Brevet FR2906343A1 — publié le 20080328

La présente invention concerne un soufflet de dilatation destiné à raccorder deux éléments tubulaires, ainsi qu'une installation comprenant au moins un tel soufflet. De façon classique, un soufflet de dilatation est formé par un corps creux de révolution, possédant deux extrémités axiales ouvertes destinées à être rapportées sur des éléments tubulaires correspondants. La fixation de ces éléments sur le soufflet est réalisée avec une étanchéité totale, notamment par l'intermédiaire d'un soudage. Les éléments tubulaires que le soufflet de l'invention est susceptible de raccorder sont de deux types principaux. On retrouve tout d'abord des éléments tubulaires ouverts, qui sont des tuyauteries de transport de fluide, équipant par exemple des installations pétrolières, gazières ou autres. On retrouve également des éléments tubulaires fermés, qui forment une partie de la paroi d'une enceinte, telle qu'un échangeur ou un réacteur. En coupe longitudinale, le soufflet définit des ondulations qui autorisent des variations de sa dimension principale. Ceci permet par conséquent de compenser d'éventuels déplacements, susceptibles d'intervenir entre les éléments tubulaires raccordés. A titre non limitatif, ces mouvements relatifs sont notamment dus à la dilatation, au vent, ou encore aux tremblements de terre. Les soufflets de dilatation sont adaptés aux transits de tous types de fluides, susceptibles de présenter des températures très différentes. On retrouve en particulier des applications de type cryogénique, pour lesquelles les fluides présentent typiquement une valeur comprise entre -250 C et l'ambiante, ainsi que des applications à très haute température, pour lesquelles le fluide est porté à une température comprise entre l'ambiante et plus de 1000 C. 2906343 2 Ceci étant précisé, l'invention vise à améliorer l'aspect économique inhérent à la mise en œuvre de ces soufflets de dilatation, tout en garantissant une fiabilité satisfaisante et une maintenance efficace de ces derniers. 5 A cet effet, elle a pour objet un soufflet de dilatation destiné à être interposé entre deux éléments tubulaires adjacents, ce soufflet étant composé d'un corps creux présentant deux extrémités axiales ouvertes destinées à coopérer avec lesdits éléments tubulaires, ce soufflet 10 présentant, en coupe longitudinale, au moins une ondulation de compensation des mouvements relatifs de ces éléments tubulaires, caractérisé en ce que ce soufflet comprend deux parois de résistance mécanique, respectivement intérieure et extérieure, ainsi qu'au moins une couche thermiquement 15 isolante, intercalée entre ces deux parois de résistance mécanique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - les parois de résistance mécanique sont métalliques, notamment réalisées en acier inoxydable ; 20 - le soufflet est destiné au transit d'un fluide à température cryogénique, pouvant atteindre -250 C, et la ou chaque couche thermiquement isolante est réalisée en un matériau choisi parmi les matériaux suivants : polytétrafluoroéthylène (PTFE), polyéthylène (PE), 25 polyéthylèneteréphtalate (PET), polyester ; - le soufflet est destiné au transit d'un fluide à très haute température, pouvant atteindre 1000 C, et la ou chaque couche thermiquement isolante est réalisée en un matériau choisi parmi les matériaux suivants : fibres 30 céramiques, fibres de verre, laine de roche, laine de verre ; - les parois respectivement intérieure et extérieure sont fixées à leurs deux extrémités axiales et 2906343 3 la ou chaque couche thermiquement isolante est coincée entre ces deux parois. L'invention a également pour objet une installation comprenant au moins deux éléments tubulaires, ainsi qu'au 5 moins un soufflet de dilatation tel que défini ci-dessus, interposé entre deux éléments tubulaires adjacents. L'invention va être décrite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels : 10 - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques, illustrant deux types d'installations susceptibles d'être équipées d'au moins un soufflet de dilatation conforme à l'invention ; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale, 15 illustrant de façon plus précise un soufflet de dilatation conforme à l'invention ; et - la figure 4 est un détail de la figure 3, illustrant une partie de ce soufflet à encore plus grande échelle. 20 La figure 1 illustre de façon schématique un premier type d'installation, susceptible d'être équipée au moyen d'un soufflet conforme à l'invention. On retrouve deux cuves 2 et 2' contenant un fluide, qui sont mises en relation par l'intermédiaire de différentes tuyauteries 4, 25 4' et 4", alors que deux tuyauteries adjacentes sont raccordées par l'intermédiaire d'un soufflet 10 conforme à l'invention. Sur la figure 2, on retrouve une variante de réalisation d'une installation susceptible d'être pourvue 30 de ce soufflet 10. Cette installation comprend une enceinte 6, qui est par exemple un échangeur ou un réacteur, qui se compose de deux éléments tubulaires 8 et 8' qui sont fermés, à l'une de leurs extrémités. De plus, les extrémités ouvertes de ces éléments tubulaires 8 et 8' sont 2906343 4 reliées mutuellement, de manière étanche, au moyen du soufflet 10 conforme à l'invention. Le soufflet conforme à l'invention est de type industriel, et non pas domestique, de sorte qu'il convient 5 à des gammes de températures très diverses. De plus, il présente des dimensions axiales importantes, pouvant aller de 50 à 80 mm pour la valeur basse, jusqu'à plus de 7 mètres pour la valeur haute. La figure 3 illustre de manière plus précise le 10 soufflet 10, qui est partiellement représenté en coupe longitudinale. Ce soufflet 10 est réalisé sous forme d'un corps creux possédant deux extrémités axiales ouvertes 10', raccordées sur les tuyauteries 4 et 4' notamment par soudage. Vu en coupe longitudinale, ce soufflet 10 définit 15 différentes ondulations 12, de manière connue en soi. Comme cela apparaît plus clairement sur la figure 4, le soufflet 10 possède une paroi radialement interne 14, ainsi qu'une paroi radialement externe 16, en référence à l'axe principal A de ce soufflet 10, qui correspond 20 sensiblement à ceux des tuyauteries 4 et 4'. Ces deux parois 14 et 16, qui sont réalisées en un matériau métallique, assurent une fonction de résistance mécanique. Elles sont en effet susceptibles de résister à la pression, à la température et aux mouvements auxquels est soumis le 25 soufflet. Différentes couches 181 à 184, réalisées en un matériau thermiquement isolant, sont intercalées entre les parois 14 et 16. La nature des matériaux constitutifs de ces couches 18 est principalement fonction de l'application 30 visée pour le soufflet 10. A titre d'exemple non limitatif, lorsque ce soufflet 10 doit assurer le transit de fluides s'écoulant à des températures cryogéniques, en particulier pouvant atteindre -250 C, ces couches 18 sont par exemple réalisées en 2906343 5 polytétrafluoroéthylène (PTFE). En revanche, en vue du transit de fluides à très haute température dans le soufflet 10, en particulier pouvant atteindre 1000 C, on choisira de réaliser les couches isolantes 18 par exemple 5 en fibres de verre. A leurs deux extrémités axiales, notées respectivement 14' et 16', les parois métalliques 14 et 16 sont fixées l'une à l'autre par tout moyen approprié, notamment par soudage. Ces deux parois solidarisées l'une à 10 l'autre sont alors fixées sur les deux tuyauteries 4 et 4', en particulier également par soudage. On notera qu'il n'est pas nécessaire de réaliser une fixation mécanique particulière des différentes couches 18 par rapport aux parois 14 et 16. En effet, ces couches 18 15 sont prises en sandwich , à savoir qu'elles sont coincées entre ces parois 14 et 16. La présence de ces parois soudées à leurs extrémités 14' et 16', associée à la géométrie de révolution du soufflet, permet d'éviter toute désolidarisation intempestive de ces couches intermédiaires 20 par rapport à ces parois. Dans l'exemple illustré, on a fait appel à quatre couches d'isolation thermique 181 et 184. A titre de variante, il est possible d'en prévoir un nombre quelconque, en particulier une unique couche. Dans le cas 25 où l'on utilise plusieurs de ces couches, ceci permet de conférer une plus grande flexibilité au soufflet, tout en autorisant la possibilité d'associer des matériaux isolants particuliers. De plus, l'emploi d'une unique couche isolante est avantageux en termes économiques. 30 Le fonctionnement du soufflet 10 conforme à l'invention est de type habituel. Ainsi, en référence aux figures 1 et 2, lors d'un mouvement relatif entre différentes tubulaires adjacentes 4, 4', 4", 8 et/ou 8', les soufflets 10 se contractent ou se dilatent axialement 2906343 6 grâce à la présence des ondulations 12, selon les doubles flèches F. L'invention permet d'atteindre les objectifs précédemment mentionnés. 5 En effet, la présence d'au moins une couche thermiquement isolante permet de limiter les échanges thermiques entre le volume intérieur du soufflet et l'air ambiant. Dans ces conditions, les pertes d'énergie sont limitées, ce qui est avantageux en termes économiques. Par 10 ailleurs, la réduction de ces échanges thermiques permet de maintenir le fluide présent dans le soufflet dans une plage de températures appropriée en vue par exemple d'une réaction chimique donnée, ce qui est avantageux en termes de procédé. 15 On notera également que l'invention permet de vaincre un préjugé de l'homme du métier, selon lequel une isolation thermique d'un tel soufflet de dilatation est délicate à mettre en oeuvre. En effet, dans les installations industrielles, un soufflet de dilatation doit être visible 20 en permanence, dans la mesure où il s'agit d'une pièce sensible. Dans ces conditions, ce soufflet doit être soumis à des inspections visuelles régulières, afin de s'assurer notamment qu'il n'est pas sujet à la corrosion. Par conséquent, il est clair que la présence d'une couche 25 isolante, entourant le soufflet, doit être proscrite dans la mesure où cette couche extérieure supprime toute visibilité du soufflet. Par ailleurs, la présence d'une couche isolante extérieure induit des problèmes de fonctionnement, en 30 particulier à l'égard de la condensation. Ainsi, lorsque du fluide cryogénique est transporté dans le soufflet, une couche isolante extérieure conduit à la formation de glace entre deux ondulations successives, ce qui nuit au bon 2906343 7 fonctionnement du soufflet, voire à son intégrité mécanique. Il est par conséquent du mérite de la Demanderesse de prévoir une couche isolante intercalée entre deux parois 5 extérieures du soufflet. En effet, une telle mesure permet au soufflet de rester en permanence visible, tout en étant ventilé. De plus, cette couche isolante permet d'éviter des phénomènes de solidarisation intempestives des deux parois métalliques, dus au phénomène de fretting induit par le 10 mouvement relatif intervenant en service entre ces parois. REVENDICATIONS 1. Soufflet de dilatation (10) destiné à être interposé entre deux éléments tubulaires adjacents (4, 4', 4", 8, 8'), ce soufflet étant composé d'un corps creux présentant deux extrémités axiales ouvertes destinées à coopérer avec lesdits éléments tubulaires, ce soufflet présentant, en coupe longitudinale, au moins une ondulation (12) de compensation des mouvements relatifs de ces éléments tubulaires, caractérisé en ce que ce soufflet (10) comprend deux parois de résistance mécanique, respectivement intérieure (14) et extérieure (16), ainsi qu'au moins une couche thermiquement isolante (181-184), intercalée entre ces deux parois de résistance mécanique. 2. Soufflet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois de résistance mécanique (14, 16) sont métalliques, notamment réalisées en acier inoxydable. 3. Soufflet selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le soufflet est destiné au transit d'un fluide à température cryogénique, pouvant atteindre -250 C, et la ou chaque couche thermiquement isolante (181-184) est réalisée en un matériau choisi parmi les matériaux suivants : polytétrafluoroéthylène (PTFE), polyéthylène (PE), polyéthylèneteréphtalate (PET), polyester. 4. Soufflet selon la revendication 2, caractérisé en ce que le soufflet est destiné au transit d'un fluide à très haute température, pouvant atteindre 1000 C, et la ou chaque couche thermiquement isolante (181-184) est réalisée en un matériau choisi parmi les matériaux suivants : fibres céramiques, fibres de verre, laine de roche, laine de verre. 5. Soufflet selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois 2906343 9 respectivement intérieure (14) et extérieure (16) sont fixées à leurs deux extrémités axiales (14', 16') et la ou chaque couche thermiquement isolante (181-184) est coincée entre ces deux parois. 5 6. Installation comprenant au moins deux éléments tubulaires (4, 4', 4", 8, 8'), ainsi qu'au moins un soufflet de dilatation (10) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, interposé entre deux éléments tubulaires adjacents.