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Title:
UNDERWATER TRANSPORT PIPELINE FOR PETROLEUM PRODUCTS AND INSULATION METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/175488
Kind Code:
A1
Abstract:
Pipeline for the underwater transport of petroleum products comprising an internal conduit (2) which is designed to contain the petroleum to be transported and an external conduit (4) which is arranged concentrically around the first conduit (2) with a space (5) between the two conduits (2, 4), wherein the space (5) between the two conduits (2, 4) is under a vacuum at a pressure between 0 and 1 bar, characterised in that the space (5) under a vacuum contains gas at a concentration in molar fractions of krypton greater than 70% and preferably greater than 80%.

Inventors:
AMMOURI, Fouad (17 rue du Languedoc, MASSY, MASSY, 91300, FR)
ARPENTINIER, Philippe (36 rue du roseau, LE PERRAY EN YVELINES, 78610, FR)
REAU, Régis (33 chemin des justice, VERRIERES LE BUISSON, 91370, FR)
Application Number:
FR2019/050383
Publication Date:
September 19, 2019
Filing Date:
February 20, 2019
Export Citation:
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Assignee:
L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE (75 Quai d'Orsay, PARIS, PARIS, 75007, FR)
International Classes:
F16L59/065; F16L59/08
Domestic Patent References:
WO2011050801A22011-05-05
WO2016058948A12016-04-21
Foreign References:
DE202010008929U12011-03-17
US4332401A1982-06-01
US20080014402A12008-01-17
US20120298216A12012-11-29
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
DE CUENCA, Emmanuel (L'AIR LIQUIDE S. A, Direction de la Propriété Intellectuellfe75 Quai d'Orsay, PARIS Cedex 07, 75321, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Canalisation pour le transport sous-marin de produits pétroliers comprenant une conduite (2) interne destinée à contenir le pétrole à transporter et une conduite externe (4) disposée concentriquement autour de la conduite (2) interne avec un espacement (5) entre les deux conduites (2, 4), l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) étant sous vide à une pression comprise entre 0 et 1 bara, caractérisée en ce que l'espacement (5) sous vide contient du gaz ayant une concentration en fraction molaire de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%, et en ce que la conduite (2) interne est revêtue au moins sur sa surface extérieure d'une couche d'un matériau à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2 et/ou la conduite (4) externe est revêtue au moins sur sa surface interne d'une couche à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2.

2. Canalisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'espacement (5) sous vide est à une pression comprise entre 0,40 bara et 0,01 bara.

3. Canalisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'espacement (5) sous vide est à une pression comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara.

4. Canalisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la conduite (2) interne a une émissivité comprise entre 0,3 et 0,9 et de préférence entre 0,1 et 0,5.

5. Canalisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la canalisation (1) comprenant un organe (3) de chauffage de la conduite interne.

6. Procédé d'isolation d'au moins une canalisation de transport et de distribution de pétrole sous-marin, la canalisation (1) comprenant une conduite (2) interne contenant le pétrole à transporter et une conduite externe (4) disposée concentriquement autour de la première conduite (2) avec un espacement (5) entre les deux conduites (2, 4), l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) étant mis sous vide à une pression comprise entre 0 et 1 bara, l'espacement (5) sous vide contenant un gaz ayant une concentration de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%, et en ce que la conduite (2) interne est revêtue au moins sur sa surface extérieure d'une couche d'un matériau à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2, la conduite (4) externe est revêtue au moins sur sa surface interne d'une couche à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la mise sous vide de l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) comprend une étape d'introduction (7) de krypton (6) dans l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) initialement contenant un gaz distinct du krypton à une pression inférieure à 0,37 bar, notamment 0,01 bara, le krypton étant introduit dans l'espacement jusqu'à y atteindre une pression comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la mise sous vide l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) comprend une étape d'introduction (7) de krypton (6) dans l'espacement entre les deux conduites (2, 4) initialement contenant un gaz distinct du krypton à une pression supérieure 0,4 bar, notamment 1 bara, le krypton étant introduit dans l'espacement (5) jusqu'à y atteindre une pression haute comprise entre 2 et 20 bara, notamment 10 bara, l'étape d'introduction étant suivie d'une étape de purge consistant à retirer (8) du gaz de l'espacement (5) jusqu'à y atteindre une pression basse déterminée comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara.

REVENDICATIONS MODIFIÉES

reçues par le Bureau International le 3 Juillet 2019 (03.07.2019)

1. Canalisation pour le transport sous-marin de produits pétroliers comprenant une conduite (2) interne destinée à contenir le pétrole à transporter et une conduite externe (4) disposée concentriquement autour de la conduite (2) interne avec un espacement (5) entre les deux conduites (2, 4), l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) étant sous vide, caractérisée en ce que l'espacement (5) sous vide contient du gaz ayant une concentration en fraction molaire de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%, l'espacement (5) sous vide étant à une pression comprise entre 0,40 bara et 0,015 bara, et en ce que la conduite (2) interne est revêtue au moins sur sa surface extérieure d'une couche d'un matériau à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2 et/ou la conduite (4) externe est revêtue au moins sur sa surface interne d'une couche à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2.

2. Canalisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'espacement (5) sous vide est à une pression comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara.

3. Canalisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que la conduite (2) interne a une émissivité comprise entre 0,3 et 0,9 et de préférence entre 0,1 et 0,5.

4. Canalisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la canalisation (1) comprenant un organe (3) de chauffage de la conduite interne.

5. Procédé d' isolation d'au moins une canalisation de transport et de distribution de pétrole sous-marin, la canalisation (1) comprenant une conduite (2) interne contenant le pétrole à transporter et une conduite externe (4) disposée concentriquement autour de la première conduite (2) avec un espacement (5) entre les deux conduites (2, 4), l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) étant mis sous vide à une pression comprise entre 0,015 et 0,40 bara, l'espacement (5) sous vide contenant un gaz ayant une concentration de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%, et en ce que la conduite (2) interne est revêtue au moins sur sa surface extérieure d'une couche d'un matériau à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2, la conduite (4) externe est revêtue au moins sur sa surface interne d'une couche à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la mise sous vide de l'espacement (5) entre les deux conduites {2, 4) comprend une étape d'introduction (7) de krypton (6) dans l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4} initialement contenant un gaz distinct du krypton à une pression inférieure à 0,37 bar, notamment 0,01 bara, le krypton étant introduit dans l'espacement jusqu'à y atteindre une pression comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la mise sous vide l'espacement (5) entre les deux conduites (2, 4) comprend une étape d'introduction (7) de krypton (6) dans l'espacement entre les deux conduites (2, 4) initialement contenant un gaz distinct du krypton à une pression supérieure 0,4 bar, notamment 1 bara, le krypton étant introduit dans l'espacement (5) jusqu'à y atteindre une pression haute comprise entre 2 et 20 bara, notamment 10 bara, l'étape d'introduction étant suivie d'une étape de purge consistant à retirer (8) du gaz de l'espacement (5) jusqu'à y atteindre une pression basse déterminée comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara.

Description:
Canalisation de transport sous -marin de produits pétroliers et procédé d' isolation

L'invention concerne une canalisation de transport sous- marin de produits pétroliers ainsi qu'un procédé d'isolation.

L' invention concerne plus particulièrement une canalisation pour le transport sous-marin de produits pétroliers comprenant une conduite interne destinée à contenir le pétrole à transporter et une conduite externe disposée concentriquement autour de la première conduite avec un espacement entre les deux conduites, l'espacement entre les deux conduites étant sous vide à une pression comprise entre 0 et 1 bara.

Il est connu d'utiliser des canalisations à double enveloppe pour transporter le pétrole brut sous la mer entre les sites off-shore d'exploitation ou entre un site off-shore et la côte. La canalisation est située sous l'eau à une température en général inférieure à 10°C. Certaines canalisations ou réseaux ont une longueur qui peut atteindre plusieurs dizaines de kilomètres.

Le pétrole est extrait du gisement à une température comprise généralement entre 50 et 130°C et véhiculé dans une canalisation via un système de pompage. Ce pétrole doit être maintenu à une température permettant d'éviter sa solidification dans les canalisations. Pour cela, (i) la canalisation interne est généralement chauffée et (ii) une isolation sous vide d'air est également prévue entre la conduite interne et la conduite externe au moyen d'une pompe. Cette opération de mise sous vide d'air s'effectue généralement au cours de la mise en place de la canalisation sous-marine. Ainsi, il peut être nécessaire de prévoir plusieurs heures pour une pompe à vide pour atteindre dans l'espacement inter- conduites un vide de 10 à 20 mbara (bara=bar absolu) pour une canalisation de plusieurs centaines mètre de longueur.

Ces solutions sont donc complexes, coûteuses et nécessitent notamment une quantité d'énergie électrique importante pour maintenir ces températures.

Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.

A cette fin, la canalisation selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que l'espacement sous vide contient du gaz ayant une concentration en fraction molaire de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%.

Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- l'espacement sous vide est à une pression comprise entre 0,40 bara et 0,01 bara,

- l'espacement sous vide est à une pression comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara,

- la première conduite est revêtue au moins sur sa surface extérieure d'une couche d'un matériau à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2,

- la conduite interne a une émissivité comprise entre 0,1 et 0,9 notamment entre 0,3 et 0,9 et de préférence entre 0,1 et 0,5,

- la deuxième conduite est revêtue au moins sur sa surface interne d'une couche à émissivité réduite comprise entre 0,05 et 0,2,

- la conduite externe a une émissivité comprise entre 0,1 et 0,9 notamment entre 0,3 et 0,9 et de préférence entre 0,1 et 0,5, - la canalisation comprenant un organe de chauffage de la conduite interne.

1/ invention concerne également un procédé d' isolation d'au moins une canalisation de transport et de distribution de pétrole sous-marin, la canalisation comprenant une conduite interne contenant le pétrole à transporter et une conduite externe disposée concentriquement autour de la première conduite avec un espacement entre les deux conduites, l'espacement entre les deux conduites étant mis sous vide à une pression comprise entre 0 et 1 bara, l'espacement sous vide contenant un gaz ayant une concentration de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%.

Selon d'autres particularités possibles :

la mise sous vide de l'espacement entre les deux conduites comprend une étape d' introduction de krypton dans l'espacement entre les deux conduites initialement contenant un gaz distinct du krypton à une pression inférieure à 0,37 bar, notamment 0,01 bara, le krypton étant introduit dans l'espacement jusqu'à y atteindre une pression comprise 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara,

- la mise sous vide l'espacement entre les deux conduites comprend une étape d'introduction de krypton dans l'espacement entre les deux conduites initialement contenant un gaz distinct du krypton à une pression supérieure 0,4 bar, notamment 1 bara, le krypton étant introduit dans l'espacement jusqu'à y atteindre une pression haute comprise entre 1,2 et 20 bara, notamment 10 bara, l'étape d'introduction étant suivie d'une étape de purge consistant à retirer du gaz de l'espacement jusqu'à y atteindre une pression basse déterminée comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara.

L' invention peut concerner également tout dispositif, réseau ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications .

D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :

- la figure 1 représente une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant la structure d'une canalisation selon 1 ' invention,

- les figures 2 et 3 représentent des vues en coupe, schématiques et partielles, illustrant la structure et le fonctionnement de deux exemples de réalisation possible d'une isolation d'une canalisation conforme à la figure 1.

La canalisation 1 pour le transport sous-marin de pétrole illustrée aux figures comprend une conduite 2 interne destinée à contenir le pétrole à transporter et une conduite externe 4 disposée concentriquement autour de la première conduite 2 avec un espacement 5 entre les deux conduites 2, 4.

Les conduites 2, 4 peuvent être composées de l'un au moins des matériaux suivants ; acier, ou d'autres alliages de métaux. La ou les conduites 2, 4 peuvent être composées notamment d'une acier ayant une conductivité de 50 W.m -1 .K -1 .

Les conduites 2, 4 peuvent avoir des diamètres compris entre 20 et 60 cm par exemple.

Comme illustré à la figure 2, la canalisation 1 peut comprendre un organe 3 de chauffage de la conduite 2 interne, par exemple un organe de chauffage électrique.

Classiquement, l'espacement 5 entre les deux conduites 2, 4 est sous vide à une pression comprise entre 0 et 1 bara.

Selon une particularité avantageuse, le gaz sous vide assurant cette isolation thermique est du krypton ou un mélange qui ayant une concentration en fraction molaire de krypton supérieure à 70% et de préférence supérieure à 80%, notamment 90% ou plus (le reste peut être de l'air) . Ceci améliore les propriétés d' isolation thermique (convection et radiation) par rapport aux solutions connues où l'espacement 5 contient de l'air.

Pour encore améliorer significativement l'isolation, les inventeurs ont déterminé en outre que la pression dans l'espacement 5 sous vide est de préférence comprise entre 0,40 bara et 0,01 bara. Ceci est supérieur à la pression utilisée dans les solutions connues avec de l'air.

En particulier, les inventeurs ont mis en évidence que la pression du gaz contenant majoritairement du krypton dans l'espacement 5 sous vide devait préférentiellement être inférieure à 0,37 bara et avantageusement égale ou proche de 0,05 bara .

Ces conditions améliorent notablement l'isolation, notamment les pertes par convection même si la pression dans l'espacement (0,37 à 0,01 bara par exemple) est supérieure aux niveaux de pression des systèmes connus (0,01bara) . La pression dans l'espacement peut être comprise entre 0,37 et une valeur basse qui est supérieure à 0,010 bara. Cette valeur basse est par exemple égale à 0,015, 0,020, 0,025, 0,030 ou 0,035, 0,040, 0,045, 0,050 ou 0,055 bara par exemple).

Ainsi, l'utilisation d'une forte proportion de krypton améliore les conditions d'isolation. Ces conditions d' isolation sont encore améliorées pour des niveaux de pression déterminés dans l'espacement. Cette solution permet de diminuer les pertes thermiques et diminuent également le cas échéant les niveaux de dépression requis pour l'isolation.

La mise en dépression de l'espacement 5 peut être plus aisée et moins coûteuse énergétiquement.

L' isolation thermique est encore améliorée si l'émissivité de la ou des conduites 2, 4 est aussi basse que possible. Ceci est obtenue en minimisant l'oxydation et l'état brut de la surface de la conduite 2, par exemple en la revêtant d'une couche de peinture avec un enduit à faible émissivité, à base souvent d'aluminium, ou en collant sur la paroi une feuille d'aluminium très brillante.

De préférence l'émissivité de la surface externe de la conduite 2 interne et/ou la surface interne de la conduite 4 externe est abaissée entre 0,05 et 0,20.

Pour une conduite déjà sous vide d'air selon l'art antérieur (pression dans l'espacement de 0,01 bara par exemple), l'isolation peut être réalisée comme suit (en liaison avec la figure 2) .

Du krypton provenant d'une source 6 peut être introduit dans l'espacement 5 entre les deux conduites 2, 4 jusqu'à y atteindre une pression comprise 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara. Ceci peut être réalisé au moyen d'une pompe 7 ou tout autre organe approprié. En considérant une émissivité de 0,1 pour les conduites 2, 4, cette modification de la composition et de la pression dans l'espacement 5 permet de réduire d'environ 43% les pertes thermiques par rapport à une solution équivalente de l'art antérieur.

Pour une conduite 1 initialement à la pression atmosphérique dans l'espacement 5 (non isolée), l'isolation peut être réalisée comme suit (en liaison avec la figure 3) .

Du krypton 6 peut être introduit dans l'espacement 5 entre les deux conduites 2, 4 contenant de l'air, par exemple à 1 bara. Le krypton est introduit dans l'espacement, par exemple via une pompe 7 jusqu'à atteindre dans l'espacement une pression haute comprise entre 2 et 20 bara, notamment 10 bara.

Ensuite, le gaz de l'espacement est purgé (par exemple via une pompe 8 à vide, jusqu'à y atteindre une pression basse déterminée comprise entre 0,37 bara et 0,01 bara, notamment 0,05 bara. Cette purge peut être réalisée en deux temps :

1) diminution de la pression dans l'espacement 5 jusqu'à la pression atmosphérique ou proche, 2) pompage sous vide.

En considérant également une émissivité de 0,1 pour les conduites 2 et 4, cette modification de la composition et de la pression dans l'espacement 5 permet de réduire d' environ 47% les pertes thermiques par rapport à une solution équivalente de l'art antérieur (même avec une pression 0,05 bara cinq fois supérieure à la pression 0,01 bara de vide de la solution antérieure) .