WO2021234129A1 - Dispositif d'obturation de tuyauteries par un bouchon de glace - Google Patents

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WO2021234129A1
WO2021234129A1 PCT/EP2021/063561 EP2021063561W WO2021234129A1 WO 2021234129 A1 WO2021234129 A1 WO 2021234129A1 EP 2021063561 W EP2021063561 W EP 2021063561W WO 2021234129 A1 WO2021234129 A1 WO 2021234129A1
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WO
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pipe
segment
temperature
refrigerant
sealing device
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/063561
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English (en)
Inventor
Annabel VIGIER
Julien Monteiro
Clémence RETEL
Original Assignee
Itechcana
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F25D3/107—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air portable, i.e. adapted to be carried personally
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/10—Means for stopping flow from or in pipes or hoses
    • F16L55/103—Means for stopping flow from or in pipes or hoses by temporarily freezing liquid sections in the pipe
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
    • F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25D2700/12—Sensors measuring the inside temperature
    • F25D2700/123—Sensors measuring the inside temperature more than one sensor measuring the inside temperature in a compartment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin

Definitions

  • the present invention relates to a device for sealing pipes by ice plugs. It applies to the temporary lockout of industrial piping lines in all sectors of activity, in particular water networks and hydrocarbon networks.
  • the present invention makes it possible in particular to meet the needs of the operators who order basic nuclear installations (usually abbreviated “BNI”), and nuclear power plants since the safety, security and quality issues specific to this sector have been taken into account. account when designing the invention.
  • BNI basic nuclear installations
  • Sealing pipes with ice plugs is an industrial maintenance process for temporarily plugging a pipe carrying a liquid that can be frozen.
  • Sealing pipes with ice plugs has several advantages for the temporary lockout of industrial piping lines, in particular for the transport of water and hydrocarbons. Sealing of pipes with ice plugs is used in particular in nuclear power plants, including on the main primary circuit, for which the intervention time must be limited due to the presence of ionizing radiation and the effects of cryogenics on the metallurgical structure of the pipes must be checked.
  • Sealing of pipes with ice plugs is obtained by local freezing of the liquid circulating in the pipe, using a refrigerant applied around the pipe.
  • the refrigerant used may be liquid nitrogen or dry ice.
  • the ice plug thus created isolates two sections of the circuit made physically independent, playing the role of an artificial valve temporarily closed.
  • Known sealing devices consist of a rigid or flexible enclosure forming a freezing box around the pipe.
  • the enclosure is a polystyrene enclosure that is manually filled with liquid nitrogen.
  • closure devices are in the form of two half-boxes assembled around the piping and configured to circulate a refrigerant fluid around the piping.
  • closure devices are in the form of a coil of a pipe allowing the circulation of a refrigerant fluid around a segment of pipe.
  • the devices of the prior art do not make it possible to optimize the phases of freezing, of maintaining the ice cap and of thawing, while preventing the risk of transformations and damage linked to the cold and the risk of freezing. incomplete.
  • the devices of the prior art do not offer the possibility of measuring and recording operating data, with a view to optimizing the formation of the ice plug, with a view to preserving the piping and with a view to ensure traceability.
  • the present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.
  • the present invention relates to a device for closing off a pipe comprising a pipe conveying a liquid, by forming an ice plug, which device comprises:
  • a freezing box configured to be removably mounted in contact on a segment of the pipe, this box comprising a chamber for circulating a refrigerant fluid,
  • At least one temperature sensor configured to measure the temperature of the pipe segment or of the refrigerant
  • any direct contact between the refrigerant fluid and the pipe segment is prevented. Due to its thermal inertia, the specific thermal inertia impermeable layer helps to homogenize the cooling of the piping and to avoid exposing the surface of the piping to cryogenic temperatures.
  • the information relating to the measurement of the temperature makes it possible to control the operation of the closure device by adjusting the flow of refrigerant fluid. These arrangements make it possible to control the temperature levels guaranteeing proper formation of the plug without altering the characteristics of the materials of the piping. This control prevents excessive or too rapid cooling, which could damage the piping.
  • the control of temperature variations by means of the device which is the subject of the invention makes it possible to prevent the brittle-ductile transition of the metal and in particular the metallurgical transformations of certain alloys such as austenitic stainless steel.
  • the control of temperature variations by means of the device which is the subject of the invention also makes it possible to preserve the characteristics of pipes comprising other materials, for example polymers or resins.
  • the temperature reading also makes it possible to control the closure device, for example in order to avoid shocking the surface of the pipe by suddenly exposing it to cryogenic temperatures.
  • the object of the closure device of the invention is to lock out portions of piping by forming ice plugs within industrial time limits while ensuring the repeatability of the sealing process and the safety of the operators and installations.
  • the specific thermal inertia impermeable layer is a metal strip wrapped around the segment of pipe to be frozen.
  • a metal strip is a thin sheet of metal. In these embodiments, this strip is wrapped around at least a portion of the pipe.
  • the metal strip is not permeable and prevents direct contact between the refrigerant fluid and the part of the pipe around which the strip is located.
  • the metal strip conducts heat and helps to even out the temperature applied to the part of the pipe surrounded by the strip.
  • the impermeable layer of specific thermal inertia is wrapped around the pipe segment for a length greater than that of the casing.
  • the closure device includes at least one sensor configured to estimate the flow rate of the liquid in the segment of the pipe to be frozen.
  • the sensor configured to estimate the flow rate of liquid in the pipe is a sensor positioned outside the pipe.
  • the flow rate of refrigerant fluid supply is controlled based on the flow rate of the liquid in the pipe.
  • the device makes it possible to check the flow conditions and adapt the cooling setpoint accordingly and thus to control:
  • control means is configured to control the flow rate of refrigerant fluid supply based on the flow rate of the liquid in the pipe.
  • the sensor configured to estimate the flow rate of liquid in the pipe is a sensor positioned outside the pipe.
  • the flow rate can be measured remotely, without installing a sensor in the pipe.
  • the sensor configured to estimate the flow rate of the liquid in the pipe is an ultrasonic sensor, a sonar, a thermal camera or a sensor based on an acoustic listening.
  • the closure device comprises a sensor for measuring the temperature of the coolant at the outlet of the circulation chamber and the control means controls the flow rate of supply of coolant as a function of the measured temperature.
  • the temperature of the refrigerant fluid leaving the circulation chamber varies depending on the temperature of the pipe segment, the amount of heat exchanged in the box, and the physical state of the output refrigerant (liquid or gas).
  • the solenoid valve is controlled as a function of the temperature of the refrigerant fluid leaving the circulation chamber.
  • the refrigerant fluid is nitrogen and the refrigerant temperature measurement sensor leaving the chamber is configured to indicate whether the nitrogen is liquid (-196 ° C) or gaseous at the sensor. .
  • the specific thermal inertia impermeable layer is positioned on the surface of the pipe segment so as to cover the entire surface of the segment.
  • the closure device includes an evaporator positioned around the impermeable layer of specific thermal inertia.
  • an evaporator is a layer of materials having a large surface area for heat exchange with the surrounding environment. Thanks to these arrangements, the exchange surface between the cryogenic fluid and the pipe is increased, allowing more homogeneous cooling of the pipe.
  • the heat transfer between the piping and the evaporator takes place by metal-to-metal conduction, and through the impermeable layer of specific conductivity where applicable. appropriate. Due to its high conductivity and its ability to diffuse and retain refrigerant fluid, the evaporator helps to homogenize the cooling of the piping and increase heat transfer. The evaporator makes it possible to diffuse the flow of refrigerant fluid over a large area around the segment of pipe and to retain the refrigerant fluid around the surface of the segment when the freezing chamber is not full. While the ice cap is maintained, the evaporator ensures refrigeration with a low flow of refrigerant fluid, without filling the enclosure, and avoids temperature shocks.
  • the evaporator comprises a honeycomb material or a mesh of wires constituting an aerated matrix maximizing the heat exchange surface with the refrigerant fluid.
  • the refrigerant fluid is retained in the mesh of the evaporator, in contact with which it evaporates, offering a tenfold exchange surface.
  • the closure device comprises a means for discharging the vapors emanating from the refrigerant fluid.
  • the evacuation of vapors to a ventilation network avoids the risk of anoxia for users of the device, in the event of operations in a closed room.
  • control means is configured to, before the start of freezing, control a flow rate of liquid flowing through the pipe below a predetermined limit value allowing the formation of an ice plug.
  • control means is configured to, during freezing and / or thawing, control the opening and closing of the solenoid valve so that the temperature at the surface of the pipe segment remains within. a predetermined temperature interval.
  • control means is configured to, during freezing and / or thawing, control the opening and closing of the solenoid valve so that the temperature at the surface of the pipe segment is maintained between -40 ° C and - 15 ° C.
  • the sealing device includes a plurality of temperature sensors at several points on the surface of the segment of pipe to be frozen, the control means being configured to, during freezing and / or thawing, control the temperature. solenoid valve so that the temperature at each of these points remains within a predetermined temperature range.
  • the shutter device comprises a plurality of temperature sensors including at least one infrared camera and at least one thermocouple or a platinum resistance thermometer in contact with the segment of pipe.
  • the control means is configured to, once the plug is formed, control the opening of the valve of the upstream pipe during the period of freezing of the plug.
  • the invention relates to a system for sealing a pipe, comprising at least one sealing device according to the invention, which comprises a means of transmitting the data supplied by the sensors to a monitoring means.
  • remote control means and at least one solenoid valve controlling the flow rate of refrigerant fluid supply to at least one closure device.
  • the data measured by the shuttering devices can be collected and displayed, for example on a touch screen also serving as a man-machine interface to control the operation of the device.
  • a touch screen also serving as a man-machine interface to control the operation of the device.
  • These arrangements make it possible to monitor and control the shuttering process remotely, for example from another room via a “step by step” interface.
  • the remote monitoring and control of the shutter device ensures the safety of operators by limiting the time spent in the intervention area if it presents risks (radiological risk, chemical risk, risk of anoxia, risk of pressure, etc.).
  • the shuttering system makes it possible to monitor a plurality of shuttering devices according to the invention, from a single remote control station.
  • the invention relates to a method of sealing a pipe comprising a pipe conveying a liquid, by forming an ice plug, which comprises:
  • a step of forming the ice plug by circulating a refrigerant fluid in a freezing box, removably mounted in contact on a segment of the pipe, an impermeable layer of specific thermal inertia covering at least part of the surface of the pipe segment and interposed between the refrigerant circulation chamber and the pipe segment,
  • the rate of supply of refrigerant fluid is controlled to achieve a controlled drop in the temperature of the pipe segment. Thanks to these arrangements, temperature shocks, liable to damage the piping and the risk of sudden ejection of the ice plug (in the event of residual differential pressure) are limited.
  • the sealing method includes a step of thawing the plug of ice, the flow rate of refrigerant supply being controlled to achieve a controlled increase in the temperature of the pipe segment, during the step of. thawing.
  • the sealing process includes a step of maintaining the ice plug and, in the event of a power failure, the continuity of the process is ensured by means of an emergency power supply.
  • the sealing of the piping can be extended for the time necessary to carry out a maintenance operation, or during a power cut, for example for a period of about twenty minutes. This duration can be adjusted according to the capacities of the battery and the operating needs.
  • the solenoid valve in the event of an interruption in the power supply and loss of the emergency power supply, the solenoid valve is open, allowing the supply of refrigerant fluid to be maintained and the cooling of the piping to continue until 'when the reserves of refrigerant are exhausted.
  • the invention relates to a reversible installation kit of a shutter device according to the invention, which comprises:
  • control-command case housing at least one deployable temperature measurement sensor, a control means of the solenoid valve, a display means and a man-machine interface allowing the use of the control means of the solenoid valve.
  • the device that is the subject of the invention is contained in one or more easily deployable cases and then easily moved again as needed.
  • the instrumentation and control case constitutes a mobile cockpit allowing users to control the operation of the device in the field.
  • the implementation of the device and of the sealing method of the invention offer substantial advantages of speed and ease of implementation, to which contribute in particular: the provision of an easily transportable control-command case, the presence of ergonomic storage for deployable equipment, quick connectors with keying devices for measuring instruments and solenoid valve control, snap-on quick couplings for the supply line couplings connected to the solenoid valve and to the casing and quick couplings for the discharge line of refrigerant vapors.
  • shutter system of the invention facilitates the control of the shutter device and the control of the ice caps, in particular: remote optical and thermal visualization from the control case or from a remote tablet , control of the process from a touchscreen tablet connected via wifi or wired to the instrumentation and control case allowing the process to be monitored remotely and while on the move, without the need for proximity or manual intervention and the assembly of several cases network control system allowing the supervision of several shuttering processes from a single portable tablet.
  • the device and of the sealing method of the invention make it easier to work on a piping in a small space, in particular: the refrigerant tank is offset from the box, the size of the rigid box is reduced to a minimum. , the solenoid valve is removable between an inlet and an auxiliary outlet of the chamber chamber.
  • recording the data collected by the sensors during the obturation process of the invention facilitates monitoring in terms of quality assurance and the drafting of end-of-intervention reports.
  • FIG. 1 diagrammatically represents a first particular embodiment of the device for closing off a pipe, which is the subject of the present invention
  • FIG. 2 represents, schematically and in the form of a flowchart, a succession of particular steps of the process for sealing a pipe, which is the subject of the present invention.
  • FIG. 1 a schematic view of a particular embodiment of the closure device 100, object of the present invention.
  • the device 100 comprises a box 36 which is positioned on a segment 35 of a pipe 32 of a pipe to be closed.
  • the box 36 delimits a sealed chamber 26, around the segment 35 of pipe 32.
  • circular joints 12, positioned between the pipe 32 and the box 36, provide the seal and heat insulators 13 thermally insulate at least in part the chamber. 26 atmospheric air.
  • the implementation of the device 100 allows the formation of an ice plug in the segment 35, and thus blocks the flow of liquid in the pipe 32.
  • the source allowing freezing is a refrigerant circulating in the chamber 26 of the box. 36. During the circulation of the refrigerant fluid, heat transfer takes place from the liquid circulating in the pipe 32 to the refrigerant fluid.
  • the refrigerant can, for example, be liquid nitrogen, or any other cryogenic fluid.
  • the device 100 comprises a reservoir 40 of refrigerant fluid conveyed, by a flexible pipe 39, to the chamber 26, and passing through a solenoid valve 38, a connection of the elements being provided by means of quick-connect couplings 37 without dripping.
  • the quick couplings 37 allow positioning of the solenoid valve 38 directly at the inlet 43 of the box 36 or remotely for a size adaptable to the environment during the deployment of the device 100.
  • the coolant reservoir 40 is offset relative to the box 36 and positioned at least 10 meters away, or in a separate room.
  • the solenoid valve 38 acts on the flow of refrigerant fluid which circulates to the chamber 26.
  • the pipe 39 is heat insulated.
  • the device 100 comprises a means for discharging the refrigerant vapors.
  • the discharge means comprises a pipe 14 connected to the box 36, making it possible to evacuate the vapors to a ventilation network (not shown) and to avoid the risk of anoxia for the users of the device, in particular in the event of intervention in an enclosed room.
  • the device 100 comprises an auxiliary discharge allowing the discharge of an overflow of refrigerant fluid.
  • the auxiliary discharge is an overflow 16 which makes it possible, where appropriate, to discharge liquid overflowing from the chamber 26 by gravity, so that only the vapors are routed to the pipe 14 for discharging the vapors.
  • the pipe 14 is connected to the box 36 by a quick coupler 15 to engage and release, for example by a symmetrical connection (not shown), also called “firefighter connection”.
  • a quick coupler 15 to engage and release, for example by a symmetrical connection (not shown), also called “firefighter connection”.
  • the cooling of segment 35 of pipe 32 is an increasing function of the refrigerant feed rate controlled by solenoid valve 38.
  • the device 100 includes a sensor 27 configured to estimate the level of coolant liquid in the chamber 26.
  • the flow rate of coolant supply controlled by the solenoid valve 38 is controlled accordingly. of the liquid level in the chamber 26 estimated by the sensor 27.
  • the device 100 includes at least one temperature sensor.
  • the temperature sensor is a thermocouple or a platinum resistance thermometer.
  • the platinum resistance thermometer is more often referred to as an RTD probe or sensor (abbreviated from "Resistance Temperature Detector”).
  • a sensor measures a temperature by infrared or by any other method known to those skilled in the art.
  • the device 100 comprises four surface temperature sensors 22, 23, 24 and 25, for example positioned two by two at the ends of the segment 35 of pipe 32.
  • the temperature sensors 22, 23, 24 and 25 make it possible to ensure that the temperature necessary for freezing the liquid is reached over the entire segment 35 to be frozen.
  • the temperature sensors 22, 23, 24 and 25 are used to check a criterion of complete freezing of the cap, and to warn about the risk of melting at one end or the other of the cap.
  • a surface temperature sensor 20 is positioned at the first submerged point by the rise in the level of refrigerant fluid in chamber 26.
  • a surface temperature sensor 21 is positioned at the point at which the refrigerant fluid begins to flow. Entrance.
  • the temperature sensors 20 and 21 are positioned at the points likely to receive the lowest temperatures.
  • minimum temperature limit values measured by the temperature sensors 20 and 21 and not to be crossed are monitored and participate in the servo-control of the solenoid valve 38, the latter being closed if these temperatures are exceeded.
  • the surface temperature sensors 22, 23, 20, 21, 24 and 25 are fixed in contact with the pipe.
  • at least one of the temperature sensors 22 to 25 is an infrared camera and at least another of these temperature sensors is at least one thermocouple or a platinum resistance thermometer in contact with the segment 35 of the pipe 32.
  • the refrigerant supply flow rate controlled by the solenoid valve 38 is controlled as a function of a value measured by a temperature sensor.
  • the device 100 includes at least one flow sensor measuring the flow rate of liquid contained in the segment of pipe 32.
  • at least one flowmeter measures the flow remotely from a position outside of the pipe. pipe 32.
  • at least one flowmeter is an ultrasonic, sonar or acoustically listening flowmeter.
  • two sensors 28 and 29 measuring the liquid circulation flow rate are positioned downstream and upstream of segment 35 of pipe 32. That is to say upstream and downstream of the freezing zone.
  • the refrigerant supply flow rate controlled by the solenoid valve 38 is controlled as a function of at least one value measured by a flow sensor.
  • the device 100 comprises at least one temperature sensor measuring the atmospheric temperature.
  • the measured ambient temperature influences the freezing time and the resistance of the ice plug to pressure.
  • the data measured by the sensors of the shutter device are automatically recorded in a memory, local or remote.
  • the measured and recorded data includes at least one of the data series measured during the obturation process among:
  • data entered by a user includes at least visual observations or pressure measurements.
  • an intervention report comprising at least one piece of recorded data is automatically generated at the end of the shuttering process.
  • control-command case 33 all of the control and command of the device 100 is carried out by means of a so-called control-command case 33.
  • the instrumentation and control case contains the electronics needed to control the various sensors and to control the solenoid valve. These components, which are individually well known to those skilled in the art, include a processor, a graphics card, conditioners associated with measurement sensors such as thermocouples or RTD sensors, and a storage memory.
  • the control-command case 33 is protected by a casing and has a touch screen 18 to provide the man-machine interface. In some embodiments, a touchscreen tablet 19, having a wireless connection to the case 33, can substitute for the main monitor in its display and control functions.
  • the control-command case 33 also includes the connectors for connecting the various measuring instruments and the solenoid valve, accessible from the front.
  • the connectors are quick connections with keying devices, to allow rapid and error-free installation.
  • housings allowing the storage of measuring instruments and associated cables are provided in the case 33.
  • the case 33 houses deployable measuring instruments.
  • the case 33 houses at least one ambient temperature sensor, a thermal camera 30 and an optical camera 31. Once deployed, the ambient temperature sensor and the cameras 30 and 31 allow the housing 36 to be monitored remotely, in transmitting the images and data collected to control software, available on the screen 18 of the case 33, or via the touch pad 19.
  • the parts forming the freezer box and the flow control means configured to be removably installed on a segment of a pipe carrying liquid, are contained in at least one case 34.
  • a kit comprising these elements as well as a control-command case 33 allows the autonomous deployment of a closure device 100 according to the invention.
  • An impermeable layer of specific thermal inertia 41 is positioned on the surface of the pipe segment so as to cover the entire surface of the segment 35.
  • the impermeable layer of specific thermal inertia 41 comprises a metal strip.
  • Thermal inertia depends on several factors, such as diffusivity and heat capacity.
  • the impermeable layer of specific thermal inertia is configured to ensure a predetermined rate of change in the temperature of the interior surface, when the outer surface is subjected to direct contact with nitrogen (-196 ° C) from an initial state at 20 ° C.
  • This cooling rate at the inner surface of the specific inertia layer is within an interval ranging from 0.5 to 20 ° C / s and, preferably, within an interval ranging from 1 to 10 ° C / s.
  • an evaporator 42 is positioned around the impermeable layer of specific thermal inertia 41.
  • the impermeable layer of specific thermal inertia 41 and the evaporator 42 are secured to segment 35 by self-locking quick-release clamps or by means of some other external clamping solution.
  • the impermeable layer of specific thermal inertia 41 covers at least part of the surface of the segment 35 of pipe 32.
  • This layer 41 is preferably made of a thin sheet of metal positioned at least in part. around the pipe. In embodiments (not shown), this metal sheet is wound around the segment 35 of pipe 32 over a length slightly greater than the length of the box 26 (this length being the extension of the contact of the box with the pipe 32, measured parallel to the axis of fluid flow in pipe 32).
  • the evaporator 42 is configured to facilitate heat transfer between the pipe and the refrigerant.
  • the evaporator has a layer of materials that has a large heat exchange surface with the surrounding environment.
  • the evaporator comprises a honeycomb material, a mesh of wires, fibers or metal chips forming an aerated matrix or a metal mesh.
  • the fixings and connectors of the box 36 are configured to allow rapid deployment and storage of the device 100, they include:
  • connector 37 is a Stàubli quick connector (registered trademark) without dripping.
  • the box 36 comprises two parts which are assembled together to grip the segment 35 of pipe 32.
  • the two parts of the box 36 are fixed together by bolts or hinges and clamps in limited number. , for example less than ten bolts and / or hinges.
  • the control means for example the case 33 is configured to control the flow rate of refrigerant fluid supply: - as a function of increasing liquid flow in pipe 32,
  • FIG. 2 a succession of specific steps can be observed in the process 200 for sealing a pipe comprising a pipe conveying a liquid, by forming an ice plug.
  • the shuttering process 200 comprises:
  • a step 75 of forming the ice plug by the circulation 55 of a refrigerant fluid in a freezing box, removably mounted in contact on a segment of the pipe,
  • step, 65 or 90 for controlling the refrigerant supply flow rate as a function of the measured temperature, by means of a solenoid valve.
  • the method 200 includes a step 105 of maintaining the ice plug.
  • step 75 of forming an ice plug the coolant feed rate is controlled in step 70 to achieve a controlled drop in the temperature of the pipe segment.
  • the method comprises, during the step 105 of maintaining the ice plug, a step 85 of verifying the criteria guaranteeing the integrity of the sealing and the mechanical properties of the material of the piping, and the refrigerant supply flow rate is controlled in step 95 to maintain the temperature of the pipe segment at controlled values.
  • the sealing method 200 comprises a step 115 of thawing the plug of ice.
  • the coolant supply rate is controlled during a step 110 to achieve a controlled increase in the temperature of the pipe segment, during the step 115 of thawing the ice plug.
  • the control means ensure the continuity of the process 200 for a predetermined time.
  • the predetermined duration is half an hour.
  • the power supply is maintained by means of an inverter or a battery.
  • the solenoid valve 38 is normally open in the event of a power failure or after a predetermined period following a power failure, to ensure in the event of a power failure of a duration greater than the duration. guarantee of the emergency power supply, the continuity of the refrigerant fluid supply and the maintenance of the integrity of the ice cap.
  • the implementation of the closure method 200 is carried out by means of a device 100 as described above.
  • a software managed by the processor of the control-command case 33 controls the opening and closing of the refrigerant supply solenoid valve 38, during each phase of the process (formation of the plug, maintenance, thawing), and ensures data recording.
  • a menu displayed on the touch screen of the control box allows a user to specify the parameters of the intervention, to choose a mode with or without reinforced control and to control temperatures in the piping.
  • the good reception and consistency of the signals from the sensors is also checked.
  • step 75 of forming the ice plug the software controls the opening and closing of the solenoid valve 38 to follow a temperature setpoint on the surface of the pipe segment to be frozen.
  • the refrigerant supply is automatically stopped when the box is completely filled.
  • the temperature is recorded at several points on the surface of the segment of pipe to be frozen and the solenoid valve is controlled to follow a precise temperature drop setpoint during a step 70.
  • the software controls the opening and closing of the solenoid valve so that the temperature at the surface of the frozen pipe segment remains within a predetermined temperature range.
  • the surface of the pipe segment 35 is maintained at a temperature between -40 ° C and -15 ° C during this step.
  • the temperature is recorded at several points on the surface of the segment of pipe to be frozen and the solenoid valve is controlled to ensure that the temperature at each of these points remains within a predetermined temperature range.
  • the presence of a leakage flow is monitored by means of a flow meter. For example, too high a flow rate or a non-zero flow rate would indicate the presence of flowing fluid which could hinder the formation of the ice plug.
  • step 115 of thawing the ice plug the software controls the opening and closing of the solenoid valve to follow a temperature setpoint on the surface of the frozen pipe segment.
  • the temperature at several points on the surface of the pipe segment is recorded and the solenoid valve is controlled to follow a precise temperature rise setpoint, during a step 110.
  • the software allows the execution of the different phases of the obturation process 200 by following the instructions of a prerecorded intervention protocol.
  • the user is guided through each of the steps and is invited to confirm the passage from one step of the process to the next.
  • the user Upon request, the user has the option of repeating a process step, returning to an earlier step, or forcing a step to thawing step 115 if the procedure is aborted.
  • the specific thermal inertia waterproof layer has the following functions:
  • This function is mainly related to the thermal conductivity of the impermeable layer of specific thermal inertia.
  • the main objective is the interposition of the impermeable layer of specific thermal inertia is to cool the pipe homogeneously without exceeding a low temperature limit value, to avoid structural transformation of certain materials, for example the modification of the rate of ferrite in austenitic stainless steels, and the passage in the brittle range of other materials, for example, the risk of brittle fracture of carbon steels at low temperatures.
  • These advantages are important for operations in the field of the civil nuclear industry, where the chemical and mechanical properties of steels are highly regulated to ensure safety requirements.
  • the impermeable layer of specific thermal inertia also limits thermal shocks, which can induce strong stresses on the surface of the material.
  • the thickness of the impermeable layer of specific thermal inertia is preferably between 0.02 mm. and 0.1 mm.
  • a thermal paste is positioned between the impermeable layer of specific thermal inertia and the pipe to ensure good thermal conduction.
  • the solenoid valve 38 is controlled according to the temperatures measured at the surface of the piping to be frozen, and other sensors indicate, for example, an overflow of refrigerant or a melting of the plug in the pipeline. It is the temperature at the surface of the pipe that is subject to control, the setpoint may change depending on the phase of the process or the alerts encountered.
  • the flow of the refrigerant fluid inside the device is controlled by the temperature measured at the surface of the piping to be frozen and / or the presence of an overflow of refrigerant.
  • the ideal operating condition is zero flow in the pipeline. However, it is possible that a pipeline to be frozen is not perfectly lockable and has a low flow rate. Measuring this flow rate helps determine the feasibility of freeze plugging, and provides an additional indicator of complete plug formation during the freezing process.
  • the sealing device has an impermeable layer of specific thermal inertia which covers the entire wall of the pipe which may be in contact with the refrigerant.
  • This layer is characterized by its impermeability, which guarantees the absence of direct contact of the refrigerant with the surface of the piping, and by a thickness and physical properties which give it a thermal inertia chosen to prevent the reaching of too low temperatures in pipe surface.
  • the physical properties of interest include thermal conductivity and specific heat capacity.
  • this layer helps to avoid shocking the surface of the piping at cryogenic temperatures. It helps to reduce the rate of drop in surface temperature of piping exposed to refrigerant, allowing surface temperature regulation by controlling refrigerant flow.
  • this layer allows sufficient heat exchange to allow freezing and helps to homogenize the cooling of the piping, allowing a less sudden drop in temperature but distributed over a larger area.
  • the specific thermal inertia impermeable layer is a sheet of metal - or strip - wrapped tightly around the segment of pipe to be frozen.
  • the impermeable layer of specific thermal inertia is made of aluminum and has a thickness of approximately 0.1 mm, for example between 0.05 mm and 0.2 mm and, preferably, between 0.05 mm. and 0.15 mm.
  • the temperature to which the piping is exposed is controlled. Thanks to the impermeable layer of specific thermal inertia, when it is in contact with the refrigerant, the steady state takes a certain time to be established, which makes it possible to spread over time the drop in temperature at the surface of the piping (this increase in response time is necessary to be able to regulate the temperature with the solenoid valve, otherwise the surface of the pipe instantly drops to -196 ° C in direct contact with liquid nitrogen). Once the steady state is established, a gradient is obtained in the impermeable layer of specific thermal inertia, between the surface in contact with nitrogen and that in contact with the piping: for example, this temperature difference is of the order of of 100 ° C.
  • the presence of the impermeable layer of specific thermal inertia also limits the temperature gradient in the radial and longitudinal directions, avoiding thermal shock at the surface.
  • the thermal gradient is less in the longitudinal direction compared to the radial direction where it can exceed 100 ° C / mm.
  • the impermeable layer of specific thermal inertia limits the appearance of stresses linked to differential thermal expansions in the pipe material.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (100) d'obturation d'une tuyauterie comportant un tuyau (32) acheminant un liquide, par formation d'un bouchon de glace, qui comporte; un caisson (36) de congélation, configuré pour être monté amovible en contact sur un segment (35) du tuyau, comportant une chambre de circulation (26) d'un fluide réfrigérant, au moins un capteur de température (20, 21, 22, 23, 24, 25, 30) configuré pour mesurer la température du segment de tuyau ou du fluide réfrigérant, un moyen de commande d'une électrovanne (38) commandant le débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction de la température mesurée par l'au moins un capteur de température et une couche imperméable d'inertie thermique spécifique (41) métallique qui recouvre au moins une partie de la surface du segment de tuyau, de sorte que la couche imperméable d'inertie thermique spécifique empêche tout contact direct entre le fluide réfrigérant et le segment de tuyau. L'invention concerne également un procédé d'obturation d'une tuyauterie acheminant un liquide par formation d'un bouchon de glace et un kit d'installation d'un dispositif d'obturation.

Description

DISPOSITIF D’OBTURATION DE TUYAUTERIES PAR UN BOUCHON DE GLACE
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention vise un dispositif d’obturation de tuyauteries par bouchons de glace. Elle s’applique à la consignation temporaire de lignes de tuyauteries industrielles dans tous secteurs d’activité, notamment les réseaux d’eau et les réseaux d’hydrocarbures. La présente invention permet notamment de répondre aux besoins des exploitants donneurs d’ordre d’installations nucléaires de base (usuellement abrévié « INB »), et des centrales nucléaires puisque les enjeux de sûreté, sécurité et qualité propres à ce secteur ont été pris en compte lors de la conception de l’invention.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
L'obturation de tuyauteries par bouchons de glace est un procédé de maintenance industrielle permettant d’obturer provisoirement une tuyauterie acheminant un liquide pouvant être congelé.
L'obturation de tuyauteries par bouchons de glace présente plusieurs atouts pour la consignation temporaire de lignes de tuyauteries industrielles, notamment pour le transport d’eau et d’hydrocarbures. L'obturation de tuyauteries par bouchons de glace est en particulier mise en oeuvre dans les centrales nucléaires, y compris sur le circuit primaire principal, pour lesquelles le temps d’intervention doit être limité du fait de la présence de rayonnements ionisants et les effets de la cryogénie sur la structure métallurgique des tuyauteries doivent être contrôlés.
L'obturation de tuyauteries par bouchons de glace est obtenue par congélation locale du liquide circulant dans la conduite, à l’aide d’un réfrigérant appliqué autour de la tuyauterie. Par exemple, le réfrigérant utilisé peut-être de l'azote liquide ou de la neige carbonique. Le bouchon de glace ainsi créé isole deux tronçons du circuit rendus physiquement indépendants, en jouant le rôle d’une vanne artificielle temporairement fermée.
Des dispositifs connus d'obturation consistent en une enceinte rigide ou flexible formant un caisson de congélation autour de la tuyauterie. Par exemple, l'enceinte est une enceinte en polystyrène que l’on remplit manuellement avec de l’azote liquide.
D'autres dispositifs d'obturation se présentent sous la forme de deux demi-caissons assemblés autour de la tuyauterie et configurés pour faire circuler un fluide réfrigérant autour de la tuyauterie.
D'autres dispositifs d'obturation se présentent sous la forme d'un enroulement d’une conduite permettant la circulation d'un fluide réfrigérant autour d’un segment de tuyau. Toutefois, les dispositifs de l'art antérieur ne permettent pas d'optimiser les phases de congélation, de maintien du bouchon de glace et de dégel, tout en prévenant le risque de transformations et de dégâts liés au froid et le risque d’une congélation incomplète.
De plus, les opérateurs chargés de manipuler les dispositifs de l'art antérieur sont exposés à des risques d'anoxie lors de la mise en oeuvre dans un espace clos. Ils sont aussi soumis à des risques d'expositions à des substances chimiques et/ou radioactives, ou encore à des brûlures par le froid.
En outre, les dispositifs de l'art antérieur n'offrent pas la possibilité de mesurer et d'enregistrer des données du fonctionnement, en vue d'optimiser la formation du bouchon de glace, en vue de préserver la tuyauterie et en vue d'assurer une traçabilité.
EXPOSE DE L’INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.
À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif d’obturation d’une tuyauterie comportant un tuyau acheminant un liquide, par formation d'un bouchon de glace, dispositif qui comporte :
- un caisson de congélation, configuré pour être monté amovible en contact sur un segment du tuyau, ce caisson comportant une chambre de circulation d'un fluide réfrigérant,
- au moins un capteur de température configuré pour mesurer la température du segment de tuyau ou du fluide réfrigérant,
- un moyen de commande d’une électrovanne commandant le débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction de la température mesurée par l'au moins un capteur de température et
- une couche imperméable d’inertie thermique spécifique qui recouvre au moins une partie de la surface du segment de tuyau interposé entre la chambre de circulation du fluide réfrigérant et le segment de tuyau, de sorte que la couche imperméable d’inertie thermique spécifique empêche tout contact direct entre le fluide réfrigérant et le segment de tuyau.
Grâce à ces dispositions, tout contact direct entre le fluide réfrigérant et le segment de tuyau est empêché. Du fait de son inertie thermique, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique contribue à homogénéiser le refroidissement de la tuyauterie et à éviter d’exposer la surface de la tuyauterie à des températures cryogéniques.
De plus, l’information relative à la mesure de la température permet d’asservir le fonctionnement du dispositif d’obturation en ajustant le débit de fluide réfrigérant. Ces dispositions permettent de piloter les niveaux de température garantissant la bonne formation du bouchon sans altérer les caractéristiques des matériaux de la tuyauterie. Ce pilotage évite les refroidissements excessifs ou trop rapides, susceptibles d’endommager la tuyauterie. Le contrôle des variations de température au moyen du dispositif objet de l'invention permet de prévenir la transition fragile-ductile du métal et notamment les transformations métallurgiques de certains alliages tels que l’acier inoxydable austénitique. Le contrôle des variations de température au moyen du dispositif objet de l'invention permet également de préserver les caractéristiques de tuyauteries comportant d'autres matériaux, par exemple des polymères ou des résines. Le relevé de température permet également de piloter le dispositif d’obturation, par exemple dans le but d’éviter de choquer la surface du tuyau en l’exposant brusquement à des températures cryogéniques.
Ces dispositions permettent également de réduire la quantité de fluide réfrigérant nécessaire au fonctionnement du dispositif, en limitant cette dernière à la quantité suffisante pour atteindre les températures cibles.
En d'autres termes, le dispositif d'obturation de l'invention a pour objet de consigner des portions de tuyauterie par formation de bouchons de glace dans des délais industriels tout en garantissant la répétabilité du procédé d'obturation et la sécurité des opérateurs et des installations.
Dans des modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est un feuillard métallique enroulé autour du segment de tuyau à congeler.
On rappelle qu’un feuillard métallique est une feuille de métal de faible épaisseur. Dans ces modes de réalisation, ce feuillard est enroulé autour d’au moins une partie du tuyau. Le feuillard métallique n'est pas perméable et empêche tout contact direct entre le fluide réfrigérant et la partie du tuyau autour de laquelle se trouve le feuillard. Le feuillard métallique conduit la chaleur et permet d’uniformiser la température appliquée à la partie du tuyau entourée par le feuillard.
Dans des modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est enroulée autour du segment de tuyau sur une longueur supérieure à celle du caisson.
Dans des modes de réalisation, le dispositif d’obturation comporte au moins un capteur configuré pour estimer le débit de circulation du liquide dans le segment du tuyau à congeler.
Dans des modes de réalisation, le capteur configuré pour estimer le débit de circulation du liquide dans le tuyau est un capteur positionné à l'extérieur du tuyau.
Dans des modes de réalisation, le débit d'alimentation en fluide réfrigérant est commandé en fonction du débit du liquide dans le tuyau.
Grâce à ces dispositions, le dispositif permet de vérifier les conditions d’écoulement et adapter la consigne de refroidissement en conséquence et ainsi de contrôler :
- avant le début de la congélation : que le débit de liquide circulant dans le tuyau à congeler est en dessous d’une valeur limite prédéterminée permettant la formation du bouchon de glace ;
- pendant la phase de formation du bouchon de glace : que le débit traversant devient progressivement nul (la nullité indiquant l’étanchéité du bouchon de glace) et qu’il n’y a pas de mouvement de fluide en amont ou en aval de la zone de congélation susceptible d’empêcher la bonne formation du bouchon ;
- pendant la phase d’intervention : que le débit traversant la zone de congelée reste nul et qu’il n’y a pas de mouvement de fluide en amont ou aval de la zone congelée susceptible d’accélérer la fonte d’une partie du bouchon en place ;
- pendant la décongélation : les mouvements du fluide indiquant la fonte du bouchon.
Dans des modes de réalisation, le moyen de commande est configuré pour commander le débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction du débit du liquide dans le tuyau.
Dans des modes de réalisation, le capteur configuré pour estimer le débit de circulation du liquide dans le tuyau est un capteur positionné à l'extérieur du tuyau.
Grâce à ces dispositions, la mesure du débit peut être effectuée à distance, sans installation de capteur dans le tuyau. Par exemple, le capteur configuré pour estimer le débit de circulation du liquide dans le tuyau est un capteur par ultrasons, un sonar, une caméra thermique ou un capteur reposant sur une écoute acoustique.
Dans des modes de réalisation, le dispositif d'obturation comporte un capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant en sortie de la chambre de circulation et le moyen de commande commande le débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction de la température mesurée.
La température du fluide réfrigérant en sortie de la chambre de circulation varie en fonction de la température du segment de tuyau, de la quantité de chaleur échangée dans le caisson, et de l’état physique du fluide réfrigérant en sortie (liquide ou gaz). Ainsi, l’électrovanne est pilotée en fonction de la température du fluide réfrigérant en sortie de la chambre de circulation.
Dans des modes de réalisation, le fluide réfrigérant est de l’azote et le capteur de mesure de température du réfrigérant en sortie de la chambre est configuré pour indiquer si l’azote est liquide (-196°C) ou gazeux au niveau du capteur.
Dans des modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est positionnée en surface du segment de tuyau de manière à recouvrir toute la surface du segment.
Dans des modes de réalisation, le dispositif d’obturation comporte un évaporateur positionné autour de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique.
Au sens de l’invention, un évaporateur est une couche de matériaux comportant une grande surface d’échange thermique avec le milieu ambiant. Grâce à ces dispositions, la surface d’échange entre le fluide cryogénique et le tuyau est augmentée, permettant d’assurer un refroidissement plus homogène du tuyau.
Le transfert de chaleur entre la tuyauterie et l’évaporateur se fait par conduction métal- métal, et par l’intermédiaire de la couche imperméable de conductivité spécifique le cas échéant. Du fait de sa grande conductivité et de sa capacité à diffuser et retenir le fluide réfrigérant, l’évaporateur contribue à homogénéiser le refroidissement de la tuyauterie et augmenter le transfert de chaleur. L’évaporateur permet de diffuser l’écoulement de fluide réfrigérant sur une grande surface autour du segment de tuyau et de retenir le fluide réfrigérant autour de la surface du segment lorsque l’enceinte de congélation n’est pas pleine. Durant le maintien du bouchon de glace, l’évaporateur permet d’assurer la réfrigération avec un faible débit de fluide réfrigérant, sans remplir l’enceinte, et d’éviter les chocs de température.
Dans des modes de réalisation, l’évaporateur comporte un matériau alvéolé ou un maillage de fils constituant une matrice aérée maximisant la surface d’échange thermique avec le fluide réfrigérant.
Le fluide réfrigérant est retenu dans le maillage de l’évaporateur, au contact duquel il s’évapore, offrant une surface d’échange décuplée.
Dans des modes de réalisation, le dispositif obturateur comporte un moyen d’évacuation des vapeurs émanant du fluide réfrigérant.
Grâces à ces dispositions, l'évacuation des vapeurs vers un réseau de ventilation permet d'éviter le risque d’anoxie des utilisateurs du dispositif, en cas d’interventions dans un local clos.
Dans des modes de réalisation, le moyen de commande est configuré pour, avant le début de la congélation, commander un débit de liquide circulant dans le tuyau inférieur à une valeur limite prédéterminée permettant la formation d’un bouchon de glace.
Dans des modes de réalisation, le moyen de commande est configuré pour, pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne de manière à ce que la température à la surface du segment de tuyau reste dans un intervalle de température prédéterminé.
Dans des modes de réalisation, le moyen de commande est configuré pour, pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne pour que la température à la surface du segment de tuyau soit maintenue entre -40°C et - 15°C.
Dans des modes de réalisation, le dispositif d’obturation comporte une pluralité de capteurs de température en plusieurs points à la surface du segment de tuyau à congeler, le moyen de commande étant configuré pour, pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’électrovanne pour que la température en chacun de ces points reste dans un intervalle de températures prédéterminé.
Dans des modes de réalisation, le dispositif d’obturation comporte une pluralité de capteurs de température dont au moins une caméra infrarouge et au moins un thermocouple ou un thermomètre à résistance de platine au contact du segment de tuyau. Dans des modes de réalisation, le moyen de commande est configuré pour, une fois le bouchon formé, commander l’ouverture de la vanne du tuyau en amont pendant la durée de congélation du bouchon.
Grâce à ces dispositions, on éviter le risque que le gonflement de la glace détériore cette vanne ou le tuyau.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un système d’obturation d’une tuyauterie, comportant au moins un dispositif d’obturation selon l'invention, qui comporte un moyen de transmission des données fournies par les capteurs vers un moyen de surveillance à distance et un moyen de commande à distance d’au moins une électrovanne commandant le débit d'alimentation en fluide réfrigérant d’au moins un dispositif d’obturation.
Grâce à ces dispositions, les données mesurées par les dispositifs d’obturation peuvent être collectées et affichées, par exemple sur un écran tactile servant également d’interface homme-machine pour contrôler le fonctionnement du dispositif. Ces dispositions permettent le suivi et la commande du procédé d'obturation à distance, par exemple depuis un autre local via une interface « pas à pas ». De plus, la surveillance et le contrôle à distance du ou des dispositifs d'obturation permet d'assurer la sécurité des opérateurs en permettant de limiter le temps de présence dans la zone d’intervention si celle-ci présente des risques (risque radiologique, risque chimique, risque d'anoxie, risque pression...).
Le système d’obturation permet de suivre une pluralité de dispositifs d'obturations selon l'invention, depuis un même poste de commande à distance.
Selon un troisième aspect, l’invention vise un procédé d’obturation d'une tuyauterie comportant un tuyau acheminant un liquide, par formation d'un bouchon de glace, qui comporte :
- une étape de formation du bouchon de glace par la mise en circulation d'un fluide réfrigérant dans un caisson de congélation, monté amovible en contact sur un segment du tuyau, une couche imperméable d’inertie thermique spécifique recouvrant au moins une partie de la surface du segment de tuyau et s’interposant entre la chambre de circulation du fluide réfrigérant et le segment de tuyau,
- une étape de mesure d’une température du segment de tuyau ou du fluide réfrigérant et
- une étape de commande du débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction de la température mesurée, au moyen d’une électrovanne.
Dans des modes de réalisation, lors de l’étape de formation d’un bouchon de glace, le débit d’alimentation en fluide réfrigérant est commandé pour réaliser une baisse contrôlée de la température du segment de tuyau. Grâce à ces dispositions, on limite les chocs de températures, susceptibles d’endommager la tuyauterie et le risque d’éjection brutale du bouchon de glace (en cas de pression différentielle résiduelle).
Dans des modes de réalisation, le procédé d’obturation comporte une étape de décongélation du bouchon de glace, le débit d’alimentation en fluide réfrigérant étant commandé pour réaliser une augmentation contrôlée de la température du segment de tuyau, lors de l’étape de décongélation.
Grâce à ces dispositions, on limite les chocs de températures, susceptibles d’endommager la tuyauterie, et le risque d’éjection brutale du bouchon de glace (en cas de pression différentielle résiduelle).
Dans des modes de réalisation, le procédé d’obturation comporte une étape de maintien du bouchon de glace et, en cas de coupure d’alimentation électrique, la continuité du procédé est assurée au moyen d’une alimentation électrique de secours.
Grâce à ces dispositions, l’obturation de la tuyauterie peut être prolongée durant la durée nécessaire à la réalisation d’une opération de maintenance, ou lors d'une coupure d’alimentation électrique, par exemple pour une durée d’environ vingt minutes. Cette durée peut être ajustée en fonction des capacités de la batterie et des besoins opératoires.
Dans des modes de réalisation, en cas de coupure d’alimentation électrique et de perte de l’alimentation électrique de secours, l’électrovanne est ouverte, permettant le maintien de l’alimentation en fluide réfrigérant et la continuité du refroidissement de la tuyauterie jusqu’à épuisement des réserves en fluide réfrigérant.
Grâce à ces dispositions, le bouchon de glace est conservé même en l'absence d'alimentation électrique.
Selon un quatrième aspect, l’invention vise un kit d’installation réversible d’un dispositif d’obturation selon l’invention, qui comporte :
- des pièces formant un caisson de congélation et une couche imperméable d’inertie thermique spécifique, configurés pour être installés de manière amovible sur un segment d’un tuyau acheminant du liquide, contenues dans au moins une mallette et
- une mallette dite de « contrôle-commande » abritant au moins un capteur déployable de mesure de température, un moyen de commande de l’électrovanne, un moyen d’affichage et une interface homme-machine permettant l’utilisation du moyen de commande de l’électrovanne.
Grâce à ces dispositions, le dispositif objet de l’invention est contenu dans une ou plusieurs mallettes facilement déployables puis facilement déplacées à nouveau en fonction des besoins. La mallette de contrôle-commande constitue un poste de pilotage mobile permettant aux utilisateurs de contrôler le fonctionnement du dispositif sur le terrain. Certains buts, avantages et caractéristiques particulières du procédé d’obturation, du système d'obturation et du kit d’installation d’un dispositif d’obturation objets de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif d’obturation objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.
D'autres avantages du dispositif, du procédé, du système et du kit objets de l'inventions sont mentionnés ci-après.
La mise en oeuvre du dispositif et du procédé d'obturation de l'invention offrent des avantages conséquents de rapidité et facilité de mise en oeuvre auxquels contribuent notamment : la mise à disposition d'une mallette de contrôle-commande facilement transportable, la présence de rangements ergonomiques pour les matériels déployables, des connecteurs rapides avec détrompeurs pour les instruments de mesure et la commande de l’électrovanne, des raccords rapides à clipser pour les raccords des conduites d’alimentation raccordées à l’électrovanne et au caisson et des raccords rapides pour la conduite d’évacuation des vapeurs de réfrigérant.
D'autres caractéristiques du système d'obturation de l'invention facilitent la commande du dispositif d'obturation et le contrôle des bouchons de glace, notamment : la visualisation optique et thermique à distance depuis la mallette de contrôle-commande ou depuis une tablette déportée, le pilotage du procédé depuis une tablette tactile connectée en wifi ou en filaire à la mallette de contrôle-commande permettant de superviser le process à distance et tout en se déplaçant, sans nécessité de proximité ni d’intervention manuelle et le montage de plusieurs mallettes de contrôle-commande en réseau permettant de superviser plusieurs procédés d’obturation à partir d’une unique tablette portable.
Certaines caractéristiques du dispositif et du procédé d'obturation de l'invention facilitent l'intervention sur une tuyauterie dans un espace restreint, notamment : le réservoir de fluide réfrigérant est déporté par rapport au caisson, l'encombrement du caisson rigide est réduit au minimum, l'électrovanne est amovible entre une entrée et une évacuation auxiliaire de la chambre du caisson.
Enfin, l'enregistrement des données collectées par les capteurs lors du procédé d'obturation de l'invention facilite le suivi en termes d’assurance qualité et la rédaction de rapports de fin d’intervention.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif d'obturation, du procédé d'obturation et du kit objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif d'obturation d'une tuyauterie, objet de la présente invention et
La figure 2 représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulières du procédé d’obturation d'une tuyauterie, objet de la présente invention.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.
On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle.
On observe, en figure 1 , une vue schématique d’un mode de réalisation particulier du dispositif d'obturation 100, objet de la présente invention. Le dispositif 100 comporte un caisson 36 qui est positionné sur un segment 35 d’un tuyau 32 d'une tuyauterie à obturer. Le caisson 36 délimite une chambre 26 étanche, autour du segment 35 de tuyau 32. Préférentiellement, des joints circulaires 12, positionnés entre le tuyau 32 et le caisson 36, assurent l’étanchéité et des calorifuges 13 isolent thermiquement au moins en partie la chambre 26 de l’air atmosphérique.
La mise en oeuvre du dispositif 100 permet la formation d’un bouchon de glace dans le segment 35, et bloque ainsi l’écoulement du liquide dans le tuyau 32. La source permettant la congélation est un fluide réfrigérant circulant dans la chambre 26 du caisson 36. Lors de la circulation du fluide réfrigérant, un transfert de chaleur s’opère depuis le liquide circulant dans le tuyau 32 vers le fluide réfrigérant.
Le fluide réfrigérant peut, par exemple, être de l’azote liquide, ou tout autre fluide cryogénique. Le dispositif 100 comporte un réservoir 40 de fluide réfrigérant acheminé, par une conduite 39 flexible, vers la chambre 26, et passant par une électrovanne 38, un raccordement des éléments étant assuré par l’intermédiaire de raccords rapides 37 clipsables sans égoutture. Les raccords rapides 37 permettent un positionnement de l’électrovanne 38 directement en entrée 43 du caisson 36 ou à distance pour un encombrement adaptable à l’environnement lors du déploiement du dispositif 100.
Préférentiellement, le réservoir 40 de fluide réfrigérant est déporté par rapport au caisson 36 et positionné à au moins 10 mètres de distance, ou dans un local séparé.
L’électrovanne 38 agit sur le débit de fluide réfrigérant qui circule vers la chambre 26. Préférentiellement, la conduite 39 est calorifugée.
Le dispositif 100 comporte un moyen d'évacuation des vapeurs de réfrigérant. Par exemple, le moyen d'évacuation comporte une conduite 14 raccordée au caisson 36, permettant d’évacuer les vapeurs vers un réseau de ventilation (non représenté) et d'éviter le risque d’anoxie des utilisateurs du dispositif, notamment en cas d’intervention dans un local clos. Préférentiellement, le dispositif 100 comporte une évacuation auxiliaire permettant l'évacuation d'un trop plein de fluide réfrigérant. Par exemple, l'évacuation auxiliaire est un trop-plein 16 qui permet, le cas échéant, d’évacuer du liquide débordant de la chambre 26 par gravité, afin que seules les vapeurs soient acheminées vers la conduite 14 d’évacuation des vapeurs.
Préférentiellement, la conduite 14 est raccordée au caisson 36 par une attache 15 rapide à enclencher et à libérer, par exemple par un raccord symétrique (non représenté), aussi appelé « raccord pompier ».
Comme décrit plus haut, le refroidissement du segment 35 de tuyau 32 est une fonction croissante du débit d’alimentation de fluide réfrigérant commandé par l’électrovanne 38.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte un capteur 27 configuré pour estimer le niveau de liquide réfrigérant dans la chambre 26. Dans des modes de réalisation, le débit d'alimentation en fluide réfrigérant commandé par l’électrovanne 38 est commandé en fonction du niveau de liquide dans la chambre 26 estimé par le capteur 27.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte au moins un capteur de température. Par exemple, le capteur de température est un thermocouple ou un thermomètre à résistance de platine. Le thermomètre à résistance de platine est plus souvent appelé sonde ou capteur RTD (abrévié de l’anglais « Résistance Température Detector »). Dans d’autres modes de réalisation, un capteur mesure une température par infrarouge ou par toute autre méthode connue de l’homme du métier.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte quatre capteurs de température surfaciques 22, 23, 24 et 25 par exemple positionnés deux par deux aux extrémités du segment 35 de tuyau 32. Les capteurs de températures 22, 23, 24 et 25 permettent de s’assurer que la température nécessaire à la congélation du liquide est bien atteinte sur tout le segment 35 à congeler. Les capteurs de températures 22, 23, 24 et 25 permettent de vérifier un critère de congélation complète du bouchon, et d’alerter sur le risque de fonte à une extrémité ou l’autre du bouchon.
Dans des modes de réalisation, un capteur de température surfacique 20 est positionné au point immergé en premier par la montée du niveau de fluide réfrigérant dans la chambre 26. Un capteur de température surfacique 21 est positionné au point de début de ruissellement du fluide réfrigérant en entrée. Les capteurs de températures 20 et 21 sont positionnés aux points susceptibles de recevoir les températures les plus basses. Dans des modes de réalisation, des valeurs limites de températures minimales mesurées par les capteurs de température 20 et 21 et à ne pas franchir sont surveillée et participent à l’asservissement de l’électrovanne 38, celle-ci étant fermée si ces températures sont franchies. Par exemple, les capteurs de température surfaciques 22, 23, 20, 21 , 24 et 25 sont fixées au contact du tuyau. Préférentiellement, au moins un des capteurs de température 22 à 25 est une caméra infrarouge et au moins un autre de ces capteurs de température est au moins un thermocouple ou un thermomètre à résistance de platine au contact du segment 35 du tuyau 32.
Dans des modes de réalisation, le débit d'alimentation en fluide réfrigérant commandé par l’électrovanne 38 est commandé en fonction d’une valeur mesurée par un capteur de température.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte au moins un capteur de débit mesurant le débit de liquide contenu dans le segment 35 de tuyau 32. Dans des modes de réalisation, au moins un débitmètre mesure le débit à distance depuis une position extérieure au tuyau 32. Par exemple, au moins un débitmètre est un débitmètre à ultrasons, à sonar ou à écoute acoustique.
Préférentiellement, deux capteurs 28 et 29 mesurant le débit de circulation du liquide sont positionnés en aval et en amont du segment 35 du tuyau 32. C’est-à-dire en amont et en aval de la zone de congélation.
Dans des modes de réalisation, le débit d'alimentation en fluide réfrigérant commandé par l’électrovanne 38 est commandé en fonction d’au moins une valeur mesurée par un capteur de débit.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte au moins un capteur de température mesurant la température atmosphérique.
La température ambiante mesurée influe sur la durée de congélation et la tenue du bouchon de glace à la pression.
Dans des modes de réalisation, les données mesurées par les capteurs du dispositif d'obturation sont enregistrées automatiquement dans une mémoire, locale ou distante. Par exemple les données mesurées et enregistrées incluent au moins l'une des séries de données mesurées au cours du procédé d'obturation parmi :
- des mesures de température au cours du temps,
- les horaires de début et de fin de chaque phase du procédé d'obturation, en particulier les horaires des étapes de formation du bouchon de glace, de maintien du bouchon de glace et de décongélation,
- des mesures de débit dans le segment de tuyau au cours du temps,
- des mesures de pression et
- la position, ouverte ou fermée, de l’électrovanne au cours du temps.
Dans des modes de réalisation, d'autres données sont saisies par un utilisateur et enregistrées. Par exemple, les données saisies par un utilisateur incluent au moins des observations visuelles ou des mesures de pression. Dans des modes de réalisation, un rapport d'intervention comportant au moins une donnée enregistrée est généré automatiquement à la fin du procédé d'obturation.
Dans des modes des réalisations, l’ensemble du contrôle et de la commande du dispositif 100 est réalisé au moyen d’une mallette 33 dite de contrôle-commande. La mallette de contrôle-commande contient l’électronique nécessaire aux contrôles des différents capteurs et à la commande de l’électrovanne. Ces composants individuellement bien connus de l’homme du métier comportent un processeur, une carte graphique, des conditionneurs associés aux capteurs de mesure tels que des thermocouples ou des capteurs RTD, une mémoire de stockage. La mallette 33 de contrôle-commande est protégée par un carter et présente un écran tactile 18 pour assurer l’interface homme-machine. Dans des modes de réalisation, une tablette tactile 19, dotée d’une connexion sans fil avec la mallette 33, peut se substituer au moniteur principal dans ses fonctions d’affichage et de commande.
La mallette 33 de contrôle-commande comporte également les connectiques pour le branchement des différents instruments de mesure et de l’électrovanne, accessibles en façade. Dans des modes de réalisation, les connectiques sont des connexions rapides avec détrompeurs, pour permettre une mise en place rapide et sans erreur. Dans des modes de réalisation, des logements permettant le rangement des instruments de mesure et câbles associés sont aménagés dans la mallette 33.
Dans des modes de réalisation, la mallette 33 abrite des instruments de mesure déployables. Par exemple, la mallette 33 abrite au moins un capteur de température ambiante, une caméra thermique 30 et une caméra optique 31. Une fois déployés, le capteur de température ambiante et les caméras 30 et 31 permettent de surveiller à distance le caisson 36, en transmettant les images et données recueillies à un logiciel de contrôle, disponible à l’écran 18 de la mallette 33, ou par l’intermédiaire de la tablette tactile 19.
Dans des modes de réalisation, les pièces formant le caisson de congélation et le moyen de commande du débit, configurés pour être installés de manière amovible sur un segment d’un tuyau acheminant du liquide, sont contenues dans au moins une mallette 34. Un kit comportant ces éléments ainsi qu’une mallette 33 de contrôle-commande permet le déploiement autonome d’un dispositif 100 d’obturation selon l’invention.
On peut aussi réorganiser les éléments répartis entre les mallettes 33 et 34 dans une unique mallette ou les séparer entres trois mallettes ou plus.
Une couche imperméable d’inertie thermique spécifique 41 est positionnée en surface du segment de tuyau de manière à recouvrir toute la surface du segment 35. Par exemple, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique 41 comporte un feuillard métallique.
L’inertie thermique dépend de plusieurs facteurs, tels que diffusivité et capacité thermique. La couche imperméable d’inertie thermique spécifique est configurée pour assurer une vitesse prédéterminée d’évolution de la température en surface intérieure, lorsque la surface extérieure est soumise au contact direct de l’azote (-196°C) à partir d’un état initial à 20°C. Cette vitesse de refroidissement en surface intérieure de la couche d’inertie spécifique est comprise dans un intervalle allant de 0,5 à 20°C/s et, préférentiellement, dans un intervalle allant de 1 à 10°C/s.
Dans des modes de réalisation, un évaporateur 42 est positionné autour de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique 41 .
Dans des modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique 41 et l’évaporateur 42 sont fixés sur le segment 35 par des colliers de serrage rapides autobloquants ou au moyen de toute autre solution de serrage externe.
Dans des modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique 41 recouvre au moins une partie de la surface du segment 35 de tuyau 32. Cette couche 41 est préférentiellement constituée d’une feuille de métal de faible épaisseur positionnée au moins en partie autour du tuyau. Dans des modes de réalisation (non représenté), cette feuille de métal est enroulée autour du segment 35 de tuyau 32 sur une longueur légèrement supérieure à la longueur du caisson 26 (cette longueur étant l’extension du contact du caisson avec le tuyau 32, mesurée parallèlement à l’axe d’écoulement de fluide dans le tuyau 32).
L’évaporateur 42 est configuré pour faciliter le transfert de chaleur entre le tuyau et le fluide réfrigérant. On rappelle que l’évaporateur comporte une couche de matériaux qui présente une grande surface d’échange thermique avec le milieu ambiant. Préférentiellement, l’évaporateur comporte un matériau alvéolé, un maillage de fils, de fibres ou de copeaux métalliques formant une matrice aérée ou un grillage métallique.
Dans des modes de réalisation, les fixations et raccords du caisson 36 sont configurés pour permettre un déploiement et un rangement rapide du dispositif 100, ils comportent :
- une connexion de la conduite 39 d’alimentation en fluide réfrigérant au moyen de raccords rapides 37,
- une connexion de la conduite 14 d’évacuation vapeur par un raccord 15 pompier et/ou
- une fixation de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique et de l’évaporateur sur le segment 35 de tuyau 32 par colliers de serrage rapides autobloquants ou autre solution de serrage externe.
Par exemple, le raccord 37 est un raccord rapide Stàubli (marque déposée) sans égoutture.
Dans des modes de réalisation, le caisson 36 comporte deux parties qui s’assemblent entre elles pour venir enserrer le segment 35 de tuyau 32. Préférentiellement, les deux parties du caisson 36 sont fixées entre elles par des boulons ou charnières et sauterelles en nombre limité, par exemple moins de dix boulons et/ou charnières.
Le moyen de commande, par exemple la mallette 33 est configuré pour commander le débit d'alimentation en fluide réfrigérant : - en fonction croissante du débit du liquide dans le tuyau 32,
- avant le début de la congélation, commander un débit de liquide circulant dans le tuyau 32 inférieur à une valeur limite prédéterminée permettant la formation d’un bouchon de glace,
- pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne 38 de manière à ce que la température à la surface du segment 35 de tuyau 32 reste dans un intervalle de température prédéterminé, par exemple entre -40°C et -15°C,
- pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’électrovanne pour que la température en chacun des points où se trouvent les capteurs 22 à 25 de température reste dans un intervalle de températures prédéterminé et/ou
- une fois le bouchon formé, commander l’ouverture de la vanne du tuyau en amont pendant la durée de congélation du bouchon.
On observe, sur la figure 2, une succession d’étapes particulières du procédé 200 d’obturation d'une tuyauterie comportant un tuyau acheminant un liquide, par formation d'un bouchon de glace.
Le procédé 200 d’obturation comporte :
- une étape 75 de formation du bouchon de glace, par la mise en circulation 55 d'un fluide réfrigérant dans un caisson de congélation, monté amovible en contact sur un segment du tuyau,
- au moins une étape, 60 ou 80, de mesure d’une température du tuyau ou du fluide réfrigérant et
- au moins une étape, 65 ou 90, de commande du débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction de la température mesurée, au moyen d’une électrovanne.
Dans des modes de réalisation, le procédé 200 comporte une étape 105 de maintien du bouchon de glace.
Dans des modes de réalisation, lors de l’étape 75 de formation d’un bouchon de glace, le débit d’alimentation en fluide réfrigérant est commandé lors d’une étape 70 pour réaliser une baisse contrôlée de la température du segment de tuyauterie.
Dans des modes de réalisation, le procédé comporte, lors de l’étape 105 de maintien du bouchon de glace, une étape 85 de vérification des critères garantissant l’intégrité de l’obturation et les propriétés mécaniques du matériau de la tuyauterie, et le débit d’alimentation en fluide réfrigérant est commandé lors de l’étape 95 pour maintenir la température du segment de tuyauterie à des valeurs contrôlées.
Dans des modes de réalisation, le procédé 200 d’obturation comporte une étape 115 de décongélation du bouchon de glace. Dans des modes de réalisation, le débit d’alimentation en fluide réfrigérant est commandé lors d’une étape 110 pour réaliser une augmentation contrôlée de la température du segment de tuyau, lors de l’étape 115 de décongélation du bouchon de glace.
Dans des modes de réalisation, en cas de coupure d’alimentation électrique, le moyen de commande assure la continuité du procédé 200 pendant une durée prédéterminée. Par exemple la durée prédéterminée est une demi-heure. Par exemple, l’alimentation électrique est maintenue au moyen d’un onduleur ou d’une batterie. Dans des modes réalisation, l’électrovanne 38 est normalement ouverte en cas de coupure d’alimentation électrique ou après une durée prédéterminée suivant une coupure d’alimentation électrique, pour garantir en cas de coupure d’alimentation d’une durée supérieure à la durée garantie de l’alimentation secourue, la continuité de l’alimentation en fluide réfrigérant et le maintien de l’intégrité du bouchon de glace.
Dans des modes de réalisation, la mise en oeuvre du procédé d’obturation 200 est réalisée au moyen d’un dispositif 100 tel que décrit précédemment. Un logiciel géré par le processeur de la mallette de contrôle-commande 33 pilote l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne 38 d’alimentation en réfrigérant, au cours de chaque phase du procédé (formation du bouchon, maintien, décongélation), et assure l’enregistrement des données.
Dans des modes de réalisation, lors d’une étape préliminaire (non représentée), un menu affiché sur l’écran tactile de la mallette de contrôle-commande permet à un utilisateur de préciser les paramètres de l’intervention, de choisir un mode avec ou sans contrôle renforcé et de contrôler des températures dans la tuyauterie. Lors de cette étape préliminaire, la bonne réception et la cohérence des signaux des capteurs est aussi vérifiée.
Durant l’étape 75 de formation du bouchon de glace, le logiciel commande l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne 38 pour suivre une consigne de température en surface du segment de tuyau à congeler. L’arrivée de réfrigérant est automatiquement stoppée quand le caisson est entièrement rempli. Dans des modes de réalisation, la température est enregistrée en plusieurs points à la surface du segment de tuyau à congeler et l’électrovanne est commandée pour suivre une consigne précise de descente en température lors d’une étape 70.
Durant l’étape 105 de maintien du bouchon de glace, le logiciel commande l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne de manière à ce que la température à la surface du segment de tuyau congelé reste dans un intervalle de température prédéterminé. Par exemple, la surface du segment de tuyauterie 35, est maintenue à une température comprise entre -40°C et -15°C durant cette étape. Dans des modes de réalisation, la température est enregistrée en plusieurs points à la surface du segment de tuyau à congeler et l’électrovanne est commandée afin d’assurer que la température en chacun de ces points reste dans un intervalle de températures prédéterminé. Dans des modes de réalisation, la présence d’un débit de fuite est surveillée au moyen d’un débitmètre. Par exemple, un débit trop important ou un débit non nul indiquerait la présence de fluide s’écoulant pouvant entraver la formation du bouchon de glace.
Durant l’étape 115 de décongélation du bouchon de glace, le logiciel commande l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne pour suivre une consigne de température en surface du segment de tuyau congelé.
Dans des modes de réalisation, la température en plusieurs points à la surface du segment de tuyau est enregistrée et l’électrovanne est commandée pour suivre une consigne précise de remontée en température, lors d’une étape 110.
Le logiciel permet l’exécution des différentes phases du procédé 200 d’obturation en suivant les consignes d’un protocole d’intervention préenregistré. L’utilisateur est guidé à chacune des étapes et il est invité à confirmer le passage d’une étape du procédé à la suivante. Sur demande, l’utilisateur a la possibilité de répéter une étape du procédé, de revenir à une étape antérieure ou de forcer le passage à l’étape 115 de décongélation en cas d’abandon de l’intervention.
On donne, ci-dessous, d’autres explications techniques de modes de réalisation particuliers du dispositif d’obturation objet de l’invention. La couche imperméable d’inertie thermique spécifique a pour fonctions :
- de limiter la baisse de température en surface de la tuyauterie et rendre cette baisse de température moins rapide, ce qui permet la régulation par le biais de la commande de débit du réfrigérant. Cette fonction est principalement liée à la capacité thermique de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique et/ou
- d’uniformiser la température à la surface du tuyau. Cette fonction est principalement liée à la conductivité thermique de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique.
L’objectif principal est de l’interposition de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est de refroidir le tuyau de manière homogène sans dépasser une valeur limite basse de température, pour éviter les transformation structurelles de certains matériaux, par exemple la modification du taux de ferrite dans les aciers inoxydable austénitiques, et le passage dans le domaine fragile d’autres matériaux, par exemple, le risque de rupture fragile des aciers au carbone à basse température. Ces avantages sont importants pour les interventions dans le domaine de l’industrie nucléaire civile, où les propriétés chimiques et mécaniques des aciers sont très réglementées pour assurer les requis de sûreté. La couche imperméable d’inertie thermique spécifique limite également les chocs thermiques, qui peuvent induire de fortes contraintes en surface du matériau.
L’épaisseur de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est, préférentiellement, comprise à entre 0,02 mm. et 0,1 mm. Dans des modes de réalisation, une pâte thermique est positionnée entre la couche imperméable d’inertie thermique spécifique et le tuyau pour assurer la bonne conduction thermique.
L’électrovanne 38 est pilotée en fonction des températures mesurées en surface de la tuyauterie à congeler, et d’autres capteurs indiquent, par exemple, un trop plein de réfrigérant ou une fonte du bouchon dans la canalisation. C’est la température en surface du tuyau qui est l’objet d’un asservissement, la consigne pouvant changer selon la phase du procédé ou les alertes rencontrées.
Le débit du fluide réfrigérant à l'intérieur du dispositif est asservi à la température mesurée en surface de la tuyauterie à congeler et/ou la présence d’un trop plein de réfrigérant.
La condition de fonctionnement idéale est un débit nul dans la canalisation. Néanmoins, il est possible qu’une canalisation à congeler ne soit pas parfaitement consignable et présente un faible débit. La mesure de ce débit permet de déterminer la faisabilité de l’obturation par congélation, et donne un indicateur supplémentaire quant à la formation complète du bouchon au cours du processus de congélation.
Le dispositif d’obturation comporte une couche imperméable d’inertie thermique spécifique qui recouvre la totalité de paroi du tuyau pouvant être en contact avec le réfrigérant. Cette couche est caractérisée par son imperméabilité, qui garantit l’absence de contact direct du réfrigérant avec la surface de la tuyauterie, et par une épaisseur et des propriétés physiques qui lui confèrent une inertie thermique choisie pour empêcher l’atteinte de températures trop basses en surface de la tuyauterie. Les propriétés physiques d’intérêt sont notamment la conductivité thermique et la capacité thermique massique.
Du fait de son inertie thermique, cette couche contribue à éviter de choquer la surface de la tuyauterie à des températures cryogéniques. Elle contribue à réduire la vitesse de la baisse de température en surface de la tuyauterie exposée au réfrigérant, permettant une régulation de la température de surface par un commande du débit de réfrigérant.
Du fait de sa conductivité thermique, cette couche permet un échange de chaleur suffisant pour permettre la congélation et contribue à homogénéiser le refroidissement de la tuyauterie, permettant une baisse de température moins brusque mais répartie sur une plus large surface.
Dans certains modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est une feuille de métal - ou feuillard - enroulée de manière ajustée autour du segment de tuyau à congeler.
Dans certains modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est en aluminium et présente une épaisseur d’environ 0,1 mm, par exemple comprise entre 0,05 mm et 0,2 mm et, préférentiellement, entre 0,05 mm. et 0,15 mm.
Une fois le bouchon formé mais pas complet, l’ouverture de la vanne de la tuyauterie, même partielle, en amont du bouchon permet d’éviter que le gonflement de la glace détériore cette vanne. En effet, l’expansion de la glace pourrait comprimer le liquide entre le bouchon et une vanne fermée, avec des risques pour la tuyauterie et la vanne. Des purges régulières, c’est-à-dire des ouvertures de vanne de la tuyauterie évacuent la surpression causée par l’expansion du bouchon et préserve les matériels. Ce risque concernant la pression est contrôlé par des mesures amont/aval en cours de process qui ne sont pas l’objet de la présente invention. Ces mesures peuvent néanmoins être tracées par l’interface homme-machine afin de figurer dans le rapport de fin d’intervention généré par le dispositif. Par ailleurs, l’application signale, à intervalles de temps réguliers, à l’opérateur que les pressions amont/aval doivent être contrôlées pendant la phase de formation du bouchon.
La température à laquelle la tuyauterie est exposée est contrôlée. Grâce à la couche imperméable d’inertie thermique spécifique, lorsque celle-ci est en contact avec le réfrigérant, le régime permanent met une certaine durée à s’établir, ce qui permet d’étaler dans le temps la baisse de température en surface de la tuyauterie (cette augmentation du temps de réponse est nécessaire pour pouvoir réguler la température avec l’électrovanne, sinon la surface du tuyau passe instantanément à -196°C au contact direct de l’azote liquide). Une fois le régime permanent établi, un gradient est obtenu dans la couche imperméable d’inertie thermique spécifique, entre la surface en contact avec l’azote et celle en contact avec la tuyauterie : par exemple, cette différence de températures est de l’ordre de 100°C.
La présence de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique limite aussi le gradient de température dans les directions radiales et longitudinales, en évidant un choc thermique en surface.
On note que, en l’absence de couche imperméable d’inertie thermique spécifique, le gradient thermique est moindre dans la direction longitudinale par rapport à la direction radiale où il peut dépasser 100°C/mm. En limitant les gradients de température, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique permet de limiter l’apparition de contraintes liées aux dilatations thermiques différentielles dans le matériau de la canalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d’obturation (100) d'une tuyauterie comportant un tuyau (32) acheminant un liquide, par formation d'un bouchon de glace, caractérisé en ce qu'il comporte :
- un caisson (36) de congélation, configuré pour être monté amovible en contact sur un segment (35) du tuyau, ce caisson comportant une chambre (26) de circulation d'un fluide réfrigérant,
- au moins un capteur (20, 21 , 22, 23, 24, 25, 30) de température configuré pour mesurer la température du segment de tuyau ou du fluide réfrigérant,
- un moyen de commande (33) d’une électrovanne (38) commandant le débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction de la température mesurée par l'au moins un capteur de température et
- une couche imperméable d’inertie thermique spécifique (41) qui recouvre au moins une partie de la surface du segment de tuyau interposé entre la chambre de circulation du fluide réfrigérant et le segment de tuyau, de sorte que la couche imperméable d’inertie thermique spécifique empêche tout contact direct entre le fluide réfrigérant et le segment de tuyau.
2. Dispositif d’obturation (100) selon la revendication 1 , dans lequel la couche imperméable d’inertie thermique spécifique (41) est un feuillard métallique enroulé autour du segment de tuyau (32) à congeler.
3. Dispositif d’obturation (100) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la couche imperméable d’inertie thermique spécifique (41) est enroulée autour du segment (35) de tuyau (32) sur une longueur supérieure à celle du caisson (36).
4. Dispositif d’obturation (100) selon l’une des revendications 1 à 3, sui comporte au moins un capteur (28, 29) configuré pour estimer le débit de circulation du liquide dans le segment du tuyau à congeler.
5. Dispositif d’obturation (100) selon la revendication 4, dans lequel le capteur (28, 29) configuré pour estimer le débit de circulation du liquide dans le tuyau (32) est un capteur positionné à l'extérieur du tuyau.
6. Dispositif d’obturation (100) selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel le moyen de commande est configuré pour commander le débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction du débit du liquide dans le tuyau.
7. Dispositif d’obturation (100) selon l’une des revendications 1 à 6, qui comporte un capteur (21) de mesure de la température du fluide réfrigérant en sortie de la chambre (26) de circulation et le moyen de commande (33) commande l’électrovanne (38) d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction de la température mesurée.
8. Dispositif d’obturation (100) selon la revendication 7, dans lequel le fluide réfrigérant est de l’azote et le capteur de mesure de température du réfrigérant en sortie de la chambre (26) est configuré pour indiquer si l’azote est liquide (-196°C) ou gazeux au niveau du capteur.
9. Dispositif d’obturation (100) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la couche imperméable d’inertie thermique spécifique (41) est positionnée en surface du segment (35) de tuyau (32) de manière à recouvrir toute la surface du segment.
10. Dispositif d’obturation (100) selon l’une des revendications 1 à 9, qui comporte un évaporateur (42) positionné autour de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique (41 ).
11. Dispositif d’obturation (100) selon la revendication 10, dans lequel l’évaporateur (42) comporte un matériau alvéolé ou un maillage de fils constituant une matrice aérée augmentant la surface d’échange thermique avec le fluide réfrigérant.
12. Dispositif d’obturation (100) selon l’une des revendications 1 à 11 , qui comporte un moyen (14) d’évacuation des vapeurs émanant du fluide réfrigérant.
13. Dispositif d’obturation (100) selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel le moyen de commande (33) est configuré pour, avant le début de la congélation, commander un débit de liquide circulant dans le tuyau (32) inférieur à une valeur limite prédéterminée permettant la formation d’un bouchon de glace.
14. Dispositif d’obturation (100) selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel le moyen de commande (33) est configuré pour, pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne (38) de manière à ce que la température à la surface du segment (35) de tuyau (32) reste dans un intervalle de température prédéterminé.
15. Dispositif d’obturation (100) selon la revendication 14, dans lequel le moyen de commande (33) est configuré pour, pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne pour que la température à la surface du segment de tuyau soit maintenue entre -40°C et -15°C.
16. Dispositif d’obturation selon l’une des revendications 14 ou 15, qui comporte une pluralité de capteurs de température (22 à 25) en plusieurs points à la surface du segment (35) de tuyau (32) à congeler, le moyen de commande (33) étant configuré pour, pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’électrovanne pour que la température en chacun de ces points reste dans un intervalle de températures prédéterminé.
17. Dispositif d’obturation (100) selon l'une des revendications 1 à 16, qui comporte une pluralité de capteurs de température dont au moins une caméra infrarouge et au moins un thermocouple ou un thermomètre à résistance de platine au contact du segment (35) de tuyau (32).
18. Dispositif d’obturation (100) selon l'une des revendications 1 à 17, dans lequel le moyen (33) de commande est configuré pour, une fois le bouchon formé commander l’ouverture de la vanne du tuyau en amont pendant la durée de congélation du bouchon.
19. Système d’obturation d’une tuyauterie, comportant au moins un dispositif (100) d’obturation selon l'une des revendications 1 à 18, qui comporte un moyen de transmission des données fournies par les capteurs vers un moyen de surveillance à distance et un moyen de commande à distance d’au moins une électrovanne commandant le débit d'alimentation en fluide réfrigérant d’au moins un dispositif d’obturation.
20. Procédé (200) d’obturation d'une tuyauterie comportant un tuyau (32) acheminant un liquide, par formation d'un bouchon de glace, qui comporte :
- une étape de formation du bouchon de glace par la mise en circulation d'un fluide réfrigérant dans un caisson de congélation, monté amovible en contact sur un segment du tuyau, une couche imperméable d’inertie thermique spécifique recouvrant au moins une partie de la surface du segment de tuyau et s’interposant entre la chambre de circulation du fluide réfrigérant et le segment de tuyau,
- une étape de mesure d’une température du segment de tuyau ou du fluide réfrigérant et
- une étape de commande du débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction de la température mesurée, au moyen d’une électrovanne.
21. Procédé (200) selon la revendication 20, dans lequel, lors de l’étape de formation d’un bouchon de glace, le débit d’alimentation en fluide réfrigérant est commandé pour réaliser une baisse contrôlée de la température du segment de tuyau. 22. Procédé (200) selon l’une des revendications 20 ou 21 , qui comporte une étape
(115) de décongélation du bouchon de glace, le débit d’alimentation en fluide réfrigérant étant commandé pour réaliser une augmentation contrôlée de la température du segment de tuyau, lors de l’étape de décongélation. 23. Procédé (200) selon l’une des revendications 20 à 22, qui comporte une étape
(105) de maintien du bouchon de glace et, en cas de coupure d’alimentation électrique, la continuité du procédé est assurée au moyen d’une alimentation électrique de secours.
24. Procédé (200) selon l’une des revendications 20 à 23, qui comporte, en cas de coupure d’alimentation électrique et de perte de l’alimentation électrique de secours, une étape d’ouverture de l’électrovanne, permettant le maintien de l’alimentation en fluide réfrigérant et la continuité du refroidissement de la tuyauterie jusqu’à épuisement des réserves en fluide réfrigérant. 25. Kit d’installation réversible d’un dispositif (100) d’obturation d’un tuyau (32) prédéterminé selon l’une des revendications 1 à 18, qui comporte :
- des pièces formant un caisson de congélation et une couche imperméable d’inertie thermique spécifique (41), configurés pour être installés de manière amovible sur un segment (35) d’un tuyau (32) acheminant du liquide, contenues dans au moins une mallette et - une mallette (33) dite de « contrôle-commande » abritant au moins un capteur déployable de mesure de température, un moyen de commande de l’électrovanne (38), un moyen d’affichage et une interface homme-machine permettant l’utilisation du moyen de commande de l’électrovanne.
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