WO1991018231A1 - Conduite tubulaire flexible comportant des moyens de chauffage incorpores - Google Patents

Conduite tubulaire flexible comportant des moyens de chauffage incorpores Download PDF

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WO1991018231A1
WO1991018231A1 PCT/FR1991/000403 FR9100403W WO9118231A1 WO 1991018231 A1 WO1991018231 A1 WO 1991018231A1 FR 9100403 W FR9100403 W FR 9100403W WO 9118231 A1 WO9118231 A1 WO 9118231A1
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PCT/FR1991/000403
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Inventor
Jean-Michel Lequeux
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Technip Energies France SAS
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Coflexip SA
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    • 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
    • F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/04—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
    • F16L11/12—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with arrangements for particular purposes, e.g. specially profiled, with protecting layer, heated, electrically conducting
    • F16L11/127—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with arrangements for particular purposes, e.g. specially profiled, with protecting layer, heated, electrically conducting electrically conducting
    • 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
    • F16L53/00—Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
    • F16L53/30—Heating of pipes or pipe systems
    • F16L53/35—Ohmic-resistance heating
    • F16L53/38—Ohmic-resistance heating using elongate electric heating elements, e.g. wires or ribbons

Definitions

  • the present invention relates to a flexible tubular pipe comprising incorporated heating means and more specifically a flexible tubular pipe for the transport of pressurized liquid and / or gaseous fluids, in which the temperature of the fluid leaving the pipe must be maintained substantially equal to the inlet temperature despite the inevitable heat exchanges with a relatively cold ambient environment or in which the temperature drop of the fluid transported between the inlet and the outlet of the pipe must be limited to a relatively low value.
  • Flexible pipes within the meaning of the invention are of course not limited to the transport of hydrocarbons but can also be used for the transport of various products such as natural products which must be maintained at a more or less high temperature such as products oilseeds, the lines can also be used in other applications, for example
  • the flexible tubular conduits according to the invention are of the type comprising a flexible external tubular protective sheath, a set of reinforcing reinforcements, a tube or a flexible internal tubular sheath and, if necessary, at least one intermediate flexible tubular sheath, and include heating means in the form of electrically conductive wires connected to a source of electrical energy and giving off heat by Joule effect, said wires being arranged along the length of the pipe.
  • the known solutions give relative satisfaction for short length pipes which do not require high mechanical characteristics but are not suitable in particular for the transport of fluids such as hydrocarbons at high pressures and / or at a high depth with sections of large pipes, length, in particular greater than 1000 m.
  • the pipes for this purpose must in particular have high mechanical characteristics, in particular of tensile, crushing and internal pressure resistance of the transported fluid.
  • the conductors embedded in an elastomeric material, or sheathed, which are found in known heating pipes have relatively small metal sections and have the drawback of being limited in terms of heat flux that can be emitted and possible length of continuous pipe section, as well as the disadvantage of operating at a relatively high temperature of the conductors, with poor characteristics of distribution and transmission of heat to the transported fluid.
  • the present invention proposes to produce a flexible tubular pipe, usable in particular for the transport of fluids under pressure, comprising heating means by Joule effect in the form of electric wires arranged along the length of the pipe and offering the advantage over to known solutions of transmitting to the transported fluid a substantially greater heat flow and well distributed around the pipe and of producing pipes of much greater continuous length without intermediate electrical connection independently of the connections at the two ends of each section of pipe.
  • the flexible tubular conduit according to the invention is essentially characterized by the fact that it comprises a plurality of electrically conductive wires, arranged in at least one ply in which said wires are parallel to one another and wound in turns around the axis of the pipe, the or each of the plies of conductive wires being disposed between two flexible tubular sheaths of the pipe, said conductive wires being non-contiguous with each other and each being supported by a surface contact on the underlying tubular sheath.
  • heating sectors consisting of conductive wires arranged side by side with a certain lateral functional clearance and having significant heat dissipation surfaces in contact of the underlying sheath, and therefore in the direction of the fluid transported inside the flexible pipe.
  • each of the conductive wires is advantageously a metal profile, preferably unsheathed, advantageously of solid section and of non-circular shape, for example oval, elliptical, - h -
  • the conducting wires of the or each ply may simply be placed between the facing surfaces of the sheaths between which they are placed or, alternatively, be housed in grooves of corresponding sections formed in at least one of the faces of the sheaths. look.
  • This embodiment makes it possible in particular to use wires of circular section or of a section close to the circular section while ensuring a high heat transfer surface towards the underlying layer.
  • the conducting wires are connected to a source of electrical energy at one of the ends, or possibly at each of the two ends, the connection being made by connection conductors which pass through the end piece mounted at said end or, where appropriate, the two end caps.
  • the electrical supply of the conducting wires of the flexible tubular pipe according to the invention can preferably be carried out with direct current or three-phase alternating current.
  • a single sheet of conductive wires is provided. Several variant embodiments are then possible.
  • the sheet is subdivided into two sectors of wires made of the same conductive material and of the same section, the sectors each extending substantially over 180 °, the wires of each of the sectors being connected respectively in parallel and the wires of each of the two sectors being connected in series to the wires of the other sector.
  • the wires of one of the sectors ensure the conduction of electric current in one direction along the flexible tubular conduit, the wires of the other sector ensuring the return of the current.
  • the different sectors are advantageously separated from one another by insulators, in particular in the form of rods of elastomeric or plastomeric material arranged between the 3rd conductor wires of the different sectors, additional insulating rods being able to be placed between the electrical conductors inside 'a same electrically conductive area.
  • additional insulating rods being able to be placed between the electrical conductors inside 'a same electrically conductive area.
  • the number of rods or insulating coatings is nevertheless limited so that the total area of the conductive wires in contact with the underlying sheath is greater than 30% and preferably greater than 50% of the perimeter of said sheath.
  • a value greater than 70% up to 90% there is provided a first sector of wires supplied in parallel and made of the same conductive material and a second sector consisting of wires supplied in parallel and produced of a second conductive material.
  • all the conductive wires of the sheet are made of the same conductive material and are all arranged in parallel, the return of the electric current being produced by a separate electric conductor.
  • two plies of conductive wires are provided, each arranged between two flexible tubular sheaths of the pipe, each of the plies having an arrangement as described above and being arranged so that the wires one of the plies are all mounted in parallel and provide electrical conduction in one direction along the pipe, the wires of the other ply also being mounted in parallel with one another but in series with respect to the wires of the first ply ensuring the return of the current.
  • a three-phase alternating current supply it is provided in one embodiment to subdivide a single layer of electrically conductive wires into three sectors separated by means of insulation, in particular plastic or elastomeric rods, the wires of each sector being mounted in parallel on a phase of the electrical supply.
  • the electrically conductive wires of the plies according to the invention can be wound in turns around the axis of the pipe according to any desired configuration that does not affect the mechanical properties of the pipe, particularly in terms of flexibility, for example a configuration in "SZ", that is to say with periodic reversal of the direction of spiraling of the wires, or advantageously a helical configuration around the pipe, the wires being wound in continuous helices with constant pitch.
  • SZ configuration in "SZ”
  • the pipe comprises as reinforcement armor an armor resistant both to the traction and to the radial forces of the internal pressure, composed for example of two crossed plies each made up of wires arranged helically around the pipe with the same winding angle of 55 ° with respect to the axis of the pipe, the wires of the two plies being wound with opposite angles with respect to the axis of the pipe, the wires constituting the or each of the plies of wires heating elements according to the invention are preferably placed on the internal sheath, inside said armor, wound in continuous helices having a winding angle less than 55 °, the difference between this angle and 55 ° possibly being small, for example only a few degrees.
  • the flexible tubular pipe comprises a pressure resistance armor (pressure vault) wound by spiraling, and, outside the vault, a tensile resistance armor having an angle of armouring less than 55 °
  • the electrically conductive wires are placed between the pressure vault and the tensile armor, with an intermediate sheath on each side and wound in continuous helices with a tying angle greater than that of the tensile armors, the difference between said angles being preferably at least equal to 10 °.
  • the temperature in use of the wires of the heating layers remains relatively low and very little higher than the temperature of the internal part of the wall of the flexible pipe, as well as the temperature of the fluid transported. , the difference being normally less than 1 ° C.
  • this property of the flexible pipe according to the invention makes it possible, from the measurement of the electrical parameters of intensity and / or potential difference, to measure with great precision and continuously, at each instant, temperature of the fluid transported, including during the preliminary transient temperature rise phase.
  • the measurement of the intensity makes it possible to determine the instantaneous value of the electrical resistance of the sheet of conductive wires, and consequently the value the resistivity of its wires, which is itself a function of the current temperature of the wires.
  • the temperature of the conducting wires being very close, at all times, to that of the transported fluid, it is therefore possible to directly convert the measurement of. the current intensity in value of the temperature of the fluid transported, the measurement accuracy thus obtained can be of the order of 1 ° C.
  • flexible tubular sheaths By flexible tubular sheaths according to the invention is meant the plastic or elastomeric sheaths constituting the usual structure of the flexible pipe and / or additional tubular sheaths put in place within the framework of the implementation of the invention to ensure the electrical insulation at the level of the ply or plies of conductive wires, at least one of the sheaths disposed outside of the ply or plies of conductive wires having to be sealed.
  • sheath according to the invention means not only a tubular layer placed in a conventional manner by extrusion but a layer which can be put in place in any suitable manner, in particular by tape.
  • the flexible tubular pipe according to the invention can advantageously be provided at its periphery with a thermal insulation structure avoiding losses towards the outside of the heat released by the Joule effect, this insulation structure can for example be of the type of that described in French patent FR-A 2,563,608 in which the applicant company is co-owner.
  • FIG. 2 illustrates an exemplary embodiment of a heating sheet according to the invention
  • FIG. 3 is a sectional view of another embodiment of a flexible tubular pipe according to the invention.
  • FIG. 7 illustrates similarly to 3a Figure 1 another pipe structure according to the invention with two heating layers.
  • FIG. 8 illustrates an exemplary embodiment of a heating structure with two layers of conductive wires,
  • FIGS. 9 and 10 are views similar to FIGS. 1 and 7 of other embodiments of flexible tubular conduits according to the invention.
  • FIG. 1 Illustrated in FIG. 1 is an example of a flexible tubular pipe which can be used, in particular for transporting pressurized fluids such as in particular the hydrocarbons produced during the operation of subsea wells.
  • pressurized fluids such as in particular the hydrocarbons produced during the operation of subsea wells.
  • the applicant company manufactures and markets such pipes, which have high mechanical characteristics, particularly in terms of resistance to traction, crushing and the internal pressure of the transported fluid.
  • the pipe illustrated in FIG. 1 is of the “Smooth-bore” type and comprises a flexible external tubular sheath 1, for example of plastic material such as a polyamide, a polyethylene or a material from the PVDF group or an elastomeric material, constituting a external pipe protection coating; a tensile strength armor 2, consisting of two crossed plies each consisting of wires arranged helically around the pipe with the same winding angle, the wires of the two plies being wound with opposite angles with respect to the axis driving; a pressure resistance armor 3 illustrated in the form of a sheet of stapled strip but which in practice may comprise one or more sheets of stapled strip or of profiled wires wound by spiraling at an angle close to 90 ° relative to the axis of the pipe; and a flexible inner tube. in a thermoplastic material such as a polyamide or polyethylene or PVDF or other polymer.
  • the flexible external tubular sheath 1 comprises a layer of thermal insulation, for example an expanded plastic material, such as PVC foam, this layer preferably being surrounded by an underlying tight sheath made of compact plastic material. and the outer covering sheath of the flexible hose also made of compact plastic material.
  • a heating sheet 5 interposed between two flexible tubular sheaths 6 and 7 which can also be produced in a material of the same groups as the material of the internal and external tubular sheaths, or any material offering required electrical insulation properties, by extrusion or by winding strips.
  • FIG. 2 An exemplary embodiment of a heating mat 5 is illustrated in FIG. 2.
  • This ply 5 consists of a plurality of conductive metal wires 8, of rectangular section in the example illustrated, placed side by side with a certain functional clearance and divided into two semi-circular sectors SI, S2 by insulating rods 9, 10 which, in practice, may have the same section as the conductive wires.
  • Intermediate insulation rods 11, 12 can be arranged between wires of the same sector.
  • the insulating rods 9, 10 and the intermediate rods H > 12 preferably have a thickness equal to or slightly greater than that of the conductive wires, and can have the same unitary width as the conductive wires. They can be made of various plastic materials, such as polyamide, polyethylene, polypropylene or the like. As shown schematically by the arrows I in the drawings, the wires from the sector SI provide conduction in one direction along the pipe, while the wires from sector S2 provide conduction in the other direction.
  • a temperature difference is obtained for a flexible pipe as shown in FIGS. 1 and 2 of 50 ° C between the surrounding environment (sea water, for example at 15 ° C) and the transported fluid (crude oil maintained at 65 ° C), with a current intensity of 250A and a voltage drop of 392 V by meter of pipe.
  • conductive wires 8 made of carbon steel, of flattened rectangular section of 6mm x 1.6mm 60 in number, reinforced at an angle of 55 °, with an average lateral clearance of 5%, the winding angle of the steel wires constituting the two plies of the armor 2 of tensile strength being 35 °.
  • FIG. 3 illustrates a simplified variant of the "Rough-bore" structure comprising an internal carcass 13 generally constituted by a helical winding with low pitch, of one or more stapled sections, in particular of steel strip, this carcass being intended to prevent crushing the flexible pipe and protecting the internal sealing sheath from attack by transported products from the risk of implosion in the event of rapid decompression when transporting products containing gas, an internal flexible tubular sheath . 'and a flexible tubular external sheath 1 which can be analogous to the sheath with thermal insulation described with reference to FIG. 1.
  • the conducting wires 1. have a substantially elliptical section and are housed inside grooves formed in the periphery of the internal sheath. ', Without however preferably being adhered to it.
  • the conducting wires 1 _ are also arranged in two semicircular sectors S1 and S2, no additional insulation rod being provided due to the arrangement of the conducting wires 1. relative to the sheaths 1 and 4 ' between which they are placed.
  • the figure . illustrates an exemplary embodiment of a heating sheet supplied with three-phase current in which the conducting wires 15 which may have the same cross section as the conducting wires 8 of the example in FIG. 2, that of the wires 1. of the example in the FIG. 3 or any appropriate section are divided into three sectors S'1, S'2, S'3 separated by groups of insulating rods 16, the illustrated embodiment comprising four insulating rods between the conductive wires of the three sectors, each of the sectors corresponding to a phase of the current.
  • the ply 5 formed by the three sectors of conductive wires 15 can be placed inside the flexible structure illustrated in FIG. 10.
  • This structure is of the "Rough Bore” type and includes an internal carcass 13 as defined in the case of FIG. 3, an internal sealing sheath. "bearing on the carcass 13, and on which the ply 5 of conducting wires 15 is placed.
  • the heating ply 5 is separated by an intermediate tubular sheath 6 of flexible tubing from the two plies d armor 2 armies in opposite directions at 55 ° and ensuring the resistance of the hose to internal pressure and to axial forces, the external protection being provided by a flexible external tubular sheath 1 which is advantageously made with a thermal insulation layer.
  • FIG. 5 comprises sets of conducting wires 17 supplied with direct current which can have the same section as those previously described or any other suitable section, divided into groups by insulating rods 18.
  • all the wires 17 are connected in parallel and ensure the conduction of the current in one direction over the length of the pipe. Because of the direct current supply, it is necessary to provide for the return of the current an additional conductor (not shown) independent of the structure of the pipe and mounted in series with the wires 17.
  • FIG. 6 also corresponding to use with direct current, two sectors Sa and Sb of conducting wires 19 and 20 respectively of the same section are provided, the wires 19 and 20 being made of different metallic materials .
  • the two sectors are separated by sets of insulating rods 21 and inside the same set, the conductive wires are separated at intervals by intermediate insulating rods 22.
  • the Sa sector comprises 18 copper wires and the Sb sector comprises 46 carbon steel wires, all the wires being of flattened rectangular section of
  • the flexible tubular conduit illustrated in FIG. 7 is similar to that illustrated in FIG. 1 but comprises two layers of heating wires 5a and 5b between which is placed an additional insulation sheath 23.
  • FIG. 8 shows a detailed structure of the two heating layers which are here each of the same type as the heating layer 5 illustrated in FIG. 5.
  • One of the heating layers with a direct current supply, ensures the conduction of the current in one direction along the pipe, the other layer ensuring the return of the current.
  • each of the plies 5a and 5b could have the structure illustrated in FIG. 2 (each ply comprising two sectors with opposite current directions and with the same metal for all the wires), or even at least one of the two plies could have the structure illustrated in Figure 6 (the wires of a first sector ensuring the conduction of current in one direction are made of a first metal, the wires of the second sector ensuring the conduction of current in the other direction being made in a different metal).
  • FIG. 9 differs essentially from that illustrated in FIGS. 1 and 2 in that the heating sheet 5 disposed between the sheaths 1 and 7 is located outside of the traction armor 2 while it was inside of it in the embodiment of Figure 1.
  • a direct current intensity of 95 A provides a temperature difference of 50 ° C for a voltage drop of 918 mV per meter of pipe . It is thus possible to produce a continuous heating pipe with a length of 2000 m with a supply under 1836 V.
  • the lateral clearance between the conductive wires placed side by side by forming one or more plies corresponds to the average values of the free distances between adjacent wires in the case of the tensile armor plies present in the known hoses, in particular when these tensile strength wires are metallic wires placed helically between an inner layer and an outer layer without being embedded in an elastomeric or plastic material, which corresponds, for example, to the hoses with unbonded layers of the type manufactured by the Applicant Company.
  • This clearance is determined, in particular, so that the flexible pipe retains the integrity of its resistance to internal pressure and to other applied forces and of its endurance while exhibiting the required flexibility, and also according to the requirements of manufacturing.
  • the functional lateral clearance is, under these conditions, normally between 1% and 20%, and preferably between approximately 3% and 12%, which can vary depending on the winding angle (the lateral clearance is defined at from the average value of the ratio between the width of the wire and the width occupied by a f ⁇ 1 •
  • wires analogous to the wires of armor plies of mechanical resistance and arranged in a similar manner can be used effectively as electrical conductors for heating the pipeline by Joule effect, and having found, moreover, that this can be done optimization of the conditions of transmission of the heat emitted as well as of the electrical power supply characteristics, it has therefore become possible to produce the layers of heating conductors using constituent elements and armoring methods similar to those already practiced for armor mechanical resistance, which has a double advantage: a) use of a proven technique which has shown its very high reliability, which is particularly important in the case of hoses with high mechanical characteristics for petroleum exploitation at sea. b) use of the same means of production to manufacture the flexi bles, existing armates can be directly implemented.
  • the set of reinforcing reinforcements is produced so as to be able to withstand all the components of forces applied to the flexible pipe, such as the effects due to internal pressure, effects of axial load, external pressure or crushing, torsional torque, and the resistance to these various components of force is mainly ensured by the set of reinforcements, so that the participation of or plies of conductive wires with resistance to external forces is relatively very low, even though said plies have characteristics which are apparently identical to those of some of the plies constituting the reinforcements.
  • the tensile stresses to which the conductive wires may be subjected are thus limited to relatively very low values, preferably not exceeding 10% of their elastic limit.
  • Limiting the stresses in the conductive wires in particular has the following two advantages: a) eliminating the risk of the conductive wires breaking by exceeding the stress or by fatigue. It has in fact been found that, in order to keep the performance of the flexible heating pipe according to the invention stable over time, it is important to ensure that there is no risk of rupture of the 'one of the threads. b) It is possible to carry out independently and under the best conditions the optimization of the various characteristics of the plies of conducting wires: arrangement and number of the plies, shape and dimensions of the sections of conducting wires, winding angle, nature of the material etc. while other design constraints should have been taken into account if the conductive wires had to participate in the mechanical resistance of the flexible pipe. This gives better technical performance and more attractive economic results in separating the respective roles of the heating layers and the layers of mechanical resistance.
  • the internal diameter of the flexible pipes according to the invention can typically be between 20 mm and 500 mm, and the most common conceivable applications, can correspond to diameters varying from 60 mm to 300 mm, with internal pressures which can reach high values, of the order of 100 to 1000 bars or more depending on the diameters.

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Abstract

L'invention est relative à une conduite tubulaire flexible pour le transport de fluides sous pression comportant une gaine tubulaire externe souple, un ensemble d'armatures de renforcement, un tube ou une gaine tubulaire interne souple, et le cas échéant au moins une gaine tubulaire souple intermédiaire, et des moyens de chauffage sous la forme de fils électriquement conducteurs, raccordés à une source d'énergie électrique et dégageant de la chaleur par effet Joule, lesdits fils étant disposés sur la longueur de la conduite. Elle comprend une pluralité de fils électriquement conducteurs (8) disposés selon au moins une nappe (5) dans laquelle lesdits fils sont parallèles entre eux et enroulés en spires autour de l'axe de la conduite, la ou chacune des nappes de fils conducteurs étant disposée entre deux gaines tubulaires souples de la conduite, lesdits fils conducteurs étant non jointifs entre eux et étant chacun en appui par un contact de surface sur la gaine tubulaire sous-jacente.

Description

Conduite tubulaire flexible comportant des moyens de chauffage _inc rporés_^
La présente invention est relative à une conduite tubulaire flexible comportant des moyens de chauffage incorporés et plus précisément une conduite tubulaire flexible pour le transport de fluides liquides et/ou gazeux sous pression, dans laquelle la température du fluide à la sortie de la conduite doit être maintenue sensiblement égale à la température d'entrée malgré les inévitables échanges thermiques avec un milieu ambiant relativement froid ou dans laquelle la chute de température du fluide transporté entre l'entrée et la sortie de la conduite doit être limitée à une valeur relativement faible.
A titre d'exemples d'application de conduites selon l'invention, on peut citer les conduites tubulaires flexibles utilisées pour le transport des hydrocarbures dans les installations de production pétrolière, notamment les installations de production sous-marines (off-shore) ou les conduites de transport d'hydrocarbures, notamment en zone Arctique où il est nécessaire de chauffer en permanence la conduite ou bien assurer un réchauffage du fluide transporté par exemple pour reprendre l'écoulement après un arrêt ayant provoqué un gel du liquide transporté.
Les conduites flexibles au sens de l'invention ne sont bien entendu pas limitées au transport d'hydrocarbures mais peuvent également être utilisées pour le transport de produits divers tels que des produits naturels devant être maintenus à une température plus ou moins élevée tels que des produits oléagineux, les conduites pouvant également être utilisées dans d'autres applications, par
^-exemple connue tuyaux de prélèvement d'échantillons dans l'industrie du raffinage ou plus généralement dans l'industrie chimique.
Les conduites tubulaires flexibles selon l'invention sont du type comportant une gaine tubulaire externe souple de protection, un ensemble d'armatures de renforcement, un tube ou une gaine tubulaire interne souple et, le cas échéant, au moins une gaine tubulaire souple intermédiaire, et comportent des moyens de chauffage sous la forme de fils électriquement conducteurs raccordés à une source d'énergie électrique et dégageant de la chaleur par effet Joule, lesdits fils étant disposés sur la longueur de la conduite.
On connaît déjà de nombreux exemples de réalisations de conduites tubulaires flexibles utilisant des conducteurs électriques noyés dans des structures isolantes telles qu'un matériau élastomérique ou des fils métalliques conducteurs gainés disposés le long de la conduite.
Les solutions connues donnent une satisfaction relative pour des conduites de courte longueur ne nécessitant pas de caractéristiques mécaniques élevées mais ne sont pas appropriées notamment pour le transport de fluides tels que des hydrocarbures à des pressions élevées et/ou à une profondeur élevée avec des tronçons de conduites de grande, longueur, notamment supérieure à 1000 m. Les conduites à cet effet doivent en particulier avoir des caractéristiques mécaniques élevées notamment de résistance à la traction, à l'écrasement et à la pression interne du fluide transporté.
En outre, les conducteurs noyés dans un matériau élastomérique, ou gainés, que l'on trouve dans les conduites chauffantes connus ont des sections de métal relativement faibles et présentent l'inconvénient d'être limités en terme de flux de chaleur pouvant être émis et de longueur de tronçon de conduite continu possible, ainsi que l'inconvénient de fonctionner à une température des conducteurs relativement élevée, avec de mauvaises caractéristiques de répartition et de transmission de la chaleur au fluide transporté.
La société déposante a déjà proposé de réaliser un chauffage du fluide transporté dans de telles conduites et a ainsi décrit dans son brevet français FR-A-2 .23 707 une conduite comportant des fils gainés de chauffage incorporés dans des profilés métalliques en forme de caissons creux interposés entre les fils métalliques pleins constituant une' armature de résistance à la traction de la conduite. Néanmoins, cette solution qui permet de réaliser une conduite flexible chauffante à caractéristiques mécaniques élevées présente l'inconvénient que la puissance de chauffage que l'on peut obtenir est relativement limitée notamment en raison de la surface de dissipation thermique faible des conducteurs. La longueur maximale de chaque tronçon est relativement faible, dans la pratique, limitée à 1000 m, et la fabrication et la mise en place de profilés creux particuliers augmente de manière non négligeable le coût de fabrication de la conduite tubulaire flexible.
La présente invention se propose de réaliser une conduite tubulaire flexible, utilisable notamment pour le transport de fluides sous pression, comportant des moyens de chauffage par effet Joule sous la forme de fils électriques disposés sur la longueur de la conduite et offrant l'avantage par rapport aux solutions connues de transmettre au fluide transporté un flux de chaleur sensiblement plus important et bien répartis autour de la conduite et de réaliser des conduites de longueur continue beaucoup plus grande sans connexion électrique intermédiaire indépendamment des raccordements aux deux extrémités de chaque tronçon de conduite.
La conduite tubulaire flexible selon l'invention se caractérise essentiellement par le fait qu'elle comprend une pluralité de fils électriquement conducteurs, disposés selon au moins une nappe dans laquelle lesdits fils sont parallèles entre eux et enroulés en spires autour de l'axe de la conduite, la ou chacune des nappes de fils conducteurs étant disposée entre deux gaines tubulaires souples de la conduite, lesdits fils conducteurs étant non-jointifs entre eux et étant chacun en appui par un contact de surface sur la gaine tubulaire sous-jacente.
On réalise ainsi selon l'invention au moins une nappe chauffante ou plus précisément, comme cela sera expliqué plus loin, des secteurs chauffants constitués de fils conducteurs disposés côte à côte avec un certain jeu fonctionnel latéral et présentant des surfaces de dissipation thermique importantes au contact de la gaine sous-jacente, et donc en direction du fluide transporté à l'intérieur de la conduite flexible.
De manière à augmenter la surface de dissipation thermique, chacun des fils conducteurs est avantageusement un profilé métallique, de préférence non gainé, avantageusement de section pleine et de forme non circulaire, par exemple ovale, elliptique, - h -
méplate ou polygonale, en particulier rectangulaire de section aplatie.
Les fils conducteurs de la ou de chaque nappe peuvent être simplement disposés entre les surfaces en regard des gaines entre lesquelles ils sont mis en place ou en variante être logés dans des rainures de sections correspondantes formées dans l'une au moins des faces des gaines en regard.
Cette réalisation permet notamment d'utiliser des fils de section circulaire ou d'une section proche de la section circulaire tout en assurant une surface de transfert thermique élevée vers la couche sous-jacente.
Les fils conducteurs sont reliés à une source d'énergie électrique à l'une des extrémités, ou éventuellement à chacune des deux extrémités, la connexion se faisant par des conducteurs de raccordement qui traversent l'embout monté à ladite extrémité ou le cas échéant les deux embouts.
L'alimentation électrique des fils conducteurs de la conduite tubulaire flexible selon l'invention peut s'effectuer de préférence en courant continu ou en courant alternatif triphasé. Dans un premier mode de mise en oeuvre avec une alimentation en courant continu, il est prévu une nappe unique de fils conducteurs. Plusieurs variantes de réalisation sont alors possibles.
Dans une première variante de réalisation, la nappe est subdivisée en deux secteurs de fils réalisés en un même matériau conducteur et de même section, les secteurs s'étendant chacun sensiblement sur 180°, les fils de chacun des secteurs, étant connectés respectivement en parallèle et les fils de chacun des deux secteurs étant reliés en série aux fils de l'autre secteur. Les fils de l'un des secteurs assurent la conduction de courant électrique dans un sens le long de la conduite tubulaire flexible, les fils de l'autre secteur assurant le retour du courant.
Les différents secteurs sont avantageusement séparés entre eux par des isolants, notamment sous la forme de joncs en matière élastomère ou plastomère disposés entre 3es fils conducteurs des différents secteurs, des joncs d'isolation complémentaires pouvant être disposés entre les conducteurs électriques à l'intérieur d'un même secteur électriquement conducteur. A la place des joncs, il est possible de prévoir des revêtements isolants des fils conducteurs d'extrémité des secteurs sur au moins leur face en regard du conducteur du secteur adjacent. Le nombre des joncs ou des revêtements isolants est néanmoins limité pour que la surface totale des fils conducteurs en contact avec la gaine sous-jacente soit supérieure à 30 % et de préférence supérieure à 50 % du périmètre de ladite gaine. Dans la pratique, il pourra être avantageusement de choisir une valeur supérieure à 70 % pouvant atteindre jusqu'à 90 %. Dans une seconde variante de réalisation, il est prévu un premier secteur de fils alimentés en parallèle et réalisés en un même matériau conducteur et un second secteur constitué de fils alimentés en parallèle et réalisés en un second matériau conducteur. Par un choix approprié des matériaux métalliques constitutifs des deux secteurs de fils conducteurs, il est possible d'optimiser le dimensionnement de la nappe chauffante et les caractéristiques de l'alimentation électrique compte-tenu des matériaux utilisables pour la réalisation des fils conducteurs.
La société déposante a trouvé que ce rendement était optimisé en utilisant des fils qui, présentant tous une même section, sont dans chacun des secteurs en un nombre Na et respectivement Nb tel que :
Figure imgf000007_0001
9a et étant les résistivités des matériaux constitutifs des fils des deux secteurs.
A titre de matériaux utilisables pour la réalisation des fils métalliques conducteurs des conduites selon l'invention, on peut citer l'acier au carbone, l'acier inoxydable, les alliages d'aluminium, le cuivre ou le laiton étant entendu que, comme cela vient d'être indiqué, ces matériaux peuvent être utilisés pour réaliser des secteurs en matériaux différents, des combinaisons acier au carbone/acier inoxydable ; acier/alliage d'aluminium ; alliage d'aluminium/laiton ; laiton/cuivre étant envisageables.
Dans une troisième variante de réalisation, tous les fils conducteurs de la nappe sont réalisés en un même matériau conducteur et sont tous disposés en parallèle, le retour du courant électrique étant réalisé par un conducteur électrique séparé. Dans un second mode de mise en oeuvre, il est prévu deux nappes de fils conducteurs, disposées chacune entre deux gaines tubulaires souples de la conduite, chacune des nappes présentant un agencement tel que décrit ci-dessus et étant agencée de manière que les fils de l'une des nappes sont tous montés en parallèle et assurent la conduction électrique dans un sens le long de la conduite, les fils de l'autre nappe étant également montés en parallèle entre eux mais en série par rapport aux fils de la première nappe assurant le retour du courant. Dans le cas d'une alimentation en courant alternatif triphasé, il est prévu dans un mode de réalisation de subdiviser une nappe unique de fils électriquement conducteurs en trois secteurs séparés par des moyens d'isolation, notamment des joncs plastiques ou élastomériques, les fils de chaque secteur étant montés en parallèle sur une phase de l'alimentation électrique.
Les fils électriquement conducteurs des nappes selon l'invention peuvent être enroulés en spires autour de l'axe de la conduite selon toute configuration souhaitée n'affectant pas les propriétés mécaniques de la conduite notamment sur le plan de la flexibilité, par exemple une configuration en "SZ", c'est-à-dire avec inversion périodique du sens de spiralage des fils, ou avantageusement une configuration en hélice autour de la conduite, les fils étant enroulés en hélices continues à pas constant.
Dans le cas où la conduite comporte comme armature de renforcement une armure résistant à la fois à la traction et aux efforts radiaux de la pression interne, composée par exemple de deux nappes croisées constituées chacune de fils disposés en hélice autour de la conduite avec un même angle d'armage de 55° par rapport à l'axe de la conduite, les fils des deux nappes étant enroulés avec des angles opposés par rapport à l'axe de la conduite, les fils constitutifs de la ou de chacune des nappes de fils de chauffage selon l'invention sont de préférence posés sur la gaine interne, à l'intérieur de ladite armure, enroulés en hélices continues présentant un angle d'armage inférieur à 55°, la différence entre cet angle et 55° pouvant être faible, par exemple de quelques degrés seulement. De préférence, dans le cas où la conduite tubulaire flexible comporte une armure de résistance à la pression (voûte de pression) enroulée par spiralage, et, à l'extérieur de la voûte, une armure de résistance à la traction présentant un angle d'armage inférieur à 55° , les fils électriquement conducteurs sont posés entre la voûte de pression et l'armure de traction, avec une gaine intermédiaire de chaque côté et enroulés en hélices continues avec un angle d'armage supérieur à celui des armures de traction, la différence entre lesdits angles étant de préférence au moins égale à 10°.
Dans tous les cas, la température en cours d'utilisation des fils des nappes de chauffage reste relativement faible et de très peu supérieure à la température de la partie interne de la paroi de la conduite flexible, ainsi qu'à la température du fluide transporté, la différence pouvant être, normalement, inférieure à 1°C.
Il en résulte l'avantage que l'augmentation de température créée par effet Joule dans les fils conducteurs ne présente aucun risque de soumettre le matériau des gaines ou tubes plastiques présents dans la paroi de la conduite flexible à une température excessive.
En outre, cette propriété de la conduite flexible selon l'invention permet, à partir de la mesure des paramètres électriques d'intensité et/ou de différence de potentiel, de mesurer avec une grande précision et de façon continue, à chaque instant, la température du fluide transporté, y compris pendant la phase préliminaire transitoire de montée de température.
Dans le cas particulier, par exemple, d'alimentation en courant continu, la différence de potentiel étant fixée, la mesure de l'intensité permet de déterminer la valeur instantanée de la résistance électrique de la nappe de fils conducteurs, et par conséquent la valeur de la résistivité de ses fils, qui est elle-même fonction de la température actuelle des fils. La température des fils conducteurs étant très voisine, à chaque instant, de celle du fluide transporté, on peut donc directement convertir la mesure de. l'intensité de courant en valeur de la température du fluide transporté, la précision de mesure ainsi obtenue pouvant être de l'ordre de 1°C.
Par gaines tubulaires souples selon l'invention, on entend les gaines en matière plastique ou élastomérique constituant la structure habituelle de la conduite flexible et/ou des gaines tubulaires supplémentaires mises en place dans le cadre de la mise en oeuvre de l'invention pour assurer l'isolation électrique au niveau de la ou des nappes de fils conducteurs, l'une au moins des gaines disposée à l'extérieur de la ou des nappes de fils conducteurs devant être étanche.
De plus par gaine selon l'invention, on entend non seulement une couche tubulaire mise en place de manière conventionnelle par extrusion mais une couche qui peut être mise en place de toute manière appropriée, notamment par rubanage. La conduite tubulaire flexible selon l'invention peut avantageusement être munie à sa périphérie d'une structure d'isolation thermique évitant des déperditions vers l'extérieur de la chaleur dégagée par effet Joule, cette structure d'isolation pouvant par exemple être du type de celle décrite dans le brevet français FR-A 2 563 608 dont la société déposante est co-titulaire.
Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemples nullement limitatifs différents modes de mises en oeuvre en se référant au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une vue partiellement en coupe et partiellement écorchée d'une structure de conduite selon l'invention,
- la figure 2 illustre un exemple de réalisation de nappe chauffante selon l'invention,
- la figure 3 est une vue en coupe d'un autre exemple de réalisation de conduite tubulaire flexible selon l'invention,
- les figures . à 6 illustrent des variantes de nappe chauffante selon l'invention,
- la figure 7 illustre de manière analogue à 3a figure 1 une autre structure de conduite selon l'invention à deux nappes de chauffage. - la figure 8 illustre un exemple de réalisation de structure chauffante à deux nappes de fils conducteurs,
- les figures 9 et 10 sont des vues analogues aux figures 1 et 7 d'autres modes de réalisation de conduites tubulaires flexibles selon l'invention,
On a illustré à la figure 1 un exemple de conduite tubulaire flexible utilisable, notamment pour le transport de fluides sous pression tels qu'en particulier les hydrocarbures produits lors de l'exploitation de puits sous-marins. La société déposante fabrique et commercialise en grande longueur de telles conduites qui présentent des caractéristiques mécaniques élevées, notamment de résistance à la traction, à l'écrasement et à la pression interne du fluide transporté.
La conduite illustrée à la figure 1 est du type "Smooth-bore" et comprend une gaine tubulaire externe souple 1 par exemple en matériau plastique tel qu'un polyamide, un polyethylene ou une matière du groupe des PVDF ou en matériau élastomérique, constituant un revêtement extérieur de protection de la conduite ; une armure de résistance à la traction 2, constituée de deux nappes croisées constituées chacune de fils disposés en hélice autour de la conduite avec un même angle d'armage, les fils des deux nappes étant enroulés avec des angles opposés par rapport à l'axe de la conduite ; une armure de résistance à la pression 3 illustrée sous la forme d'une nappe de feuillard agrafé mais qui dans la pratique peut comprendre une ou plusieurs nappes de feuillard agrafé ou de fils profilés enroulés par spiralage sous un angle proche de 90° par rapport à l'axe de la conduite ; et un tube interne souple . en un matériau thermoplastique tel qu'un polyamide ou polyethylene ou PVDF ou autre polymère.
De façon avantageuse, la gaine tubulaire externe souple 1 comprend une couche d'isolation thermique, par exemple un matériau plastique expansé, tel que de la mousse de PVC, cette couche étant de préférence encadrée par une gaine sous-jacente étanche en matériau plastique compact et la gaine de revêtement externe du flexible également étanche en matériau plastique compact. Selon l'invention, il est prévu, entre l'armure de résistance à la traction 2 et l'armure de résistance à la pression 3, une nappe chauffante 5 interposée entre deux gaines tubulaires souples 6 et 7 qui peuvent être également réalisées en un matériau des mêmes groupes que le matériau des gaines tubulaires interne et externe, ou en tout matériau offrant des propriétés d'isolation électrique requises, par extrusion ou par enroulement de bandes.
Un exemple de réalisation de nappe chauffante 5 est illustré à la figure 2.
Cette nappe 5 est constituée d'une pluralité de fils métalliques conducteurs 8, de section rectangulaire dans l'exemple illustré, disposés côte à côte avec un certain jeu fonctionnel et divisés en deux secteurs semi-circulaires SI, S2 par des joncs isolants 9, 10 qui, dans la pratique, peuvent présenter la même section que les fils conducteurs.
Des joncs d'isolation intermédiaires 11, 12 peuvent être disposés entre des fils d'un même secteur.
Les joncs isolants 9, 10 ainsi que les joncs intermédiaires H> 12 ont de préférence une épaisseur égale ou légèrement supérieure à celle des fils conducteurs, et peuvent avoir la même largeur unitaire que les fils conducteurs. Ils peuvent être réalisés en divers matériaux plastiques, tels que du polyamide, polyethylene, polypropylène ou autre. Comme schématisé par les flèches I sur le dessins, les fils du secteur SI assurent la conduction dans un sens le long de la conduite, tandis que les fils du secteur S2 assurent la conduction dans l'autre sens.
A titre d'exemple, dans le cas d'un diamètre interne de la conduite de 203 mm et avec une isolation thermique extérieure épaisse de 2_ mm, on obtient pour une conduite flexible telle que représentée aux figures 1 et 2, une différence de température de 50°C entre le milieu environnant (eau de mer, par exemple à 15°C) et le fluide transporté (pétrole brut maintenu à 65°C), avec une intensité de courant de 250A et une chute de tension de 392 V par mètre de conduite. Dans ce cas, on a adopté des fils conducteurs 8 en acier au carbone, de section rectangulaire aplatie de 6mm x 1,6mm au nombre de 60, armés selon un angle de 55°, avec un jeu latéral moyen de 5 %, l'angle d'armage des fils en acier constituant les deux nappes de l'armure 2 de résistance à la traction étant de 35°.
On peut ainsi assurer le maintien en température d'une longueur continue de canalisation de 5.000 m avec alimentation électrique sous une différence de potentiel de 1.960 volts, en raccordant l'une des extrémités du flexible à une source d'énergie électrique, par exemple située sur une plate-forme à la surface, ou par connexion sous-marine avec les conducteurs de raccordement reliés aux fils conducteurs de la conduite et qui sont montés dans l'embout d'extrémité et reliés à une prise extérieure étanche.
Avec une alimentation en courant électrique continu, il est également possible d'utiliser dans l'exemple de réalisation de la figure 1, les modes de réalisation de nappes chauffantes illustrés aux figures 5 et 6 qui seront décrits plus loin.
La figure 3 illustre une variante simplifiée de structure "Rough-bore" comportant une carcasse interne 13 constituée généralement par un enroulement hélicoïdal à faible pas, d'un ou plusieurs profilés agrafables, notamment de feuillard d'acier, cette carcasse étant destinée à empêcher l'écrasement de la conduite flexible et à protéger la gaine interne d'étanchéité vis-à-vis des agressions des produits transportés du risque d'implosion en cas de décompression rapide lors du transport de produits contenant du gaz, une gaine tubulaire souple interne . ' et une gaine externe tubulaire souple 1 qui peut être analogue à la gaine avec isolation thermique décrite en référence à la figure 1.
Dans ce mode de réalisation, les fils conducteurs 1. présentent une section sensiblement elliptique et sont logés à l'intérieur de rainures formées dans la périphérie de la gaine interne .', sans toutefois de préférence être adhérisés à elle.
Dans cet exemple, les fils conducteurs 1 _ sont également disposés selon deux secteurs semi-circulaires SI et S2, aucun jonc d'isolation supplémentaire n'étant prévu du fait de la disposition des fils conducteurs 1. par rapport aux gaines 1 et 4 ' entre lesquelles ils sont placés. La figure . illustre un exemple de réalisation de nappe chauffante alimentée en courant triphasé dans lequel des fils conducteurs 15 qui peuvent présenter la même section que les fils conducteurs 8 de l'exemple de la figure 2, celle des fils 1. de l'exemple de la figure 3 ou toute section appropriée sont répartis en trois secteurs S'1, S'2, S'3 séparés par des groupes de joncs isolants 16, le mode de réalisation illustré comprenant quatre joncs isolants entre les fils conducteurs des trois secteurs, chacun des secteurs correspondant à une phase du courant. Du fait de l'alimentation en courant alternatif triphasé, aucun moyen de retour du courant n'est à prévoir, les trois secteurs de fils montés en parallèle S'1, S'2, S'3 étant connectés entre eux à l'extrémité de la conduite flexible opposée à l'extrémité par laquelle ils sont reliés à la source d'énergie électrique extérieure. La nappe 5 formée par les trois secteurs de fils conducteurs 15 peut être disposée à l'intérieur de la structure flexible illustrée à la figure 10. Cette structure est du type "Rough Bore" et comprend une carcasse intérieure 13 telle que définie dans le cas de la figure 3, une gaine d'étanchéité interne ." prenant appui sur la carcasse 13, et sur laquelle est posée la nappe 5 de fils conducteurs 15. La nappe chauffante 5 est séparée par une gaine intermédiaire 6 tubulaire souple des deux nappes d'armure 2 armées en sens opposés à 55° et assurant la résistance du flexible à la pression interne et aux efforts axiaux, la protection externe étant assurée par une gaine tubulaire externe souple 1 qui est avantageusement réalisée avec une couche d'isolation thermique.
Avec un diamètre intérieur de la conduite de 152 mm et une isolation thermique de gaine extérieure épaisse de 20 mm, on peut obtenir une différence de température de 50°C. Dans ce cas, il y a trois secteurs de 18 fils chacun, les fils étant en cuivre et de section rectangularie aplatie de 6mm x 1,6mm et armés selon un angle de .5°. Outre les trois groupes de quatre joncs isolants 16 entre les secteurs, il n'y a pas de jonc intermédiaire entre les différents fils de chacun des trois secteurs. L'intensité de courant consommée est de .51 A efficaces par phase, et on peut réaliser une conduite continue de 3.200 m avec une alimentation sous 380 V. Le mode de réalisation de la figure 5 comprend des ensembles de fils conducteurs 17 alimentés en courant continu qui peuvent présenter la même section que ceux précédemment décrits ou toute autre section appropriée, divisés en groupes par des joncs isolants 18.
Dans ce mode de réalisation, tous les fils 17 sont reliés en parallèle et assurent la conduction du courant dans un seul sens sur la longueur de la conduite. Du fait de l'alimentation en courant continu, il est nécessaire de prévoir pour le retour du courant un conducteur supplémentaire (non représenté) indépendant de la structure de la conduite et monté en série avec les fils 17.
Dans le cas d'une structure Smooth-bore de diamètre intérieur de 203 mm et avec une isolation thermique de gaine extérieure épaisse de 2. mm, on obtient une différence de température de 50°C pour une intensité de courant de 500A. La chute de tension est alors de 196 mV par mètre de conduite, ce qui permet de réaliser une conduite continue longue de 10.000 m avec une différence de potentiel de 1960 V. Il y a dans ce cas 60 fils d'acier rectangulaires aplatis de 6 mm x 1,6 mm comme dans la figure 2, également armés à 55°.
Dans le mode de réalisation de la figure 6 correspondant également à une utilisation avec du courant continu, il est prévu deux secteurs Sa et Sb de fils conducteurs 19 et respectivement 20 de même section, les fils 19 et 20 étant réalisés en des matériaux métalliques différents. Les deux secteurs sont séparés par des ensembles de joncs isolants 21 et à l'intérieur d'un même ensemble, les fils conducteurs sont séparés à intervalles par des joncs isolants intermédiaires 22.
Dans le cas d'une structure Rough-Bore de diamètre intérieur 203 mm et avec une isolation thermique de gaine extérieure épaisse de seulement 12 mm, on obtient une différence de température de 50°C avec une intensité de 574 A et une chute de tension égale à 307 mV par mètre de conduite. Dans ce cas, le secteur Sa comprend 18 fils en cuivre et le secteur Sb comprend 46 fils en acier au carbone, tous les fils étant de section rectangulaire aplatie de
6mm x 1,6 mm, et armés à 40°, la structure d'armature de renforcement étant constitué par deux nappes de fils en acier arides en sens opposés à 55° (comme illustré à la figure 10). L'isolation entre les deux secteurs est assurée par deux groupes de joncs 21 de quatre joncs chacun, avec en outre neuf joncs intermédiaires 22 au total. La conduite tubulaire flexible illustrée à la figure 7 est analogue à celle illustrée à la figure 1 mais comporte deux nappes de fils chauffants 5a et 5b entre lesquelles est disposée une gaine d'isolation supplémentaire 23.
On voit sur la figure 8 une structure détaillée des deux nappes chauffantes qui sont ici chacune du même type que la nappe chauffante 5 illustrée à la figure 5.
Avec la même structure de diamètre intérieur de 203 mm et la même isolation thermique que pour la structure des figures 1 et 2, on obtient une différence de température de 50°C avec une intensité de courant de 385 A et une chute de tension égale à 285 mV par mètre de conduite. Dans ce cas il y a 62 fils conducteurs en acier et 6 joncs intermédiaires sur la nappe 5a, et 66 fils conducteurs en acier et 6 joncs intermédiaires sur la nappe 5b, les fils et les joncs présentant tous la même section rectangulaire aplatie de 6mm x 1,6 mm.
L'une des nappes chauffantes, avec une alimentation en courant continu, assure la conduction du courant dans un sens le long de la conduite, l'autre nappe assurant le retour du courant.
En variante, chacune des nappes 5a et 5b pourrait avoir la structure illustrée à la figure 2 (chaque nappe comprenant deux secteurs à sens de courant opposés et avec le même métal pour tous les fils), ou encore au moins l'une des deux nappes pourrait avoir la structure illustrée à la figure 6 (les fils d'un premier secteur assurant la conduction du courant dans un sens sont réalisés dans un premier métal, les fils du deuxième secteur assurant la conduction du courant dans l'autre sens étant réalisés dans un métal différent).
Le mode de réalisation de la figure 9 diffère essentiellement de celui illustré aux figures 1 et 2 par le fait que la nappe chauffante 5 disposée entre les gaines 1 et 7 se trouve à l'extérieur de l'armure de traction 2 alors qu'elle se trouvait à l'intérieur de celle-ci dans le mode de réalisation de la figure 1. Avec un diamètre intérieur de la conduite de 152 mm et une isolation thermique de gaine extérieure de 24 mm, une intensité de courant continu de 95 A procure une différence de température de 50°C pour une chute de tension de 918 mV par mètre de conduite. On peut ainsi réaliser une conduite chauffante continue d'une longueur de 2000 m avec une alimentation sous 1836 V. Dans ce cas, il y a 54 fils conducteurs en acier inoxydable de section rectangulaire de 6 mm x 1,6 mm, armés à 55°, avec deux groupes de deux joncs isolants chacun pour séparer les deux secteurs et dix neuf joncs intermédiaires.
Dans tous les modes de réalisation, le jeu latéral entre les fils conducteurs disposés côte à côte en formant une ou plusieurs nappes correspond aux valeurs moyennes des distances libres entre fils adjacents dans le cas des nappes d'armure de résistance à la traction présentes dans les flexibles connus, en particulier lorsque ces fils de résistance à la traction sont des fils métalliques posés en hélice entre une couche interne et une couche externe sans être noyés dans un matériau élastomérique ou plastique, ce qui correspond, par exemple, au cas des flexibles à couches non liées (unbonded) du type fabriqué par la Société déposante. Ce jeu est déterminé, en particulier, de façon à ce que la conduite flexible conserve l'intégrité de sa résistance à la pression interne et aux autres efforts appliqués et de son endurance tout en présentant la flexibilité requise, et également en fonction des impératifs de fabrication. Le jeu latéral fonctionnel est, dans ces conditions, normalement compris entre 1 % et 20 %, et, de préférence, entre environ 3 % et 12 %, pouvant varier en fonction de l'angle d'armage (le jeu latéral est défini à partir de la valeur moyenne du rapport entre la largeur du fil et la largeur occupée par un f ±1 •
Suite aux travaux qu'elle a consacrés à l'étude des structures des conduites flexibles, la société déposante a trouvé que ce jeu fonctionnel est tel qu'il permet d'éviter les zones de contact continu entre les conducteurs malgré les déformations imposées pai" les opérations de manutention et les conditions de travail en service de la conduite. On a constaté qu'avec les conduites tubulaires flexibles selon l'invention, on obtient ainsi une bonne circulation du courant électrique le long de chacun des fils conducteurs et ceci dans les diverses situations qui peuvent être imposées à la conduite tubulaire flexible en cours d'utilisation, notamment dans le cadre d'une exploitation pétrolière, malgré les opérations de manutention, et, en particulier, les conditions de pression interne, l'incurvation statique ou dynamique de la conduite, la charge axiale appliquée, les effets d'écrasement ainsi que les vibrations.
Ayant ainsi découvert que des fils analogues aux fils des nappes d'armure de résistance mécanique et disposés de façon semblable peuvent être utilisés efficacement comme conducteurs électriques pour chauffer la canalisation par effet Joule, et ayant trouvé par ailleurs qu'on peut ainsi réaliser l'optimisation des conditions de transmission de la chaleur émise ainsi que des caractéristiques d'alimentation électrique, il est donc devenu possible de réaliser les nappes de conducteurs chauffants en utilisant des éléments constitutifs et des méthodes d'armage analogues à ceux déjà pratiqués pour des armures de résistance mécanique, ce qui présente un double avantage : a) utilisation d'une technique éprouvée qui a montré sa très grande fiabilité, ce qui est particulièrement important dans le cas des flexibles à caractéristiques mécaniques élevées pour l'exploitation pétrolière en mer. b) utilisation des mêmes moyens de production pour fabriquer les flexibles, les armeuses existantes pouvant être directement mises en oeuvre.
Dans tous les modes de réalisation, il est avantageux que l'ensemble d'armatures de renforcement soit réalisé de façon à pouvoir résister à toutes les composantes d'efforts appliqués à la conduite flexible, telles que les effets dus à la pression interne, les effets de charge axiale, de pression extérieure ou d'écrasement, de couple de torsion, et que la résistance à ces diverses composantes d'effort soit principalement assurée par l'ensemble d'armatures de renforcement, de sorte que la participation de la ou des nappes de fils conducteurs à la résistance aux efforts extérieurs soit relativement très faible, et ceci bien que lesdites nappes présentent des caractéristiques apparemment identiques à celles de certaines des nappes constituant les armatures de renforcement. Les contraintes de traction auxquelles peuvent se trouver soumis les fils conducteurs sont ainsi limitées à des valeurs relativement très faibles, de préférence ne dépssant pas 10% de leur limite élastique. On obtient un tel résultat en jouant sur la configuration générale de la structure de la conduite flexible, et sur les caractéristiques respectives de la ou des nappes de fils conducteurs et des diverses nappes d'armature de renforcement, en particulier, l'épaisseur des fils, les angles d'armage et, éventuellement, les modules d'Young respectifs des fils constituant les diverses nappes. Certaines dispositions générales de la structure de la conduite flexible, applicables à ce titre aux conduites avec armures à 55° et aux conduites avec voûte de pression, ont été décrites ci-dessus. Certains modèles de calcul existants, tels que ceux mis au point par la Société Déposante, permettent d'élaborer la définition d'une strucutre de flexible répondant aux conditions ci-dessus, et de vérifier que le niveau de contrainte dans les fils conducteurs est bien inférieur à la limite fixée dans chaque cas d'application. Limiter ainsi les contraintes dans les fils conducteurs présente en particulier les deux avantages suivants : a) supprimer le risque de rupture des fils conducteurs par dépassement de contrainte ou par fatigue. Il a en effet été trouvé que, dans le but de maintenir stables dans le temps les performances de la conduite flexible chauffante selon l'invention, il est important de s'assurer qu'il n'y a pas de risque de rupture de l'un des fils conducteurs. b) Il est possible de réaliser indépendamment et dans les meilleures conditions l'optimisation des diverses caractéristiques des nappes de fils conducteurs : disposition et nombre des nappes, forme et dimensions des sections de fils conducteurs, angle d'armage, nature du matériau etc.. alors que d'autres contraintes de dimensionnement auraient dû être prises en compte si les fils conducteurs avaient dû participer à la résistance mécanique de la conduite flexible. On obtient ainsi de meilleures performances techniques et des résultats économiques plus intéressants en séparant les rôles respectifs des nappes chauffantes et des nappes de résistance mécanique.
Selon l'invention et contrairement aux réalisations connues, il n'est pas nécessaire de prévoir des alimentations électriques séparées sur des tronçons de courte longueur de la conduite, la transmission du courant s'effectuant depuis la première extrémité du premier tronçon jusqu'à la dernière extrémité du deuxième tronçon sans nécessiter d'alimentation au niveau des raccordements des tronçons entre eux, ce qui permet de réaliser avec une seule alimentation électrique des longueurs de lignes importantes de plusieurs kilomètres.
Le diamètre intérieur des conduites flexibles selon l'invention peut être compris, typiquement, entre 20 mm et 500 mm, et des applications envisageables les plus courantes, peuvent correspondre à des diamètres variant de 60 mm à 300 mm, avec des pressions internes pouvant atteindre des valeurs élevées, de l'ordre de 100 à 1000 bars ou plus en fonction des diamètres.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter différentes variantes et modifications sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit.

Claims

REVENDICATIONS 1 - Conduite tubulaire flexible pour le transport de fluides sous pression comportant une gaine tubulaire externe souple, un ensemble d'armatures de renforcement, un tube ou une gaine tubulaire interne souple, et le cas échéant au moins une gaine tubulaire souple intermédiaire, et des moyens de chauffage sous la forme de fils électriquement conducteurs, raccordés à une source d'énergie électrique et dégageant de la chaleur par effet Joule, lesdits fils étant disposés sur la longueur de la conduite, caractérisée par le fait qu'elle comprend une pluralité de fils électriquement conducteurs (8,14,15,17,19,20) disposés selon au moins une nappe (5; 5a,5b) dans laquelle lesdits fils sont parallèles entre eux et enroulés en spires autour de l'axe de la conduite, la ou chacune des nappes de fils conducteurs étant disposée entre deux gaines tubulaires souples de la conduite (6,7,1,4,4' ,4",23) , lesdits fils conducteurs étant non jointifs entre eux et étant chacun en appui par un contact de surface sur la gaine tubulaire sous-jacente (7,13,23).
2 - Conduite selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chacun des fils conducteurs (8,14,15,17,19,20) est un profilé métallique, de préférence de section pleine.
3 - Conduite selon la revendication 2, caractérisée par le fait que chacun des fils conducteurs est un profilé métallique non gainé.
4 - Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les fils électriques présentent une section polygonale, notamment rectangulaire aplatie.
5 - Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'alimentation des fils conducteurs s'effectue en courant continu. 6 - Conduite selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte une nappe unique (5) de fils conducteurs.
7 - Conduite selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une nappe (5) subdivisée en deux secteurs (SI, S2) de fils réalisés en un même matériau conducteur et de même section, les secteurs s'étendant chacun sensiblement sur 180°, les fils de chacun des secteurs étant disposés respectivement en parallèle et les fils de chacun des deux secteurs étant reliés en série aux fils de l'autre secteur.
8 - Conduite selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une nappe subdivisée en un premier secteur (Sa) de fils alimentés en parallèle et réalisés en un même matériau conducteur et un second secteur (Sb) constitué de fils alimentés en parallèle et réalisés en un second matériau conducteur.
9 - Conduite selon la revendication 8, caractérisée par le fait que le nombre Na et respectivement Nb des fils des deux secteurs (Sa) et respectivement (Sb) est tel que :
Na/Nb = T__7 b~ a et ^b étant les résistivités des matériaux constitutifs des fils des deux secteurs.
10 - Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins une nappe (17) de fils conducteurs et que tous les fils conducteurs de la ou des nappes sont réalisés en un même matériau conducteur et sont tous disposés en parallèle, le retour du courant électrique étant réalisé par un conducteur électrique séparé. 11 - Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 à
4, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux nappes de fils conducteurs (5a, 5b) disposées chacune entre deux gaines tubulaires souples de la conduite, les fils de l'une des nappes étant tous montés en parallèle et assurant la conduction électrique dans un sens le long de la conduite, les fils de l'autre nappe étant également montés en parallèle entre eux mais en série par rapport aux fils de la première nappe et assurant le retour du courant.
12 - Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que l'alimentation électrique des fils conducteurs de la conduite s'effectue en courant alternatif triphasé, la conduite comportant une nappe unique de fils électriquement conducteurs (15) subdivisée en trois secteurs (S'1,S'2, S'3), les fils de chaque secteur étant montés en parallèle sur une phase de l'alimentation électrique. 13 _ Conduite selon l'une quelconque des revendications 7 à
9 et 12, caractérisée par le fait que les différents secteurs (S1,S2 ; Sa,Sb ; S' ,S' ,S' ) sont séparés entre eux par des isolants, notamment sous la forme de joncs (9,10,16,21) en matière élastomère ou plastomère disposés entre les fils conducteurs des différents secteurs. 14 - Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que des isolants, notamment sous la forme de joncs en matière élastomère ou plastomère (11,12,19,22) sont disposés entre des fils ou des groupes de fils conducteurs assurant la conduction dans un même sens. 15 - Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les fils conducteurs sont enroulés en spires autour de l'axe de la conduite avec une configuration en hélice, les fils étant enroulés en hélices continues à pas constant. 16 - Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les fils conducteurs de la ou desdites nappes sont agencés de manière que les contraintes mécaniques induites dans lesdits fils par les efforts imposés à la conduite soient faibles. 17 - Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l'ensemble d'armatures de renforcement comporte une armure formée de fils disposés en hélice autour de la conduite avec un même angle d'armage de 55° par rapport à l'axe de la conduite, caractérisée par le fait que les fils de la ou des nappes de chauffage sont posés sur la gaine interne de la conduite, à l'intérieur de ladite armure, et enroulés en hélices continues présentant un angle d'armage inférieur à 55°.
18 - Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans laquelle l'ensemble d'armatures de renforcement comporte une armure de résistance à la pression enroulée par spiralage et, à l'extérieur de ladite armure de résistance à la pression, une armure de résistance à la traction formée de fils présentant un angle d'armage inférieur à 55°, caractérisée par le fait que les fils de la ou desdites nappes de chauffage sent posés entre lesdites armures, avec interpositior cî_ gaines intermédiaires et enroulés en hélices continues avec un angle d'armage supérieur à celui des fils de l'armure de résistance à la traction, la différence entre lesdits angles étant de préférence au moins égale à 10°.
19 - Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la température desdits fils est maintenue à une valeur relativement faible et de très peu supérieure à la température de la partie interne de la paroi de la conduite flexible.
20 - Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les fils de la ou desdites nappes de chauffage sont utilisés pour la mesure de la température du fluide transporté.
21 - Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une couche d'isolation thermique extérieure.
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