Brevet FR2465937A1 — publié le 19810327

-1- La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour réduire une surpression dans une conduite de transport de liquide. Des dommages importants peuvent résulter de surpressions dans une conduite de transport de liquide; de telles surpressions peuvent se produire lors de modifications brusques de vitesse du liquide ainsi qu'au démarrage ou à l'arrêt d'une pompe. Ces surpres- sions ont été réduites dans certains cas par actionnement de valves qui s'ouvrent lorsque ces surpressions surviennent. Du fait que de nombreuses surpressions dans les conduites n'atteignent pas des niveaux dangereux, une dérivation du liquide, à chaque fois qu'elles se produisent, constitue une perte inutile et peut nécessiter un réservoir de capacité énorme. En particulier lorsque l'on utilise un réservoir fermé celui-ci peut être très coûteux. La présente invention se propose de fournir un procédé et un dispositif utilisables pour réduire uniquement les surpressions qui dépassent une limite tolérable en sécurité par la conduite. La présente invention a pour objet un procédé pour réduire une surpression de liquide dans une conduite, dans lequel des aug- mentations de pression dans la conduite sont contrôlées et canalisées vers un réceptacle fermé lorsque la pression dépasse un niveau de sécurité prédéterminé, caractérisé par le fait que pendant chaque décompression on prélève une quantité de liquide juste suffisante pour maintenir la pression dans ladite conduite dans une plage de sécurité et par le fait que l'énergie de ladite quantité de liquide est dissipée pour l'amener à un état de repos lorsqu'elle est déviée vers ledit réceptacle fermé. La présente invention a également pour objet un dispositif de réduction de surpression dans une conduite de transport de liqui- de comprenant une ligne de décompression, susceptible d'être connec- tée par une extrémité à une conduite et par l'autre extrémité à un réceptacle fermé, et un élément de décompression bloquant l'écou- lement dans ladite ligne de décompression, caractérisé par le fait que ledit élément de décompression est agencé pour s'ouvrir rapide- ment de façon à permettre un écoulement à grand débit lorsque la pression de fluide dans ladite ligne atteint une limite de sécurité prédéterminée au-dessus de la pression normale de la conduite, que des moyens sont prévus pour moduler l'écoulement du fluide à travers ledit élément de décompression et que des moyens sont prévus dans ledit réceptacle pour stopper progressivement l'écoulement. GB/47735 -2- L'élément bloquant l'écoulement peut être réalisé sous la forme d'une valve de décompression du type possédant un tube flexi- ble qui est serré autour d'une barrière circulaire par la tension d'une boucle et par la pression d'un gaz pilote l'entourant. Lorsque cette valve de décompression est ouverte, le liquide dans la condui- te est dévié à travers la ligne de décompression vers le réceptacle fermé qui est de préférence prérempli d'un gaz à un niveau de pres- sion suffisant pour amortir l'impact et comme cela est souhaitable dans certains cas pour maintenir le liquide dans son état liquide. En fonctionnement, le gaz pilote est maintenu à un niveau de pression prédéterminé qui est bien supérieur à la pression nor- male de la conduite mais qui se trouve dans la plage tolérable en sécurité par la conduite. Ainsi le liquide est dévié de la conduite vers le réceptacle fermé uniquement dans les cas d'apparition de surpressions dangereuses et en un volume uniquement nécessaire pour empêcher l'apparition de pics de pression dépassant le niveau de sécurité. Dans un mode de-réalisation préféré, la ligne de décom- pression est reliée à un tuyau dans un réceptacle fermé, ledit tuyau possédant sur sa longueur une pluralité d'ouvertures à travers lesquelles le liquide s'écoule lors de son déplacement. Après la fin de la surpression, et alors que la pression de la conduite diminue une ligne de retour ramène le liquide ainsi dévié vers la conduite. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à titre d'exemple en se référant au dessin annexé dans lequel la figure 1 est une vue générale schématique d'un dispo- sitif de réduction de surpression selon l'invention, la figure 2 est une vue en bout du dispositif, les figures 3 à 10 illustrent différentes variantes de réalisation de l'invention. En se référant aux dessins, on voit aux figures 1 et 2, un dispositif de réduction de surpression 10 relié pour son fonction- nement à une conduite de transport de liquide 12 et possédant une branche ou ligne de décompression 14 en communication ouverte avec elle. Des surpressions se produisent fréquemment lorsque le liquide en circulation est soumis à des changements brutaux de conditions d'écoulement, notamment lorsqu'une pompe (non représentée) est mise en route ou arrêtée. Le dispositif est agencé pour réduire de telles surpressions lorsqu'elles dépassent un niveau prédéterminé de sécuri- té pour un fonctionnement en sécurité. GB/47735 -3- Une valve 16 de décompression est prévue dans la ligne de décompression 14 et, en fonctionnement, la pression en excès est canalisée à travers la valve 16 qui est maintenue en position ou- verte par la pression de liquide dans la conduite. La valve 16 peut être du type à tube expansible connue par exemple d'après le brevet U.S. no 3. 272.470. Dans un exemple type, la valve de décompression 16 comprend une enveloppe cylindrique 18 serrée entre deux plaques de fermeture 20 au moyen de goujons 22. Les plaques de fermeture sont à leur tour fixées par des moyens conventionnels à des brides complémentaires 24 dans la branche de conduite 14 qui possède une extrémité de sortie reliée à un réservoir de stockage 26. Un noyau fendu 28 est supporté à l'intérieur de l'envelop- pe de valve 18 et comprend des rangées périphériques espacées de fentes d'entrée et de sortie 30 et 32 sur des côtés opposés axia- lement d'une barrière intermédiaire 34. Un tube expansible flexible est étiré autour d'une surface externe de fermeture cylindrique 38 sur la barrière, normalement pour empêcher l'écoulement depuis les fentes d'entrée 30 vers les fentes de sortie 32. Un gaz de commande, tel que l'azote provenant d'une source 39 est régulé par un régula- teur 40 à une pression prédéterminée Pj lorsqu'il est amené à un espace ou chemise annulaire 41 entourant le tube expansible 36 à l'intérieur de l'enveloppe. La pression de la gaine Pj est bien au- dessus de la pression normale de la conduite P1 mais à l'intérieur des limites de sécurité de la conduite et permet à la valve 16 de s'ouvrir et d'assurer une décompression lorsque cette pression est dépassée. Un manchon de retenue 42 muni de perforations limite l'ex- pansion du tube de caoutchouc 36, tandis qu'une chambre spacieuse 43 autour du manchon de retenue 42 délimitée par l'enveloppe 18 assure un volume important pour la compression du gaz de commande, ce par quoi la valve de décompression 16 s'ouvre rapidement en réponse à la pression de la conduite exercée sur l'intérieur du tube flexible 36 lorsque la pression de la conduite atteint un niveau dépassant la pression de la chemise P. Un tube 44 d'atténuation d'énergie s'étend dans le réser- voir 26 et est relié directement à la ligne 14 par une connexion à bride appropriée 46. Le tube d'atténuation 44 est centré dans le réservoir 26 grâce à des bras 48 et est muni de plusieurs rangées d'ouvertures qui peuvent, comme représenté, être sous la forme de fentes longitudinales 50 espacées de manière arquée autour de sa GB/47735 -4- surface cylindrique. Le tuyau de la ligne de décompression 14 possède une courbure en forme de U entre la valve de décompression 16 et le réceptacle fermé 26 et pour une plus grande accessibilité, l'axe du réservoir 26 est, comme représenté à la figure 2, décalé par rapport au plan vertical de l'axe de la valve 16. La configuration en U dissipe plus d'énergie du liquide dévié, en lui imposant des pertes par frottement; l'inversion rapide tend à égaliser les forces de poussée. La courbure permet en outre une structure plus compacte. En outre, la force centrifuge tend à pousser le liquide vers la paroi extérieure du tuyau. Cela, associé avec la disposition inclinée du tuyau de décompression 14, a tendance à engendrer un mouvement rotationnel du fluide dans l'écoulement et provoque un allongement du front en déplacement rapide convertissant le "bloc de piston" en un coin. Il est hautement souhaitable d'avoir une zone de fentes dans le tube 44 plus grande qu'il n'est nécessaire pour permettre un débit de liquide maximal, de telle sorte que le gaz est aspiré dans le tube 44 pour réduire la pression du liquide créant une plus grande différence de pression pour accroître l'écoulement depuis la valve 16. Dans tous les cas, lorsque la valve de décompression 16 s'ouvre, le liquide dévié dans le tube 44 s'écoule, tombe et est projeté à travers les ouvertures 50 ce par quoi son énergie est atténuée jusqu'à ce qu'il atteigne un état de repos dans le réser- voir 26. Le réservoir 26 est préchargé d'un gaz tel que l'air ou l'azote depuis la source 39 régulé par un régulateur 51 à une pres- sion prédéterminée Pc pour amortir l'impact des ondes de surpression et, dans le cas de certains liquides tels que des liquides volatils, par exemple du butane, pour maintenir une pression suffisante pour les empêcher de devenir gazeux. Le capuchon de fermeture 52 à l'ex- trémité du tube d'atténuation 44 emprisonne le gaz dans la partie d'extrémité non perforée pour fournir un amortissement supplémen- taire. Le dispositif de décompression est conçu seulement pour réduire les surpressions dangereuses; la plupart des surpressions sont absorbées dans la conduite elle-même. Même dans le cas de surpressions dangereuses, seule est déviée vers le réservoir 26 la quantité de fluide de la conduite attribuable à la partie de la GB/47735 -5- surpression dépassant les limites de sécurité de la conduite en prenant en compte une marge de sécurité. Cela signifie que, si l'on détermine que la conduite peut accepter avec sécurité des pressions d'un niveau donné qui peuvent être bien au-delà des pressions norma- les de conduite, la valve de décompression 16 est réglée de telle manière qu'elle ne s'ouvre que lorsque ce niveau est atteint. Puis, seul le volume de liquide nécessaire pour maintenir la pression de pointe à un niveau de sécurité déterminé doit être reçu dans le tube d'atténuation 44 et amorti par la pression de précharge Pc détermi- née compte tenu des paramètres de base de la conduite et qui peut être la pression atmosphérique ou une pression supérieure. En particulier, grâce à la boucle 14a dans la ligne 14 permettant de disposer le réservoir 26 au voisinage de la valve de décompression 16 l'ensemble du dispositif est extrêmement compact et peut être assemblé et expédié sur une seule plateforme ou palette (non représentée). Après l'atténuation d'une surpression dans la conduite 12, il est souhaitable de rétablir l'aptitude du dispositif 10 par le transfert du liquide dévié depuis le réservoir à nouveau vers la conduite 12 de façon à ramener le réservoir à sa capacité de décom- pression totale ou pratiquement totale. Dans ce but, une petite ligne de retour 54, en dérivation par rapport à la valve 16 est munie d'une valve tout ou rien 56 dans le cas o il peut être souhaitable de contrôler manuellement le retour. En outre ou en variante, on peut prévoir une simple valve de contrôle 58 dans la ligne pour un retour automatique de liquide lorsque la pression dans le réservoir et la ligne 14 en aval de la valve de décompression 16 dépasse celle de la conduite 12 après la surpression. Dans tous les cas, du fait que la pression du liquide dans le réservoir 26 et la ligne 14 accrue par le coussin de gaz comprimé est habituellement bien au-delà de la pression de la conduite, le liquide revient vers la Conduite 12 sans nécessiter de pompe lorsque la pression dans la conduite 12 revient à son niveau normal ou pratiquement normal. Avec un retour de liquide automatique permis par la valve de contrôle 58 une valve à flotteur 60 est également prévue de façon que lorsque l'écoulement du liquide cesse, la valve à flotteur se ferme pour empêcher une perte de gaz préchargé dans la chambre 26. Pour compléter la purge du réservoir 26, une ligne de drain de liquide 62 débouche à la partie inférieure du'réservoir 26 et possède une valve de contrôle 64, prévue pour permettre l'écoule- ment. GB/47735 -6 - La figure 3 représente un mode de réalisation dans lequel l'onde de surpression est réduite en dirigant une quantité de liqui- de depuis la valve de décompression 16 à travers un tuyau de décom- pression 66, et l'énergie du liquide ainsi déviée est atténuée par impact sous forme de jet contre l'extrémité d'un réservoir cylin- drique 68. Un inconvénient évident de ce mode de réalisation réside dans la poussée unidirectionnelle imposée au dispositif par l'impact du jet. La figure 4 représente un mode de réalisation dans lequel une poussée unidirectionnelle est évitée en dirigant le jet tangen- tiellement par rapport au réservoir cylindrique 70. Ceci engendre une masse tourbillonnant autour du réservoir 70 dissipant l'énergie tout en évitant l'impact du jet. Si le tuyau de décompression 72 est placé près de l'extrémité du réservoir 70, le liquide suit un trajet généralement en spirale jusqu'à atteindre le fond. Dans la figure 5, le gaz ou tampon G contenu dans l'extré- mité fermée 74 de la chambre de dissipation d'énergie 76 est séparé du liquide gr&ce à un piston 78 ou analogue. Ceci évite l'entraine- ment du gaz dans le liquide et une perte résultante du gaz d'amortis- sement lorsque le liquide est ramené à la conduite. L'énergie de l'écoulement dévié est dissipée en comprimant le gaz dans l'extré- mité fermée 74 de la chambre 76 derrière le piston 78. Si on le désire le coussin de gaz peut être accru ou remplacé par un ressort 80. La figure 6 représente comment l'énergie est à nouveau atténuée en comprimant un gaz G. Le gaz est séparé du liquide de la conduite par un diaphragme 62 fixé en travers de la chambre fermée 84. En outre, le diaphragme peut être élastique pour dissiper davan- tage d'énergie en s'étirant. La figure 7 représente un mode de réalisation comportant une série d'accumulateurs 86 débouchant dans la chambre fermée 88, chacun étant muni d'une vessie 90 chargée en gaz sous pression. Ainsi le liquide en surpression s'écoule dans les accumulateurs 86 pour comprimer le gaz dans les vessies 90 dissipant ainsi l'énergie. En outre, la chambre 88 peut être préchargée par un gaz d'amortis- sement. La figure 8 représente un mode de réalisation dans lequel l'énergie est atténuée en munissant la chambre fermée 92 d'une série de courbes 94 qui imposent des pertes par frottement au liquide dévié. En outre, la chambre peut présenter une section croissant GB/47735 -7- progressivement pour dissiper davantage d'énergie. Egalement comme représenté dans la figure 8, le dispositif selon l'invention n'est pas limité à une valve à tube expansible comme représenté dans la figure 1. Dans tous les modes de réalisa- tion, on peut obtenir un fonctionnement avec un dispositif de blo- cage d'écoulement quelconque s'ouvrant à un niveau de pression prédéterminé. Par exemple, un mécanisme 96 muni d'un disque de rupture 98 qui se rompt à une pression déterminée permet un écoule- ment complet et répond aux exigences de fonctionnement. Cependant, sans le tube expansible de la figure 1 pour moduler l'écoulement, d'autres moyens, tels qu'un faisceau de tube 100 pour imposer des pertes par frottement peuvent être nécessaires pour réduire l'impact contre la chambre fermée 92. Dans le mode de réalisation de la figure 9, la chambre 102 est coudée vers le haut de telle sorte que l'impact du liquide en surpression s'effectue contre une paroi en pente. Cela produit un effet similaire à la dissipation de l'énergie des vagues de l'océan se brisant sur une plage. Enfin le mode de réalisation de la figure 10 évite l'incon- vénient d'une poussée unilatérale en réalisant la chambre fermée 104 sous la forme d'un "Y" pour diviser le courant en 106 et 108 avant que les deux courants ne frappent un réservoir 110 depuis des direc- tions opposées pour produire un effet d'amortissement mutuel. GB/47735 -8 - REVENDICATIONS - 1. Procédé pour réduire une surpression de liquide dans une conduite, dans lequel des augmentations de pression dans la conduite sont contrôlées et canalisées vers un réceptacle fermé lorsque la pression dépasse un niveau de sécurité prédéterminé, caractérisé par le fait que, pendant chaque décompression, on pré- lève une quantité de liquide juste suffisante pour maintenir la pression dans ladite conduite dans une plage de sécurité, et par le fait que l'énergie de ladite quantité de liquide est dissipée pour l'amener à un état de repos lorsqu'elle est déviée vers ledit récep- tacle fermé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une charge de gaz est introduite dans ledit réceptacle fermé de manière à, lorsqu'elle est comprimée par ladite quantité de liquide, être susceptible de forcer le liquide à revenir dans la conduite lorsque la pression de celle-ci a été réduite. 3. Dispositif de réduction de surpression dans une con- duite de transport de liquide, comprenant une ligne de décompression susceptible d'être connectée par une extrémité à une conduite et par l'autre extrémité à un réceptacle fermé, et un élément de décompres- sion bloquant l'écoulement dans ladite ligne de décompression, caractérisé par le fait que ledit élément de décompression (16) est agencé pour s'ouvrir rapidement de façon à permettre un écoulement à grand débit lorsque la pression de fluide dans ladite ligne (14) atteint une limite de sécurité prédéterminée au-dessus de la pres- sion normale de la conduite, que des moyens (36) sont prévus pour moduler l'écoulement du fluide à travers ledit élément de décompres- sion (16) et que des moyens (44, 50) sont prévus dans ledit récep- tacle (26) pour stopper progressivement l'écoulement. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite ligne de décompression (66) et le réceptacle (68) sont sensiblement exempts d'éléments de friction susceptibles de créer une pression de retour modifiant le fonctionnement dudit élément de décompression au cours du fonctionnement, et que ledit réceptacle (68) comprend un réservoir fermé sensiblement cylindri- que, ladite autre extrémité de la ligne de décompression (66) s'étendant dans ledit réservoir selon l'axe de celui-ci et possédant un orifice de décharge à son extrémité aval. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le- fait que ledit réceptacle comprend un réservoir sensiblement cylin- GB/47735 -9- drique (66), un orifice de décharge à l'extrémité aval de la ligne de décompression (72) étant dirigé tangentiellement par rapport audit réservoir. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'autre partie d'extrémité (44) de ladite ligne de décom- pression (14) s'étend dans ledit réceptacle (26), une pluralité de perforations, de préférence sous forme de fentes (50) étant réali- sées dans la partie (44) de ladite ligne de décompression (14) dans ledit réceptacle, la surface totale desdites perforations (50) étant de préférence plus grande que celle nécessaire pour admettre le débit du liquide à travers elles de telle sorte que le gaz est aspiré à travers elles en fonctionnement. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'extrémité aval (52) de ladite autre partie d'extrémité (44) de la ligne de décompression (14) n'est pas perforée sur une partie de sa longueur de telle sorte que le liquide s'écoulant à l'intérieur emprisonne un volume de gaz d'amortissement d'impact. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3, 6 et 7, caractérisé par le fait qu'une courbe en forme de U (14a) est réalisée dans ladite ligne de décompression entre ledit élément de décompression bloquant l'écoulement (16) et ladite autre partie d'extrémité (14), ledit réceptacle étant sous la forme d'un réser- voir sensiblement cylindrique (26), ladite autre partie d'extrémité (44) de la ligne de décompression s'étendant selon l'axe du récep- tacle, ledit axe étant décalé par rapport au plan vertical de l'axe de l'élément de décompression. 9. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit réceptacle (94) présente une section transversale croissant sur sa longueur. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 9, caractérisé par le fait que ledit réceptacle (94) présente une pluralité de coudes pour provoquer des changements de direction multiples dans le fluide circulant à l'intérieur. 11. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit réceptacle (102) est allongé et en pente vers le haut de telle sorte que le fluide s'écoulant à l'intérieur frappe contre une paroi en pente. 12. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément sensible à la pression (78; 82) mobile dans ledit réceptacle (76; 84) est exposé à l'impact du GB/47735 -10- fluide circulant dans la ligne de décompression, et des moyens élastiques (80 et/ou G) contraignant ledit élément sensible à la pression à l'opposé dudit impact. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que ledit élément sensible à la pression comprend une vessie (90) dans ledit réceptacle (86), lesdits moyens élastiques compor- tant un gaz sous pression. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une charge de gaz sous pression est contenue dans ledit réceptacle. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 14, caractérisé par le fait qu'il comprend une ligne de retour (54) reliée à ladite ligne de décompression (14) et susceptible de communiquer avec la conduite (12), une valve (56, 58) étant prévue dans ladite ligne de retour. 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé par le fait que ladite valve est une valve de contrôle (58) agencée pour permettre un écoulement automatique dans un sens uniquement en direction de ladite conduite. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications et 16, caractérisé par le fait qu'il comprend une valve à flot- teur (60) dans ladite ligne de retour (54) agencée pour permettre l'écoulement du liquide uniquement en direction de la conduite. 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 17, caractérisé par le fait que l'élément de décompression bloquant l'écoulement (16) comprend une valve à tube expansible, en soi connue, comportant une barrière circulaire (34) s'étendant à travers un passage d'écoulement, un tube expansible (36) étiré autour de ladite barrière et un fluide de commande de pression autour dudit tube (41) de telle sorte que ledit tube s'étire à l'écart de ladite barrière pour permettre un écoulement lorsque la pression dans ladite ligne de décompression dépasse ladite pression de commande. GB/47735