Brevet FR2775626A1 — publié le 19990910

PROCÉDÉ DE FABRICATION DE TUBES À GAINE PAR UNE MÉTHODE DE COEXTRUSION La présente invention porte, d'une manière générale, sur un procédé de fabrication de tubes à gaine ou de tubes de gaz naturel liquéfié (GNL) pour gazéificateurs de GNL et, plus particulièrement, sur un procédé de fabrication de tels tubes par une méthode de coextrusion capable de rendre uniforme l'épaisseur d'une couche de gaine et d'améliorer la force d'adhérence interfaciale entre la couche de gaine et le tube. Comme cela est bien connu de l'homme du métier, les combustibles fossiles : charbon ou pétrole, provoquent de façon regrettable une diversité de pollutions de l'environnement, telles que les pluies acides, la pollution de l'air, etc., de telle sorte qu'il est nécessaire de remplacer les combustibles fossiles par du gaz naturel (GN) qui n'est pratiquement pas susceptible de provoquer une telle pollution de l'environnement. Pour utiliser de façon pratique un tel gaz naturel, il est nécessaire de liquéfier du gaz naturel provenant d'un puits de gaz en GNL avant de transporter le gaz jusqu'à une base de GNL à l'aide d'un méthanier. Le gaz naturel liquéfié est stocké dans des réservoirs de GNL de la base. A la base de GNL, le gaz naturel liquéfié est gazéifié à l'aide d'un gazéificateur de GNL avant d'être adressé aux consommateurs. La Figure 1 représente de façon schématique la structure et le fonctionnement d'un gazéificateur de GNL classique. Comme représenté sur le dessin, le gazéificateur 10 comprend un tube d'eau 3, un tube collecteur de GN 12, un tube de gazéification 14 et un tube collecteur de GNL 16. Le tube de gazéification 14 est doté intérieurement d'une pluralité d'ailettes. Dans le fonctionnement du gazéificateur ci-dessus 10, du gaz naturel liquéfié provenant d'un réservoir de GNL s'écoule dans le tube de gazéification 14 en arrivant par le tube collecteur de GNL 16, alors qu'une source de chaleur, telle que de l'eau de mer ou de l'eau douce, s'écoule dans le tube d'eau 3 de façon à fournir de la chaleur dans le tube de gazéification 14. Sous l'effet de la chaleur externe provenant du tube d'eau 3, le gaz naturel liquéfié dans le tube de gazéification 14 se déplace vers la partie supérieure du tube 14, étant ainsi gazéifié en gaz naturel et étant déchargé du tube 14 par le tube collecteur de GN 12. Dans la technique antérieure, un tel tube de gazéification 14 est fait d'un alliage d'aluminium, tel que 1'AA3003, ayant une excellente conductivité de la chaleur et une excellente résistance à la corrosion. Cependant, un tel tube en alliage d'aluminium pose des problèmes par le fait que le tube en alliage d'aluminium est facilement et rapidement corrodé, par exemple par suite d'une corrosion par piqûres, et il raccourcit de façon regrettable la durée de vie attendue du gazéificateur à plusieurs mois lorsque de l'eau de mer est utilisée comme source de chaleur. Une telle corrosion provoquée par l'eau de mer du tube de gazéification réduit l'effet opérationnel du gazéificateur et peut amener le tube à avoir de sérieux dangers quant à la sécurité, dus aux gaz inflammables. Dans un effort pour résoudre le problème mentionné ci-dessus, un métal d'anode active peut être appliqué en revêtement sur le tube de gazéification en alliage d'aluminium grâce à une méthode de métallisation à chaud, formant ainsi une couche anti-corrosion ou une couche de gaine sur le tube. Dans une description détaillée, un métal d'anode active, tel qu'Al-2tZn, peut être appliqué en revêtement sur le tube en alliage d'aluminium grâce à une méthode de métallisation à chaud, formant ainsi une couche anti-corrosion de 80-400 pm d'épaisseur sur le tube en alliage d'aluminium et protégeant l'alliage AA3003 ou le métal de base du tube des environnements corrosifs. Cependant, une telle couche de gaine, formée grâce à la métallisation à chaud, présente de façon typique des fissures et des pores. De plus, lorsque la surface externe du tube en alliage d'aluminium ne réussit pas à être traitée de façon appropriée, la force d'adhérence interfaciale entre la couche de gaine et le tube est réduite, amenant ainsi la couche de gaine à être retirée du tube de façon inattendue. En particulier, les pores de la couche de gaine empêchent la couche de gaine de protéger de façon efficace le tube en alliage d'aluminium vis-à-vis des environnements corrosifs. Un autre problème de la couche de gaine ci-dessus est provoqué par les conditions de fonctionnement du gazéificateur, qui forcent le tube de gazéification à être chauffé et refroidi de façon répétée pendant le fonctionnement du gazéificateur. Autrement dit, la couche de gaine, appliquée en revêtement sur le tube avec la faible force d'adhérence interfaciale, ne parvient pas à résister de façon efficace à de telles conditions de fonctionnement du gazéificateur, mais est facilement retirée du tube, réduisant ainsi la durée de vie attendue du gazéificateur. En conséquence, la présente invention a été effectuée en gardant à l'esprit les problèmes ci-dessus qui se présentent dans la technique antérieure, et un objectif de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de tubes à gaine pour gazéificateurs de GNL grâce à une méthode de coextrusion capable de rendre uniforme l'épaisseur de la couche de gaine d'un tube à gaine et d'améliorer la force d'adhérence interfaciale entre la couche de gaine et le tube, par comparaison avec un tube à gaine typique, ayant une couche de gaine appliquée par métallisation à chaud. Pour atteindre l'objectif ci-dessus, il est proposé, conformément à la présente invention, un procédé de fabrication de tubes à gaine grâce à une méthode de coextrusion, ledit procédé étant caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à - former un élément de tube de base - intégrer un élément de gaine à l'élément de tube de base suivant une billette d'extrusion - placer la billette dans une coextrudeuse - préchauffer la billette, permettant ainsi de déformer plastiquement la billette ; et - extruder la billette à l'aide de la pression d'un piston de la coextrudeuse, permettant ainsi de fabriquer un tube à gaine avec une couche de gaine. Conformément à d'autres caractéristiques de la présente invention, un élément de gaine plat est placé dans la coextrudeuse en une position se trouvant devant la billette ; et ledit élément de tube de base a la forme d'un bouchon. Dans le tube à gaine de la présente invention, la couche de gaine est exempte de pores et présente à la fois une épaisseur uniforme et une force d'adhérence interfaciale améliorée. Le tube à gaine coextrudé de la présente invention allonge de façon effective la durée de vie attendue du gazéificateur de GNL, améliorant ainsi le rendement économique et la sécurité de fonctionnement du gazéificateur. Les objectifs et caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres, et également d'autres avantages de la présente invention, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée suivante faite en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels - la Figure 1 est une vue représentant schématiquement la structure et le fonctionnement d'un gazéificateur classique de GNL - la Figure 2 est une vue en coupe d'un élément de tube de base conforme à la présente invention - la Figure 3 est une vue en coupe montrant l'étape de formation d'une couche de gaine sur l'élément de tube de base dans un moule conforme à la présente invention - la Figure 4 est une vue en coupe de l'élément de tube de base avec la couche de gaine conforme à la présente invention - la Figure 5 est une vue en coupe selon la ligne A-A de la Figure 4 - la Figure 6 est une vue en coupe illustrant le procédé de fabrication d'un tube à gaine pour gazéificateurs de GNL grâce à une méthode de coextrusion conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention - la Figure 7 est une vue en coupe illustrant le procédé de fabrication d'un tube à gaine pour gazéificateurs de GNL grâce à une méthode de coextrusion conforme à un second mode de réalisation de la présente invention - la Figure 8 est une vue en coupe illustrant le procédé de fabrication d'un tube à gaine pour gazéificateurs de GNL grâce à une méthode de coextrusion conforme à un troisième mode de réalisation de la présente invention ; - la Figure 9 est une vue en coupe illustrant le procédé de fabrication d'un tube à gaine pour gazéificateurs de GNL grâce à une méthode de coextrusion conforme à un quatrième mode de réalisation de la présente invention ; et - les Figures 10 et 11 sont chacune une vue en coupe de tubes à gaine pour gazéificateurs de GNL conformes à la présente invention. Conformément à la présente invention, il est proposé un procédé de fabrication de tubes à gaine pour gazéificateurs de GNL grâce à une méthode de coextrusion. Selon la technique antérieure, de tels tubes à gaine sont obtenus par application en revêtement d'un alliage A1-2% Zn sur un élément de tube de base grâce à une méthode de métallisation à chaud. Cependant, la couche de gaine d'un tel tube à gaine typique présente des pores et une épaisseur non-uniforme et est appliquée en revêtement de façon instable sur l'élément de tube de base avec une force d'adhérence interfaciale faible, étant ainsi retirée de façon inattendue de l'élément de tube de base et réduisant la résistance à la corrosion du tube à gaine. Pour améliorer la résistance à la corrosion du tube à gaine, il est nécessaire de former une couche de gaine dense sur l'élément de tube de base et d'améliorer la force d'adhérence interfaciale entre la couche de gaine et l'élément de tube de base. Les tubes à gaine, ayant les performances opérationnelles désirées, peuvent être obtenus grâce à une déposition en phase gazeuse par procédé chimique ou physique ou une méthode de gainage. La presente invention utilise la méthode de gainage qui améliore le rendement économique des tubes à gaine. La méthode de gainage pour les tubes à gaine peut être mise en oeuvre grâce à une méthode de laminage, de soudage par explosion, de soudage à l'arc ou de coextrusion. La présente invention utilise la méthode de coextrusion, qui est appropriée pour former un produit ayant une configuration complexe et affecte rarement les performances mécaniques et physiques du métal de base du tube. Dans la méthode de coextrusion, un alliage d'anode réactive est extrudé en même temps que l'extrusion d'un tube de gazéification d'un alliage d'aluminium, formant ainsi un tube à gaine avec une couche de gaine. Dans la méthode de coextrusion, il est nécessaire de rendre uniforme l'épaisseur de la couche de gaine tout le long de la longueur du tube. La Figure 2 est une vue en coupe d'un élément de tube de base conforme à la présente invention. L'élément de tube de base 22 est formé d'un alliage d'aluminium fondu à l'aide d'un moule (non représenté) ayant une dimension d'environ 120 mm (diamètre) x 255 mm (hauteur). L'élément de tube de base résultant 22 est un élément creux épais avec une ouverture axiale 23. Par la suite, l'élément de tube de base 22 est placé de façon concentrique dans un moule 25, ayant un diamètre d'environ 140 mm, de façon à former un intervalle de 10 mm entre l'élément 22 et le moule 25 comme représenté sur la Figure 3. Une matière de gaine fondue 24 est introduite dans l'intervalle entre l'élément de tube de base 22 et le moule 25. L'élément de tube de base 22 est ainsi intégré par la matière de gainage 24 suivant une billette d'extrusion cylindrique, telle que représentée sur les Figures 4 et 5. La billette d'extrusion est, par la suite, soumise à une méthode de coextrusion, formant ainsi un tube à gaine. La méthode de coextrusion utilise une coextrudeuse. Comme représenté sur la Figure 6, la coextrudeuse 20 comprend un moule avant perforé 28, un récipient de billette 30, un piston de pression 32 et un mandrin 34. Le mandrin 34 traverse l'ouverture 23 de l'élément de tube de base 22, permettant ainsi à l'ouverture 23 de conserver une configuration constante pendant le processus d'extrusion. Pendant le processus de coextrusion, le récipient 30 est préchauffé à environ 470 C pendant environ 3 heures avant de placer la billette dans le récipient 30. La billette est, par la suite, chauffée à 400-450 C avant d'être mise en pression et extrudée par le piston 32 à une pression de 12,26 MPa (125 kg/cm2), formant ainsi un tube à gaine. Dans un tel cas, la vitesse d'extrusion est de 1,2-2,0 m/min. Dans le tube à gaine résultant de la Figure 6, la couche de gaine a, de façon indésirable, une épaisseur non uniforme. Pour permettre à la couche de gaine d'avoir une épaisseur uniforme, un élément de gaine plat 38 est placé dans la coextrudeuse 20 en une position se trouvant devant la billette comme représenté sur la Figure 7. En raison de l'élément de gaine plat 38, il est possible de rendre uniforme l'épaisseur de la couche de gaine tout le long de la longueur du tube, comme représenté sur la Figure 10. D'une façon différente des modes de réalisation des Figures 6 et 7, le tube à gaine de la présente invention peut être obtenu par extrusion d'un élément de tube de base avec un élément de gaine qui est placé devant l'élément de tube de base dans la coextrudeuse comme représenté sur la Figure 8. Dans le mode de réalisation de la Figure 8, l'élément de gaine 42, qui est placé dans l'extrudeuse en une position se trouvant devant l'élément de tube de base 44, a une ouverture 43 de grande dimension. L'élément de tube de base 44, ayant une petite ouverture 47, est extrudé par le piston de pression 32 dans les conditions d'extrusion analogues à celles des modes de réalisation des Figures 6 et 7. L'élément de tube de base 44 est extrudé dans l'ouverture 43 de l'élément de gaine 42 par la pression du piston 32, de telle sorte que l'élément de tube de base 44 est déformé par frottement et plastiquement. Dans le mode de réalisation de la Figure 8, l'élément de tube 44 peut être épaissi de façon inattendue et partiellement lorsqu'il est extrudé dans l'ouverture 43 de l'élément de gaine 42. Pour empêcher l'élément de tube 44 d'être épaissi de façon inattendue pendant le processus d'extrusion, il est préférable de façonner l'élément de tube 50 suivant un élément de type bouchon 45 comme représenté sur la Figure 9. Autrement dit, lorsque la partie en forme de bouchon de l'élément de tube 50 est adaptée dans l'ouverture de l'élément de gaine 52 avant l'extrusion de l'élément de tube 50, il est possible de rendre uniforme l'épaisseur du tube de gaine. Le procédé de coextrusion de la présente invention permet de fabriquer effectivement des tubes de gazéification avec des ailettes de dissipation de chaleur de la Figure 10 en plus des tubes à gaine courants de la Figure 11. Dans la présente invention, il est préférable d'utiliser 1'AA7072 ou un alliage cuivre-nickel, qui résistent de façon efficace aux environnements corrosifs provoqués par l'eau de mer ou l'eau douce, en tant qu'élément de gaine. En attendant, l'élément de tube est, de préférence, formé d'un alliage d'aluminium : AA5052, AA3003 ou AA6061. De plus, l'épaisseur de la couche de gaine peut être changée à l'intérieur d'une plage allant de plusieurs dizaines de micromètres à plusieurs millimètres. Comme décrit ci-dessus, conformément à la présente invention, il est proposé un procédé de fabrication de tubes à gaine pour gazéificateurs de GNL grâce à une méthode de coextrusion. Le procédé de cette invention améliore de façon remarquable la résistance à la corrosion et la durabilité des tubes à gaine. Autrement dit, les couches de gaine des tubes ont individuellement une structure dense avec une force d'adhérence interfaciale améliorée entre l'élément de gaine et l'élément de tube de base. Une telle force d'adhérence interfaciale améliorée est provoquée par une adhérence par diffusion entre les deux éléments. Par conséquent, la durée de vie attendue des tubes à gaine fabriqués conformément à la présente invention est allongée par comparaison avec les tubes à gaine typiques ayant des couches de gaine appliquées par métallisation à chaud. Etant donne que le procédé de la présente invention utilise une méthode d'extrusion qui a été utilisée de façon typique pour la fabrication de tubes en alliage d'aluminium, il n'est pas nécessaire pour un fabricant d'investir de nouvelles sommes d'argent dans le système d'extrusion. La méthode de coextrusion de la présente invention améliore également la productivité des tubes à gaine, réduisant ainsi de façon remarquable le coût de production des tubes à gaine par comparaison avec une méthode de métallisation à chaud typique. Bien que les modes de réalisation préférés de la présente invention aient été décrits à des fins d'illustration, l'homme du métier comprendra que diverses modifications, additions et substitutions sont possibles, sans s'écarter du domaine et de l'esprit de l'invention telle que décrite dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de tubes à gaine par une méthode de coextrusion, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à - former un élément de tube de base - intégrer un élément de gaine (24 ;42) audit élément de tube de base (22) suivant une billette d'extrusion - placer ladite billette dans une coextrudeuse (20) ; - préchauffer ladite billette, permettant ainsi de déformer plastiquement la billette ; et - extruder la billette en utilisant la pression d'un piston (32) de la coextrudeuse (20), permettant ainsi de fabriquer un tube à gaine. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un élément de gaine plat (38) est placé dans la coextrudeuse (20) en une position se trouvant devant la billette. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit élément de tube de base (50) a la forme d'un bouchon (45).