Brevet FR2557955A1 — publié le 19850712

LIGNE DE TRANSPORT DE FLUIDE ISOLEE THERMIQUEMENT L'invention concerne une ligne de transport de fluide à deux tu- bes métalliques coaxiaux interne et externe dont le tube interne au moins est utilisé au transport d'un fluide froid ou chaud devant être thermi- quement isolé par rapport à l'extérieur de la ligne. L'espace annulaire entre tube interne et tube externe peut être rempli d'un matériau isolant. Il peut aussi être utilisé au transport d'un autre fluide ou à la circulation d'un gaz neutre pour la surveillan- ce de l'étanchéité de la ligne. Un problème délicat à résoudre est celui de l'ancrage du tube interne afin d'assurer le centrage et le maintien du tube interne malgré les efforts mécaniques très importants dus aux différences de température, et cela sans créer de pertes thermiques inadmissibles. Dans le cas d'une ligne immergée de transport d'un fluide cryogénique, notamment, une mau- vaise isolation thermique locale peut conduire à la formation de glace à l'extérieur de la ligne, ce qui accroît la flottabilité de la ligne et risque d'entraîner une déformation et une rupture de la ligne. Les études entreprises pour résoudre ce problème ont montré qu'il n'était pas possible d'assurer un bon ancrage du tube interne au moyen de pièces isolantes et qu'il était préférable d'accepter pour ancrer le tube interne dans le tube externe, de créer entre ces deux tubes un pont thermique localisé de place en place le long de la ligne, mais de limiter les effets de ces ponts thermiques locaux par des isolements locaux sup- plémentaires de la ligne. Un objet de l'invention est ainsi une ligne de transport de flui- de comprenant deux tubes métalliques coaxiaux, l'un interne, l'autre externe, dont le tube interne est destiné au transport d'un fCuide devant être isolé thermiquement par rapport à l'extérieur de la ligne et formée de plusieurs sections qui comprennent chacune une portion de tube interne 2- et une portion de tube externe et se succèdent axialement, les portions de tube interne et de tube externe respectivement de deux sections suc- cessives étant liées l'une à l'autre par soudure, dans une zone de jonc- tion, avec interposition d'une couronne métallique de jonction qui forme une virole interne de mnme diamètre que le tube interne, une virole exter- ne de même diamètre que le tube externe et une partie annulaire médiane reliant radialement ces deux viroles, caractérisée en ce qu'une coquille métallique est disposée extérieurement autour de la zone de jonction et se termine axialement par des extrémités soudées sur la-portion de tube externe respectivement de l'une et de l'autre des deux sections successi- ves, de manière à créer une enceinte fermée entourant la zone de jonction et contenant un milieu thermiquement isolant. Ce milieu thermiquement isolant comprend de préférence une mous- se de matériau thermiquement isolant, plus particulièrement en polyuréthane ou époxyde. Dans une réalisation simple de la coquille métallique, celle-ci a la forme d'un cylindre se terminant axialement à chaque extrémité par une collerette soudée sur la portion de tube externe de l'une des deux sections successives. On va décrire, à titre non limitatif, un exemple de réalisation d'une ligne de transport de fluide conforme à l'invention, en se référant à la figure jointe dans laquelle on a représenté en coupe axiale la région d'une ligne de transport entourant une zone de liaison I entre deux sec- tions successives de ligne 2 et 3. La section de ligne 2'comprend une portion 4 d'un tube interne en acier s'étendant le long de la ligne, dont la section de ligne 3 com- prend une autre portion 5. De même, la section de ligne 2 comprend une portion 6 d'un tube externe en acier dont la section de ligne 3 comprend une autre portion 7. Dans l'exemple représenté, le tube externe sert simplement de gaine pour le tube interne; l'espace annulaire entre tube interne et tube externe n'est donc pas parcouru par un fluide. On a prévu - 3 - de remplir cet espace annulaire, désigné par 8 dans la section 2 et par 9 dans la section 3, au moyen d'une mousse de polyuréthane injectée. Cette injection de mousse de polyuréthane ne vient pas jusqu'à la zone de jonc- tion 1, deux anneaux moulés de mousse de polyuréthane 10, 11, introduits en même temps qu'une couronne de jonction an acier 12, comme on le verra plus loin, complétant l'isolation entre tube interne et tube externe. La couronne de jonction 12 forme une virole interne 13 et une vi- role externe 14 réunies par une partie annulaire médiane 15. La virole interne 13, de plus grande longueur axiale que la virole externe 14 est directement soudée à ses deux extrémités axiales 16, 17, respectivement à la portion de tube interne 4 et à la portion de tube externe 5. Les por- tions de tube externe 6 et 7 sont coupées plus courtes que les portions de tube interne 4 et 5, de sorte que la virole 14 n'est pas directement soudée à ses deux extrémités axiales 18, 19 aux portions de tube externe 6 et 7, mais à des tronçons de tube en acier 20 et 21 intercalés respec- tivement entre la portion de tube 6 et la virole 14 et entre la portion de tube 7 et la virole 14,. Ces tronçons de tube 20 et 21 sont soudés à leur autre extrémité axiale 22, 23 respectivement à la portion de tube externe 6 et à la portion de tube externe 7. Cette disposition permet l'in- troduction des anneaux moulés 10 et 11 après exécution des soudures des extrémités 16 et 17 et avant mise en place des tronçons de tube 20 et 21. Les anneaux moulés 10 et Il sont formés en pratique de deux demi-anneaux, un collage effectué après leur mise en place assurant leur maintien. De mime, chacun des tronçons de tube 20 et 21 est en pratique obtenu à par- *tir de deux tronçons de demi-tube soudés en place l'un à l'autre selon deux génératrices ainsi qu'en bout aux pièces adjacentes: portion de tu- be externe 6 ou 7 et virole externe 14. La zone de jonction I est entourée extérieurement par une coquil- le en acier 24 également formée de deux demi-coquilles soudées en place l'une à l'autre le long de deux génératrices. Cette coquille 24 comprend une partie cylindrique 25 bordée à ses extrémités axiales par des colle- rettes 26, 27 soudées aux portions de tube externe 6, 7 respectivement par des cordons de soudure circulaires 28, 29. A l'intérieur de l'enceinte -4annulaire 30 fermée comprise entre la coquille 24 d'une part et la virole externe 14, les tronçons de tube 20, 21 et une extrémité des portions de tube externe 6, 7 d'autre part, on a-installé un anneau de mousse de polyuréthane formé aussi de deux demi-anneaux collés après mise en place. A l'intérieur du tube interne, qui est formé dans la région repré- sentée sur la figure par les portions de tube 4, 5 et la virole interne 13, on peut faire circuler, selon la flèche 31, par exemple des gaz de pétrole liquéfiés à des températures de l'ordre de - 50'-C. La ligne de transport a été supposée immergée dans une étendue d'eau non représentée et entourée d'un revêtement extérieur de béton 32, 33 sur toute sa lon- gueur de part et d'autre des coquilles 24. La distance entre zones de jonction 1 dépend notamment du profil de la ligne, des besoins de centra- ge du tube interne, des pertes thermiques admissibles. Elle peut être de l'ordre de 50 à 100 mètres par exemple. On peut aussi la choisir telle qu'en cas d'entrée d'eau dans une section, l'augmentation des pertes ther- miques en résultant pour l'ensemble de la ligne soit encore acceptable et que l'on puisse éviter ainsi de procéder au remplacement d'une seule section défectueuse. Les dimensions des coquilles métaliques 24 et des anneaux de mous- se de polyuréthane remplissant des enceintes 30 dépendent des caractéris- tiques de chaque installation. A titre d'exemple détaillé, on peut indi- quer que dans un cas particulier étudié pour une ligne immergée comprenant un tube interne de 50 cm de diamètre externe destiné à transporter des gaz liquéfiés à - 50 C et un tube externe formant gaine de 66 cm de dia- metre externe, on a prévu une coquille métallique 24 de 2 m de long, de 2 cm d'épaisseur et de 76 cm de diamètre interne, contenant un anneau de mousse de polyuréthane de 5 cm d'épaisseur, la partie médiane 15 de la couronne de jonction]2 présentant une épaisseur axiale de 4 cm à l'endroit le plus étroit et de 20 cm au raccordement avec les viroles 13 et 14. Lors des mises en froid du tube interne, les couronnes 12 travail- lent en cisaillement alors que le tube interne est soumis à une traction lenten isallemnt lor qu le ubeintrneest oums àunetraction et le tube externe à une compression axiale. La forme des couronnes 12 et plus particulièrement de leurs parties annulaires médianes 15 est choisie pour éviter des concentrations de contraintes. Le rale de ces couronnes 12 est d'empêcher des déplacements nuisibles à la longévité des divers éléments de la ligne de transport. La coquille 24 et l'enceinte 30 qu'elle délimite sont étudiées en vue de réduire le pont thermique créé par la couronne 12 correspondante suffisanmment pour éviter tout rique de gel de l'eau entourant la ligne. Si un fluide devait circuler dans l'espace annulaire formé entre tube interne et tube externe, la partie annulaire médiaie 15 de la couron- ne]2 serait ajourée pour laisser passer ce fluide et les espaces annulai- res 8 et 9 ne seraient pas remplis de mousse. -6- REVENDICATIONS 1. Ligne de transport de fluide comprenant deux tubes métalliques co- axiaux, l'un interne, l'autre externe, dont le tube interne est des- tiné au transport d'un fluide devant être isolé thermiquement par rapport à l'extérieur de la ligne et formée de plusieurs sections qui comprennent chacune une portion de tube interne et une portion de tube externe et se succèdent axialement, les portions de tube in- terne et de tube externe respectivement de deux sections successives étant liées l'une à l'autre par soudure, dans une zone de jonction, avec interposition d'une couronne métallique de jonction qui forme une virole interne de même diamètre que le tube interne, une virole externe de même diamètre que le tube externe et une partie annulaire médiane reliant radialement ces deux viroles, caractérisée en ce qu'une coquille métallique (24) est disposée extérieurement autour de de la zone de jonction (1) et se termine axialement par des extrémi- tés (26, 27) soudées sur la portion de tube externe (6, 7) respecti- vement de l'une et de l'autre des deux sections successives (2, 3), de manière à créer une enceinte fermée (30) entourant la zone de jonction (1) et contenant un milieu thermiquement isolant. 2. Ligne de transport de fluide selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite coquille métallique (24) a la forme d'un cylindre (25) se terminant axiaiement-à chaque extrémité par une collertte (26, 27) soudée sur la portion de tube externe (6, 7) de l'une des deux sections successives (2, 3). 3. Ligne de transport de fluide selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit milieu thermiquement isolant comprend une mousse de matériau thermiquement isolant. 4. Ligne de transport de fluide selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit matériau thermiquement isolant est pris dans le grou- pe des polyuréthanes-et des époxydes.