Brevet FR3129702A1 — publié le 20230602

DISPOSITIF AMORTISSEUR ADAPTÉ POUR ÊTRE INTERCALÉ ENTRE UNE CANALISATION ET UN SYSTÈME ANTI-PULSATOIRE Dispositif (20) adapté pour être intercalé entre une canalisation et un système anti-pulsatoire, comprenant : - un châssis (40) annulaire autour d’un axe (D), comportant une première face (52) adaptée pour être appliquée axialement contre la canalisation, et une deuxième face (54) axialement opposée et apte à être appliquée contre le système anti-pulsatoire, le châssis définissant un premier orifice (42) de passage d’un fluide, et - un clapet (44) monté rotatif sur le châssis entre une position fermée, dans laquelle le clapet est situé contre la deuxième face et obture partiellement le premier orifice, et une position ouverte, le fluide étant destiné à circuler de la canalisation vers le système anti-pulsatoire dans la position ouverte via le premier orifice, et du système anti-pulsatoire vers la canalisation dans la position fermée via un deuxième orifice (50) de passage défini par le dispositif et formant une restriction du premier orifice. Figure pour l'abrégé : Figure 3 DISPOSITIF AMORTISSEUR ADAPTÉ POUR ÊTRE INTERCALÉ ENTRE UNE CANALISATION ET UN SYSTÈME ANTI-PULSATOIRE La présente invention concerne un dispositif destiné à améliorer un système anti-pulsatoire à piston et ciel gazeux, le système anti-pulsatoire étant situé à une extrémité d’une canalisation adaptée pour transporter un fluide, notamment un produit pétrolier. L’invention concerne également un ensemble comprenant un système anti-pulsatoire et un tel dispositif, et un procédé mettant en œuvre un tel ensemble. À une certaine époque, les installations, notamment pétrolières ou pétrochimiques, n’étaient pas pourvues de dispositifs d’atténuation des coups de bélier dans les lignes de chargement des différents produits pétroliers. Ceci avait pour conséquence de générer des pics de pression importants dans ces lignes, lors des arrêts de chargement brutaux, avec des risques de dépassement des pressions maximales autorisées, et donc de détérioration de joints et d’équipements, et donc de fuites. Puis, des dispositifs dits « anti-pulsatoires » ou plus communément appelés « bouteilles anti-bélier » ont été imaginés et mis en œuvre. Ces dispositifs étaient dans un premier temps des dispositifs à vessie. Ensuite, leur technologie a progressivement évolué vers un piston mobile dans un cylindre, avec un ciel gazeux à l’azote. Tous ces dispositifs peuvent être assimilés à des ressorts à gaz. Grâce à ces dispositifs, l’onde de pression ne butte plus en bout de ligne contre un « mur », avec un pic de pression important en retour qui se propage à tous les équipements de la ligne. Une partie de l’énergie en jeu est absorbée par la compression de ce ressort à gaz. Elle est cependant restituée en retour avec une faible dissipation, et des pics de pression atténués, mais qui peuvent rester relativement importants. Un but de l’invention est donc de fournir un dispositif adapté pour améliorer de tels systèmes anti-pulsatoires à piston et ciel gazeux. À cet effet, l’invention a pour objet un dispositif.adapté pour être intercalé entre une canalisation et un système anti-pulsatoire à piston et ciel gazeux, le dispositif comprenant : - un châssis annulaire autour d’un axe, le châssis comportant une première face adaptée pour être appliquée axialement contre la canalisation, et une deuxième face axialement opposée à la première face et apte à être appliquée axialement contre le système anti-pulsatoire, le châssis définissant un premier orifice de passage d’un fluide entre la canalisation et le système anti-pulsatoire, et - un clapet monté rotatif sur le châssis, le clapet étant mobile par rapport au châssis entre une position fermée, dans laquelle le clapet est situé contre la deuxième face et obture partiellement le premier orifice, et une position ouverte, dans laquelle au moins une partie du clapet est plus éloignée axialement de la deuxième face que dans la position fermée, le fluide étant destiné à circuler de la canalisation vers le système anti-pulsatoire dans la position ouverte via le premier orifice, et du système anti-pulsatoire vers la canalisation dans la position fermée via un deuxième orifice de passage du fluide défini par le dispositif, le deuxième orifice formant une restriction du premier orifice. Selon des modes de réalisation particuliers, le dispositif comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le deuxième orifice est complètement défini par le clapet ;. - le clapet comprend une partie principale définissant un passage axial au moins partiellement fileté, et un insert vissé dans le passage, l’insert définissant le deuxième orifice avec un diamètre de passage prédéfini ; - l’insert définit au moins deux rainures radiales par rapport à l’axe dans la position fermée, les deux rainures se situant dans le prolongement l’une de l’autre de part et d’autre de l’axe ; - le dispositif comprend en outre une clé configurée pour visser ou dévisser l’insert dans la partie principale, la clé comportant une tige et une tête solidaire de la tige et formant une protubérance radiale par rapport à la tige, la tête s’étendant le long de la tige et étant adaptée pour être reçue dans les deux rainures ; - la tête comprend un bord en arc de cercle, les deux rainures étant configurées pour épouser ledit bord ; - la deuxième face définit un logement s’étendant radialement autour de l’axe, le clapet étant reçu au moins partiellement dans le logement dans la position fermée ; et - le dispositif comprend en outre un manche fixé sur le châssis et s’étendant à partir du châssis radialement par rapport à l’axe, le manche étant destiné à être tenu par un opérateur pour placer le châssis entre la canalisation et le système anti-pulsatoire. L’invention a également pour objet un ensemble comprenant : - une canalisation, - un système anti-pulsatoire à piston et ciel gazeux, et - un dispositif tel que décrit ci-dessus, le dispositif étant intercalé entre la canalisation et le système anti-pulsatoire, la première face étant appliquée axialement contre la canalisation, et la deuxième face étant appliquée axialement contre le système anti-pulsatoire. L’invention a aussi pour objet un procédé mettant en œuvre un ensemble tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes suivantes : - rotation du clapet de la position fermée à la position ouverte ; - circulation du fluide de la canalisation vers le système anti-pulsatoire via le premier orifice, le clapet étant dans la position ouverte ; - rotation du clapet de la position ouverte à la position fermée, et obturation partielle du premier orifice par le clapet ; et - circulation du fluide du système anti-pulsatoire vers la canalisation via le deuxième orifice, le clapet étant dans la position fermée. 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 lesquels : La est une vue schématique, de côté, d’un ensemble selon l’invention, La est une vue de dessus, ou axiale, d’un dispositif selon l’invention représenté sur la , La est une vue en coupe selon un plan radial du dispositif représenté sur les figures 1 et 2, La est une vue axiale d’un insert du dispositif représenté sur les figures 1 à 3, La est une vue de côté d’une clé configurée pour visser ou dévisser l’insert représenté sur les figures 3 et 4 dans une partie principale du dispositif représenté sur les figures 1 à 3, La est une vue analogue à celle de la , le clapet du dispositif étant dans la position ouverte, et le piston du système anti-pulsatoire étant dans une position haute, La est une vue analogue à celles des figures 1 et 6, le clapet étant dans la position fermée, et le piston du système anti-pulsatoire étant en train de descendre, et La est un graphique représentant l’évolution de la pression dans la canalisation de l’ensemble représenté sur les figures 1, 6 et 7 en fonction du temps, après la fermeture brutale d’une vanne d’un bras de chargement (non représenté) situé en aval de la canalisation. En référence à la , on décrit un ensemble 10 selon l’invention. L’ensemble 10 fait par exemple partie d’une installation (non-intégralement représentée), par exemple pétrolière, adaptée pour délivrer un fluide 12, par exemple un carburant ou tout autre produit pétrolier. L’ensemble 10 comprend une canalisation 14 adaptée pour véhiculer le produit 12, un système anti-pulsatoire 16 situé à une extrémité 18 de la canalisation, et un dispositif 20 selon l’invention situé mécaniquement et fluidiquement entre la canalisation et le système anti-pulsatoire. Dans l’exemple, le système anti-pulsatoire 16 et le dispositif 20 définissent un même axe D avantageusement vertical. En variante, (non représentée), ces éléments définissent deux axes distincts l’un de l’autre, par exemple angulairement. Le système anti-pulsatoire 16 est connu en lui-même de l’homme du métier et ne sera pas décrit en détail. Le système anti-pulsatoire 16 comprend une bouteille 22 formant un cylindre, et un piston 24 mobile axialement à l’intérieur de la bouteille. Au-dessus du piston 24, le système anti-pulsatoire 16 comprend un ciel gazeux 26 et avantageusement un bain d’huile 28. La bouteille 22 comporte une entrée-sortie 30 dans sa partie inférieure pour permettre au fluide 12 d’entrer et de sortir du dispositif anti-pulsatoire 16. L’entrée-sortie 30 est reliée fluidiquement à la canalisation 14 via le dispositif 20. En fonction de sa position dans la bouteille 22, le piston 24 définit une chambre 32 de volume variable occupée par le fluide 12. Dans l’exemple, la canalisation 14 comprend une vanne d’arrêt 34 et une bride 36 de fixation sur la bouteille 22. La bride 36 est par exemple fixée sur la bouteille 22 à l’aide d’une pluralité de vis 38 Le dispositif 20 est par exemple pris en sandwich entre la bride 36 et la bouteille 22. Selon des variantes non-représentées, le dispositif 20 se situe plus en amont de la canalisation 14 entre le système anti-pulsatoire 16 et la vanne d’arrêt 34, avantageusement entre deux brides (non-représentées) de la canalisation 14. Comme visible sur les figures 2 et 3, le dispositif 20 est intercalé mécaniquement et fluidiquement entre la canalisation 14 et le système anti-pulsatoire 16. Le dispositif 20 comprend un châssis 40 définissant un premier orifice 42 de passage du fluide 12 entre la canalisation 14 et le système anti-pulsatoire 16. Le dispositif 20 comprend un clapet 44 monté rotatif sur le châssis 40 autour d’un axe D1 avantageusement orthogonal à l’axe D. Dans l’exemple, le dispositif 20 comprend également un manche 46 permettant à un opérateur (non-représenté) de positionner le dispositif par rapport à la canalisation 14 et au système anti-pulsatoire 16, et une clé 48 ( ). Le dispositif 20 définit un deuxième orifice 50 de passage du fluide 12 formant une restriction du premier orifice 42. Le premier orifice 42 et le deuxième orifice 50 sont par exemple circulaires en vue selon l’axe D. Le châssis 40 présente avantageusement une forme annulaire autour de l’axe D. Le châssis 40 comporte une première face 52 adaptée pour être appliquée axialement contre la canalisation 14, et une deuxième face 54 axialement opposée à la première face et apte à être appliquée axialement contre le système anti-pulsatoire 16. Des joints 56, 58 disposés respectivement sur la première face 52 et sur la deuxième face 54 sont adaptés pour assurer l’étanchéité de la connexion. Le clapet 44 est mobile par rapport au châssis 40 entre une position fermée, représentée sur les figures 1 à 3 et 7, et une position ouverte, représentée sur la . Dans la position fermée, le clapet 44 est situé contre la deuxième face 54 et obture partiellement le premier orifice 42. Par exemple, le clapet 44 est au moins partiellement reçu dans un logement 60 défini par la deuxième face 54 du châssis. Un joint d’étanchéité 61 déposé sur la deuxième face 54 autour du premier orifice 42 assure l’étanchéité entre le clapet 44 et le châssis 40 dans la position fermée. Dans la position ouverte, au moins une partie 62 du clapet 44 est plus éloignée axialement de la deuxième face 54 que dans la position fermée. Dans l’exemple, le clapet 44 comprend une partie principale 64 définissant un passage 66 au moins partiellement fileté, et un insert 68 vissé dans le passage 66, l’insert définissant le deuxième orifice 50, avantageusement avec un diamètre de passage D2 prédéfini. La partie principale 64 est par exemple articulée sur le châssis 40 par une charnière 70. La partie principale 64 forme avantageusement un épaulement 72 selon l’axe D, sur lequel l’insert 68 butte lorsqu’il est complètement vissé dans la partie principale. L’insert 68 est avantageusement calibré. Le diamètre D2 prédéfini est par exemple de 10, 15 ou 25 millimètres. Le diamètre D2 est par exemple compris entre 10 et 30 millimètres. Avantageusement, l’insert 68 définit au moins deux rainures 74, 76 radiales par rapport à l’axe D dans la position fermée du clapet 44, les deux rainures se situant dans le prolongement l’une de l’autre de part et d’autre de l’axe D. Les rainures 74, 76 sont par exemple situées axialement du côté de la première face 52, c’est-à-dire du côté de la canalisation 14. La clé 48 ( ) est configurée pour visser ou dévisser l’insert 68 dans la partie principale 64. La clé 48 comporte par exemple une tige 78 et une tête 80 solidaire de la tige. La tête 80 forme une protubérance 82 radiale par rapport à la tige 78, et s’étend le long de cette tige. La tête 80 est adaptée pour être reçue dans les deux rainures 74, 76. La tête 80 comprend avantageusement un bord 84 en arc de cercle, les deux rainures 74, 76 étant configurées pour épouser ce bord. Le manche 46 comprend par exemple une partie de préhension 86 avantageusement circulaire, et une tige 88 fixée sur le châssis 40. Le manche 46 s’étend par exemple radialement à partir du châssis 40. Avantageusement, la partie de préhension 86 dépasse radialement du système anti-pulsatoire 16 et de la bride 36 et permet à un opérateur de déplacer le dispositif 20 et en particulier de centrer le châssis 40 par rapport à l’axe D. On va maintenant décrire brièvement l’installation du dispositif 20 dans l’ensemble 10. Initialement, la bride 36 de la canalisation 14 est fixée par les vis 38 sur le système anti-pulsatoire 16. Pour installer le dispositif 20, on sépare la bride 36 du système anti-pulsatoire 16 en dévissant les vis 38 et on insert le dispositif 20 entre la bride 36 et le système anti-pulsatoire 16 selon l’axe D. La première face 52 est appliquée contre la bride 36. La deuxième face 54 est appliquée contre la bouteille 22. Puis, on replace et on revisse les vis 38 de manière à coincer le dispositif 20 entre la canalisation 14 et le système anti-pulsatoire 16. Le fonctionnement de l’ensemble 10 découle de sa structure et va maintenant être brièvement décrit. Ceci illustre un procédé selon l’invention. Au début, l’ensemble 10 est dans la configuration représentée sur la , dans laquelle le piston 24 est dans une position relativement basse axialement par rapport à la bouteille 22. Le clapet 44 du dispositif 20 est dans la position fermée. Puis, une onde de pression 90, représentée schématiquement sur la , arrive dans le fluide 12 via la canalisation 14. L’onde de pression 90 est par exemple due à l’arrêt brutal du débit dans un bras de chargement (non-représenté) relié fluidiquement à la canalisation 14. L’onde de pression 90 se propage vers le système anti-pulsatoire 16. Le fluide 12 traverse le dispositif 20 et fait passer le clapet 44 de la position fermée à la position ouverte. Le fluide 12 dispose alors de tout le premier orifice 42 pour passer de la canalisation 14 à la chambre inférieure 32 du système anti-pulsatoire 16. Le piston 24 monte rapidement dans la bouteille 32 pour limiter l’onde de pression 90. Le clapet 44 est grand ouvert pour ne pas freiner la montée du piston 44. Le ciel gazeux 26 se comprime et agit comme un ressort sur le piston 24. Ensuite, le mouvement du fluide 12 s’inverse. Le piston 24 commence à descendre dans la bouteille 32 sous l’effet de la forte pression du ciel gazeux 26. Le clapet 44 se déplace de la position ouverte à la position fermée et obture partiellement le premier orifice 42. Pour passer du système anti-pulsatoire 16 à la canalisation 14, le fluide 12 emprunte le deuxième orifice 50, plus étroit que le premier orifice 42. Ceci ralentit la descente du piston 24. Le diamètre de passage D2 de l’insert 68 est avantageusement adapté au volume de la bouteille 32 et à l’intensité initiale de l’onde de pression 90. La pression du fluide 12 dans la canalisation 14 redescend, éventuellement avec quelques oscillations mais de manière amortie grâce à la présence du dispositif 20. Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, le dispositif 20 limite les pics de pression dans la canalisation 14, notamment lors des arrêts de chargement brutaux. Ceci limite le risque de dépassement des pressions maximales autorisées, ainsi que le risque de détérioration des joints et des équipements, ainsi que le risque de fuites. Avantageusement, le système 20 ne ralentit pas la montée du piston 24 dans le système anti-pulsatoire 16, et ralentit la descente du piston en absorbant une grande partie de l’énergie de l’onde de pression 90. Avantageusement, un ajustement du diamètre de passage D2 de l’insert 68 permet d’adapter la vitesse de restitution de l’énergie. L’insert 68 est avantageusement démontable et interchangeable de manière à optimiser le fonctionnement du dispositif 20 en fonction de son environnement, notamment la masse en mouvement, les vitesses des fluides dans les tuyauteries, le volume interne des équipements… etc. Exemple : Le graphique représenté sur la permet de comparer l’évolution de la pression, en bar, en fonction du temps, en seconde, en l’absence du dispositif 20 sur la courbe C1 et en présence du dispositif 20 sur la courbe C2. Dans cet exemple, la bouteille 32 présente un volume interne d’environ 100 litres. Un bras de chargement (non-représenté) est en train de charger le fluide 12 à un débit de 100 m 3 /h. Puis le chargement est brutalement interrompu par la fermeture d’une vanne (non-représentée). Le débit passe très rapidement de 100 m 3 /h à 0 m 3 /h. La pression dans la canalisation 14 est mesurée au voisinage de l’entrée-sortie 30 du système anti-pulsatoire 16. Sur la courbe C1, la pression monte à environ 13,6 bar, alors qu’elle ne monte qu’à 12,9 bar environ sur la courbe C2. Ainsi, grâce au dispositif 20, le pic de pression, d’environ 7 bar est diminué de 0,7 bar, soit une réduction d’environ 10%. Dispositif (20) adapté pour être intercalé entre une canalisation (14) et un système anti-pulsatoire (16) à piston (24) et ciel gazeux (26), le dispositif (20) comprenant : - un châssis (40) annulaire autour d’un axe (D), le châssis (40) comportant une première face (52) adaptée pour être appliquée axialement contre la canalisation (14), et une deuxième face (54) axialement opposée à la première face (52) et apte à être appliquée axialement contre le système anti-pulsatoire (16), le châssis (40) définissant un premier orifice (42) de passage d’un fluide (12) entre la canalisation (14) et le système anti-pulsatoire (16), et - un clapet (44) monté rotatif sur le châssis (40), le clapet (44) étant mobile par rapport au châssis (40) entre une position fermée, dans laquelle le clapet (44) est situé contre la deuxième face (54) et obture partiellement le premier orifice (42), et une position ouverte, dans laquelle au moins une partie (62) du clapet (44) est plus éloignée axialement de la deuxième face (54) que dans la position fermée, le fluide (12) étant destiné à circuler de la canalisation (14) vers le système anti-pulsatoire (16) dans la position ouverte via le premier orifice (42), et du système anti-pulsatoire (16) vers la canalisation (14) dans la position fermée via un deuxième orifice (50) de passage du fluide (12) défini par le dispositif (20), le deuxième orifice (50) formant une restriction du premier orifice (42). Dispositif (20) selon la revendication 1, dans lequel le deuxième orifice (50) est complètement défini par le clapet (44). Dispositif (20) selon la revendication 2, dans lequel le clapet (44) comprend une partie principale (64) définissant un passage axial (66) au moins partiellement fileté, et un insert (68) vissé dans le passage (66), l’insert (68) définissant le deuxième orifice (50) avec un diamètre de passage (D2) prédéfini. Dispositif (20) selon la revendication 3, dans lequel l’insert (68) définit au moins deux rainures (74, 76) radiales par rapport à l’axe (D) dans la position fermée, les deux rainures (74, 76) se situant dans le prolongement l’une de l’autre de part et d’autre de l’axe (D). Dispositif (20) selon la revendication 4, comprenant en outre une clé (48) configurée pour visser ou dévisser l’insert (68) dans la partie principale (64), la clé (48) comportant une tige (78) et une tête (80) solidaire de la tige (78) et formant une protubérance radiale par rapport à la tige (78), la tête (80) s’étendant le long de la tige (78) et étant adaptée pour être reçue dans les deux rainures (74, 76). Dispositif (20) selon la revendication 5, dans lequel la tête (80) comprend un bord (84) en arc de cercle, les deux rainures (74, 76) étant configurées pour épouser ledit bord (84). Dispositif (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la deuxième face (54) définit un logement (60) s’étendant radialement autour de l’axe (D), le clapet (44) étant reçu au moins partiellement dans le logement (60) dans la position fermée. Dispositif (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre un manche (46) fixé sur le châssis (40) et s’étendant à partir du châssis (40) radialement par rapport à l’axe (D), le manche (46) étant destiné à être tenu par un opérateur pour placer le châssis (40) entre la canalisation (14) et le système anti-pulsatoire (16). Ensemble (10) comprenant : - une canalisation (14), - un système anti-pulsatoire (16) à piston (24) et ciel gazeux (26), et - un dispositif (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le dispositif (20) étant intercalé entre la canalisation (14) et le système anti-pulsatoire (16), la première face (52) étant appliquée axialement contre la canalisation (14), et la deuxième face (54) étant appliquée axialement contre le système anti-pulsatoire (16). Procédé mettant en œuvre un ensemble selon la revendication 9, comprenant les étapes suivantes : - rotation du clapet (44) de la position fermée à la position ouverte, - circulation du fluide (12) de la canalisation (14) vers le système anti-pulsatoire (16) via le premier orifice (42), le clapet (44) étant dans la position ouverte, - rotation du clapet (44) de la position ouverte à la position fermée, et obturation partielle du premier orifice (42) par le clapet (44), et - circulation du fluide (12) du système anti-pulsatoire (16) vers la canalisation (14) via le deuxième orifice (50), le clapet (44) étant dans la position fermée.