Brevet FR2270574A1 — publié le 19751205

la présente invention concerne un procédé pour détecter une fuite dans un réservoir et un dispositif pour mettre en oeuvre ledit procédé. Elle concerne également un procédé et un dispositif pour vérifier Itétat de réservoirs destinés à recevoir des liquides inflammables ainsi que pour détecter la présence éventuelle de fuites. Les procédés et dispositifs qui sont habituellement mis en oeuvre pour éprouver les réservoirs de liquides consistent, par exemple, à mettre le réservoir à la pression hydraulique maximum définie par les règlements de sécurité et à maintenir cette pression pendant un temps plus ou moins long. te réservoir est réputé avoir subi l'épreuve de manière satisfaisante si aucune fuite n'est apparue pendant le temps de l'épreuve. La détection des fuites d'un réservoir sous pression peut par exemple être faite en notant la variation de pression du réser'îoir pendant un certain laps de temps I1 est alors clair qu'unie baisse notable de pression est le signe évident d'une fuite. Cependant pour des baisses de pression plus faibles, la mesure n'a plus aucune signification car elles sont de l'ordre de celles dues aux variations de température pendant le temps de l'épreuve. En effet, de nombreuses expériences pratiquées sur des réservoirs enterrés ont prouvé qu'il n'y a jamais de stabilisation thermique et que la masse volumique est en perpétuelle évolution. La phase évolutive la plus importante a été constatée lors du remplissage des réservoir par suite d'une grande différence entre la température du liquide rapport et celle du réservoir. Après un certain temps, l'évolution se ralentit et se met en phase avec la variation de température de l'environnement. En consequence, lorsque la température décroît, il y a diminution du volume par contraction de la masse liquide, provoquant les mêmes effets qu'une chute de pression due à une fuite. En cas de fuite, la chute de pression due à la variation de température se cumule avec la chute de pression due à la fuite. D'autre part, lorsque la température croit, il y a augmentation de volume et augmentation de la pression. En cas de fuite, la chute de pression correspondante peut être masquée par l'augmentation de la pression due à la variation de la température. Un but de la présente invention est donc de mettre en oeuvre un procédé et un dispositif permettant d'éprouver un-réservoir et de détecter la présence éventuelle de fuites. Un autre but de la présente invention est de mettre en oeuvre un procédé et un dispositif permettant de déterminer le débit d'une fuite éventuelle. Un objet de la présente invention est un procédé de détection d'une fuite dans un réservoir contenant un fluide incompressible comprenant les étapes suivantes: a) Remplissage du réservoir jusqu'a ce que toutes les parois soient mouillées par le fluide b) Mise du réservoir sous une première pression P1 constante pendant un premier intervalle de temps c) Mesure de la variation dl de volume du fluide du réservoir pendant ledit premier intervalle de temps d) Mise du réservoir sous une deuxième pression P2 constante pendant un deuxième intervalle de temps et e) Mesure de la variation d2 de volume du fluide du réservoir pendant le deuxième intervalle de temps, la différence dl - d2, ramenée à un même intervalle de temps, étant représentative de la variation de volume due à une fuite éventuelle sous une pression P1 - P2. Un autre objet de la présente invention est un dispositif pour éprouver l'étanchéité d'un réservoir rempli d'un fluide incompressible et pour détecter une fuite éventuelle qui comprend un tube vertical connecté au réservoir à éprouver. Des moyens tels qu'une vessie extensible plongée dans le fluide du réservoir, permettent de mouiller toute la surface interne des parois du réservoir et de monter le niveau du fluide jusqu'à ce qu'il atteigne une certaine hauteur dans le tube vertical. Des moyens permettent de soumettre la surface du fluide dans le tube vertical à différentes pressions constantes. Les moyens qui fournissent des pressions constantes peuvent être une source de gaz inerte ou un piston en contact avec la surface du fluide et sur lequel on enfile différents poids pour obtenir la pression désirée. D'autres avantage de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation faite en regard des dessins ci-annexés dans lesquels La figure 1 représente une première forme de réalisation du dispositif d'épreuve de réservoir et de détection des fuites éventuelles selon la présente invention La figure 2 représente une variante du dispositif de la présente invention tel que décrit en relation avec la figure 1 La figure 3 représente une autre forme de réalisation du dispositif d'épreuve de réservoir et de détection des fuites éventuelles selon la présente invention La figure 1 représente le dispositif selon la présente invention monté sur un plateau 12 qui est disposé de manière étanche sur ltouverture 14 d'un réservoir 16 à éprouver.Le réservoir 16 a été préalablement rempli de manière à ce que le liquide mouille toute la surface des parois. Le réservoir 16 communique directement avec l'extrémité inférieure 32 d'un tube vertical 28 par l'intermédiaire d'une manchette 20. Le tube 28 est muni d'un dispositif de visualisation constitué par exemple par un tube transparent 30 monté en dérivation sur le tube 28. l'extrémité supérieure 34 du tube 28 communique avec un réservoir d'azote 46 à haute pression par l'intermédiaire d'une manchette 38, d'une vanne 40, d'une canalisation 42, d'un détendeur-régulateur 44, d'une tube souple 43 et d'une vanne 36. Le détendeur-régulateur 44 est muni d'un manomètre 48 et d'un bouton de réglage 50.Optionnellement, un capteur de pression différentielle 52 est disposé entre le détendeur-régulateur 44, côté canalisation 42 et l'extrémité inférieure 32 du tube 28 par l'intermédiaire d'une manchette horizontale 67, et d'une dérivation 68 disposée sur la manchette 20. La sortie mesure du capteur 52 est connectée à un dispositif de visualisation 54 d'un type connu. La manchette 20 comporte une deuxième dérivation 56 qui met le réservoir 16 et le tube 28 en communication avec un réservoir auxiliaire 18 contenant un liquide identique à celui contenu dans le réservoir 16. Cette communication se fait par l'intermédiaire d'une vanne d'isolement 22, d'une canalisation souple 24 et d'une pompe d'épreuve 26. Un robinet de purge 60 est disposé sur une canalisation 62 qui est raccordée au plateau d'épreuve 12. Un récipient 58 est prévu pour récueillir le liquide au moment de l'opération de purge. Une vanne 64 est disposée en dérivation sur la manchette 38 entre l'extrémité supérieure 34 du tube 28-et la vanne 40. Un manomètre 66 est connecté en dérivation entre les vannes 40 et 64 de manière à mesurer la pression dans le tube 28. La mode opératoire du dispositif objet de la présente invention est alors le suivant. Après le montage du plateau d'épreuve 12 sur l'ouverture 14 du réservoir 16, on réalise les différentes connexions avec les réservoirs auxiliaires 18 et 46, la pompe 26 et le dispositif de visualisation 54. On ferme les vannes ou robinets 40, 64 et 60 et on ouvre la vanne 36 du réservoir d'azote 46. On règle le bouton 50 pour obtenir une pression P1, par exemple d'un bar, visualisée par le manomètre 48. Le robinet 22 étant ensuite ouvert, on complète le plein du réservoir 16 à l'aide de la pompe 26 qui amène du liquide contenu dans le réservoir 18. La purge de l'air dans le réservoir est obtenue en ouvrant le robinet 60. En actionnant la pompe d'épreuve on monte le liquide dans le tube 28 (hauteur h) jusqu'à obtenir une pression d'un bar visualisée par le manomètre 66. Les deux côtés robinet 40 sont alors à la même pression et il est alors possible d'ouvrir ledit robinet 40 sans changement appréciable du niveau h du liquide dans le tube vertical 28. On purge ensuite le capteur 52 de manière à ce qu'il y ait d'un coté une pression d'azote et de l'autre une pression de liquide. La différence de pressions mesurée par le capteur 52 est alors égale à la hauteur h. Afin que le niveau du liquide soit sensiblement à mi-hauteur du tube 28, on introduit du liquide en ouvrant le robinet 22 pour le monter ou on ouvre le robinet 60 pour le baisser, le liquide soutiré étant alors recueilli dans le récipient 58. Le dispositif de visualisation 54 est réglé pour que l'aiguille ou la plume indicatrice soit à mi-échelle. A un instant donné, on mesure la hauteur h = hl et on la mesure à nouveau, h = h2, un certain temps T après, par exemple trente minutes. La différence dl = hl - h2 donne la variation de niveau due à la variation de température et à une fuite éventuelle. On effectue ensuite les essais décrits précédemment à une pression P2 différente de P1, par exemple un demi-bar, et on obtient une différence d2 = h3 - h4 si h3 et h4 sont les valeurs de la hauteur du niveau de liquide dans le tube 30. L'effet dû à la variation de la température étant le même lors des deux essais, il peut être éliminé en effectuant la différence dl - d2 qui représente alors la fuite éventuelle pour une différence de pression P1 - P2 égale à un demi-bar. Ainsi si la différence dl - d2 n'est pas nulle, le réservoir présente une fuite. Pour connaître la différence de volume entre la fuite à P1 et la fuite à P2, il suffit de multiplier dl - d2 par un coefficient V représentant le volume équivalent à une différence unitaire de niveau ; V sera par exemple exprimé en centimètre-cube par millimètre. Pour connaître la différence de débit de la fuite, il suffit de diviser le volume défini ci-dessus par le temps T de chaque essai. Le débit de la fuite ne peut être déterminé que si l'on connaît le tupe de fuite, c'est-à-dire si elle correspond à une fuite en régime laminaire ou à une fuite en régime turbulent. On démontre alors qu'en régime laminaire, la courbe de variation du volume de la fuite en fonction de la pression est une droite. En conséquence, pour déterminer le régime de la fuite, il est proposé de faire un troisième essai à une pression P3 différente de P1 et P2. On reporte ensuite sur un graphique la dernière valeur d3 obtenue sous la pression P3 avec celles obtenues sous les pressions P1 et P2; si les trois points sont alignés, la fuite est en régime laminaire et l'on peut déterminer un coefficient de fuite 1% tel que KL = (dl - d2) V " - P2) T qui correspond à un débit par unité de pression. Par contre si les trois points ne sont pas alignés, le régime est turbulent et l'on peut déterminer un coefficient de fuite KT tel que w étant le poids spécifique du fluide, g l'accélération de la pesanteur et b la distance verticale entre la fuite et le niveau supérieur du fluide (tube vertical 28 ou 108). On remarquera que pour une fuite en régime laminaire, le coefficient est indépendant de la position de la fuite. I1 n'en est pas de même pour une fuite en régime turbulent pour laquelle le coefficient de fuite KT dépend de la position b de la fuite, position qui est inconnue. Cependant KT sera compris entre deux valeurs limites, l'une correspondant à une fuite à la partie supérieure du réservoir et l'autre à une fuite à la partie inférieure du réservoir. Les coefficients de fuite -et KT peuvent servir à- déterminer le débit de la fuite qui sera alors égal à QL = ka (Px + wgb) en régime laminaire ou en régime turbulent si Px est la pression exercée sur le niveau supérieur du fluide. Comme la distance b est inconnue, les débits ne pourront pas être déterminés avec précision mais seront aussi compris entre deux valeurs limites. On remarquera également que dans le cas d'une fuite en régime turbulent, il est possible de déterminer la position verticale b de la fuite en effectuant par-exemple un troisième essai à une pression P3 telle que P1 - E2 = P2 - P3. Cette détermination n'est pas possible dans le cas d'une fuite en régime laminaire car le coefficient de fuite S est indépendant de la position de la fuite. On remarquera que l'effet de la variation de température a été éliminé par le fait que pendant un temps relativement court, celui de chaque essai, la variation de volume due à la variation de température est constante quelle que soit la pression exercée. On remarquera également que l'effet de la variation de volume du réservoir par suite de l'élasticité des parois dudit réservoir a aussi été éliminé du fait que chaque essai est à pression constants La différence dl - d2 correspond à un volume de liquide, or les règlements en vigueur ont des normes exprimées en pression. Afin d'effectuer la conversion, il est prévu d'établir la relation hauteur-pression de la manière suivante.Avant ou après l'essai à un bar, on ferme le robinet 40 et on soutire à- l'aide du purgeur 60 une certaine quantité de liquide de manière à ce que le manomètre 66 indique 0,95 bar. On ouvre ensuite le robinet 40, le niveau dans le tube baisse d'une valeur d4 qui représente l'écart de niveau pour une différence de pression de cinquante millibars en supposant que l'effet de la fuite éventuelle et de l'élasticité du réservoir est négligeable pendant le temps de mesure. On peut ainsi convertir dl - d2 en millibars. Avant de faire les mesures de hauteur à une certaine pression il est recommandé de laisser le réservoir pendant un certain temps à la pression de mesure de manière à stabiliser l'ensemble. La différence dl - d2 peut être exprimée en volume si l'on connaît les diamètres du tube 28 et du tube témoin 30. On comprend alors que pour une faible fuite, la variation de volume sera faible et il en sera de même de la variation de volume sera faible et il en sera de même de la variation de hauteur du liquide. Pour augmenter la précision, il est proposé de modifier le montage de la figure 1 de manière à faire apparaître la variation de volume dans un tube de plus faible diamètre par exemple dans le tube témoin 30. Comme le montre la figure 2, la modification consiste à connecter l'extrémité inférieure du tube témoin 30 à la manchette horizontale 67 et à disposer une vanne 70 entre l'extrémité 32 du tube 28 et le raccord 68. Le procédé décrit ci-dessus en relation avec la figure 1 est légèrement modifié quand on utilise le montage de la figure 2. Cette modification consiste à fermer la vanne 70 pendant le temps de chaque essai à pression constante. De cette manière, les variations de volume apparaissent dans le tube témoin 30 qui est de plus faible diamètre que le tube 28. En conséquence, pour une même fuite les variations de hauteur seront plus importantes que dans le cas de la figure 1 et il en résultera une précision améliorée. On remarquera que le tube 28 n'est pas absolument nécessaire et qu'un seul tube témoin de faible diamètre serait suffisant. Cependant l'utilisation du tube 28 présente l'avantage de permettre une approche rapide du niveau lors de la mise en pression et d'éviter un grand déplacement du niveau pendant la période de stabilisation à pression constante. Les dispositifs décrits en relation avec les figures 1 et 2 présentent l'inconvénient de comporter des éléments encombrants tels que la bouteille d'azote 46 ou délicats tels que le régulateur de pression 44. Le dispositif selon l'invention qui sera maintenant décrit en relation avec la figure 3 ne présente pas cet inconvénient car il ne comporte pas les éléments 44, 46, 52 et 54. En outre, un certain nombre de vannes ont été supprimées. Dans le dispositif de la figure 3, la pression réglable est obtenue par un piston 100 en contact direct avec le liquide 106 d'un tube vertical 108 analoque au tube 28 de la figure 1. Le piston 100 est solidaire d'une tige verticale 102 sur laquelle des poids 104 sont enfilés pour obtenir la pression désirée. Afin que le piston soit en contact direct avec le liquide 106, la tige 102 est creuse et sa partie intérieure communique avec le liquide 106. La partie intérieure de la tige 102 communique avec l'air libre par l'intermédiaire d'un robinet 110 qui sert à la purge du volume de gaz entre le piston 100-et la surface supérieure du liquide 106 ainsi qu'au positionnement du piston 100 comme cela sera expliqué ultérieurement. La tige 102 est solidaire d'un indicateur de position verticale d'un type connu par ailleurs. Comme le montre la figure 3, cet indicateur de position peut par exemple comprendre un dispositif de palpage 114 solidaire du tube vertical 108 par l'intermédiaire d'un bras 120. Le dispositif de palpage 114 présente une extrêmité de palpage 116 qui vient en contact avec une tige verticale 118. La tige verticale 118 est solidaire de la tige 102 du piston 100 par l'intermédiaire d'un mécanisme de coulissement et de blocage 124 monté sur un bras 122. La tige 102 comporte également une butée 112, dite de position basse, qui vient reposer sur l'extrémité supérieure du tube 108 lorsque celui-ci est vide. Le mode d'opération du dispositif de la figure 3 est alors le suivant. Les poids 104 correspondant à la pression d'essai P1 sont mis en place. Le robinet 110 ainsi que le robinet de purge du réservoir sont ouverts. Le~cuve 16 est remplie-soit en y injectant le liquide par l'intermédiaire de la pompe d'épreuve 26 décrite en relation avec la figure 1, soit en gonflant la vessie extensible 126. La vessie extensible 126 est connectée à une source de fluide, non représentée sur la figure, par l'intermédiaire d'une manchette 128, d'une vanne 130 et d'un tube flexible 132. Au fur et à mesure que le liquide monte dans la cuve puis dans les canalisations, les gaz s t échappent par l'intermédiaire des robinets ouverts 60 et 110. Ces robinets sont fermés lorsque du liquide d'en écoule.Lorsque les robinets 60 et 110 sont fermés, on continue la montée en pression jusqu'à ce que la butée 112 vienne à une position micourse. On ferme alors le robinet 130. On laisse ensuite tout en l'état pendant un certain temps de manière à stabiliser les différents éléments, en particulier la cuve 16. A la fin de la périodede stabilisation, on positionne la tige réglable 118 sur l'extrémité 116 du dispositif de palpage 114 et on relève la valeur lue h'l ainsi que l'heure, qui est celle du début de l'essai. A la fin de la période T d'essai, on relève la valeur lue'2 et h'l - h'2 = d'l correspond à la valeur dl obtenue avec le dispositif de la figure 1. Pour un essai à une autre pression P2 inférieure à P1, on déconnecte la tige 118 et on retire des poids de manière à obtenir la pression P2. Eventuellement, on ouvre le robinet de purge 60 pour amener la tige 102 à mi-course. Après la période de stabilisation, on règle à nouveau la tige 118 sur l'indicateur et on rélève la valeur lue h'3 au début de l'essai. A la fin de ce deuxième essai de durée T, on relève la valeur lue h'4. La différence h'3 - h'4 = d'2 correspond à la valeur d2 obtenue avec le dispositif de la figure 1. Afin de déterminer le régime de la fuite éventuelle, on réalise un troisième essai à la pression P3. On remarquera que pour un même débit de fuite, il est connu qu'un régime turbulent sera plus probable dans le cas d'un liquide de faible viscosité tel que l'essence. Dans le cas de tels liquides, on a intérêt à choisir les valeurs des pressions P1 et P2 proches l'une de l'autre de manière à approximer la courbe de variation du débit en fonction de la pression à un segment de droite. Afin d'éviter une surpression éventuelle du réservoir qui serait due par exemple à une fausse manoeuvre lors de la manipulation des poids 104, il est prévu. d'utiliser une soupape de sécurité 134 tarée à une pression légèrement supérieure à la pression maximum prévue pour les essais. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection des fuites d'un réservoir rempli d'un fluide incompressible caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour soumettre le réservoir à différentes pressions hydrauliques constantes, à savoir au moins une première pression pendant un premier intervalle de temps et une deuxième pression pendant un deuxième intervalle de temps, et des moyens pour détecter la variation de volume du fluide du réservoir pendant chaque intervalle de temps, la différence des variations de volume ramenée à un même intervalle de temps étant une mesure de la fuite éventuelle indépendamment des effets des variations de température pendant lesdits intervalles de temps. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de détection de la variation de volume comprennent un tube vertical à niveau visible, ledit tube communiquant, d'une part, avec le réservoir par l'intermédiaire de son extrémité inférieure et, d'autre part, avec les moyens fournissant différentes pressions constantes par l'intermédiaire de son extrêmité supérieure. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens pour soumettre le réservoir à différentes pressions hydrauliques constantes comprennent des moyens pour monter le niveau du fluide du réservoir de manière à ce qu'il mouille toute la surface interne des parois du réservoir et à ce qu'il atteigne un niveau dans le tube vertical sensiblement égal à la moitié de la hauteur dudit tube vertical, et des moyens pour appliquer différentes pressions constantes sur la surface du fluide contenu dans le tube vertical. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens fournissant les différentes pressions constantes comprennent une source de gaz inerte à pression réglable et régulée. 5. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens fournissant les différentes pressions constantes comprennent un piston coulissant dans le tube vertical, ledit piston comportant des moyens pour supporter des poids en nombre variable selon la pression à exercer et étant en contact sur toute sa surface avec le fluide du réservoir. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les moyens de détection de la variation de volume comprennent des moyens pour détecter les variations de la position verticale du piston. 7. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de détection de la variation de volume comprennent un tube niveau transparent connecté en dérivation sur le tube vertical. 8. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de détection de la variation de volume comprennent un dispositif de visualisation et un capteur de pression différentielle ayant deux bornes d'entrée et une borne de mesure, l'une des bornes d'entrée étant connectée à la source de pression constante, l'autre borne d'entrée étant connectée à l'extrémité inférieure du tube vertical et la borne de mesure étant connectée au dispositif de visualisation. 9. Dispositif selon-la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens de détection de la variation de volume comprennent en outre un dispositif de visualisation et un capteur de pression différentielle ayant deux bornes d'entrée et une borne de mesure, l'une des bornes d'entrée étant connectée à la source de pression constante, l'autre borne d'entrée étant connectée à l'extrêi- té inférieure du tube niveau transparent et à l'extrémité inférieure du tube vertical et la borne de mesure étant connectée au dispositif de visualisation, et un robinet connecté à ltextrêmité inférieure du tube vertical de manière à pouvoir l'isoler du réservoir et du tube niveau, ce dernier restant en communication avec le réservoir. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9 caractérisé en ce que les moyens pour monter le niveau du fluide comprennent une pompe d'épreuve ayant une entrée et une sortie, ladite entrée étant connectée à un réservoir auxiliaire rempli d'un même fluide que celui du réservoir à éprouver et ladite sortie étant connectée au réservoir, et un robinet de purge connectée au réservoir à éprouver. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9 caractérisé en ce que les moyens pour monter le niveau du fluide comprennent une vessie à volume variable disposée dans le fluide du réservoir et une source de fluide à pression ajustable communiquant avec la vessie. 12. Précédé de détection d'une fuite dans un réservoir contenant un fluide incompressible caractérisé en cequ'il comporte les étapes suivantes a) Remplissage du réservoir jusqu'a ce que toutes les parois soient mouillées par le fluide b) Mise du réservoir sous une première pression P1 constante pendant un premier intervalle de temps c) Mesure de la variation dl de volume du fluide du réservoir pendant ledit premier intervalle de temps d) Mise du réservoir sous une deuxième pression P2 constante pendant un deuxième intervalle de temps et e) Mesure de la variation d2 de volume du fluide du réservoir pendant le deuxième intervalle de temps, la différence dl - d2, ramenée à un même inter valle de temps, étant représentative de la variation de volume due à une fuite éventuelle. 13. Procédé de détection selon la revendication 12 caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes f) Mise du réservoir sous une troisième pression P3 constante pendant un troisième intervalle de temps et g) Mesure de la variation d3 de volume de fluide du réservoir pendant le troisième intervalle de temps. 14. Précédé selon la revendication 13 caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes: h) le report sur un graphique des valeurs de dl, d2 et d3 obtenues pour les pressions P1, P2 et P3 i) lé calcul du débit de la fuite Q par la formule u = (dl - d2)V (Px + wgb) (Fl - F2)T si les trois points du graphique sont alignés ou par la formule si les trois points ne sont pas alignés, formules dans lesquelles w désigne le poids spécifique du fluide ; g désigne l'accélération de la pesanteur; v représente volume équivalent à une différence unitaire de niveau T désigne la durée des intervalles de temps supposés égaux Px désigne la pression exercée sur le niveau supérieur du fluide ; et b désigne la distance verticale entre la fuite et le niveau supérieur du fluide.