Brevet FR2450988A1 — publié le 19801003

La présente invention est relative à la pose des ca nalisations destinées à véhiculer des fluides sous pres- sion.Elle s'applique notamment aux canalisations de grand diametre,par exemple en fonte ductile,sous pression elevee. Dans une conduite sous pression, chaque changement de direction, notamment chaque coude, est le siège de poussées axiales induites par la pression. Ces poussees axiales tendent à déboîter les joints entre les éléments tubulaires de la conduite. Lorsque les diamètres et/ou les pressions augmentent, le frottement des terres contre les parois des éléments tubulaires et le serrage des garnitures d'etanchéite sur ces mêmes éléments deviennent insuffisants pour équilibrer de telles poussées, de sorte que le risque de deboltement existe dans la région du coude. On peut avoir recours à des massifs de butée disposes à ltemplacement de la bissectrice extérieure de l'angle du coude.- Mais pour des poussées axiales très fortes, qui demanderaient des massifs démesurés (la pous see dépasse 400 tonnes pour un diamètre de 1600 mm et une pression de 20 bars), ou dans certains cas d'encombrement au sous-sol, il faut renoncer à de tels massifs de butée et recourir au verrouillage en traction des joints. Dans ce cas, des pièces d'appui, solidaires l'une du bout uni du joint à verrouiller, l'autre de l'emboîtement, viennent en butée l'une contre l'autre. De nombreux types de dispositifs de verrouillage pour gros tuyaux ont dej ete proposes (voir par exemple le brevet FR 2 156 956 et les demandes françaises n 78.23 362 , 78.31 994 et 78.31 995). La Demanderesse a constate que ces verrouillages en traction interdisent bien le déboutement des joints concernés, mais, par contre, sont le siège d'élongations non négligeables au moment de la mise en pression de la conduite. On pense qu'ilse produit alors une série de petits phénomènes locaux de matage de surfaces, écrasement d'are- tes ou de petites aspérités, etc., car on observe des déplacements axiaux de quelques millimètres à une dizaine de millimètres. Ces Légères élongations des différents joìnts s'additionnent sur une ligne droite, et peuvent finir par exercer à l'emplacement du coude une action treks néfaste: si le terrain se tasse à ltextérieur de l'angle du coude, celui-ci recule et oblige certains joints voisins à se désaligner par rapport à leur position de pose, et notam- ment les joints entre le coude et les éléments tubulaires adjacents Comme au moins l'un de ces derniers est nor malement constitué par une courte coupe de tuyau, la déviation ainsi engendrée peut être intolérable pour le joint correspondant et entraîner sa rupture, ou au moIns sa fuite. Des désalignements nuisibles peuvent également apparaître lors de la mise en service de conduites rectilignes, par exemple en cas d'affouillement, lorsque le terrain sur lequel s'appuie latéralement la canalisation cède. L'invention a pour but de ramener dans des limites acceptables les désalignements des joints dus å la mise en pression d'une canalisation. A cet effet, elle a pour objet un procédé de pose d'une canalisation destinée à véhiculer un fluide sous pression , caractérise en ce que l'on tient compte au moment de la pose d'une extension pouvant résulter de la mise en pression de la canalisation. Dans un premier mode de mise en oeuvre: (a) on pose un premier élément de canalisation, (b) on insère le bout mâle d'un deuxième élément de canalisation dans l'em- boîtement du premier, et on verrouille le joint en traction; (c) on applique aux organes de verrouillage la force maximale de deboîtement prew e en service; et (d) on repe- te ces opérations successivement de proche en proche, tout le long de la partie verrouillée de la canalisation. Ainsi, on effectue une pre-extension de la conduite, ce qui exclut pratiquement toute nouvelle extension lors de la mise en pression. Dans un deuxième mode de mise en oeuvre, applicable aux conduites coudees,on fixe rigidement aux extre- mites du coude des tuyaux de grande longueur. On accepte dans ce cas l'extension de la canalisation, mais on en ramene les effets sur les joints dans des limites acceptables. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexes, sur lesquels: la Fig. 1 illustre schématiquement le comportement d'une canalisation au voisinage d'un coude lorsque la pose est effectuée sans précaution particulière; la Fig. 2 illustre schématiquement le comportement d'une canalisation rectiligne dans les mêmes conditions; les Fig. 3 à 5 illustrent en coupe axiale le premier mode de mise en oeuvre de l'invention, appliqué à trois types de joints différents; la Fig. 6 illustre le deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention. La Fig. 1 représente schematiquement en plan une conduite ou canalisation 1 de grand diamètre (par exem- ple 1600 mm) posée en tranchée et butée à chaque extrémité par exemple sur des vannes 2,3. La canalisation 1 forme au repos entre ces deux vannes un coude 4, par exemple à 900. La garniture d'étanchéité des joints peut être du type à compression radiale ou à compression axiale, auquel cas une contre-bride auxiliaire est utilisée. Tous les joints de la conduite, au moins sur une distance importante de part et d'autre du coude, sont verrouillés en traction. Lorsque la pression d'essai (par exemple 20 bars) est établie, on observe une extension des branches 2-3 et 3-4; le terrain,derrière le coude 4,se tasse sans pouvoir s'opposer à la résultante R des efforts d'exten sinon, dirigée suivant la bissectrice extérieure de l'angle du coude. Celui-ci recule ainsi jusqu'au point 5, çe qui implique une déformation des deux branches 2-4 et 3-4, surtout au voisinage du coude, comme représenté en pointillé I1 se produit donc des désalignements de certains joints, notamment, comme indiqué plus haut, des deux joints adjacents au coude, et de tels désalignements risquent de provoquer des fuites ou même des ruptures de ces joints. La Fig. 2 montre une conduite rectiligne 6 butée a ses deux extrémités, en 7 et 8. Si un relâchement se produit dans la tenue latérale des terres au niveau d'un joint 9, sous lteffet par exemple d'un affouillement, ce joint non contenu se déporte en un point 10; la canalisation prend alors la forme d'une ligne brisée 7-10-8, représentée en pointillé, ce qui peut être intolérable pour la tenue à la rupture ou à ltétanchéité du joint 9. Comme expliqué plus haut, le verrouillage des joints reduit considérablement les déplacements 4-5 (Fig.l) ou 9-10 (Fig. 2). Cependant, des phénomènes que l'on ne prend. normalement pas en considération font sentir leurs effets pratiques pour les très grands diamètres et les très fortes pressiorsde fluide. Ces phénomènes font apparaître ces déplacements (très exagérés aux Fig. 1 et 2) malgré le verrouillage en traction des joints,et l'invention permet d'éliminer leurs effets nocifs, comme on va maintenant le décrire. Le joint de la Fig. 3 est décrit en détail dans la demande française n 78.23 362. La garniture d'étanchéité 11 est comprimée radialement entre un logement de l'emboîtement 12 d'un tuyau 13 et le bout mâle 14 du tuyau suivant 15. Celui-ci porte, à l'exterieur de l'emboîtement 12, un relief 16; sur la face de ce dernier opposée à l'emboîtement 12 est applique un jonc fendu 17 à section carrée.Le verrouillage est assure parplusieure sectfgs Ousabots 18 à section en Z couche dont une extraite 19 en saillie raciale s'engage,à travers une fente 20, derrière une colle rette d'extrémité 21 de l'emboîtement et dont l'autre extrémité defi- nit une cavité 22 qui reçoit le jonc 17 et se termine par une colle rette radiale 23.Celle-ci est pecée de trous axiaux tarares 23a traverses par des vis sans tête 24 s'appuyant sur la face en regard du jonc 17. Des oreilles percées 25 permettent,par exemple au moyen d'un câble (non represente), de retenir radialeIrent les secteurs 18 sur le tuyau 15. La pose classique en tranchée d'un tel joint s'opère counme suit: on met la garniture 11 en place dans son logement de l'emboîtement 12, et on pose le tuyau 13; on insère le bout mâle 14 dans l'emboitement, en laissant un espace entre sa tranche d'extrémité 14a et le fond 12a de l'emboîtement, comme représenté en traits mixtes; on met le tuyau 15 dans sa position théoriquement définitive, qui est à peu près inévitablement légèrement déviée par rapport à l'axe du tuyau 13; on met en place les secteurs18 avec leur extrémité 19 appliquée contre la face intérieure de la collerette 21; on visse les vis 24 jusqu'à ce qu'elles touchent le jonc 17. La mise en pression du fluide à l'intérieur de ce joint engendre des efforts opposes F et G de possée axiale tendant au déboutement du joint. Ces efforts de poussée sont équilibrés par l'appui des vis 24 sur le relief 16-17 et de la saillie 19 du sabot 18 sur la collerette 21 de l'emboîtement. I1 en résulte une tension axiale des tuyaux 13 et 15 et des sabots 18 qui les réunissent. Ces tuyaux 13, 15 et les sabots 18 constituent ainsi-un premier réseau ou trajet axial de transmission d'efforts. Selon l'invention, on réalise en plus, lors du montage du joint, un deuxième réseau axial antagoniste du premier, de la façon suivante : on continue à visser les vis 24 jusqu'à venue en contact de la tranche d'extremitE 14a du bout uni sur le fond 12a de l'emboîtement. Dans un deu xieme temps, on visse encore plus ces mêmes vis 24, en-les utilisant comme des vérins, pour imposer, dès la pose, au premier réseau défini plus haut, une tension au moins équivalente à celle résultant de l'application des forces F et G de poussée axiale sous l'effet de la pression hydraulique, et plus précisément des forces F et G maximales prévisibles. Cette pré-compression de l'ensemble vis 24, relief 16-17, bout uni 14, mate toutes les aspérités des contacts 24-23a, 24-17, 17-16,21-19 etl4a-l2aw Au moment de la mise en pression, ces matages étant acquis, il n'y a plus aucune élongation du joint, car le fluide sous pression ne fait que prendre le relais du réseau de transmission comprimé au moment de la pose. En d'autres termes, on fait subir artificiellement aux organes de verrouillage du joint les efforts qui seront développés par le fluide en service. En variante, lors de la création du réseau antagoniste de transmission d'efforts, on peut disposer entre le bout mâle 14 et le fond de l'emboItement une cale circulaire continue ou des cales discontinues. Ces cales tenon représentées) peuvent être de longueur axiale variable, si le joint est monté au départ avec une déviation angulaire, auquel cas les vis 24 ont des longueurs de vissage différentes. On peut aussi disposer entre le bout mâle 14 et le fond 12a des vérins à vis, ce qui revient à dissocier axialement les vis 24 en deux sections distinctes. Après la pose, on peut laisser en place ces vérins, ou leur substituer des coins. La Fig. 4 montre l'application de l'invention à un autre type de joint à compression radiale verrouil le. Ce joint est décrit en détail iwans la demande franbaise n 78.31 994. On retrouve sur cette Fig. 4 la garniture 11 pincée radialement entre l'emboitement 12 et le bout uni 14. Cependant, les organes de verrouillage sont pour l'essentiel contenus à l'interieur de l'emboitement: la collerette de fermeture 26 de celui-ci est continue et délimite avec une couronne 27 à section en L coulissant avec un jeu radial une capacité deformable remplie de billes 28. L'angle du L s'appuie sur un jonc fendu 29 qui bute sur un relief 30 tel qu'un cordon de soudure prévu sur le bout uni.L'effort de deboitement se transmet du bout mâle à l'emboitement par le relief 30, la couronne 27, les billes 28 et la collerette 26, ce qui constitue le premier réseau ou trajet de transmission. Dans ce cas, on ne peut pas utiliser les organes de verrouillage eux-memes pour créer le deuxième réseau de translr.ission d'efforts. I1 faut avoir recours å des dispositifs auxiliaires, par exemple, comme repre- sente, à des vérins à vis 31 disposes entre la tranche d'extrémité l4a du bout uni 14 et l'epaulement 12a du fond de ltemboitement 12. On effectue la mise en compression de ces vérins, c'est-à-dire leur extension, ce qui a le même effet de matage et d'allongement que celui décrit en regard de la Fig. 3. On peut comme précédemment, après avoir serre les vérins 31, enfoncer à leur place des coins. La Fig. 5 montre l'application de l'invention à un joint du genre presse-etoupe ou à compression axiale de la garniture d'étanchéité, décrit en détail dans la demande française n 78.31 995. Le verrouillage, dans ce cas, est obtenu au moyen d'une pièce annulaire 32 à section en S couché dont les extrémités butent sur des épaulements respectifs en regard 33, 34 de l'emboltement et du bout m le. Cette pièce de verrouillage 32 est progressivement axialement déformable, de façon plastique, sous l'effet d'un effort de déboitement croissant,de façon à répartir cet effort sur la partie juste nécessaire de sa périphérie lorsque les tuyaux 13 et 15 sont déviés l'un par rapport à l'autre. La garniture 35 est comprimée axialement, par une contre-bride 36 s'appuyant sur la périphérie extérieure de l'emboitement, contre une surface tronconique 37 menagee à l'entrée de cet emboltement. I1 résulte de cette conception sur la pièce d'entretoisement 32 qu'au moment de la montée en pression, le matage de tous les contacts s'ajoute à une contraction relativement importante de cette pièce. L'élongation du joint peut alors atteindre et dépasser la vingtaine de millimètres, de sorte que la mise en oeuvre de l'invention est particulièrement opportune dans ce cas. Le pré-étirement d'un tel joint s'opère de la meme façon qu'à la Fig. 4, mais le dispositif auxiliaire utilisé doit avoir une course utile plus longue. En variante, on peut, dans tous les cas, obtenir l'action de pré-étirement recherchée au moyen d'un appareil de dOplacement axial de tuyaux tel que celui décrit dans le brevet FR 2 151 598, ou dans le brevet FR 2 263 443, puis relayer cet appareil par enfoncement de coins radiaux dans l'intervalle entre les surfaces 12a et 14a. On peut aussi utiliser un appareil extenseur extérieur prenant appui sur les fAts des tuyaux 13 et 15, auquel sont ensuite substitues des coins introduits dans l'intervalle entre les surfaces 12a et 14a. L'opération sur les joints ainsi décrite, reproduite de proche en proche le long de la canalisation, lors de la pose, sur toute la distance ou les joints doivent être verrouillés, garantit ainsi à ces joints une immobilite rigoureuse au moment de la montée en pression, dans le cas de la Fig. 1 ov dans celui de la Fig. 2. Cette solidarisation rigoureuse des joints par application d'un étirement préalable leur interdit ainsi toute élongation ultérieure. Cependant, meme avec ces précautions, la conduite sous pression peut tout de même, dans le cas de la Fig. 1, encore connaître une certaine extension sous l'effet de l'allongement du métal des tuyaux; cet allongement a des effets moindres sur l'extension des conduites que n'en a l'elongation des joints, mais n'est pas negligeable.Il est donc souhaitable que la canalisation puisse admettre un recul limite du coude. A cet effet, suivant l'invention, on munit le coude de branches relativement très longues en lui adjoignant deux éléments tubulaires qui lui sont relies par des joints non susceptibles d'élongation. Par exemple, le coude 4 étant une pièce moulée dont les branches 4a, 4b (Fig 6) ont environ 20 crll de longueur, on fixe à chacune d'elles un tuyau 38a, 38b de 6 m de longueur. Ces joints sans possibilite d'élongation peuvent être réalisés par soudage ou par vissage. On peut aussi les réaliser en utilisant un joint verrouille pre-étiré comme décrit ci-dessus en regard des Fig. 3, 4 et 5. On peut aussi, comme represente à la Fig. 6, employer des joints à brides 39 comportant une gorge annulaire 40 de logement d'une garniture d'étanchéité annulaire 41 à comprimer axialement mais garantissant, de part et d'autre cette gorge, en 42 et 43, un contact métal sur métal. Dans ce cas, le vissage des boulons 44 des brides pemet d'avoir dans les joints 39 la compression représentative de la pression hydraulique maximale appelée à régner dans la conduite. Des considérations géométriques montrent que le déplacement d'un coude 4-38a-38b ainsi allongé provoque à la jonction entre les tuyaux 38a et 38b et les tuyaux suivants, pour un déplacement donné, un désalignement beaucoup moins important que dans le cas dssun simple coude 4, surtout si lesdits tuyaux adjacents sont courts. De plus, la pièce 4-38a-38b a une surface et un poids importants qui s'opposent à son déplacement lors de la montée en pression. Ainsi, le désalignement des joints peut entre ramené dans des limites acceptables. I1 peut d'ailleurs, dans certains cas d'application, en entre ainsi meme si les joints de chaque partie rectiligne 2-4 et 3-4 de la conduite ne sont pas pré-etirés comme décrit plus haut mais sont au contraire simplement verrouilles en traction de façon classique. REVENDICATIONS 1.- Procédé de pose d'une canalisation des tinee à véhiculer un fluide sous pression, caractérisé en ce que l'on tient compte au moment de la pose d'une extension pouvant résulter de la mise en pression de la canalisation. 2.- Procédé suivant la revendication 1, carac terise en ce que: (a) on pose un premier élément de canalisation; (b) on insère le bout mâle d'un deuxième élément de canalisation dans l'emEoitement du premier, et on verrouille le joint en traction; (c) on applique aux organes de verrouillage la force maximale de déboîtement prévue en service;et (d) on répète ces opérations successivement, de proche en proche,tout le long de la Ortie verrouillée de la-canalisation. 3.- Procédé suivant la revendication 2, carac terise en ce que les organes de verrouillage des joints comprennent des vis axiales formant entretoises et en ce que, pour appliquer la force de deboitement, on amène le bout mâle en butée contre le fond de l'emboitement au moyen des vis, puis on continue à serrer ces vis. 4.- Procédé suivant la revendication 2, carac terise en ce que, pour appliquer la force de deboitement, on interpose entre le fond de l'emboitement et la tranche d'extrémité du bout mâle des organes d'écartement tels [ue des vérins à vis. 5.- procède suivant la revendication 4, carac terise en ce qu'après obtention de la force de deboitement desiree, on remplace les organes d'écartement par des cales. 6.- Procédé suivant la revendication 2, carac terise en ce que, pour appliquer la force de deboîtement, on utilise un dispositif annulaire d'extension intérieur ou extérieur, que l'on remplace ensuite par des cales. 7.- Procédé suivant la revendication 1, pour conduites coudées, caractérisé en ce qu'on fixe rigidement aux extrémités du coude des tuyaux de grande longueur. 8.- Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la fixation est une fixation par brides avec contact metal-metal. .- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'on serre les boulons des brides de façon à reproduire les efforts maximauxde traction exercés sur ceux-ci par la pression du fluide véhiculé.