FR2761471A1 - Procede et ensemble de detection de fuites d'une installation a tube caloporteur place dans une gaine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne la détection de fuites d'une gaine de protection d'un tube caloporteur. Elle se rapporte à un procédé de détection de fuites qui comprend la mise d'un gaz contenu dans une chambre comprise entre un tube caloporteur isolé (10, 12) et une gaine (14) à une pression supérieure à un seuil bas de pression lui-même supérieur à la pression atmosphérique, la mesure de la pression du gaz dans la chambre, la comparaison de la pression mesurée au seuil bas de pression, et la détermination d'une fuite de la gaine (14) lorsque la comparaison indique une pression du gaz inférieure ou égale au seuil bas de pression. Le seuil bas peut varier avec la température du gaz. Application aux réseaux de tubes caloporteurs, notamment de chauffage urbain.

Description

La présente invention concerne un procédé de détection de fuites dans une installation comprenant un ou plusieurs tubes caloporteurs disposés dans une gaine, ainsi qu'un ensemble de détection de fuites dans une telle installation.

Bien qu'on puisse souvent placer des tubes caloporteurs revêtus de leur isolant dans des caniveaux ou directement dans le sol, il est fréquent d'utiliser une gaine protectrice pour les protéger contre la corrosion, surtout lorsque le sol est humide. En effet, les réseaux de transport formés de tubes caloporteurs sont le plus souvent destinés à être utilisés pendant des dizaines d'années, et il est essentiel que les réparations du réseau soient réduites au minimum car elles sont très onéreuses.

La description qui suit concerne une telle installation utilisée dans le cas d'un réseau de chauffage urbain.

Cependant, elle s'applique aussi de façon générale à toutes les installations ayant des tubes caloporteurs protégés par des gaines, la gaine étant distante du tube caloporteur.

Dans les installations du type concerné, la gaine n'est pas placée directement au contact du tube caloporteur mais au contraire, elle en est séparée par un certain espace qui est mis à profit pour l'isolation thermique des tubes caloporteurs. Dans le cas où une même gaine contient plusieurs tubes caloporteurs, par exemple les tubes aller et retour d'un réseau de chauffage urbain, il est évident qu'il existe un espace entre les tubes caloporteurs et la gaine.

Lorsque le tube caloporteur et/ou la gaine est formé d'un matériau sensible à la corrosion, notamment par l'eau, il est essentiel que l'eau ne puisse pas être présente entre le tube caloporteur et la gaine. Dans le cas des réseaux de chauffage urbain, le tube caloporteur est le plus souvent formé d'acier et la gaine aussi. Dans ces conditions, la présence d'une quantité même faible d'eau peut provoquer un début de corrosion qui, au cours des années, peut conduire à l'apparition d'une fuite.

Pour éviter cette corrosion, on a jusqu'ici fermé de manière étanche l'espace compris entre le tube et la gaine afin que l'humidité ne puisse pas pénétrer (procédé "Tucal"). Bien entendu, le gaz contenu à l'origine doit aussi être dépourvu d'humidité. Un dispositif de décharge qui fixe une pression maximale de sûreté est en général incorporé.

On a aussi essayé d'obtenir une meilleure isolation thermique entre la gaine et le tube par réalisation de vide dans l'espace intermédiaire.

Les deux solutions précitées présentent des inconvénients.

Dans le cas d'une installation contenant un gaz dans l'espace compris entre la gaine et le tube, et dans lequel l'humidité est détectée, lorsque le détecteur d'humidité utilisé indique la présence d'humidité, une corrosion a déjà commencé. Il est alors nécessaire d'effectuer des réparations importantes pour supprimer la fuite.

Dans le cas où l'espace intermédiaire est placé sous vide, non seulement il est nécessaire d'utiliser une installation à fonctionnement constant pour maintenir le vide, mais encore le vide créé ne fait qu'accentuer l'effet de la fuite s'il s'en crée une dans la gaine. Ainsi, en cas de fuite, l'eau placée à l'extérieur a tendance à être aspirée très rapidement. Comme dans le cas précédent, des réparations coûteuses sont nécessaires.

L'invention a pour objet d'éviter ces réparations coûteuses par une détection précoce des fuites éventuelles, avant que de l'eau n'ait pu pénétrer dans l'espace compris entre la gaine et le tube caloporteur.

Selon l'invention, cet espace intermédiaire est maintenu en surpression, et cette surpression est mesurée constamment ou à intervalles rapprochés afin que l'apparition d'une fuite puisse être détectée, avant que cette fuite permette l'introduction d'eau à l'intérieur de la gaine. Il suffit à ce moment d'arrêter la fuite car, grâce à la surpression interne, l'eau n'a pas pu pénétrer dans l'espace intermédiaire et ne provoque pas des réparations très coûteuses.

En outre, selon une caractéristique avantageuse de l'invention, étant donné que la progression de la corrosion est essentiellement due à l'oxygène, le gaz contenu entre le tube et la gaine a de préférence une teneur réduite ou nulle en oxygéne.

Plus précisément, l'invention concerne un procédé de détection de fuites dans une installation comportant une gaine de protection d'au moins un tube caloporteur isolé, la gaine et le tube au moins délimitant entre eux une chambre qui est fermée afin qu'elle puisse contenir un gaz à une pression différente de la pression atmosphérique, le gaz pouvant présenter, à cause des variations de température du tube caloporteur au moins et de la gaine, des variations de température qui provoquent des variations de la pression du gaz ; selon l'invention, le procédé comprend la mise de la chambre à une pression supérieure à un seuil bas de pression qui est lui-même supérieur à la pression atmosphérique, la mesure de la pression du gaz dans la chambre, la comparaison de la pression mesurée au seuil bas de pression, et la détermination d'une fuite de la gaine lorsque la comparaison indique que la pression du gaz est inférieure ou égale au seuil bas de pression.

De préférence, la mise de la chambre à une pression supérieure au seuil bas de pression comprend la purge du gaz de la chambre, puis l'introduction d'un gaz pratiquement dépourvu d'eau. Ce gaz introduit a avantageusement une teneur en oxygène inférieure à celle de l'air, et il est avantageusement constitué par de l'azote.

Dans un mode de réalisation, le seuil bas ou de pression ne varie pas avec la température, et la mise de la chambre à une pression supérieure au seuil bas de pression compris la mise du gaz présent dans la chambre à une pression telle que, en l'absence de fuites de la gaine et à la température la plus basse de la plage de variations de température du gaz, la pression du gaz dans la chambre est supérieure au seuil bas de pression.

Dans un autre mode de réalisation, le procédé comporte en outre la mesure de la température du gaz dans la chambre, et la détermination du seuil bas afin qu'il varie avec la température du gaz.

Dans ces deux modes de réalisation, la mise du gaz de la chambre à une pression supérieure au seuil bas comprend avantageusement la mise du gaz de la chambre à une pression telle que, même à la température la plus élevée de la plage de variations de température du gaz, la pression du gaz dans la chambre est inférieure à un seuil haut de pression. De préférence, le seuil haut de pression est inférieur à une valeur limite de pression de sûreté. Il est alors avantageux que le procédé comporte en outre la détermination d'une fuite du tube caloporteur lorsque la pression du gaz dans la chambre devient supérieure ou égale au seuil haut de pression.

L'invention concerne aussi un ensemble de détection de fuites d'une gaine de protection, dans une installation qui comporte une gaine de protection d'au moins un tube caloporteur isolé, la gaine et le tube au moins délimitant une chambre qui est fermée afin qu'elle puisse contenir un gaz à une pression différente de la pression atmosphérique, le gaz de la chambre pouvant présenter, à cause des variations de température du tube caloporteur au moins et de la gaine, des variations de sa température qui provoquent des variations de sa pression ; selon l'invention, cet ensemble comprend un dispositif de mesure de la pression du gaz dans la chambre, un dispositif de comparaison de la pression mesurée à un seuil bas de pression, et un dispositif de détermination d'une fuite de la gaine lorsque le dispositif de comparaison indique que la pression du gaz dans la chambre est inférieure ou égale au seuil bas de pression.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure de la pression et le dispositif de comparaison de la pression mesurée à une valeur de seuil bas comprennent un capteur manométrique associé à un détecteur de seuil qui donne une indication du passage de la pression mesurée au seuil bas de pression.

Dans un autre mode de réalisation, l'ensemble comporte en outre un dispositif de mesure de la température du gaz dans la chambre, et un dispositif destiné à faire varier le seuil bas en fonction de la température mesurée du gaz.

Il est avantageux que l'ensemble comporte en outre un dispositif de comparaison de la pression mesurée à un seuil haut de pression, et que le dispositif de mesure de la pression et le dispositif de comparaison de la pression mesurée à un seuil haut de pression comprennent un capteur manométrique associé à un détecteur de seuil qui donne une indication du passage de la pression mesurée au seuil haut de pression. Dans ce cas, l'ensemble comporte avantageusement un dispositif de sûreté destiné à limiter la pression du gaz dans la chambre à une pression de décharge, et le seuil haut est inférieur à la pression de décharge.

De préférence, l'ensemble comporte un organe central de contrôle, et le dispositif de mesure de la pression et, le cas échéant, le dispositif de mesure de la température donnent chacun un signal électrique de pression et, le cas échéant, de température, les signaux de pression et de température étant transmis à un organe central de commande qui constitue les dispositifs de comparaison et de détermination.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est une vue schématique d'une partie d'installation à tube caloporteur unique et à gaine, ayant une partie arrachée, avec, représentée sous forme schématique, une partie d'un circuit qui peut être utilisé selon l'invention
la figure 2 est un graphique représentant un exemple de variation de la température dans l'installation de la figure 1 ; et
la figure 3 est un graphique représentant la variation de pression dans l'installation de la figure 1, dans le cas de deux événements que l'invention permet de détecter.

La figure 1 représente un court tronçon d'installation utilisé dans un réseau de chauffage urbain, dans un cas particulier d'application de l'invention.

L'installation comporte un tube caloporteur de grande longueur, comportant par exemple un tube 10 d'acier entouré d'un isolant 12. Le tube d'acier est supporté à l'intérieur d'une gaine 14, par exemple formée d'acier et protégée à l'extérieur contre la corrosion, par exemple par un revêtement de polyéthylène.

L'isolant 12 peut être formé par exemple de verre cellulaire, de laine de roche ou de laine de verre. Il est important, pour réduire les pertes de chaleur, que l'isolant 12 soit très efficace. Il peut comprendre d'ailleurs une structure multicouche contenant, à l'intérieur, des isolants résistant bien à la chaleur et, à l'extérieur, des isolants résistant moins bien à la chaleur, par exemple une mousse de polyuréthanne.

Dans l'installation représentée sur la figure 1, un espace existe entre la surface extérieure de l'isolant 12 et la surface intérieure de la gaine 14. Cet espace est normalement relié par une canalisation 16 à une soupape de sûreté 18, qui peut être par exemple formée de disques de rupture, et, de préférence, à un manomètre 20 indiquant la pression.

Un robinet 22 et un détendeur 24 sont destinés à permettre l'introduction d'un gaz, lors de la mise en oeuvre de l'invention par exemple.

Etant donné que la gaine a sa surface extérieure au contact du sol, en général à une température de l'ordre de 10 à 15 OC, et que le tube caloporteur transmet un fluide qui peut être chaud, par exemple de l'eau surchauffée à une température de 150 à 180 OC dans le cas d'un réseau de chauffage urbain, la surface extérieure de l'isolant 12 présente des excursions de température entre le moment où le réseau ne transmet aucun fluide (par exemple pendant l'arrêt annuel de l'installation) et le moment où le débit maximal du fluide le plus chaud circule dans le tube 10. Etant donné ces variations de température du gaz contenu dans l'espace compris entre l'isolant 12 et la gaine 14, la pression du gaz varie. Par exemple, lorsque l'installation a été remplie à la pression atmosphérique à une température de 20 "C et a été fermée, lorsque la température de l'air contenu dans l'installation atteint 55 OC, la pression a augmenté de 120 mbar.

Dans une installation classique contenant de l'air entre le tube caloporteur isolé et la gaine, cet air constitue partiellement une isolation thermique. Si la gaine présente une fuite, le gaz chauffé qui est en surpression s'échappe par la fuite ; dès que la température du gaz diminue, celui-ci crée une dépression qui aspire l'humidité qui peut alors pénétrer dans l'espace intermédiaire. Si un détecteur d'humidité a été placé dans l'espace intermédiaire, il indique cette pénétration d'humidité. Cependant, le fait que l'humidité est détectée signifie qu'il existe effectivement un trajet de fuite et que ce trajet de fuite a déjà permis la pénétration d'eau et donc un début de corrosion.

Dans une autre installation connue, l'espace intermédiaire est mis sous vide. Lorsqu'une fuite se forme par corrosion de la gaine, l'humidité est immédiatement aspirée dans l'espace intermédiaire et commence à corroder la surface interne de la gaine.

On a représenté sur la figure 2 la variation de la température dans l'installation représentée sur la figure 1.

Sur cette figure, l'axe des abscisses représente la distance par rapport à l'axe du tube caloporteur. A partir de cet axe représenté par un trait mixte, on a représenté la paroi du tube caloporteur 26 et l'interface 28 de l'isolant du tube caloporteur et de l'atmosphère d'air contenue dans l'espace intermédiaire. La référence 14 désigne la gaine, supposée mince. On note que la température qui est très élevée à l'intérieur du tube caloporteur diminue régulièrement par conduction dans l'isolant entre le tube 26 et l'interface 28 de l'isolant avec l'air, cette réduction de température correspondant à la plus grande partie de l'écart de température entre la température à l'intérieur du tube caloporteur (qui peut atteindre 180 OC) et la température extérieure, à l'extérieur de la gaine (à gauche sur la figure 2). L'écart de température qui existe entre l'extérieur et la température à l'interface de la gaine et de l'air est nettement plus faible que l'écart de température existant entre le tube caloporteur et la surface extérieure de son isolant. Par exemple, lorsque la température à l'intérieur du tube est de 180 OC et la température à l'extérieur de la gaine de 15 OC, la température moyenne de l'air, dans l'espace compris entre la gaine 14 et la surface 28 de l'isolant, peut être de 55 OC. Dans cet espace d'air, le gradient de température est surtout important au niveau des surfaces.

L'invention remédie aux inconvénients indiqués précédemment par mise de l'intérieur de la gaine en surpression en permanence, c'est-à-dire dans toutes les conditions d'utilisation de l'installation. De cette manière, en cas de fuite, l'humidité ne peut pas pénétrer puisque la pression dans l'espace intermédiaire est toujours supérieure à la pression à l'extérieur. Par contre, une telle fuite peut provoquer une réduction de la pression à l'intérieur. C'est cette réduction de pression qui est contrôlée par mesure de la pression et, avantageusement de la température du gaz de l'espace intermédiaire pour la détection d'une fuite éventuelle.

Les moyens mis en oeuvre selon l'invention, dans un mode de réalisation simple, peuvent être extrêmement sommaires. Par exemple, il suffit que le manomètre 20 comporte un organe détecteur de seuil, par exemple un support muni d'un microcontact contre lequel vient buter l'aiguille du manomètre.

Plus précisément, selon l'invention, l'espace intermédiaire est rempli d'un gaz de manière que la pression dans l'espace intermédiaire soit toujours supérieure à un seuil bas de pression, même lorsque l'installation est à l'arrêt.

La caractéristique importante pour la protection contre la corrosion est que l'espace intermédiaire soit toujours en surpression. A cet effet, il suffit qu'un seuil bas soit déterminé indépendamment de la température du gaz qui fait varier la pression du gaz. Par exemple, ce seuil bas, indiqué par la référence 30 sur la figure 3, peut être par exemple réglé à 50 mbar de surpression. Si l'installation travaille dans des conditions stationnaires, la pression du gaz peut être représentée par une droite horizontale comme indiqué par la référence 34. En cas de fuite de la gaine dans ces conditions stationnaires, la pression du gaz dans la chambre diminue comme indiqué par la référence 36.

Cependant, elle atteint le seuil bas de pression 30, et, à ce moment, selon l'invention, la présence d'une fuite est indiquée.

On a indiqué précédemment que la température du gaz de l'espace intermédiaire pouvait normalement varier entre 10 et 55 OC environ dans le cas d'un réseau de chauffage urbain.

En conséquence, la pression du gaz à l'état de régime stationnaire, par exemple en hiver lorsque la consommation du fluide chaud est la plus grande, est très supérieure à la valeur du seuil bas, et il faut donc qu'une fuite ait déjà été relativement importante pour être détectée par passage au seuil bas 30. I1 est donc avantageux, dans une variante de l'invention, que le seuil bas, représenté comme constant sur la figure 3, varie avec la température du gaz dans l'espace intermédiaire. De cette manière, le seuil bas de pression permettant la détection d'une fuite de la gaine peut être adapté à la température moyenne du gaz dans l'espace intermédiaire. A cet effet, un capteur de température peut être simplement disposé dans cet espace intermédiaire, et la pression mesurée et la température mesurée peuvent être transmises à un dispositif électronique capable de calculer la nouvelle valeur du seuil bas de pression à appliquer en fonction de la température du gaz, par utilisation de la loi bien connu des gaz parfaits
PV = nRT. Cette réalisation est évidente pour l'homme du métier et on ne la décrit pas plus en détail.

Il existe un autre incident qui peut se produire dans le cas des installations considérées. Cet incident est une fuite du tube caloporteur. Le tube caloporteur travaille à une pression élevée et, en cas de fuite, il est important que celle-ci puisse être détectée très rapidement, c'est-àdire plus vite que par mesure de la perte d'eau du circuit caloporteur au niveau de la centrale de chauffage. A cet effet, on note que, si du fluide surchauffé peut s'échapper du tube caloporteur 10, il a deux actions, d'une part une augmentation de la pression provoquée par l'introduction d'un fluide à pression élevée et d'autre part une augmentation de la pression due au réchauffement du gaz de l'espace intermédiaire à cause de la température élevée du fluide qui fuit. Dans ce cas, on peut observer une élévation de pression non corrélée à la température dans l'espace intermédiaire entre la gaine et le tube caloporteur. Il est alors avantageux, selon un perfectionnement de l'invention, de pouvoir détecter le passage de cette pression 40 à un seuil haut de pression 38 indiqué sur la figure 3. Ce seuil haut de pression 38 est évidemment inférieur à la pression de décharge de sûreté 32, déterminée par exemple par des disques de rupture.

Cette détection du passage au seuil haut peut être réalisée avec les mêmes moyens qui déterminent le passage au seuil bas, par exemple par un organe de commande placé à distance et recevant les signaux de pression et de température.

Etant donné que les installations du type concerné ont un tube caloporteur conducteur de l'électricité et électriquement isolé de la gaine qui est aussi conductrice de l'électricité lorsqu'elle est formée d'acier, il est possible de transmettre les signaux détectés, correspondant à la valeur de la pression et éventuellement, à la valeur de la température de l'espace intermédiaire, à un organe de commande placé à distance et qui surveille de nombreux tronçons de l'installation. Il existe des composants électroniques qui permettent le traitement des signaux des détecteurs de pression et de température afin qu'ils puissent être facilement acheminés directement par le tube caloporteur. Cependant, il est aussi avantageux de placer une ligne de transmission de signaux le long de la canalisation, une telle ligne étant le plus souvent déjà présente.

Bien qu'il soit possible d'utiliser le procédé de l'invention avec de l'air comme gaz compris dans l'espace intermédiaire, il est particulièrement avantageux qu'une protection supplémentaire contre la corrosion soit obtenue par utilisation de gaz ne contenant pas d'oxygène. On sait en effet que la corrosion par l'oxygène est favorisée dès qu'il existe un peu d'humidité. Lorsque la quantité d'oxygène est nulle ou plus faible que dans l'air, les phénomènes de corrosion qui pourraient se produire sont encore plus réduits. En conséquence, selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le gaz intermédiaire est avantageusement de l'azote. Il peut aussi être constitué d'un mélange d'azote et d'air ou d'un autre gaz ne contenant pas d'oxygène.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de détection de fuites dans une installation comportant une gaine (14) de protection d'au moins un tube caloporteur isolé (10, 12), la gaine (14) et le tube au moins délimitant entre eux une chambre qui est fermée afin qu'elle puisse contenir un gaz à une pression différente de la pression atmosphérique, le gaz pouvant présenter, à cause des variations de température du tube caloporteur (10, 12) au moins et de la gaine (14), des variations de température qui provoquent des variations de la pression du gaz, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend

- la mise de la chambre à une pression supérieure à un seuil bas de pression qui est lui-même supérieur à la pression atmosphérique,

- la mesure de la pression du gaz dans la chambre,

- la comparaison de la pression mesurée au seuil bas de pression, et

- la détermination d'une fuite de la gaine (14) lorsque la comparaison indique que la pression du gaz est inférieure ou égale au seuil bas de pression.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise de la chambre à une pression supérieure au seuil bas de pression comprend la purge du gaz de la chambre, puis l'introduction d'un gaz pratiquement dépourvu d'eau.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz introduit a une teneur en oxygène inférieure à celle de l'air.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le seuil bas de pression ne varie pas avec la température, et la mise de la chambre à une pression supérieure au seuil bas de pression comprend la mise du gaz présent dans la chambre à une pression telle que, en l'absence de fuites de la gaine (14) et à la température la plus basse de la plage de variations de température du gaz, la pression du gaz dans la chambre est supérieure au seuil bas de pression.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le procédé comporte en outre la mesure de la température du gaz dans la chambre, et la détermination du seuil bas afin qu'il varie avec la température du gaz.

6. procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mise du gaz de la chambre à une pression supérieure au seuil bas comprend la mise du gaz de la chambre à une pression telle que, même à la température la plus élevée de la plage de variations de température du gaz, la pression du gaz dans la chambre est inférieure à un seuil haut de pression.

7. Ensemble de détection de fuites d'une gaine (14) de protection, dans une installation qui comporte une gaine (14) de protection d'au moins un tube caloporteur isolé (10, 12) , la gaine (14) et le tube au moins délimitant une chambre qui est fermée afin qu'elle puisse contenir un gaz à une pression différente de la pression atmosphérique, le gaz de la chambre pouvant présenter, à cause des variations de température du tube caloporteur (10, 12) au moins et de la gaine (14), des variations de sa température qui provoquent des variations de sa pression, l'ensemble étant caractérisé en ce qu'il comprend

- un dispositif (20) de mesure de la pression du gaz dans la chambre,

- un dispositif de comparaison de la pression mesurée à un seuil bas de pression supérieur à la pression atmosphérique, et

- un dispositif de détermination d'une fuite de la gaine (14) lorsque le dispositif de comparaison indique que la pression du gaz dans la chambre est inférieure ou égale au seuil bas de pression.

8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ensemble comporte en outre un dispositif de mesure de la température du gaz dans la chambre, et un dispositif destiné à faire varier le seuil bas en fonction de la température mesurée du gaz.

9. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ensemble comporte en outre un dispositif de comparaison de la pression mesurée à un seuil haut de pression, et le dispositif de mesure de la pression et le dispositif de comparaison de la pression mesurée à un seuil haut de pression comprennent un capteur manométrique associé à un détecteur de seuil qui donne une indication du passage de la pression mesurée au seuil haut de pression.

10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'ensemble comporte un organe central de contrôle, et le dispositif de mesure de la pression et, le cas échéant, le dispositif de mesure de la température donnent chacun un signal électrique de pression et, le cas échéant, de température, les signaux de pression et de température étant transmis à un organe central de commande qui constitue les dispositifs de comparaison et de détermination.