En tant que service, le gel des tuyaux à l'azote à des fins d'isolation est régulièrement proposé sur le marché depuis les années 1970, mais les premiers brevets ont été déposés dès les années 1940. Le « bouchon de gel » a principalement été utilisé pour créer des isolations dans les applications suivantes :

Principe général du gel des tuyaux

Le principe de base d'un « bouchon de gel » consiste à refroidir la paroi extérieure du tuyau à une température telle que son contenu (généralement de l'eau) forme un bouchon à l'intérieur du tuyau, adhérant à la paroi et créant une isolation solide. Des tests ont été effectués avec des bouchons résistant à plus de 8 000 psi. Pour réaliser le gel, une « enveloppe » (échangeur de chaleur cryogénique) est placée autour du tuyau, et un liquide, généralement de l'azote liquide, y circule. Les premières enveloppes étaient essentiellement un espace vide confiné où l'azote liquide entrait en contact direct avec le tuyau ; les enveloppes modernes fonctionnent davantage selon le principe d'un échange de chaleur, l'azote liquide circulant à travers des veines dans l'enveloppe. La longueur de l'enveloppe est généralement deux fois le diamètre du tuyau et son épaisseur est d'environ un pouce.

Résistance mécanique des métaux à basse température

À basse température, le module d'élasticité des matériaux augmente. En général, la résistance à la traction et la limite d'élasticité augmentent à mesure que la température diminue. Par conséquent, il n'y a pas de risque supplémentaire à tirer ou à plier lentement le tuyau à basse température. Cependant, en raison de la fragilité accrue à basse température, tout impact sur le tuyau doit être évité.

Comme la plupart des tuyaux en acier inoxydable sont conçus pour résister à des conditions cryogéniques, leur exposition à de basses températures pendant le gel ne présente aucun risque pour leur métallurgie.

Bouchons gelants

Dans de nombreux cas, des isolations sont nécessaires, dans lesquelles il n'y a pas de milieu interne à congeler. Les applications les plus courantes de ce procédé sont les suivantes :

1. Modifications ou ajouts aux collecteurs de torchères, lorsque l'objectif est de maintenir l'usine et donc le système de torchères pleinement opérationnels.
2. Toute conduite de gaz nécessitant une isolation temporaire pour permettre la réparation d'une vanne existante.
3. Nouveaux raccordements sur les conduites de gaz ou de vapeur
4. Blocs temporaires pour essais hydrauliques

Méthode du bouchon de gel

Les systèmes à base de gel réticulé sont idéaux pour créer un bouchon de gel stable à double blocage et purge. Ces systèmes utilisent un gel à base d'eau à haute viscosité qui, grâce à sa nature cohésive, peut déplacer l'huile ou remplir un espace vide dans une conduite de gaz. Le gel lui-même est un produit biodégradable adapté de l'industrie alimentaire et ne nécessite aucune manipulation particulière pour son injection ou son élimination. En raison de sa viscosité extrêmement élevée, le gel ne se comporte pas comme un liquide conventionnel et ne se répand pas au fond du tuyau, mais forme plutôt un monticule. Après la première injection, le fluide gélifié restera sous forme de monticule surélevé, remplissant probablement 45 à 65 % de la section transversale du tuyau en dessous du point d'injection. L'espace vide restant sera rempli de gel lors des injections suivantes.

L'emplacement d'un bouchon de gel est soigneusement choisi afin de s'assurer que les sites des chemises de gel ne présentent aucune soudure, aucun dommage au niveau des tuyaux et aucune contrainte. Le site choisi doit également comporter un raccord ou une vanne entre les emplacements prévus pour les chemises afin de permettre l'injection de gel, les tests de pression des bouchons et la surveillance continue de la pression pendant l'opération. Une fois le tuyau inspecté et nettoyé, les chemises de gel sont installées de chaque côté du point d'injection et raccordées à l'alimentation en azote par un tuyau cryogénique.