Brevet FR3062444A1 — publié le 20180803

Structure métallique pour le support de conduites fluidiques et installation industrielle comprenant une telle structure métallique La présente invention concerne une structure métallique pour le support de conduites fluidiques, du type comportant : des montants sensiblement verticaux, disposés selon un maillage horizontal régulier caractérisé par une première direction longitudinale et par une deuxième direction transversale ; et une pluralité de poutres longitudinales et de poutres transversales, disposées respectivement selon les directions longitudinale et transversale, chaque poutre reliant deux montants consécutifs ; la pluralité de poutres longitudinales comprenant au moins un premier niveau de poutres longitudinales disposées selon un premier plan horizontal, ledit premier niveau étant apte à supporter une première conduite s'étendant selon la direction transversale ; la pluralité de poutres transversales comprenant au moins un deuxième niveau de poutres transversales disposées selon un deuxième plan horizontal, ledit deuxième niveau étant apte à supporter une deuxième conduite s'étendant selon la direction longitudinale ; le deuxième plan horizontal étant situé au-dessus du premier plan horizontal. Une telle structure est notamment destinée à faire partie d'une installation industrielle à terre ou en mer, posée sur un support fixe ou flottant et comprenant des conduites fluidiques. Une telle installation est par exemple une unité flottante de production, de stockage et de déchargement (désignée par l'acronyme anglais « FPSO », pour « Floating production storage and offloading »), une unité flottante de gaz naturel liquéfié (désignée par l'acronyme anglais « FLNG » pour « Floating Liquefied Natural Gas ») ou plus généralement une unité offshore telle qu'une plate-forme semi-submersible, pouvant être par exemple un TLP (« Tension Leg Platform » en langue anglaise), une bouée de déchargement, une colonne verticale flottante ou un navire. En variante, l'installation est une structure rigide fixe de type « jacket » ou une structure oscillante assujettie au fond de la mer. Les unités du type précité comportent généralement un grand nombre d'équipements interconnectés les uns aux autres. Ces équipements sont par exemple connectés entre eux par des conduites fluidiques, des lignes fonctionnelles, tels que des lignes électriques, des lignes de transfert hydraulique, et/ou des lignes de transfert d'informations. Pour fabriquer une telle unité, il est connu d'assembler une sous-structure, et de déposer ensuite sur ladite sous-structure différents éléments préfabriqués séparément. Ces éléments comprennent notamment un châssis principal en acier. Ledit châssis sert de support mécanique à un réseau de conduites fluidiques ou canalisations. En raison de la quantité d'équipements à relier, ledit réseau est généralement très complexe et 3062444 2 comprend un grand nombre de canalisations qui s'entrecroisent dans les trois dimensions. Dans l'état de la technique, les canalisations sont notamment fixées au châssis principal par des colliers dont la forme et l'emplacement dépendent de la géométrie du 5 réseau. Or, pendant la fabrication de l'installation, ledit réseau de canalisations est conçu en parallèle à d'autres disciplines comme l'électricité, l'instrumentation, l'équipement mécanique et la structure. Les contraintes de temps obligent généralement à installer le châssis principal avant la finalisation de la géométrie du réseau de canalisations, les colliers de fixation 10 étant fixés ensuite individuellement sur ledit châssis au fur et à mesure du developpement des études du dit réseau. De plus, l'installation de chaque collier nécessite un traitement de surface particulier, notamment anti-corrosion, en raison des conditions climatiques auxquelles est soumise l'installation. Il existe donc un besoin de standardisation des dispositifs de fixation des 15 conduites fluidiques au châssis principal, de manière à pouvoir élaborer la géométrie du réseau sans engendrer d'étapes supplémentaires d'installation de colliers et de traitements anti-corrosion. A cet effet, la présente invention se rapporte à une structure métallique du type précité, telle qu'elle est dépourvue de poutres longitudinales au niveau du deuxième plan 20 horizontal, ledit deuxième plan horizontal étant ainsi apte à être traversé par la première conduite à l'aplomb des poutres longitudinales du premier niveau. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, la structure métallique comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : 25 - la pluralité de poutres longitudinales comprend un troisième niveau de poutres longitudinales disposées selon un troisième plan horizontal, situé au-dessus du deuxième plan horizontal ; et la structure est dépourvue de poutres transversales au niveau dudit troisième plan horizontal, ledit troisième plan horizontal étant ainsi apte à être traversé par la deuxième conduite (42) à l'aplomb des poutres transversales du deuxième niveau ; 30 - la structure métallique comporte plusieurs niveaux de poutres longitudinales et plusieurs niveaux de poutres transversales, alternés verticalement ; - la structure métallique comprend en outre au moins une grille de barres longitudinales et de barres transversales, disposées respectivement selon les directions longitudinale et transversale, chaque barre reliant deux montants consécutifs, les barres 35 longitudinales et transversales de ladite grille étant coplanaires et situées au-dessus de la pluralité de poutres longitudinales et de poutres transversales ; 3062444 3 - l'au moins une grille comporte au moins un renfort en croix, chaque extrémité dudit renfort étant fixée au milieu d'une barre longitudinale ou transversale ; - chacun des montants comporte une extrémité supérieure munie d'un moyen de suspension à un châssis. 5 L'invention se rapporte en outre à une installation industrielle comprenant : un réseau de canalisations, s'étendant dans trois dimensions ; un châssis principal mécaniquement relié audit réseau ; et au moins une structure métallique telle que décrite ci-dessus, ladite structure métallique étant fixée au châssis principal. Ledit réseau de canalisations comprend au moins une conduite fluidique s'étendant dans la direction 10 longitudinale et soutenue par au moins une poutre transversale de ladite structure métallique, et/ou au moins une conduite fluidique s'étendant dans la direction transversale et soutenue par au moins une poutre longitudinale de ladite structure métallique. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, l'installation comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les 15 combinaisons techniquement possibles : - au moins l'une des canalisations du réseau comprend au moins une portion longitudinale et une portion transversale, s'étendant respectivement selon les directions longitudinale et transversale, lesdites portions étant connectées par au moins une conduite verticale délimitée par deux coudes, l'au moins une portion longitudinale et l'au 20 moins une portion transversale étant respectivement soutenues par au moins une poutre transversale et par au moins une poutre longitudinale de l'au moins une structure métallique ; - l'installation comprend en outre des câbles électriques ou d'instrumentation, déployés sur l'au moins une grille ; 25 - l'au moins une structure métallique est suspendue au châssis principal. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'une structure métallique selon un 30 premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue en perspective d'une structure métallique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 est une première vue partielle d'une installation comprenant une structure métallique de la figure 2 ; et 35 la figure 4 est une deuxième vue partielle de l'installation de la figure 3. 3062444 4 Les figures 1 et 2 représentent des structures métalliques 10, 110 pour le support de conduite, respectivement selon un premier et selon un deuxième modes de réalisation de l'invention. Dans la description qui suit, les structures métalliques 10 et 110 seront décrites 5 simultanément, les éléments communs étant désignés par les mêmes numéros de référence. La structure métallique 10, 110 est de préférence réalisée en acier. La structure métallique 10, 110 comporte des montants 12, des poutres longitudinales 14 et des poutres transversales 16. De manière optionnelle, comme représenté aux figures 1 et 2, 10 la structure métallique 10, 110 comporte en outre au moins une première grille de câblage 18. La figure 3 montre partiellement la structure 110 de la figure 2, la grille de câblage 18 n'étant notamment pas représentée. Les montants 12 sont sensiblement verticaux, disposés selon un maillage 15 horizontal régulier. Ledit maillage est caractérisé par une première direction longitudinale et par une deuxième direction transversale. Préférentiellement, lesdites directions longitudinale et transversale forment un angle compris entre 20° et 160°, ledit angle étant plus préférentiellement égal à ou proche de 90°. Dans les modes de réalisation des figures 1 et 2, on considère une base 20 orthonormée (X, Y, Z), X et Y représentant respectivement les directions longitudinale et transversale, Z représentant la verticale. Le maillage horizontal des montants 12 est donc formé par les intersections d'une série de droites parallèles à X et d'une série de droites parallèles à Y. De préférence, les intervalles séparant lesdites droites sont identiques, formant un maillage carré. 25 Dans le mode de réalisation de la figure 1, la structure 10 est formée d'une unique unité structurelle 20, correspondant à une seule cellule du maillage horizontal. Ladite unité structurelle 20 est délimitée par quatre montants 12, répartis sur deux droites parallèles à X et deux droites parallèles à Y. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la structure 110 est formée de quatre 30 unités structurelles 20 accolées en carré, chacune desdites unités correspondant à une cellule du maillage horizontal. Plus précisément, la structure 110 comporte neuf montants 12 répartis sur trois droites parallèles à X et trois droites parallèles à Y. Chaque montant 12 appartient à une, deux ou quatre des unités structurelles 20. Selon des variantes non représentées, les structures selon l'invention sont 35 formées d'un nombre différent d'unités structurelles 20, accolées selon X et/ou selon Y. 3062444 5 De préférence, une extrémité supérieure des montants 12 est munie de moyens 21 de suspension à un châssis principal, comme il sera décrit ultérieurement. Lesdits moyens 21 permettent par exemple de fixer rigidement la structure 10, 110 au châssis principal par soudure ou boulonnage. 5 Les poutres longitudinales 14 et les poutres transversales 16 sont respectivement disposées selon X et selon Y. Chaque poutre comporte deux extrémités, fixées à deux montants 12 consécutifs selon X ou selon Y. Dans les modes de réalisation des figures 1 et 2, les poutres longitudinales 14 sont réparties en trois niveaux longitudinaux 22, 24, 26. De même, dans les modes de 10 réalisation des figures 1 et 2, les poutres transversales 16 sont réparties en trois niveaux transversaux 30, 32, 34. En variante, le nombre de niveaux longitudinaux et/ou de niveaux transversaux est plus élevé. Au niveau de chaque unité structurelle 20, chaque niveau longitudinal 22, 24, 26 est formé de deux poutres longitudinales 14 en vis-à-vis l'une de l'autre ; et chaque 15 niveau transversal 30, 32, 34 est formé de deux poutres transversales 16 en vis-à-vis l'une de l'autre. Les poutres longitudinales 14 de chaque niveau longitudinal 22, 24, 26 définissent un plan horizontal. De même, les poutres transversales 16 de chaque niveau transversal 30, 32, 34 définissent un plan horizontal. 20 Par exemple, un premier plan horizontal 36 est défini par un premier niveau longitudinal 22 situé le plus bas. Comme chaque niveau longitudinal, le premier niveau longitudinal 22 est apte à supporter une première conduite 40 (figure 3) s'étendant selon la direction transversale Y. Un deuxième plan horizontal 38 est défini par un premier niveau transversal 30 25 situé le plus bas. Le deuxième plan horizontal 38 est situé au-dessus du premier plan horizontal 36. Comme chaque niveau transversal, le premier niveau transversal 30 est apte à supporter une deuxième conduite 42 (figure 3) s'étendant selon la direction longitudinale X. Un troisième plan horizontal 44 est défini par un deuxième niveau longitudinal 24, 30 apte à supporter une troisième conduite 46 (figure 3) s'étendant selon la direction transversale Y. Les niveaux longitudinaux 22, 24, 26 et les niveaux transversaux 30, 32, 34 sont alternés selon Z. La structure 10, 110 est dépourvue de poutres longitudinales 14 à hauteur des niveaux transversaux 30, 32, 34 et dépourvue de poutres transversales 16 à 35 hauteur des niveaux longitudinaux 22, 24, 26. 3062444 6 Par exemple, la structure 10, 110 est dépourvue de poutres longitudinales 14 au niveau du deuxième plan horizontal 38. Ledit deuxième plan horizontal est ainsi apte à être traversé par la première conduite 40 à l'aplomb des poutres longitudinales 14 du premier niveau longitudinal 22. 5 De même, la structure 10, 110 est dépourvue de poutres transversales 16 au niveau du troisième plan horizontal 44. Ledit troisième plan horizontal est ainsi apte à être traversé par la deuxième conduite 42 à l'aplomb des poutres transversales 16 du premier niveau transversal 30. La structure 10, 110 peut ainsi supporter des conduites 40, 42 de diamètre élevé, 10 ledit diamètre étant limité par un écartement 48 entre deux niveaux longitudinaux ou deux niveaux transversaux consécutifs. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'écartement 48 est identique entre tous les niveaux longitudinaux consécutifs et/ou entre tous les niveaux transversaux consécutifs. 15 Selon un autre mode de réalisation préférentiel, l'écartement 48 est identique pour les niveaux longitudinaux et pour les niveaux transversaux. En variante, les niveaux longitudinaux et les niveaux transversaux présentent des écartements différents. La première grille de câblage 18 est disposée au-dessus des niveaux longitudinaux 22, 24, 26 et des niveaux transversaux 30, 32, 34. Ladite première grille 18 20 comporte une pluralité de barres longitudinales 50 et de barres transversales 52, coplanaires et respectivement disposées selon X et selon Y. Au niveau d'une unité structurelle 20, la première grille 18 comporte deux barres longitudinales 50 et deux barres transversales 52 disposées en carré, chaque barre étant fixée à deux montants 12. De préférence, au niveau d'une unité structurelle 20, la première grille 18 25 comporte en outre un renfort 54 en croix. Chaque extrémité dudit renfort 54 est fixée au milieu d'une barre longitudinale 50 ou transversale 52. La première grille 18 est notamment destinée à supporter des câbles électriques et d'instrumentation. Dans les modes de réalisation des figures 1 et 2, la structure 10, 110 comporte en outre une deuxième grille 58 identique à la première grille 18 et fixée au- 30 dessus de ladite première grille. La structure 10, 110 comporte ainsi deux étages de câblage. Les figures 3 et 4 sont des vues partielles d'une installation industrielle 120. Ladite installation industrielle comprend notamment un réseau de canalisations 130, partiellement représenté à la figure 3. Le réseau 130 comporte par exemple les première 35 40, deuxième 42 et troisième 46 conduites précédemment décrites. 3062444 7 Le réseau 130 comporte également des canalisations 132 comprenant des conduites longitudinales 134 et des conduites transversales 136, reliées par des conduites verticales 137 et par des coudes 138. L'installation 120 comprend en outre un châssis principal 140, réalisé en acier. Le 5 châssis principal 140 comprend notamment des colonnes verticales 142 et des entretoises horizontales 144, disposées en partie supérieure desdites colonnes. Le châssis principal 140 comprend également des éléments obliques 146 de triangulation. Le châssis principal 140 est destiné à maintenir en place le réseau de canalisations 130 qui s'étend dans trois dimensions. 10 L'installation 120 comprend en outre plusieurs structures métalliques 110 telles que décrites ci-dessus. Les structures métalliques 110 sont suspendues aux entretoises 144 par les extrémités supérieures de leurs montants verticaux 12. Les structures métalliques 110 sont destinées à soutenir les canalisations du réseau 130 et à relier mécaniquement lesdites canalisations au châssis principal 140. En 15 particulier, les conduites longitudinales 134 et les conduites transversales 136 des canalisations 132 sont soutenues respectivement par des niveaux transversaux 30, 32, 34 et par des niveaux longitudinaux 22, 24, 26 desdites structures métalliques 110. L'installation 120 comprend en outre un réseau (non représenté) de câbles électriques et d'instrumentation, supporté par les grilles de câblage 18, 58. 20 Un procédé de fabrication de l'installation 120 va maintenant être décrit. Les structures métalliques 110 sont fabriquées de manière standard en atelier, ladite fabrication incluant des traitements de surface de type anti-corrosion. L'écartement 48, entre deux niveaux longitudinaux ou deux niveaux transversaux consécutifs, est notamment choisi en fonction d'un diamètre maximal des canalisations du réseau 130. 25 Le châssis principal 140 est assemblé sur site, par exemple sur le pont d'une unité flottante de type FPSO ou FLNG. Une pluralité de structures métalliques 110 est ensuite suspendue aux entretoises 144. Selon un mode de réalisation de l'invention, les structures métalliques 110 sont préassemblées à un certain nombre de conduites horizontales 40, 42, 46, longitudinales et/ou transversales, avant d'être suspendues au 30 châssis 140. Le réseau de canalisations 130 est ensuite élaboré, notamment en reliant lesdites conduites horizontales 40, 42, 46 par des conduites verticales 137 et par des coudes 138. D'autres conduites horizontales peuvent également être ajoutées, sur les niveaux transversaux 30, 32, 34 et/ou sur les niveaux longitudinaux 22, 24, 26. 35 La direction longitudinale ou transversale des conduites horizontales 40, 42, 46, 134, 136 est imposée par le niveau, transversal ou longitudinal, qui supporte chacune 3062444 8 desdites conduites. Dans une canalisation 132, un changement de direction dans le plan horizontal implique donc un changement de niveau vertical. Ledit changement de niveau vertical se traduit par le raccord d'une portion longitudinale 134 et d'une portion transversale 136 par une conduite verticale 137 délimitée par deux coudes 138. 5 Les trois niveaux longitudinaux 22, 24, 26 et les trois niveaux transversaux 30, 32, 34 des structures métalliques 110 génèrent une grande liberté dans l'élaboration de la géométrie spatiale du réseau de canalisations 130. Il est donc possible de concevoir un réseau 130 de forme complexe, bien qu'adapté à des structures support 110 standardisées. 10 En parallèle, le réseau (non représenté) de câbles électriques et d'instrumentation est déployé sur les grilles de câblage 18, 58. Les structures métalliques 10, 110 précédemment décrites fournissent ainsi un support standardisé aux canalisations et au câblage de l'installation 120, sans imposer de contrainte spatiale lors de la conception du réseau de canalisations 130. 15 REVENDICATIONS1.- Structure métallique (10, 110) pour le support de conduites fluidiques, comprenant : - des montants (12) sensiblement verticaux, disposés selon un maillage horizontal régulier caractérisé par une première direction longitudinale (X) et par une deuxième direction transversale (Y), et - une pluralité de poutres longitudinales (14) et de poutres transversales (16), disposées respectivement selon les directions longitudinale et transversale, chaque poutre reliant deux montants consécutifs, la pluralité de poutres longitudinales comprenant au moins un premier niveau (22) de poutres longitudinales disposées selon un premier plan horizontal (36), ledit premier niveau étant apte à supporter une première conduite (40) s'étendant selon la direction transversale ; la pluralité de poutres transversales comprenant au moins un deuxième niveau (30) de poutres transversales disposées selon un deuxième plan horizontal (38), ledit deuxième niveau étant apte à supporter une deuxième conduite (42) s'étendant selon la direction longitudinale ; le deuxième plan horizontal étant situé au-dessus du premier plan horizontal ; la structure étant caractérisée en ce qu'elle est dépourvue de poutres longitudinales au niveau du deuxième plan horizontal (38), ledit deuxième plan horizontal étant ainsi apte à être traversé par la première conduite (40) à l'aplomb des poutres longitudinales (14) du premier niveau (22). 2.- Structure métallique selon la revendication 1, dans laquelle : - la pluralité de poutres longitudinales comprend un troisième niveau (24) de poutres longitudinales disposées selon un troisième plan horizontal (44), situé au-dessus du deuxième plan horizontal (38) ; et - la structure est dépourvue de poutres transversales au niveau dudit troisième plan horizontal, ledit troisième plan horizontal étant ainsi apte à être traversé par la deuxième conduite (42) à l'aplomb des poutres transversales du deuxième niveau (30). 3.- Structure métallique selon la revendication 1 ou la revendication 2, comportant plusieurs niveaux (22, 24, 26) de poutres longitudinales et plusieurs niveaux (30, 32, 34) de poutres transversales, alternés verticalement. 3062444 10 4.- Structure métallique selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre au moins une grille (18, 58) de barres longitudinales (50) et de barres transversales (52), disposées respectivement selon les directions longitudinale (X) et transversale (Y), chaque barre reliant deux montants (12) consécutifs, les barres 5 longitudinales et transversales de ladite grille étant coplanaires et situées au-dessus de la pluralité de poutres longitudinales et de poutres transversales. 5.- Structure métallique selon la revendication 4, dans laquelle l'au moins une grille comporte au moins un renfort (54) en croix, chaque extrémité dudit renfort étant fixée au 10 milieu d'une barre longitudinale (50) ou transversale (52). 6.- Structure métallique selon l'une des revendications précédentes, dans lesquels chacun des montants (12) comporte une extrémité supérieure munie d'un moyen (21) de suspension à un châssis (140). 15 7.- Installation industrielle (120) comprenant : - un réseau (130) de canalisations (132), s'étendant dans trois dimensions, - un châssis principal (140) mécaniquement relié audit réseau (130), et - au moins une structure métallique (10, 110) selon l'une des revendications 20 précédentes, ladite structure métallique étant fixée au châssis principal ; ledit réseau de canalisations comprenant au moins une conduite fluidique (42, 134) s'étendant dans la direction longitudinale (X) et soutenue par au moins une poutre transversale (16) de ladite structure métallique (10, 110), et/ou au moins une conduite fluidique (40, 136) s'étendant dans la direction transversale (Y) et soutenue par au moins 25 une poutre longitudinale (14) de ladite structure métallique. 8.- Installation industrielle selon la revendication 7, dans laquelle au moins l'une des canalisations (132) dudit réseau (130) comprend au moins une portion longitudinale (134) et une portion transversale (136), s'étendant respectivement selon les directions 30 longitudinale et transversale, lesdites portions étant connectées par au moins une conduite verticale (137) délimitée par deux coudes (138), l'au moins une portion longitudinale (134) et l'au moins une portion transversale (136) étant respectivement soutenues par au moins une poutre transversale (16) et par au moins une poutre longitudinale (14) de l'au moins une structure métallique. 35 3062444 11 9.- Installation industrielle selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans laquelle l'au moins une structure métallique (10, 110) est selon la revendication 4 ou la revendication 5, ladite installation comprenant en outre des câbles électriques ou d'instrumentation, déployés sur l'au moins une grille (18, 58). 10.- Installation industrielle selon l'une des revendications 7 à 9, dans laquelle l'au moins une structure métallique (10, 110) est selon la revendication 6, ladite structure métallique étant suspendue au châssis principal (140). 5 10