02 Sep La congélation comme solution sur des canalisations, pour réparation ou modification

La congélation comme solution pour remplacer des soupapes sur des canalisations, ou pour toute autre réparation ou modification

Par Dr Michael J Fletcher & Ron A Sewell

Les intervenants en maintenance sur des tuyauteries dans tout type d’industrie se heurtent parfois au problème de remplacement de composants sur site, comme des soupapes ou des vannes.
Isoler et mettre à nu des sections de la canalisation pour ce travail peut être très coûteux.

• Il faut vider les tubulures de leur contenu, qu’il soit solide, liquide ou gazeux,
• Il faut se débarrasser du contenu, ou le stocker,
• Il faut recharger l’ensemble une fois le travail effectué,
• La production doit être arrêtée.

Une solution attirante et économique est de créer des bouchons de glace de part et d’autre de la soupape.

Ainsi, seul le volume situé entre les deux points de congélation doit être vidé. Deux solutions sont présentées, la première, pour des tubulures de diamètre compris entre 9 et 200 mm (3/83 – 8’’), la seconde, pour aller jusqu’à 300 mm.

Le système Qwik-Freezer®
Les manchons Qwik-Freezer® basés sur le refroidissement par du CO2 liquide peuvent être mis en œuvre pour des tuyauteries jusqu’à 200 mm de diamètre.

Cette gamme de diamètres est maintenant généralement adoptée pour de nombreux systèmes de transport d’eau, dans lesquels on a à remplacer des robinets et soupapes, dans des industries variées, telles que :

• Pétrochimique,
• Alimentation d’immeubles,
• Alimentaire et boissons,
• Hôpitaux,
• Traitement de l’eau,
• Avitaillement de navires,
• Aérospatiale.

Le système Qwik-Freeze est d’un emploi très simple.
Un manchon flexible spécialement conçu est installé autour de la tubulure à l’endroit prévu pour le refroidissement .
Une canule dans le manchon est alors connecté à la bouteille de gaz carbonique liquide grâce à un tuyau résistant aux hautes pressions.
Quand le CO2 est injecté dans l’espace entre le manchon et la tuyauterie, à une température de -78°C, le contenu de la tubulure se solidifie, et le bloc de glace ainsi formé étanchéifie la tuyauterie.

Le bouchon de glace se forme seulement dans la section de la tuyauterie entourée du manchon : ainsi, la montée en pression qui en résulte est très limitée, et aucun dommage n’affecte la tubulure.
On peut utiliser cette technique en toute sécurité sur de l’acier normal, du plomb, de l’acier inoxydable , du cuivre , du laitonet des tubes en plastique.

Si on doit geler le même tuyau en plusieurs endroits, de solides manchons refermables en aluminium sont disponibles. Ils sont fabriqués pour le diamètre extérieur exact de la tuyauterie, dans une gamme de deux à douze pouces.

Les manchons flexibles peuvent travailler sur des diamètres de deux à huit pouces, en fonction du modèle de manchon choisi.

Etude de cas : des accessoires bon marché limitent les arrêts de centrales
Etude de cas 1
Lors de l’installation d’un nouveau compresseur, à réaliser dans un court laps de temps, alors que tout se déroulait bien, un problème surgit.
Les plans n’avaient pas permis de voir que la poignée de la vanne d’un circuit d’eau froide allait s’appuyer avec le tuyau d’entrée d’air du compresseur.

Une situation délicate : c’était la seule vanne permettant d’isoler le circuit principal d’alimentation en eau froide, et on ne pouvait la déplacer sans fermer le circuit de refroidissement . Cela signifiait l’arrêt total de la centrale. Absolument inenvisageable.

Parmi les solutions possibles : modifier l’entrée d’air du compresseur, et appeler une entreprise spécialisée dans la congélation des tubulures, afin de pouvoir déplacer la vanne.
Toutes ces solutions possibles demandaient un temps considérable pour les mettre en place, ce qui aurait eu à coup sûr des répercussions sur la date de réalisation du projet.

La congélation était la meilleure option ; mais cette vanne avait été soudée sur place, et la congélation devait être effectuée suffisamment en amont pour ne pas être affectée par la chaleur produite lors du meulage et du soudage qui suivrait.

Le diamètre de la tuyauterie, 75 mm, rendait impossible l’utilisation de kits de plombier, facilement disponibles, mais limités à des diamètres de 50 mm.

Le temps étant un élément essentiel, une recherche sur Internet permit de voir que des kits de congélation pour tubulures de 75 mm étaient disponibles auprès de Huntingdon Fusion Techniques HFT®.
L’équipe technique de HFT® ne fut pas longue à nous assurer que les ensembles “Qwik-Freezer®’’ avaient déjà démontré leur capacité à être utilisés dur des tubulures de cette taille. En 24 heures, nous avions un kit sur place.

L’installation fut très simple, et les bouteilles de CO2 étaient disponibles chez le distributeur local des gaz BOC.
La congélation se déroula sans problème, moins d’une heure ayant été nécessaire pour congeler le pipe. Cette congélation laissait assez de temps pour le meulage .
La soupape soudée fut enlevée et remplacée par une nouvelle.En moins de deux heures, le travail était terminé, pour un coût estimé à un quart de ce qu’aurait coûté l’intervention d’un sous-traitant spécialisé.
Derek Halsall – ECS Engineer, Slough Heat and Power, UK

Etude de cas 2
L’US Navy a utilise la congélation de tubulures depuis des années, et, sur leurs navires propulsés par l’énergie nucléaire, le système Qwik-Freeze à base de C02 liquide a été la première option.

Souvent, quand on fait de la maintenance sur des vannes, sur des navires propulsés par l’énergie nucléaire, on doit procéder à une congélation en divers points.
Cela peut entraîner une mise en œuvre difficile, et une exposition prolongée à la radioactivité pour les équipes qui installent ces systèmes.
La Navy voulait que soit conçu un système qui permettrait d’alimenter les divers points en CO2 liquide à distance, à partir d’une unique salle de contrôle.

Dans ce but, le système QF 701 a été présenté.
Il comprend une Vanne Actionnée à Distance et la station de contrôle multipoints QF 910.

Le QF 701 est une électrovanne cryogénique à haute pression , avec une commande manuelle de secours (en cas d’absence de courant).

Cette vanne télécommandée est montée sur la bouteille de CO2 , et est connectée au QF 910 grâce à une rallonge de 30 mètres.

Des flexibles pour haute pression de CO2 envoient le CO2 liquide dans le manchon réfrigérant ou dans le collier.

Le QF910 est une station de contrôle à distance de six manchons, qui permet à l’opérateur d’injecter le CO2 liquide dans la zone de refroidissement en poussant tout simplement un bouton, tout en restant à l’écart des zones potentiellement dangereuses.

Avant que ces systèmes soient mis au point, normalement l’opérateur devait entrer dans le compartiment réacteur pour actionner les vannes manuellement, accroissant ainsi son exposition.

L’activation de la vanne télécommandée par un bouton-poussoir permet à l’opérateur d’injecter le CO2 simplement en appuyant sur le bouton plus ou moins longtemps, selon les besoins de l’application.

Des sondes de température à affichage déporté permettent à l’opérateur de savoir quand il faut davantage de CO2 . C’est aussi un moyen de ne pas gaspiller le CO2 liquide, car on injecte juste la quantité nécessaire pour conserver le bouchon de glace.

Etude de cas 3
Dans l’usine nucléaire de Oak Ridge, il y a un réseau d’eau glacée qui distribue cette eau dans le système de ventilation du bâtiment.
Toute la tubulure en acier noir, qui parcourt l’ensemble du bâtiment pour alimenter les unités de climatisation et assurer le retour de l’eau vers le groupe de froid, est alimentée par des pompes pour eau glacée. Ce système ne comprend aucune vanne d’arrêt d’urgence.

Le fluide glacé qui circule est de l’eau avec 30 % d’éthylèneglycol, et il gèle aux alentours de -40°C
Au bout de 40 ans, une pompe s’est trouvée hors service et devait être remplacée. Du coup, il a été décidé d’en profiter pour remplacer les deux pompes d’eau glacée, et remplacer tout le circuit par des tubulures en acier inoxydable .

Il y avait donc un choix important à faire : vidanger tout le circuit d’eau glacée, ou faire un bouchon de glace, pour isoler les pompes.

Pour des raisons de temps et de personnel disponible, l’option « bouchon de glace » a été choisie.
Ce bouchon devait être mis en place sur un circuit de retour de 8 pouces (plus de 20 cm) de diamètre dans la « Salle des Faisceaux » (la zone de l’usine qui reçoit des faisceaux de neutrons provenant du cœur du réacteur, pour des expériences). Il était indispensable pour permettre de couper la tubulure qui envoie l’eau glacée vers les pompes à eau glacée : aucune vanne sur le circuit d’alimentation ne permettait de couper cette circulation.

Si le bouchon glacé ne « tenait » pas, la Salle des Faisceaux serait inondé, endommageant des millions de dollars d’équipement.

En raison de la taille de la canalisation, des consignes de sécurité et de la nécessité de procéder à l’opération depuis une certaine distance, c’est un système Accu-Freeze®, basé sur l’azote liquide, qui a été sélectionné pour ce travail.

Là aussi, grâce à l’emploi de ce système automatique de congélation par l’azote liquide, les opérateurs ont pu tout installer rapidement dans cette zone potentiellement dangereuse, puis s’en éloigner. Cela a permis de contrôler à distance ce cycle de congélation assez long, sans aucun risque pour le personnel.

Conclusions
Système de manchon métallique fabriqué sur-mesure Version avec bobine en cuivre

La technologie de congélation des canalisations proposée par Huntingdon Fusion Techniques HFT® permet de congeler des fluides en-dessous de -150°C, en utilisant du CO2 liquide ou de l’azote liquide.

Des tuyaux spécialement conçus sont utilisés pour alimenter l’équipement en produit réfrigérant. On peut équiper le système d’une sonde de température, qui permet le suivi du refroidissement .

Utiliser une technologie de congélation est très pratique pour isoler des sections de canalisations pour de la maintenance, des réparations ou des remplacements de vannes. Bien évidemment, on évite ainsi toute opération de vidange de l’ensemble.

La production est alors interrompue que le temps nécessaire pour le refroidissement et l’opération de maintenance prévue.

Text d’origine Freezer Solutions to Valve exchanges in Pipework and other Pipe Repairs and Alterations Traduit par P. Dubosc – 1er mars 2014.

Pour plus d’information, contacter:
Clémence RETEL,
Tel:+33 (0) 6 52 84 28 39