Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
76~i2
I
LIGNE DE TRANSPORT DE FLUIDE ISOLEE THERMIQUEMENT
,
____________ .___________________ ______..
L'invention concerne une ligne de transport de fluide à deux tu~
bes metalliques coaxiaux interne et externe dont le tube interne au moins
est utilise au transport d'un fluide froid ou chaud devant être thermi-
quement isolé par rapport à l'extérieur de 1A ligne.
L'espace annulaire entre tube interne et tube externe peut être
rempli d'un matériau isolan~. Il peu~ aussi être utilisé au transport
d'un autre fluide ou à la circulat;on d'un gaz neu~re pour la surveillan-
ce de l'étanchéite de la ligne.
Un problème délicat à resoudre est celui de l'ancrage du tube
interne afin d'assurer le centrage et le maintien du tube interne malgré
les efforts mécaniques très importants dus aux differences de température,
et cela sans créer de pertes thermiques inadmi~sibles. Dans le cas d'une
ligne ~mergée de transport d'un fluide cryogénique, not = ent, une mau-
vaise isolation thermique locale peut conduire à la formation de glace à
l'extérieur de la ligne, ce qui accrolt la flottabilité de la ligne e~
ri~que d'entra~ner une déformation et une rupture de la ligne.
Les é~udes entreprises pour résoudre ce problème ont montré qu'il
n'était pas possible d'assurer un bon ancrage du tube interne au yen
de pièces isolantes et qu'il était préféra~le d'accepter pour ancrer le
tube interne dans le tube externe, de créer entre ces deux tubes un pont
thermique localisé de place en place le long de la ligne, mais de limiter
les efEets de ces ponts thermiques locaux par des isolements locaux sup-
plémentaires de la ligne.
Un objet de l'invention est ainsi une ligne de transport de flui-
de comprenan~ deux tubes métallliques coaxiaux, l'un interne, l'autre
externe, dont le tube interne est destiné au transport d'un fluide devant
être isolé thermiquement par rapport à l'extérieur de la ligne et formée
de plusieurs sections qui comprennent chacune une portion de tube in~erne
.
7672
2 --
et une portion de tube externe et Re succèdent axialement, les portions
de tube interne et de tube externe respectivement de deux sections 8UC-
cessives étant liees l'une à l'autre par soudure, dans une zone de jonc-
tion, avec interposition d'une couronne métallique de jonction qui forme
une virole interne de meme diamètre que le tube interne, une ~irole exter-
ne de même diamètre que le tube externe et une partie annulaire médiane
reliant radialement ces deux viroles, csractérisée en ce qu'une coquille
metallique est disposée extérieurement autour de la zone de jonction et
se termine axialement par de~ extrémités soudées sur la portion de tube
externe respectivement de l'une et de l'autre des deux sections succe3si-
ves, de manière à créer une enceinte fermée entourant la zone de jonction
et contenant un milieu thermiquement isolant.
Ce milieu thermiquement isolant comprend de preference une mous-
se de materiau thermiqueme~t isolant, plus particulièrement en polyurethane
ou epoxyde.
Dans une realisation simple de la coquille métallique, celle-ci
a la forme d'un cylindre se terminant axialement à chaque extrémité par
une collerette soudee sur la portion de tube externe de l'une des deux
sections successives.
On va decrire, a titre non limitatif, un exemple de réalisation
d'une ligne de transport de fluide conforme à l'invention, en se référant
à la figure jointe dans laquelle on a représenté en coupe axiale la région
d'une ligne de transport entourant une zone de liaison I entre deux sec-
tions successives de liEne 2 et 3.
La section de ligne 2 comprend une portion 4 d'un tube interne
en acier s'étendant le long de la ligne, dont la section de ligne 3 com-
prend une autre portion 5. De meme, la section de ligne 2 comprend une
portion 6 d'un tube externe en acier dont la section de ligne 3 comprend
une autre portion 7. Dans l'exemple représenté, le tuoe externe sert
simplement de gaine pour le ~ube interne ; 1'e~pace annulaire entre tube
interne et tube externe n'est donc pas parcouru par un fluide. On a prévu
. . .1 . . .
7~7;~
-- 3 --
de remplir cet e~pace annulaire, désigné par 8 dans la section 2 et par 9
dans la section 3~ au moyen d'une mousse de polyuréthane injectée, Cette
injection de mousse de polyuréthane ne vient pas jusqu'~ la zone de jonc-
tion 1, deux anneaux moules de mous~e de polyuréthane 10, 11, introduits
en même temps qu'une couronne de jonction an acier 12, comme on le verra
plus loin9 complétant l'isolation entre tube interne et tube externe.
La couronne de jonction 12 forme une virole interne 13 et une vi-
role externe 14 réunies par une partie annulaire mediane 15. La virole
interne 131 de plus grande longueur axiale que la virole externe 14 est
directement soudée à ses deux extrémités axiales 16, 17, respectivement
à la portion de tube interne 4 et à la portion de ~ube externe 5. Les por-
tions de tube externe 6 et 7 ~ont coupées plu8 cour~es que les portions
de tube interne 4 e~ 5, de sorte que la virole 14 n'est pas directement
soudée à ses deux extrémités axiale~ 18, 19 aux portions de tube externe
6 et 7, mais à des tronçons de tube en acier 20 et 21 intercalés respec-
tivement entre la portion de tube 6 et la virole 14 et entre la portion
de tube 7 et la virole 14. Ces tronçons de tube 20 et 2I sont soudés à
leur autre extrémité axiale 22, 23 respectiveme~ à la portion de tube
externe 6 et à la portion de tube externe 7. Cette disposition permet l'in-
troduction des an~eaux ulés 10 et 11 après exécution des soudures des
extrémités 16 et 17 et avant mise en place des tronçons de tube 20 et 21.
Les anneaux moulés 10 et 1I sont formés en pratique de deux demi-anneaux,
un collage ef~ectué après leur mise en place assurant leur maintien. De
même, chacun des tron~o~s de tube 20 et 21 est en pratique obte~u à par-
tir de deux tron,cons de demi-tube soudés en place l'un à l'autre selon
deux génératrices ainsi qu'en bout aux pièces adjacentes : portion de tu-
be externe 6 ou 7 et virole externe 14.
Ia zone de jonction l est entourée extérieurement par une coquil-
le en acier 24 également ormée de deux demi-coquilles soudées en place
l'une a l'autre le long de deux génératrices. Cette coqui-lle 24 comprend
une partie cylincLrique 25 bordée à ses extrémités axiales par des colle-
rettes 26, 27 soudées aux portio~s de tube externe 6, 7 respectivemen~
par des cordons de soudure circulaires 28, 29. A l'intérieur de l'enceinte
. ~ ./ . . .
72
-- 4 --
annulaire 30 fermee comprise entre la coquille 24 d'une part et la virole
externe 14, les troncon~ de tube 20, 21 et une extrémité des portions de
tube externe 6, 7 d'autre part, on a installé un anneau de ~ousse de
polyurethane forme aussi de deux demi-anneaux collés après mi~e en place.
A l'intérieur du tube inter~e, qui est formé dans la region repré-
sentee sur la figure par les portions de tube 4, 5 et la virole interne
13, on peut faire circuler, selon la flèche 31, par exe~ple des gaz de
pétrole liquéfiés à des temperatures de l'ordre de - 50 C. La ligne de
transport a été supposée immergée dans une étendue d'eau non représentée
et entourée d'un revetement extérieur de béton 32, 33 sur toute sa lon-
gueur de part et d'autre des coquilles 24. La distance entre zones de
jonction I depend notamment du profil de la li~ne, des be~oins de centra-
ge du tube interne, des pertes thermiques admissibles. ~lle peut etre de
l'ordre de 50 8 1OO ~ètres par exemple. On peut aussi la choisir telle
qu'en cas d'entree d'eau dans une section7 l'augmentation des pertes ther-
mi~ues en résulta~t pour l'ensemble de la ligne soit encore acceptable
et que l'on puisse eviter ainsi de proceder au rempl~cement d'une seule
section defectueuse.
Les dimensions des coquilles metaliques 24 et de~ anneaux de mous-
se de polyurethane remplissant des enceintes 30 dependent des caractéris~
tiques de chaque installation. A titre d'exemple detaille, on peut indi-
quer que dans un cas par~iculier etudie pour une ligne immergee comprenant
uu tube interne de 50 cm de diametre externe destine à transporter des
gaz liquefie à - 50 C et un tube externe formant gaine de 66 cm de dia-
mêtre externe, on a prevu une coquille metallique 24 de 2 m de long, de
2 cm d'epaisseu~ et de 76 cm de diametre interne, contenant un anneau de
mousse de polyuréehane de 5 cm d'epaisseur, la partie mediane 15 de la
couronne de joaction 12 presentant ure epaisseur axiale de 4 cm à l'endroit
le plus etroit et de 20 cm au raccordement svec les viroles 13 et 14.
Lors des nises e~ froid du tube interne, les couronnes 12 ~ravail-
lent en cisaillement alors que le tube interne est soumis à une traction
et le tube externe à une compression axiale. La forme des couronnes 12 et
plus particulière~lent de leurs parties annulaires medianes 15 est choisie
~2~767~
5 --
pour éviter des concentration~ de contraintes. Le rôle de ces couronnes
12 est d'empècher des deplacements nuisibles à la lo~gevité des diverQ
elements de la ligne de transport. La coquille 24 et l'enceinte 30 qulelle
delimite sont étudiées en vue de reduire le pont thermique cree par la
couronne 12 correspondante suffisamment pour eviter tout rique de gel de
l'eau entourant la ligne.
Si un fluide devait circuler dans l'espace annulaire ~ormé entre
tube interne et tube externe, la partile annulaire mediane 15 de la couron-
ne 12 serait ajouree pour laisser pass~er ce fluide et les espaces annulai-
res 8 et 9 ne seraient pas remplis de mousse~
