Brevet FR2448097A1 — publié le 19800829

L'invention concerne un procédé et des appareils permettant de fermer des tubes ; elle trouve son application dans les domaines techniques où se pose le problème de fermer des tubes où circule un fluide, par exemple dans l'industrie chimique : dans la fabrication du méthanol, dans les unités de craquage et de reformage, avec ou sans vapeur, les tubes de sortie de chaudière notamment. I1 existe pour ce faire des dispositifs du commerce, dérivés des pinces à vis de M0HRde laboratoire, pince à cremaillè- re de l'industrie chimique, robinet à membrane ; on connait aussi les dispositifs des pinces en C, l'écrase-tube de WHEELER, ou encore le dispositif du brevet français 1 427 680, qui permettent de répondre à une partie des exigences techniques.Le problème est rendu particulièrement difficile quand les tubes sont de grande taille, ou encore quand ils sont chauds ; le métal du tube, bien que malléable à chaud, présente en effet des risques potentiels dûs au vieillissement, tels que fissurations possibles il s'ajoute à ces risques le danger dû à la nature du fluide pouvant s'échapper. La sécurité, la rapidité pour le personnel et le matériel sont des exigences primordiales qui ont conduit les recherches ayant abouti à l'invention. L'invention permet la fermeture de tube par écrasement, grâce à l'application simultanée de deux forces symétriques perpendiculaires à l'axe du tube et en directions op posées. Ainsi, les déformations du tube sont réparties. De plus, elle met en oeuvre des moyens de pressage, des moyens de maintien en position pressée ainsi que des moyens permettant de maintenir étanche la portion du tube écrasée. Des moyens additionnels permettent aussi de refroidir la portion du tube écrasée, de drainer des fuites de fluides grâce à un gaz inerte ; et encore de remédier à des fuites possibles de fluide grâce à l'application de matériau colmatant. Dans une première forme de réalisation de l'invention on dispose deux demi bottiers creux symétriques pouvant être assemblés, de part et d'autre du tube, et qui, une fois assemblés forment un bottier où la portion de tube est enfermée d'une manière étanche ; chaque demi bottier comporte des moyens de passage d'un piston coulissant qui peut être mis en mouvement en direction perpendiculaire à l'axe du tube, la réunion des deux pistons constitue un dispositif d'écrasement ; enfin, on dispose de moyens de maintien en position serrée du dispositif d'écrasement. On met en mouvement les pistons de manière à régler la force d'écrasement, en puissance et en durée, généralement au moyen de vérin ; on dispose des traverses perpendiculairement au tube, et ces traverses ajustées au boltier par l'intermédiaire d'un joint servent de point d'appui au vérin, elles sont réunies en position serrée et sont fixées enseelable, généralement au moyen de boulons, ou de tout autre moyen équivalent. Le passage du piston est maintenu étanche en position éloignée et en position rapprochée au moyen d'une enveloppe extérieure flexible. Celle-ci est protégée par un tube métallique. On a la possibilité de faire circuler un fluide de refroidissement, généralement de l'air, entre l'enveloppe flexible et son tube de protection. On dispose dans les deux demi bottiers, d'ouvertures en forme de canaux de faible diamètre et dans lesquels on peut raccorder des tuyaux. Une ouverture permet notamment d'évacuer une fuite de fluide de l'intérieur du boltier vers l'extérieur ; une autre permet d'introduire un gaz inerte à l'in- rieur du bottier ; une autre permet d'introduire un matériau colmatant à l'intérieur du bottier. Le matériau colmatant se répartit dans une gorge au passage du tube dans le bottier et parfait l'étanchéité. De plus, chaque jeu de demi-bottier est ajusté par un profil adapté à la surface extérieure du tube, de façon à permettre une libre contraction du tube durant le refroidissement tout en maintenant le contact métal du bottier sur métal du tube. On donne aux pistons une forme adaptée et de préférence une forme cylindrique terminée par un V arrondi. La mise en oeuvre conjointement de deux dispositifs selon l'invention permet de réaliser l'isolement de tout réacteur raccordé par des tubes d'entrée et de sortie. On choisit de préférence un dispositif selon la première forme décrite ci-dessus, pour le tube de sortie, conjointement avec un dispositif constituant une deuxième forme de réalisation de l'invention pour le tube d'entrée. Dans la deuxième forme de réalisation, on applique plus simplement les forces d'écrasement par l'intermédiaire de deux mâchoires disposées de part et d'autre du tube. On donne aux mâchoires une forme adaptée, comme on le verra dans les exemples ci-après. Comme précédemment les forces d'écrasement sont réglables en intensité et en durée. Elles prennent appui sur deux traverses symétriques. Comme dans le dispositif précédant on maintient en position serrée grâce à la fixation l'une à l'autre des deux traverses de part et d'autre du tube. On réalise généralement la fixation au moyen de boulons ou de tout autre moyen équivalent, comme des colonnettes à pas fin que l'on peut bloquer à l'aide notamment d'écrous équipés d'élémentsde roulement, par exemple de butées à bille ou à rouleaux. On peut encore associer à la mise en oeuvre du dispositif préféré de l'invention dans sa première forme, un deuxième dispositif, dans une forme encore simplifiée, obtenu par exemple en disposant sur une deuxième portion de tube une robinetterie ou encore une vanne, adaptée par le choix de ses matériaux, aux conditions de travail : tempé rature et pression. L'étanchéité, le refroidissement, le drainage, ltéva- cuation, et le colmatage de fuites éventuelles sont réalisées par le premier dispositif ; l'écrasement et le maintien en position fermée sont réalisés par l'un ou 1 'autre dispositifs. L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures ci-après qui montrent différents modes de réalisation de l'invention. La figure 1 montre une vue générale du premier mode de réalisation de l'invention : On voit en 1 le tube et en 2a et 2b les deux demi boitiers creux représentés ici en position rapprochée. On distingue en 3 le passage d'un piston 4 représenté en position d'attente. On voit en 5 un couvercle solidaire d'un soufflet 6 (ou enveloppe métallique flexible appelée aussi compensateur). On voit en 7 et 8 les ouvertures de canaux non représentés qui font communiquer avec l'extérieur, l'intérieur du bottier. On voit en 9 les ouvertures qui permettent l'injection de matériau colmatant et en 10 les orifices d'injection d'air de refroidissement autour du soufflet, dans l'intervalle situé entre le soufflet et sa protection rigide. On a figuré en traits mixtes le piston et son couvercle en position d'écrasement. La position d'écrasement est maintenue grâce aux traverses non représentées qui seront fixées ensemble, après appui sur les couvercles 5. La figure 2 montre en coupe une première variante du dispositif de la figure 1. Le tube, visible en 1, supporte un demi-boitier 21, fixé par les boulons 22, dont seul l'axe est représenté, au deuxième demi-boîtier symétrique placé de l'autre côté du tube et non représenté. On voit en 23 le logement où coulisse le piston 24, muni de son couvercle 25 et de son soufflet 26. En 30 on voit une traverse, présentant des trous pour le passage des colonnettes qui permettront son assemblage avec la traverse symétrique après écrasement. Le soufflet 26 est fixé à son couvercle en 261 et au bottier par une embase 262. On voit en 27 l'ouverture d'un canal permettant soit d'injecter, soit d'évacuer un gaz et on a prévu un orifice non représenté, d'injection de matériau colmatant dans la gorge 29. Comme dans la figure précédente, le soufflet est protégé par une partie tubulaire 28 dans laquelle sont ménagées les entrées et sorties d'air de refroidissement dont une est visible en 20. La figure 3 montre en coupe une deuxième variante du de la figure 1. Le tube, visible en 1, supporte un demi bottier 31 fixé au tube par des soudures 32, le second demi bottier symétrique fixé de la même facon n est pas représenté. Un piston 34 coulisse dans son logement 33 constitué, partie par le soufflet 36, partie par l'alésage de ltécrou 362, et fermé par le couvercle R fixé en 361. On trouve, non représentée sur la figure, une rainure longitudinale complémentaire et une vis à téton munie d'un joint, qui aident à la mise en place et au maintien en bonne position respective des deux éléments piston et logement. La traverse 35 est équipée comme dans la variante de la figure 2 de moyens de fixations dont seuls les axes sont représentés ici. On distingue en 37, l'ouverture d'un canal permettant éventuellement le passage d'un gaz et en 38, le passage d'un matériau colmatant destiné à parfaire l'étanchéité du joint 39. Les figures 4 et 5 montrent en coupe, un dispositif, deuxième forme de réalisation de l'invention. La coupe est suivant un plan vertical perpendiculaire à l'axe du tube, figure 4, et suivant le plan SS pour la figure 5. On voit en 42 et 42' deux mâchoires profilées disposées autour du tube 41 représenté écrasé. Des logements 43 sont prévus dans chaque mâchoire pour placer la tête du vérin ; on voit les passages des tiges 45 des boulons et en 46, les écrous pour le blocage de l'ensemble en position fermée. Sur lafigure 6, le tube 1 vu en bout, est entouré de deux mâchoires identique à celles du dispositif précédent, avec un logement 53 pour utilisation éventuelle du vérin. Par contre, leur rapprochement, pour écrasement du tube, est assuré ici par les colonnettes 55 à pas fin, munies d'un côté, d'écrous normaux 56, et de l'autre côté, d'écrous spéciaux à embase avec butées à rouleaux 57. Les colonnettes à pas fins 55 ont un double rôle a) elles permettent de rapprocher, et réunir les mâchoires tout en permettant une démultiplication de l'ef- fort d'accostage des mâchoires. On supprime ainsi la pince C du commerce, et les accessoires d'alimentation du vérin hydraulique. b) elles maintiennent le serrage. Les écrous sont équipés à une extrémité de la colonnette de butées qui peuvent être à rouleaux ou a bille elles suppriment l'effort dû au frottement métal de l'écrou sur métal de la mâchoire. La majeure partie de l'effort de couple est ainsi consacrée au rapprochement des deux mâchoires. On peut aussi équiper les colonnettes filetées d'écrous à billes, non représentés ici. Le serrage des colonnettes se fait ainsi avec le minimum d'effort, au moyen par exemple d'une simple clef à cliquet débouchante sur l'écrou à rouleaux, l'écrou opposé est maintenu par une simple clef. Exemple On se propose d'isoler un réacteur muni de deux tubes permettant, l'un d'introduire les réactifs gazeux, à une tenipérature de 500 à 6000C, l'autre d'extraire le mélange gazeux obtenu, à une température de 750 à 8200C et une pression de 20 à 35 bar. Ces tubes, respectivement dits d'entrée et de sortie, jouent aussi le rôle de lyres de dilatation et sont en matériaux réfractaires malléables à ces températures, le procédé permet de les fermer conjointement. On a disposé sur le tube de sortie le dispositif de la figure 3. De préférence, on commence au préalable par maintenir le tube en position au moyen d'un collier tenu par plusieurs câbles. On met en place les pistons, puis les joints et on bloque les vis à téton de guidage des pistons ; les pistons doivent coulisser librement.On met en place les joints toriques et les enveloppes extérieures flexibles. On a disposé sur un chariot mobile, muni d'une table élévatrice, l'appareillage annexe permettant d'appliquer les forces d'écrasement. On le met à proximité de la portion de tube à fermer. On place le chariot en concordance avec le boitier et on élève la table jusqu'à contact de la traverse inférieure avec le bottier. On ferme la traverse supérieure et on la descend jusqu'à contact avec le bottier; on accoste les écrous des colonnettes. On raccorde éventuellement les appareils permettant les injections de gaz et de produit de colmatage dans le bottier. On met progressivement la pression dans le vérin. On choisit de procéder à la fermeture du tube d'entrée quand la pression atteind 400 bar, puis on termine l'écrasement du tube de sortie à 700 bar. On serre alors les écrous des colonnettes sur les traverses ; on maintient la pression un temps suffisant pour le refroidissement de l'ensemble. On place un support au sol pour l'ensemble traverses et boitiers, que l'on laisse en place, supportés par exemple par une entretoise, et on enlève le chariot. On a réalisé la fermeture du tube d'entrée au moyen d'un dispositif simplifié conforme à la figure 4. Par la mise en oeuvre du procédé et des dispositifs de l'invention, le temps nécessaire pour une intervention est réduit d'après le procédé connu,de 4 heures à environ 2 heures. Les risques sont réduits au maximum. L'exemple ci-dessus est représentatif de conditions rendues difficiles par des températures et des pressions élevées. Le procédé et les dispositifs de l'invention s'appliquent avec avantage chaque fois qu'il est nécessaire de fermer des tubes. C'est le cas des installations qui ne comportent pas d'organe de sectionnement, mais des circuits parallèles ; on peut alors faire appel en marche, au dispositif de l'invention. On évite ainsi les inconvénients d'arrêts, de remise en route et de remise en température prolongés. REVENDICATIONS I) Procédé de fermeture de tube par écrasement grâce à l'application simultanée de deux forces symétriques perpendiculaires à l'axe du tube et en directions opposées, caractérisée en ce qu'on met en oeuvre en combinaison 1) des moyens de maintien étanche de la portion de tube à écraser à l'intérieur d'un boitier, 2) des moyens d'écrasement réglables, 3) des moyens de maintien de la position écrasée du tube. 2) Procédé selon la revendication 1 dans lequel on met en oeuvre des moyens de refroidissement de la portion du tube à écraser. 3) Procédé selon la revendication 1 dans lequel on met en oeuvre des moyens de drainage de fuites de fluide. 4) Procédé selon la revendication 1 dans lequel on met en oeuvre des moyens de colmatage de fissurations possibles grâce à l'application de matériau colmatant. 5) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend a) un bottier formé de deux demi-bottiers creux et assemblés de manière étanche de part et d'autre du tube, chaque demi-bottier étant muni de moyens de passage d'un piston, le passage étant fermé par une enveloppe extérieure flexible complétée par un couvercle, b) deux pistons pouvant coulisser en direction du tube sous l'action d'un vérin, c) deux traverses associées à chaque demi-bottier et servant de point d'appui au vérin dans l'écrasement, d) des moyens de fixation permettant de réunir ensemble les deux traverses dans la position d'écrasement. 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les deux demi-boltiers sont assemblés l'un à l'autre au moyen de boulons. 7) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les deux demi-bottiers sont assemblés l'un à l'autre par des soudures. 8) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux demi-boStiers sont munis d'ouverture en forme de canaux de faible diamètre permettant de faire communiquer l'intérieur du bottier avec l'extérieur. 9) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'on fait circuler un fluide de refroidissement autour de l'enveloppe extérieure flexible 10) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on fait circuler, au moyen des ouvertures, un gaz inerte comme fluide de drainage. 11) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on introduit par une ouverture un matériau colmatant. 12) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'on réunit ensemble las deux traverses par des boulons. 13) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on donne aux pistons une forme cylindrique terminée par un V arrondi. 14) Procédé d'isolement d'un réacteur comportant un tube d'entrée et un tube de sortie, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre le procédé et le dispositif de l'une quelconque des revendications précédentes sur l'un au moins des tubes du réacteur. 15) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé d'isolement de la revendication 14 caractérisé en ce qu'on met en oeuvre sur le tube restant, un dispositif d'écrasement comprenant deux mâchoires disposées de part et d'autre du tube et supportant les forces d'écrasement, et munies de moyens de fixation des deux mâchoires l'une à l'autre en position serrée. 16) Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de fixation sont des boulons. 17) Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de fixation sont des colonnettes à pas fins munies d'écrous équipés d'éléments de roulement. 18) Application du procédé et des dispositifs selon l'une quelconque des revendications précédentes, à la fermeture de tubes dans lesquels circule un fluide à une températtire et Sous une pression élevées.