Brevet FR2096802A1 — publié le 19720303

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de distribu tion d'un fluide diphasique. Elle concerne également un dispositif d'échange de ch leur utilisant un fluide diphasique distribué de façon homogène. Dans le domaine de la liquéfaction des gaz, on doit souvent échanger d 5 la chaleur entre un fluide diphasique et un ou plusieurs autres fluides. Ainsi, si l'on liquéfie du gaz naturel en mettant en oeuvre le cycle dit "à cascade incorporée", on refroidit progressivement le gaz naturel sous haute pression par passage dans plusieurs échangeurs successifs dans lesquels l'échange de chaleur s'effectue contre courant avec un mélange frigorigène liquide-gaz sous basse pression et en 10 cours de vaporisation. Les échangeurs bobinés sont souvent utilisés pour effectuer de tels échanges de chaleur. Dans ce cas, on fait circuler le fluide diphasique dans l'é-changeur en position verticale, autour des tubes du bobinage. Cette circulation pei s'effectuer de bas en haut ou de haut en bas. 15 Le ou les échangeurs bobinés dans lesquels on fait circuler le fluide diphasique font en général partie d'une installation produisant le fluide diphasiqi sous une forme très hétérogène. Ainsi, dans certains cas, le fluide est disponible sous la forme de paquets de liquide séparés par des poches de gaz. Le fluide dipha; que ne peut donc être introduit tel quel dans l'échangeur. Il est donc au préalabli 20 tranquillisé dans un séparateur situé en amont de 1'échangeur bobiné. Dans le cas d'une circulation ascendante du fluide diphasique, on répai tit le liquide provenant du séparateur sur un plateau perforé situé au-dessous du bobinage de l'échangeur et on envoie simultanément le gaz du séparateur au-dessous du plateau en évitant tout filtrage du liquide à travers le plateau. 25 Dans le cas d'une circulation descendante du fluide diphasique, on ré partit le liquide provenant du séparateur sur un plateau perforé situé dans l'échai geur bobiné au-dessus du bobinage et on injecte le gaz provenant du séparateur au travers du liquide retenu par le plateau perforé. Pour des échangeurs bobinés de faible section, on obtient ainsi un flui 30 diphasique distribué de façon relativement homogène. Cependant, pour des échangeurs bobinés de section importante (dont la chemise peut avoir une section circulaire de 4 à 5 mètres de diamètre par exemple), on a constaté dans la pratique que les modes de distribution envisagés précédemment deviennent défectueux et conduisent à une ré partition hétérogène du liquide et du gaz. On a observé, en particulier, que ceci 35 était du essentiellement au fait que le liquide n'est jamais réparti de façon uniforme sur le plateau perfore situé au-dessus ou au-dessous du bobinage de l'échange Cette répartition hétérogène du fluide diphasique est préjudiciable au fonctionnement correct d'un échangeur bobiné. En effet, si l'on suppose par exemple que la phase gazeuse se trouve concentrée dans une partie de l'échangeur et la phas 40 liquide dans une autre, on obtient corrélativement des variations importantes du COPV 70 23898 2 2096802 coefficient d'échange d'une partie de l'échangeur à une autre ainsi qu'un déséquilibre thermique. Si le fluide diphasique circulant autour des tubes de l'échangeur est un mélange gaz-vapeur de corps purs en cours de condensation, on obtient à la sortie de l'échangeur des fractions condensées de températures différentes et de compositions différentes. 3n outre, lorsqu'on calcule et dimensionne les échangeurs bobinés envisagés par la présente invention, diagrammes d'échange, coefficients d'échange et pertes de charge sont estimés en supposant un fluide diphasique distribué de façon homogène. Il est donc impératif d'obtenir cette distribution homogène lors du fonctionnement de l'échangeur bobiné pour atteindre les performances envisagées lors de la conception de l'échangeur. La présente invention se propose de remédier à tous ces inconvénients, La présente invention concerne un prooédé de distribution d'un fluide diphasique constitué par un gaz et un liquide selon lequel au moins une partie du liquide et au moins une partie du gaz provenant toutes les deux d'un séparateur placé en amont d'une plaque de distribution disposée selon un premier plan substantiellement horizontal, traversent ladite plaque sous la forme d'une pluralité de veines gazeuses et de veines liquides, de même sens, uniformément réparties dans ledit premier plan horizontal. La présente invention concerne un dispositif de distribution d'un fluide diphasique constitué par un gaz et un liquide, disposé dans une enceinte allongée selon une direction substantiellement verticale, comprenant une plaque substantiellement horizontale divisant ladite enceinte en une partie amont et une partie aval, ladite partie amont incorporant un séparateur. Selon la présente invention, ladite plaque comporte une pluralité de conduits dont une première partie débouche dans la partie amont et dont la deuxième partie débouche dans la partie aval et ladite plaque comporte éventuellement une pluralité de canaux mettant en communication ladite partie amont et ladite partie aval. La présente invention concerne aussi un échangeur bobiné : échangeur bobiné comprenant une chemise allongée selon une direction substantiellement verticale, un ou plusieurs bobinages disposés à l'intérieur de ladite chemise, ledit échangeur permettant d'échanger de la chaleur entre un fluide diphasique circulant à l'intérieur de la chemise et un ou plusieurs autres fluides circulant dans le ou les bobinages, ladite chemise comprenant une plaque substantiellement horizontale divisant l1 échaii/reur en une partie -ancnt incorporant un séparateur et une partie aval incorporant le ou les bobinais. Selon la présente invention, ladite plaque de distribution comporte une pluralité de conduits dont une première partie débouche dans la partie amont et une deuxième partie débouche dans la partie aval et ladite plaque comporte éventuellement une pluralité de canaux mettant en communication ladite partie amont et ladite partie aval. 70 23898 3 2096802 L'invention permet donc essentiellement de répartir de façon uniforme et homogène la phase liauide du fluide diphasique sur une plaque de distribution située au-dessus ou au-dessous du bobinage selon le sens de parcours du fluide diphasique autour des tubes d'un échangeur bobiné vertical. L'invention permet corrélativement 5 d'obtenir un fluide diphasique distribué de façon homogène lorsque la phase gazeuse dudit fluide est réunie à ladite phase liquide en amont du bobinage. Ce résultat est particulièrement important dans le cas des échangeurs bobinés car l'on a observé expc rimentalement sue cette homogénéité obtenue en amont du bobinage se maintient dans le temps et dans l'espace lorsque le fluide diphasique passe autour des tubes bobinés. 10 L'invention procure en outre un certain nombre d'avantages supplémentai res. Les dispositifs de distribution conformes à l'invention présentent un fonctionnement très stable. Dans le cas d'une distribution ascendante, ceci est d'abord du à la possibilité d'autorégulation du dispositif permettant de pallier des variations faibles et momentanées du niveau du liquide dans le séparateur, mais ceci est égale-15 ment dû à l'inertie du dispositif qui est telle que des vagues agitant la surface du liquide du séparateur sont sans effet sur la répartition du liquide sur la plaque de distribution. Ils présentent également un fonctionnement très souple. Ceci permet de pallier des variations importantes dans le temps du débit du fluide diphasique (mar-20 che de l'installation à 50 de son débit nominal par exemple). Ainsi, dans le cas d'un dispositif de distribution ascendante, lorsque l'installation fonctionne à 70 fo de son débit nominal, le liquide ne monte jamais dans le séparateur à une hauteur telle que la vitesse du T~az devienne suffisaient importante pour entraîner directement le liauide. 25 Les dispositifs conformes à l'invention fonctionnent avec de faibles per tes de charge. Dans le cas d'un dispositif de distribution ascendante, le liquide du séparateur est extrait et mis en vitesse avec une faible perte de charge et le fluide diphasique peut être amené en aval de la planue de distribution avec une perte de cha ge inférieure à celle correspondant au passage du liqizide seul dans les conduits. 30 Plusieurs codes de réalisation de la présente invention sont décrits ci- anrès, dans le cas •'une circulation ascendante et d'une circulation descendante du fluide diphar.iT.;e, pur référence aux dessins annexés dans lesnuels : - 1'. fi, pure 1 représente- "-ne vue en couoe verticale de la nartie inférieure d'un echar.pevr bcbir.é en fonctionnement ir.corrorant un dispositif de distribution 35 permettant :e fiire circuler :e ..as p:: ]:aut i:-r.s l' 'cknr.;*cur un :']uide éir.hr.cirr-Q homogène . - la fi ure 2 représente une vue en coure verticale de la partie supérieure de ce c-me éci:?r.geur bobiné. - la fipure 3 représente une vue distincte e^ coupe verticale d'une par— 40 tie du dispositif de distribution représenté en figure 1 et plus particulièrement de COPY 70 23898 4 2096802 11 ensemble constitué par deux couronnes supérieures, une couronne d'arrêt inférieure et deux tubes ascenseurs. - la figure 4 représente une vue en perspective d'une partie du dispositif de distribution représenté en figure 1 et plus particulièrement de l'ensemble consti— 5 tué par une couronne supérieure, deux couronnes d'arrêt inférieures, un tube ascenseur et un tube appartenant au bobinage de l'échangeur bobiné. - la figure 5 représente différents tubes ascenseurs conformes à l'invention. - la figure 6 représente une vue en coupe verticale d'une partie d'un au-10 tre dispositif de distribution ascendante conforme à l'invention. - la figure 7 représente une vue partielle d'un autre dispositif de distribution ascendante conforme à l'invention. - la figure 8 représente plusieurs courbes de fonctionnement d'un dispositif de distribution ascendante pour lesquelles le débit de liquide passant par un 15 tube ascenseur est exprimé en fonction de la hauteur de fente libre pour des pertes de charge données. - la figure 9 représente d'autres courbes de fonctionnement d'un dispositif de distribution ascendante pour lesquelles le débit de gaz passant respectivement dans les tubes ascenseurs et la plaque de distribution est exprimé respectivement en 20 fonction de la perte de charge, pour plusieurs marches du dispositif. - la figure 10 représente une vue en coupe verticale de la partie inférieure d'un échangeur bobiné en fonctionnement permettant de faire circuler de haut en bas dans l'échangeur un fluide diphasique. - la figure 11 représente une vue en coupe verticale de la partie supérieu- 25 re de ce même échangeur bobiné incorporant un dispositif de distribution. - la figure 12 représente une vue en perspective d'une partie du dispositif de distribution représenté en figure 11. - la figure 13 représente une vue schématique en coupe verticale d'une partie d'un autre dispositif de distribution descendante. 30 L'échangeur bobiné représenté conformément aux figures 1 à 4 permet d'ef fectuer un échange de chaleur entre un fluide diphasique homogène circulant du côté chemise de bas en haut et deux autres fluides circulant de haut en. bas respectivement dans deux faisceaux de tubes du bobinage. Il incorpore un dispositif de distribution du fluide diphasique conforme à l'invention. 35 Cet échangeur comprend une chemise cylindrique 1, un noyau 2 cylindrique disposé concentriquement à l'intérieur de la chemise. 1. Deux collecteurs 3 et 4 munis chacun d'une plaque tabulaire 5 et 6 sont disposés aux deux extrémités de l'échangeur. Tin premier faisceau de tubes 7» dont un seul a été représenté sur les figures 1 et 2 dans un souci de clarté du dessin, est enroulé hélicoldalement autour du noyau 2. 40 Chaque tube 7 traverse de façon étanche à son extrémité supérieure la plaque ;tubu— 70 23898 5 2096802 laire 5» à son extrémité inférieure la plaque tabulaire 6. Deux sphères 8 et 9 ayant la fonction de collecteur sont placées aux deux extrémités du noyau 2, leurs centres étant confondus avec l'axe de la chemise 1 ou du noyau 2. Un deuxième faisceau de tubes 10 dont un seul a été représenté sur les figures 1 et 2 est enroulé hélicoïdale-5 ment autour du noyau 2. Les faisceaux de tubes 7 et 10 sont mélangés autour du noyau 2. Chaque tube 10 est relié à son extrémité supérieure à la sphère 8 et à son extrémité inférieure à la sphère 9. L'étanchéité de l'échangeur bobiné est obtenue par deux enveloppes 11 et 12 substantiellement cylindriques, de diamètre supérieur à celui de la chemise 1. L'enveloppe 11 disposée à l'extrémité supérieure de l'échangeur 10 est reliée de façon étanche à la sphère 8, au collecteur 3. L'enveloppe 12 disposée à l'extrémité inférieure de l'échangeur est également reliée de façon étanche à la sphère 9 et au collecteur 4. Deux conduits 13 et 14 disposés respectivement à l'extié mité inférieure et supérieure de l'échangeur assurent l'alimentation et l'évacuation du fluide diphasique. Les conduits 15 et 16 assurent respectivement l'alimentation et 15 l'évacuation du fluide circulant dans le premier faisceau de tubes 7 du bobinage de l'échangeur. Les conduits 17 et 18 assurent respectivement l'alimentation et l'évacuation du fluide circulant dans le deuxième faisceau de tubes 10 de l'échangeur. L'échangeur bobiné confoime aux figures 1 et 2 ne sera pas décrit de façon plus précise. Seule la partie inférieure de 1 'échangeur incorporant un dispo-20 sitif de distribution du fluide diphasique conforme à l'invention est décrite ci-après, par référence aux figures 1, 3 et 4. Le dispositif de distribution du fluide diphasique est disposé dans la chemise 1. Il comprend une plaque de distribution 19 horizontale annulaire disposée autour du noyau 2 divisant la chemise 1 prolongée par l'enveloppe cylindrique infé-25 rieure 12 en une partie amont ou inférieure et une partie aval ou supérieure. La partie aval contient le bobinage de l'échangeur. La partie amont incorpore un séparateur formé par l'intérieur de l'enveloppe 12. De nombreux tubes ascenseurs 20 de section droite hexagonale dont deux seulement ont été représentés sur les figures 1 et 3» traversent la plaque 19. Leurs 30 extrémités inférieures ou amonti24 et leurs extrémités supérieures ou aval 24 définissent deux plans horizontaux. Le plan horizontal supérieur est situé un peu au-dessus de la plaque 19» le plan horizontal inférieur au-dessous de la surface de séparation du liquide 21 et du gaz 22 dans le séparateur 12. Plusieurs faces de chaque tube ascenseur hexagonal 20 sont munies de 35 multiples perforations 23 allongées verticalement; ces perforations sont distribuées verticalement le long de chaque tube ascenseur 20 depuis son extrémité inférieure jusqu'à llntersection de chaque tube 20 avec un troisième plan horizontal se trouvant entre la surface de séparation 21 - 22 et la plaque 19. Chaque tube 20 est fermé à son extrémité aval 24 et percé de deux trous cylindriques opposés 25 voisins de 40 l'extrémité 24. 70 23898 6 2096802 Conformément aux figures 1, 3 et 4, la plaque de distribution 19 a été constitués de proche en proche autour du noyau 2 au moyen de couronnes 26 concentriques de diamètre croissant, juxtaposées et emboîtées entre elles. Ces couronnes s'appuient sur des goussets 27 radiaux solidaires du noyau 2. Chaque tube 20 passe dans 5 deux trous hexagonaux coaxiaux percés respectivement au travers de l'aile supérieure 28 et de l'aile inférieure 29 de chaque couronne 26. Les tubes 20 sont ainsi maintenus et fixés en position haute dans le séparateur 12. Chaque tube 7 ou 10 appartenant au premier ou au deuxième faisceau de tubes du bobinage est engagé et maintenu en place dans des encoches 30 et 31 prévues à cet effet respectivement dans l'aile 10 supérieure 28 et dans l'aile inférieure 29. La communication entre le séparateur 12 et la chemise 1 est en partie assurée par les différents jeux de la plaque 19 résultant de la construction: jeu entre le noyau 1 et la première couronne, jeu entrç les couronnes 26, jeu entre la dernière couronne et la chemise 1, jeu dans les encoches 30 et 31 des tubes 7 et 10 15 du bobinage et dans les trous des tubes ascenseurs 20. Une communication complémentaire est assurée par des trous ou canaux 32 et 33 percés respectivement au travers de chaque aile inférieure 29 et de chaque aile supérieure 28, l'ensemble des ailes inférieures 29 et l'ensemble des ailes supérieures 28 formant deux cloisons perforées voisines l'une de l'autre. 20 Eventuellement les tubes ascenseurs 20 et les tubes 7 et 10 sont mainte nus en position basse au moyen de couronnes inférieures d'arrêt. Deux couronnes 34 consécutives enserrent une même rangée des tubes ascenseurs 20 et de tubes 7 et 10 du bobinage de l'échangeur. Ces ceintures sont fixées entre elles au moyen de rivets non représentés par l'intermédiaire des tubes 20. L'ensemble de ces couronnes 34 op-25 pose une faible résistance à l'écoulement de tout fluide se dirigeant verticalement . du séparateur 12 vers la chemise 1. Les tubes ascenseurs 20. ne sont pas placés de manière quelconque dans leur logement défini par les trous hexagonaux coaxiaux percés au travers des ailes supérieure 28 et inférieure 29 de chaque couronne 26. L'axe défini par les centres 30 des trous circulaires 25 opposés percés au travers de chaque tube 20 fait un angle constant par rapport au rayon perpendiculaire à l'axe du noyau et passant par le centre d'un des dits trous hexagonaux. Ainsi pour des tubes ascenseurs 20 situés dans une sone donnée de la plaque 19» tout fluide les parcourant est distribué à l'extérieur de chaque tube 20 selon une direction moyenne substantiellement horizon-35 taie, toutes ces directions étant contenues dans un plan horizontal et sensiblement parallèles entre elles. En fonctionnement le fluide diphasique arrive par le conduit 13 dans le séparateur 12, généralement sous une forme très hétérogène. Ce fluide est séparé en une phase liquide 21 et une phase gazeuse 22 délimitant une surface de séparation 70 23898 7 2096802 située dans les plages perforées 23 des tubes ascenseurs 20. Une partie des perforations 23 est donc noyée par le liquide 21. Le séparateur 12 étant en pression par rapport au reste de l'échangeur bobiné, une partie de la phase gazeuse 22 s'engage dans les tubes ascenseurs 20 au 5 travers des perforations 23 découvertes par le liquide 21. Chaque veine gazeuse circule de bas en haut dans chaque tube ascenseur 20, entraîne et se mélange avec une veine liquide représentant une fraction du liquide 21. Un fluide est éjecté de chaque tube 20 par les trous 25 dans une direction moyenne substantiellement horizontale. Le liquide 20 ayant été entraîné se répartit de façon uniforme sur le plateau 10 19 et/ou pénètre directement dans lè bobinage en mélange homogène avec du gaz. Une autre partie de la phase gazeuse 22 est envoyée au travers des perforations 32 et 33 de la plaque 19 dans le liquide qui le surmonte. Par passage dan« ce liquide, on obtient en amont du bobinage et à la sortie du plateau un mélange gaz-liquide distribué de façon homogène. Ce fluide diphasique homogène circule en-15 suite de bas en haut dans la chemise 1 et autour des tubes 7 et 10" pour échanger sa chaleur avec les fluides distincts circulant respectivement dans les faisceaux 7 et 10. Le dispositif de distribution ascendante qui vient d'être décrit conformément aux figures 1, 2, 3 et 4 constitue un mode de réalisation de la présente in-20 vention. D'autres variantes sont mises en oeuvre. Différentes formes de tubes ascenseurs ont été réalisés conformément à la figure 5. Conformément à la figure 5a, les tubes ascenseurs ne comportent à leur partie basse aucune ouverture latérale, trou ou fente et sont disposés à partir d'un plan horizontal situé au-dessus et au voisinage de la surface de séparation gaz-25 liquide dans le séparateur 12. Confoimément à la figure5b. les tubes ascenseurs 20 comportent en outre un pavillon horizontal 35. Conformément à la figure 5 c.les tubes ascenseurs ont une section hexagonale et comportent deux fentes verticales 36 s'étendant depuis leur extrémité infé-30 rieure. Conformément à la figure les tubes sont cylindriques et comportent également deux fentes verticales 37. Différentes variantes de ces tubes sont utilisées selon le nombre de fentes (1 fente, 2 fentes opposées, 4 fentes décalées les unes par rapport aux autres de 90°) ou leur largeur. 35 Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les tubes ascenseurs 20 ont des longueurs différentes ce qui confère au dispositif de distribution ascendante une plus grande souplesse de fonctionnement. Conformément à la figure 6, des tubes ascenseurs 20 identiques à ceux décrits précédemment, de longueur différentes, sont disposés verticalement au travers de la plaque 19. Leurs extrémités 40 supérieures définissent un plan horizontal P , leurs extrémités inférieures trois 70 23898 2096802 plans horizontaux P^, P^» P^. Par une distribution appropriée de ces différents tubes, il est possible d'obtenir une souplesse améliorée, en particulier lors du démarrage et de l'arrêt d'une installation dans laquelle est incorporé un échangeur bobiné tel que décrit précédemment. 5 Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la plaque de distri bution 19 ne comporte aucune perfor atxon^3 et est donc substantiellement étanche aux gaz. Conformément à la figure 7, les tubes ascenseurs 20 ont des extrémités inférieures identiques à celles des tubes ascenseurs envisagés précédemment. Par contre^ leurs extrémités supérieures sont ouvertes et ne comportent aucun orifice d'évacua- 10 tion 25. En fonctionnement le liquide peut s'accumuler sur la plaque 19 jusqu'à un niveau correspondant au plan horizontal défini par les extrémités supérieures des tubes 20. Il est alors entraîné et s'additionne au mélange gaz-liquide évacué verticalement par les tubes ascenseurs 20, pour former un fluide diphasique ascendant homogène. 15 A titre d'exemple, un échangeur bobiné conforme aux figures 1 à 4 de 4.160 m2 de surface d'échange a une longueur hors tout de 12,10 m et une chemise cylindrique de 2»78 m de diamètre intérieur. Il incorpore un dispositif de distribution ayant les caractéristiques suivantes : - diamètre intérieur de l'enveloppe 12 : 3»20 m ; 20 - hauteur entre la surface de séparation gaz-liquide 21-22 et la plaque 19 : 0,45 m ; - diamètre extérieur du noyau : 0,57 m ; - nombre total de tubes 7 et 10 : 2.310 ; - nombre total de tubes ascenseurs 20 : 4.620 ; 25 Les tubes ascenseurs ont les caractéristiques suivantes : - section hexagonale 14—16 mm entre plats ; - longueur : 70 cm ; - hauteur des plages perforées : 18,5 cm ; - largeur de fente : 1 mm ; 30 La plaque 19 a les caractéristiques suivantes ! - surface de fuite (dûe aux différents jeux) : 260,5 cm2 sur l'ensemble des ailes supérieures 29 et 39,5 cm2 entre la dernière couronne et la chemise 1. - surface perforée par cloison, supérieure 28 ou inférieure 29 î 1.580cm2 L'échangeur ayant les caractéristiques ci-dessus est associé à une ins- 35 tallation de liquéfaction du gaz naturel. Dans ce cas, le gaz naturel est refroidi et liquéfié par passage descendant dans le faisceau de tubes 10, un gaz de cïycle condensé est sous refroidi par passage descendant dans le faisceau de tubes 7, puis introduit après détente dans le séparateur 12 de l'échangeur bobiné par le conduit 13. Le mélange gaz-liquide introduit dans l'échangeur défini ci-dessus à raison de 40 > 324.000 kg par heure comporte 29,4 % en poids de vapeur, le liquide et le gaz ayant 70 23898 9 2096802 une masse spécifique respectivement de 598 kg/m3 et 3»02 kg/m3. En fonctionnement et en marche à 100$, il passe dans un tube ascenseur 20 : 71 l/mn de gaz et 1,38 l/mn de liquide. La hauteur de plage perforée en contact avec la phase gazeuse 22 est de 59 mm, la perte de charge d'un tube ascenseur 20 ou du dispositif de distribution 5 est de 190 mm d'eau. Toutes les perforations 23 des tubes ascenseurs 20 sont noyées pour les marches entre 0 et 50 fo. Le fonctionnement des dispositifs de distribution ascendante conformes à l'invention peut être décrit par deux réseaux de courbes. Conformément à la figure 8, on peut tracer pour chaque tube ascenseur 10 les courbes donnant le débit du liquide transporté par chaque tube ascenseur en fonction de la hauteur de fente H non noyée par le liquide pour des pertes de charge AP^, À P^, Aïj* croissantes et pour une pression de fonctionnement donnée. Conformément à la figure 9, on peut tracer sur un même graphique les courbes représentant respectivement le débit gazeux q^. passant dans chaque tube as-15 censeur en fonction de la perte de charge-A h par tube ascenseur 20 et le débit gazeux passant dans la plaque perforée 19 en fonction de la perte de chargeAH dans ladite plaque, pour des pourcentages croissants a^, a^> du débit nominal de gaz et de liquide arrivant dans le séparateur. On discute ci-après par rapport aux figures 8 et 9 les différents avan-20 tages procurés par un dispositif de distribution ascendante conforme à l'invention. Conformément à la partie de droite de la courbe de la figure 8 correspondant par exemple à une perte de charge A Pg, débit de liquide varie peu en fonction de la hauteur de fente. Ceci permet donc de s'affranchir de faibles tolérances de fabrication sur les hauteurs de fente et d'avoir une plus grande souples-25 se de fabrication. Par exemple si le mélange gaz-liquide séparé et distribué de façon homogène est un mélange de 50 fo d'éthane et de 50 fo de propane en volume, en équilibre thermodynamique à 5 atmosphères absolues, pour une perte de charge de 150 mm d'eau, le débit de liquide ne varie que de 6 fo si la tolérance sur la hauteur des fentes est de 5 mm. Les tolérances usuelles étant de l'ordre de 3 mm, on 30 est donc assuré que tous les tubes ascenseurs débitent la même quantité de liquide, et on obtient donc une répartition uniforme du liquide sur le plateau perforé. Conformément à la partie de droite des courbesûP^, Ap^, AP^, AP^, toute diminution de la hauteur de fente libre d'un tube ascenseur correspond à une augmentation du débit liquide passant dans le tube ascenseur. Toute augmentation du 35 niveau du liquide dans le séparateur est donc compensée immédiatement par une augmentation du débit de liquide passant par les tubes ascenseurs. Il y a donc autorégulation du dispositif tant que le point de fonctionnement se trouve dans la partie de droite des courbes AP^jAP^, AP^, etc... Conformément aux courbes de la figure 9, le. point de fonctionnement du 40 dispositif est défini par l'intersection des courbes q^. = f (Ah) et f ( Ah) - 70 23898 2096802 pour un pourcentage donné de débit nominal. Ces intersections existent par exemple en A, B et C. Pour un point de fonctionnement compris entre C et B, le fonctionnement est du type avec à-coups; il est stable en A. Dans le cas d'un mélange gaz-liquide dont les masses spécifiques du gaz 5 et du liquide sont respectivement de 8,24 kg/m3 et de 597 kg/m3, le point A correspond à une marche de l'installation à 100 de sa capacité nominale, le point C à une marche à 34 c/° de sa capacité nominale. On est assuré, d'après cet exemple, d'un fonctionnement du dispositif de distribution dans une gamme très large de marches de l'installation, donc d'une 10 grande souplesse de fonctionnement. L'échangeur bobiné représenté conformément aux figures 10 et 12 permet d'effectuer un échange de chaleur entre un fluide diphasique homogène circulant du côté chemise de haut en bas et'deux autres fluides* circulant de bas en haut respectivement dans deux faisceaux de tubes du bobinage. Il incorpore un dispositif de dis-15 tribution du fluide diphasique conforme à l'invention. L'échangeur représenté conformément aux figures 10 et 11 a une structure similaire de celle de l'échangeur conforme aux figures 1 et 2. Aussi, n'est—il pas décrit plus en détail puisque, pour désigner sur les figures 10 et 11 les éléments déjà rencontrés sur les figures 1 et 2, les mêmes références numériques ont été uti-20 lisées. Seule est décrite par référence aux figures 11 et 12 la partie supérieure de l'échangeur incorporant un dispositif de distribution du fluide diphasique conforme à l'invention. Le dispositif de distribution du fluide diphasique est disposé dans la 25 chemise 1. Il comprend une plaque de distribution 40 horizontale annulaire disposée autour du noyau 2 divisant la chemise 1 prolongée par l'enveloppe cylindrique supérieure 12 en une partie amont ou supérieure et en une partie aval ou inférieure. La partie aval contient le bobinage de l'échangeur; la partie amont incorpore un séparateur formé par 1'intérieur de l'enveloppe 12. 30 Le séparateur comporte un premier déflecteur 38 disposé en face du con duit 13; c'est essentiellement une paroi cylindrique s'étendant latéralement selon un angLe au centre voisin de 30°C. Il comporte un deuxième déflecteur 39 disposé en chicane par rapport au déflecteur 38. De nombreux tubes 41 et 42 de section droite hexagonale dont quelques 35 tins ont été représentés sur la figure 1-1, traversent la plaque 40. Leurs extrémités inférieures 44 et leurs extrémités supérieures 43 définissent chacune un plan horizontal. Le plan horizontal supérieur est situé un peu au-dessus de la plaque 40, le plan horizontal inférieur au-dessous et très près de la plaque 40. Les tubes descenseurs 41 sont en plus grand nombre que les tubes 42 dont 40 la fonction sera définie ci-après. Chaque tube descenseur hexagonal 41 est muni à 70 2389Ô 2096802 sa partie supérieure d'une fente verticale 45 de faible hauteur s'étendant depuis chaque extrémité supérieure 43- Les extrémités inférieures des fentes 45 définissent un plan substantiellement horizontal. Les tubes 41 sont ouverts à leurs deux extrémités. Les tubes 42 de 5 section hexagonale sont ouverts à leur extrémité supérieure 43 et substantiellement fermés à leur extrémité inférieure 44. Quatre faces de chacun des tubes 42 sont pourvues de perforations 46 à l'intérieur de la plaque 40, comme décrit ci-après. La plaque 40 a été constituée de proche en proche autour du noyau 2 au moyen de couronnes 47 concentriques de diamètre croissant, justaposées et emboîtées 10 entre elles. La figure 12 montre de façon .isolée une de ces couronnes 47 similaires aux couronnes 26 décrites ci-dessus, et au travers de laquelle passent les tubes 41 et 42 ainsi que les tubes 7 et 10 du bobinage. Ces couronnes sont fixées entre elles au moyen de rivets par l'intermédiaire des tubes hexagonaux 41 et 42. Les ailes supérieure 4® et inférieure 49 sont munies des trous nécessaires au passage des tubes 15 41 et 42 et des encoches 30 et 31 nécessaires au passage des tubes 7 ou 10. Les perforations 46 des tubes 42 sont comprises entre les ailes supérieures 48 et les ailes inférieures 49. La communication entre le séparateur 12 et le conduit 1 est assurée en partie, comme précédemment, par les différents jeux de la plaque 40 résultant de la 20 construction. Une communication complémentaire est assurée par des trous 50 répartis de façon uniforme et percés au travers de chaque aile supérieure 48 et de chaque aile inférieure 49. L'ensemble des ailes supérieures et l'ensemble des ailes inférieures constituent donc deux cloisons perforées voisines l'une de l'autre. Eh fonctionnement, le fluide diphasique arrive en 13 dans le séparateur 25 12, généralement sous une forme très hétérogène. Ce fluide se heurte au déflecteur 38 et est séparé en une phase liquide 21 et une phase gazeuse 22 délimitant une surface de séparation située au-dessus du plateau 40 mais en-dessous des fentes 45 des tubes 41. Le séparateur 12 étant en pression par rapport au reste de l'échangeur 30 bobiné, une partie importante de la phase gazeuse s'engage dans les tubes descenseurs 41. La pression étant équilibrée de part et d'autre des ailes supérieures 48 au moyen des perforations 46 des tubes 42, le liquide coule par gravité sur l'aile inférieure 49, essentiellement au travers des perforations 50. La quasi-totalité de 35 la perte de charge étant reportée sur les ailes inférieures 49, le liquide se répartit de façon uniforme sur les ailes supérieures 48 et l'on est assuré en fonctionnement d'avoir un niveau sur la plaque 40. En cas de trop-plein, le liquide peut être distribué de façon uniforme et progressive par les fentes 45 des tubes descenseurs 41. Par contre} le liquide coule au travers des perforations 50 des ailes inférieures 40 49 avec une perte de charge importante. Une garde de liquide peut donc être obtenue 70 23890 2096802 ou non sur la cloison perforée inférieure 49. Au cas où la cloison 49 est asséchée, ceci n'est plus préjudiciable à l'obtention d'un fluide diphasique homogène puisque la répartition uniforae du liquide a pu s'effectuer sur la cloison perforée supérieure 48. Le fluide diphasique homogène obtenu circule de haut en bas dans la che-5 mise 1 autour des tubes 7 et 10 pour échanger sa chaleur avec les fluides distincts circulant respectivement dans les faisceaux 7 et 10» A titre d'exemple, un échangeur bobiné de 800 m2 de surface d'échange a une longueur hors tout de 6,5 m et une chemise cylindrique de 2,07 m de diamètre intérieur. EL incorpore à sa partie supérieure un dispositif ayant les caractéris-10 tiques suivantes : - diamètre extérieur de l'enveloppe 12 : 2,30 m; - diamètre extérieur du noyau : 0,66 m ; - nombre total de tubes 7 et 10 : 800 ; - nombre total de tubes descenseurs 41 s 3200 ; 15 - nombre total de tubes d'équilibrage 44 : 800 ; Les tubes descenseurs 41 ont les caractéristiques suivantes : - section hexagonale 14-16 mm entre plats ; - longueur : 31 cm ; - largeur des fentes 45 : 1 mm ; 20 - hauteur des fentes : 45 î 20 mm ; - orifice inférieur des tubes 41 situé à 1 cm de l'aile inférieure 49- Les tubes d'équilibrage sont percés de 8 trous de 6 mm de diamètre. La plaque 40 a les caractéristiques suivantes : - surface de fuite : 87, 3 cm2 ; 25 - surface perforée par cloison inférieure ou supérieure : 153 cm2 ; L'échangeur ayant les caractéristiques ci-dessus est associé à une installation de liquéfaction du gaz naturel. Dans ce cas, le gaz naturel est refroidi par passage ascendant dans le faisceau de tubes 10 ; un gaz de cycle condensé est sous refroidi par passage ascendant dans le faisceau de tubes 7 puis in— 30 troduit après détente dans le séparateur 12 de 3'échangeur bobiné par le conduit 13. Le mélange gaz-liquide introduit à -143°C et 1,2 bars dans l'échangeur défini ci-dessus a raison de 100.000 kg par heure comporte 45,1 % en poids de liquide, le liquide et le gaz ayant une masse spécifique respectivement de 547 kg/m3 et 3,72 kg/m3. En fonctionnement et en marche à 100 ^ il passe 25 l/mn de gaz par tube descen-35 seur 41 et 41 l/mn par tube d'équilibrage 42. Le niveau de liquide s'établit à 9 cm au-dessus de la plaque^ La cloison inférieure est asséchée. Le dispositif de distribution présente une perte de charge globale de 95 ma d'eau. Le dispositif de distribution descendante représenté conformément aux figures 11 et 12 peut être modifié conformément à l'invention selon la figure 13. 40 Selon la figure 13, la plaque 40 ne comporte aucune perforation 50 et ?0 23898 13 2096802 aucun tube d'équilibrage 42. Les tubes descenseurs 41 sont pourvus de perforations latérales 51 situées un peu au-dessus de la plaque 40. En fonctionnement, le fluide diphasique est séparé au-dessus de la plaque 40 en me phase liquide 21 et xme phase gazeuse 22 délimitant une surface de sé-5 paration située un peu au-dessus des trous 51 des tubes 41. Une partie de la phase gazeuse s'engage dans les tubes descenseurs 41 par leur extrémité 43- Chaque veine gazeuse circulant de haut en bas dans chaque tube descenseur 41 entraîne et se mélange avec une veine liquide pénétrant dans chaque tube 41 par le ou les trous 51. Les veines fluides ainsi obtenues sont éjectées des tubes descenseurs 41 à leur 10 extrémité 44» dans une direction substantiellement verticale. On obtient à la sortie du dispositif de distribution descendante conforme à la figure 13 un fluide diphasique homogène. Les dispositifs de distribution conformes à l'invention peuvent être utilisés non seulement dans le domaine de la liquéfaction des gaz mais également en 15 génie chimique, et plus généralement chaque fois que l'on désire obtenir un mélange gaz-liquide homogène. 70 2389Ô 14 2096802 REVENDICATIONS 1) Procédé de distribution d'un fluide diphasique constitué par un gaz et un liquide, selon une direction sensiblement verticale, caractérisé en ce qu'au moins une partie du liquide et au moins une partie du gaz provenant toutes les deux d'un séparateur placé en amont d'une plaque de distribution disposée selon un premier plan substantiellement horizontal, traversant ladite plaque sous la forme d'une pluralité de veines gazeuses et de veines liquides, de même sens, uniformément réparties dans ledit premier plan horizontal. 2) Procédé de distribution selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque veine gazeuse entraîne et se mélange à chaque veine liquide en constituant une veine fluide. 3) Procédé de distribution selon la revendication 2, caractérise en ce qu'une autre partie du gaz ou une autre partie du liquide provenant du séparateur, traverse ladite plaque de distribution sous la forme d'une pluralité d'autres veines gazeuses ou d'une pluralité d'autres veines liquides, les dites autres veines gazeuses ou liquides étant uniformément réparties dans ledit premier plan. 4) Procédé de distribution selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une partie de chaque veine fluide est distribuée en aval de ladite plaque, selon une direction moyenne substantiellement horizontale. 5) Procédé de distribution selon la revendication 4, caractérisé en ce que les dites directions sont contenues dans ion deuxième plan substantiellement horizontal et en ce que ledit plan est divisé en zones dans lesquelles les directions sont sensiblement parallèles. 6) Procédé de distribution selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie du liquide provenant du séparateur traverse ladite plaque de distribution essentiellement sous l'action de la gravité. 7) Dispositif de distribution d'un fluide diphasique constitué par un gaz et un liquide, disposé dans une enceinte allongée selon une direction substantiellement verticale, comprenant une plaque de distribution substantiellement horizontale divisant ladite enceinte en une partie amont et une partie aval, ladite partie amont incorporant un séparateur, caractérisé en ce que ladite plaque comporte une pluralité de conduits dont une première partie débouche dans la partie amont et dont la deuxième partie débouche dans la partie aval et en ce que ladite plaque comporte éventuellement une pluralité de canaux mettant en communication ladite partie amont et ladite partie aval. 8) Dispositif de distribution selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première partie de chaque conduit comprend au moins une perforation dans la paroi dudit conduit. 9) Dispositif de distribution selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première partie des dits conduits est de plus grande longueur que la 70 13898 2096802 deuxième partie des dits conduits. 10) Dispositif de distribution selon la revendication 9, caractérisé en ce que la ou les dites perforations sont situées dans une zone de chaque conduit comprise entre l'intersection du dit conduit avec un troisième plan substantiel- 5 lement horieontal et l'extrémité amont dudit conduit. 11) Dispositif de distribution selon la revendication 10, caractérisé en ce que les dites extrémités amont des dits conduits définissent au moins un quatrième plan substantiellement horizontal. 12) Dispositif de distribution selon la revendication 10f caractérisé en 10 ce que chaque conduit comporte deux fentes longitudinales situées dans un plan de section axial dudit conduit. 13) Dispositif de distribution selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque conduit comporte une pluralité de perforations dont éventuellement la dimension verticale est supérieure à la dimension horizontale. 15 14) Dispositif de distribution selon la revendication 9, caractérisé en ce que la deuxième partie de chaque conduit comporte au moins une autre perforation, l'extrémité aval dudit conduit étant fermée. 15) Dispositif de distribution selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite plaque comprend deux cloisons perforées de canaux, substantiellement 20 horizontales et voisines d'une de l'autre, les dits canaux des dites cloisons étant distribuées de façon uniforme sur chaque cloison. 16) Dispositif de distribution selon la revendication 15, caractérisé en ce quîun certain nombre des dits conduits sont perforés dans la partie comprise entre les dites cloisons et sont substantiellement fermés à leur extrémité aval. 25 17) Echangeur bobiné comprenant une chemise allongée selon une direction substantiellement verticale, un ou plusieurs bobinages disposés à ^'intérieur de ladite chemise, ledit échangeur permettant d'échanger de la chaleur entre un fluide diphasique circulant à l'intérieur de là chemise et un pu. plusieurs autres fluides circulant dans le ou les bobinages, ladite chemise comprenant une plaque 30 substantiellement horizontale divisant l'échangeur en une partie amont incorporant un séparateur et une partie aval incorporant le ou les bobinages, caractérisé en ce que ladite plaque de distribution comporte une pluralité de omnduits dont une première partie débouche dans la partie amont et une deuxième partie débouche dans la partie aval et en ce que ladite plaque comporte éventuellement une plura-35 lité de canaux mettant en communication ladite partie amont et ladite partie aval. 18). Echangeur bobiné, permettant la circulation ascendante du fluide diphasique, selon la revendication 17 caractérisé en ce que ladite plaque est disposée dans la partie basse de l'échangeur et comporte une pluralité de conduits dont la première partie est de plus grande longueur que la deuxième partie et en 40 ce que la première partie de chaque conduit comprend au moins une perforation 70 23898 2096802 dans la paroi dudit conduit. 19) Echangeur bobiné, permettant la circulation descendante du fluide diphasique, selon la revendication 17 caractérisé en ce que ladite plaque est disposée dans la partie haute de l'échangeur et en ce que ladite plaque comporte une pluralité de canaux mettant en connuni cation ladite partie amont et ladite partie aval. 20) Echangeur bobiné, selon la revendication 17 caractérisé en ce que ladite plaque comprend deux cloisons substantiellement horizontales perforées par des canaux et voisines l'une de l'autre, les dits canaux des dites cloisons étant distribués de façon uniforme sur chaque cloison.