Brevet FR2192173A1 — publié le 19740208

La présente invention concerne le domaine du refroidissement par vaporisation des appareils de métallurgie. On connaît un dispositif pour le refroidissement par vaporisation des appareils de métallurgie, comprenant des circuits fermés à circulation naturelle, constitués par des éléments refroidis absorbant le flux thermique, des séparateurs de vapeur servant à séparer la vapeur de l'eau, et reliés auxdits éléments refroidis par des conduites qui amènent l'eau et évacuent le mélange vapeureau, et des réservoirs pour le stockage d'une réserve d'eau épurée chimiquement et dégazée et pour l'alimentation du dispositif en ladite eau épurée et dégazée, ces réservoirs étant reliés par des conduites à une source d'alimentation en eau et auxdits circuits de circulation, ainsi que des conduites pour l'évacuation de la vapeur desdits séparateurs de vapeur. Dans ce dispositif connu, l'alimentation des circuits de circulation s'effectue à partir de réservoirs comprenant une enceinte à eau et une enceinte à vapeur. L'enceinte à vapeur du réservoir constitue un séparateur de vapeur, qui est limité à sa partie supérieure par une tôle perforée servant d'assécheur de vapeur supplémentaire, et à sa partie inférieure par le plan d'eau. L'enceinte à eau du réservoir sert à stocker une réserve d'eau d'appoint et à alimenter les circuits à circulation naturelle. Pour que l'eau de refroidissement circule naturellement dans les circuits, il faut une pression motrice qui, dans le dispositif connu, est engendrée grâce à la différence de hauteur entre le niveau d'eau dans le réservoir et le point bas des éléments refroidis et à la différence des poids spécifiques de l'eau et du mélange vapeur-eau dans les conduites d'amenée et d'évacuation. La structure des appareils de métallurgie est telle, qu'elle ne permet pas de placer le réservoir à la hauteur théorique nécessaire à la production de la pression motrice dans les circuits à circulation naturelle ; il s'avère nécessaire d'installer lesdits réservoirs à une hauteur importante (de l'ordre de 35 à 45 m) sur les appareils de métallurgie,dans la zone où l'atmosphère est polluée par les gaz. Toutefois, le fait que les séparateurs de vapeur, associés à des réservoirs et dotés d'appareils de contrôle et de mesure, ainsi que de- robinets pour la commande du dispositif, soient montés à une hauteur importante sur les appareils de métallurgie, dans une atmosphère polluée par les gaz, et qu'ils soient disposés dans des galeries étanches de grandes dimensions, à ventilation par aspiration et refoulement simultanés, impliquent d'une part la construction de structures porteuses métalliques puissantes et de poids élevé, ce qui augmente le coût des travaux de montage, et d'autre part le refoulement de l'eau d'alimentation jusqu'à des réservoirs se trouvant à une grande hauteur, ce qui entraîne une consommation accrue d'énergie électrique-. le but de l'invention est de supprimer les inconvénients mentionnés. On s'est donc proposé de créer un dispositif pour le refroidissement par vaporisation des appareils de métallurgie, qui permettrait D'installer le réservoir à eau à un niveau aussi bas que possible par rapport au point le plus bas des éléments refroidis; De diminuer le poids des structures métalliques porteuses des réservoirs et de supprimer les galeries à ventilation par aspiration et refoulement simultanés ; De réduire la consommation permanente d'énergie électrique utilisée pour envoyer l'eau d'appoint de la source d'alimentation jusqu'au réservoir situé à une grande hauteur sur les appareils de métallurgie D'améliorer les conditions de travail et la sécurité du personnel préposé. Ces problèmes sont résolus grâce à un dispositif pour le refroidissement par vaporisation des appareils de métallurgie, comprenant des circuits fermés à circulation naturelle, constitués par des éléments refroidis recevant le flux thermique, des séparateurs de vapeur servant à séparer la vapeur de l'eau et reliés auxdits éléments par des conduites amenant l'eau et évacuant le mélange vapeur-eau, des réservoirs pour le stockage d'une réserve d'eau épurée chimiquement et dégazée et pour l'alimentation du dispositif en ladite eau épurée et dégazée, ces réservoirs étant reliés par des conduites à une source d'alimeitation en eau et aux circuits de circulation, ainsi que des conduites pour l'évacuation de la vapeur desdits séparateurs de vapeur, ledit dispositif étant caractérisé, selon l'invention, en ce que les réservoirs pour le stockage de l'eau sont installés séparément et disposés plus bas que les séparateurs de vapeur, et en ce que sur la conduite d'amenée de chaque circuit de circulation naturelle est montée une trpmpe qui est située plus bas que la tubulure d'amenée du mélange vapeur-eau au séparateur de vapeur, et qui est disposée à un niveau tel, qu'à l'entrée de la tuyère de la trompe est engendrée une pression hydrostatique assurant la dépression nécessaire à l'alimentation en eau d'appoint du circuit de circulation à partir du réservoir, celui-ci étant disposé, par rapport à la trompe, à un niveau permettant la réalisation de ladite alimentation en eau d'appoint, le séparateur de vapeur précité étant relié à la partie supérieure du réservoir par une conduite. Avantageusement, la conduite reliant le réservoir au séparateur de vapeur est introduite dans ce dernier en un point situé plus haut que l'endroit où est introduite la tubulure de mélange vapeur-eau, ce qui empêche les entrées d'eau dans la conduite lors de l'arrivée du mélange vapeur-eau dans le séparateur de vapeur, et contribue au maintien de la vapeur à l'état sec lorsque l'eau monte dans le séparateur de vapeur jusqu a un niveau plus élevé que le niveau normal. le réservoir peut être installé soit plus haut que la trompe, soit au même niveau que celle-ci, soit plus bas qu'elle, ce qui permet de choisir pour ce réservoir l'endroit convenant le mieux aux conditions locales. Grâce à l'invention proposée, on obtient un dispositif permettant d'installer le réservoir à eau séparément du séparateur de vapeur, au niveau de la plate-forme de commande des appareils de métallurgie et plus bas que la trompe, avec une différence de niveau ne devant pas, dans ce cas, être supérieure à la dépression engendrée par la trompe; cela permet de réduire le poids des structures métalliques porteuses, rend inutile la construction d'une galerie ventilée par aspiration et refoulement simultanés, et permet de réduire la consommation d'énergie électrique nécessaire à l'amenée de l'eau d'appoint jusqu'au réservoir. I1 en résulte une réduction notable des dépenses pour la fabrication et l'utilisation du dispositif de refroidissement par vaporisation des appareils de métallurgie. Plus loin, l'invention est expliquée par un exemple non limitatif de réalisation et par le dessin unique annexé représentant schématiquement un dispositif pour le refroidissement par vaporisation des appareils de métallurgie, réalisé d'après l'invention. le dispositif proposé-comprend des éléments refroidis 1, dans lesquels circule de l'eau évacuant le flux athermique. L'amenée de l'eau aux éléments refroidis 1 et l'évacuation du mélange vapeur veau de ces éléments s'effectuent respectivement par les conduites 2 et 7 reliant lesdits éléments aux séparateurs de vapeur 4 servant à séparer la vapeur de l'eau. le système comprenant les séparateurs de vapeur 4, les éléments refroidis 1 et les conduites 2, 3 qui les relient, constitue un circuit fermé à circulation naturelle. Afin de simplifier la description, on ne décrira dans ce qui suit qu'un seul circuit élémentaire du dispositif (un seul séparateur de vapeur, un seul circuit fermé à circulation naturelle, etc...), quoiqu'en réalité le dispositif soit d'ordinaire constitué par plusieurs circuits élémentaires ou combinaisons de ces circuits, -par exemple comme représenté sur le dessin, où pour deux circuits élémentaires à circulation naturelle il y a un réservoir commun pour la réserve d'eau. le réservoir 5 sert à stocker la réserve d'eau épurée chimiquement et dégazée. Elle est reliée par une conduite 6 à une source d'alimentation en eau (non représentée), et par une conduite 7 à une trompe 8 montée sur la conduite 2. La trompe 8 sert à pomper l'eau d'appoint du réservoir 5 vers la conduite 2 du circuit fermé à circulation naturelle. Cette eau d'appoint compense les pertes d'eau de refroidissement dues à sa vaporisation lors de l'évacuation du flux thermique extrait de l'élément refroidi t, ainsi qu'aux purges assurant le renouvellement partiel de l'eau de refroidissement afin de maintenir sa salinité au niveau requis. La conduite 9 relie le séparateur de vapeur 4 à la partie supérieure du réservoir 5 et sert à égaliser la pression dans le réservoir et dans le circuit de circulation, cette pression étant nécessaire à l'alimentation du circuit en eau d'appoint par l'intermédiaire de la conduite 7. La conduite 10 sert à évacuer la vapeur du séparateur de vapeur 4 vers une conduite générale non representée allant à des récepteurs, quand le dispositif est en régime établi. La conduite 11 assure l'évacuation de la vapeur en régime non établi (démarrage), durant lequel la vapeur s'échappe à l'atmosphère. La conduite 12 sert au remplissage initiale en eau du circuit à circulation naturelle. La conduite 13 assure l'alimentation continue en eau du réservoir 5 pendant la marche du dispositif. Les conduites 14 et 15 servent respectivement à amener et évacuer l'eau technique de refroidissement pendant les révisions. Le régulateur de niveau 16 assure le maintien d'un niveau d'eau constant dans le réservoir 5. Les robinets 17 servent à couper l'admission de l'eau dans le réservoir 5 à partir de la conduite 6. Les clapets de non-retour 18 et 19 interdisent le retour de l'eau du circuit à circulation naturelle vers le réservoir 5 et son passage de celle-ci à la conduite 9. le robinet 20 sert à régler le débit et, au besoin, à couper l'admission de l'eau d'appoint dans la trompe 8. le robinet 21 sert à établir la communication entre la conduite 10 et le séparateur de vapeur 4 et à régler la pression dans le circuit du dispositif. Le robinet 22 sert à établir la communication entre le séparateur de vapeur 4 et la conduite il pour l'échappement dé la vapeur à l'atmosphère lorsque le dispositif fonctionne à la pression atmosphérique. La soupape de sûreté 23 protége le dispositif contre l'élévation, au-dessus d'une valeur prescrite, de la pression qui y régne. la conduite 24 sert à évacuer l'eau de purge du séparateur de vapeur 4, et le robinet 25, à régler le débit de purge ou à couper la purge. Le robinet 26 sert à couper la communication avec la conduite d'amenée 2 lorsqu'on veut passer du refroidissement par vaporisation au refroidissement par eau technique afin de rendre possible les révisions; les robinets 27, 28 et 29 permettent alors d'admettre l'eau de refroidissement (robinets 28, 29) dans l'élément 1, et de len évacuer (robinet 27). Le clapet de non-retour 30 prévient le retour de l'eau à la conduite 14 par laquelle arrive l'eau technique pour le refroidissement de l'élément 1 pendant les révisions. Avant de mettre le dispositif en marche, il est nécessaire de remplir le circuit à circulation naturelle, constitué par l'élément 1, le séparateur de vapeur 4 et les conduites 2, 3, ainsi que le réservoir 5, avec de l'eau épurée chimiquement et dégazée, amenée d'une source d'alimentation par les conduites 6, 12 et 13. Lors du remplissage les robinets 21, 25, 27, 28, 29 sont fermés et les robinets 17, 20, 22, ainsi que le régulateur de niveau 16, sont ouverts. le régulateur 16 est réglé de telle façon que le niveau de l'eau soit maintenu dans le réservoir 5 à une valeur assurant la réserve nécessaire. Le remplissage du dispositif en eau s'achève par la fermeture du robinet 17 sur la conduite 12, lorsque l'eau atteint dans le séparateur de vapeur 4 un niveau ne dépassant pas celui de l'orifice des tubulures d'entrée du mélange vapeur-eau amené par la conduite 3. L'évacuation du flux thermique des éléments 1 par l'eau provoquent le changement d'état de cette eau, laquelle, du fait de la présence d'une pression motrice, circule naturellement dans les circuits. Si le dispositif fonctionne avec de la vapeur à la pression atmosphérique, la vapeur s'échappe par la conduite 11, le robinet 22 étant ouvert. L'augmentation de la pression dans le dispositif est obtenue en fermant partiellement le'robinet 22. Lorsque la pression dans le dispositif devient égale à la pression dans la conduite 10, on ouvre le robinet 21. Le maintien de la salinité de l'eau circulant dans les éléments refroidis est obtenu en la remplaçant en partie par de l'eau neuve épurée chimiquement et dégazée, la purge et l'admission étant réalisées en ouvrant le robinet 25 ainsi que le robinet 17 sur la conduite 12. l'eau s'en ailant sous forme de vapeur par suite de l'évacuation du flux thermique extrait de l'élément 1, est compensée par l'eau venant du réservoir 5 où elle est aspirée par la trompe 8 par l'intermédiaire de la conduite 7. Si la pression dans le dispositif monte au-dessus d'une valeur prédéterminée, la soupape de sûreté 23 s'ouvre, l'excès de vapeur s'échappe à l'atmosphère et la pression retombe à la valeur nécessaire. Pour l'exécution des révisions, il faut passer au refroidis sement par eau technique. Cela s'effectue de la façon suivante. On diminue la pression de la vapeur dans le dispositif jusqu'à une valeur égale à la pression atmosphérique, en ouvrant progressivement le robinet 22. On ouvre le robinet 29, puis les robinets 27 et 28 pour que l'élément 1 soit traversé par l'eau technique, et, afin que cette eau ne puisse aller à la conduite 2, on ferme le robinet 26. Quand la révision est achevée, on remet le dispositif en marche pour le refroidissement par vaporisation, en opérant dans l'ordre inverse, c'est-à-dire que l'on ouvre le robinet 26 et l'on ferme simultanément les robinets 27 et 28, puis le robinet 29. Ceci fait, lorsque le régime du circuit à circulation naturelle s'est rétabli, on augmente la pression de la vapeur dans le dispositif , ctest-à-dire que l'on ferme le robinet 2; lorsque la pression dans le dispositif devient égale à celle régnant dans la conduite 10, on ouvre le robinet 21. Selon les conditions d'emploi du dispositif faisant l'objet de l'invention, le réservoir peut etre installé soit au niveau de la trompe 8, ce qui correspond au cas du réservoir 5 montré sur le dessin, soit plus haut que la trompe 8, ce qui correspond au cas du réservoir Sa, soit plus bas que la trompe 8, ce qui correspond au cas du réservoir 5b. Dans ce dernier cas, la différence de niveau entre la trompe et le réservoir 5b est limitée par la dépression engendrée par la trompe. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisations décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. REVENDIGATIONS Un dispositif pour le refroidissement par vaporisation des appareils de métallurgie, du type comprenant: des circuits fermés à circulation naturelle constitués d'éléments refroidis recevant le flux thermique et séparateurs de vapeur servant- à séparer la vapeur de l'eau et reliés auxdits éléments par des conduites d'amenée d'eau et d'évacuation du mélange vapeur-eau, d'un réservoir pour le stockage d'une réserve d'eau épurée chimiquement et dégazée et pour l'alimentation du dispositif en ladite eau épurée et dégazée, ledit réservoir étant relié par des conduites à une source d'alimentation en eau et auxdits circuits de circulation, ainsi que de conduites pour évacuer la vapeur desdits séparateurs de vapeur, caractérisé en ce que le réservoir (5 c Sa ou 5b) pour le stockage de l'eau est distinct des séparateurs de vapeur (4) et est monté plus bas que ceux-ci, et en ce que sur la conduite d'amenée d'eau (2) de chaque circuit de circulation naturelle est montée une trompe (8) qui est située plus bas que l'endroit où la conduite (3) d'évacuation du, mélange vapeur-eau débouche dans le séparateur de vapeur (4), et qui est disposés à un niveau tel, qu'à l'entrée de la tuyère de la trompe (8) est engendrée une pression hydrostatique assurant la dépression nécessaire à l'alimentation en eau d'appoint du circuit de circulation à partir du réservoir (5 ou 5a ou'5b), celui-ci étant disposé, par rapport à la trompe (8), à un niveau permettant la réalisationdeladite alimentation en eau d'appoint, le séparateur de vapeur (4) étant relié à la partie supérieure du réservoir (5 ou 5a ou 5b) par une conduite (9). 2. Un dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite (9) reliant le réservoir (5 ou Sa ou 5b) au séparateur de vapeur (4) est introduite dans celui-ci plus haut que l'endroit où la conduite (3) d'évacuation du mélange vapeur-eau débouche dans le séparateur (4). 7. Un dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réservoir (Sa) est installé plus haut que la trompe (8). 4. Un dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réservoir (5) est installé au meme niveau que la trompe (8). 5. Un dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réservoir (5b) est installé plus bas que la trDmpe (8).