DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention vise un dispositif d’obturation de tuyauteries par bouchons de glace. Elle s’applique à la consignation temporaire de lignes de tuyauteries industrielles dans tous secteurs d’activité, notamment les réseaux d’eau et les réseaux d’hydrocarbures. La présente invention permet notamment de répondre aux besoins des exploitants donneurs d’ordre d’installations nucléaires de base (usuellement abrévié « INB »), et des centrales nucléaires puisque les enjeux de sûreté, sécurité et qualité propres à ce secteur ont été pris en compte lors de la conception de l’invention.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE

L'obturation de tuyauteries par bouchons de glace est un procédé de maintenance industrielle permettant d’obturer provisoirement une tuyauterie acheminant un liquide pouvant être congelé.

L'obturation de tuyauteries par bouchons de glace présente plusieurs atouts pour la consignation temporaire de lignes de tuyauteries industrielles, notamment pour le transport d’eau et d’hydrocarbures. L'obturation de tuyauteries par bouchons de glace est en particulier mise en oeuvre dans les centrales nucléaires, y compris sur le circuit primaire principal, pour lesquelles le temps d’intervention doit être limité du fait de la présence de rayonnements ionisants et les effets de la cryogénie sur la structure métallurgique des tuyauteries doivent être contrôlés.

L'obturation de tuyauteries par bouchons de glace est obtenue par congélation locale du liquide circulant dans la conduite, à l’aide d’un réfrigérant appliqué autour de la tuyauterie. Par exemple, le réfrigérant utilisé peut-être de l'azote liquide ou de la neige carbonique. Le bouchon de glace ainsi créé isole deux tronçons du circuit rendus physiquement indépendants, en jouant le rôle d’une vanne artificielle temporairement fermée.

Des dispositifs connus d'obturation consistent en une enceinte rigide ou flexible formant un caisson de congélation autour de la tuyauterie. Par exemple, l'enceinte est une enceinte en polystyrène que l’on remplit manuellement avec de l’azote liquide.

D'autres dispositifs d'obturation se présentent sous la forme de deux demi-caissons assemblés autour de la tuyauterie et configurés pour faire circuler un fluide réfrigérant autour de la tuyauterie.

D'autres dispositifs d'obturation se présentent sous la forme d'un enroulement d’une conduite permettant la circulation d'un fluide réfrigérant autour d’un segment de tuyau. Toutefois, les dispositifs de l'art antérieur ne permettent pas d'optimiser les phases de congélation, de maintien du bouchon de glace et de dégel, tout en prévenant le risque de transformations et de dégâts liés au froid et le risque d’une congélation incomplète.

De plus, les opérateurs chargés de manipuler les dispositifs de l'art antérieur sont exposés à des risques d'anoxie lors de la mise en oeuvre dans un espace clos. Ils sont aussi soumis à des risques d'expositions à des substances chimiques et/ou radioactives, ou encore à des brûlures par le froid.

En outre, les dispositifs de l'art antérieur n'offrent pas la possibilité de mesurer et d'enregistrer des données du fonctionnement, en vue d'optimiser la formation du bouchon de glace, en vue de préserver la tuyauterie et en vue d'assurer une traçabilité.

EXPOSE DE L’INVENTION

La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.

À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif d’obturation d’une tuyauterie comportant un tuyau acheminant un liquide, par formation d'un bouchon de glace, dispositif qui comporte :

- un caisson de congélation, configuré pour être monté amovible en contact sur un segment du tuyau, ce caisson comportant une chambre de circulation d'un fluide réfrigérant,

- au moins un capteur de température configuré pour mesurer la température du segment de tuyau ou du fluide réfrigérant,

- un moyen de commande d’une électrovanne commandant le débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction de la température mesurée par l'au moins un capteur de température et

- une couche imperméable d’inertie thermique spécifique qui recouvre au moins une partie de la surface du segment de tuyau interposé entre la chambre de circulation du fluide réfrigérant et le segment de tuyau, de sorte que la couche imperméable d’inertie thermique spécifique empêche tout contact direct entre le fluide réfrigérant et le segment de tuyau.

Grâce à ces dispositions, tout contact direct entre le fluide réfrigérant et le segment de tuyau est empêché. Du fait de son inertie thermique, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique contribue à homogénéiser le refroidissement de la tuyauterie et à éviter d’exposer la surface de la tuyauterie à des températures cryogéniques.

De plus, l’information relative à la mesure de la température permet d’asservir le fonctionnement du dispositif d’obturation en ajustant le débit de fluide réfrigérant. Ces dispositions permettent de piloter les niveaux de température garantissant la bonne formation du bouchon sans altérer les caractéristiques des matériaux de la tuyauterie. Ce pilotage évite les refroidissements excessifs ou trop rapides, susceptibles d’endommager la tuyauterie. Le contrôle des variations de température au moyen du dispositif objet de l'invention permet de prévenir la transition fragile-ductile du métal et notamment les transformations métallurgiques de certains alliages tels que l’acier inoxydable austénitique. Le contrôle des variations de température au moyen du dispositif objet de l'invention permet également de préserver les caractéristiques de tuyauteries comportant d'autres matériaux, par exemple des polymères ou des résines. Le relevé de température permet également de piloter le dispositif d’obturation, par exemple dans le but d’éviter de choquer la surface du tuyau en l’exposant brusquement à des températures cryogéniques.

Ces dispositions permettent également de réduire la quantité de fluide réfrigérant nécessaire au fonctionnement du dispositif, en limitant cette dernière à la quantité suffisante pour atteindre les températures cibles.

En d'autres termes, le dispositif d'obturation de l'invention a pour objet de consigner des portions de tuyauterie par formation de bouchons de glace dans des délais industriels tout en garantissant la répétabilité du procédé d'obturation et la sécurité des opérateurs et des installations.

Dans des modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est un feuillard métallique enroulé autour du segment de tuyau à congeler.

On rappelle qu’un feuillard métallique est une feuille de métal de faible épaisseur. Dans ces modes de réalisation, ce feuillard est enroulé autour d’au moins une partie du tuyau. Le feuillard métallique n'est pas perméable et empêche tout contact direct entre le fluide réfrigérant et la partie du tuyau autour de laquelle se trouve le feuillard. Le feuillard métallique conduit la chaleur et permet d’uniformiser la température appliquée à la partie du tuyau entourée par le feuillard.

Dans des modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est enroulée autour du segment de tuyau sur une longueur supérieure à celle du caisson.

Dans des modes de réalisation, le dispositif d’obturation comporte au moins un capteur configuré pour estimer le débit de circulation du liquide dans le segment du tuyau à congeler.

Dans des modes de réalisation, le capteur configuré pour estimer le débit de circulation du liquide dans le tuyau est un capteur positionné à l'extérieur du tuyau.

Dans des modes de réalisation, le débit d'alimentation en fluide réfrigérant est commandé en fonction du débit du liquide dans le tuyau.

Grâce à ces dispositions, le dispositif permet de vérifier les conditions d’écoulement et adapter la consigne de refroidissement en conséquence et ainsi de contrôler :

- avant le début de la congélation : que le débit de liquide circulant dans le tuyau à congeler est en dessous d’une valeur limite prédéterminée permettant la formation du bouchon de glace ;

- pendant la phase de formation du bouchon de glace : que le débit traversant devient progressivement nul (la nullité indiquant l’étanchéité du bouchon de glace) et qu’il n’y a pas de mouvement de fluide en amont ou en aval de la zone de congélation susceptible d’empêcher la bonne formation du bouchon ;

- pendant la phase d’intervention : que le débit traversant la zone de congelée reste nul et qu’il n’y a pas de mouvement de fluide en amont ou aval de la zone congelée susceptible d’accélérer la fonte d’une partie du bouchon en place ;

- pendant la décongélation : les mouvements du fluide indiquant la fonte du bouchon.

Dans des modes de réalisation, le moyen de commande est configuré pour commander le débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction du débit du liquide dans le tuyau.

Dans des modes de réalisation, le capteur configuré pour estimer le débit de circulation du liquide dans le tuyau est un capteur positionné à l'extérieur du tuyau.

Grâce à ces dispositions, la mesure du débit peut être effectuée à distance, sans installation de capteur dans le tuyau. Par exemple, le capteur configuré pour estimer le débit de circulation du liquide dans le tuyau est un capteur par ultrasons, un sonar, une caméra thermique ou un capteur reposant sur une écoute acoustique.

Dans des modes de réalisation, le dispositif d'obturation comporte un capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant en sortie de la chambre de circulation et le moyen de commande commande le débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction de la température mesurée.

La température du fluide réfrigérant en sortie de la chambre de circulation varie en fonction de la température du segment de tuyau, de la quantité de chaleur échangée dans le caisson, et de l’état physique du fluide réfrigérant en sortie (liquide ou gaz). Ainsi, l’électrovanne est pilotée en fonction de la température du fluide réfrigérant en sortie de la chambre de circulation.

Dans des modes de réalisation, le fluide réfrigérant est de l’azote et le capteur de mesure de température du réfrigérant en sortie de la chambre est configuré pour indiquer si l’azote est liquide (-196°C) ou gazeux au niveau du capteur.

Dans des modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est positionnée en surface du segment de tuyau de manière à recouvrir toute la surface du segment.

Dans des modes de réalisation, le dispositif d’obturation comporte un évaporateur positionné autour de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique.

Au sens de l’invention, un évaporateur est une couche de matériaux comportant une grande surface d’échange thermique avec le milieu ambiant. Grâce à ces dispositions, la surface d’échange entre le fluide cryogénique et le tuyau est augmentée, permettant d’assurer un refroidissement plus homogène du tuyau.

Le transfert de chaleur entre la tuyauterie et l’évaporateur se fait par conduction métal- métal, et par l’intermédiaire de la couche imperméable de conductivité spécifique le cas échéant. Du fait de sa grande conductivité et de sa capacité à diffuser et retenir le fluide réfrigérant, l’évaporateur contribue à homogénéiser le refroidissement de la tuyauterie et augmenter le transfert de chaleur. L’évaporateur permet de diffuser l’écoulement de fluide réfrigérant sur une grande surface autour du segment de tuyau et de retenir le fluide réfrigérant autour de la surface du segment lorsque l’enceinte de congélation n’est pas pleine. Durant le maintien du bouchon de glace, l’évaporateur permet d’assurer la réfrigération avec un faible débit de fluide réfrigérant, sans remplir l’enceinte, et d’éviter les chocs de température.

Dans des modes de réalisation, l’évaporateur comporte un matériau alvéolé ou un maillage de fils constituant une matrice aérée maximisant la surface d’échange thermique avec le fluide réfrigérant.

Le fluide réfrigérant est retenu dans le maillage de l’évaporateur, au contact duquel il s’évapore, offrant une surface d’échange décuplée.

Dans des modes de réalisation, le dispositif obturateur comporte un moyen d’évacuation des vapeurs émanant du fluide réfrigérant.

Grâces à ces dispositions, l'évacuation des vapeurs vers un réseau de ventilation permet d'éviter le risque d’anoxie des utilisateurs du dispositif, en cas d’interventions dans un local clos.

Dans des modes de réalisation, le moyen de commande est configuré pour, avant le début de la congélation, commander un débit de liquide circulant dans le tuyau inférieur à une valeur limite prédéterminée permettant la formation d’un bouchon de glace.

Dans des modes de réalisation, le moyen de commande est configuré pour, pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne de manière à ce que la température à la surface du segment de tuyau reste dans un intervalle de température prédéterminé.

Dans des modes de réalisation, le moyen de commande est configuré pour, pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne pour que la température à la surface du segment de tuyau soit maintenue entre -40°C et - 15°C.

Dans des modes de réalisation, le dispositif d’obturation comporte une pluralité de capteurs de température en plusieurs points à la surface du segment de tuyau à congeler, le moyen de commande étant configuré pour, pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’électrovanne pour que la température en chacun de ces points reste dans un intervalle de températures prédéterminé.

Dans des modes de réalisation, le dispositif d’obturation comporte une pluralité de capteurs de température dont au moins une caméra infrarouge et au moins un thermocouple ou un thermomètre à résistance de platine au contact du segment de tuyau. Dans des modes de réalisation, le moyen de commande est configuré pour, une fois le bouchon formé, commander l’ouverture de la vanne du tuyau en amont pendant la durée de congélation du bouchon.

Grâce à ces dispositions, on éviter le risque que le gonflement de la glace détériore cette vanne ou le tuyau.

Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un système d’obturation d’une tuyauterie, comportant au moins un dispositif d’obturation selon l'invention, qui comporte un moyen de transmission des données fournies par les capteurs vers un moyen de surveillance à distance et un moyen de commande à distance d’au moins une électrovanne commandant le débit d'alimentation en fluide réfrigérant d’au moins un dispositif d’obturation.

Grâce à ces dispositions, les données mesurées par les dispositifs d’obturation peuvent être collectées et affichées, par exemple sur un écran tactile servant également d’interface homme-machine pour contrôler le fonctionnement du dispositif. Ces dispositions permettent le suivi et la commande du procédé d'obturation à distance, par exemple depuis un autre local via une interface « pas à pas ». De plus, la surveillance et le contrôle à distance du ou des dispositifs d'obturation permet d'assurer la sécurité des opérateurs en permettant de limiter le temps de présence dans la zone d’intervention si celle-ci présente des risques (risque radiologique, risque chimique, risque d'anoxie, risque pression...).

Le système d’obturation permet de suivre une pluralité de dispositifs d'obturations selon l'invention, depuis un même poste de commande à distance.

Selon un troisième aspect, l’invention vise un procédé d’obturation d'une tuyauterie comportant un tuyau acheminant un liquide, par formation d'un bouchon de glace, qui comporte :

- une étape de formation du bouchon de glace par la mise en circulation d'un fluide réfrigérant dans un caisson de congélation, monté amovible en contact sur un segment du tuyau, une couche imperméable d’inertie thermique spécifique recouvrant au moins une partie de la surface du segment de tuyau et s’interposant entre la chambre de circulation du fluide réfrigérant et le segment de tuyau,

- une étape de mesure d’une température du segment de tuyau ou du fluide réfrigérant et

- une étape de commande du débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction de la température mesurée, au moyen d’une électrovanne.

Dans des modes de réalisation, lors de l’étape de formation d’un bouchon de glace, le débit d’alimentation en fluide réfrigérant est commandé pour réaliser une baisse contrôlée de la température du segment de tuyau. Grâce à ces dispositions, on limite les chocs de températures, susceptibles d’endommager la tuyauterie et le risque d’éjection brutale du bouchon de glace (en cas de pression différentielle résiduelle).

Dans des modes de réalisation, le procédé d’obturation comporte une étape de décongélation du bouchon de glace, le débit d’alimentation en fluide réfrigérant étant commandé pour réaliser une augmentation contrôlée de la température du segment de tuyau, lors de l’étape de décongélation.

Grâce à ces dispositions, on limite les chocs de températures, susceptibles d’endommager la tuyauterie, et le risque d’éjection brutale du bouchon de glace (en cas de pression différentielle résiduelle).

Dans des modes de réalisation, le procédé d’obturation comporte une étape de maintien du bouchon de glace et, en cas de coupure d’alimentation électrique, la continuité du procédé est assurée au moyen d’une alimentation électrique de secours.

Grâce à ces dispositions, l’obturation de la tuyauterie peut être prolongée durant la durée nécessaire à la réalisation d’une opération de maintenance, ou lors d'une coupure d’alimentation électrique, par exemple pour une durée d’environ vingt minutes. Cette durée peut être ajustée en fonction des capacités de la batterie et des besoins opératoires.

Dans des modes de réalisation, en cas de coupure d’alimentation électrique et de perte de l’alimentation électrique de secours, l’électrovanne est ouverte, permettant le maintien de l’alimentation en fluide réfrigérant et la continuité du refroidissement de la tuyauterie jusqu’à épuisement des réserves en fluide réfrigérant.

Grâce à ces dispositions, le bouchon de glace est conservé même en l'absence d'alimentation électrique.

Selon un quatrième aspect, l’invention vise un kit d’installation réversible d’un dispositif d’obturation selon l’invention, qui comporte :

- des pièces formant un caisson de congélation et une couche imperméable d’inertie thermique spécifique, configurés pour être installés de manière amovible sur un segment d’un tuyau acheminant du liquide, contenues dans au moins une mallette et

- une mallette dite de « contrôle-commande » abritant au moins un capteur déployable de mesure de température, un moyen de commande de l’électrovanne, un moyen d’affichage et une interface homme-machine permettant l’utilisation du moyen de commande de l’électrovanne.

Grâce à ces dispositions, le dispositif objet de l’invention est contenu dans une ou plusieurs mallettes facilement déployables puis facilement déplacées à nouveau en fonction des besoins. La mallette de contrôle-commande constitue un poste de pilotage mobile permettant aux utilisateurs de contrôler le fonctionnement du dispositif sur le terrain. Certains buts, avantages et caractéristiques particulières du procédé d’obturation, du système d'obturation et du kit d’installation d’un dispositif d’obturation objets de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif d’obturation objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.

D'autres avantages du dispositif, du procédé, du système et du kit objets de l'inventions sont mentionnés ci-après.

La mise en oeuvre du dispositif et du procédé d'obturation de l'invention offrent des avantages conséquents de rapidité et facilité de mise en oeuvre auxquels contribuent notamment : la mise à disposition d'une mallette de contrôle-commande facilement transportable, la présence de rangements ergonomiques pour les matériels déployables, des connecteurs rapides avec détrompeurs pour les instruments de mesure et la commande de l’électrovanne, des raccords rapides à clipser pour les raccords des conduites d’alimentation raccordées à l’électrovanne et au caisson et des raccords rapides pour la conduite d’évacuation des vapeurs de réfrigérant.

D'autres caractéristiques du système d'obturation de l'invention facilitent la commande du dispositif d'obturation et le contrôle des bouchons de glace, notamment : la visualisation optique et thermique à distance depuis la mallette de contrôle-commande ou depuis une tablette déportée, le pilotage du procédé depuis une tablette tactile connectée en wifi ou en filaire à la mallette de contrôle-commande permettant de superviser le process à distance et tout en se déplaçant, sans nécessité de proximité ni d’intervention manuelle et le montage de plusieurs mallettes de contrôle-commande en réseau permettant de superviser plusieurs procédés d’obturation à partir d’une unique tablette portable.

Certaines caractéristiques du dispositif et du procédé d'obturation de l'invention facilitent l'intervention sur une tuyauterie dans un espace restreint, notamment : le réservoir de fluide réfrigérant est déporté par rapport au caisson, l'encombrement du caisson rigide est réduit au minimum, l'électrovanne est amovible entre une entrée et une évacuation auxiliaire de la chambre du caisson.

Enfin, l'enregistrement des données collectées par les capteurs lors du procédé d'obturation de l'invention facilite le suivi en termes d’assurance qualité et la rédaction de rapports de fin d’intervention.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif d'obturation, du procédé d'obturation et du kit objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif d'obturation d'une tuyauterie, objet de la présente invention et

La figure 2 représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulières du procédé d’obturation d'une tuyauterie, objet de la présente invention.

DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION

La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.

On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle.

On observe, en figure 1 , une vue schématique d’un mode de réalisation particulier du dispositif d'obturation 100, objet de la présente invention. Le dispositif 100 comporte un caisson 36 qui est positionné sur un segment 35 d’un tuyau 32 d'une tuyauterie à obturer. Le caisson 36 délimite une chambre 26 étanche, autour du segment 35 de tuyau 32. Préférentiellement, des joints circulaires 12, positionnés entre le tuyau 32 et le caisson 36, assurent l’étanchéité et des calorifuges 13 isolent thermiquement au moins en partie la chambre 26 de l’air atmosphérique.

La mise en oeuvre du dispositif 100 permet la formation d’un bouchon de glace dans le segment 35, et bloque ainsi l’écoulement du liquide dans le tuyau 32. La source permettant la congélation est un fluide réfrigérant circulant dans la chambre 26 du caisson 36. Lors de la circulation du fluide réfrigérant, un transfert de chaleur s’opère depuis le liquide circulant dans le tuyau 32 vers le fluide réfrigérant.

Le fluide réfrigérant peut, par exemple, être de l’azote liquide, ou tout autre fluide cryogénique. Le dispositif 100 comporte un réservoir 40 de fluide réfrigérant acheminé, par une conduite 39 flexible, vers la chambre 26, et passant par une électrovanne 38, un raccordement des éléments étant assuré par l’intermédiaire de raccords rapides 37 clipsables sans égoutture. Les raccords rapides 37 permettent un positionnement de l’électrovanne 38 directement en entrée 43 du caisson 36 ou à distance pour un encombrement adaptable à l’environnement lors du déploiement du dispositif 100.

Préférentiellement, le réservoir 40 de fluide réfrigérant est déporté par rapport au caisson 36 et positionné à au moins 10 mètres de distance, ou dans un local séparé.

L’électrovanne 38 agit sur le débit de fluide réfrigérant qui circule vers la chambre 26. Préférentiellement, la conduite 39 est calorifugée.

Le dispositif 100 comporte un moyen d'évacuation des vapeurs de réfrigérant. Par exemple, le moyen d'évacuation comporte une conduite 14 raccordée au caisson 36, permettant d’évacuer les vapeurs vers un réseau de ventilation (non représenté) et d'éviter le risque d’anoxie des utilisateurs du dispositif, notamment en cas d’intervention dans un local clos. Préférentiellement, le dispositif 100 comporte une évacuation auxiliaire permettant l'évacuation d'un trop plein de fluide réfrigérant. Par exemple, l'évacuation auxiliaire est un trop-plein 16 qui permet, le cas échéant, d’évacuer du liquide débordant de la chambre 26 par gravité, afin que seules les vapeurs soient acheminées vers la conduite 14 d’évacuation des vapeurs.

Préférentiellement, la conduite 14 est raccordée au caisson 36 par une attache 15 rapide à enclencher et à libérer, par exemple par un raccord symétrique (non représenté), aussi appelé « raccord pompier ».

Comme décrit plus haut, le refroidissement du segment 35 de tuyau 32 est une fonction croissante du débit d’alimentation de fluide réfrigérant commandé par l’électrovanne 38.

Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte un capteur 27 configuré pour estimer le niveau de liquide réfrigérant dans la chambre 26. Dans des modes de réalisation, le débit d'alimentation en fluide réfrigérant commandé par l’électrovanne 38 est commandé en fonction du niveau de liquide dans la chambre 26 estimé par le capteur 27.

Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte au moins un capteur de température. Par exemple, le capteur de température est un thermocouple ou un thermomètre à résistance de platine. Le thermomètre à résistance de platine est plus souvent appelé sonde ou capteur RTD (abrévié de l’anglais « Résistance Température Detector »). Dans d’autres modes de réalisation, un capteur mesure une température par infrarouge ou par toute autre méthode connue de l’homme du métier.

Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte quatre capteurs de température surfaciques 22, 23, 24 et 25 par exemple positionnés deux par deux aux extrémités du segment 35 de tuyau 32. Les capteurs de températures 22, 23, 24 et 25 permettent de s’assurer que la température nécessaire à la congélation du liquide est bien atteinte sur tout le segment 35 à congeler. Les capteurs de températures 22, 23, 24 et 25 permettent de vérifier un critère de congélation complète du bouchon, et d’alerter sur le risque de fonte à une extrémité ou l’autre du bouchon.

Dans des modes de réalisation, un capteur de température surfacique 20 est positionné au point immergé en premier par la montée du niveau de fluide réfrigérant dans la chambre 26. Un capteur de température surfacique 21 est positionné au point de début de ruissellement du fluide réfrigérant en entrée. Les capteurs de températures 20 et 21 sont positionnés aux points susceptibles de recevoir les températures les plus basses. Dans des modes de réalisation, des valeurs limites de températures minimales mesurées par les capteurs de température 20 et 21 et à ne pas franchir sont surveillée et participent à l’asservissement de l’électrovanne 38, celle-ci étant fermée si ces températures sont franchies. Par exemple, les capteurs de température surfaciques 22, 23, 20, 21 , 24 et 25 sont fixées au contact du tuyau. Préférentiellement, au moins un des capteurs de température 22 à 25 est une caméra infrarouge et au moins un autre de ces capteurs de température est au moins un thermocouple ou un thermomètre à résistance de platine au contact du segment 35 du tuyau 32.

Dans des modes de réalisation, le débit d'alimentation en fluide réfrigérant commandé par l’électrovanne 38 est commandé en fonction d’une valeur mesurée par un capteur de température.

Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte au moins un capteur de débit mesurant le débit de liquide contenu dans le segment 35 de tuyau 32. Dans des modes de réalisation, au moins un débitmètre mesure le débit à distance depuis une position extérieure au tuyau 32. Par exemple, au moins un débitmètre est un débitmètre à ultrasons, à sonar ou à écoute acoustique.

Préférentiellement, deux capteurs 28 et 29 mesurant le débit de circulation du liquide sont positionnés en aval et en amont du segment 35 du tuyau 32. C’est-à-dire en amont et en aval de la zone de congélation.

Dans des modes de réalisation, le débit d'alimentation en fluide réfrigérant commandé par l’électrovanne 38 est commandé en fonction d’au moins une valeur mesurée par un capteur de débit.

Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte au moins un capteur de température mesurant la température atmosphérique.

La température ambiante mesurée influe sur la durée de congélation et la tenue du bouchon de glace à la pression.

Dans des modes de réalisation, les données mesurées par les capteurs du dispositif d'obturation sont enregistrées automatiquement dans une mémoire, locale ou distante. Par exemple les données mesurées et enregistrées incluent au moins l'une des séries de données mesurées au cours du procédé d'obturation parmi :

- des mesures de température au cours du temps,

- les horaires de début et de fin de chaque phase du procédé d'obturation, en particulier les horaires des étapes de formation du bouchon de glace, de maintien du bouchon de glace et de décongélation,

- des mesures de débit dans le segment de tuyau au cours du temps,

- des mesures de pression et

- la position, ouverte ou fermée, de l’électrovanne au cours du temps.

Dans des modes de réalisation, d'autres données sont saisies par un utilisateur et enregistrées. Par exemple, les données saisies par un utilisateur incluent au moins des observations visuelles ou des mesures de pression. Dans des modes de réalisation, un rapport d'intervention comportant au moins une donnée enregistrée est généré automatiquement à la fin du procédé d'obturation.

Dans des modes des réalisations, l’ensemble du contrôle et de la commande du dispositif 100 est réalisé au moyen d’une mallette 33 dite de contrôle-commande. La mallette de contrôle-commande contient l’électronique nécessaire aux contrôles des différents capteurs et à la commande de l’électrovanne. Ces composants individuellement bien connus de l’homme du métier comportent un processeur, une carte graphique, des conditionneurs associés aux capteurs de mesure tels que des thermocouples ou des capteurs RTD, une mémoire de stockage. La mallette 33 de contrôle-commande est protégée par un carter et présente un écran tactile 18 pour assurer l’interface homme-machine. Dans des modes de réalisation, une tablette tactile 19, dotée d’une connexion sans fil avec la mallette 33, peut se substituer au moniteur principal dans ses fonctions d’affichage et de commande.

La mallette 33 de contrôle-commande comporte également les connectiques pour le branchement des différents instruments de mesure et de l’électrovanne, accessibles en façade. Dans des modes de réalisation, les connectiques sont des connexions rapides avec détrompeurs, pour permettre une mise en place rapide et sans erreur. Dans des modes de réalisation, des logements permettant le rangement des instruments de mesure et câbles associés sont aménagés dans la mallette 33.

Dans des modes de réalisation, la mallette 33 abrite des instruments de mesure déployables. Par exemple, la mallette 33 abrite au moins un capteur de température ambiante, une caméra thermique 30 et une caméra optique 31. Une fois déployés, le capteur de température ambiante et les caméras 30 et 31 permettent de surveiller à distance le caisson 36, en transmettant les images et données recueillies à un logiciel de contrôle, disponible à l’écran 18 de la mallette 33, ou par l’intermédiaire de la tablette tactile 19.

Dans des modes de réalisation, les pièces formant le caisson de congélation et le moyen de commande du débit, configurés pour être installés de manière amovible sur un segment d’un tuyau acheminant du liquide, sont contenues dans au moins une mallette 34. Un kit comportant ces éléments ainsi qu’une mallette 33 de contrôle-commande permet le déploiement autonome d’un dispositif 100 d’obturation selon l’invention.

On peut aussi réorganiser les éléments répartis entre les mallettes 33 et 34 dans une unique mallette ou les séparer entres trois mallettes ou plus.

Une couche imperméable d’inertie thermique spécifique 41 est positionnée en surface du segment de tuyau de manière à recouvrir toute la surface du segment 35. Par exemple, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique 41 comporte un feuillard métallique.

L’inertie thermique dépend de plusieurs facteurs, tels que diffusivité et capacité thermique. La couche imperméable d’inertie thermique spécifique est configurée pour assurer une vitesse prédéterminée d’évolution de la température en surface intérieure, lorsque la surface extérieure est soumise au contact direct de l’azote (-196°C) à partir d’un état initial à 20°C. Cette vitesse de refroidissement en surface intérieure de la couche d’inertie spécifique est comprise dans un intervalle allant de 0,5 à 20°C/s et, préférentiellement, dans un intervalle allant de 1 à 10°C/s.

Dans des modes de réalisation, un évaporateur 42 est positionné autour de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique 41 .

Dans des modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique 41 et l’évaporateur 42 sont fixés sur le segment 35 par des colliers de serrage rapides autobloquants ou au moyen de toute autre solution de serrage externe.

Dans des modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique 41 recouvre au moins une partie de la surface du segment 35 de tuyau 32. Cette couche 41 est préférentiellement constituée d’une feuille de métal de faible épaisseur positionnée au moins en partie autour du tuyau. Dans des modes de réalisation (non représenté), cette feuille de métal est enroulée autour du segment 35 de tuyau 32 sur une longueur légèrement supérieure à la longueur du caisson 26 (cette longueur étant l’extension du contact du caisson avec le tuyau 32, mesurée parallèlement à l’axe d’écoulement de fluide dans le tuyau 32).

L’évaporateur 42 est configuré pour faciliter le transfert de chaleur entre le tuyau et le fluide réfrigérant. On rappelle que l’évaporateur comporte une couche de matériaux qui présente une grande surface d’échange thermique avec le milieu ambiant. Préférentiellement, l’évaporateur comporte un matériau alvéolé, un maillage de fils, de fibres ou de copeaux métalliques formant une matrice aérée ou un grillage métallique.

Dans des modes de réalisation, les fixations et raccords du caisson 36 sont configurés pour permettre un déploiement et un rangement rapide du dispositif 100, ils comportent :

- une connexion de la conduite 39 d’alimentation en fluide réfrigérant au moyen de raccords rapides 37,

- une connexion de la conduite 14 d’évacuation vapeur par un raccord 15 pompier et/ou

- une fixation de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique et de l’évaporateur sur le segment 35 de tuyau 32 par colliers de serrage rapides autobloquants ou autre solution de serrage externe.

Par exemple, le raccord 37 est un raccord rapide Stàubli (marque déposée) sans égoutture.

Dans des modes de réalisation, le caisson 36 comporte deux parties qui s’assemblent entre elles pour venir enserrer le segment 35 de tuyau 32. Préférentiellement, les deux parties du caisson 36 sont fixées entre elles par des boulons ou charnières et sauterelles en nombre limité, par exemple moins de dix boulons et/ou charnières.

Le moyen de commande, par exemple la mallette 33 est configuré pour commander le débit d'alimentation en fluide réfrigérant : - en fonction croissante du débit du liquide dans le tuyau 32,

- avant le début de la congélation, commander un débit de liquide circulant dans le tuyau 32 inférieur à une valeur limite prédéterminée permettant la formation d’un bouchon de glace,

- pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne 38 de manière à ce que la température à la surface du segment 35 de tuyau 32 reste dans un intervalle de température prédéterminé, par exemple entre -40°C et -15°C,

- pendant la congélation et/ou la décongélation, commander l’électrovanne pour que la température en chacun des points où se trouvent les capteurs 22 à 25 de température reste dans un intervalle de températures prédéterminé et/ou

- une fois le bouchon formé, commander l’ouverture de la vanne du tuyau en amont pendant la durée de congélation du bouchon.

On observe, sur la figure 2, une succession d’étapes particulières du procédé 200 d’obturation d'une tuyauterie comportant un tuyau acheminant un liquide, par formation d'un bouchon de glace.

Le procédé 200 d’obturation comporte :

- une étape 75 de formation du bouchon de glace, par la mise en circulation 55 d'un fluide réfrigérant dans un caisson de congélation, monté amovible en contact sur un segment du tuyau,

- au moins une étape, 60 ou 80, de mesure d’une température du tuyau ou du fluide réfrigérant et

- au moins une étape, 65 ou 90, de commande du débit d'alimentation en fluide réfrigérant en fonction de la température mesurée, au moyen d’une électrovanne.

Dans des modes de réalisation, le procédé 200 comporte une étape 105 de maintien du bouchon de glace.

Dans des modes de réalisation, lors de l’étape 75 de formation d’un bouchon de glace, le débit d’alimentation en fluide réfrigérant est commandé lors d’une étape 70 pour réaliser une baisse contrôlée de la température du segment de tuyauterie.

Dans des modes de réalisation, le procédé comporte, lors de l’étape 105 de maintien du bouchon de glace, une étape 85 de vérification des critères garantissant l’intégrité de l’obturation et les propriétés mécaniques du matériau de la tuyauterie, et le débit d’alimentation en fluide réfrigérant est commandé lors de l’étape 95 pour maintenir la température du segment de tuyauterie à des valeurs contrôlées.

Dans des modes de réalisation, le procédé 200 d’obturation comporte une étape 115 de décongélation du bouchon de glace. Dans des modes de réalisation, le débit d’alimentation en fluide réfrigérant est commandé lors d’une étape 110 pour réaliser une augmentation contrôlée de la température du segment de tuyau, lors de l’étape 115 de décongélation du bouchon de glace.

Dans des modes de réalisation, en cas de coupure d’alimentation électrique, le moyen de commande assure la continuité du procédé 200 pendant une durée prédéterminée. Par exemple la durée prédéterminée est une demi-heure. Par exemple, l’alimentation électrique est maintenue au moyen d’un onduleur ou d’une batterie. Dans des modes réalisation, l’électrovanne 38 est normalement ouverte en cas de coupure d’alimentation électrique ou après une durée prédéterminée suivant une coupure d’alimentation électrique, pour garantir en cas de coupure d’alimentation d’une durée supérieure à la durée garantie de l’alimentation secourue, la continuité de l’alimentation en fluide réfrigérant et le maintien de l’intégrité du bouchon de glace.

Dans des modes de réalisation, la mise en oeuvre du procédé d’obturation 200 est réalisée au moyen d’un dispositif 100 tel que décrit précédemment. Un logiciel géré par le processeur de la mallette de contrôle-commande 33 pilote l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne 38 d’alimentation en réfrigérant, au cours de chaque phase du procédé (formation du bouchon, maintien, décongélation), et assure l’enregistrement des données.

Dans des modes de réalisation, lors d’une étape préliminaire (non représentée), un menu affiché sur l’écran tactile de la mallette de contrôle-commande permet à un utilisateur de préciser les paramètres de l’intervention, de choisir un mode avec ou sans contrôle renforcé et de contrôler des températures dans la tuyauterie. Lors de cette étape préliminaire, la bonne réception et la cohérence des signaux des capteurs est aussi vérifiée.

Durant l’étape 75 de formation du bouchon de glace, le logiciel commande l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne 38 pour suivre une consigne de température en surface du segment de tuyau à congeler. L’arrivée de réfrigérant est automatiquement stoppée quand le caisson est entièrement rempli. Dans des modes de réalisation, la température est enregistrée en plusieurs points à la surface du segment de tuyau à congeler et l’électrovanne est commandée pour suivre une consigne précise de descente en température lors d’une étape 70.

Durant l’étape 105 de maintien du bouchon de glace, le logiciel commande l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne de manière à ce que la température à la surface du segment de tuyau congelé reste dans un intervalle de température prédéterminé. Par exemple, la surface du segment de tuyauterie 35, est maintenue à une température comprise entre -40°C et -15°C durant cette étape. Dans des modes de réalisation, la température est enregistrée en plusieurs points à la surface du segment de tuyau à congeler et l’électrovanne est commandée afin d’assurer que la température en chacun de ces points reste dans un intervalle de températures prédéterminé. Dans des modes de réalisation, la présence d’un débit de fuite est surveillée au moyen d’un débitmètre. Par exemple, un débit trop important ou un débit non nul indiquerait la présence de fluide s’écoulant pouvant entraver la formation du bouchon de glace.

Durant l’étape 115 de décongélation du bouchon de glace, le logiciel commande l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne pour suivre une consigne de température en surface du segment de tuyau congelé.

Dans des modes de réalisation, la température en plusieurs points à la surface du segment de tuyau est enregistrée et l’électrovanne est commandée pour suivre une consigne précise de remontée en température, lors d’une étape 110.

Le logiciel permet l’exécution des différentes phases du procédé 200 d’obturation en suivant les consignes d’un protocole d’intervention préenregistré. L’utilisateur est guidé à chacune des étapes et il est invité à confirmer le passage d’une étape du procédé à la suivante. Sur demande, l’utilisateur a la possibilité de répéter une étape du procédé, de revenir à une étape antérieure ou de forcer le passage à l’étape 115 de décongélation en cas d’abandon de l’intervention.

On donne, ci-dessous, d’autres explications techniques de modes de réalisation particuliers du dispositif d’obturation objet de l’invention. La couche imperméable d’inertie thermique spécifique a pour fonctions :

- de limiter la baisse de température en surface de la tuyauterie et rendre cette baisse de température moins rapide, ce qui permet la régulation par le biais de la commande de débit du réfrigérant. Cette fonction est principalement liée à la capacité thermique de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique et/ou

- d’uniformiser la température à la surface du tuyau. Cette fonction est principalement liée à la conductivité thermique de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique.

L’objectif principal est de l’interposition de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est de refroidir le tuyau de manière homogène sans dépasser une valeur limite basse de température, pour éviter les transformation structurelles de certains matériaux, par exemple la modification du taux de ferrite dans les aciers inoxydable austénitiques, et le passage dans le domaine fragile d’autres matériaux, par exemple, le risque de rupture fragile des aciers au carbone à basse température. Ces avantages sont importants pour les interventions dans le domaine de l’industrie nucléaire civile, où les propriétés chimiques et mécaniques des aciers sont très réglementées pour assurer les requis de sûreté. La couche imperméable d’inertie thermique spécifique limite également les chocs thermiques, qui peuvent induire de fortes contraintes en surface du matériau.

L’épaisseur de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est, préférentiellement, comprise à entre 0,02 mm. et 0,1 mm. Dans des modes de réalisation, une pâte thermique est positionnée entre la couche imperméable d’inertie thermique spécifique et le tuyau pour assurer la bonne conduction thermique.

L’électrovanne 38 est pilotée en fonction des températures mesurées en surface de la tuyauterie à congeler, et d’autres capteurs indiquent, par exemple, un trop plein de réfrigérant ou une fonte du bouchon dans la canalisation. C’est la température en surface du tuyau qui est l’objet d’un asservissement, la consigne pouvant changer selon la phase du procédé ou les alertes rencontrées.

Le débit du fluide réfrigérant à l'intérieur du dispositif est asservi à la température mesurée en surface de la tuyauterie à congeler et/ou la présence d’un trop plein de réfrigérant.

La condition de fonctionnement idéale est un débit nul dans la canalisation. Néanmoins, il est possible qu’une canalisation à congeler ne soit pas parfaitement consignable et présente un faible débit. La mesure de ce débit permet de déterminer la faisabilité de l’obturation par congélation, et donne un indicateur supplémentaire quant à la formation complète du bouchon au cours du processus de congélation.

Le dispositif d’obturation comporte une couche imperméable d’inertie thermique spécifique qui recouvre la totalité de paroi du tuyau pouvant être en contact avec le réfrigérant. Cette couche est caractérisée par son imperméabilité, qui garantit l’absence de contact direct du réfrigérant avec la surface de la tuyauterie, et par une épaisseur et des propriétés physiques qui lui confèrent une inertie thermique choisie pour empêcher l’atteinte de températures trop basses en surface de la tuyauterie. Les propriétés physiques d’intérêt sont notamment la conductivité thermique et la capacité thermique massique.

Du fait de son inertie thermique, cette couche contribue à éviter de choquer la surface de la tuyauterie à des températures cryogéniques. Elle contribue à réduire la vitesse de la baisse de température en surface de la tuyauterie exposée au réfrigérant, permettant une régulation de la température de surface par un commande du débit de réfrigérant.

Du fait de sa conductivité thermique, cette couche permet un échange de chaleur suffisant pour permettre la congélation et contribue à homogénéiser le refroidissement de la tuyauterie, permettant une baisse de température moins brusque mais répartie sur une plus large surface.

Dans certains modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est une feuille de métal - ou feuillard - enroulée de manière ajustée autour du segment de tuyau à congeler.

Dans certains modes de réalisation, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique est en aluminium et présente une épaisseur d’environ 0,1 mm, par exemple comprise entre 0,05 mm et 0,2 mm et, préférentiellement, entre 0,05 mm. et 0,15 mm.

Une fois le bouchon formé mais pas complet, l’ouverture de la vanne de la tuyauterie, même partielle, en amont du bouchon permet d’éviter que le gonflement de la glace détériore cette vanne. En effet, l’expansion de la glace pourrait comprimer le liquide entre le bouchon et une vanne fermée, avec des risques pour la tuyauterie et la vanne. Des purges régulières, c’est-à-dire des ouvertures de vanne de la tuyauterie évacuent la surpression causée par l’expansion du bouchon et préserve les matériels. Ce risque concernant la pression est contrôlé par des mesures amont/aval en cours de process qui ne sont pas l’objet de la présente invention. Ces mesures peuvent néanmoins être tracées par l’interface homme-machine afin de figurer dans le rapport de fin d’intervention généré par le dispositif. Par ailleurs, l’application signale, à intervalles de temps réguliers, à l’opérateur que les pressions amont/aval doivent être contrôlées pendant la phase de formation du bouchon.

La température à laquelle la tuyauterie est exposée est contrôlée. Grâce à la couche imperméable d’inertie thermique spécifique, lorsque celle-ci est en contact avec le réfrigérant, le régime permanent met une certaine durée à s’établir, ce qui permet d’étaler dans le temps la baisse de température en surface de la tuyauterie (cette augmentation du temps de réponse est nécessaire pour pouvoir réguler la température avec l’électrovanne, sinon la surface du tuyau passe instantanément à -196°C au contact direct de l’azote liquide). Une fois le régime permanent établi, un gradient est obtenu dans la couche imperméable d’inertie thermique spécifique, entre la surface en contact avec l’azote et celle en contact avec la tuyauterie : par exemple, cette différence de températures est de l’ordre de 100°C.

La présence de la couche imperméable d’inertie thermique spécifique limite aussi le gradient de température dans les directions radiales et longitudinales, en évidant un choc thermique en surface.

On note que, en l’absence de couche imperméable d’inertie thermique spécifique, le gradient thermique est moindre dans la direction longitudinale par rapport à la direction radiale où il peut dépasser 100°C/mm. En limitant les gradients de température, la couche imperméable d’inertie thermique spécifique permet de limiter l’apparition de contraintes liées aux dilatations thermiques différentielles dans le matériau de la canalisation.