Brevet FR2588636A1 — publié le 19870417

- 1 - L'invention a pour objet un procédé et un disposi- tif de jointoyage d'éléments de conduite de fluide. Elle vise, en particulier, un procédé et un dispo- sitif propres à être mis en oeuvre pour l'assemblage, sur leur lieu de montage, d'éléments de conduites de transport de fluide, en particulier, mais non exclusivement, du type de celles utilisées pour le transport de fluides comme du gaz ou de l'huile de champs pétroliers off-shore ou, encore, de con- duites pour le transport de vapeur comme utilisées dans les canalisations de chauffage urbain. Les conduites ou canalisations de transport de fluide du genre de celles mentionnées ci-dessus comprennent généralement un tube métallique dont la surface externe est garnie d'une couche anti-corrosion en un matériau élastomère ou en une résine époxy solidaire dudit tube. Lorsque le flui- de à transporter présente un gradient de température avec le milieu environnant, la conduite ou canalisation est en outre munie de moyens d'isolation thermique, le plus souvent une gaine monocouche ou multicouches en un matériau à faible coefficient de conductibilité thermique elle-même revêtue d'une enveloppe externe de protection mécanique. Les éléments ou tronçons de canalisation préfabriqués en usine comportent au voisinage de leurs extrémités de courtes longueurs de tube métallique dénudées, c'est-à-dire des parties non garnies de la couche anti-corrosion et des moyens d'isolation thermique pour permettre le soudage entre eux de tronçons ou éléments adjacents. Pour la construction sur le lieu d'utilisation, ou au voisinage de celui-ci, d'une conduite ou canalisation des- tinée à être immergée, on soude entre eux des tronçons ou éléments de canalisation adjacents et les tronçons ou élé- ments ainsi soudés sont ensuite jointoyés entre eux, soit à terre, soit à bord d'une barge spécialement équipée pour la pose de conduites sur fonds marins ou lacustres, l'opération de jointoyage ayant pour but d'assurer la continuité de la - 2 - couche anti-corrosion et, le cas échéant, des moyens d'isola- tion thermique au niveau des joints pour que soient remplies les conditions de sécurité imposées par les cahiers des char- ges relatifs à de telles conduites ou canalisations immergées et/ou enterrées. On a déjà proposé, pour l'exécution de cette opera- tion de jointoyage, de d'abord rapporter un primaire d'adhé- risation sur la couche anti-corrosion puis recouvrir la zone de joint à l'aide de deux coquilles semi-cylindriques inté- rieurement garnies de polyuréthanne et maintenues en place sous pression, sur la canalisation, à l'aide de colliers, ces opérations précédant la mise en place d'un moule métallique qui a lieu après enlèvement des colliers et des coquilles dès- début de la prise du polyuréthanne, ledit moule servant à la fabrication d'un joint ou manchon en un matériau à base de bi-composants, comme du polyuréthanne, injecté in situ, à froid. La durée de fabrication d'un tel joint est relative- ment longue, ce qui grève d'autant le coût de construction de la conduite ou de la canalisation, notamment lorsque l'assem- blage est effectué sur une barge dont les frais d'exploita- tion sont importants; en outre il n'est pas toujours possi- ble d'assurer un résultat satisfaisant en raison, notamment, des difficultés inhérentes à la réalisation d'une bonne adhé- sion du matériau constitutif du manchon sur des tubes métal- liques humides d'une part et, d'autre part, en raison des différences de nature des matériaux constitutifs de la couche anti-corrosion mise en place en usine et du manchon qui font que l'on n'obtient pas uneadhérence parfaite du manchon et de ladite couche en particulier dans les zones de raccorde- ment de ladite couche et des extrémités du manchon qui sont celles o les risques sont les plus importants. Pour pallier l'inconvénient mentionné en dernier lieu ci-dessus, à savoir celui de la différence de nature des matériaux constitutifs de la couche anti-corrosion proprement dite et du manchon rapporté au droit de la zone de joint, on a déjà proposé, dans le cas de tubes métalliques garnis d'une- - 3 - couche anti-corrosion en résine époxy de faible épaisseur, de l'ordre de 200 à 500 p, de former ledit manchon en la même résine époxy que celle déposée en usine sur l'élément ou tronçon de conduite. Dans un mode opératoire connu, on porte les extré- mités réunies par soudure de deux éléments de tubes adjacents à une température de l'ordre de 200 à 250 C, soit à l'aide d'une torche, soit en faisant application de phénomènes d'in- duction électrique et l'on projette ensuite sur les parties chauffées de la résine époxy en poudre qui est ainsi fixée au tube métallique par adhérisation par fusion, suivant un pro- cessus communément désigné en anglais sous le nom de FBE (Fusion Bonded Epoxy). Un tel procédé, dans lequel le tube métallique est chauffé par une impulsion brutale, ne peut pas être mis en oeuvre pour le jointoyage d'éléments de canalisation compor- tant en tant que couche anti-corrosion un matériau élastomère fixé sur le tube métallique à l'aide d'un ou de primaires d'adhérisation et muni en outre de moyens d'isolation thermi- que et cela parce que le chauffage sans précautions des ex- trémités des éléments de tube adjacents risquerait d'endomma- ger lesdits moyens d'isolation ainsi que le ou les primaires d'adhérisation. De plus, et en raison de la manière même dont est apportée la résine époxy constitutive du manchon, c'est- à-dire par projection, le procédé ne permet pas l'obtention d'une épaisseur régulière et constante dudit manchon propre à assurer la continuité uniforme voulue de la couche anti- corrosion. Le problème restait donc entier de fournir un procédé et un dispositif permettant de pallier les inconvé- nients des procédés connus d'injection à froid de bi-compo- sants comme du polyuréthanne ou les inconvénients des procé- dés connus d'adhérisation d'une résine par fusion, en parti- culier pour l'obtention d'un jointoyage satisfaisant de tron- çons ou éléments de conduite à tube métallique comportant une - 4 - couche anti-corrosion en matériau élastomère mais également des moyens d'isolation thermique entourant ladite couche. Ce problème a maintenant été résolu par la Demande- resse qui propose un procédé pour le jointoyage d'éléments de conduite de transport de fluide comportant un tube métallique et une couche anticorrosion en un matériau élastomère ainsi que, le cas échéant, des moyens d'isolation thermique entou- rant ladite couche dans lequel on effectue la soudure des ex- trémités des tubes métalliques adjacents et dans lequel on forme ensuite un manchon sensiblement au droit desdites ex- trémités, caractérisé en ce que, pour ménager une couche anti-corrosion continue, ledit manchon est en un matériau de même nature que celui constitutif de la couche anti- corrosion, de préférence en le même matériau, rendu solidaire des tubes métalliques des éléments adjacents par une opéra- tion de vulcanisation in situ conduite par mise en oeuvre d'un cycle thermique obtenu à l'aide de moyens de chauffage par induction desdits tubes métalliques. Dans une forme de réalisation avantageuse, le man- chon, dont la vulcanisation in situ est caractéristique du procédé selon l'invention, est déposé initialement sous forme d'une couche d'élastomère cru de même nature et avantageuse- ment de même composition que celui constitutif de la couche anticorrosion préalablement fixée en usine sur les tronçons ou éléments de conduite à assembler, le manchon ayant une épaisseur sensiblement égale à celle de ladite couche et étant rapporté sur les extrémités nues des tubes métalliques après traitement desdites extrémités par un processus en soi connu identique à celui mis en oeuvre pour la fabrication des éléments en usine. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé se- lon l'invention comprend alors des moyens propres à créer par induction l'échauffement voulu dans les tubes métalliques aboutés adjacents, avantageusement sous forme d'un bobinage, et des moyens pour l'alimentation et la commande suivant un - 5 - cycle prédéterminé de la puissance induite fournie audit bo- binage. Dans une forme de réalisation, le bobinage d'induc- tion est sous forme d'une multiplicité de spires lesquelles sont mises en place autour d'un tube et déplacées le long de celui-ci au fur et à mesure de la construction de la conduite ou canalisation. Dans une variante, le bobinage d'induction est réa- lisé sous forme d'une pince articulée, à deux demi-coquilles, de sorte que le dispositif peut être mis en place au droit d'une zone de jointoyage puis retiré de ladite zone par ouverture des demi-coquilles pour être transporté à une autre extrémité de tube à jointoyer. On fournit ainsi un procédé et un dispositif qui réduisent considérablement le temps nécessaire pour l'obten- tion d'un jointoyage satisfaisant de deux éléments aboutés de conduite de transport de fluide, notamment eu égard à la con- tinuité de la couche anti-corrosion. On fournit également ainsi un procédé et un dispo- sitif pour sa mise en oeuvre qui permettent d'obtenir les ré- sultats mentionnés ci-dessus nonobstant les conditions ré- gnant sur les chantiers de construction des conduites, en particulier en ce qui concerne l'humidité. L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite à titre d'exemple et en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue en perspective, schémati- que, d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale montrant deux éléments de conduite aboutés et les moyens pour la réalisation d'un jointoyage selon l'inven- tion; - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 mais pour une variante de réalisation. -6- Pour la construction d'une conduite de transport de fluide, par exemple et sans que cette indication ait quelque caractère limitatif que ce soit, pour le transport de fluide comme du gaz ou de l'huile de champs pétroliers off-shore, ou pour le transport de fluides caloporteurs comme ceux utilisés dans les canalisations de chauffage urbain, on procède sur un chantier de construction, ou au voisinage de celui-ci, au jointoyage d'éléments adjacents 101 et 102, préfabriqués en usine et qui comprennent chacun un tube métallique 11 garni d'une couche anti-corrosion 12 en un matériau élastomère elle-même entourée de moyens d'isolation thermique montrés schématiquement en 13 et qui peuvent être constitués par une gaine 14 en un ou des matériaux lacunaires sur laquelle est rapportée une couche de protection externe 15. Pour permettre d'effectuer la soudure 16 de deux éléments 101 et 102 abou- tés, les éléments 101 et 102 sont préfabriqués en usine de manière à présenter au voisinage de leurs extrémités de cour- tes longueurs de tube métallique 11 dénudées, c'est-à-dire non garnies de la couche anti-corrosion 12 et des moyens d'i- solation thermique 13, figure 2. La longueur de la partie mé- tallique à nu peut être de l'ordre de 15 à 18 cm, et celle de la zone recouverte de la couche anti-corrosion uniquement du même ordre de grandeur, pour des éléments de douze mètres de long environ. La soudure effectuée, on procède au jointoyage pro- prement dit. Selon l'invention, on prévoit pour ce faire de for- mer, au droit de la zone de contact des extrémités de deux élements adjacents, un manchon 20 en un matériau de même na- ture que celui constitutif de la couche anti-corrosion 12, de préférence en le même matériau, ledit manchon étant rendu so- lidaire des tubes métalliques 11 des éléments adjacents 101 et 102 par une opération de vulcanisation in situ conduite par mise en oeuvre d'un cycle thermique obtenu à l'aide de moyens 21 de chauffage par induction desdits tubes métalli- - 7 - ques. De tels moyens de chauffage par induction sont bien connus et ne seront pas décrits ici de façon détaillée. Ils peuvent être réalisés sous forme d'un bobinage d'induction 22 relié à des moyens 23 d'alimentation et de contrôle de la puissance induite. En variante, les moyens 21 sont sous forme d'une pince articulée, à deux demi-coquilles, reliées aux moyens 23, le dispositif pouvant alors être mis en place au droit d'une zone de jointoyage puis retiré de ladite zone par ouverture des demi-coquilles pour être transporté à une autre extrémité de tube à jointoyer. De façon plus précise, après soudure des parties aboutées des extrémités des éléments 101 et 102, la surface externe des tubes métalliques 11 est soumise à un traitement de préparation mécanique, par sablage ou grenaillage puis, le cas échéant après séchage de la surface métallique externe à l'aide des moyens 21, à un traitement de préparation chimique destiné à permettre l'adhésion du manchon prévu pour former la continuité de la couche anti-corrosion 12. Ce traitement de préparation chimique, en soi connu, et qui consiste géné- ralement en la pose d'un ou de primaires d'adhésion dont les solvants peuvent également être rapidement éliminés par chauffage à l'aide des moyens 21, est suivi par la pose d'une couche d'élastomère cru de même nature et avantageusement de même composition que celle du matériau constitutif de la cou- che 12. Après mise en place de cette couche celle-ci est vul- canisée, in situ, suivant un cycle thermique propre à assurer un processus de vulcanisation satisfaisant, le réglage et le contrôle de la puissance thermique à l'aide des moyens 23 pouvant être obtenus à l'aide de sondes, non représentées, disposées au voisinage du joint et qui peuvent être soit re- tirées après fin du cycle soit laissées en place. Pour l'obtention de la pression nécessaire au cours de la vulcanisation du manchon d'élastomère on prévoit d'en- - 8 - tourer le manchon cru d'une bande de tissu dont le retreint, au cours du chauffage, procure les forces de pression recher- chées d'application du manchon sur le tube métallique garni d'un ou de primaire(s) d'adhérisation. On obtient ainsi, par le procédé selon l'invention, simultanément l'adhérisation sur le tube 11 du manchon 20 et la vulcanisation de celui-ci. Après exécution des opérations mentionnées ci- dessus, qui se traduisent par la formation sur les tubes mé- talliques 11 d'une couche anti-corrosion 12 continue, unifor- me quant à son épaisseur et à ses autres caractéristiques aussi bien sur les éléments préfabriqués en usine qu'au droit de la zone de joint, comme montré schématiquement en traits mixtes sur la figure 2, on rapporte sur ladite couche les mo- yens d'isolation thermique propres à assurer la continuité de ceux rapportés en usine sur lesdits éléments. Lorsque de tels moyens comprennent des parties en élastomère, par exemple sous forme de feuilles ou couches prévues pour la solidarisation entre eux de blocs ou analo- gues en matériau isolant lacunaire, l'invention prévoit avan- tageusement de faire application des moyens 21-23 pour assu- rer la vulcanisation desdites couches ou feuilles d'élastomè- res. I Le procédé et le dispositif selon l'invention per- mettent de considérablement raccourcir, par rapport aux pro- cédés et dispositifs connus, le temps nécessaire à l'obten- tion d'un joint de qualité satisfaisante. Ainsi, le procédé et le dispositif selon l'inven- tion permettent-ils à l'aide des moyens 23 de commander et contrôler simplement le cycle de vulcanisation, opération jusqu'alors difficilement réalisable à l'aide de cordons chauffants électriques, qui agissant à partir de l'extérieur du tube, ont leurs effets limités par l'épaisseur du produit à vulcaniser d'une part et, d'autre part, provoquent fréquem- ment la destruction de l'élastomère lorsque la température - 9 - est augmentée pour essayer de réduire le temps de travail. De même, la possibilité qu'offrent le procédé et le dispositif de la Demande de pouvoir régler et moduler la puissance thermique dissipée permet-elle de s'affranchir des inconvénients liés à l'utilisation d'une torche et cela comp- te tenu du fait que le ou les primaire(s) d'adhérisation doit (doivent) être rapporté(s) sur le tube métallique à une tem- pérature très nettement différente de celle mise en oeuvre pour la vulcanisation. Complémentairement, l'utilisation dans le procédé et le dispositif selon l'invention d'une bobine sous forme d'un solénoïde continu ou sous forme de deux demi-coquilles à puissance d'induction réglable permet de définir, à volonté, et pour chaque point du manchon 20, une courbe de température en fonction de la distance au plan de joint de deux éléments adjacents, de sorte que l'on peut à la fois réaliser une bonne adhérisation dudit manchon sur le tube métallique et éviter que ne soient endommagées les parties de la couche anti-corrosion et/ou les moyens d'isolation thermique dans les zones d'extrémité des parties dénudées sur les tubes mé- talliques. Le procédé et le dispositif selon l'invention per- mettent également, comme indiqué ci-dessus, de réaliser si- multanément la continuité de la couche anti-corrosion 12 et la continuité de la totalité ou d'une partie des moyens d'i- solation thermique 13. Il en est ainsi, par exemple, dans une réalisation illustrée sur la figure 3 dans laquelle l'apport calorifique qui peut être nécessaire pour la formation desdits moyens 13 est obtenu à l'aide d'éléments conducteurs comme des fils mé- talliques 30 noyés dans le matériau rapporté pour former les- dits moyens d'isolation, la puissance induite étant en outre limitée et contrôlée à l'aide d'écrans comme 31 en acier inox ou en aluminium. Dans une autre forme de réalisation, l'apport de - 10 - calories-au sein du matériau constitutif des moyens d'isola- tion thermique 13 est obtenu en incorporant audit matériau non plus des conducteurs métalliques comme 30 mais des élé- ments conducteurs qui contribuent également à l'obtention de bonnes caractéristiques mécaniques, comme des fibres de ear- bone ou analogues. Un procédé et un dispositif selon l'invention ont été mis en oeuvre pour le jointoyage d'éléments de canalisa- tion d'un pipe-line de quatre pouces (10 cm de diamètre) com- prenant sur le tube métallique proprement dit constitutif du pipe-line une couche anti-corrosion en polychloroprène d'en- viron 4 mm d'épaisseur entourée d'une gaine en matériau iso- lant en mousse de PVC disposée suivant des couches réunies entre elles par un élastomère du même type que celui consti- tutif de ladite couche anti-corrosion. D'excellents résultats ont été obtenus en utilisant comme primaire d'adhérisation un produit vendu par la Société LORD CHEMICAL PRODUCTS (une Société des U.S.A.) sous la déno- mination "CHEMLOCK" ou un produit vendu par la Société HENKEL sous la dénomination "CHEMOSIL", rapporté après séchage des parties métalliques du pipe-line à l'aide des moyens 21-23 et lui-même séché à l'aide desdits moyens à une température de l'ordre de 60 à 70 C. Après augmentation de la température aux environs de 105-1150C, température à laquelle l'élasto- mère est rendu adhérent au CHEMOSIL, et qui est conservée pendant un certain temps, on procède à la vulcanisation de l'élastomère à une température comprise entre 120 et 160 C, l'adhérisation et la vulcanisation du manchon en polychloro- prène de 4 mm d'épaisseur étant conduite à l'aide d'un appa- reillage à induction fonctionnant à la fréquence de 50 Hz pour une élévation de température de 30"C/minute. - 11 - REVENDICATIONS 1') Procédé de jointoyage d'éléments de conduite de transport de fluide comportant un tube métallique et une cou- che anti-corrosion en un matériau élastomère ainsi que, le cas échéant, des moyens d'isolation thermique entourant la- dite couche, dans lequel on effectue la soudure des extrémi- tés des tubes métalliques adjacents et dans lequel on forme ensuite un manchon sensiblement au droit desdites extrémités, caractérisé en ce que, pour ménager une couche anti-corrosion continue, ledit manchon (20) est en un matériau de même natu- re que celui constitutif de la couche anti-corrosion (12), de préférence en le même matériau, rendu solidaire des tubes mé- talliques (11) des éléments adjacents (101, 102), par une opération de vulcanisation in situ conduite par mise en oeu- vre d'un cycle thermique obtenu à l'aide de moyens (21-23) de chauffage par induction desdits tubes métalliques. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon (20) dont la vulcanisation est conduite in situ est déposé initialement sous forme d'une couche d'é- lastomère cru de même nature et avantageusement de même com- position que celui constitutif de la couche anti-corrosion (12) préalablement fixée sur les tronçons (101, 102) à assem- bler, le manchon ayant une épaisseur sensiblement égale à celle de ladite couche (12) et étant rapporté sur les extré- mités nues des tubes métalliques après traitement desdites extrémités par un processus en soi connu identique à celui mis en oeuvre pour la fabrication des éléments en usine. 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que, simultanément à la vulcanisation in situ du manchon (20) on effectue à l'aide desdits moyens de chauffage par induction un traitement ther- mique requis pour la réalisation desdits moyens d'isolation thermique dans ladite zone de jointoyage. 4") Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on prévoit, dans le matériau destiné à former - 12 - lesdits moyens d'isolation thermique, des éléments conduc- teurs (30) comme des fils métalliques, des fibres de carbone ou analogues, qui sont incorporés dans ledit matériau. ") Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'on prévoit pour la commande et le réglage desdites moyens de chauffage par in- duction (21-23) des sondes disposées au voisinage des tubes métalliques dans la zone de jointoyage. 6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérérisé en ce que la puissance ther- mique dissipée par induction est en outre contrôlée et/ou commandée à l'aide d'écrans ou analogues de forme et de natu- re appropriées. 7 ) Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'on prévoit de mu- nir la face externe du manchon (20) dont la vulcanisation est conduite in situ d'une bande de tissu dont le retreint, au cours du chauffage de vulcanisation, procure les forces de pression nécessaires d'application dudit manchon sur ledit tube métallique (11). 8 ) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens (21-23) de chauffage par induction et des moyens pour l'alimentation et la comman- de suivant un cycle prédéterminé de la puissance induite fournie auxdits moyens de chauffage (21). 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que lesdits moyens de chauffage sont sous forme d'un bobinage d'induction (22) comprenant une multiplicité de spi- res. ) Dispositif selon la revendication 9, caractéri- sé en ce que le bobinage d'induction est sous forme d'une pince articulée, à deux demi-coquilles. 11 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des - 13 - moyens d'écrans pour la commande et/ou la régulation de la. puissance thermique dissipée par induction. 12 ) Ensemble d'éléments de canalisation et/ou de conduite, notamment de transport de fluide, obtenu par mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7 et/ou à l'aide du dispositif selon l'une quelcon- que des revendications 8 à 11.