Brevet FR2161849A1 — publié le 19730713

La présente invention se rapporte à des dispositifs de sécurité pour installations de transport de matières solides au moyen d'un liquide, et plus particulièrement i un dispositif permettant de transporter sûrement et efficacement une grande quantité de matières solides sur une grande distance tout en permettant de ramener au minimum le volume du réservoir d'eau sous pression utilisé. Le transport au moyen d'un liquide est connu depuis longtemps. Ces dernières années, les besoins de rationalisation ont agrandi son champ dtutilisation, de sorte que lton a besoin maintenant d'un procédé nouveau de mise en oeuvre de ce mode de transport. Par ailleurs, il est désirable d'utiliser ce dernier pour transporter des marchandises sur de très longues distances et les genres et les quantités de marchandises transportes de cette manière ont beaucoup augmenté. Ie transport hydraulique de copeaux de bois, de masses de matières capsulées qui Jusqu'à présent n'étaient pas transportés de cette manière a progressé remarquablement. On a aussi mis au point un procédé qui est destiné, non seulement à transporter des matières solides au moyen d'un liquide, mais aussi--à extraire de ces matières leurs constituants utiles et à libérer ces éléments dans ce liquide, de façon à provoquer une réaction entre lesdites matières et le fluide et à leur faire subir un traitement physique ou chimique pendant le transport. Par conséquent, le transport par un liquide a pris un grand essor ces dernières années et on l'utilise maintenant, non seulement pour transporter des matières solides ou des boues, mais aussi pour traiter ces produits gracie à des innovations techniques. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, deux formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ce dessin la figure 1 est un schéma d'une installation comportant le dispositif de sécurité selon l'invention; la figure 2 est un schéma d'une variante de cette installation, et la figure 3 est un schéma d'une installation connue. Dans les formes de réalisation décrites, le dispositif selon l'invention est utilisé dans une installation de transport de matières solides au moyen d'eau. Mais on comprendra que l'invention n'y est pas limitée et estipplicable à des installations utilisant d'autres liquides. La figure 3 représente une installation connue. Elle comprend une cuve de mélange 1, un agitateur 2, une pompe de circulation 3a, une pompe de secours 3b, une conduite de transport 4, une vanne principale 5 d'alimentation en mélange de matières solides et d'eau, une vanne de coupure principale 6, une vanne 7 de vidange de la cuve de mélange, et des conduites de dérivation 8, équipées de vannes de vidange 9. Les matières solides que l'on veut transporter sont mélangées à l'eau ou autre fluide dans la cuve i, de façon que la densité du mélange soit uniforme. Ce mélange est envoyé à la pompe 3a qui le refoule dans la conduite principale 4 de manière à transporter les matières solides à destination. il existe d'autres genres d'installation de transport. L'une d'elle comporte une pompe de refoulement d'eau, et les matières solides sont envoyées à son cté -de refoulement au moyen d'une trémie oscillante. Une autre comporte une pompe alternative au lieu d'une pompe centrifuge. Ces installations ne sont en fait que des variantes de l'installation de base représentée sur la figure 3. Le but principal des dispositifs de sécurité de ces installations est d'empêcher la conduite principale d'8tre colmatée par les matières solides qui se déposent si le débit du mélange diminue. Jusqu'à présent, on prend les mesures suivantes à cet effet: A. Eapremier lieu, on donne à la source d'énergie qui alimente la pompe une grande fiabilité afin que llénergie ne fasse Jamais défaut. On peut par exemple utiliser deux sources, ou bien la tension peut Etre fournie par deux lignes haute tension, dont la fiabilité est meilleure; B. Si l'on considère que cette mesure ne suffit pas à assurer la fiabilité de la source d'énergie, on utilise une source de secours destinée à autre branchée à la place de la source hors service; C.Des dispositifs permettent de passer rapidement et ra cilement de la pompe 3a à la pompe de secours 3b, afin de faire face à une panne de cette pompe 3a ou de son moteur; D. Si l'on considère que les mesures ci-dessus ne sont pas satisfaisantes pour donner la fiabilité voulue au circuit d'alimentation, on rend la pompe 3b, ou les deux pompes 3a et 3b, indépendantes de la source électrique en les entraînant au moyen de moteurs diesel, ou à essence, de turbines à vapeur, etc.. E. Si ces diverses mesures ne semblent pas suffisantes pour assurer la fiabilité de l'installation, on branche des conduites de dérivation 8 à des emplacements appropriés de la conduite, comme on l'a représenté sur la figure 3, et en cas d'urgence un dispositif de commande à distance ouvre les vannes 9 de façon à renvoyer le mélange à l'égout ou dans une rivière proche, et à empêcher cette conduite de se colmater. Ces dispositifs de sécurité sont efficaces si la concentration volumétrique du mélange (rapport du volume des matières solides à celui de ce mélange) est relativement faible, et si ledit mélange coule à peu près comme un liquide ou une boue, comme c'est le cas lorsque il est composé de matières pulvérulentes et d'eau.Cependant, ils sont incapables de donner des résultats satisfaisants lorsque les matières solides transportées ont une forme compliquée, sont relativement grosses et que le mélange a une forte concentration volumétrique et ne peut autre considéré comme un fluide, comme c'est le cas avec les copeaux de pâte de bois ou d'écorces. Plus précisément, lorsqu'on transporte au moyen d'un liquide des matières solides de forme compliquée et de grandes dimensions et dont la concentration volumétrique est élevée, ces matières risquent de faire caler la pompe (par exemple en s'insé- rant entre les ailettes du rotor), m8me si le moteur de cette pompe est alimenté. Dans ce cas, les dispositifs de sécurité décrits dans les paragraphes A à D sont inefficaces. De mimez si l'écoulement de ce mélange à forte concentration cesse, même pendant un très court intervalle d'une dizaine de secondes, la conduite se colmate, de sorte qu'il n'est pas désirable que le débit tombe à moins d'une valeur prédéterminée (que l'on appellera débit critique), m8me pendant un instant. Par conséquent, il est pratiquement impossible de passer sans difficulté de la pompe qui est en panne à la pompe de secours en cas de besoin. En outre, il n'est pas possible de vidanger la conduite du mélange sous débit uniforme , m8me si 1'installation comporte l'équipement décrit dans le paragraphe E (conduites de dérivation 8 et vannes 9 de la figure 3). Il peut alors se produire une déshydratation. Lorsqu'on ouvre l'une de ces conduites de dérivation, le mélange peut en sortir peu après, mais, à mesure que le débit diminue dans la conduite principale, les matières solides se déplacent de plus en plus lentement, alors que le débit de l'eau ne diminue pas beaucoup, si bien que la concentration du mélange qui sort par la conduite de dérivation diminue rapidement Jusqu là ce que seule de l'eau sorte de cette conduite. Par conséquent seules les matières solides sont immobilisées dans la conduite et il est impossible de faire recirculer le mélange. Par ailleurs, le faille vidanger ces matières dans un égout ou une rivière n1 est pas seulement indésirable à cause des pertes ainsi provoquées, mais est encore susceptible de provoquer une gêne pour le public. Donc la vidange au moyen de conduites de dérivation pose divers . problèmes difficiles à résoudre. L'invention permet de remédier aux inconvénients précités. Elle concerne un dispositif de sécurité qui permet de transporter sans ennui des matières solides diverses au moyen d'un liquide. La conception de dispositif s'écarte de celle des dispositifs connus décrits ci-dessus. Il permet de maintenir constamment le débit du mélange de matières solides et d'eau à une valeur supérieure à une valeur de sécurité prédéterminée, en décelant à l'avance/ situation critique et en envoyant automatiquement dans la conduite de l'eau ou autre liquide d'appoint à la place du mélange, de sorte que l'on peut maintenir constant le débit de ce mélange en clarifiant ce dernier au moyen d'eau sous pression, et empocher la conduite de se colmater en y remplaçant le mélange par de 11 eau ou autre liquide d'appoint. Plus précisément, ce dispositif est capable de déceler les anomalies de l'installation,telles que mise hors service de la source d'énergie qui alimente la pompe, variation de la différence normale des pressions à l'entrée et à la sortie de cette pompe, diminution du débit du mélange dans la conduite, etc..., une vanne principale de passage d'eau sous pression, disposée à l'entrée de la conduite, s'ouvrant alors de façon que cette eau transporte et clarifie le mélange et que le débit de ce dernier ne tombe jamais au-dessous d'une valeur critique. On a représenté une forme de réalisation de l'invention sur la figure 1, la pompe de secours n'ayant pas été figurée dans un but de simplification et les mêmes chiffres de référence désignent les éléments semblables sur toutes les figures. L'installation représentée sur cette figure 1 est semblable à l'installation classique de la figure 3, sauf qu'elle comporte une conduite 10 d'alimentation en eau sous pression, qui est reliée à la conduite 4 du côté de refoulement de la pompe 3, et une vanne principale de coupure 6, destinée à maintenir en communication la conduite 4 et un réservoir 12 contenant de l'eau ou un autre liquide sous pression, une conduite 16 d'alimentation en eau d'appoint étant reliée à la conduite 10. Celle-ci est équipée d'une vanne d'arr8t 11 de l'eau sous pression et d'une vanne de réglage 20a, et un tuyau 21, qui porte un détendeur, 14, met le réservoir 12 en communication avec un réservoir 13 d'air comprimé, qu'un tuyau 15 fait communiquer avec une source d'air comprimé. La conduite 16 est reliée à un réservoir 18 d'eau d'appoint par une vanne de réglage 20b et une pompe de secours 17. Un débitmètre 19, monté dans la conduite 4, est relié à un servo-ménanisme destiné à commander les vannes et les pompes qui sont montées dans les conduites reliées aux réservoirs d'eau sous pression et d'eau d'appoint respectivement, en fonction des valeurs constituées par ce débitmètre. En service, on introduit de l'eau ou un autre liquide, et les matières solides à transporter dans le mélangeur 1 et on les y agite, ce qui permet d'en faire un mélange de concentration quelconque, que la pompe 3 refoule dans la conduite 4 où il est transporté Jusqu a sa destination. Le débitmètre 19 mesure constamment le débit de ce mélange dans cette conduite, de façon que l'installation puisse fonctionner normalement, sauf si ce débit tombe au-dessous d'une valeur critique. En cas d'incident, ou si l'appareil 19 constate une diminution du débit, la vanne 11 est ouverte immédiatement et la vanne de coupure 6 est fermée en même temps de façon que la conduite 4 se remplisse provisoirement d'eau sous pression venant du réservoir 12 et que ce débit soit maintenu à une valeur prédéterminée. Simultanément la pompe de secours 17 est mise en ser vice de sorte qu'elle refoule dans la conduite de liteau d'appoint, le mélange contenu dans cette conduite étant évacué et remplacé progressivement par cette eau d'appoint venant du réservoir 18. Ensuite, on peut vérifier ladite conduite 4 , la pompe 3, ou bien on peut brancher les machines de secours. On supposera maintenant qu'un mélange de 25 à 30 % er volume de copeaux de bois et de 75 à 70 % en volume d'eau est transporté dans une conduite en acier d'un diamètre de 200 mm à une vitesse moyenne de 2 mètres par- seconde, la vitesse critique étant de 0,7 m par seconde, débit moyen du mélange étant de 4 m3 par minute, et qu'en cas d'incident il faut maintenir ce débit à cette valeur moyenne prédéterminée en envoyant de l'eau sous pression du réservoir 12 pendant environ 2 minutes, puis de liteau d'appoint refoulée du réservoir 18 par la pompe 17. Dans ce cas, on peut utiliser un réservoir 12 de faible capacité, d'environ 10 rn3.Sila pompe 17 est entrarnée par un moteur Diesel ou à essence, elle peut être mise en route en 30 secondes, ce qui permet de passer d'une source d'eau sous pression à 11 autre. Si la pression de refoulement de la pompe est de 7 bars, et que la distance à laquelle le mélange doit autre transporté est d'environ 3km, il suf-fit d'utiliser un réservoir d'air 13 de 20 m3 si l'on utilise de l'air comprimé à 20 bars. Si la pompe de secours 17 n'existait pas et qu'il faille transporter le mélange sur les 3 km de façon à le chasser de la conduite en utilisant seulement l'eau sous pression du réservoir 12, la capacité de celui-ci ne devrait pas autre inférieure à 100 m3. Si la conduite était plus longue ou si son diamètre était plus grand, il serait impossible de chasser tout le mélange de cette conduite en utilisant seulement l'eau sous pression de ce réservoir 12, étant donné l'importance de la capacité que ce dernier devrait avoir. On comprendra que si la distance et le diamètre de la conduite, ainsi que le volume de mélange à transporter, étaient plus faibles, on pourrait utiliser un réservoir 12 de capacité appropriée et se dispenser de la pompe de secours 17, de la cuve 18 et de la conduite 16. La figure 2 représente une autre forme de réalisation de l'invention qui~empAeche en particulier la vanne 6 de "mordre" les matières solides lorsqu'on la ferme. Lorsqu'on transporte au moyen d'un liquide des copeaux ou d'autres matières solides de grandes dimensions, on n'éprouve aucune difficulté pour ouvrir rapidement la vanne i1 de la figure 1, mais on ne peut souvent pas fermer complètement la vanne d'ar rêt 6, parce que des copeaux risquent de rester engagés entre l'obturateur et son siège. Pour remédier à cet inconvénient , le dispositif de la figure 2 comporte, au lieu d'une vanne de coupure 6, deux vannes 6a et-6b qui sont montées en série et sont écartées d'une distance convenable; la conduite 10 d'eau sous pression est branchée sur la conduite 4 entre ces vannes, et elle comporte à un emplacement intermédiaire une conduite de dérivation 22, branchée sur cette conduite 4 de l'autre c8té de la seconde vanne 6b, des vannes d'arrêt 11a et îîb étant montées en parallèle dans ces conduites 10 et 22 respectivement. En cas d'incident, on ouvre rapidement la vanne lia et on ferme la vanne 6a, de façon à permettre d'envoyer dans la conduite principale 4, par la conduite 10, une quantité d'eau sous pression telle, que le mélange qui se trouve dans cette conduite 4 près de la vanne 6b soit remplacé par de 11 eau d'appoint. Puis on ouvre la vanne îîb et on ferme les vannes lia et 6b. Cela permet d'envoyer dans cette conduite principale,-par la conduite de dérivation 22, de l'eau venant du réservoir 12, tandis que la vanne 6b isole complètement la partie de ladite conduite principale,qui est comprise entre le mélangeur 1 et la pompe 3, du reste de cette conduite, ce qui empêche cette dernière de se colmater.Par conséquent, l'utilisation de deux vannes d'arrgt 6a et 6b permet d'isoler complètement la conduite 4 du mélangeur et de la pompe en fermant la seconde vanne 6b, au cas où des copeaux empochent de fermer complètemenMla première 6a. Dans les formes de réalisation décrites ci-dessus, le réservoir 12 d'eau sous pression est relié à un réservoir d'air comprimé ou à un compresseur. On comprendra qu'en variante il pourrait être relié à un réservoir de gaz comprimé ou à un compresseur de ce gaz de manière à utiliser ce dernier pour fournir l'eau sous pression destinée à transporter le mélange et à le chasser de la conduite principale. Ce réservoir 12 peut autre placé à une grande hauteur de manière à aJouter la charge naturelle de 11 eau à la pression à la quelLicette eau est soumise dans lendit réservoir. Dans ce cas, on peut supprimer le réservoir d'air ou de gaz, ou le compresseur, On voit par la description ci-dessus que le dispositif de sécurité selon l'invention comporte des caractéristiques qui offrent de nombreux avantages.Celle qui consiste à mettre la conduite principale en communication avec le réservoir de liquide sous pression par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation sur laquelle est branché un circuit,l'alimentation en eau d'appoint permet de transporter sans difficulté un mélange de matières solides et d'eau, parce qu'elle permet d'envoyer d'abord dans cette conduite principale de 11 eau ou autre liquide sous pression puis d'y refouler de 1 1eau ou autre liquide d'appoint, et d'évacuer le mélange de ladite conduite en cas d'urgence, de façon à temps cher cette conduite de se colmater. Puisque le réservoir de liquide sous pression n'est mis en service que pendant la période initiale de 11 incident, il peut avoir une capacité faible. La caractéristique consistant à monter deux vannes de coupure en série et deux vannes d'arrtt en parallèle dans des conduites d'alimentation respectives reliées à la conduite principale Juste en aval de ces vannes de coupure permet d'isoler complètement cette conduite principale de la cuve de mélange et de la pompe de circulation en cas d'urgence, bien que l'obturateur de ces dertlieres vannes puisse autre coincé par des morceaubid'écorce ou autres matières solides relativement grosses. Cela permet de chasser efficacement le mélange de ladite conduite principale en cas d'incident et de transporter efficacement et sans accident un grand volume de mélange de matières solides et de liquide à forte concentration volumétrique sur une grande distance. il va de soi que la présente invention n' a été décrite cidessus qulà titre explicatif, mais nullement limitatif, et que lton pourra y apporter diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de sécurité pour installation destinée à transporter dans une conduite un mélange de matières solides et d'un liquide,au moyen de ce liquide, caractérisé par le fait qu'il comprend un réservoir contenant de 11 eau ou le liquide sous pression et un gaz comprimé, qu'une conduite d'alimentation fait communiquer avec la conduite de transport de façon à permettre d'envoyer ce liquide sous pression dans cette dernière conduite en cas d'incident, à l'aide du gaz ou air comprimé se trouvant dans le réservoir. 2 - Dispositif de sécurité pour installation de transport d'un mélange de matières solides et d'un liquide au moyen de ce liquide, caractérisé par le fait qu'il comprend un réservoir contenant de l'eau ou le liquide sous pression, ainsi que de l'air ou un gaz comprimé, qu'une conduite d'alimentation fait communiquer avec la conduite de transport, et un circuit d'alimentation en eau d'appoint qui est raccordé à un emplacement intermédiaire de cette conduite d'alimentation, ce qui, en cas de panne, permet d'envoyer d'abord dans la conduite de transport , par ladite conduite d'alimentation, du liquide sous pression de ce réservoir, puis de refouler dans cette conduite de transport du liquide d'appoint fourni par le circuit. 3 - Dispositif de sécurité selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend deux vannes de coupure montées en série dans la conduite de transport, sur laquelle une conduite d'alimentation en liquide sous pression est branchée entre ces vannes, une conduite de dérivation qui part d'un emplacement intermédiaire de cette conduite d'alimentation se raccordant à la conduite de transport du c8té de l'une desdites vannes, opposé à celui où ladite conduite d'alimentation est branchée, deux vannes d'arrat étant montées en parallèle, dans cette conduite d'alimentation et dans cette conduite de dérivation respectivement, de façon à permettre de fermer complètement l'une des vannes de coupure, de sorte quten cas d'urgence, on peut envoyer le liquide sous pression du réservoir dans la conduite de transport, ce qui permet de maintenir à une valeur prédéterminée le débit du mélange dans cette dernière conduite. 4 - Dispositif de sécurité selon la revendication 2, caractérisé par le fait qutil comprend deux vannes de coupure montées en série dans la conduite de transport, sur laquelle une conduite d'alimentation en liquide sous pression est branchée entre ces vannes, une conduite de dérivation qui part d'un emplacement intermédiaire de cette conduite d'alimentation se raccordant à la conduite de transport du caté de l'une desdites vannes opposé à celui où ladite conduite d'alimentation est branchée, des vannes d'arrSt étant montées en parallèle dans cette conduite d'alimentation et dans cette conduite de dérivation respectivement, de façon à permettre de fermer complètement l'une de ces vannes de coupure, de sorte qu'en cas d'incident on peut envoyer dans la conduite de transport, d'abord le liquide sous pression du réservoir, puis le liquide d'appoint fourni par le circuit, ce qui permet de maintenir à une valeur prédéterminée le débit du mélange dans cette conduite de transport.