FR2968380A1 - RIGID-DEROULED DRIVING WITH POLYMERIC SHEATH AND METHOD OF MANUFACTURING THE RIGID-DEROULED CONDUIT - Google Patents
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Abstract
La conduite rigide-déroulée pour l'industrie pétrolière comporte un tube métallique 10 composé d'au moins deux tronçons de tube assemblés bout à bout par une soudure 13. Une couche de matériau isolant 11 recouvre les tronçons de tube en laissant les extrémités des tronçons libres. Un manchon annulaire en matériau de remplissage 14 recouvre le tube métallique dépourvu de couche de matériau isolant. Une gaine en matériau polymère 12 recouvre au moins une portion dudit manchon annulaire en matériau de remplissage 14 pour renforcer le tube acier 10 afin d'augmenter notablement la raideur en flexion de la conduite rigide lorsqu'elle subit des déformations dans le domaine plastique du tube acier 10.The rigid-unrolled pipe for the petroleum industry comprises a metal tube 10 composed of at least two pipe sections assembled end to end by a weld 13. A layer of insulating material 11 covers the tube sections leaving the ends of the sections free. An annular sleeve of filling material 14 covers the metal tube without a layer of insulating material. A sheath of polymeric material 12 covers at least a portion of said annular filler sleeve 14 to reinforce the steel tube 10 in order to significantly increase the stiffness of flexure of the rigid pipe when it undergoes deformations in the plastic domain of the tube steel 10.
Description
La présente invention concerne le domaine des conduites rigides-déroulées. The present invention relates to the field of rigid-unwrapped pipes.
Dans le domaine de l'exploitation pétrolière, les conduites rigides sont mises en oeuvre pour transporter un effluent pétrolier en mer. De telles conduites peuvent être assemblées en mer, sur des navires de pose en soudant bout à bout des sections courtes (12 m ou 24 m) de conduites rigides formant une conduite rigide de grande longueur qui est déployée en mer au fur et à mesure de son assemblage. Parce que les soudures sont faites à bord du navire de pose, la vitesse de pose est lente comparée à celle d'une méthode où la conduite rigide est déployée en grande longueur sans recourir à des soudures sur le bateau de pose. Selon cette autre méthode, dite de pose en déroulé ou « reeled lay method » en langue anglaise, la conduite rigide est assemblée à terre par soudage de petites sections de conduites rigides, puis stockée sur la roue verticale ou bobine d'un bateau de pose. En mer, la conduite rigide est déroulée de sa bobine de stockage, redressée et déployée en mer. Une conduite rigide, déployée selon la méthode dite de pose en déroulé est couramment nommée « conduite rigide-déroulée ». Une conduite rigide-déroulée notamment décrite dans la norme AP117A est composée d'un tube métallique long, continu et rigide. En référence à la figure 1, après fabrication, la conduite rigide est enroulée sur une roue 2, également nommée tambour ou bobine, de stockage. La conduite enroulée est acheminée sur le lieu d'utilisation par navire 3. Lors de la pose, la conduite est déroulée, inclinée par le coude 4 sur la rampe de pose, puis redressée par les moyens de redressement 5. Lors de ces opérations, la conduite rigide est mise sous tension qui est appliquée par les moyens de mise en tension 6. Lors des opérations d'enroulement de la conduite sur une bobine et de redressement, la conduite subit des déformations dans le domaine plastique de l'acier. Une légère variation des contraintes appliquées au tube ou une légère variation de la raideur locale du tube peut entraîner des déformations géométriques importantes, voire le flambage du tube. Une façon habituelle de prévenir ces risques est d'appliquer une tension suffisante par les moyens 6 sur la conduite lors des opérations d'enroulement et de déroulement, et lors du redressement afin de garder le tube plaqué sur la forme de cintrage. Cependant, la mise sous tension de la conduite rigide présente des désavantages: augmentation de l'ovalisation, allongement plastique du tube, efforts sur les outils. In the field of oil exploitation, rigid pipes are used to transport a petroleum effluent at sea. Such pipes can be assembled at sea, on laying vessels by welding end-to-end short sections (12 m or 24 m) of rigid pipes forming a rigid pipe of great length which is deployed at sea as and when it is assembled. Because the welds are made on board the laying ship, the speed of laying is slow compared to that of a method where the rigid pipe is deployed in great length without resorting to welds on the laying ship. According to this other method, called "lay-up" or "reeled lay method" in English, the rigid pipe is assembled on the ground by welding small sections of rigid pipe, then stored on the vertical wheel or coil of a laying boat. . At sea, the rigid pipe is unrolled from its storage reel, straightened out and deployed at sea. A rigid pipe, deployed according to the so-called uncoiling method, is commonly called a "rigid-unrolled pipe". A rigid-unrolled pipe described in particular in the AP117A standard is composed of a long, continuous and rigid metal tube. Referring to Figure 1, after manufacture, the rigid pipe is wound on a wheel 2, also called drum or reel, storage. The wound pipe is conveyed to the place of use by ship 3. During laying, the pipe is unwound, inclined by the bend 4 on the laying ramp, then straightened by the straightening means 5. During these operations, the rigid pipe is energized which is applied by the tensioning means 6. During winding operations of the pipe on a reel and straightening, the pipe undergoes deformations in the plastic field of the steel. A slight variation in the stresses applied to the tube or a slight variation in the local stiffness of the tube can cause significant geometrical deformations, or even buckling of the tube. One usual way to prevent these risks is to apply sufficient tension by the means 6 on the pipe during the winding and unwinding operations, and during the straightening to keep the tube plated on the bending form. However, the power of the rigid pipe has disadvantages: increased ovalization, plastic elongation of the tube, efforts on the tools.
La présente invention propose de renforcer le tube acier par un tube en matériau polymère afin d'augmenter notablement la raideur en flexion de la conduite rigide lorsqu'elle subit des déformations dans le domaine plastique du tube acier. The present invention proposes to reinforce the steel tube by a tube of polymer material to significantly increase the bending stiffness of the rigid pipe when it undergoes deformations in the plastic field of the steel tube.
De manière générale, la présente invention décrit une conduite rigide-déroulée, comportant un tube métallique composé d'au moins deux tronçons de tube assemblés bout à bout par une soudure. Une couche de matériau isolant recouvre les tronçons de tube en laissant les extrémités des tronçons libres. Un manchon annulaire en matériau de remplissage recouvrant le tube métallique dépourvu de couche de matériau isolant. La conduite est caractérisée en ce qu'une gaine en matériau polymère recouvre au moins une portion dudit manchon annulaire en matériau de remplissage, la gaine en matériau polymère ayant une raideur en flexion à 2°/U de déformation en flexion, ladite raideur étant au moins deux fois supérieure à la raideur en flexion des tronçon de tube métallique à 20/0 de déformation plastique en flexion. In general, the present invention describes a rigid-unrolled pipe, comprising a metal tube composed of at least two pipe sections assembled end to end by a weld. A layer of insulating material covers the tube sections leaving the ends of the sections free. An annular sleeve of filling material covering the metal tube without a layer of insulating material. The pipe is characterized in that a sheath of polymer material covers at least a portion of said annular sleeve of filling material, the sheath of polymeric material having a flexural stiffness at 2 ° / U bending deformation, said stiffness being at less than two times greater than the flexural stiffness of the metal tube sections at 20/0 of flexural plastic deformation.
Selon l'invention, la gaine en matériau polymère peut former un tube, l'épaisseur de la gaine étant au moins deux fois supérieure à l'épaisseur du tube métallique, le matériau polymère ayant un module d'Young au moins supérieur à 500 MPa et le matériau polymère ayant une déformation à la rupture au moins supérieure à 5%. According to the invention, the sheath of polymer material can form a tube, the thickness of the sheath being at least two times greater than the thickness of the metal tube, the polymer material having a Young's modulus of at least greater than 500 MPa and the polymeric material having a breaking strain of at least greater than 5%.
La somme de l'épaisseur du manchon annulaire en matériau de remplissage et de l'épaisseur de la gaine polymère peut être inférieure à l'épaisseur de la couche de matériau isolant. The sum of the thickness of the annular sleeve of filling material and the thickness of the polymer sheath may be less than the thickness of the layer of insulating material.
Alternativement, la gaine polymère peut recouvrir une portion de la couche en matériau isolant de part et d'autre de la soudure. Le matériau polymère peut être choisi parmi un polypropylène, un polyamide et un polyéthylène. Alternatively, the polymer sheath may cover a portion of the layer of insulating material on either side of the weld. The polymeric material may be selected from polypropylene, polyamide and polyethylene.
Le tube métallique peut être composé en acier. Le matériau isolant peut être choisi parmi les mousses polymères, syntactiques et non syntactiques. Le matériau de remplissage peut être choisi parmi les polymères pleins ou sous forme de mousse. ~o la conduite peut être enroulée sur un tambour, le tube métallique subissant une déformation plastique en flexion supérieure à 1%. The metal tube can be made of steel. The insulating material may be chosen from polymeric, syntactic and non-syntactic foams. The filling material may be chosen from solid polymers or in the form of foam. ~ o the pipe can be wound on a drum, the metal tube undergoing plastic deformation in bending greater than 1%.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'une conduite selon l'invention, dans lequel on effectue les étapes suivantes : 15 - on fournit les au moins deux tronçons de tube, on dépose la couche de matériau isolant sur une partie de la surface extérieure de chaque tronçon de tube, les extrémités des tronçons restant dénudées, on raboute les deux tronçons de tube par une soudure pour former le 20 tube métallique, on dispose le manchon annulaire en matériau de remplissage sur la partie du tube métallique dépourvue de la couche de matériau d'isolation, on dispose la gaine en matériau polymère autour du matériau de 25 remplissage et au moins sur une partie de la couche en matériau isolant. The present invention also relates to a method of manufacturing a pipe according to the invention, in which the following steps are carried out: - the at least two tube sections are provided, the layer of insulating material is deposited on a part of the the outer surface of each pipe section, the ends of the stretches remaining stripped, the two tube sections are welded together to form the metal tube, the annular sleeve of filling material is arranged on the part of the metal tube devoid of the layer of insulating material, the sheath of polymer material is arranged around the filling material and at least part of the layer of insulating material.
Selon l'invention, on peut déposer la gaine en matériau polymère en effectuant l'une des étapes suivantes : 30 on injecte le matériau polymère dans un moule formant un espace annulaire autour de la conduite, on assemble deux demi-coquilles en matériau polymère autour de la conduite rigide-déroulée, on enroule hélico'idalement une bande en matériau polymère autour de la conduite, on extrude la gaine en matériau polymère autour de la conduite. According to the invention, the sheath of polymer material can be deposited by performing one of the following steps: the polymer material is injected into a mold forming an annular space around the pipe, two polymer shells are assembled around in the rigid-unrolled pipe, a strip of polymer material is wound helically around the pipe, and the sheath of polymer material is extruded around the pipe.
On peut enrouler la conduite sur un tambour. The pipe can be wound on a drum.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris 10 et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après en se référant aux dessins parmi lesquels : la figure 1 schématise un dispositif de pose d'une conduite rigide-déroulée, la figure 2 représente un premier mode de réalisation d'une conduite 15 rigide-déroulée selon l'invention, la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'une conduite rigide-déroulée selon l'invention, la figure 4 représente la déformation plastique cumulée à la fin de l'opération d'enroulement d'une conduite rigide-déroulée avec et sans 20 gaine polymère, la figure 5 représente une comparaison des moments en flexion d'un tube métallique et d'une gaine polymère en fonction de la déformation en flexion, la figure 6 présente une comparaison de la raideur tangente en flexion 25 d'un tube métallique et d'une gaine polymère en fonction de la déformation en flexion. Other features and advantages of the invention will be better understood and will become clear from reading the description given below with reference to the drawings, in which: FIG. 1 shows a device for laying a rigid-unwrapped pipe. FIG. 2 shows a first embodiment of a rigid-unrolled pipe according to the invention, FIG. 3 represents a second embodiment of a rigid-unwind pipe according to the invention, FIG. 4 represents the deformation. cumulative plastic at the end of the winding operation of a rigid-unrolled pipe with and without polymer sheath, FIG. 5 shows a comparison of the bending moments of a metal tube and of a polymer sheath as a function of In FIG. 6, the bending strain is a comparison of the tangent stiffness of a metal tube and a polymeric sheath depending on the bending deformation.
Les conduites rigides-déroulées présentées par les figures 2 et 3 sont constituées d'un tube métallique 10 rigide de grande longueur. Elles peuvent être 30 mises en oeuvre pour transporter un effluent pétrolier. Le tube métallique a typiquement un diamètre de 6 à 18 pouces et une épaisseur e1 de 0,3 à 1,8 pouces. II est le plus souvent réalisé en acier faiblement allié X40 à X80, en acier inoxydable ou en acier de type duplex. Le tube 10 est composé de plusieurs tronçons assemblés par soudure. La soudure 13 permet d'assembler deux tronçons du tube 10. Le tube 10 est entouré d'une isolation thermique 11 en forme de tube d'épaisseur e2. Le matériau isolant présente un coefficient de conductivité thermique inférieur à 0,3 W/(m.K). Par exemple, le matériau isolant peut être une mousse polymère, par exemple un polypropylène, un polyuréthane, une mousse syntactique polymère telle qu'un polypropylène, un polyuréthane ou une époxyde, comportant des billes de verre, un élastomère tel que le caoutchouc, ou un gel constitué d'un mélange de Kraton et d'iso-paraffine, de Kérosène et d'iso- polyuréthane, ou un élastomère silicone avec une huile silicone. Les extrémités des tronçons constituant le tube 10 sont dépourvues de la couche d'isolation thermique 11 pour permettre l'opération de soudage. En référence à la figure 2, un matériau de remplissage 14 est disposé autour du tube 10 au niveau de la soudure 13 afin d'obtenir une continuité de l'isolation sur la longueur du tube 10 après l'opération de soudure. Le matériau de remplissage 14 forme un manchon en forme de tube dont l'épaisseur e4 est inférieure à l'épaisseur e2 de la couche d'isolation thermique 11. En d'autres termes, le matériau de remplissage 14 remplit une partie ou la totalité de l'espace annulaire dépourvue de la couche d'isolation 11. En référence à la figure 2, l'épaisseur e4 du tube en matériau 14 est sensiblement égale à l'épaisseur e2 de la couche de matériau d'isolation 11. En référence à la figure 3 l'épaisseur e4 du tube en matériau 14 est inférieure à l'épaisseur e2 de la couche de matériau d'isolation 11. On choisit souvent un matériau de remplissage 14 qui est plus mou que le matériau d'isolation 11 pour garantir une bonne étanchéité au niveau de la soudure 13 et pour une plus grande facilité de mise en oeuvre. Par exemple, le matériau de remplissage 14 est en polyuréthane. La couche d'isolation présente alors une variation importante de rigidité au niveau de la soudure 13, ce qui conduit, dans le domaine de plasticité de l'acier, à une variation importante de la rigidité de la conduite. Cela a pour conséquence, une concentration des contraintes et des déformations plastiques dans l'acier, au niveau de la soudure 13, lors du bobinage et du redressement. The rigid-unrolled pipes shown in FIGS. 2 and 3 consist of a rigid metal tube 10 of great length. They can be used to transport a petroleum effluent. The metal tube typically has a diameter of 6 to 18 inches and a thickness e1 of 0.3 to 1.8 inches. It is most often made of low alloy steel X40 to X80, stainless steel or duplex steel. The tube 10 is composed of several sections assembled by welding. The weld 13 makes it possible to assemble two sections of the tube 10. The tube 10 is surrounded by a thermal insulation 11 in the form of a tube of thickness e2. The insulating material has a coefficient of thermal conductivity of less than 0.3 W / (m.K). For example, the insulating material may be a polymeric foam, for example a polypropylene, a polyurethane, a polymeric syntactic foam such as a polypropylene, a polyurethane or an epoxide, comprising glass beads, an elastomer such as rubber, or a gel consisting of a mixture of Kraton and iso-paraffin, kerosene and iso-polyurethane, or a silicone elastomer with a silicone oil. The ends of the sections constituting the tube 10 are devoid of the thermal insulation layer 11 to allow the welding operation. Referring to Figure 2, a filler material 14 is disposed around the tube 10 at the weld 13 to obtain a continuity of the insulation along the length of the tube 10 after the welding operation. The filling material 14 forms a tube-shaped sleeve whose thickness e4 is smaller than the thickness e2 of the thermal insulation layer 11. In other words, the filling material 14 fills some or all of of the annular space devoid of the insulating layer 11. With reference to FIG. 2, the thickness e4 of the tube of material 14 is substantially equal to the thickness e2 of the layer of insulating material 11. In reference in FIG. 3 the thickness e4 of the tube of material 14 is smaller than the thickness e2 of the layer of insulation material 11. A filling material 14 is often chosen which is softer than the insulation material 11 for guarantee a good seal at the weld 13 and for greater ease of implementation. For example, the filler material 14 is polyurethane. The insulation layer then has a significant variation in stiffness at the weld 13, which leads, in the field of plasticity of the steel, to a significant variation in the rigidity of the pipe. This results in a concentration of stresses and plastic deformations in the steel, at the level of the weld 13, during winding and straightening.
Pour augmenter la résistance de la conduite rigide-déroulée, la présente invention propose de renforcer le tube métallique 10 par une gaine en matériau polymère. Le tube 10 isolé thermiquement par les couches 11 et 14 de la figure 2 est renforcé en déposant une gaine polymère 12 autour du tube 10 au niveau de la soudure 13. La gaine polymère 12 est déposée sur la surface extérieure de la couche d'isolation thermique 11 et du matériau de remplissage 14. Sur la figure 2, la gaine 12 recouvre le matériau de remplissage et une partie de la couche d'isolation 11 en formant un tube d'épaisseur e3 sur une longueur axiale L1. La longueur axiale L1 peut être comprise entre deux fois L2 et dix fois L2, L2 étant la longueur axiale sur laquelle s'étend le matériau de remplissage 14 sur le tube 10. Alternativement, la gaine polymère 12 peut être posée sur toute la longueur du tube métallique 10. Le tube 10 isolé thermiquement par les couches 11 et 14 de la figure 3 est renforcé en déposant une gaine polymère 22 autour du tube 10 au niveau de la soudure 13. La gaine polymère 22 est déposée sur la surface extérieure de la couche de matériau de remplissage 14 pour combler l'espace annulaire dépourvu de matériau d'isolation, sans excéder le diamètre extérieur du tube isolant 11. Ert d'autres termes, l'épaisseur e2 de la couche d'isolation 11 est supérieure ou égal à la somme de l'épaisseur e4 du tube en matériau 14 et de l'épaisseur e5 de la gaine polymère 22. Dans le cas où la somme e2 = e4 + e5, la surface extérieure de la conduite rigide déroulée forme un cylindre de diamètre sensiblement constant entre la couche 11 et la superposition des couches 14 et 22. La gaine 22 s'étend environ sur la longueur L3 séparant les deux couches de matériau isolant 11. Le polymère et les dimensions du tube polymère 12 et 22 sont choisis de façon à augmenter notablement la raideur en flexion de l'ensemble de la conduite rigide-déroulée lorsque le tube acier est soumis à une déformation plastique notable. Selon l'invention, on choisit une gaine polymère 12 ou 22 de manière à ce que, de par le choix du polymère et des dimensions du tube, la gaine en matériau polymère présente une raideur en flexion à 2% de déformation en flexion au moins deux fois, de préférence au moins trois fois, voire au moins quatre fois, To increase the strength of the rigid-unrolled pipe, the present invention proposes to strengthen the metal tube 10 by a sheath of polymer material. The tube 10 thermally insulated by the layers 11 and 14 of Figure 2 is reinforced by depositing a polymer sheath 12 around the tube 10 at the weld 13. The polymer sheath 12 is deposited on the outer surface of the insulation layer 11 in FIG. 2, the sheath 12 covers the filling material and a part of the insulating layer 11, forming a tube of thickness e3 over an axial length L1. The axial length L1 may be between two times L2 and ten times L2, L2 being the axial length over which the filling material 14 extends on the tube 10. Alternatively, the polymer sheath 12 may be laid over the entire length of the tube. The tube 10 thermally insulated by the layers 11 and 14 of Figure 3 is reinforced by depositing a polymer sheath 22 around the tube 10 at the weld 13. The polymeric sheath 22 is deposited on the outer surface of the filling material layer 14 to fill the annular space devoid of insulation material, without exceeding the outer diameter of the insulating tube 11. In other words, the thickness e2 of the insulation layer 11 is greater than or equal to to the sum of the thickness e4 of the tube of material 14 and the thickness e5 of the polymer sheath 22. In the case where the sum e2 = e4 + e5, the outer surface of the unrolled rigid pipe forms a diameter cylinder himself nsablement constant between the layer 11 and the superposition of the layers 14 and 22. The sheath 22 extends approximately along the length L3 separating the two layers of insulating material 11. The polymer and the dimensions of the polymer tube 12 and 22 are chosen so to significantly increase the bending stiffness of the entire rigid-unrolled pipe when the steel pipe is subjected to significant plastic deformation. According to the invention, a polymer sheath 12 or 22 is chosen so that, by the choice of the polymer and the dimensions of the tube, the sheath made of polymeric material has a bending stiffness at 2% of bending deformation at least twice, preferably at least three times, or at least four times,
7 supérieure à la raideur en flexion du tube métallique à 2% de déformation plastique en flexion. En d'autres termes, lorsque la conduite selon l'invention subit une déformation qui correspond à 2% de déformation plastique en flexion du tube métallique, la gaine polymère est plus raide, 2 fois, de préférence 3 fois voire 4 fois, plus raide que le tube métallique plastiquement déformé (la comparaison s'effectue par rapport à une portion du tube métallique qui ne comporte pas de soudure). Selon l'invention, on peut choisir un polymère qui est raide, par exemple un polymère dont le module d'Young est supérieur à 500 MPa, de préférence supérieur à 700 MPa. Une excellente valeur de module d'Young du polymère étant supérieure à 1000 MPa. Selon l'invention, on peut choisir un polymère qui est ductile, par exemple un polymère qui présente une déformation à la rupture supérieure à 5%, de préférence supérieure à 8%, à 20°C à une vitesse de déformation de 2.10-4 s-1. Une excellente valeur de la déformation à la rupture du matériau polymère étant supérieure à 10% dans les mêmes conditions mentionnées ci-avant. Par exemple, on utilise un polymère de la famille des polypropylènes, des polyéthylènes ou des polyamides pour réaliser la gaine polymère 12 ou 22. De préférence, l'épaisseur de la gaine polymère 12 ou 22 est supérieure à l'épaisseur du tube acier 21 ou 10. De préférence, dans le mode de réalisation des figures 2 et 3, l'épaisseur e3 de la gaine polymère 12, respectivement l'épaisseur e5 de la gaine 22, est supérieure à deux fois l'épaisseur e1 du tube métallique 1. 7 greater than the bending stiffness of the metal tube at 2% of plastic deformation in bending. In other words, when the pipe according to the invention undergoes a deformation which corresponds to 2% of plastic deformation in flexion of the metal tube, the polymer sheath is stiffer, twice, preferably 3 times or even 4 times, stiffer. that the plastically deformed metal tube (the comparison is made with respect to a portion of the metal tube that does not include welding). According to the invention, it is possible to choose a polymer which is stiff, for example a polymer whose Young's modulus is greater than 500 MPa, preferably greater than 700 MPa. An excellent Young's modulus value of the polymer being greater than 1000 MPa. According to the invention, it is possible to choose a polymer which is ductile, for example a polymer which has a deformation at break greater than 5%, preferably greater than 8%, at 20 ° C. at a deformation speed of 2.10-4. s-1. An excellent value of the deformation at break of the polymer material being greater than 10% under the same conditions mentioned above. For example, a polymer of the family of polypropylenes, polyethylenes or polyamides is used to produce the polymer sheath 12 or 22. Preferably, the thickness of the polymer sheath 12 or 22 is greater than the thickness of the steel tube 21 or 10. Preferably, in the embodiment of Figures 2 and 3, the thickness e3 of the polymer sheath 12, respectively the thickness e5 of the sheath 22, is greater than twice the thickness e1 of the metal tube 1 .
La gaine polymère 12 ou 22 permet d'augmenter significativement la raideur de la conduite rigide-déroulée lorsque le tube métallique de la conduite est déformé dans le domaine plastique. Comme montré dans les exemples présentés ci-après, certains polymères ont un domaine élastique nettement plus étendu que les aciers, et leur raideur résiduelle chute beaucoup moins brutalement au moment de la plastification de l'acier. En conséquence, la gaine polymère bien choisie selon l'invention, présente une raideur initiale en flexion négligeable par rapport à la raideur en flexion du tube métallique lorsque la conduite rigide- déroulée n'est pas déformée. Par contre, lorsque la déformation de la conduite rigide-déroulée entraîne la déformation du tube métallique dans le domaine 2968380 s plastique, la raideur en flexion du tube métallique baisse. Les inventeurs ont constaté que la raideur en flexion du tube métallique plastifié est alors très faible et que la raideur en flexion du tube métallique chute dramatiquement bien en-dessous de la raideur en flexion de la gaine polymère. La gaine polymère mise en 5 oeuvre selon l'invention permet d'augmenter notablement la raideur en flexion de la conduite rigide-déroulée lorsqu'elle est soumise à des déformations en flexion dans le domaine plastique du tube métallique qui la compose. Le comportement en flexion de la conduite rigide-déroulée revêtue de la gaine polymère est alors beaucoup plus stable qu'un tube métallique seul. 10 La conduite rigide-déroulée selon l'invention permet de réduire les variations géométriques (ovalisation, courbures résiduelles, zones de plastification importante) du tube métallique lors des opérations de bobinages et de redressement et, donc, d'augmenter ses charges limites (notamment la résistance à la pression externe du fait d'une ovalisation plus faible) et son comportement en 15 fatigue. A tolérance géométrique égale, la présente invention permet de réduire la tension appliquée lors des opérations de bobinage et de redressement, et donc de réduire les efforts sur les outils. L'épaisseur du tube métallique est souvent dimensionnée par la résistance au flambage lors de l'enroulement, la présente invention permet alors de réduire cette épaisseur. 20 La conduite rigide-déroulée des figures 2 ou 3 peut être fabriquée selon le procédé décrit ci-après. On fabrique au moins deux tronçons de tube en métal. On dépose la couche de matériau isolant 11 sur la surface extérieure des 25 tronçons de tube métallique. Par exemple, la couche 11 est constituée d'une bande enroulée hélicoïdalement autour du tronçon du tube métallique. Alternativement, la couche 11 est extrudée sur la paroi extérieure du tronçon du tube métallique. La couche 11 recouvre toute la longueur des tubes, excepté les extrémités des tronçons qui restent dénudées afin de pouvoir effectuer des 30 soudures. On raboute les deux tronçons recouverts de l'isolation 11 par une soudure 13 pour former le tube métallique 10 thermiquement isolé. The polymer sheath 12 or 22 makes it possible to significantly increase the stiffness of the rigid-unrolled pipe when the metal tube of the pipe is deformed in the plastic field. As shown in the examples presented hereinafter, certain polymers have a much larger elastic range than steels, and their residual stiffness drops much less sharply at the time of plasticizing the steel. Consequently, the polymer sheath, which is well chosen according to the invention, has an initial stiffness in negligible flexion with respect to the bending stiffness of the metal tube when the rigid-unrolled pipe is not deformed. On the other hand, when the deformation of the rigid-unrolled pipe causes the deformation of the metal tube in the plastic region, the flexural stiffness of the metal tube decreases. The inventors have found that the flexural stiffness of the plasticized metal tube is then very low and that the bending stiffness of the metal tube drops dramatically well below the bending stiffness of the polymer sheath. The polymer sheath used according to the invention makes it possible to increase significantly the bending stiffness of the rigid-unrolled pipe when it is subjected to flexural deformations in the plastic region of the metal tube which composes it. The bending behavior of the rigid-unrolled pipe coated with the polymer sheath is then much more stable than a single metal pipe. The rigid-unrolled pipe according to the invention makes it possible to reduce the geometrical variations (ovalization, residual curvatures, large plasticizing zones) of the metal tube during winding and straightening operations and, therefore, to increase its limit loads (especially resistance to external pressure due to lower ovality) and its fatigue behavior. With equal geometric tolerance, the present invention makes it possible to reduce the voltage applied during the winding and straightening operations, and thus to reduce the forces on the tools. The thickness of the metal tube is often sized by the buckling resistance during winding, the present invention then makes it possible to reduce this thickness. The rigid-unrolled pipe of FIGS. 2 or 3 may be manufactured according to the method described hereinafter. At least two sections of metal tube are manufactured. The layer of insulating material 11 is deposited on the outer surface of the metal tube sections. For example, the layer 11 consists of a band wound helically around the section of the metal tube. Alternatively, the layer 11 is extruded on the outer wall of the section of the metal tube. The layer 11 covers the entire length of the tubes, except for the ends of the sections which remain stripped in order to be able to perform welds. The two sections covered with the insulation 11 are joined by a weld 13 to form the thermally insulated metal tube 10.
On dispose un matériau de remplissage 14 sur la partie du tube 10 dépourvue de l'isolation 11 au niveau de la soudure 13. Par exemple, on forme un moule en disposant un manchon tubulaire au dessus de la soudure 13 ce qui permet de fermer l'espace annulaire situé entre le tube 10 et les deux couches d'isolant 11. Le manchon tubulaire présente une surface interne cylindrique dont le diamètre interne est environ égal au diamètre de la surface extérieure de l'isolation 11. Puis, on injecte le matériau 14 dans l'espace annulaire fermé délimité par le tube 10, les extrémités des deux couches d'isolant 11 et la surface intérieure dudit manchon. A filling material 14 is disposed on the part of the tube 10 that does not have the insulation 11 at the weld 13. For example, a mold is formed by placing a tubular sleeve over the weld 13, which makes it possible to close the annular space located between the tube 10 and the two insulating layers 11. The tubular sleeve has a cylindrical inner surface whose internal diameter is approximately equal to the diameter of the outer surface of the insulation 11. Then, the material is injected 14 in the closed annular space defined by the tube 10, the ends of the two layers of insulation 11 and the inner surface of said sleeve.
On dispose la gaine polymère 12 ou 22 sur le matériau de remplissage 14 et éventuellement sur au moins sur une partie de la couche d'isolation 11. Eventuellement, la gaine polymère 12 est disposée sur toute la longueur du tube métallique 10 afin de former la conduite rigide-déroulée selon l'invention. On enroule la conduite rigide-déroulée sur une bobine ou une roue. The polymer sheath 12 or 22 is placed on the filling material 14 and optionally on at least a portion of the insulation layer 11. Optionally, the polymer sheath 12 is disposed over the entire length of the metal tube 10 to form the rigid-unrolled pipe according to the invention. The rigid-unrolled pipe is wound on a spool or a wheel.
La gaine polymère 12 de la figure 2 ou la gaine polymère 22 de la figure 3 peut être disposée autour de la conduite rigide déroulée selon les techniques suivantes. Le matériau polymère est injecté dans un moule formant un espace annulaire autour de la conduite rigide déroulée au niveau de la soudure 13. La gaine polymère est formée de deux demi-coquilles en matériau polymère qui sont assemblées autour de la conduite rigide-déroulée, par exemple par soudure des deux demi-coquilles l'une avec l'autre. La gaine polymère est constituée par une bande en matériau polymère enroulée hélicoïdalement autour de la conduite rigide-déroulée. La bande peut être enroulée à chaud. Une ou plusieurs épaisseurs de bande enroulée peuvent être nécessaires pour former la gaine polymère. La gaine polymère est extrudée autour de la conduite rigide-déroulée. The polymer sheath 12 of FIG. 2 or the polymeric sheath 22 of FIG. 3 may be arranged around the rigid pipe unwound according to the following techniques. The polymeric material is injected into a mold forming an annular space around the rigid pipe unwound at the weld 13. The polymeric sheath is formed of two half-shells of polymer material which are assembled around the rigid pipe-unwound, by example by welding the two half-shells with each other. The polymer sheath is constituted by a strip of polymer material wound helically around the rigid-unrolled pipe. The strip may be hot rolled. One or more coiled strip thicknesses may be required to form the polymeric sheath. The polymeric sheath is extruded around the rigid-unrolled pipe.
Les exemples numériques présentés ci-après permettent d'illustrer les avantages et l'efficacité de la gaine polymère pour améliorer la raideur d'une conduite rigide-déroulée soumise à des déformations en flexion. The numerical examples presented below make it possible to illustrate the advantages and effectiveness of the polymer sheath to improve the stiffness of a rigid-unrolled pipe subjected to flexural deformations.
Le comportement d'une conduite rigide-déroulée selon le mode de réalisation décrit en référence à la figure 2, a été simulé par calcul numérique. Les simulations ont été effectuées pour une conduite rigide déroulée munie de la 5 gaine polymère 12 et pour la même conduite dépourvue de la gaine polymère 12. Les dimensions de la conduite rigide-déroulée sont présentées dans le tableau 1 : Diamètre extérieur D du tube métallique 10 273,1 mm Epaisseur e1 du tube métallique 10 14,3 mm Epaisseur e2 de la couche d'isolant 11 101 mm Epaisseur e3 de la gaine polymère 12 30 mm Longueur L1 du matériau de remplissage 14 250 mm Les matériaux de la conduite rigide-déroulée sont présentés ci-après : 10 Métal du tube 10 : acier XC 65 module d'Young = 210 000 MPa Matériau isolant 11 : mousse de polypropylène, module d'Young 1 250 MPa Matériau de remplissage 14: polyuréthane plein, module d'Young 50 MPa 15 Polymère 12 : Polypropylène plein, Module d'Young=1 500 MPa, coefficient poisson 0,36, Limite élastique 50 MPa, déformation à la rupture supérieure à 40%. The behavior of a rigid-unrolled pipe according to the embodiment described with reference to Figure 2, was simulated by numerical calculation. The simulations were carried out for an unrolled rigid pipe provided with the polymer sheath 12 and for the same pipe devoid of the polymeric sheath 12. The dimensions of the rigid-unrolled pipe are shown in Table 1: Outer diameter D of the metal pipe 10 273.1 mm Thickness e1 of the metal tube 10 14.3 mm Thickness e2 of the insulating layer 11 101 mm Thickness e3 of the polymer sheath 12 30 mm Length L1 of the filling material 14 250 mm The materials of the rigid pipe are rolled out are shown below: Metal of the tube 10: Steel XC 65 Young's modulus = 210,000 MPa Insulating material 11: Polypropylene foam, Young's modulus 1,250 MPa Filling material 14: Solid polyurethane, Modulus d Young 50 MPa Polymer 12: Solid polypropylene, Young's modulus = 1500 MPa, Fish coefficient 0.36, Elastic limit 50 MPa, Deformation at break greater than 40%.
La simulation a consisté à observer le comportement de la conduite 20 rigide-déroulée comportant une soudure 13, lorsqu'elle est enroulée sur une roue rigide ayant un rayon de 9,5 m. Lorsque la conduite est enroulée sur la roue de stockage, le tube acier 10 subit une déformation plastique de 1 %. La figure 4 présente la déformation plastique cumulée ECP en °/U à la fin de l'opération d'enroulement de la conduite rigide-déroulée sur la roue, sans gaine 25 polymère 12 (courbe en trait pointillé) et avec la gaine polymère 12 (courbe en noir). Sur la figure 4, la déformation plastique cumulée est représentée en fonction de la position P en mètre le long de la conduite, la soudure étant située à la Il position 0. La simulation montre que la conduite rigide déroulée dépourvue de la gaine polymère 12 flambe lors de l'opération d'enroulement autour de la roue, au niveau de la soudure, il n'est pas possible d'enrouler toute la conduite. Par contre la conduite rigide déroulée munie de la gaine polymère 12 ne flambe pas et les efforts localisés dans la soudure 13 restent limités. L'enroulement peut être mené à son terme. The simulation consisted in observing the behavior of the rigid-unrolled pipe 13 having a weld 13, when it is wound on a rigid wheel having a radius of 9.5 m. When the pipe is wound on the storage wheel, the steel tube 10 undergoes a plastic deformation of 1%. FIG. 4 shows the cumulative plastic deformation ECP in ° / U at the end of the winding operation of the pipe rigid-unwound on the wheel, without polymer sheath 12 (dotted line curve) and with the polymer sheath 12 (black curve). In FIG. 4, the cumulative plastic deformation is represented as a function of the position P in meter along the pipe, the weld being located at the position 0. The simulation shows that the unrolled rigid pipe devoid of the polymer sheath 12 is flaming. during the winding operation around the wheel, at the weld, it is not possible to wind the entire pipe. On the other hand, the unrolled rigid pipe provided with the polymer sheath 12 does not flare and the localized forces in the weld 13 remain limited. The winding can be completed.
Pour évaluer la répartition de la raideur de la structure de la conduite rigide-déroulée entre le tube métallique 10 et la gaine 12, le comportement en 10 flexion du tube 10 et de la gaine 12 ont été simulés séparément. Les moments de flexion MF, en kN.m, sont comparés sur la figure 5, la courbe en trait pointillé correspondant au tube en acier 10 et la courbe en noir correspondant au tube polymère 12. Sur la figure 5, la variation des moments de flexion est représentée en fonction de la déformation en flexion EF en %. Le tube 15 polymère 12 a un diamètre plus important et une épaisseur plus importante que ceux du tube acier 10. C'est pourquoi, bien que le polymère soit moins raide que le métal, les efforts de flexion supportés par le tube polymère sont non négligeables en comparaison au tube en acier. On remarque que le moment de flexion du tube en acier atteint un maximum à environ 3,40/0 de la déformation de 20 flexion. A ce point, la raideur résiduelle du tube acier n'est plus suffisante pour contrecarrer la réduction du moment d'inertie due à l'ovalisation du tube. Les raideurs résiduelles en flexion TRF, en kN.m, sont comparées sur la figure 6, la courbe en trait pointillé correspond au tube en acier 10, la courbe en noir correspond au tube polymère 12. Sur la figure 6, la variation de la raideur 25 résiduelle en flexion est représentée en fonction de la déformation de flexion EF en %. Sur la figure 6, on constate que la raideur du tube en acier 10 est très grande à faible déformation (inférieure à 0,5%), puis elle chute très rapidement et devient inférieure à celle du tube en polymère 12. La raideur du tube acier est si basse pour une déformation de flexion supérieur à 0,6% que la raideur de la 30 structure de la conduite rigide-déroulée (tube acier 10 + couche d'isolant 14 + gaine polymère 12) ne repose pratiquement plus que sur la raideur de la gaine polymère 12. Pour des déformations en flexion supérieures à 3,40/0, la raideur en flexion du tube acier est négative, ce qui signifie que le tube devient instable en flexion s'il n'est pas stabilisé par la gaine 12. Par conséquent, les simulations confirment clairement que la gaine polymère 12 permet d'augmenter la raideur et la stabilité de la conduite rigide-s déroulée lorsqu'elle est déformée dans le domaine plastique du tube en acier 10. To evaluate the stiffness distribution of the structure of the rigid-unrolled pipe between the metal tube 10 and the sheath 12, the bending behavior of the tube 10 and the sheath 12 were simulated separately. The bending moments MF, in kN.m, are compared in FIG. 5, the dotted line curve corresponding to the steel tube 10 and the black curve corresponding to the polymer tube 12. In FIG. bending is plotted against EF flexural deformation in%. The polymer tube 12 has a greater diameter and a greater thickness than those of the steel tube 10. Therefore, although the polymer is less stiff than the metal, the bending forces supported by the polymer tube are not negligible. compared to the steel tube. It is noted that the bending moment of the steel tube reaches a maximum at about 3.40 / 0 of the flexural deformation. At this point, the residual stiffness of the steel tube is no longer sufficient to counteract the reduction of the moment of inertia due to ovalization of the tube. The residual stiffnesses in bending TRF, in kN.m, are compared in FIG. 6, the dotted line curve corresponds to the steel tube 10, the curve in black corresponds to the polymer tube 12. In FIG. 6, the variation of the Residual flexural stiffness is plotted against EF deflection deformation in%. In FIG. 6, it can be seen that the stiffness of the steel tube 10 is very large at low deformation (less than 0.5%), then it drops very rapidly and becomes smaller than that of the polymer tube 12. The stiffness of the tube is so low for bending deformation greater than 0.6% that the stiffness of the rigid-unrolled pipe structure (steel pipe 10 + insulating layer 14 + polymer sheath 12) is practically nonexistent. stiffness of the polymer sheath 12. For flexural deformations greater than 3.40 / 0, the bending stiffness of the steel tube is negative, which means that the tube becomes unstable in bending if it is not stabilized by the Sheath 12. Therefore, the simulations clearly confirm that the polymer sheath 12 makes it possible to increase the stiffness and the stability of the rigid pipe which is unwound when it is deformed in the plastic domain of the steel tube 10.
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Also Published As
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