Brevet FR2775438A1 — publié le 19990903

La présente invention concerne un procédé de construction d'une structure intérieure allongée de grandes dimentions, entourée d'une structure extérieure, ladite structure intérieure étant une structure de confinement de fluide destinée à former une partie au moins d'une installation de fourniture de fluide. L'invention s'applique plus particulièrement à la construction de colonnes de distillation d'air, dont la hauteur peut atteindre 60 mètres, entourée de leurs charpentes de support. Sur un site de production, une telle colonne, dont la verticalité doit être parfaite pour assurer un bon déroulement du procédé de distillation, est entourée d'une charpente qui supporte la colonne et tout ou partie de ses équipements, la charpente étant recouverte d'une tôlerie externe de protection. Jusqu'à présent, pour les colonnes de distillation de grandes dimensions, c'est-à-dire dont les dimensions ne permettent pas le transport, la colonne et sa charpente sont construites ou livrées séparément sur site, puis on érige tout ou partie de la charpente dans laquelle on introduit ultérieurement la colonne. Un tel procédé de construction est complexe et pose de nombreux problèmes d'assemblage de la charpente, de la colonne et de ses équipements, notamment pour respecter la contrainte de verticalité imposée à la colonne. Un tel procédé de construction pose également des problèmes de sécurité en particulier en raison des hauteurs auxquelles des personnes peuvent être amenées à travailler. L'invention a pour but de remédier aux problèmes mentionnés précédemment et, en particulier, de fournir un procédé de construction d'une structure intérieure de grandes dimensions er.tourée d'une structure extérieure, perme=- tant d'une part un assemblage rapide sur site répondant à la contrainte de verticalité de la colonne, et permettant d'autre part un préassemblage en atelier avant le transport sur site. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de construction d'une structure intérieure allongée de grandes dimensions entourée d'une structure extérieure, ladite structure intérieure étant une structure de confinement de fluide destinée à former une partie au moins d'une installation de fourniture de fluide, caractérisé en ce qu'on construit n modules en assemblant pour chacun des modules un tronçon de la structure intérieure avec un tronçon correspondant de la structure extérieure, ces n modules étant destinés à être assemblés sur site pour constituer la structure intérieure entourée de la structure extérieure. Selon des modes particuliers de réalisation, le procédé peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - on introduit au moins un tronçon de structure intérieure dans le tronçon de structure extérieure correspondant par enfilage, notamment en le déplaçant sur des rails prévus dans ledit tronçon de structure extérieure disposé sensiblement horizontalement, puis on solidarise ces deux tronçons - on introduit puis on positionne, de manière identique et parallèle par rapport à un axe longitudinal prédéterminé de la structure extérieure, chaque tronçon de structure intérieure dans le tronçon de structure extérieure correspondant avant de solidariser ces deux tronçons - les extrémités de tronçons de structure extérieure et de structure intérieure sont respectivement munies de moyens de guidage de tronçons adjacents, et, après avoir positionné le tronçon de structure intérieure par rapport au tronçon de structure extérieure d'un premier module et solidarisé ces deux tronçons, pour un module adjacent - on introduit le tronçon de structure intérieure dans le tronçon de structure extérieure correspondant, - on place, grâce aux moyens de guidage respectifs, le tronçon de structure intérieure et le tronçon de structure extérieure dudit module adjacent respectivement dans le prolongement du tronçon de structure intérieure et du tronçon de structure extérieure du premier module, - on aligne les deux tronçons de structure extérieure, - on positionne le tronçon de structure intérieure dudit module adjacent par rapport à son tronçon de structure extérieure et on solidarise ces deux tronçons - on équipe d'au moins une partie de leurs équipements au moins deux tronçons adjacents de structure intérieure, lorsque les modules correspondants sont placés dans le prolongement l'un de l'autre, avant de séparer ces modules - pour chaque module, on termine la construction en posant une tôlerie de protection sur le tronçon de structure extérieure correspondant, sauf au moins dans les zones de raccordement aux autres modules - la structure intérieure est une colonne de distillation - la structure extérieure est une charpente de support - on assemble successivement les n modules depuis le module inférieur jusqu'au module supérieur pour ériger la structure intérieure sur site - la verticalité de la structure intérieure devant être assurée sur site - on positionne le module inférieur de telle manière que ledit axe longitudinal du tronçon de structure extérieure correspondant soit vertical, et - on assemble successivement les modules suivants au-dessus du module inférieur - la verticalité de la structure intérieure devant être assurée sur site, on désolidarise provisoirement au moins un tronçon de structure intérieure du tronçon de structure extérieure d'un module érigé pour assurer la verticalité dudit tronçon de structure intérieure ; et - on termine d'équiper la structure intérieure notamment en raccordant les équipements des tronçons de structure intérieure adjacents, et - on termine de poser la tôlerie de protection. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesauels : - les figures lA à lD sont des vues schématiques en perspective de deux moitiés d'une colonne de distillation d'air de grandes dimensions (figures lB et lD) et de deux moitiés de sa charpente (figures lA et lC) , construites pour la mise en oeuvre du procédé de construction selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle de la partie cerclée II de la figure lA, - la figure 3 est une vue schématique en perspective illustrant l'enfilage de la moitié inférieure de la colonne dans la moitié inférieure de la charpente pour constituer un module, - la figure 4 est une vue schématique en bout du module de la figure 3, illustrant le positionnement de la moitié inférieure de colonne dans la moitié inférieure de charpente - la figure 5 est une autre vue schématique en bout du module de la figure 3, illustrant la fixation de la jupe de la moitié inférieure de la colonne sur la moitié de la charpente correspondante, - la figure 6 est une vue schématique latérale, illustrant la liaison entre la moitié supérieure de la colonne et la moitié supérieure de la charpente, et - les figures 7 et 8 sont des vues schématiques en perspective illustrant respectivement la pose de plats sur les poteaux longitudinaux de la charpente et sur la colonne. Les figures lA à lD représentent schématiquement deux tronçons d'une colonne de distillation d'air d'environ 60 mètres de longueur et deux tronçons de sa charpente, construits en vue de la mise en oeuvre du procédé de construction selon l'invention. Une moitié inférieure 1 et une moitié supérieure 3 d'une colonne de distillation d'air, de forme générale cylindrique, ainsi que les moitiés inférieure 5 et supérieure 7 correspondantes de sa charpente, de forme générale parallélépipédique, sont disposées sensiblement horizontalement dans un atelier. Chaque moitié l et 3 de colonne repose sur deux berceaux transversaux de support 9 espacés et dont les positions longitudinales par rapport à chaque moitié de colonne sont telles que décrites plus loin. Ces berceaux 9 sont munis de patins li à rouleaux d'axes sensiblement orthogonaux aux axes longitudinaux de chaque moitié de colonne. Une ceinture métallique 13 de protection entoure chaque moitié de colonne au niveau de chaque berceau 9. La moitié l de colonne (figure lB), qui comprend la partie moyenne pression et le vaporisateur-condenseur, non détaillés sur les figures, est prolongée, à son extrémité inférieure (à gauche sur la figure 1) , par une jupe de fixation cylindrique 15 terminée par une bride annulaire 16 de fixation. La moitié 1 de colonne comprend à son extrémité supérieure des moyens 17 de guidage de la moitié supérieure 3. Ces moyens 17 de guidage comportent d'une part un manchon intérieur 19 soudé dans le bord supérieur 20 (à droite sur la figure lB) de la moitié 1 et dépassant de ce bord, et d'autre part quatre pattes radiales 21 fixées, par exemple par soudage, régulièrement sur la surface extérieure de la moitié 1. Ces pattes 21 comprennent chacune une partie en saillie longitudinalement par rapport au bord supérieur 20. Cette partie en saillie présente une surface intérieure de guidage 22 inclinée radialement vers l'extérieur en s'éloignant longitudinalement de la moitié 1. La moitié 3 de colonne (figure 1D) est munie au voisinage de son extrémité supérieure (à droite sur la figure 1D) de deux pattes de fixation 23 symétriques et transversales par rapport à l'axe longitudinal de la moitié 3. Ces pattes 23 présentent chacune un orifice 25 d'axe parallèle audit axe longitudinal. La charpente (figures 1A et lC) est une ossature métallique comprenant quatre poteaux longitudinaux 27 reliés, sur chaque face de la charpente, par des traverses 28 et des contreventements diagonaux 29. Les deux moitiés 5 et 7 de charpente reposent chacune sur quatre pieds 30 de hauteur réglable. Des rails longitudinaux 31 sont disposés sur la surface intérieure de la face inférieure (sur les figures lA et lC) de chaque moitié 5 et 7 de charpente. L'extrémité supérieure (à droite sur la figure 1A) de la moitié 5 de charpente est munie de moyens 32 de guidage de la moitié 7 de charpente. Ces moyens 32 de guidage sont composés de quatre troncs de pyramide 33 prolongeant longitudinalement chaque tronçon ou moitié inférieure de poteau longitudinal 27. Comme représenté schématiquement sur la figure 2, ces troncs de pyramide 33 ont des dimensions différentes. Typiquement, un premier tronc de pyramide a une longueur (comme vu sur la figure 2) de 200 mm, un deuxième a une longueur de 150 mm et les deux autres ont une longueur de 100 mm. Des ouvertures conjuguées non visibles sur la figure 1C sont ménagées à l'intérieur des extrémités inférieures (à gauche sur la figure 1C) des tronçons ou moitiés supérieures des poteaux longitudinaux 27 de la moitié 7. La face supérieure (à droite sur la figure lC) de la moitié 7 de charpente comprend trois traverses 35 sensiblement horizontales. Les traverses 35 inférieure et supérieure sont munies d'orifices centraux 37 d'axes parallèles à l'axe longitudinal de la moitié 7. Le fond de la moitié 5 de charpente (à gauche sur la figure lA) est munie de traverses verticales et horizontales, délimitant intérieurement à la charpente une zone de fixation de la bride annulaire 16 de la jupe 15. La moitié 1 de colonne et la moitié 5 de charpente sont assemblées pour constituer un premier module, comme décrit ci-après. On assure tout d'abord l'horizontalité de l'axe longitudinal de la moitié 5 de charpente en jouant sur la hauteur des pieds 30. Ce positionnement peut être assuré en utilisant des niveaux ou une autre technique classique pour l'homme du métier. On introduit ensuite la moitié 1 de colonne dans la moitié 5 de charpente par enfilage en faisant rouler les patins il sur les rails 31, grâce à un treuil 47 relié par un câble à l'extrémité inférieure (à gauche sur la figure 3) de la moitié 1. On place longitudinalement la moitié 1 de colonne dans la moitié 5 de charpente de telle manière que les deux berceaux 9 soient chacun en regard de traverses de chacune des grandes faces de la moitié l, et de telle manière que la jupe 15 soit à quelques millimètres des traverses du fond de la moitié 5 (à gauche sur la figure 3). Les positions longitudinales des berceaux 9 par rapport à la moitié 1 de colonne ont donc été choisies, en effectuant des mesures adéquates, pour obtenir ce résultat. On place alors cinq vérins à vis 49 au niveau de chaque berceau 9, soit dix vérins au total entre la moitié 5 de charpente et la moitié 1 de colonne. Comme illustré par la figure 4, pour chaque berceau 9, un vérin 49 vertical est disposé entre la moitié 1 et une traverse de la grande face supérieure (sur la figure 4) de la moitié 5 de charpente, et deux vérins horizontaux sont disposés chacun entre la moitié l de colonne et une traverse d'une grande face latérale de la moitié 5 de charpente. Les extrémités intérieures de ces trois vérins 49 prennent appui et sont soudés sur la ceinture 13 entourant la moitié 1, et leurs extrémités extérieures sont fixées sur les traverses associées de la moitié 5. Deux vérins 49 verticaux sont de plus disposés entre la face inférieure du berceau 9 et une traverse de la grande face inférieure (sur la figure 4) de la moitié 5 de charpente. Leurs extrémités supérieures sont fixées au berceau 9 et leurs extrémités inférieures sur la moitié 5 de charpente. On enlève ensuite les patins il sous les deux berceaux 9 de la moitié 1 de colonne, comme représenté sur la figure 4. On positionne ensuite la moitié 1 par rapport à la moitié 5 de manière que leurs axes longitudinaux soient parallèles et qu'ils aient une position relative choisie et déterminée. Cette position relative peut être déterminée grâce à un dispositif de visée ou en utilisant une autre technique classique pour l'homme du métier. Cette position relative peut être modifiée en jouant sur les réglages des vérins 49. De préférence, elle est telle que la moitié 1 soit disposée sensiblement dans une position centrale dans la moitié 5. Une fois le positionnement relatif des moitiés l et 5 terminé, on solidarise ces deux moitiés, par exemple par pointage des écrous des vérins 49. La bride annulaire 16 de la jupe 15 est ensuite soudée, sur toute sa circonférence, comme représentée schématiquement sur la figure 5, sur les traverses du fond de la moitié 5 de charpente pour terminer de solidariser les moitiés 1 et 5. La moitié de charpente et la moitié de colonne du premier module sont alors positionnées et fixées l'une par rapport à l'autre. Pour le positionnement relatif de la moitié supérieure 3 de colonne dans la moitié supérieure 7 de charpente afin d'assembler le second module, on procède comme suit. On assure, de manière analogue à celle utilisée pour la moitié 5 de charpente, l'horizontalité de la moitié 7 de charpente, puis on enfile la moitié 3 de colonne dans la moitié 7 de charpente comme décrit pour le premier module. On dispose dix vérins à vis 49 de manière analogue à celle décrite pour le module inférieur et on monte, grâce à des écrous, une tige 57 (figure 6) entre chaque patte 23 de la moitié 3 et la traverse 35 en regard de la moitié 7. Chaque tige 57 traverse un orifice 25 et un orifice 37, et des écrous en solidarisent une des extrémités à la patte 23 correspondante et l'autre extrémité à la traverse 35 correspondante. On peut alors, éventuellement en utilisant une technique analogue à celle utilisée pour le premier module, procéder à un pré-positionnement relatif des axes longitudinaux respectifs de la moitié 7 et de la moitié 3. On vient ensuite placer, grâce aux moyens 17 et 32 de guidage, les moitiés supérieures 3 et 7 respectivement dans le prolongement des moitiés inférieures 1 et 5. Pour cela, on enfile d'une part les troncs de pyramide 33 dans les ouvertures conjuguées des moitiés supérieures des poteaux 27, en procédant par ordre décroissant de longueur (comme vu sur la figure 2) des troncs de pyramide, et d'autre part le manchon 19 dans la partie inférieure (à gauche sur la figure 1) de la moitié 3 de colonne, de manière à laisser un jeu de quelques millimètres entre les extrémités en regard des moitiés inférieures et supérieures de colonne et de charpente. Les tiges 57 et leurs écrous permettent d'ajuster la distance entre les deux moitiés de colonne. On assure alors, grâce à un dispositif de visée ou en utilisant une autre technique classique pour l'homme du métier, et en jouant sur la hauteur de pieds 30 supportant la moitié 7 de charpente, l'alignement des moitiés 5 et 7. On positionne ensuite, de manière analogue à celle utilisée pour le premier module, la moitié 3 de colonne dans la moitié 7 de charpente, de telle manière que l'axe longi tudinal de la moitié 3 soit parallèle à l'axe longitudinal de la moitié 7, et de telle manière que les coordonnées relatives de ces deux axes soient les mêmes que les coordonnées relatives des deux axes correspondants du premier module. Une fois cette opération de positionnement terminée, on solidarise définitivement la moitié 3 de colonne et la moitié 7 de charpente, en pointant par exemple les écrous des vérins 49 et des tiges 57. On vient alors souder des plats métalliques sur les extrémités en regard des deux moitiés de colonne et des deux moitiés de charpente pour figer le réglage relatif des modules inférieur et supérieur. Ainsi, chaque moitié de poteau longitudinal 27 (figure 7) porte des plats 59 aux extrémités intérieures à la charpente de ses faces longitudinales extérieures à la charpente. La surface extérieure de chaque moitié de colonne reçoit huit plats 61 (figure 8) répartis régulièrement à son extrémité adjacente à l'autre moitié de colonne. Les plats 59 et 61 des modules inférieurs et supérieurs sont disposés les uns en face des autres. Chaque plat 59 et 61 comporte une partie, en saillie longitudinalement par rapport à l'élément du module sur lequel il est fixé, dont un bord prend appui sur un bord du plat fixé en regard sur l'autre module. On a donc fixé, de manière identique pour le module inférieur puis pour le module supérieur, les tronçons de colonne par rapport à l'axe longitudinal de la charpente, avec l'axe de chaque tronçon de colonne parallèle à l'axe du tronçon de charpente correspondant. On équipe ensuite la moitié 1 de colonne puis la moitié 3 de colonne en montant les tuyauteries et les dispositifs d'instrumentation respectifs. Les modules inférieur et supérieur étant alignés, le montage des parties de ces équipements proches des extrémités en regard des deux modules est effectué en assurant leur alignement, par exemple en utilisant des manchons de raccordement temporaires. On pose pour chaque module la tôlerie de protection, sauf au moins dans les parties de raccordement des deux modules, puis on désolidarise les deux modules par exemple en utilisant des vérins. On dispose alors des moyens de protection des extrémités ouvertes de la colonne, de ses équipements et de sa charpente, par exemple des capotes étanches à l'eau. Les modules inférieur et supérieur sont alors prêts à être transportés sur un site industriel. Les dimensions de ces modules, inférieures à 30 m, permettent leur transport par des moyens'classiques. L'assemblage de ces modules sur site s'effectue comme décrit ci-après. On érige le module inférieur en plaçant le fond de la moitié 5 de charpente (à gauche sur la figure 1A) sur des pieds de hauteur réglable disposés, par exemple, aux quatre coins du fond de charpente. Grâce, par exemple, à un dispositif de visée, ou toute autre technique classique pour l'homme du métier, on assure la verticalité de l'axe longitudinal de la moitié 5 de charpente. L'axe longitudinal de la moitié 1 de colonne étant parallèle à l'axe longitudinal de la moitié 5 de charpente, en modifiant la hauteur respective des pieds sur lesquels repose la moitié 5 de charpente, on assure aisément la verticalité de la moitié 1 de colonne. On fige alors le réglage du module inférieur par rapport au sol du site industriel, puis on vient placer, par exemple avec des grues, le module supérieur au-dessus du module inférieur, en guidant la partie inférieure du module supérieur Lorsque les plats 59 et 61 des modules inférieur et supérieur sont en contact, on a reconstitué le préréglage effectué en atelier, assurant le bon alignement des deux moitiés de colonne. L'axe longitudinal de la colonne est donc disposé verticalement. On soude alors les moitiés 1 et 3 de colonne et les moitiés 5 et 7 de charpente en comblant par un cordon de soudure les quelques millimètres prévus entre les modules supérieur et inférieur. On raccorde les équipements du module inférieur et du module supérieur, puis on termine de poser la tôlerie de protection. Le procédé selon l'invention permet donc de préassembler en atelier une colonne de distillation de grandes dimensions et sa charpente en modules transportables, et permet, sur site, un assemblage vertical rapide répondant aux contraintes de verticalité imposées aux colonnes de distillation. La construction de chaque module peut être également effectuée directement sur site. Selon une variante simplifiée, on peut, après enfilage des moitiés 1 et 3 de colonne respectivement dans les moitiés 5 et 7 de charpente, procéder à une fixation temporaire des moitiés 1 et 3 de colonne dans les moitiés 5 et 7 de charpente après un positionnement relatif moins précis que dans le procédé de construction précédent. On procède alors à une désolidarisation sur site, pour assurer la verticalité de chaque moitié de colonne d'un module érigé, puis à une solidarisation définitive. Ainsi, on peut ériger le premier module, désolidariser les moitiés inférieures 1 et 5, assurer la verticalité de la moitié 1 de colonne, solidariser définitivement les moitiés inférieures 1 et 5, puis placer le second module au-dessus du premier et procéder de manière analogue pour ce dernier. On peut également placer tout d'abord le second module sur le premier module érigé, puis procéder aux opérations de désolidarisation moitié de colonne/moitié de charpente, positionnement vertical de moitié de colonne, et solidarisation définitive moitié de colonne/moitié de charpente pour les deux modules. Dans d'autres variantes, on peut également prééquiper les moitiés 1 et 3 de colonne et/ou les moitiés 5 et 7 de charpente avant de procéder à l'introduction des moitiés 1 et 3 de colonne dans les moitiés 5 et 7 de charpente. REVENDICATIONS 1. Procédé de construction d'une structure intérieure allongée de grandes dimensions entourée d'une structure extérieure, ladite structure intérieure étant une structure de confinement de fluide destinée à former une partie au moins d'une installation de fourniture de fluide, caractérisé en ce qu on construit n modules en assemblant pour chacun des modules un tronçon (1, 3) de la structure intérieure avec un tronçon correspondant (5, 7) de la structure extérieure, ces n modules étant destinés à être assemblés sur site pour constituer la structure intérieure entourée de la structure extérieure. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit au moins un tronçon (1, 3) de structure intérieure dans le tronçon (5, 7) de structure extérieure correspondant par enfilage, notamment en le déplaçant sur des rails (31) prévus dans ledit tronçon (1, 3) de structure extérieure disposé sensiblement horizontalement, puis on solidarise ces deux tronçons. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on introduit puis on positionne, de manière identique et parallèle par rapport à un axe longitudinal prédéterminé de la structure extérieure, chaque tronçon (1, 3) de structure intérieure dans le tronçon (5, 7) de structure extérieure correspondant avant de solidariser ces deux tron çons. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les extrémités de tronçons de structure extérieure et de structure intérieure sont respectivement munies de moyens (17, 32) de guidage de tronçons adjacents, et en ce que, après avoir positionné le tronçon (1) de structure intérieure par rapport au tronçon (5) de structure extérieure d'un premier module et solidarisé ces deux tronçons, pour un module adjacent - on introduit le tronçon (3) de structure intérieure dans le tronçon (7) de structure extérieure correspondant, - on place, grâce aux moyens (17, 32) de guidage respectifs, le tronçon (3) de structure intérieure et le tronçon (7) de structure extérieure dudit module adjacent respectivement dans le prolongement du tronçon (1) de structure intérieure et du tronçon (5) de structure extérieure du premier module, - on aligne les deux tronçons (5, 7) de structure extérieure, - on positionne le tronçon (3) de structure intérieure dudit module adjacent par rapport à son tronçon (7) de structure extérieure et on solidarise ces deux tronçons (3, 7). 5. Procédé, selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on équipe d'au moins une partie de leurs équipements au moins deux tronçons adjacents (1 , 3) de structure intérieure, lorsque les modules correspondants sont placés dans le prolongement l'un de l'autre, avant de séparer ces modules. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour chaque module, on termine la construction en posant une tôlerie de protection sur le tronçon (5, 7) de structure extérieure correspondant, sauf au moins dans les zones de raccordement aux autres modules. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la structure intérieure est une colonne de distillation. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la structure extérieure est une charpente de support. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on assemble successivement les n modules depuis le module inférieur jusqu'au module supérieur pour ériger la structure intérieure sur site. 10. Procédé selon les revendications 3 et 9 prises ensemble, la verticalité de la structure intérieure devant être assurée sur site, caractérisé en ce que - on positionne le module inférieur de telle manière que ledit axe longitudinal du tronçon (5) de structure extérieure correspondant soit vertical, et - on assemble successivement les modules suivants au-dessus du module inférieur. 11. Procédé selon la revendication 9, la verticalité de la structure intérieure devant être assurée sur site, caractérisé en ce qu'on désolidarise provisoirement au moins un tronçon (1, 3) de structure intérieure du tronçon (5, 7) de structure extérieure d'un module érigé pour assurer la verticalité dudit tronçon (1, 3) de structure intérieure. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que - on termine d'équiper la structure intérieure notamment en raccordant les équipements des tronçons (1, 3) de structure intérieure adjacents, et - on termine de poser la tôlerie de protection.