Brevet FR2524116A1 — publié le 19830930

La présente invention concerne les tuyauteries souples et en particulier celles qui sont du type qui com- prend une carcasse principale de retenue de fluide ainsi qu'une carcasse secondaire de retenue de fluide qui en- toure une partie au moins de la longueur de la carcasse principale afin qu'elle empêche les fuites de fluide de la carcasse principale. Une tuyauterie souple du type indiqué précédem- ment est particulièrement utile pour le transport des fluides dont l'échappement créerait des risques impor- tants au point de vue sanitaire ou de la sécurité, et elle convient particulièrement bien aux applications dans les- quelles la tuyauterie souple doit supporter, en cours d'uti- lisation et en quantité considérable, des flexions, une manutention brutale pendant des opérations de raccordement et des intempéries très sévères, par exemple dans le cas d'une canalisation souple utilisée pour le transport du pétrole entre un pétrolier amarré au large et une installa- tion à terre. Le brevet britannique no 1 503 302 décrit une tuyauterie souple du type indiqué précédemment, dans la- quelle la carcasse secondaire est séparée de la carcasse principale et est réalisée afin qu'elle se dilate radia- lement sous l'action de la pression du fluide qui fuit à travers la carcasse principale et qui est retenu par la carcasse secondaire. On a constaté selon l'invention que, dans certaines conditions, une dilatation radiale excessive de la carcasse secondaire pouvait apparattre au voisinage de la fuite et pouvait provoquer non seulement une défor- mation très importante de la structure d'armature de la carcasse secondaire mais aussi la modification notable du déplacement et en conséquence du poids immergé, ces deux facteurs étant indésirables pour les raisons sui- vantes L'aptitude de la structure d'armature à supporter la pression des fuites de fluide est réduite par déforma- tion de la structure d'armature de sa configuration ori- ginale si bien qu'une défaillance prématurée de la car- casse secondaire peut apparaître L'équilibre délicat en- tre l'augmentation de flottaison et le poids de la tuyau- terie, nécessaire au maintien d'une configuration opti- male des tronçons successifs de tuyauterie et réduisant au minimum les contraintes dans la canalisation, est per- turbé par toute modification notable du poids immergé de l'un des tronçons de tuyauterie, si bien que ce changement peut avoir un effet nuisible sur tous les tronçons de tuyauterie. L'invention concerne une tuyauterie souple qui comporte une carcasse principale de retenue de fluide, une carcasse secondaire qui entoure une partie au moins de la carcasse principale et qui peut se dilater radia- lement par rapport à la carcasse principale lorsque du fluide fuit depuis la carcasse principale, et telle que la dilatation radiale de la carcasse secondaire par rap- port à la carcasse principale est limitée d'une manière prédéterminée. L'importance de la dilatation radiale de la carcasse secondaire par rapport à la carcasse principale peut être limitée par soudage de la carcasse secondaire à la carcasse principale à plusieurs emplacements dis- tants axialement le long de la tuyauterie Le soudage peut être continu en direction circonférentielle mais de préfé- rence il est discontinu afin que le fluide qui fuit depuis la carcasse principale s'écoule sur toute la longueur de la partie entourée autour de la carcasse principale. Dans une variante ou en plus du soudage préci- té de la carcasse secondaire sur la carcasse principale à des emplacements axiaux choisis, la dilatation radiale de la carcasse secondaire par rapport à la carcasse princi- pale peut être limitée par renforcement de la carcasse secondaire à plusieurs emplacements distants axialement le long de la tuyauterie Par exemple, la carcasse secon- daire peut être renforcée par des nappes-de cerclage pla- cées circonférentiellement. Lorsque la carcasse secondaire est à la fois soudée à la carcasse principale dans des positions axia- les choisies et munie de nappes circonférentielles de cer- clage ou analogues, ces nappes sont de préférence dispo- sées aux mêmes emplacements axiaux que le soudage entre les deux carcasses afin que les soudures soient renforcées et que l'importance de la dilatation radiale soit limitée en cas de défaillance des soudures. La limitation de l'importance de la dilatation de la carcasse secondaire en direction radiale par rap- port à la carcasse principale empêche une dilatation ra- diale locale excessive de la carcasse secondaire qui pour- rait provoquer une déformation importante et en conséquence une réduction de sa résistance à l'éclatement En outre, des modifications importantes du déplacement et en consé- quence de la masse immergée de la tuyauterie, sont évitées. La carcasse secondaire entoure de préférence toute la longueur de la carcasse principale, et les deux carcasses sont raccordées séparément, à chaque extrémité, à un raccord d'extrémité correspondant. De préférence, les deux carcasses comportent chacune une structure d'armature La dilatation radiale de la carcasse secondaire par rapport à la carcasse prin- cipale est avantageusement assurée par formation de la structure d'armature de la carcasse secondaire en une ma- tière ayant un allongement nettement supérieur à celui de l'armature de la carcasse principale, lorsqu'elle est soumise à la pression du fluide transporté à l'intérieur de manière que, à la pression nominale de fonctionnement de la tuyauterie, l'allongement de l'armature de la car- casse secondaire soit provoqué par les fuites de la car- casse principale, en permettant ainsi une dilatation ra- diale de la carcasse secondaire. La structure d'armature des deux carcasses peut comprendre une ou plusieurs couches d'une matière tissée ou tressée ou un enroulement hélicoïdal ou toute combinai- son de telles couches. Lorsque la carcasse secondaire a des nappes de cerclage ou analogues, celles-ci sont appliquées après- la structure d'armature, c'est-à-dire radialement à l'ex- têrieur de celle-ci, et sont formées d'une matière ayant un allongement inférieur à celui de la matière formant la structure d'armature. La tuyauterie peut comprendre une matière de flottaison ayant une faible masse volumique afin qu'elle possède la flottaison voulue correspondant à l'applica- tion de la tuyauterie, c'est-à-dire selon qu'elle doit participer à une canalisation immergée, qu'elle doit for- mer une canalisation disposée entre une bouée et le fond de la mer ou qu'elle doit former une canalisation entre une bouée et un navire et/ou le rivage La matière de flot- taison peut être incorporée à la masse des carcasses prin- cipale et/ou secondaire Dans une variante ou en outre, une matière de flottaison peut être placée entre les deux carcasses Cependant, indépendemment du fait que la tuyau- terie comporte une matière de flottaison, la tuyauterie ainsi formée ne présente pas d'espace préalablement formé à l'intérieur de la paroi et permettant la circulation du fluide qui fuit de la carcasse principale, c'est-à- dire que chaque couche formant la paroi de la tuyauterie est appliquée directement sur la couche précédente, et un espace est formé dans la paroi de la tuyauterie à la suite de fuites de fluide provenant de la carcasse princi- pale et provoquant une dilatation radiale de la carcasse secondaire. La tuyauterie peut avoir un diamètre interne constant ou variable, et elle peut être par exemple du type utilisé pour le raccordement d'une tuyauterie souple d'un premier diamètre à des collecteurs de diamètres dif- férents qui peuvent être présents par exemple sur un na- vire, une bouée ou une installation à terre. Un dispositif est avantageusement destiné à détecter les fuites de fluide de la carcasse principale, -ce dispositif de détection peut mettre en oeuvre la dila- tation radiale de la carcasse secondaire sous-l'action de la pression du fluide qui a fui, la tuyauterie pou- vant par exemple être munie de repères superficiels ex- ternes qui se déforment lors de la dilatation de la car- casse secondaire et donnent un avertissement visuel, ou la tuyauterie peut comporter un ou plusieurs dispositifs placés circonférentiellement autour de la carcasse se- condaire et destinés à transmettre un signal d'avertis- sement lors de la dilatation de la carcasse secondaire. Le dispositif de détection des fuites met très avantageusement en oeuvre un changement de la pression du fluide entre les deux carcasses et peut être du type décrit dans la demande de brevet britannique n' 8208403 déposée par la Demanderesse sous le titre "Improvements in or relating to flexible hose'. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale d'une tuyauterie souple selon l'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant la ligne III- III de la figure 1; et les figures 4, 5 et 6 représentent schématique- ment trois installations comprenant la tuyauterie souple des figures 1 à 3. La tuyauterie souple 1 représentée sur les fi- gures 1 à 3 des dessins annexés comporte une carcasse prin- cipale 2 de retenue de fluide entourée par une carcasse secondaire 3 destinée à retenir le fluide et à être au contact de la carcasse principale, un raccord correspondant 4 à chaque extrémité de la tuyauterie, les carcasses 2 et 3 étant fixées à ce raccord, et un détecteur correspon- dant 5 de fuites de fluide de la carcasse principale 2, monté sur chaque raccord. La carcasse principale 2 a un revêtement interne imperméable au fluide à transporter, une structure d'arma- ture et un revêtement externe La structure d'armature comporte plusieurs nappes de câblésd'acier enroulés en hé- lice avec un angle de pose de 500 ( 50) par rapport à l'axe longitudinal de la tuyauterie, les nappes succes- sives ayant des directions opposées afin que la construc- tion soit équilibrée, et un seul enroulement hélicoïdal d'un fil La carcasse secondaire 3 a un revêtement interne d'une matière polymère, une structure d'armature et un revêtement externe qui forme l'extérieur de la tuyauterie souple et qui peut supporter les conditions auxquelles celleci est soumise pendant l'utilisation La structure d'armature comporte plusieurs nappes de câblésayant un allongement élevé et enroulésavec un angle de pose de 600 (+ 5 ) par rapport à l'axe longitudinal de la tuyau- terie, les nappes successives ayant des orientations op- posées afin que la carcasse secondaire puisse se dilater radialement par rapport à la carcasse principale, après les fuites de fluide de cette dernière. Comme l'indique clairement les figures 1 et 2, le revêtement interne de la carcasse secondaire est soudé au revêtement externe de la carcasse principale en six emplacements 6 à 11, distants axialement le long de la tuyauterie, afin qu'il limite la dilatation radiale de la carcasse secondaire par rapport à la carcasse prin- cipale, la soudure de chaque emplacement axial étant formée dans quatre régions espacées circonférentiellement a, b, c et d afin que le fluide des fuites puisse s'écouler sur toute la longueur de la tuyauterie vers l'un ou l'autre raccord d'extrémité. En outre, la carcasse secondaire comporte six nappes de cerclage (non représentées) disposées circon- férentiellement et placées chacune à l'une des positions 6 à 11, en direction radiale vers l'extérieur de la struc- ture d'armature, ces nappes de cerclage étant formées de câblésà faible allongement, par exemple de câblésmétal- liquesenroulésautour de la tuyauterie Les nappes de cer- clage renforcent les soudures entre les deux carcasses et, comme elles sont formées de câblésayant un plus faible s allongement que les câblés de la structure d'armature, elles limitent la dilatation radiale de la carcasse se- condaire en cas de défaillance de l'une des soudures par fatigue ou dégradation à la suite de fuites de fluide, par exemple de pétrole, de la carcasse principale. Tous les raccords 4 sont semblables et, comme indiqué plus clairement sur la figure 3, ils comportent un embout axial 12 auquel sont raccordées des premières extrémités correspondantes des carcasses 2 et 3, et une bride radiale 13 destinée au raccordement d'un tronçon successif de tuyauterie (non représenté) ou d'un dispo- sitif d'entrée/sortie de fluide (non représenté) L'embout 12 a cinq nervures circonférentielles 12 a, 12 b, 12 c, 12 d et 12 e qui sont distantes axialement Chaque extrémité de la carcasse principale 2 passe sur les nervures 12 a, 12 b et 12 c et est en butée contre la nervure 12 d du rac- cord associé 14, et elle est raccordée par quatre cordons inextensibles 14 a, 14 b, 14 c et 14 d qui sont distants axia- lement et qui comprennent chacun deux enroulements de fil métallique La carcasse secondaire 3 est légèrement plus longue que la carcasse principale 2, et chaque extrémité de la carcasse 3 passe par dessus les nervures 12 d et 12 e du raccord associé 4 et lui est raccordée par deux cordons inextensibles 15 a, 15 b distants axialement et formés cha- cun d'un seul enroulement de fil La nervure 12 d a un canal 16 formé dans sa surface externe radialement et qui est continu en direction circonférentielle, et un trou interne 17 partant de la base du canal 16 est formé en direction axiale, vers la bride 13 du raccord associé Un tube 18 de petit diamètre interne, placé axialement et raccordé à une première extrémité, au trou 17, dépasse de l'extré- mité de la carcasse secondaire 3 et est raccordé, à l'au- tre extrémité, au détecteur 5 de fuites fixé par un dispo- sitif 19 de montage à une partie 20 de corps qui s'évase vers l'extérieur, formé dans le raccord associé. Le détecteur 5 de fuites peut être de tout type capable de détecter une variation de la pression du fluide et de commander un dispositif avertisseur, visuel et/ou acoustique, lorsque la pression du fluide des fuites, en- tre les deux carcasses, dépasse une valeur prédéterminée, et il est de préférence du type décrit dans la demande de brevet britannique précitée N O 8208403. Dans un premier procédé de fabrication, la tuyauterie souple est confectionnée sur un mandrin, chaque couche individuelle de la tuyauterie étant appliquée sous tension afin qu'il ne reste pas d'espace entre les deux carcasses dans la tuyauterie terminée Le soudage des deux carcasses est effectué par application d'un agent convenable de liaison à la face externe du revêtement ex- térieur polymérisé de la carcasse principale, dans les positions convenables, et par application d'un agent de démoulage tel qu'une silicone et/ou une matière polymère, sur le reste de la surface externe du revêtement externe durci de la carcasse principale, avant application du re- vêtement interne de la carcasse secondaire si bien que, lors de la polymérisation de la carcasse secondaire, le revêtement externe de la carcasse principale et le revête- ment interne de la carcasse secondaire se soudent uni- quement dans les zones dans lesquelles l'agent de liaison est appliqué. Lors de l'utilisation de la tuyauterie précitée, le fluide qui fuit à travers la carcasse principale 2 est retenu par la carcasse secondaire 3 qui, étant donné sa structure d'armature formée de câblés d'allongement élevé, se dilate radialement et forme un espace entre les deux carcasses Le degré de dilatation radiale qui est permis est réglé par le soudage des deux carcasses renforcé par les nappes circonférentielles de cerclage si bien que le fluide qui fuit doit s'écouler le long de la tuyauterie souple vers l'un ou 1 'autre raccord d'extrémité au niveau duquel sa présence est détectéepar le détecteur associé 5. En conséquence, la dilatation radiale locale de la tuyau- terie souple dans la région de la défaillance de la car- casse principale ne peut pas être excessive, et la détec- tion d'une fuite peut être réalisée avant qu'un volume important de fluide ait fui entre les deux carcasses et en conséquence avant qu'une augmentation notable de la masse immergée de la tuyauterie ait eu lieu. Les figures 4 à 6 représentent schématiquement trois exemples d'installations dans lesquelles la tuyau- terie souple précitée peut être incorporée Dans chacune des installations, plusieurs tronçons de tuyauterie souple sont raccordés bout à bout afin qu'ils forment une canali- sation souple 30 placée entre une bouée 31 qui flotte et un pipeline immergé 32 La bouée 31 qui flotte peut être par exemple raccordée à un pétrolier (non représenté) et le pipeline immergé 32 peut être raccordé à une installa- tion à terre destinée au chargement et au déchargement du pétrolier Dans chaque installation, Une tuyauterie souple au moins de la canalisation ou le raccord ou les raccords d'extrémités reliant les tronçons successifs de canalisation ont des colliers externes 33 de flottaison si bien que la canalisation doit prendre une configuration particulière qui réduit au minimum les contraintes appli- quées à-la canalisation Il faut noter que toute varia- tion importante de la masse immergée de tout tronçon de tuyauterie modifie la flottaison de celui-ci et, lorsque ce changement est important, la configuration optimale de la canalisation peut être modifiée et peut provoquer l'application de contraintes indésirables à la canalisa- tion et même une défaillance éventuelle La tuyauterie souple selon l'invention resout ce problème par détection des fuites de la carcasse principale avant un changement notable de la masse immergée et en conséquence de la flot- taison du tronçon de canalisation, c'est-à-dire avant que la canalisation soit déplacée par rapport à sa configura- tion optimale. L'invention n'est pas limitée au mode de réali- sation décrit précédemment qui peut être modifié de nom- breuses manières Par exemple, le nombre et l'étendue des soudures axiales et circonférentielles, formées entre les deux carcasses, peuvent varier en fonction des forces, des dimensions et des constructions de tuyauteries sou- ples, alors que la soudure circonférentielle, à un empla- cement axial particulier, peut être discontinue comme dé- crit ou continue en direction circonférentielle, surtout lorsque la détection du fluide qui a fui est réalisée dans des positions autres que les raccords d'extrémité, par exemple lorsqu'un dispositif est destiné à détecter la dilatation radiale de la carcasse secondaire De plus, la dilatation radiale de la carcasse secondaire peut être limitée par une combinaison de soudures et de nappes de cerclage comme décrit, ou par utilisation soit de soudures soit de nappes de cerclage séparément Les nappes de cer- clage peuvent être remplacées par toute autre structure annulaire convenable d'armature, par exemple par des an- neaux métalliques ou de matière plastique L'utilisation des colliers de flottaison peut être évitée par incorpo- ration d'une ou plusieurs couches d'une matière de flot- taison à la tuyauterie. REVENDICATIONS 1 Tuyauterie souple, du type qui comprend une carcasse principale de retenue de fluide, une carcasse secondaire de retenue de fluide qui entoure une partie au moins de la carcasse principale et qui peut se dilater radialement par rapport à la carcasse principale lors- que du fluide fuit depuis la carcasse principale, carac- térisée en ce qu'un dispositif ( 6-11) est destiné à li- miter la dilatation radiale de la carcasse secondaire ( 3) par rapport à la carcasse principale ( 2) d'une manière prédéterminée. 2 Tuyauterie selon la revendication 1, caracté- risée en ce que ledit dispositif ( 6-11) destiné à limiter la dilatation radiale de la carcasse secondaire ( 3) par rapport à la carcasse principale ( 2) comprend des soudures de la carcasse secondaire ( 3) à la carcasse principale ( 2) à des emplacements ( 6-11) espacés axialement le long de la tuyauterie ( 1). 3 Tuyauterie selon la revendication 2, caractérisée en ce que la soudure, à chaque position axiale ( 6-11) est discontinue (a, b, c, d) en direction circonférentielle. 4 Tuyauterie selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le dispositif ( 6-11) destiné à limiter la dilatation radiale de la carcasse secondaire ( 3) par rapport à la carcasse principale ( 2) est formé par renforcement circonférentiel de la carcasse secon- daire ( 3) en chacun de plusieurs emplacements ( 6-11) dis- tants axialement le long de la tuyauterie ( 1) et corres- pondant aux positions ( 6-11) auxquelles la carcasse secon- daire ( 3) est soudée à la carcasse principale ( 2). Tuyauterie selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le dispositif ( 6-11) destiné à limiter la dilatation radiale de la carcasse secondaire ( 3) par rapport à la carcasse principale ( 2) est formé par ren- forcement circonférentiel de la carcasse secondaire ( 3) en chacun de plusieurs emplacements ( 6-11) espacés axialement le long de la tuyauterie ( 1). 6 Tuyauterie selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisée en ce que les deux carcasses ( 2,3) comportent chacune une structure d'armature, et la structure d'armature de la carcasse secondaire est formée d'une matière qui présente un allongement nettement supé- rieur à celui de la matière formant la structure d'arma- ture de la carcasse principale. 7 Tuyauterie selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif ( 6-11) de limitation de la dilata- tion radiale de la carcasse secondaire ( 3) est formé par une armature circonférentielle ( 6-11) placée en chacune des positions ( 6-11) espacées axialement le long de la tuyauterie ( 1), et chaque armature circonférentielle ( 6- 11) est placée radialement à l'extérieur de la structure d'armature de la carcasse secondaire. 8 Tuyauterie selon la revendication 7, caracté- risée en ce que chaque armature circonférentielle ( 6-11) est formée d'une matière ayant un allongement inférieur à celui de la matière formant la structure d'armature de la carcasse secondaire. 9 Tuyauterie selon l'une quelconque des revendi- cations 4, 5, 7 et 8, caractérisée en ce que chaque arma- ture circonférentielle ( 6-11) est une nappe de cerclage. Tuyauterie selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que la carcasse se- condaire ( 3) entoure toute la longueur de la carcasse prin- cipale ( 2) et les deux carcasses ( 2, 3) sont raccordées séparément à un raccord respectif ( 4) à chaque extrémité.