une partie au moins du fluide de refroidissement hors du corps. 5. Vanne selon la revendication 4, destinée à assurer un arrêt de sécurité, caractérisée en ce qu'elle comprend une réserve d'une matière à basse température destinée à solidifier une partie au moins du fluide qui circule dans le conduit, un raccord disposé entre la réserve et le corps, et une commande comprenant un dispositif de réglage du transfert de la matière à basse température de la réserve vers le corps. 6. Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que la commande comprend un dispositif destiné à former un passage dans le conduit de manière que le fluide de refroi dissement puisse passer du corps au conduit. 7. Vanne selon la revendication 6, caractérisée en çe que le corps est une chemise amovible, le dispositif de passage comprend une charge de configuration convenable, et la matière à basse température est l'azote liquide. 8. Procédé de réglage du débit d'un fluide dans un conduit, caractérisé en ce qu'il comprend ltouverture d'un passage dans le conduit, et la circulation d'une matière à basse température près du conduit et dans celui-ci, de manière que cette matière pénètre par le passage. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qutil comprend l'application à la matière à basse température d'une pression assurant l'écoulement continu de cette matière de manière qu'il se forme un bloc fixe de fluide congelé dans le conduit, ce bloc arrêtant l'écoulement du fluide.