Brevet FR2439990A1 — publié le 19800523

La présente invention se rapporte d'une manière générale aux dispositifs de détection de fuites dans une canalisation de transport d'un fluide et concerne plus particulièrement un nouveau dispositif pour détecter les fuites dans les pipe-lines véhiculant un fluide à très haute pression. On connait divers types de dispositifs de détection de fuites dans une canalisation de transport de gaz, de pétrole, d'eau ou de tout autre fluide industriel. De tels dispositifs cherchent à détecter les fuites soit en mesurant la variation de pression dans un espace annulaire fermé circulant dans la canalisation, soit en effectuant une mesure acoustique. D'une manière générale, ces dispositifs sont constitués par un piston racleur portant un certain nombre d'instruments de mesure, et qui est muni de coupelles en caoutchouc destinées à s'appuyer sur la paroi de la canalisation en créant une étanchéité, la propulsion de l'ensemble étant assurée par la poussée du gaz sur le piston. Toutefois, les dispositifs de détection de fuites du type décrit précédemment présentent des inconvénients. En effet, la mise en oeuvre d'un piston racleur "auto-porteur" se déplaçant à l'intérieur de la canalisation, oblige ce dernier à autre relativement lourd. De plus, le frottement trop prononcé des coupelles sur la paroi de la canalisation entraine leur usure après un temps d'utilisation relativement court. En outre, les différentes mesures effectuées ne sont pas suffisamment précises, et il s'ensuit une mauvaise interprétation des signaux enregistrés. La présente invention a pour but notamment de remédier aux inconvénients indiqués en proposant un nouveau dispositif de détection de fuites dans une canalisation, qui est très léger, peu sujet à usure ou détérioration, qui n'endommage pas la canalisation et qui est pourvu d'un certain nombre de moyens permettant d'obtenir des mesures précises. A cet effet, l'invention a pour objet un nouveau dispositif de détection de fuites dans une canalisation conduisant un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un élément cylindrique, creux, de diamètre sensiblement inférieur à celui de ladite canalisation, et muni à ses extrémités de moyens de balayage de ladite canalisation, de façon à isoler une chambre entre ledit élément cylindrique et ladite canalisation, tout en laissant le libre passage dudit fluide à l'intérieur dudit élément cylindrique. On comprend qu'ainsi l'élément cylindrique baignera entièrement dans le milieu et pourra être très léger. De plus, les moyens de balayage de la canalisation seront très souples, évitant ainsi toute usure de la paroi de la canalisation. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la chambre précitée est divisée par un certain nombre de cloisons longitudinales, délimitant ainsi un certain nombre de chambres indépendantes. En effet, la sensibilité d'un système à dépression dans la chambre est entre autres inversement proportionnelle au volume de la chambre. Il est donc souhaitable d'avoir une chambre aussi longue que possible, pour pouvoir 'piéger" la fuite plus longtemps, et de section aussi faible que possible, dans les limites de compatibilité avec les caractéristiques de la canalisation. Ainsi, cette délimitation de la chambre initiale permettra de réaliser des mesures stries et précises. Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins un moyen de détection permettant de mesurer la différence entre la pression du fluide dansa chambre et la pression du fluide à l'intérieur de l'élément cylindrique, est prévu sur la paroi de l'élément cylindrique précité dans au moins une chambre précitée. De plus, il est également prévu, sur la paroi de l'élément cylindrique précité dans au moins une chambre précitée, au moins un moyen de détection de bruits, tel que par exemple un microphone, afin de mesurer les seuls bruits dus aux moyens de balayage de la canalisation précités et aux fuites précitées lors de leur passage dans ladite chambre. Dans le cas de plusieurs chambres indépendantes, chaque chambre précitée est équipée d'un moyen de détection de différence de pression précité et/ou d'un moyen de détection de bruits précité. Le dispositif de détection de fuites selon l'invention comprend également au moins un moyen reliant au moins une chambre précitée à l'intérieur de l'élément cylindrique précité limitant la surpression de ladite chambre à une valeur donnée. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moyens de balayage de la canalisation précités sont disposés dans des gorges taillées dans l'élément cylindrique précité, par exemple hélicoSdales ou elliptiques. De plus, au moins deux gorges précitées sont orientées en sens inverse l'une de l'autre. Il faut encore noter que, suivant l'invention, au moins une partie des moyens de mesure précités susceptibles de résister à la pression du fluide précité circulant dans la canalisation précitée, peuvent être logés à l'intérieur de l'élément cylindrique précité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale de la canalisation, le dispositif de détection de fuites étant représenté avec des arrachements partiels; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne brisée II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 pour un autre mode de réalisation - la figure 4 est une vue partielle agrandie de la partie IV de la figure 1 - la figure 5 est une vue partielle en coupe selon la ligne V-V de la figure 4 ; et - la figure 6 est une vue partielle en coupe longitudinale de l'extrémité avant de l'élément cylindrique selon une variante de montage. Suivant un exemple de réalisation, et en se reportant aux dessins annexés, un dispositif de détection de fuites 1 conforme à l'invention se déplace, comme le montre la flèche A à l'intérieur d'une canalisation 2, telle que par exemple un pipe-line, véhiculant un fluide 3 (par exemple du gaz). Le dispositif de détection de fuites 1 comprend essentiellement un élément cylindrique 4, creux, de diamètre externe d sensiblement inférieur au diamètre interne D de la canalisation 2, et compatible en longueur avec le passage des coudes de la canalisation. L'élément cylindrique 4 est muni à ses extrémités 5 et 6 de moyens de balayage 7 de la canalisation 2, tels que par exemple des segments, de façon à isoler une chambre annulaire 8 entre l'élément cylindrique 4 et la canalisation 2, tout en laissant le libre passage du fluide 3, qui peut être sous une très haute pression, à l'intérieur de l'élément cylindrique 4. On notera ici que l'élément cylindrique 4 est très léger afin d'éviter d'une part une inertie mécanique et d'autre part un frottement dissymétrique des moyens de balayage 7 sur les génératrices basses de la canalisation 2. L'élément cylindrique 4 est donc constitué d'un alliage léger d'aluminium ou plus avantageusement de fibre de verre tissée noyée dans une résine époxy. Cette matière est légère, très résistante mécaniquement et facilement usinable avec un ahm papproprié. Sur la figure 1, les moyens de balayage 7 de la canalisation 2, qui, dans l'exemple illustré, sont au nombre de trois à l'extrémité avant 5 et au nombre de trois à l'extrémité arrière 6 de l'élément cylindrique 4, et qui sont constitués par des rondelles découpées dans une matière élastique et résistant bien à l'abrasion, par exemple du caoutchouc néoprène à 50 ou 60 shores ou du polyuréthane, sont disposés obliquement par rapport à l'axe 9 de l'élément cylindrique 4. Ces moyens de balayage 7 attaqueront donc un bourrelet de soudure 10 de la canalisation 2 d'autant plus progressivement que l'angle d'inclinaison est grand. Mais, comme il peut se produire une fuite longitudinale le long du bourrelet 10, au passage du moyen de balayage 7, cet effet est diminué en doublant le moyen de balayage 7 et-en inversant les inclinaisons. Les lignes les plus aisées à réaliser industriellement sont l'ellipse ou mieux l'hélice qui peut être obtenue par usinage autour à l'aide de la vis mère. On taille ainsi par exemple dans l'élément cylindrique 4 deux hélices de même pas, tournant en sens inverse et se recoupant en plusieurs points. Les moyens de balayage 7 découpés sont retenus, par exemple par collage perpendiculairement à l'élément cylindrique 4 dans des gorges en queue d'aronde Il représentées sur la figure 5. On a montré sur la figure 4, par les flèches repérées par B, que les moyens de balayage 7 se tangentent à l'inter section des gorges Il qui sont élargies à cet endroit. Comme on le voit sur les figures 1 et 2, un moyen de détection de différence de pression 12, tel qu'un capteur de pression différentielle, est disposé à l'intérieur de l'élément cylindrique 4, fixé à sa paroi 13, et muni de deux prises de pression 14 et 15. La prise de pression 14 débouche dans la chambre 8, et l'autre prise 15 débouche dans l'élément cylindrique 4 où elle prend la pression de ligne. Le moyen de détection de différence de pression 12 baigne ainsi dans le fluide et, pour le gaz au moins s'il n1 est pas corrosif, il n'a pas besoin autre étanche. Le moyen de détection de différence de pression 12 est lui-meme couplé à un dispositif électronique non représenté d'adaptation à un dispositif de stockage et/ou d'interprétation des signaux transmis par le capteur. Le dispositif de détection de fuites 1 selon l'invention comprend de surcrort un moyen de détection de bruits 16(figure 1), tel que par exemple un microphone, fixé sur la paroi 13 de l'élément cylindrique 4, au niveau de la chambre annulaire 8. Le moyen de détection de bruits 16, disposé dans un logement 17 dans la paroi, mesurera donc les seuls bruits dus aux moyens de balayage 7 de la canalisation2 etaux fuites 18 lors de leur passage dans la chambre 8. Le logement 17 est fermé cOté intérieur de l'élément creux et ouvert sur la chambre 8, comme illustré en 17'. On a représenté par les flèches en pointillé C le rayonnement sonore dans la chambre 8. On a représenté en 19 une soupape tarée fixée à la paroi 13 de l'élément cylindrique 4, reliant la chambre 8 à l'intérieur de l'élément cylindrique 4, afin de limiter la surpression ou la dépression de la chambre 8 à une valeur donnée. Comme on le voit sur les figures 1, 2 et 3, l'élément cylindrique 4 est relié à la tête 20 d'un moyen propulseur 21 par des éléments de fixation 22, constitués par exemple par o trois pattes à 120 munies à leur extrémité de vis 23. Les éléments de fixation 22 sont solidaires d'un collier 24 et sont disposés au niveau du milieu de l'élément cylindrique 4. Des fils de liaison électrique 25 et 26, respectivement du moyen de détection de différence de pression 12 et du moyen de détection de bruits 16, passent dans un connecteur étanche 27 fixé au moyen propulseur 21, L'élément cylindrique 4 est avantageusement placé à l'avant du moyen propulseur 21 plutôt qu'à l'arrière, car lorsque le moyen propulseur 21 ralentit du fait des frottements sur la paroi, la pression tend à augmenter à l'arrière davantage qu'elle ne diminue à l'avant. En d'autres termes, les perturbations de propulsion sont plus faibles à l'avant du moyen propulseur qu'à l'arrière. Le moyen propulseur 21 est équipé d'un certain nombre d'appareils de mesure 28a, 28b,28c.. représentés sur la figure 1, comme par exemple un appareil 28a de mesure de verticalité, un appareil 28b de mesure du temps de parcours de l'élément cylindrique 4, et un appareil 28c de mesure de la distance parcourue par l'élément cylindrique. Lorsque le moyen propulseur 21 se déplace poussé par le fluide, il tourne lentement autour de son axe, et l'appareil 28a permettra de mesurer précisément cette rotation. Les informations relevées d'une part par le capteur de pression différentielle et d'autre part par les différents appareils mentionnés ci-dessus, sont enregistrées, stockées, puis corrélées au dépouillement afin de connaître le lieu et la position angulaire de la fuite sur la canalisation. On notera de plus que, pour éviter l'écrasement de l'élément cylindrique 4 dans la gare d'arrivée non représentée de la canalisation 2, on prévoit un dispositif amortisseur de tout type en soi connu sur lequel viendra buter la tête 20 du moyen propulseur 21. Selon un autre mode de réalisation de la présente inventinn, représenté sur la figure 3, la chambre initiale 8 est divisée par un certain nombre de cloisons longitudinales élastiques 29 (par exemple 6), dont la nature peut être semblable à celle des moyens de balayage 7, s'étendant entre ces moyens respectivement situés aux extrémités 5 et 6 de l'élément cylindrique 4. On délimite ainsi autant de chambres indépendantes 30 (6 dans l'exemple choisi), dont le volume individuel est le sixième de la chambre annulaire initiale 8. Chaque chambre indépendante 30estéquipée d'un moyen de détection de différence de pression 12, d'un moyen de limitation de pression différentielle 19, et éventuellement d'un moyen de détection de bruits 16, tels qu'ils ont été décrits précédemment. Suivant une variante de montage illustrée sur la figure 6, chaque moyen de balayage 7 est constitué de plusieurs rondelles (par exemple 3) représentées en 7a, 7b, 7c. La présence d'un tel empilement de rondelles crée un balayage plus souple et constitue d'autre part une mesure de sécurité, car il peut arriver que l'une des rondelles, par exemple la rondelle 7a s'use. Sur une partie de l'élément cylindrique 4, sont prévus des éléments formant entretoises 31, 32, 33, 34. Entre deux entretoises, on définit une gorge 35 par exemple hélicot- dale, telle qu'on l'a représentée sur la figure 5, et chaque moyen de balayage 7 est disposé dans une gorge 35. Une pièce 36 est montée dans l'élément cylindrique 4, et elle est assemblée avec une butée fixe 37 au moyen de vis 38. On a représenté en 39 une pièce munie de trous taraudés dans lesquels s'engagent des vis 40 (munies de vis de blocage) qui assure le réglage du serrage des moyens de balayage 7. Une rondelle 41 est placée contre la pièce 39, et des vis 42 permettent l'assemblage de toutes les pièces. Le fonctionnement et la manière d'utiliser le dispositif de détection de fuites selon l'invention se déduisent de la description qui précède et seront expliqués dans ce qui suit. L'élément cylindrique creux 4 circule dans la canalisation 2 véhiculant le fluide 3, poussé par le moyen propulseur 21 qui possède une force propulsive et une inertie suffisantes afin d'éviter autant que possible les à-coups assez fréquents dans les canalisations sèches véhiculant du gaz. On comprend aisément qu'en régime normal, la pression dans la chambre annulaire 8 est très proche de la pression dans la canalisation 2 au niveau de l'élément cylindrique 4, et les pressions aux extrémités 5 et 6 de l'élément cylindrique 4 au niveau des moyens de balayage 7 sont identiques. Lorsque l'élément cylindrique 4 passe devant une fuite 18, la pression dans la chambre 8 relevée par la prise de pression 14 du moyen de détection de différence de pression 12, diminue progressivement par rapport à la pression dans l'élément cylindrique 4, relevée par la prise de pression 15. De plus, et afin d'éliminer dans de très grandes proportions les risques de mauvaise interprétation ou les doutes notamment au niveau des bourrelets de soudure qui sont le siège privilégié des défauts pouvant entrainer des fuites, mais aussi au niveau des ovalisations et des coudes, on réalise une mesure acoustique à l'aide du moyen de détection de bruits 16. Etant donné que le moyen de détection de bruits 16 est placé dans la chambre 8, il mesure donc les seuls bruits dus au frottement des moyens de balayage 7 de la canalisation 2 et à la fuite 18. Ainsi, dans le cas le plus difficile de détection d'une fuite au niveau d'un bourrelet de soudure 10, le spectre sonore présente deux pics caractéristiques très brefs au moment du passage des moyens de balayage avant et arrière 7 sur le bourrelet 10, et entre les deux le sifflement de la fuite. Les signaux acoustique et de pression différentielle sont donc enregistrés séparément, puis sont corrélés au dépouillement. Cette corrélation permet ainsi d'éliminer les fausses interprétations lorsque la canalisation présente un certain nombre de défauts internes, tels que bourrelets de soudure, ovalisations, faux ronds, corrosions, etc. Afin d'eviter la saturation du moyen de détection de différence de pression 12 auquel on demande une bonne sensibilité (de l'ordre d'un bar pleine échelle), et au lieu de jouer sur l'étanchéité des moyens de balayage 7 de la canalisation 2, on utilise la soupape tarée 19 qui permet ainsi de limiter la surpression permanente de la chambre 8 à une valeur donnée dans les limites du moyen de détection de différence de pression 12. Cette soupape tarée 19 peut être remplacée par une électrovanne qui est commandée par le signal du moyen de détection de différence de pression 12 à travers une informatique de traitement embarquée dans le moyen propulseur 21. Le fonctionnement et la manière d'utiliser l'élément cylindrique 4 avec plusieurs chambres indépendantes 30 sont les mêmes que ceux décrits précédemment pour une seule chambre 8. On notera cependant qu'une comparaison avec la pression dans les chambres voisines 30 est très instructive, sur la forme, éventuellement transversale, de la fuite 18 pouvant déborder sur une chambre voisine. De plus, la corrélation pression-émission sonore est moins intéressante dans ce mode de réalisation, du fait que l'on dispose de la corrélation des pressions des chambres 30 entre elles. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut prévoir une variante pour o les trois pattes à 120 fixées sur la tête du moyen propulseur. Ainsi, les deux extrémités de la tête 20 peuvent être respectivement munies d'une rotule, les emplacements des deux rotules étant repérés sur la figure 1 par les lettres X et Y. L'élément cylindrique 4 est couplé à la tête 20 par la rotule positionnée en X, et le moyen propulseur 21 est couplé à la tête 20 par la rotule positionnée en Y. La présence des deux rotules est indispensable lorsque la canalisation 2 présent des coudes à rayon de courbure farte. Dès lors, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont effectuées suivant l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de fuites dans une canalisation conduisant un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un élément cylindrique, creux, de diamètre sensiblement inférieur à celui de ladite canalisation, et muni à ses extrémités de moyens de balayage de ladite canalisation, de façon àisoler une chambre entre ledit élément cylindrique et ladite canalisation, tout en laissant le libre passage dudit fluide à l'intérieur dudit élément cylindrique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre précitée est divisée par un certain nombre de cloisons longitudinales, délimitant ainsi un certain nombre de chambres indépendantes. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, sur la paroi de l'élément cylindrique précité dans au moins une chambriprécitée, est prévu au moins un moyen de détection permettant de mesurer la différence entre la pression du fluide précité dans ladite chambre et la pression dudit fluide à l'intérieur dudit élément cylindrique. 4. Dispositif selon l'une des revendication 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un moyen de détection de bruits, tel que par exemple un microphone, est prévu sur la paroi de l'élément cylindrique précité dans au moins une chambre précitée, afin de mesurer les seuls bruits dus aux moyens de balayage de la canalisation précités et aux fuites précitées lors de leur passage dans ladite chambre. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen reliant au moins une chambre précitée à l'intérieur de l'élément cylindrique précité limitant la surpression de ladite chambre à une valeur donnée. 6. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque chambre précitée est équipée d'un moyen de détection de différence de pression précité et/ou d'un moyen de détection de bruits précité. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de balayage de la canalisation précités sont disposés dans des gorges taillées dans l'élément cylindrique précité, par exemple hélicoidales ou elliptiques. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins deux gorges précitées sont orientées en sens inverse l'une de l'autre. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque moyen de balayage de la canalisation précité est disposé entre deux éléments formant entretoises. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque moyen de balayage de la canalisation précité est constitué par plus d'une rondelle, par exemple en caoutchouc ou en polyuréthane. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, du type comprenant un moyen propulseur, caractérisé en ce que l'élément cylindrique précité est relié audit moyen propulseur par des éléments de fixation. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'élément cylindrique précité est placé à l'avant du moyen propulseur précité. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen propulseur précité est équipé d'un appareil pour mesurer la rotation dudit moyen propulseur. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le moyen propulseur précité est étuvé d'un appareil de mesure du temps de parcours de l'élément cylindrique précité et/ou d'un appareil de mesure de la distance parcourue par ledit élément cylindrique. 15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie des moyens de mesure précités susceptibles de résisteràla pression du fluide précité circulant dans la canalisation précitée, peuvent être logés à l'intérieur de l'élément cylindrique précité.