Brevet FR2426853A1 — publié le 19791221

La présente invention est relative à un tuyau isolé thermiquement pour chauffage à distance, comportant un tuyau intérieur en acier pour le passage du fluide calo-porteur qui est entouré, avec espacement au moyen d'entretoises par un tuyau en plastique, constituant une enveloppe, et dans lequel l'espace annulaire creux entre le tuyau intérieur et le tuyau qui l'eiitoure est rempli d'un matériau isolant, une couche annulaire d'un matériau isolant minéral étant disposée sur le tuyau intérieur et l'espace annulaire restant rempli de mousse de polyuréthane. Pour des conduites de chauffage à distance qui sont traversées par de l'eau comme fluide calo-porteur, on utilise des tuyaux en acier qui sont soit posés dans un canal en béton, soit, lorsqu'ils sont entourés par un tuyau d'enveloppement, directement enterrés dans la terre. On a également déjà enterré de telles conduites dans la terre avec un matériau hydrophobe constitué par des granulés isolants thermiquement. Pour diminuer autant que possible les pertes de chaleur, les conduites de chauffage à distance doivent être munies d'une isolation thermique, laquelle doit cependant être protégée contre l'humidité, sinon l'effet d'isolation thermique serait à nouveau fortement diminué. I1 s'est dans ce cas révélé que l'utilisation d'un tuyau d'enveloppement est avantageuse tant du point de vue technique que du point de vue économique, étant donné qu'il est nécessaire, par exemple lors de la pose, de ne creuser qu'un fossé relativement petit, ce qui constitue en particulier un grand avantage lorsqu'on pose les tuyaux à l'intérieur de villes, de terrains d'usines et de terrains analogues. I1 faut encore ajouter à ceci qu'un tel tuyau d'enveloppement disposé concentriquement autour du tuyau de passage du fluide calo-porteur, protège ce tuyau contre l'humidité et ainsi également contre la corrosion et qu'il s'oppose simultanément également à une diminution de l'isolation thermique par pénétration d'humidité. les tuyaux en plastique se sont révélés particulièrement avantageux comme tuyaux d'enveloppement ou chemises, étant donné que de tels tuyaux n'ont qu'un faible poids, et qu'ainsi la pose, en particulier de petits tuyaux à l'intérieur des villes, est possible sans beaucoup d'appareils de levage encombrants. A ceci il faut encore ajouter que de tels tuyaux en plastique assurent une urée élevée de vie après mise en place. L'inconvénient des tuyaux plastiques de ce genre réside dals le fait qu'ils ne présentent qu'une résistance maximale à la pression relativement faible et qu'ils doivent de ce fait prendre appui au moyen du matériau d'isolation thermique sur le tuyau en acier pour le passage du fluide calo-porteur, lorsqu'ils ne doivent pas subir un aplatissement important du fait de la pression de la terre qui les recouvre ainsi que de charges éventuelles dues à la circulation. On a de ce fait rempli l'espace annulaire entre le tuyau conduisant le milieu et la chemise,d'.une mousse de résine synthétique de résistance élevée, par exemple d'une mousse de polyuréthane d'une densité apparente supérieure à 80 kg/m3. Une telle enveloppe de mousse permet l'obtention, pour le tuyau en acier conduisant le fluide, d'une bonne isolation thermique et simultanément d'une augmentation de la résistance du tuyau extérieur en plastique vis-à-vis des forces agissant de l'extérieur, telles qu'en particulier la pression due à la terre et les charges résultant de la circulation. Une telle construction présente toutefois l'inconvénient que la résistance de la mousse de résine synthétique diminue aux températures élevées et que de ce fait la température maximale de fonctionnement du réseau de canalisations est limitée à 1300C par exemple dans le cas de l'utilisation de mousse de polyuréthane. Pour éliminer cet inconvénient d'une limitation de température on a par exemple essayé de disposer une couche annulaire de verre soufflé sur le tuyau en acier conduisant le fluide et de disposer ensuite, concentriquement et avec un certain espacement, un tuyau extérieur, puis de remplir ensuite la fente annulaire entre le verre soufflé et le tuyau exterieur de mousse de polyuréthane. Ce mode de construction a cependant l'inconvénient très notable que le verre soufflé a une fragilité élevée qui a rapidement pour conséquence une destruction, en particulier pour les conduites à changement fréquent de température. On a également essayé de fixer une couche de grains d'argile soufflés, de l'épaisseur d'un grain sur le tuyau en acier, au moyen d'un adhésif stable à température élevée et ensuite de former, comme décrit ci-dessus, une mousse rigide de polyuréthane dans la fente annulaire à l'intérieur du tuyau extérieur. Dans ce cas également, il s'est révélé que les grains individuels ne forment pas de couche continue eS, de ce fait, on a rencontré l'inconvénient que la mousse rigide polyuréthane, non stable à la température, située dans les esaces intermédiaires, parvient jusqu'au tuyau en acier, de sore qu'aux températures élevées il y a destruction ; cela ne permet ainsi qu'une faible augmentation de la température d'utilisation. Enfin, on a utilisé des coquilles ou des mats de fibres de verre ou de fibres minérales ou un mélange de telles fibres avec des silicates de calcium, comme matériaux d'isolation thermique, qui, bien qu'ils permettent une augmentation de la température de fonctionnement jusqu'à plusieurs centaines de degrés centigrades, présentent cependant à nouveau le grand inconvénient que leur résistance à la pression est insuffisante pour transmettre de manitre continue le poids du tuyau en acier conduisant le fluide, y compris celui de ce fluide, au tuyau extérieur. On est alors obligé de prévoir plusieurs dispositifs de support qui transmettent le poids du tuyau conduisant le fluide au tuyau extérieur. Du fait de ces supports, on réduit non seulement l'isolation thermique mais il n'y a transmission du poids du tuyau intérieur et de sa charge que sur de petites sections ou parties identiques du tuyau extérieur. Ceci a pour conséquence que le tuyau extérieur n'est pas sollicité de manière continue sur toute sa longueur, mais uniquement par zones où il subit des contraintes notablement supérieures et que pour cette raison l'utilisation d'un tuyau extérieur en plastique ne risquant pas autre corrodé n'est plus possible. A ceci il y a encore lieu d'ajouter finalement qu'il n'y a pas d'action de support pour de telles fibres isolantes placées entre le tuyau intérieur et le tuyau extérieur de sorte que le tuyau extérieur en plastique est soumis à un risque d'écrasement du fait de la pression extérieure due à la terre et des charges résultant de la circulation. Pour toutes ces raisons, on a utilisé comme tuyau extérieur un tuyau en acier qui résiste à ces contraintes mécaniques, mais on a dû accepter dans ce cas le risque d'une corrosion pouvant avoir lieu tant à partir de l'extérieur que de l'intérieur. On devait donc prévoir des enveloppes en plastique, bitume ou en un autre matériau analogue, du tuyau extérieur en acier, contre la corrosion pouvant provenir de ltextérieur en raison de l'humidité ou de l'eau dans la terre environnante, cette protection pouvant être très facilement éliminée par altération de la surface extérieure, en particulier aux emplacements de raccordement des tuyaux. De tels tuyaux extérieurs en acier peuvent cependant craindre aussi unecorrosion à partir de l'intérieur, d'autant plus qu'il n'est, par exemple, pas possible de protéger efficacement contre une humidité pénétrant à partir de l'exterieur, de tels systèmes à deux tuyaux en acier, lors du transport et de la pose, de sorte que cette humidité est retenue de manière prédominante, à l'état diffus dans les matériaux isolants fibreux. On doit donc dans un tel cas prendre soin de sécher l'espace interne/aprèsYraccorde- ment de toutes les parties de ces tuyaux, ce qu'on a essayé d'effectuer soit en faisant le vide dans les tuyaux et en diminuant ainsi le point d'ébullition de l'eau, soit en balayant l'espace interne des tuyaux au moyen de gaz inertes. De tels traitements des systèmes de tuyaux sont difficilement realisables dans la pratique et de grandes stations de pompage ainsi que de longs processus de surveillance et de contrôle sont requis. La présente invention vise à éliminer tous ces inconvénients et à procurer un tuyau isolé thermiquement qui n'est pas attaqué par la corrosion soit à partir de l'intérieur, soit à partir de l'extérieur et qui présente la résistance requise pour ne pas être aplati par la pression de la terre et les charges résultant de la circulation. On a obtenu ce résultat conformément à l'invention en utilisant pour un tel tuyau isolé thermiquement, comme matériau isolant minéral, une couche de fibres de verre ou de fibres minérales, la coucne isolante de fibres étant soumise à une compression ; la couche isolante de fibres peut dans ce cas être sous forme de mats ou de coquilles préfabriquées. Conformément à l'invention, le tuyau isolé thermiquement peut aussi être réalisé de telle manière que la couche isolante de fibres est suffisamment épaisse pour qu'il n'y ait pas dépassement d'une valeur limite ae température donnée préalablement au niveau de la surface de la mousse rigide. I1 est avantageux de boucher l'extrémité du tuyau, sur sa face frontale, dans la zone des matériaux isolants fioreux. Suivant un autre mode de réalisation conforme à l'invention, on prévoit que pour les coudes de tuyaux, le tuyau extérieur présente un diamètre supérieur et qu'il passe, aux extrémités du coude, au moyen d'un manchon au diamètre du tuyau droit raccordé, l'espace annulaire agrandi dans le coude étant rempli partiellement de matériaux isolants fibreux et de mousse de polyuréthane élastique. L'invention vise en outre un procédé permettant la fabrication d'un tuyau isolé thermiquement dans lequel on applique sur le tuyau intérieur en acier supporté au moyen d'entretoises dais un tuyau extérieur en plastique, une couche annulaire en un matériau isolant minéral et où on remplit l'espace annulaire creux restant de mousse de polyuréthane pour le support du tuyau extérieur en plastique, ceci ayant lieu en appliquant sur le tuyau intérieur une couche de fibres de verre ou de fi ores minérales, formée de mats ou de coquilles préfabriquées et en formant la mousse rigide de polyuréthane dans l'espace annulaire de telle manlere que la pression de la mousse conduit à une compression telle du matériau isolant fibreux que le tuyau intérieur conduisant le fluide ne produit pas, au fait de son poids propre et du fait de son remplissage, d'écrasement supplémentaire du materiau isolant sous forme de fibres. Suivant une autre caracteristique de l'invention, on peut aussi procéder en traitant le tuyau intérieur en acier et le matériau isolant sous forme de fibres au moyen d'un agent lubrifiant la compression du matériau isolant sous forme de fibres ayant lieu au moyen d'une pression telle que la force ae frottement entre le tuyau en acier et le matériau isolant fibreux est inférieure à la force ae frottement entre le tuyau extérieur et le materiau dans lequel est enterré le tuyau (sable). Si l'on procede selon le procédé proposé par l'invention, on obtient que les allongements des tuyaux soient absorbés par le matériau isolant sous forme de fibres, pres des coudes. Lorsque lors de la formation de la mousse, on regle le processus de formation de telle manière que la pression de la mousse kpar exemple deux oars) conduit à une compression du matériau isolant fibreux à, par exemple, deux tiers de so epaisseur initiale et que ce matériau isolant fibreux est ainsi soumis sur son pourtour et sur toute sa longueur à une précontrainte ae par exemple 20 i/cmd, on obtient que le tuyau traversé par le fluide ne produit plus au fait de son poids propre et au poids ae remplissage, d'ecrasement supplémentaire du matériau isolant sous forme de fibres et qu'il n'y ait plus de modification de la position du tuyau intérieur disposé concentriquement. Suivant un procéde connu ce fabrication de tuyaux de raccordement comportant une isolation tnermique (àemanue ae orevet allemanW 1o 1.479.923) on prévoit de couler une mousse synthétique entre le tuyau intérieur et le tuyau extérieur, les aeux tuyaux entant amené amans une position verticale ou fortement inclinée avant l'introduction de la mousse, et l'espace annulaire entre les deux tuyaux étant ensuite fermé à l'extrémité inférieure des tuyaux au moyen d'une fermeture du fond, un agent de séparation et un lubrifiant étant appliqués sur la face intérieure du tuyau extérieur et/ou sur la surface latérale du tuyau intérieur avant ou pendant la coulée de la masse de mousse, ce qui doit éviter une fixation par cuisson de la mousse qui se solidifie sur les surfaces du tuyau. Ce procédé connu pour la production de tels tuyaux présente l'inconvénient d'exiger des manoeuvres compliquées et des dispositifs coûteux. On décrira maintenant un exemple de réalisation non limitatif de l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une coupe schématique d'un tuyau isolé thermiquement ; et a figure 2 est une coupe schématieFIe d'un coude d'un tel tuyau. On glisse sur un tuyau 1 en acier servant de tuyau de transport de fluide, des entretoises 3 réalisées en plastique, avec des espacements ccrresondnts, de sorte que le tuyau extérieur 2 en plastique qu'on fait passer au-dessus est maintenu concentriquement au tuyau intérieur avec un espacement uniforme. Avant la mise en place du tuyau extérieur 2, on entoure le tuyau intérieur 1 de matériaux isolants fibreux 5, des mats ou des coquilles préfabriquées en fibres de verre ou en fibres minérales ou des mélanges des deux pouvant être utilisés dans ce but. Pour remplir l'espace annulaire creux total 4 entre le tuyau intérieur 1 et le tuyau extérieur 2, on introduit au-dessus de la couche de matériau isolant fibreux, une mousse rigide 6 de azotique qui fournit dans l'espace annulaire 7 qui subsiste le repliae sous pression requis. Pour empêcher la pénétration d'humidité dans les matériaux isolants fibreux 5 lors du transport et lors de la pose, il est avantageux de fermer l'éxtrémité 8 de tuyau sur sa face frontale, dans la zone des matériaux isolants fibreux 5. L'absorption de la dilatation du tuyau en acier 1 a lieu dans des coudes de compensation prévus à cette fin, et on procède à cet emplacement de manière à élargir le tuyau extérieur 2 à un diamètre extérieur 9, afin d'obtenir l'espace de dilatation d-;sire. Dans ce but (voir figure 2) on a monté des manchons 11 sur le tuyau extérieur 2, aux extrémités de deux tuyaux isolés thermicìuement, manchons qui s'élargissent de manière corresponcunte pour permettre la reception d'un tuyau extérieur 9 avec un diamètre supérieur pour le coude, les extrémités 10 de la partie tubulaire extérieure 9 du coude du tuyau étant fixées en conséquence dans le extrémités agrandies au manchon 11. A l'intérieur de l'espace annulaire 13 entre le tuyau extérieur 9 et le tuyau intérieur coudé 1, on prévoit les épaisseurs de couche du matériau isolant fibreux minéral 5 ainsi que de la mousse rigide de plastique 6 de maniere telle que la dilatation soit absorbée par compression du matériau isolant fibreux 5. On peut dans ce but prévoir avantageusement dans ces parties coudées, une précontrainte inférieure à celle existant dans la partie droite des tuyaux, c'est-à-dire de 0,5 bar seulement au lieu de 2 bars, par mise en oeuvre appropriée de la résine. Suivant un exemple possible, on prévoit pour un tel tuyau isolé thermiquement un tuyau en acier soudé suivant DIN 2458 NW 175 dont le diamètre extérieur est fixé à 193,7 mm pour une épaisseur de paroi de 4,5 mm. Un tel tuyau présente un poids de 205 N/m et contient un poids d'eau de 240 H/m de sorte que le poids total du tuyau rempli est de 445 N/m. En se basant sur la projection de la surface au tuyau sur la surface on obtient un effort de compression de 0,23 N/cm2, de sorte que la précontrainte exercée sur le matériau isolant fibreux par la pression de la mousse est d'environ 100 fois supérieure et on obtient ainsi une sécurité de construction centuple vis-à-vis d'une modification de la position du tuyau intérieur. On obtient ainsi que le tuyau intérieur soit encastré élastiquement sur toute sa longueur et qu'il y ait un report par l'intermédiaire du matériau isolant fibreux précontraint sur la mousse rigide. On peut ainsi utiliser comme tuyau extérieur, un tuyau extérieur en plastique, léger et insensible vis-à-vis d'attaques cnimiques quelconques dues à une humidite environnante. Au moyen du procédé de faorication conforme à l'invention on obtient une liaison intime d'une part entre le tuyau extérieur en plastique et la mousse rigide, et d'autre part entre cette mousse rigide et le matériau isolant fibreux. Par contre, le tuyau intérieur entouré du matériau isolant fibreux peut être déplace dans son lit de fibres en exerçait une force relativement faible. Lorsque les matériaux isolants fibreux et le tuyau intérieur sont traités avec une couche lubrifiante appropriée reduisant le frottement, la force de frottement du tuyau intérieur dans le materiau isolant fioreux peut être réauite à moins de 6000 . par m. de deplacemen; pour un tuyau en acier de 273 mm de diamètre, tandis que la force de frottement d'un tuyau extérieur de 400 mm de diametre est de 9000 N par m de déplacement ou davantage dans un lit ae sable. Lorsque le tuyau en acier est chauffe, il se dilate dans le lit ae fiores tandis que tuyau extérieur reste en place dans son lit de sable du fait des forces de frottement supérieures. La force de ailatation du tuyau en acier est égale à FT = # &alpha;.#T. o AR E avec &alpha; = 12 . 10-6. K 1 pour le coefficient ae dilatation thermique de l'acier, #T = 1800K pour la aifférence de température par rapport à la température de pose, une section transversale s AR = T1.273. 6,3 = 5403 mm2 et un module E pour l'acier de 21.10 NlemL on obtient uue force de dilatatioii FT = 2,45 . 106N Cette force de dilatation n'est compensée par les forces de frottement que pour une distance de 408 m de sorte qu'on peut choisir de longues sections entre les éléments compensant la ailatation. On ne les choisira cependant pas si grandes pour réduire la modification de longueur dans les éléments équilibrant la dilatation à une valeur deterrninee. Si on choisit une longueur de la section de tuyau entre un point fixe et un élément d'équilibrage de la dilatation de par exemple t00 m, on ootient pour l'exemple mentionné ci-dessus, pour bT = 1800K à partir de #l1 = l#&alpha; # #T, une modification de longueur de 216 mm. Si l'on tient compte du fait qu'une partie de la force de dilatation FT est compensée par le frottement, c'est-à-dire une partie de 100.6000 N=600.000 N,cela-représente 2449 /ó de la kce de dilatation présente. Il est en outre possiDle de soumettre le système de tuyau total à une précontrainte, par exemple a'une lon gueur bO h qui correspond à une différence ae température de tant par rapport à la température ae pose. Alors le tuyau ne comporte ni tension ni dilatation pour une température de pose de +1000 et pour une température de fonctionnement de +70 . Pour une température de fonctionnement ae 19O0C par exemple, il ne se produit pour le tuyau soumis à une précontrainte que des modifications de longueur correspondant à une différence de température #T = 1200K. Si l'on tient encore compte de la dilatation supprimée de 24,49% indiquée ci-dessus, la dilatation restante de la section longue de 100 métres est #l2 = 100.10).12.10 6.12C.0,7551 = 108 mm. L'exemple ci-dessus montre que le procédé permet la pose de longueurs élevées de tuyaux pour des allongements relativement faibles et qu'on obtient ainsi un système particulièrement économique. Bu fait de la dilatation supprimée par le frottement, on obtient dans le tuyau d'acier une tension d'écrasement qui est dans l'exemple ci-dessus i 600.000 n, = 111 N/mm2. 5.403 mm Si l'on prend par exemple comme tuyau d'acier la qualité St 37, la tension d'écrasement acceptable est de 240 N/mm, de sorte qu'on obtient un coefficient de sécurité supérieur à 2. RBVENUICAIONS 1. Tuyau isolé thermiquement pour chauffage à distance, comportant un tuyau intérieur en acier prévu pour le passage du fluide calo-porteur, entouré avec espacement d'un tuyau extérieur en plastique maintenu en place au moyen d'entretoises, et dans lequel ltespace annulaire creux entre le tuyau intérieur et le tuyau extérieur est rempli d'un matériau isolant, une couche annulaire d'un matériau isolant minéral étant disposée sur le tuyau intérieur et l'espace annulaire restant étant rempli de mousse de polyuréthane, caractérisé en ce qu'on utilise comme matériau iso lant minéral une couche de fibres de verre ou de fibres minérales (5) et en ce que la couche isolante de fibres est comprimée. 2. Tuyau isolé thermiquement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche isolante de fibres est disposée sous forme de mats ou de coquilles fabriqués préalablement. 3. Tuyau isolé thermiquement selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la couche isolante de fibres a une épaisseur telle qu'on ne dépasse pas une valeur limite de température donnée préalablement au niveau de la surface de la mousse rigide. 4. tuyau isolé thermiquement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'extrémité de tuyau est fermée étanchement sur la surface frontale dans la zone des matériaux isolants fibreux (5). 5. tuyau isolé thermiquement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tuyau extérieur(9) présente un diametre supérieur dans les coudes de tuyaux et en ce qu'il y a passage aux extrémités (10) du coude, au moyen d'un manchon (11), au diamètre du tuyau raccordé droit, l'espace annulaire (12) agrandi dans le coude étant prrUielleent rempli de matériaux isolants fibreux (5) et de mousse de polyuréthane élastique (6). 6. Procédé de fabrication d'un tuyau isolé thermicuement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on applique une couche annulaire en matériau isolant minéral sur un tuyau intérieur en acier maintenu au moyen d'entretoises dans un tuyau extérieur en plastique et dans lequel on forme dans ltespace creux annulaire restant une mousse de polyuréthane pour le support du tuyau extérieur en plastique, caractérisé en ce qu'urne couche de fibres de verre ou de fibres ninérales sous forme de plats ou de coquilles fabriqués préalablement est appliquée sur le tuyau intérieur et en ce qu'on forme la mousse rigide de polyurétnane dans l'espace annulaire de manière telle que la pression de la mousse conduit à une compression telle du matériau isolant fibreux que le tuyau intérieur traversé par le fluide ne produit plus, du fait de son poids propre ou du remplissage, d'écrasement supplémentaire du matériau isolant fibreux. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tuyau intérieur en acier et le matériau isolant fibreux sont traités avec un agent lubrifiant et en ce que la compression du matériau isolant fibreux a lieu au moyen d'une telle pression que la force de frottement entre le tuyau d'acier et le matériau isolant fibreux est plus faible que la force de frottement entre le tuyau extérieur et le matériau (sable) dans lequel ce tuyau est enterré.