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:" PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES ET APPAREILS
POUR COMMANDER L'ECOULE.MENT D'UN FLUIDE
LE LONG D'UN TUYAU ".
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La présente invention est relative à des procédés Pour /pour et appareils commandé? le débit d'un fluide dans un tuyau.
Lorsqu'un pipe-line doit passer dans le lit d'une rivière ou en dessous du lit d'une rivière, il existe toujours une possibilité de rupture du pipe-line, par suite de la corrosion ou par suite d'un affouillement du lit en dessous du,pipe-line sous l'effet du courant, ou encore par suite d'autres causes. Lorsque le pipe-line transporte un liquide précieux ou dangereux et lorsque ce liquide est soumis, comme il est d'usage, à une pression considérable, le temps qui s'écoule avant que la présence de la rupture soit détectée et que l'écoulement du liquide püisse être arrêté peut être considérable, à moins que des précautions spéciales soient prises. Ceci peut entraîner des pertes financières considérables et/ou un danger pour la vie ou la santé.
La présente invention a pour obje, dans une de ses formes d'exécution, un appareil pour commander, à l'aide d'une soupape ou d'une vanne, l'écoulement d'un fluide sous pression dans un tuyau, cet appareil comprenant une chambre dans laquelle s'étend le tuyau, ainsi qu'un dispositif sensible à la pression régnant dans la chambre et agencé pour produire un signal dans le cas et au moment où, par suite,d'une fuite, cette pression atteint une valeur choisie d'avance, de façon qu'un réglage de la soupape ou de la vanne puisse être effectué.
L'invention a également pour objet, dans une autre forme d'exécution, un appareil pour commander l'écoulement d'un fluide sous pression dans un tuyau, cet ap-
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pareil comprenant une soupape ou vanne dans laquelle passe le fluide, lorsque le tuyau est en service, une chambre dans laquelle s'étend le tuyau et qui est normalement fermée de manière étanche, ainsi qu'un dispositif sensible à la pression régnant dans la chambre et agencé pour assu- rer la fermeture de la soupape dans le cas et au moment où, par suite d'une fuite, cette pression atteint une valeur choisie d'avance. La soupape est, de préférence, montée en amont de la chambre susdite.
On prévoit, de préférence, un serve,.%mécanisme pour actionner la soupape et le dispositif sensible à la pression est agencé pour assurer le fonctionnement du servo-mécanisme, de manière à fermer la soupape, lorsque la pression atteint la valeur choisie en question. La force motrice pour le servo-mécanisme peut être fournie par une source de fluide sous pression séparée du fluide se trouvant dans le tuyau et du fluide se trouvant éventuellement dans la chambre. Le servo-mécanisme est constitué, de préférence, d'un servo-moteur réversible actionné par un fluide, qui est agencé de manière à actionner la soupape.
Dans une forme d'exécution, un passage est ménagé entre la chambre et le servo-moteur, de façon que la pression régnant dans la chambre actionne normalement le moteur pour maintenir la soupape ouverte, l'actionnement du dispositif sensible à la pression pour fermer la soupape étant tel qu'un servo- fluide sous pression soit appliqué au servo-moteur, de manière à renverser la marche de celui-ci et à fermer la soupape.
Dans une autre forme d'exécution, la force motrice pour le servo-mécanisme est fournie par le fluide sous pres- sion çontenu dans la chambre.
Le dispositif sensible à la pression peut compor- ter, dans le cas où l'on fait usage d'un agencement dans . lequel la pression normale régnant dans la chambre a une va-
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leur comprise entre celle de la pression du fluide à l'ex- térieur de la chambre et celle de la pression du fluide dans le tuyau, un élément sensible à la pression qui est agencé pour assurer la fermeture de la soupape, lorsque la pression régnant dans la chambre tombe en dessous d'une valeur prédéterminée qui est comprise entre la pression normale régnant dans la chambre et la plus basse des deux pressions précitées, qui agissent à l'extérieur de la chambre.
Le dispositif sensible à la pression peut également compor- ter un élément sensible à la pression qui est agencé pour assurer la fermeture de la soupape, lorsque la pression régnant dans la chambre dépasse une valeur prédéterminée com- prise entre la valeur normale dans la chambre et la plus élevée des deux pressions susdites, qui agissent à l'exté- rieur de la chambre-
Dans d'autres formes d'exécution, la vanne ou soupape peut être sollicitée vers sa position fermée et est agencée pour être normalement maintenue ouverte par la pres- sion régnant dans la chambre, mais pour se fermer si la pression régnant dans la chambre tombe en dessous de la valeur choisie d'avance.
La chambre peut avantageusement être constituée par un tronçon de tuyauterie entourant le @uyau susdit, les extrémités du tronçon de tuyauterie étant obturées de manière étanche.
La chambre peut comporter une soupape de sécurité réglée pour réduire la pression régnant dans la chambre, si cette pression vient à s'élever d'une quantité prédé- terminée au delà de la pression maximum à laquelle la fermeture de la soupape est assurée.
Alors que cette soupape est montée en amont de la chambre, une seconde soupape servant à commander l'é- coulement du fluide dans le tuyau est disposée, de préfé- rence, en aval de la chambre, cette seconde soupape étant
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normalement ouverte , mais étant fermée par le dis- positif sensible à la pression dans le cas où au moment où la pression régnant dans la chambre atteint la valeur pré- déterminée en question.
L'invention a également pour objet un pipe-line comportant un appareil pour commander l'écoulement d'un fluide sous pression dans le pipe-line, cet appareil com- portant une soupape par laquelle le fluide passe, lorsque le tuyau est en service, une chambre dans laquelle s'é- tend le tuyau et qui est normalement fermée de manière étan- che, ainsi qu'un dispositif sensible à la pression régnant dans la chambre et agencé pour assurer la fermeture de la soupape lorsque par suite d'une fuite cette pression at- teint une valeur prédéterminée.
Quelques formes d'exécution de l'invention seront décrites à présent à titre d'exemple en référence aux dessins schématiques ci-annexés, dans lesquels : - les figures 1 et 2 montrent une première for- me d'exécution de l'invention, et - la figure 3 montre une seconde forme d'exécution de l'invention.
Les appareils illustrés sont conçus pour réduire à un minimum la quantité de liquide perdre à la suit-' d'une rupture dans un tronçon choisi du pipe-line. Dans les , deux formes d'exécution illustrées, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
A la figure 1, le pipe-line est désigné par la notation de référence 10. A chaque extrémité du tronçon 11 du pipe-line 10, qui doit être placé dans une position dans laquelle il peut être vulnérable et inaccessible, est pré- vue une soupape ou vanne d'arrêt 12, qui est montée dans le pipe-line, de façon que le tronçon 11 de celui-ci puisse être isolé. Le tronçon 11 du pipe-line est logé
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dans un tuyau 13 , dont les extrémités sont reliées à des brides 10a du pipe-line et la chambre annulaire 14 ainsi formée par le tuyau 13 et le tronçon de pipe-line 11 est fermée de manière etanche et mise sous pression.
Comme in- diqué précédemment, la pression régnant dans le pipe-line est normalement considérable et la pression régnant dans la chambre 14 est choisie de manière à être inférieure à celle régnant dans le pipe-line, mais aussi de façon à être supérieure à la pression de l'eau agissant sur la sur- face extérieure du tuyau 13. Ainsi, si une rupture du tron- çon 11 du pipe-line se produit, la pression augmentera dans la chambre 14, tandis que si une rupture du tuyau 13 se produit ou si ce tuyau a une fuite, par suite de la cor- rosion, la pression diminuera dans la chambre 14.
On pré- voit, par conséquent, deux dispositifs 15 et 16 qui sont respectivement sensibles à une chute de pression et à une augmentation de pression dans la chambre au delà de pres- sions prédéterminées et qui sont agencés pour assurer, dans ces conditions, la fermeture des soupapes 12.
Chacun des dispositifs sensibles à la pression 15, 16 comprend un diaphragme 17, qui est connecté à un élément de soupape 18. Au dispositif 15 est associé un cylindre 19
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4'ü߯ -:::. ';v sz*4s .¯ lâ. 'pJ.t;jb'::'; Vi! J. L.Ld..l.L:'" J.,i le cylindre 19 est appliquée, par l'intermédiaire d'un rac- cord collecteur 20, à un manomètre 21 et au côté supérieur du diaphragme 17 du dispositif 15.
Au dispositif sensible à la pression 16 est associé un cylindre 22 d'air ou d'a- zote sous pression et la pression du gaz dans le cylindre est appliquée, par l'intermédiaire d'un raccord collecteur 23, au côté inférieur du diaphragme 17 du dispositif 16 et à un manomètre 24. ,La pression régnant dans la chambre 14 est appliquée au côté inférieur du diaphragme 17 du dis- positif 15 et au côté supérieur du diaphragme 17 du disposi- tif 16, par l'intermédiaire d'un tuyau 25 et d'un tuyau de branchement 25a.
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Les soupapes 18 des dispositifs 15 et 16 sont normalement fermées et sont respectivement disposées dans deux conduites 26,27 qui sont montées en parallèle l'une par rapport a l'autre entre une conduite 28 et une conduite 30. La conduite 28 communique avec un cylindre 29 d'air ou d'azote sous pression élevée et la pression régnant dans cette conduite est indiquée par un manomètre 31. La conduite 28 constitue un embranchement d'une conduite 23 par laquelle le fluide sous pression est amené du cylindre 29 , par l'orifice d'entrée 34, le passage 36 et l'orifice de sortie 35 d'une soupape 33, à la partie inférieure du piston d'un vérin 37, qui constitue un servo-moteur servant à actionner la vanne 12 dans le pipe-line 10.
La conduite 30 communi- que, par une soupape 56 qui est normalement ouverte, avec l'espace situé au-dessus d'un diaphragme 46, qui commande la soupape 33.
La soupape 33 comprend un carotte ou un noyau mobile, qui présente des passages 36, 40, 43 et 44 , ainsi qu'une partie cylindrique fixe @3a, qui présente des orifices 34, 35,39 et 41. Le noyau reste normalement dans la position représentée, mais il peut être déplacé axiale- ment par rapport à l'orifice cylindrique, de la position montrée à une seconde position, dans laquelle le passage 43 met les orifices 34 et 39 en communication l'un avec l'autre, et dans laquelle le passage 44 met les orifices 35 et 41 en communication l'un avec l'autre. Le noyau est actionné par une tige 45 reliée à un diaphragme 46 monté dans une chambre 47.L'espace situé en dessous du diaphragme est en communication avec l'atmosphère par un trou d'évent 48.
La conduite 49 communique avec une conduite 38 qui met, lorsque l'élément mobile de la soupape 33 est dans la position représentée, l'extrémité supérieure du cylindre du vérin 37 en communication avec l'atmosphère,
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par l'orifice d'entrée 39, le passage 40 et l'orifice de sortie 41 de la soupape 33. La conduite 49 comporte un étranglement 42.
L'espace 14 est rempli de gaz sous pression ve- nant du cylindre 29, par ouverture de la soupape 50 normale- ment fermée qui est montée dans la conduite 51, jusqu'à ce que la pression atteigne, dans ledit espace, une valeur prédéterminée , par exemple 100 livres anglaises/pouce car- ré, la soupape 50 étant ensuite fermée. La soupape 52 montée dans la conduite 25 est normalement ouverte et la soupape 53, par laquelle la conduite 25 peut être mise en communication avec l'atmosphère, est normalement fermée.
La pression régnant dans l'espace 14 est à présent indi- quée sur les manomètres 54 et 55. La pression régnant dans le cylindre 19, qui est indiquée sur le manomètre 21, est la pression inférieure à laquelle la fermeture des soupapes 12 doit être assurée, tandis que la pression dans le cylin- dre 22, qui est indiquée sur le manomètre 24, est la pression la plus élevée à laquelle la fermeture des sou- papes 12 doit être assurée.
Dans les conditions normales de travail, les deux soupapes 18 restent fermées, tandis que les soupapes 50 et 53, de même que la soupape 57, qui sert à mettre la conduite 49 en communication avec l'atmosphère , sont fermées, les soupapes 56 et 52 montées respectivement dans les conduites 30 et 25 étant ouvertes. Dans les conditions normales de travail, la communiciation entre la conduite 51 et les collecteurs 20 et 23 est également interrompue.
Une pression de gaz plus élevée est appliquée à la partie inférieure des pistons des vérins 37 à partir du cylindre 29, par l'inter- médiaire des conduites 32 et 32a, tandis que les extrémités supérieures des cylindres des vérins sont mises en cdmmunica- tion avec l'atmosphère par la conduite 38 et l'orifice 41,
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en sorte que les soupapes 12 restent ouvertes. Le gaz sous pression se trouvant éventuellement dans les conduites 26 et 27 du dispositif sensible à la pression est envoyé à l'atmosphère, en passant par l'étranglement 42 et par l'orifice 41.
Si une rupture se produit dans la partie du pipe- line 11, qui est entourée par la chambre 14, la pression du fluide dans le pipe-line, qui est plusieurs fois supérieure à la pression normale régnant dans la chambre 14, provoque une augmentation de la pression dans cette chambre 14.
Comme on l'a déjà décrit, la pression régnant dans la chambre 14 est appliquée par les conduites 25 et 25a à la partie inférieure du diaphragme 17 du dispositif 15 et à la partie supérieure du diaphragme 17 du dispositif 16.
Ainsi, lorsque la pression s'élève dans la chambre 14 au delà de la pression indiquée sur la manomètre 24, la soupape 18 du dispositif 16 est ouverte. La pression élevée du gaz dans le servo-cylindre 29 est à présent appliquée, par l'intermédiaire de cette soupape, de la conduite 27 et de la conduite 30, au diaphragme 46 . Ce diaphragme se déplace et actionne la soupape 33, en sorte que les passages 40 et 36 ménagés dans le noyau sont fermés et que le passage 43 met les orifices 34 et 39 en communication l'un avec l'autre, tandis que le passage 44 met les orifices 35 et 41 en commu- nication l'un avec l'autre. Ainsi, la pression du fluide venant du cylindre 29 est appliquée à la partie supérieure du cylindre du vérin et la partie inférieure de ce cylindre est mise en communication avec l'atmosphère.
Les soupapes 12 sont, par conséquent, fermées et isolent le tronçon rompu 11 du pipe-line.
Si une rupture se produit dans le tuyau extérieur 13, la pression tombe dans la chambre 14. Lorsque la pres- sion tombe en dessous de la valeur indiquée sur le manomètre 21, le diaphragme 17 du dispositif sensible à la pression 15
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se déplace vers le bas et ouvre la soupape 18 y associée.
La pression régnant dans le cylindre 29 est alors appliquée, par la conduite 28, la soupape ouverte 18, la conduite 29 et la conduite 30, au diaphragme 46, en sorte que la soupape 33 est actionnée, de manière à assurer la fermeture de la soupape 12, de la manière qui vient d'être décrite.
Un dispositif de commande distinct de l'autre soupape 12 est prévu, la fermeture de cette autre soupape dépendant de la valeur de la pression dans la chambre 14.
Lorsque les réparations nécessaires du pipe- line 10 et du tuyau 13 ont été effectuées, la chambre 14 est à nouveau amenée à sa pression de service. La sou- pape 56 est alors fermée et la soupape 57 est ouverte, en sorte que le noyau mobile de la soupape 33 peut être ramené dans la position montrée sur les dessins, de façon que les soupapes 12 soient rouvertes. La soupape 57 est alors fermée, tandis que la soupape 56 est ouverte, de façon à remettre le système de fermeture automatique en service.
Le fonctionnement du système peut être expérimenté, si on le désire, à l'aide des soupapes 50,52 et 53 . En fermant la soupape 52 et en ouvrant la soupape 50, de manière à permettre au cylindre 29 d'être connecté à la conduite 25, la réaction du système à une pression élevée dans la chambre 14 peut être testée. De même, en fermant la soupape 52 et en ouvrant la soupape 53, la réaction du système a une chute de pression dans la chambre 14 petit être testée.
Si, au cours des deux essais précités, les soupapes 50 et 53 sont ouvertes lentement, la pression dans la chambre 14 à laquelle se produirait la fermeture des soupapes 12 peut être évaluée à l'aide du manomètre 54. Si, au cours des essais, on désire éviter l'actionnement des soupapes 12, on ferme la soupape 56 et on ouvre la soupape 57, de façon qu'il s'échappe du gaz par le dispositif 42 et l'orifice 41, ce qui constitue une indication de la marche du système.
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La soupape de sécurité 59 prévue dans le tuyau
13 peut être réglée, de manière à s'ouvrir à une pression supérieure à la pression d'actionnement maximum, mais inférieure à la pression régnant dans le pipe-line.
Un cylindre d'alimentation auxiliaire 70 de fluide sous pression peut aussi être utilisé, un tel cy- lindre étant monté de la manière représentée à la figure 1.
Lorsqu'un tel cylindre est prévu, la connexion entre les conduites 28 et 51 à la figure 1 est omise.
La conduite 51 n'est normalement pas en communica- tion avec les cylindres 19 et 22 de gaz sous pression, mais des soupapes peuvent être incorporées dans les collecteurs 20 et 23 , pour permettre à ces cylindres d'être rechargés au départ du cylindre 29.
L'agencement montré à la figure 3 diffère prin- cipalement de celui de la figure 1 , par le fait que la pression régnant dans la chambre 14 est appliquée par la conduite 60 à la partie inférieure des pistons des vérins, de façon à maintenir normalement les soupapes 12 ouvertes.
La conduite 60 contient une soupape 61 qui est normalement ouverte. La soupape 62 montée dans la conduite 28a, qui relie les conduites 28 et 60, est normalement fer- mée.
La fermeture de la soupape 12 s'effectue en met- tant le servo-cylindre 29 en communication avec la partie supérieure des pistons des vérins par l'intermédiaire de la soupape 63. Cette soupape 63 , qui remplace la soupape 33 de l'appareil montré à la figure 1, est actionnée par le diaphragme 46, exactement de la même manière que dans l'agencement illustré à la figure 1. Lorsque la soupape 63 se trouve dans la position montrée à la figure 3, la con- duite 64 venant du cylindre 29 communique seulement avec la chambre fermée 65 ménagée dans le boîtier de la soupape
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et l'extrémité supérieure du cylindre du vérin est mise à l'atmosphère par l'intermédiaire de la conduite 66, de la chambre 67 et de l'orifice de sortie 68 ménagé dans le boîtier de la soupape.
Lorsque l'un ou l'autre des dis- positifs 15 et 16 est actionné et lorsque le diaphragme 46 pousse la tige 45 vers le bas, la partie extrême de cette tige 45 obture l'orifice 68 et la partie du diamètre réduit
45a de la tige 45 met les chambres 65 et 67 en communica- tion, en sorte que la pression régnant dans le cylindre 29 est appliquée à l'extrémité supérieure du cylindre du vérin et dépasse la pression appliquée à l'extrémité in- férieure de ce cylindre, en sorte que la soupape 12 se fer- me. Comme précédemment, les deux soupapes 12 ont chacune leur circuit de commande distinct, mais elles sont toutes deux actionnées par la pression régnant dans la chambre 14.
Les soupapes 12 se ferment ainsi ensemble, de manière à isoler le tronçon endommagé 11 du pipe-line.
Pour remettre le système en marche, lorsque le pipe-line a été réparé, la pression est ramenée dans la chambre 14 à sa valeur initiale. La soupape 61 est fermée et la soupape 62 est ouverte , en sorte qu'une pression élevée est appliquée à l'extrémité inférieure du cylindre 37 du vérin. La soupape 56 est fermée et la soupape 57 est ouverte, ce qui permet à la soupape 63 de revenir à la posi- tion montrée, en sorte que le vérin 37 ouvre la soupape 12.
La soupape 62 est alors fermée, tandis que la soupape 61 est ouverte , de manière à ramener la pression appliquée à l'extrémité inférieure du cylindre du vérin à sa valeur peu élevée. La capacité de la chambre 14 est grande en comparaison de celle des cylindres des vérins, en sorte que l'augmentation résultante de la pression*dans la chambre 14 est négligeable. La soupape 57 est alors fermée et la soupape 56 est ouverte, pour ramener le système entièrement à son état de marche.
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Le mode d'expérimentation du système est exac- tement le même que celui décrit en référence à la figure 1.
Si on le désire, dans les deux formes d'exécution les deux soupapes 12 peuvent être commandées par un seul circuit .
Dans une forme d'exécution beaucoup plus simple non représentée sur les dessins, la pression régnant dans la chambre 14 est appliquée aux extrémités inférieures des cylindres des vérins, l'agencement étant tel que ,si la pression diminue dans la chambre, fies soupapes 12 se fer- ment. Dans une telle forme d'exécution, la pression ré- gnant normalement dans la chambre 14 peut être supérieure à la fois à la pression du fluide dans le pipeàline et à la pression agissant sur la surface extérieure de la chambre, de façon que tant dans le cas où une rupture se produit dans le tuyau 11 que dans le cas où une rupture se produit dans la partie 13 entourant le pipe-line, une chute de pression se produira dans la chambre 14, ce qui aura pour effet de faire descendre les pistons des vérins et de fermer les soupapes 12.
Le piston du vérin peut être sollicité vers la position, dans laquelle la soupape 12 est fermée, soit par le poids du piston, soit par un ressort, soit par les deux. Dans une autre variante, une partie du poids du piston et des éléments mobiles de la soupape peut être supportée par un ressort.
Bans d'autres agencements, le dispositif sensible à la pression est organisé de manière à produire un signal, lorsque la pression dans la chambre atteint une valeur pré- déterminée, ce signal pouvant actionner un avertisseur sonore et/ou acoustique, sur l'état de la pression régnant dans la chambre. La soupape peut alors être actionnée à la main ou automatiquement, en fonction dit signal.
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Les agencements décrits plus haut peuvent être conçus pour détecter une rupture dans le pipe-line et peu- vent également être conçus pour isoler le tronçon rompu de la conduite en amont , de la conduite en aval ou à la fois de la conduite en amont et de la conduite en aval.
Les agencements décrits plus haut peuvent égale- ment constituer des moyens de détection des ruptures pour un tronçon de tuyau entouré d'une chemise, ainsi que des moyens sensibles à des changements de pression dans la che- mise. Ces agencements peuvent également être utilisés pour former un :dispositif de coupure automatique d'une sectinn de tuyau, par chemisage de celle-ci, tout en constituant des moyens sensibles à des changements de la pression dans la chemise, pour isoler la section de tuyau.
Lorsqu'un pipe-line s'étend sur un pont ou en dessous d'une rivière ou d'un cours d'eau, il peut être souhaitable, en particulier dans les pays à mousson, de prendre des précautions contre les endommagements et les pertes dues à des fractures ou ruptures du pipe-line ré- sultant d'un affaissement de terrain ou de changements dans le cours d'une rivière. En ces endroits, les vannes d'arrêt 12 et les dispositifs sensibles à la pression dans la chambre 14 sont disposés à des endroits bien éloignés des bords de la rivière ou des extrémités du pont, selon le cas.
Le tronçon du pipe-line compris entre la chambre et chaque vanne d'arrêt 12 comporte une section flexible, qui peut former une boucle, de façon qu'il puisse se produire un certain déplacement de la section centrale du pipe-line, sans rupture de celui-ci. La pression régnant dans la chambre 12 est transmise au dispositif sensible à la pression par un tuyau de petit diamètre, qui s'étend le long du pipe- line et est assujetti à ce dernier. Ce tuyau de petit dia- mètre est en une matière présentant une ductilité telle
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que le déplacement en question du pipe-line provoque la rupture du tuyau de petit diamètre. Ainsi, l'air sous pres- sion venant de la chambre s'échappera par la rupture et les soupapes d'arrêt seront actionnées.
De cette manière, la longueur sur laquelle le pipe-line est protégé peut être accrue, sans qu'il soit nécessaire de chemiser ce pipe-line sur toute la longueur en question.
REVENDICATIONS
1.- Appareil pour commander au moyen d'une sou- pape ou d'une vanne l'écoulement d'un fluide sous pression dans un tuyau, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre dans laquelle s'étend le tuyau, ainsi qu'un dispositif sensible à la pression régnant dans la chambre et agencé pour produire un signal lorsque, par suite d'une fuite ladite pression atteint une valeur choisie d'avance, de façon qu'un réglage de la soupape ou vanne puisse être effectué.
2. - Appareil pour commander l'écoulement d'un fluide sous pression le long d'un tuyau, caractérisé en ce qu'il comprend une soupape ou vanne par laquelle le fluide passe lorsque le tuyau est en service, une chambre dans laquelle s'étend le tuyau et qui est normalement fermée de manière étanche, ainsi qu'un dispositif sensible à la pression régnant dans la chambre et agencé pour assurer la fermeture de la soupaps ou de la vanne, lorsque, par suite d'une fuite, la pression en question atteint une valeur choisie d'avance.
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: "IMPROVEMENTS IN PROCESSES AND APPARATUS
TO CONTROL THE FLUID FLOW
ALONG A PIPE ".
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The present invention relates to methods for / for and controlled apparatus? the flow rate of a fluid in a pipe.
When a pipeline has to pass through a river bed or under a river bed, there is always a possibility of the pipeline breaking, either due to corrosion or as a result of scouring of the pipeline. reads below the, pipeline under the effect of the current, or even as a result of other causes. When the pipeline is transporting a valuable or dangerous liquid and when this liquid is subjected, as is customary, to considerable pressure, the time elapsing before the presence of the rupture is detected and the flow liquid to be stopped can be considerable, unless special precautions are taken. This can lead to considerable financial loss and / or danger to life or health.
The object of the present invention is, in one of its embodiments, an apparatus for controlling, by means of a valve or a valve, the flow of a fluid under pressure in a pipe, this apparatus comprising a chamber in which the pipe extends, as well as a device sensitive to the pressure prevailing in the chamber and arranged to generate a signal in the event and at the time when, as a result of a leak, this pressure reaches a value chosen in advance, so that an adjustment of the valve or the valve can be carried out.
The invention also relates, in another embodiment, to an apparatus for controlling the flow of a pressurized fluid in a pipe, this apparatus.
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the same comprising a valve or valve through which the fluid passes, when the pipe is in service, a chamber in which the pipe extends and which is normally closed in a sealed manner, as well as a device sensitive to the pressure prevailing in the chamber and arranged to ensure the closing of the valve in the event and at the moment when, as a result of a leak, this pressure reaches a value chosen in advance. The valve is preferably mounted upstream of the aforesaid chamber.
A servo mechanism is preferably provided for actuating the valve and the pressure sensitive device is arranged to operate the servo-mechanism, so as to close the valve, when the pressure reaches the selected value in question. . The driving force for the servomotor can be provided by a source of pressurized fluid separate from the fluid in the pipe and from any fluid in the chamber. The servomotor preferably consists of a reversible fluid actuated servomotor which is arranged to actuate the valve.
In one embodiment, a passage is provided between the chamber and the servomotor, so that the pressure in the chamber normally actuates the motor to keep the valve open, the actuation of the pressure sensitive device to close. the valve being such that a pressurized servo fluid is applied to the servo motor, so as to reverse the course of the latter and close the valve.
In another embodiment, the driving force for the servo-mechanism is provided by the pressurized fluid contained in the chamber.
The pressure sensitive device may include, in the event that use is made of an arrangement in. which the normal pressure prevailing in the chamber has a
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their between that of the pressure of the fluid outside the chamber and that of the pressure of the fluid in the pipe, a pressure sensitive element which is arranged to ensure the closing of the valve, when the prevailing pressure in the chamber falls below a predetermined value which is between the normal pressure prevailing in the chamber and the lower of the two above-mentioned pressures, which act outside the chamber.
The pressure sensitive device may also include a pressure sensitive element which is arranged to ensure the closing of the valve, when the pressure prevailing in the chamber exceeds a predetermined value comprised between the normal value in the chamber and the higher of the above two pressures, which act outside the chamber
In other embodiments, the valve or valve may be biased towards its closed position and is arranged to be normally held open by the pressure in the chamber, but to close if the pressure in the chamber drops. below the value chosen in advance.
The chamber can advantageously be formed by a section of pipe surrounding the aforesaid pipe, the ends of the section of pipe being sealed.
The chamber may include a safety valve adjusted to reduce the pressure prevailing in the chamber if this pressure rises by a predetermined amount beyond the maximum pressure at which the valve is closed.
While this valve is mounted upstream of the chamber, a second valve serving to control the flow of fluid in the pipe is preferably disposed downstream of the chamber, this second valve being.
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normally open, but being closed by the pressure-sensitive device in the event that at the moment when the pressure prevailing in the chamber reaches the predetermined value in question.
The invention also relates to a pipeline comprising an apparatus for controlling the flow of a pressurized fluid in the pipeline, this apparatus comprising a valve through which the fluid passes, when the pipe is in service. , a chamber into which the pipe extends and which is normally tightly closed, as well as a pressure-sensitive device prevailing in the chamber and arranged to ensure the closing of the valve when as a result of a leak this pressure reaches a predetermined value.
Some embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying schematic drawings, in which: - Figures 1 and 2 show a first embodiment of the invention, and - Figure 3 shows a second embodiment of the invention.
The apparatuses illustrated are designed to minimize the amount of liquid lost as a result of a rupture in a selected section of the pipeline. In the two embodiments illustrated, the same reference notations designate identical elements.
In Figure 1, the pipeline is designated by the reference notation 10. At each end of section 11 of the pipeline 10, which is to be placed in a position in which it may be vulnerable and inaccessible, is provided. a valve or shut-off valve 12, which is mounted in the pipeline, so that the section 11 thereof can be isolated. Section 11 of the pipeline is housed
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in a pipe 13, the ends of which are connected to flanges 10a of the pipe-line and the annular chamber 14 thus formed by the pipe 13 and the pipe-line section 11 is sealed and put under pressure.
As indicated previously, the pressure prevailing in the pipeline is normally considerable and the pressure prevailing in the chamber 14 is chosen so as to be lower than that prevailing in the pipe-line, but also so as to be higher than the water pressure acting on the outer surface of pipe 13. Thus, if a rupture of section 11 of the pipeline occurs, the pressure will increase in chamber 14, while if a rupture of pipe 13 occurs. product or if this hose is leaking, as a result of corrosion, the pressure in chamber 14 will decrease.
There are therefore provided two devices 15 and 16 which are respectively sensitive to a pressure drop and to a pressure increase in the chamber beyond predetermined pressures and which are arranged to ensure, under these conditions, the closing valves 12.
Each of the pressure sensitive devices 15, 16 comprises a diaphragm 17, which is connected to a valve member 18. Associated with the device 15 is a cylinder 19.
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4'ü߯ - :::. '; v sz * 4s .¯ lâ. 'pJ.t; jb' :: '; Vi! J. L.Ld..l.L: '"J., cylinder 19 is applied, through manifold fitting 20, to a pressure gauge 21 and to the upper side of diaphragm 17 of device 15.
Associated with the pressure sensitive device 16 is a cylinder 22 of pressurized air or nitrogen, and the gas pressure in the cylinder is applied, through a manifold fitting 23, to the underside of the diaphragm. 17 of device 16 and to a pressure gauge 24. The pressure in chamber 14 is applied to the lower side of diaphragm 17 of device 15 and to the upper side of diaphragm 17 of device 16 through a pipe 25 and a branch pipe 25a.
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The valves 18 of the devices 15 and 16 are normally closed and are respectively arranged in two conduits 26, 27 which are connected in parallel with respect to each other between a conduit 28 and a conduit 30. The conduit 28 communicates with a cylinder 29 of air or nitrogen under high pressure and the pressure prevailing in this pipe is indicated by a manometer 31. The pipe 28 constitutes a branch of a pipe 23 through which the pressurized fluid is supplied from the cylinder 29, by the inlet port 34, the passage 36 and the outlet port 35 of a valve 33, at the lower part of the piston of a cylinder 37, which constitutes a servomotor serving to actuate the valve 12 in the pipeline 10.
Line 30 communicates, through a valve 56 which is normally open, with the space above a diaphragm 46, which controls valve 33.
The valve 33 comprises a carrot or a movable core, which has passages 36, 40, 43 and 44, as well as a fixed cylindrical part @ 3a, which has orifices 34, 35,39 and 41. The core normally remains in the valve. the position shown, but it can be moved axially with respect to the cylindrical orifice, from the position shown to a second position, in which the passage 43 places the orifices 34 and 39 in communication with each other, and wherein the passage 44 places the orifices 35 and 41 in communication with one another. The core is actuated by a rod 45 connected to a diaphragm 46 mounted in a chamber 47. The space below the diaphragm is in communication with the atmosphere through a vent hole 48.
The pipe 49 communicates with a pipe 38 which places, when the movable element of the valve 33 is in the position shown, the upper end of the cylinder of the jack 37 in communication with the atmosphere,
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through the inlet 39, the passage 40 and the outlet 41 of the valve 33. The pipe 49 has a constriction 42.
The space 14 is filled with pressurized gas coming from the cylinder 29, by opening the normally closed valve 50 which is mounted in the line 51, until the pressure in said space reaches a value. predetermined, for example 100 English pounds / square inch, the valve 50 then being closed. The valve 52 mounted in the line 25 is normally open and the valve 53, through which the line 25 can be communicated with the atmosphere, is normally closed.
The pressure prevailing in the space 14 is now indicated on the manometers 54 and 55. The pressure prevailing in the cylinder 19, which is indicated on the manometer 21, is the lower pressure at which the closing of the valves 12 should be. ensured, while the pressure in the cylinder 22, which is indicated on the pressure gauge 24, is the highest pressure at which the closing of the valves 12 must be ensured.
Under normal working conditions, the two valves 18 remain closed, while the valves 50 and 53, as well as the valve 57, which serves to put the pipe 49 in communication with the atmosphere, are closed, the valves 56 and 52 respectively mounted in conduits 30 and 25 being open. Under normal working conditions, communication between line 51 and collectors 20 and 23 is also interrupted.
A higher gas pressure is applied to the lower part of the pistons of the cylinders 37 from the cylinder 29, through the lines 32 and 32a, while the upper ends of the cylinders of the cylinders are put in cdmmunica- tion. with the atmosphere through line 38 and orifice 41,
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so that the valves 12 remain open. The pressurized gas which may be found in the conduits 26 and 27 of the pressure sensitive device is sent to the atmosphere, passing through the constriction 42 and through the orifice 41.
If a rupture occurs in the part of the pipeline 11, which is surrounded by the chamber 14, the pressure of the fluid in the pipeline, which is several times higher than the normal pressure prevailing in the chamber 14, causes an increase. of the pressure in this chamber 14.
As has already been described, the pressure prevailing in the chamber 14 is applied through the pipes 25 and 25a to the lower part of the diaphragm 17 of the device 15 and to the upper part of the diaphragm 17 of the device 16.
Thus, when the pressure rises in the chamber 14 beyond the pressure indicated on the manometer 24, the valve 18 of the device 16 is opened. The high gas pressure in servo cylinder 29 is now applied, through this valve, line 27 and line 30, to diaphragm 46. This diaphragm moves and actuates the valve 33, so that the passages 40 and 36 formed in the core are closed and the passage 43 places the orifices 34 and 39 in communication with each other, while the passage 44 puts ports 35 and 41 in communication with each other. Thus, the pressure of the fluid coming from the cylinder 29 is applied to the upper part of the cylinder of the jack and the lower part of this cylinder is placed in communication with the atmosphere.
The valves 12 are therefore closed and isolate the ruptured section 11 from the pipeline.
If a rupture occurs in the outer pipe 13, the pressure drops in the chamber 14. When the pressure drops below the value indicated on the manometer 21, the diaphragm 17 of the pressure sensitive device 15
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moves downward and opens the valve 18 associated therewith.
The pressure in cylinder 29 is then applied, through line 28, open valve 18, line 29 and line 30, to diaphragm 46, so that valve 33 is actuated, so as to close the valve. valve 12, in the manner which has just been described.
A control device separate from the other valve 12 is provided, the closure of this other valve depending on the value of the pressure in the chamber 14.
When the necessary repairs to pipeline 10 and pipe 13 have been made, chamber 14 is again brought to its working pressure. The valve 56 is then closed and the valve 57 is opened, so that the movable core of the valve 33 can be returned to the position shown in the drawings, so that the valves 12 are reopened. The valve 57 is then closed, while the valve 56 is open, so as to put the automatic closing system back into service.
The operation of the system can be experienced, if desired, using valves 50, 52 and 53. By closing valve 52 and opening valve 50, so as to allow cylinder 29 to be connected to line 25, the reaction of the system to high pressure in chamber 14 can be tested. Likewise, by closing valve 52 and opening valve 53, the reaction of the system has a pressure drop in chamber 14 which can be tested.
If, during the two aforementioned tests, the valves 50 and 53 are opened slowly, the pressure in the chamber 14 in which the closing of the valves 12 would occur can be evaluated using the pressure gauge 54. If, during the tests , it is desired to avoid the actuation of the valves 12, the valve 56 is closed and the valve 57 is opened, so that gas escapes through the device 42 and the orifice 41, which constitutes an indication of the system operation.
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The safety valve 59 provided in the pipe
13 can be adjusted so as to open at a pressure greater than the maximum actuation pressure, but less than the pressure prevailing in the pipeline.
An auxiliary pressurized fluid supply cylinder 70 can also be used, such a cylinder being mounted as shown in Figure 1.
When such a cylinder is provided, the connection between lines 28 and 51 in Figure 1 is omitted.
Line 51 is normally not in communication with pressurized gas cylinders 19 and 22, but valves may be incorporated in manifolds 20 and 23, to allow these cylinders to be recharged from cylinder 29. .
The arrangement shown in FIG. 3 differs mainly from that of FIG. 1, in that the pressure prevailing in the chamber 14 is applied by the pipe 60 to the lower part of the pistons of the cylinders, so as to maintain normally the valves 12 open.
Line 60 contains a valve 61 which is normally open. The valve 62 mounted in line 28a, which connects lines 28 and 60, is normally closed.
The valve 12 is closed by placing the servo-cylinder 29 in communication with the upper part of the pistons of the cylinders by means of the valve 63. This valve 63, which replaces the valve 33 of the apparatus shown in Figure 1, is actuated by diaphragm 46, in exactly the same manner as in the arrangement shown in Figure 1. When valve 63 is in the position shown in Figure 3, pipe 64 coming from of cylinder 29 communicates only with the closed chamber 65 provided in the valve housing
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and the upper end of the cylinder of the jack is vented to atmosphere through line 66, chamber 67 and outlet 68 formed in the valve housing.
When one or other of the devices 15 and 16 is actuated and when the diaphragm 46 pushes the rod 45 downwards, the end part of this rod 45 closes the orifice 68 and the part of the reduced diameter.
45a of rod 45 connects chambers 65 and 67 so that the pressure in cylinder 29 is applied to the upper end of the cylinder of the cylinder and exceeds the pressure applied to the lower end of the cylinder. this cylinder, so that the valve 12 closes. As before, the two valves 12 each have their own separate control circuit, but they are both actuated by the pressure in chamber 14.
The valves 12 thus close together, so as to isolate the damaged section 11 from the pipeline.
To restart the system, when the pipeline has been repaired, the pressure in chamber 14 is returned to its initial value. Valve 61 is closed and valve 62 is open so that high pressure is applied to the lower end of cylinder 37 of the ram. Valve 56 is closed and valve 57 is opened, allowing valve 63 to return to the position shown, causing cylinder 37 to open valve 12.
The valve 62 is then closed, while the valve 61 is open, so as to reduce the pressure applied to the lower end of the cylinder of the jack to its low value. The capacity of the chamber 14 is large compared to that of the cylinders of the jacks, so that the resulting increase in pressure * in the chamber 14 is negligible. The valve 57 is then closed and the valve 56 is opened, to return the system fully to its operating state.
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The method of experimenting with the system is exactly the same as that described with reference to FIG. 1.
If desired, in both embodiments the two valves 12 can be controlled by a single circuit.
In a much simpler embodiment, not shown in the drawings, the pressure prevailing in the chamber 14 is applied to the lower ends of the cylinders of the jacks, the arrangement being such that, if the pressure decreases in the chamber, the valves 12 close. In such an embodiment, the pressure normally prevailing in chamber 14 may be greater both than the pressure of the fluid in the pipe and the pressure acting on the outer surface of the chamber, so that both the case where a rupture occurs in the pipe 11 than in the case where a rupture occurs in the part 13 surrounding the pipeline, a pressure drop will occur in the chamber 14, which will have the effect of lowering the cylinders and close the valves 12.
The piston of the cylinder can be biased towards the position, in which the valve 12 is closed, either by the weight of the piston, or by a spring, or by both. In another variant, part of the weight of the piston and of the movable elements of the valve may be supported by a spring.
In other arrangements, the pressure sensitive device is organized so as to produce a signal, when the pressure in the chamber reaches a predetermined value, this signal being able to activate an audible and / or acoustic warning device, on the condition. of the pressure in the chamber. The valve can then be actuated by hand or automatically, depending on the signal.
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The arrangements described above can be designed to detect a rupture in the pipeline and can also be designed to isolate the broken section of the upstream pipe, the downstream pipe or both the upstream and downstream pipe. downstream pipe.
The arrangements described above can also constitute means for detecting breaks for a section of pipe surrounded by a jacket, as well as means sensitive to changes in pressure in the jacket. These arrangements can also be used to form a device for automatically shutting off a section of pipe, by lining it, while constituting means responsive to changes in pressure in the jacket, for isolating the section of pipe .
Where a pipeline extends over a bridge or below a river or stream, it may be desirable, especially in monsoon countries, to take precautions against damage and loss. losses due to fractures or ruptures of the pipeline resulting from land subsidence or changes in the course of a river. In these places, the shut-off valves 12 and the devices sensitive to the pressure in the chamber 14 are arranged at places well away from the edges of the river or from the ends of the bridge, as the case may be.
The section of the pipeline between the chamber and each shut-off valve 12 has a flexible section, which can form a loop, so that a certain displacement of the central section of the pipeline can occur, without breaking. of it. The pressure in chamber 12 is transmitted to the pressure sensitive device through a small diameter pipe, which runs along and is attached to the pipe. This small diameter pipe is made of a material having such ductility.
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that the displacement in question of the pipeline causes the rupture of the small diameter pipe. Thus, the pressurized air coming from the chamber will escape through the rupture and the shut-off valves will be activated.
In this way, the length over which the pipeline is protected can be increased, without it being necessary to line this pipeline over the entire length in question.
CLAIMS
1.- Apparatus for controlling by means of a valve or a valve the flow of a pressurized fluid in a pipe, characterized in that it comprises a chamber in which the pipe extends, thus a device sensitive to the pressure prevailing in the chamber and arranged to produce a signal when, as a result of a leak, said pressure reaches a value chosen in advance, so that an adjustment of the valve or valve can be effected .
2. - Apparatus for controlling the flow of a pressurized fluid along a pipe, characterized in that it comprises a valve or valve through which the fluid passes when the pipe is in service, a chamber in which s 'extends the pipe and which is normally closed in a sealed manner, as well as a device sensitive to the pressure prevailing in the chamber and arranged to ensure the closure of the valve or the valve, when, due to a leak, the pressure in question reaches a value chosen in advance.