FR3125577A1 - Conduite pour le transport de fluides avec contrôle du flambement de la chemise interne anticorrosion - Google Patents
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Abstract
Conduite pour le transport de fluides avec contrôle du flambement de la chemise interne anticorrosion. L’invention concerne une conduite (2-1) pour le transport de fluides comprenant un tube (4) en acier destiné à recevoir un écoulement de fluides à transporter, et un chemisage annulaire de protection (6-1) réalisé en matériau polymère, inséré à l’intérieur du tube contre une surface interne de celui-ci et destiné à assurer une protection de l’acier contre la corrosion des fluides à transporter, le chemisage de protection présentant, dans un plan de section transversale, au moins une portion angulaire affaiblie (α1) dont la résistance mécanique à la déformation radiale est plus faible que celle de la portion angulaire restante du chemisage de protection de façon à contrôler la localisation angulaire et à favoriser la propagation axiale d’un flambement du chemisage de protection faisant suite à une dépressurisation de la conduite. Figures pour l’abrégé : Fig. 1A-1B
Description
La présente invention se rapporte au domaine général des conduites en acier utilisées pour le transport de fluides corrosifs. Elle concerne plus particulièrement les conduites sous-marines ou terrestres en acier de transport d’hydrocarbures, notamment de pétrole et de gaz.
Les conduites sous-marines utilisées pour le transport d’hydrocarbures, notamment de pétrole et de gaz, issus de puits de production sous-marins sont généralement constituées par un tube en acier.
Il a été constaté que les fluides transportés sont corrosifs pour l’acier constitutif des tubes. Aussi, pour les protéger contre la corrosion, il est connu d’insérer ou d’appliquer à l’intérieur de la conduite en acier une couche d’acier résistant à la corrosion – ayant typiquement une épaisseur de l’ordre de 3mm - (cette technique est dite de « CRA cladding » pour « Corrosion Resistance Alloy cladding »).
En alternative, cette solution peut être remplacée par l’insertion d’un chemisage annulaire de protection - ayant typiquement une épaisseur de l’ordre de 10mm - réalisé en matériau polymère, par exemple en matériau thermoplastique. Le chemisage de protection est typiquement inséré par traction à l’intérieur du tube en acier pour venir se plaquer contre la surface interne du tube une fois la force de traction relâchée afin d’obtenir un ajustement serré. Cette technique est assez couramment utilisée pour des conduites de transport de liquide comme de l’eau d’injection mais moins répandue pour des lignes de transports de fluides de production multi-phasiques.
Bien que plus économique que la technique usuelle dite de « CRA cladding », le chemisage en matériau polymère présente l’inconvénient d’être perméable aux gaz et vapeurs provenant des fluides transportés. Aussi, en pratique, du gaz a tendance à pénétrer au travers du chemisage de protection pour venir se loger dans l’espace interstitiel entre le chemisage et la paroi interne du tube en acier.
Au cours du temps, les gaz et vapeurs sont s’accumuler dans l’espace interstitiel et créer ainsi une accumulation de gaz sous pression, plus ou moins uniformément distribuée sur la longueur de la conduite. Or, lorsque la conduite va être dépressurisée, le taux de perméation du chemisage de protection n’est pas suffisamment élevé pour permettre de faire diminuer la pression à l’intérieur de l’espace interstitiel à la même vitesse que la baisse de pression à l’intérieur de la conduite. Un différentiel de pression se créé alors avec une mise en surpression du côté de l’espace interstitiel, avec un risque d’apparition d’un flambement ou effondrement local du chemisage de protection.
L’effondrement local et incontrôlé du chemisage de protection au cours de la dépressurisation de la conduite peut avoir comme conséquence de compromettre l’intégrité du chemisage de protection et donc son efficacité comme protection contre la corrosion de l’acier constituant le tube. De plus, lorsque la conduite est remise en pression, il existe un risque que la partie du chemisage de protection qui s’est effondrée ne puisse pas revenir dans sa forme initiale contre la paroi interne du tube.
Plusieurs solutions ont été envisagées pour résoudre ce problème d’effondrement incontrôlé du chemisage de protection lors de la dépressurisation de la conduite. Certaines prévoient d’appliquer un revêtement adhésif sur la surface interne du tube en acier pour limiter le volume de gaz pouvant passer au travers du chemisage de protection. D’autres solutions connues consistent à former des rainures sur la face externe du chemisage de façon à collecter les gaz ayant traversé le chemisage et à les évacuer vers l’extérieur de la conduite par l’intermédiaire d’orifices externes pratiqués dans le tube. Cette opération de dégazage peut être réalisée en continue ou à intervalles réguliers.
Encore une autre solution consiste à pratiquer des perforations dans le chemisage de protection de façon à mettre en contact l’espace interstitiel avec l’intérieur du chemisage. En cas de dépressurisation de la conduite, les gaz ayant traversé le chemisage vont emprunter ces perforations pour être évacués par l’intérieur du chemisage de façon à garder le différentiel de pression sous la pression d’effondrement du chemisage.
Toutes les solutions de l’art antérieur présentées ci-dessus présentent des inconvénients. En particulier, le recours à un revêtement adhésif sur la surface interne du tube en acier présente l’inconvénient d’une importante complexité de processus de mise en œuvre qui nécessite plusieurs phases d’application de différentes couches suivies de phases de cuisson pour créer l’adhésion. En outre, l’utilisation d‘orifices externes d’évacuation des gaz nécessite de percer le tube en acier, ce qui affaiblit l’intégrité du tube, et de prévoir une ligne d’évacuation des gaz dans l’environnement sous-marin, ce qui augmente les risques de fuites. De plus, cette solution requiert des opérations de maintenance pour activer l’opération de dégazage. Les rainures pratiquées sur la surface externe de la chemise sont également sujettes au bouchage et à l’accumulation de liquide pouvant réduire l’efficacité de la ventilation.
De même, la solution consistant à pratiquer des perforations dans le chemisage de protection présente l’inconvénient de mettre en contact les fluides transportés avec le tube en acier, avec le risque d’engendrer localement de la corrosion.
La présente invention a pour but de proposer une conduite pour le transport de fluides permettant de contrôler l’effondrement d’un chemisage de protection lors d’une dépressurisation de la conduite qui ne présente pas les inconvénients précités.
Par contrôle de l’effondrement, on entend ici que l’invention permet de contrôler la localisation et l’amplitude du flambement du chemisage de protection pendant une opération de dépressurisation de la conduite.
Ce but est atteint grâce à une conduite pour le transport de fluides comprenant un tube en acier destiné à recevoir un écoulement de fluides à transporter, et un chemisage annulaire de protection réalisé en matériau polymère, inséré à l’intérieur du tube contre une surface interne de celui-ci et destiné à assurer une protection de l’acier contre la corrosion des fluides à transporter, et dans laquelle, conformément à l’invention, le chemisage de protection présente, dans un plan de section transversale, au moins une portion angulaire affaiblie dont la résistance mécanique à la déformation radiale est plus faible que celle de la portion angulaire restante du chemisage de protection de façon à contrôler la localisation angulaire et favoriser la propagation axiale d’un flambement du chemisage de protection faisant suite à une dépressurisation de la conduite.
La présente invention est remarquable notamment en ce qu’elle ne cherche pas à éviter lors d’une opération de dépressurisation de la conduite tout effondrement (ou flambement) du chemisage de protection, mais à maîtriser, d’une part sa localisation, et d’autre part son amplitude en la limitant autant que possible. En effet, le fait de prévoir des portions angulaires du chemisage de protection qui ont une résistance mécanique à la déformation radiale affaiblie par rapport au reste du chemisage permet de fixer les zones dans lesquelles le chemisage de protection flambera lors d’une dépressurisation de la conduite. Il est ainsi possible de répartir au mieux la localisation angulaire et la propagation axiale d’un flambement du chemisage de protection.
L’invention est également remarquable en ce que la maîtrise du flambement ne nécessite aucun orifice externe d’évacuation sur le tube ou de perforation dans le chemisage de protection. L’intégrité du tube et du chemisage de protection sont ainsi préservés et tout risque de fuite peut être écarté.
L’invention est encore remarquable en ce qu’elle peut être utilisée avec différents types de matériau polymère pour réaliser le chemisage de protection, dans des applications offshore ou onshore et être combinée à différents types de terminaison de chemisage.
De préférence, la portion angulaire affaiblie du chemisage de protection s’étend sur un angle d’au moins 10°.
Dans un premier mode de réalisation, le chemisage de protection présente, dans un plan de section transversale, une variation d’épaisseur sur toute sa circonférence.
Dans ce premier mode de réalisation, la variation d’épaisseur du chemisage de protection peut être obtenue en insérant un chemisage de protection d’épaisseur variable à l’intérieur du tube en acier avec un décalage des axes longitudinaux respectifs de la surface interne et de la surface externe du chemisage de protection.
Dans un deuxième mode de réalisation, le chemisage de protection présente, dans un plan de section transversale, une surface externe sensiblement circulaire et une surface interne ayant une forme ovale de sorte à former deux portions angulaires affaiblies diamétralement opposées qui possèdent chacune une épaisseur inférieure à celle de la portion angulaire restante du chemisage de protection.
Dans un troisième mode de réalisation, le chemisage de protection présente, dans un plan de section transversale, une surface externe sensiblement circulaire et une surface interne ayant quatre renfoncements régulièrement espacés autour d’un axe longitudinal du chemisage de protection de sorte à former quatre portions angulaires affaiblies qui possèdent chacune une épaisseur inférieure à celle de la portion angulaire restante du chemisage de protection.
Dans un quatrième mode de réalisation, le chemisage de protection présente, dans un plan de section transversale, une surface externe sensiblement circulaire et une surface interne avec un renfoncement formant la portion angulaire affaiblie qui possède une épaisseur inférieure à celle de la portion angulaire restante du chemisage de protection.
Dans un cinquième mode de réalisation, le chemisage de protection présente, dans un plan de section transversale, une portion angulaire composée de deux matériaux différents ayant des propriétés mécaniques différentes de façon à former la portion angulaire affaiblie du chemisage de protection.
Dans un sixième mode de réalisation, le chemisage de protection présente, avant son insertion dans le tube, dans un plan de section transversale, une surface externe ayant une forme ovale et une surface interne sensiblement circulaire de sorte à former après son insertion dans le tube deux portions angulaires affaiblies diamétralement opposées.
De préférence, le chemisage de protection comprend un longeron qui est localisé angulairement au niveau d’une portion angulaire affaiblie et qui s’étend longitudinalement le long de l’axe longitudinal du tube de façon à raidir axialement le chemisage de protection et à augmenter la propagation axiale du flambement du chemisage de protection faisant suite à une dépressurisation de la conduite.
Le longeron peut être situé au niveau de la surface interne du chemisage de protection. Alternativement, il peut être intégré à l’intérieur du chemisage de protection.
De préférence également, la surface interne du tube en acier comprend un traitement de surface pour réduire la rugosité de surface préalablement à l’insertion du chemisage de protection.
De préférence encore, le tube en acier comprend un bossage au niveau de sa surface interne qui est localisé angulairement au niveau de la portion angulaire affaiblie du chemisage de protection de façon à initier le flambement du chemisage de protection faisant suite à une dépressurisation de la conduite.
Dans ce cas, le bossage du tube en acier peut être réalisé par un cordon de soudure en acier ou par une tige rigide soudée ou collée à la surface interne du tube.
Le tube peut être réalisé en acier au carbone et le chemisage de protection peut être réalisé en matériau thermoplastique ou en matériau thermodurcissable ou en matériau thermoplastique avec un renforcement de fibres.
Claims (16)
- Conduite (2-1 à 2-6) pour le transport de fluides comprenant un tube (4) en acier destiné à recevoir un écoulement de fluides à transporter, et un chemisage annulaire de protection (6-1 à 6-6) réalisé en matériau polymère, inséré à l’intérieur du tube contre une surface interne de celui-ci et destiné à assurer une protection de l’acier contre la corrosion des fluides à transporter, caractérisée en ce que le chemisage de protection présente, dans un plan de section transversale, au moins une portion angulaire affaiblie (α1àα6) dont la résistance mécanique à la déformation radiale est plus faible que celle de la portion angulaire restante du chemisage de protection de façon à contrôler la localisation angulaire et favoriser la propagation axiale d’un flambement du chemisage de protection faisant suite à une dépressurisation de la conduite.
- Conduite selon la revendication 1, dans laquelle la portion angulaire affaiblie (α1àα6) du chemisage de protection (6-1 à 6-6) s’étend sur un angle d’au moins 10°.
- Conduite (2-1) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle le chemisage de protection (6-1) présente, dans un plan de section transversale, une variation d’épaisseur sur toute sa circonférence.
- Conduite selon la revendication 3, dans laquelle la variation d’épaisseur du chemisage de protection est obtenue en insérant un chemisage de protection d’épaisseur variable à l’intérieur du tube en acier avec un décalage des axes longitudinaux respectifs (X-X, Y-Y) de la surface interne (6a) et de la surface externe (6b) du chemisage de protection.
- Conduite (2-2) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle le chemisage de protection (6-2) présente, dans un plan de section transversale, une surface externe (6b) sensiblement circulaire et une surface interne (6a) ayant une forme ovale de sorte à former deux portions angulaires affaiblies (α2) diamétralement opposées qui possèdent chacune une épaisseur inférieure à celle de la portion angulaire restante du chemisage de protection.
- Conduite (2-3) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle le chemisage de protection (6-3) présente, dans un plan de section transversale, une surface externe (6b) sensiblement circulaire et une surface interne (6a) ayant quatre renfoncements (8) régulièrement espacés autour d’un axe longitudinal (X-X) du chemisage de protection de sorte à former quatre portions angulaires affaiblies (α3) qui possèdent chacune une épaisseur inférieure à celle de la portion angulaire restante du chemisage de protection.
- Conduite (2-4) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle le chemisage de protection (6-4) présente, dans un plan de section transversale, une surface externe (6b) sensiblement circulaire et une surface interne (6a) avec un renfoncement (10) formant la portion angulaire affaiblie (α4) qui possède une épaisseur inférieure à celle de la portion angulaire restante du chemisage de protection.
- Conduite (2-5) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle le chemisage de protection (6-5) présente, dans un plan de section transversale, une portion angulaire composée de deux matériaux différents ayant des propriétés mécaniques différentes de façon à former la portion angulaire affaiblie (α5) du chemisage de protection.
- Conduite (2-6) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle, avant son insertion dans le tube, le chemisage de protection (6-6) présente, dans un plan de section transversale, une surface externe (6b) ayant une forme ovale et une surface interne (6a) sensiblement circulaire de sorte à former après son insertion dans le tube deux portions angulaires affaiblies (α6) diamétralement opposées.
- Conduite selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle le chemisage de protection comprend un longeron (14 ; 14’) qui est localisé angulairement au niveau d’une portion angulaire affaiblie et qui s’étend longitudinalement le long de l’axe longitudinal (X-X) du tube de façon à raidir axialement le chemisage de protection et à augmenter la propagation axiale du flambement du chemisage de protection faisant suite à une dépressurisation de la conduite.
- Conduite selon la revendication 10, dans laquelle le longeron est situé au niveau de la surface interne du chemisage de protection.
- Conduite selon la revendication 10, dans laquelle le longeron est intégré à l’intérieur du chemisage de protection.
- Conduite selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle la surface interne du tube (4) en acier comprend un traitement de surface pour réduire la rugosité de surface préalablement à l’insertion du chemisage de protection.
- Conduite selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans laquelle le tube (4) en acier comprend un bossage (16) au niveau de sa surface interne qui est localisé angulairement au niveau de la portion angulaire affaiblie du chemisage de protection de façon à initier le flambement du chemisage de protection faisant suite à une dépressurisation de la conduite.
- Conduite selon la revendication 14, dans laquelle le bossage du tube en acier est réalisé par un cordon de soudure en acier ou par une tige rigide soudée ou collée à la surface interne du tube.
- Conduite selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans laquelle le tube est réalisé en acier au carbone et le chemisage de protection est réalisé en matériau thermoplastique ou en matériau thermodurcissable ou en matériau thermoplastique avec un renforcement de fibres.
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