FR2522779A1 - Installation pour le transport de fluides, en particulier d'hydrocarbures, dans les pays froids - Google Patents

Installation pour le transport de fluides, en particulier d'hydrocarbures, dans les pays froids Download PDF

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Abstract

LA PRESENTE INVENTION EST RELATIVE A UNE INSTALLATION POUR LE TRANSPORT DE FLUIDES, EN PARTICULIER D'HYDROCARBURES, DANS LES PAYS FROIDS. ELLE SE CARACTERISE EN CE QU'ELLE COMPREND UN PIPE-LINE 5 A AU MOINS UN TUBE DISPOSE A L'INTERIEUR D'UN OUVRAGE LINEAIRE CLOS CONSTITUE D'UNE DALLE-SUPPORT 1 AU NIVEAU OU SENSIBLEMENT AU NIVEAU DU SOL, DEUX ELEMENTS PORTEURS 2 ET UN TOIT 3 EN APPUI SUR LESDITS ELEMENTS PORTEURS, ET EN CE QU'IL EST PREVU DES MOYENS DE CHAUFFAGE AFIN DE MAINTENIR LA TEMPERATURE DUDIT FLUIDE TRANSPORTE A UNE TEMPERATURE PREDETERMINEE. APPLICATION AU TRANSPORT DU PETROLE DANS LES PAYS FROIDS.

Description

La présente invention est relative à une installation de transport de fluides, notamment d'hydrocarbures, dans les pays froids.
Le pétrole a pris, durant les dernières décennies, une place prépondérante en tête des différentes sources d'énergie. Or, les gisements pétroliers sont le plus souvent éloignés des lieux de consommation massive.
Il s'ensuit que le transport du pétrole a pris une importance considérable.
Parmi les divers modes de transport du pétrole et de ses dérivés, le transport par pipe-line a pris une place très importante. D'une part, la forme liquide et gazeuse des hydrocarbures convient parfaitement à l'acheminement par canalisation. D'autre part, le trajet presque rectiligne raccourcit les distances par rapport aux moyens plus classiques de transport, par mer par exemple.
Pour un écoulement optimal du fluide dans le pipe-line, il est nécessaire de transporter le fluide à une température supérieure à une certaine température minimale, en deça de laquelle la viscosité du fluide augmente, tandis que la vitesse d'écoulement diminue.
La température du fluide transporté est, par conséquent, une donnée fondamentale dans l'exploitation économique des pipe-lines.
Cette température minimale dépend de la nature et de la composition du fluide transporté. A titre d'exemple, le pétrole brut, qui jaillit à une température de 80-C environ, est transporté dans les pipe-lines à une température qui doit être supérieure à 30 C.
Cette température est calculée pour chaque hydrocarbure, et plus généralement pour chaque fluide transporté, de manière connue en soi.
A l'heure actuelle et notamment dans les pays froids, le tube est enfoui profondément dans le sol. Le tube, fabriqué par étirage ou par formage de tôle avec soudure hélicoïdale ou longitudinale, protégé contre les corrosions interne et externe, est déposé au fond d'une tranchée, de plusieurs mètres de profondeur, de l'ordre de 10 à 20 mètres dans les régions très froides, comme l'Alaska par exemple.
Entre le fond de la tranchée et la paroi inférieure du tube, sont disposés des câbles électriques de chauffage, parallèles à la direction longitudinale du tube.
La pose des tubes s'effectue à l'aide d'un matériel spécialisé : machine à creuser les tranchées, à déposer une couche de sable et de gravillons au fond des tranchées, à souder les tuyaux et à les revêtir éventuellement de matériaux isolants, à déposer les câbles de chauffage, à remblayer. Toutes ces machines se déplacent à la vitesse du chantier.
Lors de l'assemblage des tubes, par soudure à l'arc électrique en plusieurs passes, une grande quantité de chaleur est dégagée, qui peut entraîner des risques d'effritement ou de déstabilisation du terrain dans l'immédiat environnement de la conduite. Le tube peut se trouver soumis à une véritable flexion due à des efforts différentiels selon sa direction longitudinale. Une telle flexion peut être la cause d'une amorce de rupture.
Le risque d'apparition d'une amorce de rupture est renforcé si une ou plusieurs sections du tube se trouvent en appui sur un élement rocheux.
En cas de rupture, il est difficile de localiser la fuite, et en conséquence de procéder aux réparations nécessaires.
Les ruptures sont la cause de pertes d'exploitation considérables.
Dans les pays froids, comme déjà indiqué précédemment, le fluide transporté est maintenu à une température de transport grâce à des moyens de chauffage, tels que des câbles chauffants. En cas de panne du circuit de chauffage, la société d'exploitation du pipe-line rencon tre là aussi des difficultés de localisation de la panne et de réparation.
L'emploi de moyens très modernes de détection des pannes, constitue une tendance du développement de l'exploitation des pipe-lines. Toutefois, de tels moyens sont très onéreux si l'on veut atteindre une grande fiabilité de détection.
Le but de la présente invention est de réaliser une installation de transport de fluide, notamment mais non exclusivement d'hydrocarbures, particulièrement applicable aux pays froids, c'est-à-dire aux régions du globe sous l'influence d'un climat froid ou polaire.
Pour atteindre ce but, l'installation de transport selon la présente invention comprend un pipeline à au moins un tube disposé à l'intérieur d'un ouvrage linéaire clos constitué d'une dalle-support au niveau ou sensiblement au niveau du sol, de deux éléments porteurs et d'un toit en appui sur lesdits éléments porteurs, des moyens de chauffage étant prévus afin de maintenir la température dudit fluide transporté à une température prédéterminée.
De préférence, ledit pipe-line est disposé à la partie supérieure dudit ouvrage, et est rigidement fixé à la face inférieure du toit.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, ledit pipe-line comprend au moins deux tubes parallèles, de préférence trois tubes.
Le diamètre des tubes est choisi en fonction des données techniques et économiques de transport, et ce choix résulte d'un compromis entre les investissements, les frais d'exploitation et l'évaluation des risques financiers encourus lors d'une panne ou une rupture de l'un des tubes.
De préférence, lesdits éléments porteurs et le toit sont réalisés en béton cellulaire.
Les moyens de chauffage sont multiples et utili sent diverses sources d'énergie, en fonction des possibilités énergétiques des régions traversées par l'installation de transport ou reliées par ladite installation.
Ces moyens de chauffage comprennent des moyens de circulation d'un fluide caloporteur à l'intérieur de l'ouvrage, constitués par exemple par une pluralité de canalisations linéaires, parallèles entre elles, disposées sur la dalle-support.
Le fluide caloporteur peut être l'eau chaude provenant d'une centrale nucléaire ou l'eau chaude d'origine géothermique.
De plus, les moyens de chauffage comportent des pompes à chaleur montées à l'extérieur et à l'intérieur des éléments porteurs de l'ouvrage. Le rendement de tels appareils est optimal, en raison des écarts importants de température entre l'extérieur et l'intérieur de l'ouvrage.
Les moyens de chauffage comprennent également un réseau de câbles parallèles de basse tension en courtcircuit permanent, lequel réseau est pris dans une chape coulée sur la face supérieure de la dalle-support.
De façon préférentielle également, éventuellement en complément des moyens de chauffage déjà cités, et selon les régions traversées par l'installation, les moyens de chauffage comprennent des capteurs d'énergie solaire montés sur la face extérieure des éléments porteurs, et éventuellement sur le toit de l'ouvrage.
Selon la présente invention, l'installation pourra également comporter des moyens d'émission d'un rayonnement de micro-ondes, fixés au tube ou aux tubes de pipe-line à intervalles réguliers selon la direction longitudinale du (ou des)dit(s) tube(s).
L'objet de la présente invention est également remarquable en ce qu'il offre de grandes facilités lors des opérations de maintenance.
En effet, selon un mode préférentiel de réalisa tion de l'invention, il est prévu un rail disposé sur la dalle-support pour le déplacement d'un engin de maintenance, tel qu'un boggie.
L'ouvrage permet l'installation d'un réseau de câbles haute tension, en particulier à l'intérieur, de manière à simplifier les circuits de transport conventionnels existants, tels que les pylones.
De façon avantageuse également, l'installation pourra être associée à des centrales atomiques, par exemple, afin de récupérer la chaleur émise par lesdites centrales au moyen d'un circuit fermé, et des relais pourront être établis entre plusieurs centrales existantes, simplifiant les systèmes de refroidissement et les diverses installations périphériques anti-pollution.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif de l'objet de l'invention, accompagné d'un dessin dans lequel: - la figure unique est une vue schématique en section
transversale d'une installation conforme à la présente
invention.
Il doit être bien entendu toutefois, que cet exemple, le dessin et les parties descriptives correspondantes, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation.
L'installation de transport est constituée d'un ouvrage édifié à partir d'éléments préfabriqués principalement en béton cellulaire, lequel matériau présente une grande résistance aux intempéries et un bon pouvoir d'isolation thermique.
L'ouvrage comporte une dalle-support 1 en béton au niveau ou sensiblement au niveau du sol, deux éléments porteurs 2 en élévation à partir de ladite dalle, formant appui pour un toit 3 de forme sensiblement triangulaire.
Les éléments porteurs 2 et le toit 3 sont réalisés en béton cellulaire.
L'ouvrage constitue une enceinte linéaire close à l'intérieur de laquelle est disposé un pipe-line référencé 5 comportant trois tubes Sa, 5b, et 5c,parallèles, fixés à la face inférieure du toit 3 par tout moyen approprié connu en soi, tels que des anneaux-supports non représentés et pourvus de pattes d'ancrage scellées dans le toit
Les tubes sont en acier, protégés contre la corrosion interne et externe.
Le coût du transport proprement dit est inversement proportionnel au diamètre des tubes. Les frais d'exploitation varient en sens opposé. Il existe, par conséquent, un diamètre optimal pour un débit donné, et réciproquement pour un diamètre donné, il existe un débit optimal, ou mieux, une plage de débits optimale, celle pour laquelle le diamètre en cause assure le meilleur prix de revient.
Toutefois, les calculs économiques ne prennent pas toujours en compte les pertes considérables dues à l'interruption de fonctionnement causée par une panne ou une rupture de canalisation.
Ces pertes peuvent être atténuées en utilisant plusieurs tubes, conformément à un mode de réalisation préférentiel de la présente invention.
A titre d'exemple, dans le mode de réalisation présentement décrit, le pipe-line comprend trois tubes de diamètre voisin de 1 000 mm, le diamètre du tube central pouvant être supérieur au diamètre des deux autres tubes.
On notera également que l'ouvrage est de dimension relativement réduite, de hauteur voisine de 4 ou 5 mètres par exemple, pour une bonne stabilité et une meilleure résistance aux intempéries, et notamment à l'action des vents violents.
Il va de soi que, toutefois, les dimensions de l'ouvrage dépendront du diamètre des tubes utilisés.
Les moyens de chauffage sont multiples et utilisent différentes sources d'énergie. Ils sont choisis en fonction des sources de chaleur disponibles dans les régions traversées par l'installation.
Dans l'exemple présentement décrit, on a rassemblé tous les moyens de chauffage, mais il va de soi que leur présence simultanée dans l'installation ou leur utilisation simultanée ne constitue qu'un mode particulier de réalisation de l'invention.
Ces moyens de chauffage comprennent, en premier lieu des moyens de circulation d'eau chaude, par exemple, constitués par des canalisations 10, parallèles entre elles, disposées sur la face supérieure de la dalle-support 1.
De façon avantageuse, l'eau chaude pourra provenir de centrales nucléaires situées à proximité de l'installation de transport. Cette eau chaude pourra également être d'origine géothermique, le sol de certains pays froids étant pourvu de ces nappes.
Les moyens de chauffage comprennent également des pompes à chaleur 4a et 4b, de type connu en soi, montées respectivement à l'extérieur et à l'intérieur des éléments porteurs 2.
Un réseau double de câbles de haute tension 7 peut être monté sur la face intérieure des deux éléments porteurs 2. La chaleur produite par le passage du courant est diffusée par les supports-écrans 8 en matériau isolant adéquat assurant une répartition rationnelle de cette émission et la sécurité d'utilisation de cette source captée.
En complément éventuel, les moyens de chauffage comprendront un réseau de câbles de basse tension 11 en court-circuit permanent pris dans une chape 15 coulée dans une cuvette prévue à cet effet dans la face supérieure de la dalle-support 1, et un écran réflecteur 12 du rayonnement thermique disposé entre la dalle-support 1 et les câbles de basse tension.
En complément également, les moyens de chauffage comprennent des capteurs d'énergie solaire 6 montés sur la face extérieure des éléments porteurs 2 et un circuit de micro-ondes appliqué directement sur les pipe-lines cette émission est obtenue à l'aide de magnétrons 13 fixés à intervalles réguliers, dont l'action est uniquement interne ; la chaleur ainsi produite est diffusée à l'intérieur des tubes.
Les capteurs d'énergie solaire 6 peuvent servir également au chauffage partiel de l'eau des canalisations 10.
Les différents moyens de chauffage seront utilisés en fonction des possibilités et ressources énergétiques des régions traversées.
Au pied des éléments porteurs 2, un réseau ferroviaire 9 pouvant supporter un petit boggie équipé du matériel de maintenance, permet l'entretien rapide de l'ouvrage et de ses diverses installations. Le boggie est propulsé par un moteur électrique pouvant fonctionner sur le circuit basse tension décrit précédemment.
La pose des tubes dans un ouvrage à la surface du sol offre l'avantage d'une utilisation rationnelle et maximale de toutes les sources d'énergie thermiques disponibles, permet d'assurer simultanément des fonctions de transport d'autres moyens énergétiques (câbles haute tension par exemple) et facilite considérablement les opérations de maintenance.
La référence 14 désigne des appareils de sécurité pour la détection de toute anomalie : fuite d'hydrocarbure, échappement de gaz, pertes dans un système de chauffage, par exemple.
Ainsi que cela ressort de ce qui précède, 11 invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui viennent d'etre décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention.

Claims (1)

    REVENDICATIONS 1 - Installation de transport de fluides, notamment d'hydrocarbures, applicable en particulier au transport dans les pays froids, caractérisée en ce qu'elle comprend un pipe-line (5) à au moins un tube disposé à l'intérieur d'un ouvrage linéaire clos constitué d'une dalle-support (1) au niveau ou sensiblement au niveau du sol, de deux éléments porteurs (2) et d'un toit (3) en appui sur lesdits éléments porteurs, et en ce qu'il est prévu des moyens de chauffage afin de maintenir la température dudit fluide transporté à une température prédéterminée. 2 - Installation de transport selon la Revendication 1, caractérisée en ce que ledit pipe-line (5) est disposé à la partie supérieure dudit ouvrage, et est rigidement fixé à la face inférieure du toit (3). 3 - Installation de transport selon l'une quelconque des Revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ledit pipe-line comprend au moins deux tubes (5a, 5b) parallèles. 4e- Installation de transport selon la Revendication 3, caractérisée en ce que ledit pipe-line (5) comprend trois tubes (5a, 5b, 5c) parallèles.
  1. 5-- Installation de transport selon la Revendication 1, caractérisée en ce que lesdits éléments porteurs (2) et le toit (3) sont réalisés en béton cellulaire.
    6-- Installation de transport selon la Revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de chauffage sont des moyens multiples de chauffage utilisant plusieurs sources d'énergie thermique.
    7-- Installation de transport selon la Revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de chauffage comprennent des moyens de circulation d'un fluide caloporteur à l'intérieur de l'ouvrage.
    8~- Installation de transport selon la Revendication 7, caractérisée en ce que lesdits moyens de circu
    lation d'un fluide caloporteur sont constitués par une pluralité de conduites linéaires (10) parallèles entre elles, disposées sur la dalle-support (1).
    9e ~ Installation de transport selon l'une quelconque des Revendications 7 et 8, caractérisée en ce que ledit fluide caloporteur est l'eau chaude provenant d'une centrale nucléaire ou une eau chaude d'origine géothermique.
    10g- Installation de transport selon l'une quelconque des Revendications 1,6, 7, 8 et 9, caractérisée en ce que lesdits moyens de chauffage comprennent, en outre, des pompes à chaleur (4a, 4b) montées à l'extérieur et à l'intérieur des éléments porteurs (2) de l'ouvrage.
    11 - Installation de transport selon l'une quelconque des Revendications 1,6,7,8,9 et 10, caractérisée en ce que lesdits moyens de chauffage comprennent, en outre, un réseau de câbles parallèles de basse tension (11) en court-circuit permanent, lequel réseau est pris dans une chape (15) coulée sur la face supérieure de la dalle-support (1).
    1 2v- Installation de transport selon l'une quelconque des Revendications 1 et 6 à 11, caractérisée en ce que lesdits moyens de chauffage comprennent, en outre, des capteurs d'énergie solaire (6) montés sur la face extérieure des éléments porteurs (2), et éventuellement sur le toit (3) de l'ouvrage.
    13*- Installation de transport selon l'une quelconque des Revendications 1 et 6 à 12, caractérisée en ce que lesdits moyens de chauffage comprennent, en outre, des moyens d'émission d'un rayonnement de micro-ondes, fixés au tube ou aux tubes du pipe-line (5), à intervalles réguliers selon la direction longitudinale du (ou des)dits tube(s).
    14*- Installation de transport selon la Revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu un rail (9) disposé sur la dalle-support (1) pour le déplacement d'un engin de maintenance, tel qu'un boggie.
    15"- Installation de transport selon la Revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu des supports linéaires (8) pour un réseau de câbles de haute tension (7), montés à l'intérieur de l'ouvrage, lesdits câbles de haute tension constituant en outre un moyen de chauffage supplémentaire à l'intérieur dudit ouvrage.
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