Brevet FR2134597A1 — publié le 19721208

La présente invention concerne une pièce d'entrée pour une canalisation pour le transport d'un liquide visqueux entouré par une couche annulaire d'un liquide d'une viscosité moindre, ces liquides étant complètement ou sensiblement inso-5 lubies l'un dans l'autre, comprenant : - une première chambre, comportant au moins une entrée et avec une sortie pour le liquide visqueux, une deuxième chambre, comportant au moins une entrée pour le liquide de viscosité moindre et avec une sortie annulaire pour ce liquide 10 qui est placée de manière à entourer la sortie pour le liquide visqueux, et une pièce de jonction symétrique en rotation pour la jonction avec la canalisation ; elle concerne aussi un procédé pour le transport de ces liquides par une canalisation# Le terme liquide est pris ici comme englobant les 15 liquides ayant des propriétés non newtoniennes. Le liquide visqueux sera appelé ci-après huile et le liquide d'une viscosité moindre sera appelé eau. Une application connue du procédé mentionné ci-dessus est le transport d'huile par des canalisations, de l'eau ou 20 une phase liquide constituée essentiellement d'eau étant utilisée comme liquide d'une viscosité moindre# Ici, l'huile se déplace sous la forme d'un long bouchon par la partie centrale de la canalisation, l'eau formant une couche entre l'huile et la paroi de la canalisation. Comme le frottement entre l'eau 25 et la paroi est bien moindre que celui entre l'huile et la paroi, la résistance à l'écoulement est considérablement moindre que dans le pompage d'huile seulement» De cette manière, il est même possible de transporter par une canalisation des huiles très rigides ou des huiles à des températures au-dessous 30 du point d'écoulement* A cet égard, il est d'une grande importance qu'il n'y ait pas de gouttes d'huile présentes dans l'eau en dehors du bouchon central d'huile» Des gouttes d*huile dispersées dans la couche d'eau augmenteraient considérablement l'épais-35 seur de cette couche nécessaire pour séparer le bouchon central d'huile de la paroi. Gomme résultat, une plus petite partie du volume transporté consisterait en huile tandis que, de plus, 72 15051 2 2134597 la séparation entre 1*huile et l'eau après le transport, serait plus difficile# On a trouvé que la formation de gouttes d'huile se produit là où l'eau et l'huile sont ajoutées l'une à l'autre } 5 des gouttes d'huile se forment alors plus facilement quand la viscosité de l'huile est plus basse» Comme résultat de la présence de la sortie annulaire pour l'eau tout autour de la sortie pour l'huile, immédiatement après que l'eau et l'huile ont été ajoutées l'une à l'autre, 10 une couche annulaire d'eau est formée autour de l'huile» La formation de gouttes d'huile est déterminée en premier lieu par la vitesse moyenne locale d'écoulement de l'huile» Plus cette vitesse est grande, plus forte est la probabilité que des gouttes se forment» 15 Dans le présent procédé de transport, la vitesse moyenne d'écoulement dans la canalisation est généralement supérieure à 0,5 m/s» Cette limite inférieure est en relation avec le phénomène consistant à ce qu'à de plus petites vitesses d'écoulement, il existe un risque que le bouchon d'huile pé-20 nètre à travers la couche annulaire d'eau et vienne en contact avec la paroi de la canalisation, Ce qui est indésirable» Des vitesses d'écoulement de l'huile supérieures à 0,5 m/s, toutefois, donnent souvent naissance à la formation de gouttes quand la couche annulaire d'eau est formée» Des 25 effets périphériques dans le profil des vitesses de l'huile jouent un rôle important ici» L'invention fournit un moyen par lequel à de grandes vitesses d'écoulement aussi l'eau et l'huile peuvent être introduites dans la canalisation de manière qu'on obtienne le 30 diagramme d'écoulement désiré sans formation de gouttes d'huile» L'invention concerne donc une pièce d'entrée comme décrit ci-dessus dans laquelle a) - la sortie pour le liquide visqueux est à sec-35 tion circulaire et la perpendiculaire au plan de cette section, en son centre, coïncide avec l'axe de la canalisation» b) - la dimension de la première chambre dans des 72 15051 3 2134597 directions perpendiculaires à la perpendiculaire mentionnée sous (a) est supérieure au diamètre de la sortie, et c) - la surface de section de la sortie pour le liquide visqueux est au moins 50% de la surface de section de 5 la canalisation. En choisissant les dimensions de la première chambre dans des directions perpendiculaires à la perpendiculaire à la sortie telles qu'elles soient plus grandes que le diamètre de cette sortie, on peut toujours obtenir à l'endroit de la 10 sortie, un diagramme d'écoulement dans lequel la distribution des vitesses est si uniforme que les effets périphériques dans le profil des vitesses sont très petits et, aux vitesses d'écoulement utilisées dans le transport par les canalisations, la formation de gouttes est évitée» Ici, il est important que 15 l'écoulement de l'huile vers la sortie soit aussi peu gêné que possible, ce qui peut être obtenu quand la surface de section disponible pour l'écoulement à travers la première chambre est au moins aussi grande que la surface de section de la sortie» On a maintenant trouvé que le transport peut être 20 effectué à l'aide d'une couche annulaire d'eau très mince, même quand la viscosité de l'huile est basse» De plus, en utilisant de plus grandes vitesses d'écoulement, le risque que l'huile pénètre dans la couche annulaire d'eau et vienne en contact avec la paroi est réduit. La pièce d'entrée peut donc 25 très bien être utilisée dans une position quelconque» En raison de la grande vitesse d'écoulement possible dans la sortie de la première chambre, la surface de section de cette sortie est dans une large mesure indépendante de la surface de section de la canalisation et peut, par exemple, 30 être comprise entre 0,5 et 1,5 fois cette dernière surface. La pièce de jonction a de préférence la forme d'une partie de la surface courbe d'un cône» La largeur de la sortie annulaire est de préférence choisie telle que la différence entre les vitesses moyennes 35 d'écoulement des deux liquides soit inférieure à 0,5 m/s» Le rapport entre les quantités d'eau et d'huile à utiliser dans le pompage d'huile par une canalisation peut varier entre de 72 15051 4 2134597 larges limites# Il est donc impossible d*établir une relation entre la largeur de la sortie annulaire et la surface de section de la sortie pour l'huile# Toutefois, quand on part du désideratum formulé ci-dessus concernant la différence entre 5 les vitesses moyennes d1écoulement, l'homme de l'art pourra parfaitement déterminer les dimensions et la forme de la sortie annulaire et de la deuxième chambre l'une par rapport à l'autre de manière qu'on obtienne une couche annulaire d'eau dont la vitesse d*écoulement et l'épaisseur soient sensiblement les 10 mêmes le long de sa circonférence entière# On obtient une pièce d'entrée appropriée quand la première chambre est limitée par une paroi symétrique en rotation dans une position coaxiale par rapport à la canalisation, la surface de section de cette chambre, mesurée dans la direc-15 tion perpendiculaire à la perpendiculaire à la sortie de la chambre, diminuant vers cette sortie# le mouvement accéléré de l'huile s'écoulant vers la sortie est très efficace pour l'obtention d*un profil de vitesses très uniforme» Une forme très simple de la pièce d*entrée devient 20 possible quand la première chambre est limitée par une paroi ayant la forme d'une partie de la surface courbe d*un cône# Dans de nombreuses applications, on obtient un effet suffisamment important sur le profil des vitesses quand l'angle entre une génératrice de la surface courbe du cône et l'axe de ce 25 cône est d'au moins 10°# Selon un autre mode de réalisation approprié de l'invention, la première chambre est limitée par deux parois planes qui sont sensiblement perpendiculaires à la perpendiculaire à la sortie de cette chambre, la distance entre ces pa-30 rois étant au moins la moitié du diamètre de la canalisation, et par une paroi rencontrant ces deux parois planes, de manière que la dimension de cette chambre dans des directions perpendiculaires à la perpendiculaire à la sortie, soit au moins double du diamètre de cette sortie# Dans ce mode de réalisation égale-55 ment, un écoulement non gêné de l'huile vers la sortie et une distribution uniforme des vitesses sur la surface de section dé cette sortie peuvent être obtenus# 72 15051 2134597 Il peut être utile qu'une ou plusieurs résistances soient installées dans la première chambre, près de la sortie, résistances qui favorisent une vitesse d'un liquide s'écoulant par cette sortie qui est uniforme sur sa surface de section» 5 Ces résistances peuvent consister par exemple en grilles ou en plaques perforées» Elles peuvent être formées aussi par ion certain nombre de chicanes placées dans la direction de la perpendiculaire, qui divisent une huile s*écoulant par la sortie en un certain nombre de courants partiels# Dans des cas 10 difficiles, ces résistances peuvent assurer une distribution très -uniforme des vitesses de l'huile s'écoulant vers l'extérieur. L'invention fournit aussi un procédé pour le transport par \ine canalisation d'un liquide visqueux entouré par 15 une couche annulaire de liquide d'une faible viscosité, ces U liquides étant complètement ou sensiblement insolubles l'un dans l'autre, procédé selon lequel les deux liquides sont introduits à l'aide d'une pièce d'entrée telle que décrite, le débit volumique du liquide d'une faible viscosité étant compris 20 entre les limites de 0,1 et 25% du débit volumique du liquide visqueux» On obtient des résultats très favorables quand la différence entre les vitesses moyennes d'écoulement des deux liquides, respectivement par la sortie de la première chambre et la sortie annulaire, est inférieure à 0,5 m/s» 25 Un point d'une grande importance est que de l'huile peut maintenant être transportée par une canalisation avec seulement de très petites quantités d'eau» On a trouvé que la chute de pression qui se produit est au maximum égale à celle de l'eau à la même vitesse moyenne d'écoulement, quelle que 30 soit la viscosité de l'huile» Dans de nombreux cas, la chute de pression est même de seulement 60 à 80% de celle de l'eau» Ceci est un résultat de l'absence de courants ou de vortex dans la partie centrale, qui est occupée ici par de l'huile moins mobile ou même rigide» 35 La formation de gouttes d'huile dans l'eau ne se produit pas, même dans le cas d'huiles d'une faible viscosité, comme par exemple de 100 cSt» Le procédé selon l'invention offre ainsi 72 15051 6 2134597 les possibilités et avantages suivants : Des huiles très visqueuses qui, sans ce procédé ne pourraient pas être transportées, peuvent maintenant être pompées avec très peu d'eau» Des huiles qui à la température 5 normale sont très visqueuses, sont souvent fournies à une température relativement élevée, la viscosité dans la partie initiale de l'opération de pompage étant ainsi faible» Malgré cette faible viscosité, 1*introduction avec une couche annulaire environnante d'eau sans formation de gouttes peut maintenant 10 être effectuée par 1*appareil et le procédé selon l'invention, tandis qu'il ne se pose pas de problèmes pour le transport comme conséquence de la chute de température plus loin dans la canalisation» De plus, des huiles d'une faible viscosité peuvent maintenant être transportées par le procédé selon l'inven— 15 tion, ce qui implique que la capacité de la canalisation peut être accrue considérablement, puisque la chute de pression dans la canalisation est au maximum égale à celle de l'eau à la même vitesse moyenne d'écoulement, tandis que le volume nécessaire d'eau par rapport à la quantité d'huile transportée par 20 pompage peut être petit au point d'être négligeable» Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 représente une coupe longitudinale et une coupe transversale d'une pièce d'entrée, dont la première 25 chambre est limitée par une paroi ayant la forme de la surface courbe d'un cône» - la figure 2 représente un mode de réalisation dans lequel la première chambre est cylindrique, également en coupe longitudinale et en coupe transversale» 30 — la figure 3 représente un troisième mode de réali sation en coupe longitudinale et en coupe transversale» Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la référence 1 désigne la première chambre limitée par la paroi 2, formée par une partie de la surface courbe d'un cône } 35 la chambre comporte une entrée 3 pour l'huile et une sortie 4 pour l'huile» Une deuxième chambre 5 est placée de manière à entourer la première chambre } cette deuxième chambre est limitée 72 15051 2134597 à l'intérieur par une partie de la paroi 2 et à l'extérieur par la paroi 6, et elle comporte une entrée 7 et une sortie annulaire 8» Au moyen de la pièce conique de jonction 9, la pièce d'entrée est reliée à la canalisation 10. 5 Dans les modes de réalisation représentés sur les figures 2 et 3» la référence 1 désigne la première chambre ; cette chambre est limitée par deux parois planes 11 et 12 et la paroi courbe 13» Dans la paroi 12, se trouve une sortie circulaire 4# A côté se trouve la deuxième chambre 5» qui est 10 limitée d'un côté par la paroi plane 12 dans laquelle se trouve la sortie 4, et de l'autre côté par la paroi 14. La chambre 5 comporte une entrée 7 et une sortie annulaire 8 qui entoure la sortie circulaire 4. Sur la figure 2, la première chambre 1 comporte deux 15 entrées 3» qui sont situées dans la paroi courbe 13» Dans la sortie 4, se trouve une plaque perforée 5* Au moyen de la pièce cylindrique de jonction 16, la pièce d'entrée est reliée à la canalisation 17» Sur la figure 3» la première chambre comporte une 20 entrée 3 qui est située dans la paroi plane 11. A l'intérieur de cette chambre, un déflecteur 19 a été installé pour faire dévier le liquide. La pièce de jonction 18 qui forme la jonction avec la canalisation 17 a la forme d'une trompette» 72 15051 8 2134597 REVENDICATIONS 1) Une pièce d,entrée pour une canalisation pour le transport d'un liquide visqueux entouré par une couche annulaire d'un liquide d'une viscosité moindre, ces liquides étant 5 complètement ou sensiblement insolubles l'un dans l'autre, comprenant : une première chambre, comportant au moins une entrée et avec une sortie pour le liquide visqueux, une deuxième chambre, comportant au moins une entrée pour le liquide d'une viscosité moindre et avec une sortie annulaire pour ce 10 liquide qui est placée de manière à entourer la sortie pour le liquide visqueux, et une pièce de jonction symétrique en rotation pour la jonction avec la canalisation, pièce d'entrée caractérisée par le fait que : a) - la sortie pour le liquide visqueux est à section 15 circulaire et la perpendiculaire au plan de cette section, en son centre, coïncide avec l'axe de la canalisation, b) - la dimension de la première chambre dans des directions perpendiculaires à la perpendiculaire mentionnée sous (a) est supérieure au diamètre de la sortie, et 20 c) - la surface de section de la sortie pour le li quide visqueux est au moins 50% de la surface de section de la canalisation. 2) Une pièce d'entrée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première chambre est limitée par line 25 paroi symétrique en rotation dans une position coaxiale par rapport à la canalisation, la surface de section de cette chambre, mesurée dans la direction perpendiculaire à sa sortie, diminuant vers cette sortie. 3) Une pièce d'entrée selon la revendication 2, 30 caractérisée en ce que la première chambre est limitée par une paroi ayant la forme d'une partie de la surface courbe d'un cône. 4) Une pièce d'entrée selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'angle entre une génératrice de la sur- 35 face courbe du cône et l'axe de ce cône est d'au moins 10°. 5) Une pièce d'entrée selon la revendication 1, 72 15051 9 2134597 caractérisée en ce que la première chambre est limitée par deux parois planes qui sont sensiblement perpendiculaires à la perpendiculaire à la sortie de cette chambre, la distance entre ces parois étant au moins égale à la moitié du diamètre 3 de la canalisation, et par une paroi rencontrant ces deux parois planes, de manière que la dimension de cette chambre dans des directions perpendiculaires à la perpendiculaire à la sortie soit au moins double du diamètre de cette sortie# 6) Une pièce d'entrée selon lTune des revendications 10 précédentes, caractérisée en ce que des résistances sont installées dans la première chambre, près de la sortie, résistances qui favorisent une vitesse d'un liquide s'écoulant par cette sortie qui est uniforme sur sa surface de section» 7) Un procédé pour le transport par une canalisation 15 d'un liquide visqueux entouré par une couche annulaire d'un liquide d'une faible viscosité, ces liquides étant complètement ou sensiblement insolubles l'un dans l'autre, procédé dans lequel les deux liquides sont introduits à l'aide d*une pièce d'entrée telle que décrite dans l'un des paragraphes 20 précédents, le débit volumique du liquide d'une faible viscosité étant compris entre les limites de 0,1 et 25% du débit volumique du liquide visqueux»