FR2862741A1 - Conduite pour le transport de gaz naturel liquefie - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une conduite pour le transport de liquide cryogénique, tel du gaz naturel liquéfié, isolée thermiquement et comprenant trois tubes coaxiaux formés de tronçons, un tube interne 2 réalisé en un matériau à faible coefficient de dilatation, un tube intermédiaire 3 et un tube externe 4 réalisé en acier au carbone, l'espace annulaire compris entre les tube interne 2 et intermédiaire 3 étant muni d'un isolant thermique 7 ou 8.Les tubes 2, 3, 4 sont reliés deux à deux au moyen de pièces de liaison 5, 6 afin de réaliser d'une part la jonction entre les tronçons 2a, 2b,..., 3a, 3b, 3c,..., 4a, 4b,..., de chaque tube respectif et d'autre part une reprise d'efforts visant à limiter les efforts dus à la contraction thermique lors des modifications de température des tubes. Le tronçon 3b du tube intermédiaire 3 est réalisé d'une longueur suffisante afin que lors de l'assemblage, en coopération avec les pièces de liaison 5, 6, il interdise la formation d'un pont thermique entre le tube interne 2 et le tube externe 4.

Description

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des efforts produits par la contraction thermique lors des modifications de température des tubes, - le tronçon du tube intermédiaire est d'une longueur suffisante afin que lors de l'assemblage, en coopération avec les pièces de liaison, il interdise la formation d'un pont thermique entre le tube interne et le tube externe.

Selon une caractéristique, l'espace annulaire compris entre le tube intermédiaire et le tube externe est muni d'un isolant thermique.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'espace annulaire compris entre le tube intermédiaire et le tube externe est rempli par un gaz en surpression ou en dépression par rapport à la pression du milieu sous-marin environnant.

Selon encore une autre caractéristique, les pièces de liaison se présentent sous la forme de deux U réunis par leur base et comportent un perçage parallèle à l'axe des tubes afin d'autoriser la circulation de gaz entre les différentes sections d'un même annulaire et permettant ainsi la mise sous pression ou la dépressurisation d'un même annulaire.

Selon encore une autre caractéristique, les pièces de liaison reliant entre eux le tube interne et le tube intermédiaire sont fixées respectivement par des entretoises tubulaires présentant un coefficient de dilatation thermique compris entre le coefficient de dilatation thermique de la pièce de liaison et celui des tubes interne et intermédiaire qui y sont reliés.

Selon une autre caractéristique: - le tube interne présente une épaisseur de paroi 30 inférieure à 8 mm environ, - le tube intermédiaire présente une épaisseur de paroi inférieure à 15 mm et supérieure à 6 mm environ, et - le tube externe présente une épaisseur de paroi supérieure à 12 mm environ.

Selon une autre caractéristique, le tube interne est réalisé en un matériau dont le coefficient de dilatation est inférieur à 2.10-6 m/m/K pour des températures comprises entre -162 C et 20 C.

2862741 3 Selon une autre caractéristique, le tube interne est réalisé en un alliage fer-nickel comportant un taux de nickel d'environ 36%.

Selon une autre caractéristique, le tube intermédiaire 5 est réalisé en un matériau adapté aux basses températures, par exemple un acier inoxydable.

Selon une autre caractéristique, l'isolant thermique est un isolant à base de silice mis sous vide industriel contrôlé.

Un tout premier avantage de la conduite selon l'invention réside dans le fait de réduire considérablement les risques de rupture de la conduite.

Un autre avantage réside dans le fait que la pièce de raccord entre deux tubes adjacents permet de supporter la 15 contraction thermique différentielle.

Un autre avantage encore réside dans le fait que le contrôle du second annulaire permet de vérifier préventivement l'état de la conduite, de manière fiable et peu onéreuse.

D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels: - la figure 1 représente une coupe longitudinale d'un 25 mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation, et - la figure 3 illustre un exemple de réalisation de la liaison entre deux tubes selon l'invention.

De façon générale, les conduites en cause sont utilisées pour acheminer d'un point à un autre un liquide cryogénique, par exemple pour remplir ou vider d'un gaz liquéfié un navire éloigné de l'entité de liquéfaction. Les conduites sont donc immergées dans la mer et doivent remonter selon une section verticale en formant un coude. Les variations de longueur de la partie de la conduite immergée au fond de la mer ou sur des supports entraînent des variations de position de la partie verticale remontante de la conduite. Ces variations 2862741 4 entraînent des efforts sur la partie verticale qu'il est impératif de maîtriser.

Sur la figure 1, on a représenté partiellement en coupe selon l'axe longitudinal XY une conduite 1 destinée au transport d'un liquide cryogénique constituée de trois tubes: un tube interne 2 à l'intérieur duquel circule le fluide cryogénique, un tube intermédiaire 3 et un tube externe 4. Chacun de ces tubes est formé de tronçons 2a et 2b; 3a, 3b et 3c; 4a et 4b qui sont soudés bout à bout pour réaliser la conduite complète. Selon l'invention, on réunit les tronçons de tube à l'aide de pièces 5 et 6 de reprise d'effort. Le rôle de ces pièces 5 et 6 est de limiter selon un aspect essentiel de l'invention les efforts appliqués à l'extrémité de la conduite. Ceci s'avère particulièrement important lorsque la conduite présente un coude. On n'a pas représenté sur le dessin la partie coudée de la conduite mais l'homme de l'art comprendra aisément l'avantage de la réduction de la contraction de cette conduite.

Le tube interne 2 est délimité sur la figure par deux tronçons 2a et 2b, le tube intermédiaire 3 par trois tronçons 3a, 3b et 3c et le tube externe 4 par deux tronçons 4a et 4b.

Les tronçons 2a, 3a et 4a sont, par exemple, les extrémités d'un coude, et les tronçons 2b, 3c et 4b les extrémités de la conduite sous-marine pouvant atteindre plusieurs kilomètres de longueur. On peut bien entendu envisager d'autres dispositions, par exemple en montant à la suite plusieurs dispositifs similaires tels que décrits ci-après.

Les tronçons des tubes interne 2 et intermédiaire 3 sont réunis par la pièce 5 et les tronçons des tubes intermédiaire 3 et externe 4 par la pièce 6. Les pièces de raccordement 5 et 6 se présentent en coupe sous la forme de deux U réunis par leur base. Bien entendu, chaque tronçon de tubes est raccordé par soudure à la branche correspondante du U, les tubes interne 2 et intermédiaire 3 étant rattachés respectivement aux branches interne 5a et externe 5b de la pièce 5 et les tubes intermédiaire 3 et externe étant respectivement rattachés aux branches interne 6a et externe 2862741 5 6b de la pièce 6.

Le diamètre interne de la pièce 5 est égal au diamètre interne du tube interne 2 de façon à assurer un raccordement parfait entre ces deux éléments. Le diamètre externe de la pièce 5 est égal au diamètre externe du tube intermédiaire 3 de façon à réaliser également un raccordement parfait. La distance entre les deux branches 5a et 5b du U est déterminée en fonction de celle que l'on veut adopter entre les tubes interne 2 et intermédiaire 3. Cette distance définira l'épaisseur d'un isolant 7 à incorporer entre ces deux tubes 2 et 3.

Le diamètre interne de la pièce 6 est égal au diamètre interne du tube intermédiaire 3 de façon à assurer un raccordement parfait. Le diamètre externe de la pièce 6 est égal au diamètre externe du tube externe 4 de façon à assurer là encore un raccord parfait. La distance entre les deux branches du U de la pièce 6 est déterminée également en fonction de la distance que l'on veut adopter entre les tubes intermédiaire 3 et externe 4.

La pièce 5 comporte un perçage 51, d'axe parallèle à l'axe XY des tubes. Ce perçage 51 autorise la circulation d'air entre les sections lia et llb du premier annulaire 11, situé entre le tube interne 2 et le tube intermédiaire 3, ce qui permet ainsi la mise sous pression ou la dépressurisation de cet annulaire 11.

La pièce 6 comporte également un perçage 61, parallèle à l'axe XY des tubes. Ce perçage 61 autorise la circulation d'air entre les sections 10a et 10b du second annulaire 12, situé entre le tube externe 4 et le tube intermédiaire 3, ce qui permet ainsi la mise sous pression ou la dépressurisation de cet annulaire 12.

Sur la figure 1, on voit que les pièces 5 et 6 ne sont pas disposées en continuité l'une de l'autre suivant un diamètre. En effet, suivant l'invention, on interdit pratiquement la création d'un pont thermique entre les tubes interne 2 et externe 4. En effet, une pièce de liaison unique entre les trois tubes induirait des pertes très importantes de frigories localement et un abaissement important de la 2862741 6 température du tube externe 4 (pouvant atteindre des températures inférieures à -100 C). Le tube externe étant prévu en acier à carbone pour des raisons de coût, sa température ne peut pas descendre en dessous de -50 C environ pour garantir une bonne ductilité. L'invention offre une solution particulièrement avantageuse en évitant d'avoir à isoler une pièce de raccordement unique qui serait côté interne soumise aux températures cryogéniques et côté externe à l'environnement marin. Cette pièce devrait de plus accepter les efforts de cisaillement liés aux déplacements de la conduite sous l'effet des contractions thermiques, ce qui complique la solution.

Ainsi, la réalisation d'une conduite à trois tubes comportant une pièce de liaison distincte pour réunir deux à deux ces trois tubes permet de s'affranchir des problèmes thermiques locaux. Enfin, l'interposition d'un troisième tube permet de rigidifier la conduite, ce qui améliore de façon très significative la fiabilité de celle-ci. On conçoit aisément que la probabilité de rupture simultanée des tubes intermédiaire et externe soit quasiment nulle. Le second annulaire 10 permet de contrôler l'état de la ligne en le mettant en dépression ou en surpression.

Un isolant 7 est disposé dans l'annulaire 11 situé entre les tubes interne 2 et intermédiaire 3. L'annulaire 10, situé entre les tubes intermédiaire 3 et externe 4, est rempli dans ce mode de réalisation par un gaz pouvant être en surpression par rapport à la pression sous-marine. Ce gaz est, par exemple, de l'azote. L'utilisation d'un gaz en surpression permet notamment de détecter toute possibilité d'intrusion d'eau. Le contrôle continu de cette pression permet un d'effectuer contrôle simple et peu onéreux du bon état de la conduite.

On peut également, afin de minimiser les déperditions thermiques au niveau de la pièce de liaison 5, déposer un isolant 9 autour de la pièce 5 et du tube intermédiaire 3. Par exemple, un manchon d'une longueur 1 de 0,5 à 1,5 m environ est nettement suffisant pour assurer l'isolation.

Une variante de réalisation de l'invention, illustrée par 2862741 7 la figure 2, consiste à disposer un isolant 8 dans l'annulaire 10 situé entre les tubes intermédiaire 3 et externe 4. Cette réalisation n'interdit pas l'interposition d'un gaz en surpression ou dépression dans cet annulaire comme expliqué ci-dessus.

Les isolants 7, 8 et 9 sont constitués par exemple par du microporeux ou à base de silice mis sous vide industriel contrôlé soit en conditionnement individuel soit le long de l'annulaire.

Afin de réduire les contraintes circonférentielles dans les soudures, dues aux contractions et dilatations thermiques, il peut être avantageux que les pièces de liaison 5 présentent un coefficient de dilatation thermique compris entre le coefficient de dilatation thermique de la pièce de liaison 5 et celui des tubes interne 2 et intermédiaire 3 qui y sont reliés. Il peut être difficile d'obtenir de telles pièces. La figure 3 illustre donc un exemple de mise en oeuvre permettant d'améliorer les performances de la conduite. Dans cet exemple, les pièces de liaison 5 reliant le tube interne 2 au tube intermédiaire 3 sont fixées aux tubes 2 et 3 respectivement par des entretoises tubulaires 52 et 53 présentant un coefficient de dilatation thermique compris entre le coefficient de dilatation thermique des pièces de liaison 5 et celui des tubes interne 2 et intermédiaire 3 qui y sont reliés L'entretoise 53, de diamètres extérieur et intérieur identiques respectivement aux diamètres extérieur et intérieur du tube 3, est placée entre la pièce 5 et les tronçons 3a et 3b du tube 3. L'entretoise 52, de diamètres extérieur et intérieur identiques aux diamètres extérieur et intérieur du tube 2, est placée entre la pièce 5 et les tronçons 2a, 2b du tube 2.

On peut également envisager d'appliquer une telle réalisation à la pièce de liaison 6. Mais la différence de température entre les tubes intermédiaire 3 et externe 4 étant moins importante que la différence de température entre les tubes intermédiaire 3 et interne 2, on peut s'affranchir de cette réalisation.

A titre d'exemple non limitatif, le tube interne 2 2862741 8 présente une épaisseur de paroi inférieure à 8 mm environ, le tube intermédiaire 3 présente une épaisseur de paroi comprise entre environ 6 et 15 mm environ, et le tube externe 4 présente une épaisseur de paroi supérieure à 12 mm environ.

Le tube interne est avantageusement réalisé en un alliage fer/Nickel, avec une teneur en nickel d'environ 36%, dont le coefficient de dilatation est inférieur à 2.10-6m/m.K pour des températures comprises entre -162 C et 20 C. Le tube intermédiaire 3 est réalisé en un matériau adapté aux basses températures, par exemple un acier inoxydable et le tube externe 4 en acier ordinaire.

On conçoit que la conduite ainsi réalisée peut comprendre en fin de ligne uniquement deux tubes. Dans ce cas, on s'arrange pour prévoir une pièce de liaison 6 qui n'est raccordée que d'un seul côté au tube externe 4. La pièce de liaison 6 est dans ce cas conformée au niveau de son extrémité libre pour se rattacher au tube intermédiaire 3 selon un profil externe tronconique. On peut également réduire au-delà le diamètre du tube intermédiaire 3 pour le rapprocher du tube interne2. Bien entendu, la partie en fin de ligne de la conduite est isolée de manière classique.

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Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Conduite pour le transport d'un liquide cryogénique isolée thermiquement et comprenant trois tubes coaxiaux formés de tronçons, un tube interne (2) réalisé en un matériau à faible coefficient de dilatation thermique, un tube intermédiaire (3) et un tube externe (4) réalisé en acier, l'espace annulaire (11) compris entre le tube interne (2) et le tube intermédiaire (3) étant muni d'un isolant thermique (8), caractérisée en ce que: - les tubes (2, 3, 4) sont reliés deux à deux au moyen de pièces de liaison (5, 6) afin de réaliser d'une part la jonction entre les tronçons (2a, 2b, 3a, 3b, 3c, 4a, 4b) de chaque tube respectif et d'autre part une reprise des efforts produits par la contraction thermique lors des modifications de température des tubes, - le tronçon (3b) du tube intermédiaire (3) est d'une longueur suffisante afin que lors de l'assemblage, en coopération avec les pièces de liaison (5, 6), il interdise la formation d'un pont thermique entre le tube interne (2) et le tube externe (4).

2. Conduite pour le transport de gaz naturel liquéfié selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace annulaire (10) compris entre le tube intermédiaire (3) et le tube externe (4) est muni d'un isolant thermique (8).

3. Conduite pour le transport de gaz naturel liquéfié selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace annulaire (10) compris entre le tube intermédiaire (3) et le tube externe (4) est rempli par un gaz en surpression ou en dépression par rapport à la pression du milieu sous-marin environnant.

4. Conduite pour le transport de gaz naturel liquéfié selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pièces de liaison (5, 6) se présentent sous la forme de deux U réunis par leur base et comporte un perçage (51, 61), parallèle à l'axe des tubes, afin d'autoriser la circulation de gaz entre les différentes sections (10a,10b; lla,llb) d'un même annulaire (10; 11) et permettant ainsi la mise sous pression ou la dépressurisation d'un même annulaire.

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5. Conduite pour le transport de gaz naturel liquéfié selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pièces de liaison (5) reliant entre eux le tube interne (2) et le tube intermédiaire (3) sont fixées respectivement par des entretoises tubulaires (52, 53) présentant un coefficient de dilatation thermique compris entre le coefficient de dilatation thermique de la pièce intermédiaire (5) et celui des tubes interne (2) et intermédiaire (3)qui y sont reliés.

6. Conduite pour le transport de gaz naturel liquéfié selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: - le tube interne (2) présente une épaisseur de paroi inférieure à 8 mm environ, - le tube intermédiaire (3) présente une épaisseur de paroi inférieure à 15 mm et supérieure à 6 mm environ, - le tube externe (4) présente une épaisseur de paroi supérieure à 12 mm environ.

7. Conduite pour le transport de gaz naturel liquéfié selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube interne (2) est réalisé en un matériau dont le coefficient de dilatation est inférieur à 2.10-6 m/m/K pour des températures comprises entre -162 C et 20 C.

8. Conduite pour le transport de gaz naturel liquéfié selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube interne (2) est réalisé en un alliage fer-nickel comportant un taux de nickel d'environ 36%.

9. Conduite pour le transport de gaz naturel liquéfié selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube intermédiaire (3) est réalisé en un matériau adapté aux basses températures, par exemple un acier inoxydable.

10. Conduite pour le transport de gaz naturel liquéfié selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'isolant thermique (7, 8) est un isolant à base de silice mis sous vide industriel contrôlé.