Brevet FR2557294A1 — publié le 19850628

La présente invention concerne la détection des fuites, par exemple des raccords de tuyauteries ayant une excellente qualité. Les fuites d'hydrocarbures, qu'ils soient gazeux ou liquides, des canalisations et divers types de tuyau- teries utilisées dans les industries du pétrole et du gaz naturel posent des problèmes importants pour des raisons évidentes et parce que les dangers présentés ont conduit à l'utilisation depuis de nombreuses années de raccords ayant des filetages de type spécial qui réduisent le risque de fuites dans la mesure du possible. En outre, diverses matières d'étanchéité ou enduits de filetages de tuyauteries sont utilisés à cet effet, mais ils n'ont pas obligatoirement en pratique pour effet de réduire les risques de fuites en présence de saletés ou d'une mauvaise formation d'un filet. Certaines tuyauteries fonctionnent à des pressions très élevées, de l'ordre de 500 bars et même plus, et ces pressions nécessitent encore plus des raccords qui soient totalement dépourvus de fuites, même jusqu'à l'échelle moléculaire. L'invention concerne un appareil de détection de fuites de raccords de tuyauteries qui comporte un outil allongé destiné à suporter un raccord à tester, une struc- turede support portant un organe de manoeuvre commandé par un fluide et destinée à porter plusieurs organes allongés disposés parallèlement -à l'outil, avec un dispositif collecteur aux extrémités libres, et disposés de manière qu'ils collectent tous gaz de recherche de fuites provenant d'un raccord en cours d'essai, la manoeuvre de l'organe de manoeuvre assurant le réglage de la longueur de travail de l'outil en fonction de la longueur du raccord, l'outil allongé supportant un joint compressible et un dispositif destiné à mettre celui-ci en position de fonctionnement par compression, un dispositif d'introduction d'un fluide sous pression capable de manoeuvrer le joint compressible, un dispositif destiné à introduire un gaz de recherche dans un espace délimité par l'outil de manière que les filets du raccord puissent être exposés au gaz de recherche, le dispositif collecteur assurant la collecte du gaz de recherche qui peut avoir fui, et un dispositif détec- teur, par exemple un spectromètre de masse, capable de mesurer quantitativement le gaz de recherche qui peut avoir fui par les filets du raccord et qui a été collecté par le dispositif collecteur. L'invention concerne aussi un appareil de détection de fuites de raccords de tuyauteriesqui comporte un outil allongé destiné à supporter un raccord à tester, une struc- ture de support portant un organe de manoeuvre commandé par un fluide et destinée à porter plusieurs organes allongés parallèles à l'outil et ayant des dispositifs collecteurs aux extrémités libres, ces dispositifs collecteurs étant disposés de. manière qu'ils puissent collecter un gaz de recherche de fuites provenant d'un raccord en cours d'essai, la manoeuvre de l'organe de manoeuvre assurant le réglage de la longueur de travail de l'outil afin qu'elle corresponde à la longueur de différents raccords et afin que l'outil puisse resister aux forces appliquées pendant les essais, l'outil allongé portant un joint compressible et un dispositif destiné à mettre celui-ci en fonctionnement par compression afin que le joint subisse une dilatation radiale et assure en conséquence une étan- chéité contre la périphérie interne d'un raccord en cours d'essai, un dispositif d'introduction d'un fluide sous pression destiné à manoeuvrer le joint compressible, un dispositif d'introduction d'un gaz de recherche dans un espace annulairedélimité par l'outil et le raccord en cours d'essai, si bien que les filets du raccord peuvent être exposés au gaz de recherche, le dispositif collecteur assurant la collecte d'un gaz de recherche de fuites éventuelles, un spectromètre de masse ou un autre dispo- sitif détecteur étant capable de mesurer quantitativement le gaz de recherche qui peut avoir fui par les filets du raccord et qui a été collecté par les dispositifs collecteurs. Elle concerne aussi un appareil de détection de fuites de raccords de tuyauteries comprenant un ensemble comportant un outil allongé destiné à supporter un raccord à tester, un dispositif de support de l'outil, monté à une première extrémité de celuici, plusieurs bras parallèles à l'outil et articulés à une extrémité éloignée de l'outil, sur un ensemble d'extrémité, un organe hydrau- lique de manoeuvre monté à une première extrémité sur l'ensemble d'extrémité et à l'autre extrémité sur le dispositif de support, l'organe de manoeuvre étant destiné à déplacer axialement les bras par rapport au dispositif de support si bien que les raccords testés peuvent avoir des dimensions différentes, et un dispositif collecteur d'un gaz de recherche de fuite, monté aux extrémités des bras éloignés du dispositif de support, les dispositifs collecteur assurant aussi le positionnement d'une partie du raccord en cours d'essai, la disposition étant telle que l'outil, le raccord en cours d'essai et le dispositif collecteur se trouvent d'un côté du dispositif de support, et l'organe de manoeuvre et l'ensemble d'extrémité se trouvent de l'autre côté du dispositif de support. D'autres caractéristiques et avantages d'un appareil de détection de fuites de raccords de tuyauteries selon l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale, en coupe partielle, d'un appareil de détection de fuites-selon l'invention; la figure 2 est une élévation partielle, suivant la flèche 2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe longitudinale à plus grande échelle représentant les parties internes de l'ou- til; et la figure 4 est une vue de bout de l'outil, représentant des détails d'un arrangement de coopération. L'appareil représenté sur les dessins comporte un dispositif de support 10 qui est destiné simplement à supporter le poids de l'appareil et qui n'a pas à s'opposer aux très grandes forces horizontales qui sont appliquées au cours d'essais jusqu'à des pressions de 500 bars et même plus. Une partie 11 constituant un outil de l'appareil loge un raccord 12 de tuyauterie et a pour rôle d'appliquer directement un fluide de recherche à pression élevée aux filets du raccord. On considère l'appareil représenté sur la figure 1, de gauche à droite. Un ensemble 14 d'extrémité (ou support articulé) loge une saillie cylindrique 16 ayant un alésage 18 qui est taraudé afin qu'il coopère avec une tige fileté 20 de piston d'un vérin hydraulique 22. La tige 20 est fixée par une vis sans tête 21 afin qu'elle ne puisse pas tourner. Quatre paires de pattes 24 sont soudées à la face droite (sur la figure) de l'ensemble 14 (deux paires seulement sont visibles sur la figure), et ces pattes ont des ouvertures alignées afin qu'elles puissent loger des axes ou goupilles 26. Les paires de pattes radialement internes24 sont raccordées par des joues 28 et des soudures 30 à la saillie cylindrique 16 afin que leur résistance mécanique soit accrue mais on note que les joues 28 n'empêchent pas l'introduction et l'extrac- tion des axes ou goupilles 26. Ces axes 26 sont fixés chacun de façon amovible par une goupille 32. L'ensemble d'extrémité n'est pas au contact d'une structure de support de base quelconque et il est donc libre de se déplacer par rapport à la structure 10 de support qui porte tout le poids de l'appareil. Les parties de l'appareil qui sont à gauche de la structure 10 de support équilibrent prati- quement celles qui se trouvent à droite. Chaque paire de pattes 24 et l'axe correspondant 26 logent une partie d'extrémité d'un bras 34 de support de section rectangulaire placé longitudinalement par rapport à l'appareil, et les extrémités des bras distantes de l'ensemble 14 portent un organe annulaire collecteur 36 décrit dans la suite du présent mémoire. Le support ou bo tier 10, dans une partie intermédiaire de la longueur des bras, joue le rôle du support principal des forces et est en appui sur une base 38 qui est fixée à des fonda- tions convenables. Le support 10 est sous forme d'une plaque épaisse 13 ayant des barrés transversales supérieure et inférieure 15, 17 qui délimitent, avec les limites horizontales supérieure et inférieure respectives de la plaque, deux fentes (non représentées) dans chacune desquelles peut coulisser l'un des deux bras 34. La barre supérieure 15 porte une barre supplémentaire 19 qui est parallèle à l'axe longitudinal de l'appareil et qui a des ouvertures 23 en des points d'équilibrage de l'appareil afin que celui-ci puisse être levé. Le montage pivotant des bras 34 sur le support articulé 16 et le coulissement dans les fentes formées dans le support central 10 permet- tent le montage et le démontage des éléments de l'appareil décrits dans la suite du présent mémoire. Un flasque 46 d'extrémité du vérin hydraulique 22 est fixé à la plaque 13 par des boulons 47 qui sont vissés dans des trous taraudés. Des raccords 45, 48 d'entrée et de sortie du vérin 22 sont indiqués dans la paroi latérale du vérin. Le cylindre du vérin permet ainsi la variation de l'emplacement efficace du collecteur 36 par rapport au support 10 si bien que des raccords de longueurs différentes peuvent être éprouvés, et les forces appliquées par le gaz de recherche pendant les épreuves peuvent aussi être ainsi limitées. Le support 10, non seulement porte une extrémité du vérin hydraulique 22, mais porte aussi une plaque ayant une bague 52 d'étanchéité placée en retrait, par l'intermédiaire de boulons à tête fraisée 51 (indiqués en traits interrompus). Cette plaque est percée de trous 56, 58 destinés à la transmission du fluide souis pression de commande du joint de l'outil portant le raccord et d'autres trous ou alésages (non représentés) permettent l'admission d'un gaz de recherche qui est utilisé pour l'épreuve du raccord, le gaz de recherche étant transmis dans un espace annulaire 54 formé à l'intérieur du raccord. La plaque 50 porte une bague 64 de guidage ayant des trous taraudés et munie de vis sans tête 65 permettant la fixation à la périphérie de la plaque 50. La bague de guidage a un épaulement interne en 67 et un passage interne débouche en 69 avec une forme évasée afin que la mise en coopération des raccords à éprouver avec le joint 52 soit facilitée. L'épaulement 67 maintient le joint 52 en place. Des cavités (non représentées) permet- tent l'accès aux raccords des canalisations de fluide sous pression et des passages de gaz de recherche formés dans la plaque 50. La plaque porte un prolongement cylindrique central 68 ayant un trou taraudé 74 qui loge un mandrin 76 qui pénètre, comme indiqué, dans la partie droite 78 du raccord. Un manchot 80 ayant un épaulement interne entoure le prolongement central 68 et une partie du mandrin 67 et un joint annulaire 82 à épaulement (de préférence d'une matière commercialisée sous la marque de fabrique "Hallite") agit entre ces deux parties et empêche les fuites de fluide sous pression qui est utilisé pour la commande d'un joint principal 84 de l'outil. Les passages 56, 58 percés dans la plaque 50 se prolongent en 59 le long de l'axe du mandrin 76; une partie 86 de sortie débouche dans une chambre 88 délimitée par une face d'extrémité du prolongement 68, une surface interne du manchon 80 et une partie d'un piston composite , 92 qui peut coulisser sur le mandrin 76. Le piston 90, 92 peut coulisser dans un alésage 94 du manchon de diamètre légèrement supérieur à celui de la partie principale entourant le corps 72. La partie 90 a une cavité périphé- rique 96 qui loge un joint torique (non représenté), un joint interne 98 (de préférence formé de "Hallite") et un prolongement annulaire 100 qui s'ajuste dans une cavité de la seconde partie 92. Cette seconde partie 92 a aussi une cavité périphérique 102 logeant un joint torique (non représenté) et un prolongement annulaire 104 partant de la partie 90. La face d'extrémité du prolongement 104 est en butée contre un coulisseau 106 de forme cylin- drique creuse qui a une bague 108 anti-extrusion portée par des vis sans tête 110 dans une cavité périphérique annulaire. Des coussinets 109 de bronze coopérant avec le mandrin 76 sont placés à l'intérieur du coulisseau 106. Ce dernier est en butée, par sa face d'extrémité droite, avec le joint principal 84 qui doit supporter des forces d'extrusion très élevées et il est de préférence réalisé selon les enseignements de la demande de brevet français n 83.02 258, déposée par la Demanderesse. A l'extrémité droite, le joint principal est en butée contre une bague 111 qui, comme le coulisseau 106, a une bague anti-extrusion 112 fixée par des vis d'arrêt 114. Une pièce 116 en forme de nez a une cavité annu- laire qui loge un organe annulaire d'extrémité 118 formé de caoutchouc dont le rôle est simplement d'éviter la détérioration d'un raccord lorsque celui-ci est mis en position. L'anneau 111 et la pièce 116 sont taraudés et vissés sur un filetage correspondant du mandrin 76 et jouent donc le rôle d'écrous de blocage empêchant un desserrage intempestif. Le caoutchouc 118 de la pièce est maintenue en position par des rondelles 124 dont l'une se loge dans une gorge d'une partie 126 d'extrémité de diamètre réduit de la pièce 116. Un raccord 12 en cours d'essai est représenté en traits mixtes et on note que l'espace annulaire 54 est formé entre la partie gauche 66 du raccord et le manchon 80 dont le diamètre externe est égal à celui du caoutchouc 84 d'étanchéité à l'état non comprimé. Un mélange d'air et d'hélium ou d'un autre gaz de recherche est admis dans l'espace annulaire 54 par des passages non représentés formés dans la partie d'extrémité gauche du mandrin 76. Comme indiqué précédemment, les bras 34 de support ont un ensemble collecteur 36 à leur extrémité droite, une partie de cet ensemble étant représentée sur la figure 2. L'ensemble collecteur comporte un boîtier fendu 130 en deux parties ayant un épaulement 132 (indiqué en traits interrompus) logeant un élément rapporté fendu 133 en deux parties qui comporte des joints toriques 134, 136 logés dans des gorges annulaires correspondantes, un passage 138 étant formé dans l'élément rapporté entre le joint et l'ouverture de l'élément rapporté au niveau d'un gradin 139. La circonférence externe de l'anneau 130 est en retrait si bien qu'elle loge les extrémités libres des bras 34 et y est soudée. L'anneau fendu 130 et l'élé- ment rapporté fendu 133 peuvent être montés sur l'appareil comme représenté grâce au montage pivotant des bras 34 et aux fentes (non représentées) au niveau desquelles les bras passent à travers la structure 10 de support. L'anneau et la pièce rapportée sont soudés aux bras comme indiqué par la référence 135, après positionnement et fixation. Le boîtier fendu 130 est maintenu essentiellement en position de travail lorsqu'un raccord est mis en position par deux supports 131, par pivotement sur l'un des bras 34, chaque support ayant un organe fileté 137 muni d'une poignée 141 permettant un serrage et un desserrage conve- nables de l'organe. Grâce aux joints 134, 136, le gaz de recherche qui peut avoir fui est obligé de circuler vers le passage 138 puis vers un raccord de la périphérie externe du boîtier 130. Cette connexion (non représentée) rejoint finalement un détecteur sensible qui peut détecter de très faibles quantités d'hélium. Un détecteur qui convient à cet effet est un spectromètre de masse (non représenté) qui fonctionne de préférence en mode visqueux en surpression. Lors du fonctionnement, après qu'un raccord 12 a été mis dans la position représentée, du fuide sous pression est admis dans l'espace 88 qui est adjacent au piston composite 90, 92, et ce fluide sous pression agit sur le piston puis sur le coulisseau 106 et comprime le joint principal 84 en direction axiale si bien qu'il se dilate radialement et empêche ainsi le passage à l'inté- rieur du raccord ou de la tuyauterie de gaz de recherche admis ultérieurement. Le mélange d'air et d'hélium qui est admis ensuite ou le gaz de recherche passe jusqu'à l'anneau 128 et il est maintenu à une pression inférieure à celle du fluide de manoeuvre de l'outil. De manière plus générale, la force appliquée sur le joint doit être supé- rieure à la force agissant dans les parties soumises au gaz de recheche afin que le risque d'erruption soit réduit. Il est évidemment essentiel que la partie externe 66 du raccord reste en contact étanche avec le joint 52, et cette caractéristique est obtenue par l'action de retenue du gradin 139 de l'élément rapporté 133 en coopération avec les bras 34 et le vérin hydraulique 22. A la fin d'un essai, le gaz de recherche est d'abord évacué, et le fluide sous pression qui commande le joint 84 est ensuite évacué. Un dispositif convenable de solida- risation est incorporé au circuit de commande afin que cette séquence soit toujours suivie.. Une autre solidarisation est obtenue au niveau du boîtier fendu 130 tel que représenté sur la figure 4. Un petit vérin hydraulique 140 est monté par soudage à la face d'extrémité d'un bras 134 et sur la partie adja- cente du boîtier 13.0, près de la partie fendue supérieure. Un plongeur 142 du vérin est monté afin qu'il coopère avec une cavité 144 formée dans une barre 146 soudée à la moitié gauche, sur la figure, du boîtier fendu 130. Le vérin 140 est relié au même circuit qui transmet le fluide sous pression au coulisseau 106 de commande du joint si bien que ce dernier ne peut être manoeuvré que lorsque le vérin 140 est en fonctionnement et lorsque le plongeur est enfoncé. Un autre dispositif de solidarisation est formé dans la moitié inférieure du boîtier fendu, par utilisation d'une microsoupape d'air ayant un plongeur qui coopère avec une cornière ayant une ouverture. La microsoupape est montée sur la face d'extrémité d'une moitié du boîtier et la cornière sur l'autre moitié. La microsoupape est incorporée au circuit hydraulique de manière que le coulis- seau ne puisse être déplacé que lorsque le plongeur de la microsoupape est lui-même en fonctionnement. Etant donné la très petite dimension de la molé- cule d'hélium et la sensibilité de l'appareil de détection de gaz qui est disponible, par exemple un spectromètre de masse, une fuite même très faible peut être détectée en 30 s environ. Lorsqu'aucune fuite n'est détectée, le mélange d'air et d'hélium est évacué et le fluide sous pression qui manoeuvre l'outil est ensuite mis hors pression afin que le raccord puisse être retiré de l'instal- lation. Le gaz de recherche peut être appliqué à une pression élevée, dépassant 422 bars. Les pressions du fluide de manoeuvre et du gaz de recherche sont toutes deux élevées et il est donc essentiel qu'elles soient contrebalancées. Le fluide sous pression (liquide ou gaz) admis dans la chambre 88 agit à la fois axialement sur la face gauche de la partie 90 du piston en deux parties et sur la face d'extré- mité du prolongement 68. Les surfaces ont des étendues identiques et la force axiale résultante est donc nulle. Des remarques analogues s'appliquent au gaz de recherche qui agit sur une face annulaire d'extrémité d'une première partie du raccord et sur une surface annulaire de la plaque 50. Le vérin hydraulique est commandé de manière que l'ensemble 14 d'extrémité et les bras 34 se déplacent vers la gauche, en entrainant avec eux le collecteur 36, lors de l'épreuve d'un accouplement d'une longueur axiale plus faible. Lorsque la distance voulue est obtenue, un nouveau raccord est mis en place et un nouvel essai est exécuté. L'appareil décrit - précédemment présente des avantages tels qu'une grande vitesse, une grande sécurité et la possibilité de détection quantitative de fuites extrêmement faibles. L'appareil de détection des fuites des raccords de tuyauteries décrit à titre illustratif permet les essais en atelier de raccords de différentes longueurs et, bien que les caractéristiques extérieures doivent être les mêmes, des raccords de diamètres différents peuvent être éprouvés par remplacement de certaines parties. L'utilisation d'hélium très dilué comme gaz de recherche (avec une concentration de l'ordre de 1 %) est rendue possible par la grande sensibilité des spectromètres de masse disponible et ces instruments fonctionnent de préférence en mode visqueux en surpression. La petite proportion d'hélium ou d'autres gaz de recherche (dans de l'air) assurent la bonne rentabilité de l'opération. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de détection de fuites de raccords de tuyauteries, caractérisé en ce qu'il comporte un outil allongé (65) destiné à supporter un raccord (12) à éprouver, une structure de support (10) portant un organe de manoeuvre (22) commandé par un fluide, plusieurs organes allongés (34) disposés parallèlement à l'outil et ayant des dispositifs collecteurs (36) à leurs extrémités libres et positionnés de manière qu'ils collectent un gaz de recherche qui peut avoir fui d'un raccord éprouvé, un ensemble (16) d'extrémité portant les organes allongés (34), le fonctionnement de l'organe de manoeuvre assurant le réglage de la longueur efficace de l'outil (76) en fonction de la longueur du raccord éprouvé, l'outil allongé supportant un joint compressible (84) et un dispositif (100, 104, 106) de mise du joint en position de fonction- nement par compression de. celui-ci, un dispositif (56, 58, 59, 86) d'introduction d'un fluide sous pression destiné à manoeuvrer le joint compressible (84), un dispositif d'introduction d'un gaz de recherche dans un espace (54) délimité par l'outil, si bien que le. filetage du raccord peut être exposé au gaz de recherche et le dispositif collecteur (36) assure la collecte de gaz de recherche ayant fui, et un dispositif détecteur tel qu'un spectro- mètre de masse, capable de mesurer quantitativement le gaz de recherche qui peut fuir par l'intermédiaire du filetage du raccord et qui a été collecté par le dispositif collecteur (36). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'outil a un passage interne (59) de fluide sous pression destiné à comprimer le joint (84) et ainsi à mettre celui-ci en position de travail par dilatation radiale. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif collecteur comporte un organe annulaire (133) ayant des joints (134, 136) disposés sur un raccord (12) à éprouver et bouchant une zone de fuite possible, des passages (138) étant destinés à collecter le gaz de recherche qui peut avoir fui. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe de manoeuvre (22) assure le réglage des emplacements des extrémités libres des organes allongés (34), si bien que l'appareil peut être facilement adapté à la longueur des raccords à éprouver et est utilisé, pendant l'épreuve pour encaisser les forces créées par le gaz de recherche. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que les organes allongés (34) sont disposés axialement par rapport à l'organe de manoeuvre et entourent celui-ci, les extrémités des bras portées par l'ensemble d'extrémité (1.6) étant arti- culées sur la structure. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que le joint compressible (84) est commandé par un coulisseau (106) lui-même déplacé par un piston en deux parties (92, 96) commandé par le fluide sous pression. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce (116) en forme de nez placée à une première extrémité de l'outil et portant un organe élastique (118) destiné à protéger un raccord lorsqu'il est monté sur l'outil. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pièce (116) en forme de nez- est taraudée et coopère avec un autre organe taraudé (111) qui joue le rôle d'un écrou de blocage et retient le joint compres- sible (84) sur l'outil. 9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif collecteur (36) entoure un organe annulaire (133) avec lequel il coopère rigidement, cet organe formant une butée (139) pour une première extrémité d'une première partie d'un raccord (12) à éprouver, l'organe annulaire ayant un passage (138) pour le fluide de recherche 2557294.. qui peut avoir fui, le passage rejoignant le collecteur. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisé en ce que l'outil (76), le raccord (12) en cours d'épreuve et le dispositif collecteur (36) se trouvent d'un premier côté du dispositif de support (10), et l'organe de manoeuvre (22) et l'ensemble d'extrémité (16) se trouvent de l'autre côté du dispositif de support.