Brevet FR2625012A1 — publié le 19890623

Procédé et dispositif pour reproduire les conditions nécessaires pour réaliser une opération de soudage sur une conduite immergée en service dans laquelle circule un fluide. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour reproduire les conditions nécessaires pour réaliser une opération de soudage sur une conduite immergée en service dans laquelle circule un fluide. Le secteur technique de l'invention est celui des appareilla- ges trouvant leur application dans le domaine des travaux sous-marins. Actuellement pour reproduire les conditions nécessaires pour réaliser une opération de soudage sur une conduite dans laquelle circule un fluide, on réalise un banc d'essai constitué par une tubulure dont un tronçon a les mêmes caractéristiques que celles de ladite conduite, lequel banc d'essai réalise une boucle dans laquelle on met en circulation le même fluide que celui qui circule dans la conduite en service, par exemple de l'huile ou un gaz et on obtient à l'atmosphère, les conditions de transfert de chaleur à travers la paroi de la conduite en service dans laquelle circule ledit fluide. De telles conduites pouvant atteindre de forts diamètres, de l'ordre du mètre, on conçoit qu'un tel banc d'essai est cofûteux à mettre en oeuvre et est relativement encombrant ce qui par exemple interdit de pouvoir l'utiliser dans une enceinte hyperbare classique pour reproduire les conditions de soudage à effectuer sur une conduite immergée en service. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. L'objectif à atteindre est un banc d'essai mettant en oeuvre un procédé et un disposit/fpour reproduire, à la pression du fond, les conditions nécessaires pour réaliser-une opération de soudage sur une conduite immergée en service dans laquelle circule= de l'huile ou du gaz. Cet objectif est atteint par le procédé selon l'invention selon lequel: on dispose dans une enceinte hyperbare un premier tronçon de conduite ayant les memes caractéristiques que celles de la conduite en service; un second tronçon de conduite de même longueur que ledit premier tronçon et d'un diamètre externe inférieur au diamètre interne dudit premier tronçon, de sorte que les premier et second tronçons de conduite sont coaxiaux et délimitent entre eux un espace annulaire; - on dispose dans ledit espace annulaire des moyens géné- rateurs d'un écoulement turbulent d'un fluide; - on obture les deux extrémités dudit espace annulaire; - on admet, par un orifice d'entrée situé à une extrémité dudit espace annulaire, un fluide sous pression et on établit une circulation de ce fluide à l'état turbulent dans ledit espace annulaire;. - on recueille le fluide en circulation par un orifice de sortie situé à l'autre extrémité dudit espace annulaire et on recycle ledit fluide; - les conditions telles que la distance comprise entre les parois des deux tronçons de conduite, lesdits moyens générateurs d'un écoulement turbulent du fluide,la température, la pression et le débit du fluide sont choisis pour obtenir un transfert de chaleur à travers la paroi dudit premier tronçon de conduite comparable à celui obtenu par la circulation dudit fluide dans la conduite en service immergée. Selon le procédé, on applique la formule suivante: P = H (T canalisation - T fluide) dans laquelle P est la puissance calorifique et H un coefficient d'échange, formule que l'on applique de la façon suivante: P H' (T tronçon d'essai - T fluide de circulation dans le banc), les caractéristiques du fluide circulant dans le banc et sa température permettent de déduire la vitesse moyenne dudit fluide et à partir de la vitesse ainsi déduite et du débit dudit fluide, on définit une section de passage, c'est-à-dire l'espace annulaire entre les deux tronçons de conduite qui composent le banc et le pas de la paroi en hélice qui constitue les moyens générateurs d'un écoulement turbulent du fluide. L'objectif est également atteint par le dispositif selon l'invention, lequel comporte en combinaison: - une enceinte hyperbare dans laquelle est placé un banc d'essai composé par: - un premier tronçon de conduite ayant les mêmes caracté- ristiques que celles de la conduite en service; - un second tronçon de conduite, de même longueur que ledit premier tronçon de conduite, lequel second tronçon de conduite est d'un diamètre externe inférieur au diamètre interne dudit premier tronçon, lesdits premier et second tronçons de conduite étant coaxiaux et délimitant entre eux un espace annulaire; - des moyens générateurs d'un écoulement turbulent d'un fluide situésdans ledit espace annulaire, lequel comporte, à ses extrémités, des parois d'obturation; - un orifice d'entrée d'un fluide sous pression situé à une extrémité dudit espace annulaire et un orifice de sortie situé à son autre extrémité, - et des moyens pour mettre ledit fluide en circulation dans ledit espace annulaire pour adapter et contr8ler son débit, sa température et sa pression de manière à obtenir un transfert de chaleur à travers la paroi dudit premier tronçon de conduite comparable à celui obtenu par la circulation du fluide dans la conduite immergée en service. Selon un mode de réalisation, les moyens générateurs de l'écoulement turbulent du fluide sous pression sont constitués par une paroi hélicoïdale s'étendant selon un.,pas-oanstant::sdr la4longueur de l'espace annulaire, laquelle paroi rejoint de façon étanche la face interne dudit premier tronçon de conduite et la face externe dudit second tronçon. Ladite paroi hélicoldale se compose d'un fer plat enroulé en hélice autour dudit second tronçon de conduite auquel il est fixé, lequel fer plat délimite avec la face interne dudit premier tronçon un espace comblé par un joint d'étanchéité. Ledit joint se compose d'un bourrelet mis au contact de la face interne dudit premier tronçon de conduite et de deux lèvres qui chevauchent ledit fer plat, lequel joint est fixé au fer plat par collage et est réalisé en silicone thermique. L'orifice d'entrée du fluide sous pression est fixé à la paroi dudit second tronçon de conduite et l'orifice de sortie dudit fluide est fixée à la paroi dudit premier tronçon. Selon l'invention, ledit dispositif comporte en outre une bache contenant ledit fluide de laquelle part le circuit "aller" du fluide, lequel circuit comporte une pompe pour la mise en circulation et en pression dudit fluide issu de la bâche, un débitmàtre, un thermomètre et un manomètre, lequel circuit aboutit à un passage de ____.-- es k__t. A-^ 1i. 9e4 Ao ltonrpntp hvoerbare et une conduite s'étendant dudit passage de paroi à l'orifice d'entrée dudit second tronçon de conduite et le circuit "retour" à la bâche comporte une conduite s'étendant de l'orifice de sortie fixée audit premier tronçon de conduite à un passage de paroi de l'enceinte hyperbare, lequel circuit comportant, à partir dudit passage de paroi, un thermomètreet une vanne de réglage et d'arrêt de la veine de fluide en retour à la bâche. Ladite paroi hélicoïdale est orthogonale auxdits tronçons de conduite. Le résultat de l'invention est la mise en oeuvre des conditions et des moyens pour réaliser, de façon optimale, une opération de soudage sur une conduite immergée en service et dans laquelle circule un fluide. Les avantages de l'invention se situent d'une part au niveau des conditions de fonctionnement du banc d'essai dans une enceinte hyperbare, l'essai étant mis en oeuvre à la pression du fond o se trouve la conduite en service immergée sur laquelle les opérations de soudure doivent être réalisées et d'autre part au niveau du coût de l'installation qui est nettement inférieur à celui des bancs d'essais actuellement utilisés et également de la facilité de mise en oeuvre du procédé avec un matériel d'une grande simplicité. D'autres avantages et les caractéristiques de l'invention ressortiront encore à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation d'un banc d'essai donné à titre d'exemple, en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une vue en coupe transversale schématique d'une enceinte hyperbare dans laquelle est disposée un banc d'essai selon l'invention et sur laquelle sont représentés les appareils de régulation du banc illustrés schématiquement à l'extérieur de l'enceinte hyperbare; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un banc d'essai similaire à celui de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III III de la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle illustrant la mise en oeuvre de la paroi hélicoïdale qui s'étend dans l'espace annulaire existant entre les deux tronçons de conduites coaxiaux. Pour reproduire sur un tronçon de conduite les conditions d'une conduite en service immergée déterminantes pour une opération de soudure, c'est-àdire: la pression interne et la circulation du gaz ou de l'huile, on réalise, selon l'invention, une circulation de fluide par exemple de l'eau entre le tronçon de conduite à étudier et un second tronçon de conduite coaxial audit premier tronçon et sur lequel second tronçon est soudée une paroi en hélice. L'espace entre les deux tronçons de conduite, le pas de la paroi en hélice, la température, la pression et le débit de l'eau sont choisis pour établir un écoulement turbulent imposant un transfert de chaleur à travers la paroi dudit premier tronçon de conduite comparable à celui obtenu par la circulation du gaz ou de l'huile dans la conduite en service immergée. Ledit premier tronçon de conduite, qui constitue l'enveloppe extérieure du banc d'essai, est constitué par un tronçon ayant des caractéristiques similaires sinon identiques à celles de la conduite en service immergée (diamètre interne, épaisseur de la paroi et nuance 1'acier). La longueur du bancest bien entendu dictée par l'encombrement maximum admis dans l'enceinte hyperbare o se déroulent les essais. Le diamètre extérieur du second tronçon de conduite disposé coaxialement à l'intérieur dudit premier tronçon et le pas de la paroi en hélice qui s'enroule sur la longueur du banc autour dudit second tronçon de conduite sont définis comme suit: les caractéristiques de la canalisation en service du fluide véhiculé permettent de calculer la puissance de chauffage nécessaire pour obtenir la température de la paroi qu'il faut atteindre pour l'opération de soudage. On applique la formule suivante: P = H (T canalisation - T fluide) dans laquelle P-est la puissance calorifique et H un coefficient d'échange. A titre d'exemple, le coefficient d'échange utilisé lors des essais réalisés est le suivant: H = X0,023 XPV0,8 t p4 X = Conduction thermique D = 4S diamètre hydraulique p P = masse volumique V = vitesse = viscosité dynamique Cp = chaleur massique En utilisant la même puissance de chauffage sur le banc d'essai que sur la conduite en service, l'objectif est de retrouver les mêmes températures dans la zone de soudage. Pour cela on écrit que le flux de chaleur dissipée à travers la paroi de la conduite en service est égal au flux de chaleur dissipé à traverà la paroi dudit premier tronçon de conduite qui constitue l'enveloppe du banc. : P = H' (T tronçon d'essai - T eau). Les caractéristiques de l'eau et sa température permettent de déduire la vitesse moyenne de l'eau. Connaissant cette vitese, on définit une section de passage (c'est-à-dire l'espace annulaire entre les deux tronçons de conduite qui composent le banc et le pas de la paroi en hélice)pour obtenir un écoulement d'eau turbulent de l'ordre de 8m3/s. On s'assure que cette section de passage permette un écoulement homogène. Bien entendu, l'épaisseur du second tronçon de conduite interne et des deux plaques d'extrémités est définie pour résister à la pression interne du banc, cette pression pouvant ître nécessaire pour éviter l'ébullition de l'eau. Un mode de réalisation du dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre dudit procédé est donné de façon schématique à la figure 1 du dessin. Le banc d'essai 1, qui sera décrit plus loin, est disposé à l'intérieur d'une enceinte hyperbare 2 dans laquelle règne une pression identique à celle du fond o se trouve la conduite en service. La mise en circulation de l'eau pour la mise en oeuvre de l'essai est réalisée par le.circuit suivant: l'eau est pompée dans un bassin ou bâche 3, par une pompe 4, insérée dans une tubulure 5 sur laquelle sont placés: un débitmètre 6, un thermomètre 7 et un manomètre 8. La tubulure 5 aboutit à un passage de paroi 9 de l'enceinte hyperbare 2. L'eau est dirigée dudit passage de paroi 9 à l'orifice d'entrée du banc au moyen d'une tubulure par exemple souple 10. Après que l'eau ait circulé dans le banc 1 à l'état turbulent, elle est recyclée dans le circuit. Une autre tubulure souple 11 est fixée à l'orifice de sortie-du banc et s'étend jusqu'à un deuxième passage de paroi 12 de l'enceinte 2.La tubulure 13 conduit l'eau à la bâche 3 sur laquelle tubulure sont placés un thermomètre 14 et une vanne de réglage et d'arrêt 15. Les figures 2 à 4 donnent avec plus de détail la construc- tion d'un banc d'essai 1 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Tel qu'il est représenté aux figures 2 et 3, ledit banc d'essai se compose d'un premier tronçon de conduite 16 ayant les mêmes caractéristiques que celles de la conduite en service immergée. Dans ce premier tronçon et coaxialement à celui-ci, est placé un deuxième tronçon de conduite 15. Comme on peut le voir sur le dessin, ce deuxième tronçon est d'un diamètre externe nettement inférieur au diamètre interne dudit premier tronçon 16 de telle sorte qu'un espace annulaire 18 est réservé entre les deux tronçons 16/17. Dans cet espace annulaire est enroulée en hélice une paroi 19 sur toute la longueur du banc, l'espace existant entre les deux tronçons 16/17 et le pas de l'hélice 19 sont définis tel que celà.a: été exposé plus haut. La paroi 19 (figure 4) est constituée par un fer plat 19a orthogonal au tronçon de la conduite centrale 17 et à l'enveloppe 16. Pour des questions de facilités de fabrication du banc, le fer plat 19a est d'une hauteur inférieure à l'espace 18 qui sépare les deux tronçons 16/17. L'étanchéité de la paroi hélicoidale 19 est obtenue au moyen d'un joint 19b, constitué par un bourrelet 19b1 venant en appui sur la face interne 16a de la paroi dudit premier - tronçon de conduite 16 et est monté à cheval sur le fer plat 19a. Le joint 19b comporte ainsi deux lèvres 19b2/19b3 sensiblement parallèles entre elles et de même longueur et sa fixation au fer plat est obtenue par collage. De préférence, ce joint est choisi dans la famille des'joints en silicone thermique. L'espace annulaire 18 est obturé aux deux extrémités du banc par des parois-20/21 soudées auxdits tronçons de conduite 16/17, lesquelles parois débordent autour desdits tronçons et sont d'un contour carré. Elles sont évidées dans leur partie centrale s'étendant jusqu'à la périphérie interne du tronçon de conduite 17 pour permettre d'accéder à l'intérieur de celui-ci. Le banc comporte encore un orifice d'entrée de l'eau 22, fixé à la paroi du second tronçon de conduite 17 et un orifice de sortie 23, fixé à la paroi du premier tronçon de conduite 16. Ces orifices sont réservés dans des bossages taraudés en leur centre pour permettre de procéder au raccordement des tubulures 10/11 du circuit hydraulique. A la différence du banc illustré à la figure 1, celui des figures 2 et 3 comporte un piquage 24 constitué par une virole soudée. au tronçon 16 au cours de l'essai de soudagedans la partie médiane du banc. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les parties qui viennent d'ître décrites à titre d'exemple pourront être remplacées par l'Homme de l'Art par des parties équivalentes remplissant la même fonction. REVENDICATIONS 1. Procédé pour reproduire les conditions nécessaires pour - réaliser une opération de soudage sur une conduite immergée en service, dans laquelle circule un fluide, caractérisé par les opérations suivantes: - on dispose dans une enceinte hyperbare (2) un premier tronçon de conduite (16) ayant les mêmes caractéristiques que celles de la conduite en service; - on place à l'intérieur dudit premier tronçon de conduite (16) un second tronçon de conduite (17) de même longueur que ledit premier tronçon et d'un diamètre externe inférieur au diamètre interne dudit premier tronçon, de sorte que les premier et second tronçons de conduite (16/17) sont coaxiaux et délimitent entre eux un espace annulaire (18); - on dispose dans ledit espace annulaire (18) des moyens (19) générateurs d'un écoulement turbulent d'un fluide; - on obture les deux extrémités dudit espace annulaire (18); - on admet, par un orifice d'entrée (22) situé-à une extrémité dudit espace annulaire (18) un fluide sous pression et on établit une circulation de ce fluide à l'état turbulent dans ledit espace annulaire; - on recueille le fluide en circulation par un orifice de sortie (23), situé à l'autre extrémité dudit espace annulaire (18) et on recycle ledit fluide; -les conditions telles que la distance comprise entre les parois des deux tronçons de conduite (16/17), lesdits moyens (19) générateurs d'un écoulement turbulent du fluide, la température (7/14), la pression (8) et le débit (6) du fluide sont choisis pour obtenir un transfert de chaleur à travers la paroi dudit premier tronçon de conduite(16) comparable à celui obtenu par la circulation dudit fluide dans la conduite en service immergée. 2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel on applique la formule suivante: P H (T canalisation - T fluide) dans laquelle P est la puissance calorifique et H un coefficient d'échange, formule que l'on applique de la façon suivante: P = H' (T tronçon d'essai - T fluide de circulation dans le banc) les caractéristiques du fluide circulant dans le banc et sa température permettant de déduire la vitesse moyenne dudit fluide, caractérisé en ce que les moyens générateurs d'un écoulement turbulent sont constitués par une paroi en hélice (19)et en ce qu'à partir de la vitesse ainsi déduite et du débit dudit fluide, on définit une section de passage, c'est-à-dire-l'espace annulaire (18) entre les deux tronçons de conduite (16/17) qui composent le banc (1) et le pas de la paroi (19) en hélice, pour obtenir un écoulement de fluide turbulent. 3. Dispositif pour reproduire les caractéristiques nécessaires pour réaliser une opération de soudage sur une conduite immergée en service dans laquelle circule un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison,: - une enceinte hyperbare (2) dans laquelle est placé un banc d'essai (1) composé par: - un premier tronçon de conduite (16) ayant les mêmes caractéristiques que celles de la conduite en service; - un second tronçon de conduite (17) de même longueur que ledit premier tronçon de conduite (16), lequel second tronçon de conduite (17) est d'un diamètre externe inférieur au diamètre interne dudit premier tronçon, lesdits premier et second tronçons de conduite - (16/17) étant coaxiaux et délimitant entre eux un espace annulaire 18; - des moyens (19) générateurs d'un écoulement turbulent d'un fluide situé dans ledit espace annulaire (18) lequel comporte, à ses extrémités, des parois d'obturation (20/21); un orifice (22) d'entrée d'un fluide sous pression situé à une extrémité dudit espace annulaire (16) et un orifice de sortie (23) situé à son autre extrémité; - et des moyens (4) pour mettre ledit-fluide en circulation dans ledit espace annulaire (18) pour adapter et contr8ler son débit (6/15), sa température (7/14) et sa pression (8) de manière à obtenir un transfert de chaleur à travers la paroi dudit premier tronçon de conduite comparable à celui obtenu par la circulation du fluide dans la conduite immergée en service. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens générateurs de l'écoulement turbulent du fluide sous pression sont constitués par une paroi hélicoïdale (19) s'étendant selon un pas constant sur la longueur de l'espace annulaire (18), laquelle paroi rejoint de façon étanche la face interne (16a) dudit premier tronçon de conduite (16) et la face externe dudit second tronçon (17). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite paroi hélicoïdale (19) se compose d'un fer plat (19à) enroulé en hélice autour dudit second tronçoqn de conduite (17) auquel il est fixé, lequel fer plat délimite avec la face interne (16a) dudit premier tronçon (16) un espace comblé par un joint d'étanchéité (19b). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit joint (19b) se compose d'un bourrelet (19bl) mis au contact de la face interne (16a) dudit premier tronçon de conduite (16) et de deux lèvres (19b2/19b3) qui chevauchent ledit fer plat (19a), lequel joint (19b) est fixé au fer plat (19a) par collage. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit joint (16b) est réalisé en silicone thermique. 8. Dispositif sèlon la revendication 3, caractérisé en ce que l'orifice (22) d'entrée du fluide sous pression est fixé à la paroi dudit second tronçon de conduite (17) et que l'orifice de sortie (23) dudit fluide est fixé à la paroi dudit premier tronçon (16). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une bâche contenant ledit fluide (3) de laquelle part le circuit "aller" du fluide, lequel circuit comporte une pompe (4) pour la mise en circulation et en pression dudit fluide issu de la bâche, un débitmètre (6), un thermomètre (7) et un manomètre (8), lequel circuit aboutit à un passage de paroi étanche (9) réservé dans la paroi de l'enceinte hyperbare (2) et une. conduite (10) s'étendant dudit passage de paroi (9) à l'orifice d'entrée (22) dudit second tronçon de conduite (17) et le circuit "retour" à la bâche (3) comporte une conduite (11) s'étendant de l'orifice de sortie (23) fixée audit premier tronçon de conduite (16) à. un passage de paroi (12) de l'enceinte hyperbare (2), lequel circuit comportant, à partir dudit passage de paroi (12), un thermomètre (14) et une vanne de réglage et d'arrêt (15) de la veine de fluide en retour à la bâche. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 - ou 5, caractérisé en ce que ladite paroi hélicoïdale (19) est orthogonale auxdits tronçons de conduite (16/17).