Brevet FR2090347A1 — publié le 19720114

La présente invention a pour objet un procédé pour mesurer et contrôler le débit d'un gaz à haute température, cette température étant si élevée que le débit ne peut pas être mesuré par un indicateur de débit classique. Dans les années récentes, un procédé pour souffler un gaz craqué réducteur à haute température, qui est obtenu par oxydation partielle ou reforming à la vapeur d'eau d'hydrocarbures (tels que gaz naturel, huile lourde, naphte de pétrole, huile légère et pétrole lampant) avec de l'oxygène (ou de l'air) et de la vapeur d'eau dans un haut fourneau a été industrialisé dans le but d'améliorer la productivité du haut fourneau. Dans le procédé mentionné précédemment, la température du gaz soufflé à une valeur aussi élevée que 850 à 1200"C, et la quantité de gaz soufflé atteint, bien qu'elle diffère de la capacité du haut fourneau, plus de 10.000 m5eure. La quantité atteint plus de 3 % de la quantité totale de gaz qui se trouve dans le fourneau. Le soufflage de gaz réducteur à haute température a une grande influence sur l'état du haut fourneau. En conséquence, le gaz est soufflé depuis plusieurs tuyères prévues autour du corps du haut fourneau à des distances égales, et il est important, en meme temps que le contrôle de la température du gaz, de souffler des quantités égales de gaz à partir de chaque tuyère. Bien que l'équipement soit conçu habituellement pour souffler des quantités égales de gaz, a pression du four du haut fourneau fluctue et l'état de chargement dans le haut fourneau à chaque tuyère diffère à chaque instant, et par conséquent, 1 'écou- lement de gaz à haute température dans chaque dérivation d'alimentation propre, aussi, peut difficilement être maintenu dans un état constant. I1 est important de maintenir quantitativement le débit du gaz à haute température dans chacune des canalisations de gaz. Cependant, les indicateurs de débit classiques ne peuvent pas être utilisés dans ce cas, parce qu'ils ne sont pas suffisamment résistants à la chaleur pour un gaz à une température aussi élevée que 850 à 1200 C, et le carbone libre contenu dans le gaz réducteur comme mentionné précédemment, adhère et se dépose en grande quantité dans l'indicateur de débit. Comme conséquence à la suite des recherches dans des voies différentes sur les procédés pour mesurer et contrôler le débit d' m gaz a haute température qui pourraient éliminer les problèmes mentionnés précédemment, la demanderesse a été amenée à considérer que, quand un élément transférant de la chaleur est placé dans la canalisation de gaz à haute température, et que l'on mesure la différence de température entre deux points sur les deux côtés de cet élément de radiation de chaleur, T, ainsi que la perte de chaleur pendant un temps donné par passage du gaz dans cet élément de radiation de chaleur, Q(KCalAi), alors le débit peut être déterminé par la relation Q = Cp.V.T et par conséquent Q V = Cp #T .Dans cette formule, V est la quantité de gaz écoulé dans un temps donné (Kg/h) correspondant au volume de gaz, et C est la chaleur spécifique principale du gaz à pression constante. On considéra d'autre part que Cp est constant quand la composition du gaz et sa température sont définies et que Q peut aussi être rendu constant selon la construction de la canalisation pourvu que la composition et la température du gaz soient définies et de plus que la correction de C et Q soit possible même si les conditions p changent quelque peu. En conséquence, on conclura que cb T est re- présentatif pour contrôler l'équilibre des quantités de gaz à haute température soufflées depuis plusieurs tuyères dans le haut fourneau. Cette invention est mise en oeuvre sur la base de l'en- seignement ci-dessus. Le point essentiel de la présente invention est un procédé pour contrôler le débit d'un gaz à haute températu- re caractérisé par le contrôle du débit, en utilisant des gaz i haute température, sur la base de la différence de température entre deux dispositifs de mesure de température prévus sur les deux côtés d'un élément transférant de la chaleur dans une canalisation de gaz à haute température. L'élément transférant de la chaleur dans la canalisation de gaz à haute température est un élément dont la perte de chaleur peut être estimée au préalable sans qu'intervienne l'influence de la température ambiante et des conditions atmosphériques, tel qu'une vanne à gaz chaud ayant une fonction de refroidissement et un réfrigérant. Pour l'exactitude du contrale du débit, il est souhaitable que la perte de chaleur dans l'élément transférant de la chaleur soit calculée comme la différence de température entre les deux-cEtés de cet élément transférant de la chaleur, supérieure à 500C. Dans ce qui suit, la présente invention sera expliquée en se référant aux dessins représentant un exemple d'appareillage pour mettre en oeuvre la présente invention et dans lesquels La figure 1 représente un diagramme d'un appareillage suivant des caractéristiques de la présente invention. La figure 2 est une vue en couped'tn dispositif de mesure de température. La figure 3 est un graphique donnant la variation de température du gaz réducteur dans les canalisations de dérivation en fonction du temps ; itéchelle de temps comporte les valeurs particulières : démarrage du soufflage, ouverture de 5A, fermeture de 5A, ouverture de 5A. La figure 1 représente un appareillage pour souffler, dans le haut fourneau à partir de quatre tuyères, un gaz réducteur à haute température (850 à 12000C) produit par oxydation partielle d-'hydrocarbures tels que de l'huile lourde avec de l'oxygène et de la vapeur d'eau placés dans un four de craquage. Le gaz craqué à une température de 1000 à 16000C, produit dans un four de craquage 1, est envoyé occasionnellement après refroidissement par un réfrigérant 2 à une température convenable pour le soufflage à travers une vanne de canalisation principale de gaz chaud 3 vers une canalisation principale de gaz chaud 4. La canalisation principale de gaz chaud 4 forme une boucle autour du haut fourneau et son extrémité est reliée par l'intermédiaire d'une vanne de dérivation V au four de craquage 1. Des canalisations de dérivation de gaz 5A, 5B, 5C et 5D sont reliées respectivement par les jonctions A, B, C et D à la canalisation principale de gaz chaud 4. Chaque dérivation comporte une vanne de canalisation de dérivation de gaz chaud respectivement 6A, 6B, 6C et 6D. Cette vanne a une structure du type à refroidissement par évaporation et sert en même temps d'élément transférant de la chaleur ayant une capacité définie. On équipe le voisinage des jonctions A, B, C et D de thermocouples 4A, 4B, 4C et 4D dans la canalisation principale 4, et le voisinage des tuyères dans un haut fourneau 7 du côté sortie de ces dérivations 5A, 5B, 5C et 5D, dè thermocouples 8A, 8B, 8C et 8D. Dans la figure 1, la référence 9 indique une canalisation d'évacuation comportant une vanne de contrôle de pression 10 qui sert en même temps de réfrigérant intensif. Si le gaz est un gaz réducteur, la durée de fonctionne- ment d'un thermocouple pour la mesure de la température de ce gaz à haute température est tout à fait courte comparée au cas d'un gaz oxydant. En conséquence, pour la mesure de la température d'un gaz réducteur à haute température, on adopte dans la présente invention un thermocouple de construction représentée dans la figure 2, dans lequel une atmosphère réductrice est interrompue. Un pyromètre à radiation peut être aussi utilisé à la place d'un thermocouple quand la température du gaz en question est trop élevée. Quand le soufflage du gaz craqué à haute température dans le haut fourneau 7 est commencé, les thermocouples 4A, 4B, 4C et 4D ainsi que 8A, 8B, 8C et 8D détectent la température du gaz qui passe. Basé sur la différence de température obtenue ( A T), un quipement 11 calcule et indique automatiquement la vitesse de diminution de la température, en pourcentage dans chaque dérivation par exemple température en 4A - température en 8A x - x 100 température en 4A et un contrôleur de vanne 12 compare ces données calculées et commande le signal pour contrôler le degré d'ouverture de chacune des vannes de dérivation de gaz chaud 6A, 6B, 6C et 6D pour maintenir l'équilibre des quantités de gaz soufflé dans le haut fourneau 7 à partir de chacune des dérivations. Ce calcul, cette comparaison et ce contrale du calculateur, peuvent être faits manuellement. Quand le carbone libre contenu danse gaz adhère et se dépose de manière importante ou quand le chargement dans le haut fourneau 7 obstrue une tuyère particulière au cours du soufflage mentionné précédemment, la valeur détectée du thermocouple à la partie initiale de la dérivation même (8A, 8B, 8C et 8D) diminue et A T devient plus grand. Quand il est prouvé que le contrale devient impossible par le calcul et la comparaison précédente, la tuyère elle-même est ouverte mécaniquement sans arrêter le souf flage, ou bien en dernier lieu le soufflage depuis la tuyère ellemême est arrêté. La construction du dispositif de mesure de température consistant en un thermocouple mentionné précédemment (4A, 4B, 4C et 4D ainsi que 8A, 8B, 8C et 8D) dans lequel une atmosphère réductrice est interrompue, sera expliquée en se référant à la figure 2. La figure 2 représente, à titre d'exemple, le dispositif de mesure de température pour la canalisation principale de gaz chaud 4. Dans cette figure, la référence 4 indique une canalisa- tion principale de gaz chaud, consistant en un manchon de fer 22 et en des matériaux réfractaires 23 et 23', et elle comporte un orifice 25 pour insérer un dispositif de mesure de température. Le manchon en fer 22 est pourvu d'une bride 26 pour fixer ce dispositif de mesure de température, qui peut être démonté librement. La bride 29 d'un élément cylindrique 28 est en contact avec la bride 26 par l'intermédiaire d'un élément de disque en forme de plaque 27,et ces brides sont reliées au moyen d'un boulon et d'un écrou 30. Cet élément de disque en forme de plaque 27 comporte à sa partie centrale un orifice pour s'adapter à un tube protecteur 31, et la partie cylindrique 28 comporte un élément à vis 32. Le tube protecteur 31 est adapté à l'orifice de l'élément de disque en forme de plaque 27 pour passer dans l'orifice 25 et dans la partie cylindrique 28, et l'extrémité avant de ce tube protecteur est placée de façon à reposer sur la même face que la surface intérieure de la canalisation principale de gaz chaud 4. Un matériau doux tel que de l'amiante 33 et une bague de serrage 34 sont placés dans la partie d'extrémité arrière du tube protecteur 31 entre la partie cylindrique 28 et le tube protecteur 31 > et la bague de serrage 34 est déplacée vers l'avant en vissant un écrou douille 35 à la vis 32 de la partie cylindrique 28. Ensuite, le tube protecteur 31 est fixé par l'expansion de l'amiante en direction de la circonférence. Un thermocouple 36 est prévu dans ce tube protecteur 31. Cet écrou douille 35 comporte un alésage 37 pour embosser le thermocouple 36 à sa partie centrale et une bride 39 à son extrémité arrière par l'intermédiaire d'un élément 38. Cette bride 39 et une bride 42 sont réunies au moyen d'un boulon et d'un écrou 43, une plaque d'étanchéité 41 étant insérée entre les deux; et un fil conducteur de compensation 40 est enfoncé dans cette plaque d'étanchéité 41. Ce fil conducteur de compensation est relié par son extrémité côté canalisation de gaz chaud, à l'extrémité du thermocouple 36, et l'autre extrémité est reliée à un indicateur de température (non représenté). Cet écrou douille 35 comporte un orifice étroit 44, et une extrémité de cet orifice étroit 44 est ouverte en direction du côté intérieur de la bague de serrage 34 et l'autre extrémité est reliée à un tube conducteur 45 pour faire passer un gaz inerte tel que de l'azote. @@ @@@@ conducteur 45 comprend successivement @@ côté de l'é@@ douille 35, une soupape de retenue 46, @@@@@ tif pour déterminer la quantité d'écoulement 47, un indicateur de débit 48 et une vanne de commutation 49. Le dispositif mentionné précédemment pour déterminer la quantité d'écoulement 47 a pour fonction d'arrêter l'écoulement de gaz inerte quand la pression du côté de l'orifice étroit 44 augmente jusqu'à une valeur définie, et de faire s'écouler du gaz inerte à débit constant quand la pression du côté de l'orifice étroit 44 diminue. L'état d'écoulement du gaz inerte dans le tube conducteur 45 est indiqué par un avertisseur 50. Comme le dispositif de mesure de température dans la canalisation de gaz chaud 4 est construit comme on l'a mentionné précédemment, l'atmosphère dans la canalisation de gaz chaud est fermée hermétiquement par le tube protecteur 31 et par sa partie fixe, et d'autre part, l'atmosphère dans le tube protecteur 31 est fermée hermetiquement par la partie fixe du tube protecteur 31 et par la vanne de prévention de refoulement 46. Quand la vanne de commu- tation 49 est ouverte, après le réglage du dispositif d'établissement de quantité d'écoulement à une valeur déterminée dans le tube conducteur 45, du gaz inerte s'écoule dans le tube protecteur 31 et sa pression est maintenue quelque peu supérieure à la pression du générateur de gaz. En introduisant de cette façon du gaz inerte sous pression, l'introduction dans le tube protecteur 31 des composants réducteurs, qui sont contenus dans le gaz réducteur à haute température s'écoulant dans la canalisation de gaz chaud 4, est diminuée de manière remarquable, et en conséquence, la détérioration des caractéristiques du thermocouple 36 devient tout à fait faible. La durée du thermocouple 36 peut aller jusqu'à plus de 700 heures. Quand la pression du gaz inerte dans le tube protecteur 31 devient plus grande que la valeur souhaitée, l'écoulement de gaz inerte est arrêté par l'action du dispositif de détermination de quantité d'écoulement 47. En conséquence, le résultat de la mesure de température ne fluctue pas par suite de l'introduction de gaz inerte sous pression. D'autre part, quand le tube protecteur 31 est rompu par une cause quelconque, le gaz inerte dans le tube protecteur 51 revient vers le générateur de gaz. Ensuite, une petite quantité de gaz inerte est admise sous l'acvicn du dispositif de détermination n de quantité d'écoulement 47, et cet écoulement en retour, est annoncé aussitôt par un signal. En conséquence, l'échange du tube protecteur 31 aussi bien que du thermocouple 36 peut être réalisé opportunément, et le résultat de la mesure de la température devient sar. Alors que jusqu'ici on a expliqué le dispositif de mesure de température en utilisant un thermocouple, l'atmosphère est fermée de manière étanche et du gaz inerte est admis, aussi, en utilisant un pyromètre à radiation à la place d'un thermocouplè. Comme on l'a expliqué précédemment, cette invention a des effets remarquables, de sorte qu'un gaz à haute température peut Etre admis dans un état stabilisé en contrôlant son débit, et de sorte qu'on peut effectuer rapidement la r4paration des dérangements car le moment où ils se produisent est détecté aussitôt. Particulièrement, tandis que le soufflage de gaz réducteur à haute température dans un haut fourneau peut se poursuivre sous un état stabilisé, la productivité du haut fourneau peut être maintenue à un niveau élevé de manière stable. EXEMPLE En utilisant un appareil représenté dans la figure 1, 16.000 Nm3/h de gaz réducteur à haute température produit par le four de craquage 1 sont refroidis à environ 12000C par le réfrigérant 2, et soufflés dans la canalisation principale de gaz chaud 4, et dans chacune des dérivations 5 5D à l'intérieur du haut fourneau 7. Les vannes de gaz chaud 6A a' 6D dans ces dérivations 5A à 5D sont ouvertes dans l'ordre 6D, 6B, 6C et 6A. Les changements de température du gaz réducteur passant dans chacune des dérivations 5A à 5D sont mesurés par les thermocouples 8A à 8D. Les résultats sont représentés dans la figure 3. Comme on a prouvé que le soufflage depuis la dérivation 5A n'est pas satisfaisant, la tuyère de cette dérivation est ouverte mécaniquement, et, en conséquence, le thermocouple 8A dans cette dérivation 5A indique que la température revient à une valeur normale. Cependant, comme la température en 8A dans la dérivation 5A commence à diminuer à nouveau après un laps de temps, la tuyère de la dérivation 5A est ouverte mécaniquement, et ensuite les thermocouples accusent des valeurs suivantes constantes sur une longue période : 8A : 11500C, 8B : 10500C, 8C : 9500C, 8D : 900 C. Les différences de température entre les deux côtés des vannes de dérivation de gaz chaud (élément transférant de la chaleur) 6A à 6D sont toutes d'environ 500C. En faisant un calcul à partir de ces données, on prouve que la quantité de gaz réducteur soufflé depuis chaque tuyère est uniformément 400 Nm3/h, et l'état du haut fourneau est tout à fait satisfaisant. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour le contrôle du débit d'un gaz à température élevée, caractérisé en ce que ce contrôle est effectué en procédant à l'alimentation en gaz à haute température sur la base de la différence de température entre deux dispositifs de mesure de température prévus sur les deux côtés d'un élément transférant de la chaleur dans une canalisation de gaz à haute température. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément transférant de la chaleur est constitué par une vanne à gaz chaud ayant une fonction de refroidissement ou par un appareil réfrigérant dont la perte de chaleur peut être au préalable estimée. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la perte de chaleur dans l'élément transférant de la chaleur est calculée comme la différence de température entre les deux côtés de cet élément et est supérieure à 500C. 4 - Dispositif de mesure de température, utilisé pour le contrôle du débit d'un gaz à haute température sur la base de la différence de température entre les deux côtés d'un élément transférant de la chaleur dans une canalisation de gaz à haute température, caractérisé en ce qu'il comprend un tube protecteur placé dans un orifice traversant une paroi d'une canalisation d'alimentation en gaz chaud, un thermocouple étant prévu dans ce tube protecteur, ainsi qu'un conduit pour l'introduction de gaz inerte dans le tube protecteur.