Brevet FR2619196A1 — publié le 19890210

L'invention concerne un dispositif de section- nement automatique et manoeuvrable pour un réseau de distribution de fluide à double enveloppe. Elle s'ap- plique notamment à la protection de réseaux de distri- bution de fluides caloporteurs et plus particulièrement de réseaux enterrés pour la distribution de fluides chauds à longue distance. Le transport d'énergie thermique par fluide caloporteur à distance est une technique qui permet notamment de résoudre de façon élégante et économique le problème de la récupération d'énergie par inciné- ration d'ordures ménagères, ou la rentabilisation de centrales thermiques ou industrielles ou autres sources d'énergie alternatives situées à l'écart des agglomé- rations. Dans ce type de réseau de distribution, les tubes calorifugés véhiculant le fluide sont protégés par une enveloppe continue qui est souvent maintenue sous vide. Le transport de ces fluides chauds sous double enveloppe présente, sur d'autres solutions plus clas- siques telles que les conduites isolées simplement posées en caniveau, un avantage appréciable du point de vue des pertes d'énergie, du respect de l'environnement et de l'absence quasi totale de dégradations des organes internes à la gaine. En raison du niveau de performance de ces réseaux, ils doivent répondre à des critères de qualité et de fiabilité techniques accrus. En particulier, en cas d'apparition de défauts au tube caloporteur, les sollicitations thermiques peuvent être plus accentuées que celles apparaissant lors d'une simple pose en caniveau. Une fuite est généralement remarquée au tableau de contrôle de la centrale et/ou par un système de détection approprié et/ou par l'examen de la tenue au vide de l'enveloppe extérieure. Particulièrement en cas de fuite relativement importante du tube caloporteur, il y a risque d'enva- hissement par le fluide de l'espace compris entre le tube caloporteur et l'enveloppe extérieure. Il pourrait en résulter une élévation de température de l'enve- loppe, d'o des tensions mécaniques dues à la dila- tation thermique, avec risque de dégradations impor- tantes aux installations si celles-ci n'ont pas été étudiées et réalisées en conséquence. Les probabilités d'apparition d'une fuite, quoique minimes, ne sont jamais totalement nulles; aussi les constructeurs préfèrent-ils désormais limiter les risques imposés à l'installation et les pertes en exploitation possibles en prévoyant un sectionnement en tronçons du volume annulaire séparant le tube caloporteur et son enveloppe protectrice. La demande de brevet français n 8 600 566 décrit un dispositif permettant la détection et repé- rage d'une fuite dans les conduites. Les dispositifs de détection décrits dans cette demande n'ont cependant pas de rôle de protection actif. Une autre façon bien connue de limiter les dommages en cas de fuite est de réaliser un système à sectionnement de l'espace compris entre le tube calo- porteur et l'enveloppe extérieure et de monter, à chaque sectionnement, une vanne motorisée pouvant être actionnée automatiquement par le signal d'un senseur inséré dans le dit espace. En cas de fuite, cette vanne motorisée interrompt la liaison entre deux tronçons successifs de cet espace annulaire, de façon à main- tenir l'isolation des tronçons non affectés par la fuite et à prévenir la montée de la pression dans ces tronçons. Un tel système offre le désavantage d'être extrêmement onéreux puisqu'il est nécessaire de prévoir une vanne motorisée à chaque séparation entre deux tronçons. Ce dispositif est, en outre, sensible aux agents extérieurs, requiert de fréquents entretiens et contrôles et implique une alimentation en énergie extérieure. L'alimentation en électricité de ces vannes peut, le cas échéant, constituer une source de danger (10 électrocution). La présente invention concerne un réseau de distribution de fluide à double enveloppe comportant un sectionnement en tronçons de l'espace annulaire sépa- rant le tube de transport de fluide et l'enveloppe extérieure, et a pour but de procurer, pour un tel réseau, un système de protection automatique et fiable, fonctionnant sans équipement électrique et empêchant, en cas de fuite, la propagation du fluide dans l'espace entre le tube de transport de fluide et l'enveloppe extérieure des troncons non affectés par la fuite. Un autre but de l'invention est d'obtenir un tel système d'un prix de revient relativement faible. Un autre but de l'invention est que ce même dispositif puisse servir d'organe de manoeuvre permet- tant notamment le sectionnement volontaire lors de travaux a effectuer sur les lignes ou lors de la mise en service. Un autre but de l'invention est d'obtenir un tel dispositif de sécurité pouvant fonctionner sans intervention humaine et sans l'apport d'une énergie extérieure. L'objet de l'invention est un dispositif de sectionnement automatique pour réseau de transport de fluide comportant un ou plusieurs tubes de transport de fluide enfermés dans une enveloppe protectrice exté- rieure, l'espace compris entre le ou les tubes de transport de fluide et la dite enveloppe étant divisé en tronçons séparés par des parois étanches; ce dispo- sitif est monté en pontage entre deux tronçons sur l'enveloppe extérieure à hauteur des parois de séparation. Ce dispositif comporte une chambre centrale dans laquelle peut se déplacer librement un organe obturateur qui, en l'absence de sollicitations exté- rieures, est ramené vers le centre de la chambre; deux conduits de pontage débouchent latéralement à l'opposé l'un de l'autre dans la chambre centrale par des orifices d'entrée; chacun de ces conduits met en communication la chambre centrale et le volume interne d'un tronçon; l'orifice d'entrée correspondant à chacun de ces conduits est muni d'un siège apte à coopérer avec l'organe obturateur pour réaliser une fermeture hermétique. Les dimensions relatives de la chambre centrale et de l'organe obturateur en forme de sphère sont telles que, lorsqu'une surpression apparait dans un des tronçons de la conduite, le flux de fluide provenant de ce tronçon provoque le déplacement de l'organe obturateur, lequel vient s'appliquer contre le siège de l'orifice communiquant avec le tronçon voisin. Selon une forme de réalisation préférée, l'organe obturateur a une forme sphérique. Suivant une forme de réalisation particulière de l'invention, I'organe obturateur repose sur le fond de la chambre centrale, laquelle présente une concavité telle qu'en l'absence de sollicitations extérieures, l'organe obturateur est ramené par gravité vers le centre de la chambre centrale. Suivant une autre forme de réalisation parti- culière, l'organe obturateur est suspendu, à la manière d'un pendule, dans la chambre centrale, de manière telle qu'en l'absence de sollicitations extérieures, il est ramené par gravité vers le centre de cette chambre. Suivant une forme d'exécution avantageuse de l'invention, le dispositif comporte, en outre, un orifice d'échappement mettant en communication l'inté- rieur de la chambre centrale et l'atmosphère exté- rieure, le dit orifice d'échappement étant fermé en condition normale par un organe de protection contre la surpression. Cet organe de protection contre la sur- pression est, de préférence, un disque de rupture. Selon une autre forme de réalisation préférée de l'invention, celle-ci comporte un organe de manoeuvre extérieur apte à provoquer le déplacement et le maintien de l'organe obturateur dans une position prédéterminée. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, cet organe de manoeuvre comprend deux tiges débouchant chacune dans une chambre secondaire attenant à la chambre centrale, ces deux tiges pouvant être déplacées longitudinalement selon l'axe des orifices d'entrée de la chambre centrale; des moyens d'étanchéité sont disposés entre les dites tiges et la paroi du dispositif, ces tiges étant munies de moyens de positionnement aptes à assurer leur immobilisation dans plusieurs positions prédéterminées; ces moyens de positionnement peuvent être constitués par des cran- tages dans lesquels s'engage un ergot solidaire de chaque tige de manoeuvre. L'organe obturateur peut être réalisé en tout matériau approprié et notamment en aluminium, en fonte, en résine, en acier inoxydable ou en un métal recouvert de matière polymère. Suivant une forme d'exécution particulière, la chambre centrale comporte un hublot transparent apte à permettre le repérage visuel de la position de l'organe obturateur. Suivant une forme d'exécution avantageuse, chaque chambre secondaire comporte une tubulure, munie d'un moyen de fermeture (tel qu'une petite vanne) permettant le raccordement d'un appareil de mesure de pression. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'une forme d'exécution particulière appliquée à un réseau de distribution de fluide caloporteur, dans lequel l'espace entre le tube caloporteur et l'enve- loppe extérieure est maintenu sous vide, référence étant faite aux dessins annexés, dans lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe selon un plan vertical passant par l'axe de la conduite du dispositif de sectionnement suivant l'invention; s la Fig. 2 est une vue selon un plan vertical parallèle à la conduite du dispositif suivant l'inven- tion après apparition d'une fuite dans un des tronçons; la Fig. 3 est une vue en coupe suivant un plan vertical parallèle à la conduite du dispositif suivant l'invention après fonctionnement du dispositif de protection contre les surpressions, et les Fig. 4, 5 et 6 sont des vues en coupe avec interruption du dispositif de sectionnement suivant l'invention montrant les différentes manoeuvres exécu- tées à l'aide de ce dispositif. La Fig. 1 est une vue en coupe, avec interrup- tions, selon un plan vertical passant par l'axe des conduites du dispositif de sectionnement selon l'inven- tion, en régime normal. La conduite est constituée d'un tube caloporteur isolé 1 maintenu radialement dans une enveloppe protectrice extérieure 2, sur laquelle est fixé le dispositif de sectionnement automatique 3. Les conduits de pontage 4 et 5 sont solidarisés par soudage à l'enveloppe protectrice extérieure 2 de part et d'autre d'un point fixe comportant une paroi de sépa- ration étanche 6. Chacun des conduits 4 et 5 communique via une des chambres secondaires 7 avec la chambre centrale 8 dans laquelle un organe obturateur 9 de forme sphérique peut se déplacer librement. De par la géométrie du fond de la chambre 8 dans les conditions normales d'em- ploi, l'organe obturateur 9 est ramené par son propre poids vers le milieu de la chambre centrale 8. Chaque orifice 11 par lequel la chambre centrale 8 communique avec chacune des chambres secondaires 7 est garni d'un siège concentrique 12 dont la forme coincide avec celle de l'organe obturateur 9. Un orifice d'échappement 13 s'ouvre dans la chambre centrale 8. Cet orifice d'échappement 13 se prolonge par un conduit 14 dont l'extrémité est fermée par un organe de protection contre la surpression 15, par exemple un disque de rupture. Lorsque l'organe obturateur 9 occupe le point central de la chambre centrale 8, les deux orifices 11 sont dégagés et la pression s'équilibre entre les deux tronçons 16 et 17. Les tronçons successifs formant une conduite peuvent donc tous être maintenus sous vide ou sous une pression uniforme, en série, par un ou deux groupes de pompes (non représentés). La Fig. 2 est une vue analogue à celle de la Fig. 1 montrant le dispositif selon l'invention lors de l'apparition d'une fuite dans le tube caloporteur 1. Une fuite s'étant produite à hauteur du tronçon défec- tueux 16, de la vapeur sous pression se répand dans ce tronçon, puis dans la chambre centrale 8. Il se produit entre les deux c6tés de l'organe obturateur 9 une différence de pression qui déplace cet organe vers le siège 12 de l'orifice 11 correspondant au tronçon sain 17 o règne la plus basse pression. 8. La Fig. 3 est une vue analogue à celle de la Fig. 1 montrant le dispositif selon l'invention dans le cas o, par suite de l'apparition d'une fuite dans le tube caloporteur 1 à hauteur du tronçon 16, l'organe obturateur 9 a obturé l'orifice 11 correspondant au tronçon sain 17 et o, après un temps plus ou moins long, la pression dans le tronçon défectueux s'est élevée au-delà de la valeur de calibrage du disque de rupture 15. Le disque de rupture 15 étant soumis, via la chambre centrale 8, à la pression régnant dans le tronçon défectueux 16, ce disque 15 vole en éclats, le fluide excédentaire s'échappe par le conduit 14, ce qui fait redescendre la pression dans l'enveloppe 2 du tronçon défectueux 16 au niveau de la pression atmo- sphérique (aux pertes de charge près). Après la rupture du disque 15, l'organe obturateur 9 reste plaqué sur le siège 12 de l'orifice 11 correspondant au tronçon 17 non affecté par la fuite, la pression régnant dans la chambre centrale (pression atmosphérique) étant supé- rieure à celle qui règne dans le tronçon 17 (vide). Un revêtement approprié recouvrant l'organe obturateur 9 coopère avec d'éventuels moyens d'étanchéité disposés sur le siège 12 pour préserver le tronçon sain 17, non affecté par la fuite, de toute perte de vide. Les Fig. 4, 5 et 6 sont des vues analogues à celle de la Fig. 1, montrant les différentes manoeuvres pouvant être opérées à l'aide du dispositif selon l'invention. Deux tiges de manoeuvre 18 sont munies chacune d'une poignée 19 par laquelle elles sont actionnées et d'un ergot 20 pouvant être engagé dans différents crans de positionnement 21, 22, 23 par rotation et translation, ce qui permet à l'extrémité de chaque tige de manoeuvre 18 d'agir sur l'organe obtu- rateur 9. Un Dresse-étoupe 24 (ou autre dispositif d'étanchéité) assure l'herméticité de la jonction entre cet organe 9 et la paroi de la chambre secondaire 7. Au premier cran de positionnement 21, comme indiqué aux Fig. 1, 2 et 3, les extrémités des tiges de manoeuvre 18 sont rétractées dans les chambres secon- daires 7, ce qui est la position normale en régime. Au second cran de positionnement 22, comme indiqué à la Fig. 4, l'extrémité d'une tige 18 est amenée à hauteur du siège 12 de l'orifice 11 de façon à empêcher, par exemple lors de la mise en service ou de la remise en service d'un tronçon, la fermeture intem- pestive du dispositif de sectionnement 3 due à la différence de pression régnant entre deux tronçons. Cette deuxième position de la tige de manoeuvre 18 est également utilisée pour dégager l'organe obturateur 9 de son siège 12 par poussée ou par impact après un déclenchement du dispositif 3. Au troisième cran de positionnement 23, comme indiqué à la Fig. 5, la tige de manoeuvre 18 se trouve en position extrême vers l'intérieur de la chambre centrale 8, maintenant l'organe obturateur 9 plaqué contre le siège 12 corres- pondant à l'orifice 11 qui se trouve à l'opposé de la tige 18. Cette troisième position de l'organe de manoeuvre 18 peut être utilisée non seulement pour effectuer une coupure volontaire entre deux tronçons, mais aussi pour assurer manuellement le maintien en place de l'organe obturateur 9 en cours de travaux, après déclenchement automatique du dispositif de coupure. La Fig. 6 montre l'utilisation du dispositif de sectionnement 3 comme localisateur pour la détermi- nation du tronçon défectueux 16. Les deux tiges de manoeuvre 18 sont dégagées de leurs ergots 20 et enfoncées dans la chambre centrale 8. Seule la tige 18 correspondant au tronçon défectueux 16 peut s'enfoncer jusqu'à hauteur du troisième cran 21, l'autre tige 18 vient buter contre l'organe obturateur 9; il serait nécessaire d'y appliquer une force d'environ 250 N pour dégager l'organe obturateur 9 de son siège 12. La forme ici décrite pour l'organe de manoeuvre, en l'occurrence des tiges coulissantes, a l'avantage de permettre un positionnement rapide et précis de ces tiges et de ne pas poser de problème particulier d'étanchéité, mais il est bien évident que l'on peut utiliser d'autres organes comme des tiges filetées se déplaçant sur un siège fileté solidaire du dispositif de sectionnement. Il va de soi également que la forme de l'or- gane obturateur pourrait être autre que celle d'une sphère, celle-ci présentant des avantages du point de vue du frottement notamment. On peut utiliser pour ce même organe d'autres formes telles que coniques ou cylindriques, sans pour autant s'écarter du cadre de l'invention. Il est à noter que le dispositif suivant l'invention fonctionne également en cas de fuite de l'enveloppe extérieure 2. En effet, en cas de fuite dans l'enveloppe extérieure 2, la pression augmente dans l'espace annulaire affecté par la fuite (par l'entrée d'air depuis l'atmosphère) et le dispositif de sectionnement fonctionnera comme dans le cas d'une fuite du tube caloporteur 1, isolant l'espace annulaire du tronçon affecté par la fuite de l'espace annulaire des tronçons voisins. Le dispositif suivant l'invention offre notamment l'avantage de pouvoir être facilement remis en état de fonctionnement normal après qu'une répa- ration a été effectuée (suite à une fuite du tube caloporteur 1 ou de l'enveloppe extérieure 2). Chaque dispositif suivant l'invention est il installé de manière à être accessible depuis un regard fermé par un couvercle. Il est donc aisément accessible pour permettre toute injection, manoeuvre, réparation ou remplacement éventuel. Parmi d'autres avantages de l'invention, on peut citer le fait que sa construction simple et robuste permet d'être utilisée par du personnel de faible qualification; par ailleurs les effets d'une fuite étant fortement limités, le délai d'intervention s'en trouve fortement accru sans que le reste de l'installation ait à en souffrir. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Dispositif de sectionnement automatique pour réseau de transport de fluide (3) comportant un ou plusieurs tubes de transport de fluide (1), enfermés dans une enveloppe protectrice extérieure (2), l'espace compris entre le ou les tubes de transport de fluide (1) et la dite enveloppe protectrice extérieure (2) étant divisé en tronçons (16, 17) séparés par des parois étanches (6), le dit dispositif, monté en pontage entre deux tronçons sur l'enveloppe extérieure (2) à hauteur des parois de séparation (6), étant caractérisé en ce qu'il comporte: une chambre centrale (8) dans laquelle peut se déplacer un organe obturateur (9) qui, en l'absence de sollicitations extérieures, est ramené vers le centre de la chambre (8), deux conduits de pontage (4, 5) débouchant latéralement à l'opposé l'un de l'autre dans la chambre centrale (8) par des orifices d'entrée (11), chacun des dits conduits (4, 5) mettant en communication la dite chambre centrale (8) et le volume interne d'un tronçon (16, 17), l'orifice d'entrée (11) correspondant à chacun de ces conduits (4, 5) étant muni d'un siège (12) apte à coopérer avec l'organe obturateur (9) pour réaliser une fermeture hermétique, les dimensions relatives de la chambre cen- trale (8) et de l'organe obturateur (9) étant telles que lors de l'apparition d'une surpression dans un des tronçons de la conduite, le flux de fluide provenant de ce tronçon (16) provoque le déplacement de l'organe obturateur (9), le dit organe obturateur (9) venant s'appliquer contre le siège (12) ménagé sur l'orifice (11) communiquant avec le tronçon voisin (17). 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe obturateur (9) a une forme sphérique. 3.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'organe obturateur (9) repose sur le fond de la chambre cen- trale (8), laquelle présente une concavité telle qu'en l'absence de sollicitations extérieures, l'organe obturateur (9) est ramené par gravité vers le centre de la chambre centrale (8). 4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'organe obturateur (9) est suspendu, à la manière d'un pendule, dans la chambre centrale (8), de manière telle qu'en l'absence de sollicitations extérieures, il est ramené par gravité vers le centre de cette chambre (8). 5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un orifice d'échappement (13) mettant en communication l'intérieur de la chambre centrale (8) et l'atmosphère extérieure, le dit orifice d'échappement (13) étant fermé en condition normale par un organe de protection contre la surpression (15). 6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe de protection contre la surpression (15) est un disque de rupture. 7.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de manoeuvre extérieur apte à déplacer et à maintenir dans une position prédéterminée l'organe obturateur (9). 8.- Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe de manoeuvre extérieur comprend deux tiges (18) débouchant dans des chambres secondaires (7) attenant à la chambre centrale (8), les dites tiges de manoeuvre (18) pouvant &tre déplacées longitudinalement selon l'axe des orifices d'entrée (11) de la chambre centrale (8), des moyens d'étan- chéité étant disposés entre les dites tiges (18) et la paroi du dispositif, les dites tiges (18) étant munies, en outre, de moyens de positionnement aptes à assurer leur immobilisation dans une position déterminée. 9.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de positionnement des tiges de manoeuvre (18) sont constitués par des cran- tages dans lesquels s'engage un ergot (20) solidaire de chaque tige de manoeuvre. 10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe obturateur (9) est fabriqué en un matériau choisi parmi le groupe comprenant: l'aluminium, la fonte, la résine, l'acier inoxydable et le métal recouvert de matériau polymère. 11.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre centrale (8) comporte un hublot transparent apte à permettre le repérage visuel de la position de l'organe obturateur (9). 12.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque chambre secondaire (7) comporte une tubulure munie d'un moyen de fermeture, permettant le raccor- dement d'un appareil de mesure de pression.