Brevet FR2426207A1 — publié le 19791214

La présente invention est relative a un procédé de mise en service d'une canalisation de gaz, dans lequel on assèche l'inte- rieur de la canalisation et l'on remplit celle-ci avec le gaz d'exploitation. Elle s'applique a tous les types de canalisations de transport de gaz, enterrées, aériennes ou immergées, par exemple aux pipe-lines de transport de gaz naturel. L'assèchement intervient généralement après des essais hydrostatiques et une vidange de la canalisation. Pour transporter de nombreux gaz, il est nécessaire d'assurer dans la canalisation un niveau de dessication élevé, pour éviter que le gaz, sec au départ,ne se rechargez d'humidité, ce qui modifierait ses caractéristiques et, dans certains cas, serait préjudiciable a la sécurité. On définit le niveau de dessication désiré par le point de rosée correspondant, qui doit être suffisamment bas pour éviter toute condensation d'eau, 'en service, dans la canalisation. Les méthodes habituelles d'assèchement consistent a balayer la canalisation, a l'aide de compresseurs, avec un gaz sec qui est soit de l'air , soit le gaz d'exploitation lui-même. L'expérience montre que l'on ne parvient ainsi que très difficilement à atteindre un niveau de dessication suffisant: en pratique, on arrête l'opération avant de l'avoir atteint et pour des raisons uniquement economiqueS,afin de limiter l'énergie consommée par les compresseurs et les autres appareils utilisés, tels que les réchauffeurs, et/ou de limiter la quantité de gaz relâchée dans l'atmosphère. De plus, lorsque le gaz d'exploitation est inflammable, la phase de remplissage de la canalisation par ce gaz est particulièrement délicate. En effet, le mélange air/gaz, qui est un mélange comburant/carburant, est toujours possible Pour éviter ce danger, on introduit un tampon de gaz neutre (azote par exemple) entre le comburant et le carburant. Ce tampon de gaz neutre est généralement délimité par une sphère ou un piston à chaque extrémité, mais la sécurité est loin d'être garantie, surtout pour les canalisations de grande longueur, car l'isolement des deux gaz est tributaire de l'étanchéité de ces appareils et de la constance de leur espacement. On a encore proposé d'effectuer directement la vidange de la canalisation, après les essais hydrostatiquest au moyen du gaz d'exploitation. Bien que remplissant les conditions de sécurité, cette méthode ne donne pas non plus satisfaction, car, là encore, même après des semaines , voire des mois, de balayage consécutif à la vidange, on ne peut atteindre des niveaux de dessication très poussés, et des millions de mètres cubes de gaz sont gaspillés, en même temps qu'une quantité considérable d'énergie. L'invention a pour but de fournir un procédé de mise en service d'une canalisation qui permette de façon économique et en toute sécurité d'obtenir n importe quel niveau de dessication. A cet effet, le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que l'on établit dans la canalisation un vide correspondant au niveau de dessication desiré, on remplace l'air ainsi raréfié par du gaz d'exploitation raréfié, puis on augmente la pression de ce gaz jusqu'à la pression d'exploitation. Dans un mode de mise en oeuvre avantageux de ce procédé, on établit le vide au moyen d'un appareil à vide branchée à une extrémité de la canalisation, puis, pour effectuer la phase de rempla cement, on continue à faire fonctionner -1' aDpaiiîI à vide et l'on introduit le gaz par llautre extrémité de ia canalisation, de préférence à un débit égal à- celui de cet appareil. L'utilisation d'une pope a vide a débit'oenst:nt est particuliè- rement appropriée pour la condulte d'un tel procédé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard du dessin annexé, sur lequel la figure unique est un graphique illustrant les différentes phases d'un procédé conforme à l'invention L'invention est supposée appliquée à une canalisation de très grande longueur (plusieurs centaines de kilomètres) qui a été soumise à des essais hydrostatiques satisfaisants, par exemple à un pipe-line de transport de gaz naturel. L'entrée d'une pompe à vide "à débit constant" et la sortie d'un dispositif d'alimentation en gaz d'exploitation sont respectivement raccordées aux deux extrémités de la canalisation. Le dispositif d'alimentation peut être quelconque, par exemple un 'puits de forageequipé d'une usine de-traitement.On entend par "pompe à débit constant1, une pompe dont le débit est égal, à' chaque pression, au produit du rendement à cette pression par une constante. Comme le montre le dessin, sur lequel les pressions sont portées en ordonnées en coordonnées logarithmiques, les temps étant portés en abscisses,la mise en service de la canalisation comporte cinq phases 1 - Le dispositif d'alimentation en gaz étant à l'arrêt, on fait fonctionner la pompe à vide jusqu'à obtention d'une pression égale au point debullition de l'eau à la température régnant dans la canalisation (partie AB de la courbe). 2 - Le dispositif d'alimentation en gaz étant encore fermé,le fonctionnement de la pompe maintient la pression constante (partieBC de la courbe).Ce palier se prolonge jusqu'à ce que l'ébullition soit terminée, c' est-à-dire jusqu'à élimination totale de l'eau sous forse liquide. 3 - La poursuite,dans les mêmes conditions, du fonctionnement de la pompe fait de nouveau descendre la pression dans la canali sation, et ce jusqu'à obtention du niveau de vide désiré, corres pondant à un point de rosée inférieur à la température minimale escomptée dans la canalisation (partie CD de la courbe). 4 - Sans modifier le fonctionnement de la pompe, on ouvre le dispositif d'alimentation en gaz de façon à introduire ce gaz dans la canalisation à un débit égal au débit de la pompe (partie DE de la courbe) 5 - Lorsque l'on mesure, au point d'extraction, une teneur en gaz d'exploitation stabilisée à 100%, on arrête la pompe à vide (point E), puis on monte la pression de ce gaz jusqu'à la valeur désirée. On donnera ci-dessous un exemple numérique d'application de ce procédé.On suppose que la canalisation est un pipe-line métallique enterré de 659 km de longueur destiné au transport de gaz naturel, ayant un diamètre intérieur de 750 mm,posé au niveau de la mer et vidangé sous la pression atmosphérique(760 mm Hg ou Torr).La paroi intérieure de cette canalisation présente de l'oxyde de fer saturé en eau,ce qui correspond par exemple à une épaisseur d'eau uniforme de 0,1 mm sur cette paroi.La température intérieure du pipe-line est 200C; ;à cette température,l'eau bout sous 17,5 Torr.Le niveau de des sication désiré correspond à un point de rosée de -180C,ce qui néces site l'établissement d'un vide de 1 Torr.On décrira le procédé de l'invention jusqu'à ce que la canalisation soit remplie de gaz naturel à la pression atmosphérique,mais il est clair que l'on peut choisir à volonté la pression d'exploitation,qui est normalement supérieure à 1 atmosphère.Il suffit dans ce cas de faire monter ensuite la pression du gazpar tout moyen classique approprié,yusqu' la valeur désirée. Le dispositif d'alimentation peut fournir 36 000 m /h de gaz à la pression atmosphérique, ce qui correspond à la capacité d'un matériel courant. La pompe I vide a une cylindrée de 7320 m /h, et son rendement volumétrique est 82% à la pression de 17,5 Torr et 71% sous 1 Torr. Pour choisir cette pompe, on tiens compte du fait que le front de gaz,dans la phase n 3, doit progresser à une vitesse suffisante, par exemple supérieure à 1 m/s, pour éviter la ségrégation horizontale des deux fluides, qui ont,des densités très différentes (celle du gaz naturel est environ la moitié de celle de l'air). Le temps t1 nécessaire pour atteindre 17,5 Torr se calcule, à partir du graphique fourni par le fabricant de la pompe, par la formule to = où sur le graphique de la pompe (F) t = 11.t Ve, où Vo = volume de la canalisation/@@ m Ve = débit de laFompe, en m /h Le facteur 11 est un exemple de coefficient qui intègre l'en semble des rendements mécaniques et les conductances internes au sys- tème de vide, qui inclut la pompe et les dispositifs auxiliaires qui lui sont adjoints. On trouve ainsi tl = 232 h ou 9 jours et 16 heures. On calcule aisément que le temps t d'ébullition sous 17,5 Torr de toute l'eau contenue dans la canalisation, compte tenu du rendement de la pompe, est t2 = 1467 h ou 61 jours et 3 heures. La formule (F) indiquée plus haut montre que, pour atteindre le vide désiré de 1 Torr, il faut un temps t3 = 200 h ou 8 jours et 8 heures. Le temps nécessaire pour remplacer dans la canalisation l'air raréfié par le gaz d'exploitation raréfié à la même pression de 1 Torr, compte tenu du rendement volumétrique de la pompe, est Vd t4 = 7320 x 0,71 = 57 h 45 mn ou 2 jours 9 heures et 45 mn. Afin de s'assurer que la teneur en gaz d'exploitation au point d'extraction est de 100% stabilisée, le débit doit être maintenu environ 3 heures, soit un temps total t4 de 60 heures, ou 2 jours et 12 heures, environ. Enfin, pour amener le gaz de 1 Torr I la pression atmosphé rique, il faut un temps t5 36000 , soit t5 = 8 heures 20 mn. Le temps total de l'opération est T = tl + t2 + t3 + t4 + t5 ev 82 jours. Dans la première phase du procédé, la pompe à vide doit développer en moyenne environ 182 ch.(134 kW)contre 96 ch.(70 kW) pour les deuxième, troisième et quatrième phases. La consommation de fuel pour ces quatre phases est environ 37 tonnes. A titre de comparaison, un balayage de la même canalisation sous 5 bars nécessiterait théoriquement, avec un matériel de compression très coûteux, environ 103 jours et 561 tonnes de fuel pour obtenir le même niveau de dessication. Encore ces valeurs sont-elles très en-dessous de la réalité, car elles supposent un pouvoir d'absorption constant de l'air, alors que ce facteur décroit avec la quantité d'eau restant dans l'oxyde de fer. Le procédé de l'invention offre donc les avantages suivants: - même si le gaz d'exploitation est inflammable, la sécurité est totale à chaque stade. En effet, l'introduction du gaz dans la canalisation s'effectue à l'état raréfié de l'air comme du gaz, et aucune combustion n'est possible à des pressions aussi faibles. De plus, comme on profite de l'existence du vide pour remplir la canalisation de gaz, il n'est pas nécessaire d'utiliser de matériel coûteux tel qu'une batterie de compresseurs pour cette opération; - on économise à la fois du temps et du fuel (et donc du lubrifiant dans la même proportion). Compte tenu des frais de personnel et de pièces due rechange, le procédé de l'invention est au moins deux à trois fois moins coûteux que les procédés par balayage; - on atteint de façon certaine n'importe quel niveau de dessication désiré en fonction de la nature du gaz d'exploitation et des conditions de température de la canalisation. I1 est à noter que le procédé de l'invention peut être également utilisé dans les cas où il faut éliminer de la canalisation, avant introduction du gaz d'exploitation, d'autres corps que l'eau indésirables à l'état liquide dans ce gaz, par exemple des graisses pour des canalisations de transport droxyqene. Bien entendu, on peut utiliser pour faire le vide dans la canalisation n'importe quel appareil à vide approprié. On peut en particulier commencer cette opération au moyen d'un appareil à éjecteur, relayé ensuite par une pompe mécanique puis, éventuelle- ment, par une pompe à diffusion. De plus, dans la phase nO 4 du procédé, le débit du gaz peut être différent de celui de la pompe, l'essentiel étant que les quantités d'air et de gaz en presence soient suffisamment faibles pour éliminer tout risque de combustion lorsque le gaz est combustible, dans le cas contraire, seules des considérations d'ordre thermique ou de disponibilité peuvent limiter ce débit. - REVENDICATIONS 1.- Procédé de mise en service d'une canalisation de gaz, dans lequel on assèche l'intérieur de la canalisation et l'on remplit celle-ci avec le gaz d'exploitation, caractérisé en ce que l'on établit dans la canalisation un vide correspondant au niveau de dessication désiré, on remplace l'air ainsi raréfié par du gaz d'exploitation raréfié, puis on augmente la pression de ce gaz jusqu'à la pression d'exploitation. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lton établit le vide au moyen d'un appareil à vide branchee à une extrémité de la canalisation, puis, pour effectuer la phase de remplacement, on continue à faire fonctîonneri'aareil a vide et l'on introduit le gaz par l'autre extrémité de la canalisation. 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on introduit le gaz à un débit égal à celui de l'appareil à vide. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, avant d'établir le vide désiré, on descend la pression régnant dans la canalisation jusqu'à la valeur correspondant à l'ébullition de l'eau a la température de la canalisation, puis on maintient cette pression jusqu1à élimination totale du liquide. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lton utilise comme appareil àvide une pompe à vide à débit constant.