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Transfert de chaleur à basse températureArticle de référence | Réf : BE9813 v1
Auteur(s) : Jean-Luc FOURNEL
Date de publication : 10 oct. 2017
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La norme NF EN 13480-2 V1 de décembre 2017 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 13480-2/A7 (E86-700-2/A7) : Tuyauteries industrielles métalliques - Partie 2 : Matériaux (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2004 (Mai 2020).
Différents types de lignes de transfert isolées sous vide de fluides cryogéniques sous forme gazeuse ou liquide sont utilisés dans les installations industrielles ou les applications scientifiques. Pour chaque type de ligne, la conception de ces lignes de transfert, les exigences sur le choix des matériaux en fonction du fluide, les exigences de fabrication et d’installation et les recommandations de maintenance sont décrits en détails. Le descriptif couvre les mono-lignes, les multilignes et enfin les lignes complexes multilignes écrantées.
This article presents and describes the different types of vacuum-insulated transfer lines for cryogenic fluids used in industrial plants or scientific applications. For each type of line, it describes in detail its design, the requirements in the choice of materials according to the fluid, the manufacturing and installation requirements, and maintenance recommendations. The description of the different transfer lines covers single and multiple process lines, and complex multi-lines with thermal shields.
Jean-Luc FOURNEL : Sénior expert en mécanique et cryogénie - Air Liquide Advanced Technologies Sassenage France
Les lignes de transfert cryogéniques appelées communément lignes sous vide sont destinées à transférer un fluide cryogénique de la source de production ou de stockage aux points d’utilisation. Les sources de production sont les liquéfacteurs pour le gaz liquéfié ou les réfrigérateurs pour le gaz froid. Les stockages sont des réservoirs sous pression de liquide cryogénique.
Le fluide cryogénique peut être sous forme gazeuse typiquement à une température inférieure à – 80 °C ou liquéfiée. Les fluides cryogéniques ont de très nombreuses applications :
le transport et le stockage de gaz liquéfié pour exploiter la densité du liquide ;
le refroidissement d’équipements comme par exemple des aimants supraconducteurs ;
la congélation rapide.
Un gaz sous forme liquide peut être stocké ou transporté en grosse quantité et sous basse pression inférieure à 15 bar. Le rapport de volume entre le liquide et le gaz est d’environ 700.
Les fluides cryogéniques les plus couramment rencontrés sont l’azote, l’oxygène, l’argon, l’hydrogène, le gaz naturel liquéfié et l’hélium.
Ces dernières années, la taille des installations cryogéniques industrielles ou scientifiques a fortement augmenté. Cette augmentation de puissance implique la construction des lignes de transferts des fluides cryogéniques plus longues, plus complexes dans leur cheminement et de diamètre de tuyauterie plus important. Cette évolution conduit à une complexité de la maîtrise de la conception et de leur fiabilité. La maîtrise des règles de conception de ces lignes devient un élément essentiel de la sûreté de fonctionnement de ces installations.
La première problématique des lignes sous vide est de compenser la contraction de ou des tuyauteries internes lors de la mise en froid. La contraction thermique des aciers austénitiques est de 3 mm par mètre depuis la température ambiante de 20 °C jusqu’à la température de l’azote liquide – 196 °C.
La deuxième problématique des lignes sous vide est la recherche du meilleur compromis entre la résistance mécanique aux différentes charges et la limitation des pertes thermiques. Ce compromis s’obtient par une étude détaillée de la flexibilité de la ligne pour compenser la contraction thermique et par l’optimisation des supports internes de la ligne. En plus de l’optimisation des supports, les lignes de transfert sont isolées sous vide.
Enfin, le maintien du vide d’isolation pendant toute la période d’utilisation est obtenu par quelques règles simples de conception et surtout par la très bonne qualité des assemblages soudés pour garantir l’étanchéité.
Certaines lignes de transfert sans exigence de performance thermique ou de faible longueur sont isolées par un isolant comme du polyuréthane ou foamglass directement apposé sur la tuyauterie de transfert. Ces lignes de conception simple ne sont pas décrites dans cet article.
thermal insulation | vacuum | mutllines
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