Brevet FR2318656A1 — publié le 19770218

La présente invention a pour objet des procédés et installations pour souder sous l'eau. Le secteur technique de l'invention est celui de la soudure sous l'eau dans des chambres de soudure. Pour souder sous l'eau, par exemple pour raccorder deux tubes bout a bout, on utilise généralement des chambres de soudure remplies d'une atmosphère gazeuse dans lesquelles opèrent les soudeurs. Cependant, les travaux de soudure, notamment de soudure a l'arc avec des électrodes enrobées, dégagent de l'oxyde de carbone (CO) qui est toxique a faible teneur et pour cette raison, les soudeurs qui travaillent dans les chambres doivent porter un appareil respiratoire qui les gene considérablement. L'objectif de la présente invention est de supprimer cette contrainte et de permettre que des soudeurs puissent travailler sans appareil respiratoire dans des chambres de soudure en respirant l'atmosphère de la chambre. L'objectif de l'invention est atteint au moyen d'un procédé selon lequel on remplit la chambre d'un mélange respiratoire, on recycle en permanence celui-ci, on transforme l'oxyde de carbone du gaz recyclé en gaz carbonique par oxydation catalytique et on absorbe le gaz carbonique. Dans le cas des chambres de soudure hyperbares, le mélange respiratois re est un mélange adapté a la profondeur de travail, par exemple un mélange hé liunroxggène contenant une proportion d'oxygène d'autant plus faible que la profondeur croIt. Selon un procédé préférentiel, on réalise l'oxydation catalytique en faisant passer le mélange recyclé a travers un lit de granulés d'alumine supportant un catalyseur a base de platine. De préférence, ledit catalyseur contient environ 2% de platine et les gaz recyclés traversent le catalyseur a une température inférieure a 500C. La vitesse du gaz et les dimensions du lit catalytique sont telles que le temps de contact du gaz avec le catalyseur soit supérieur a 0,4 seconde. La présente invention a également pour objet une installation de soudure sous l'eau comportant une chambre de soudure équipée de moyens pour l'alimenter en un mélange respiratoire et de moyens pour recycler ledit mélange è travers un circuit de régénération comportant en série, au moins un lit filtrant constitué par un corps poreux contenant un catalyseur d'oxydation et au moins un absorbeur de CC2. De préférence, une installation selon l'invention comporte en outre d'une part un filtre a poussieres et un réchauffeur d'air placés en amont du catalyseur et d'autre part un condenseur et au moins un réctiiauffeur d'air places en aval de l'absorbeur de CC2. Une installation selon l'invention comporte, de préférence, deuil paniers,montés en parallèle, contenant chacun des granulés d'alumine imprégnés d'un catalyseur d'oxydation au platine et des moyens pour faire passer le gaz recyclé à travers l'un des deux paniers tandis que l'autre est en cours de régénération. Une installation selon l'invention comporte, en outre, un appareil de régénération du catalyseur constitué par un alambic composé d'un ballon d'ébullition rempli de méthanol, d'une colonne,fermée à la base, surmontant ledit ballon, dans laquelle est placé ledit catalyseur, laquelle colonne comporte un syphon de vidange à la base, une dérivation à travers laquelle circulent les vapeurs de méthanol et est surmontée d'un condenseur à boules, de sorte que le méthanol condensé tombe sur le catalyseur et que des cycles de lavage se succèdent. Le résultat de l'invention est l'élimination du CO produit par la soudure, d'où la possibilité de souder sous l'eau dans une enceinte hyperbare sans que les soudeurs aient à porter des appareils respiratoires et sans qu'ils risquent de s'asphyxier. Malgré les avantages que présente la possibilité de réaliser des soudures sous l'eau en évitant aux soudeurs la contrainte de porter un appareil respiratoire, de telles soudures n'ont pu être réalisées à ce jour par suite du grave danger du à la production de CO par les travaux de soudure. On a pu mesurer au cours d'essais, que deux soudeurs soudant à l'arc avec électrodes enrobées produisaient environ 0,5 1/min. de CO, ce qui conduit très rapidement à une teneur en CO toxique. Or, l'élimination du CO,de façon sure,d'une enceinte de soudure pose des problemes très difficiles à résoudre. En effet, si l'on cherche à éliminer le CO par fixation chimique sur un composé, en utilisant les proprietes réductrices du CO, les composés obtenus dans des conditions opératoires simples tels que les métauw carbonylés ou le phosgène sont encore plus toxiques que le C . 2 L'oxydation non catalytique du CO en CC exige un apport d'énergie et est absolument négligeable à la température ordinaire. Le chauffage du mélange respiratoire puis le refroidissement de celui-ci dans des conditions de température parfaitement contrôlées entraîneraient des installations complexes. Selon l'invention, on a choisi d'éliminer le CO en le transformant 2 2 en CC par oxydation catalytique et en absorbant le CC formé en meme temps 2 que le CC produit par la respiration des soudeurs. 2 Bien que l'oxydation catalytique du CO en CC soit bien connue dans des installations industrielles ou dans des appareils équipant l'échappement des moteurs à explosion, les conditions opératoires dans le cas d'une chambre de soudure immergée sont totalement différentes et entraînent des contraintes qui nécessitent une adaptation des installations et des procédés connus à cette application particulière. Dans les chambres hyperbares, on sait que la pression partielle dto- xygène dans les mélanges respiratoires est sensiblement constante et que la proportion en poids d'oxygène décroît donc avec la profondeur. Par exemple, dans un mélange respiratoire hélium-oxygène prévu pour une immersion à 150 mètres, la proportion en poids d'oxygène est de l'ordre de 3 Z seulement. L 'oxydation catalytique dans un gaz pauvre en oxygène crée une première difficulté. On sait que le rendement d'une oxydation catalytique croît avec la température. Mais comme il s'agit d'un mélange respiratoire, celui-ci doit être renvoyé dans la chambre de travail à une température n'excédant pas 350C. On peut envisager de le réchauffer avant passage sur le catalyseur mais il faut alors le refroidir avant de le renvoyer dans la chambre et pour éviter des installations complexes, le réchauffage ne peut donc être très élevé. il faut donc réaliser une oxydation catalytique à basse température de l'ordre de 500C au maximum.D'autre part, l'air provenant d'une chambre de soudure contient des poussières métalliques qui sont des poisons de catalyseurs. il faut donc les arrêter au maximum et régénérer fréquemment le catalyseur pour éviter tout accident. Une autre difficulté tient à ce que le mélange contenu dans une chambre de soudure est généralement très chargé d'humidité due à la respiration des soudeurs d'une part et à une interface importante avec l'eau dans le cas des chambres hyperbares et certains catalyseurs sont très sensibles à la présence d'eau. Enfin et surtout, il s'agit d'assurer dans une chambre de soudure une élimination absolument sûre du CO et tout défaut de fonctionnement de l'installation entraînerait irrémédiablement la mort des soudeurs. Il faut donc que le procédé et l'installation utilisés soient suffisamment simples pour etre fiables Le procédé d'oxydation catalytique selon l'invention, au moyen d'un catalyseur au platine sur support de granulés d'alumine à une température in férieure à 500qui peut être la température ambiante, permet d'éliminer le CO surement, à la condition de respecter un temps de contact d'au moins 0,4 seconde ce qui conduit à un lit de catalyse d'une longueur raisonnable compatible avec les impératifs d'encombrement réduit d'une chambre de soudure sousmarine et à un poids de catalyseur de l'ordre de quelques kilogrammes compatible avec le prix élevé du catalyseur. Le lavage périodique du catalyseur au moyen d'un condensat de mathanol permet de régénérer celui-ci de façon économique. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent un exemple de réalisation d'une installation selon l'invention sans aucun caractère limitatif. La figure 1 est une représentation schématique d'une installation selon l'invention. La figure 2 est une vue en élévation d'un appareil de régénération du catalyseur. La figure 1 représente en 1 une chambre de soudure sousararine dite hyperbare remplie d'un mélange respiratoire, par exemple un mélange hélium- oxygène. La composition du mélange dépend de la pression dans la chambre de façon connue. Cette chambre est utilisée par exemple pour souder bout a bout,au fond de la mer, deux tubes qui ont été precédemment alignés et tronçonnés. Le but recherché est de permettre aux soudeurs-de travailler dans la chambre sans appareil respiratoire en respirant le mélange gazeux contenu dans la chambre. Dans ce but, la chambre comporte un circuit de régénération 2 à travers lequel on recycle continuellement le mélange gazeux avec un débit tel que tout le volume de gaz passe dans le circuit plusieurs fois en une heure. Ce circuit de régénération comporte un filtre à poussières 3 destiné à arrêter principalement les particules de métal et les oxydes métalliques en suspension dans l'air qui constituent des poisons de catalyseur. Le circuit 1 comporte ensuite un circulateur 4 constitué par exemple par un ventilateur. Après le ventilateur, on trouve un réchauffeur d'ambiance 5, constitué par exemple par des résistances électriques ou par un échangeur à eau chaude permettant de réchauffer légèrement le mélange gazeux pour le porter à une température de l'ordre de 500. En aval du réchauffeur 5, sont disposés deux lits de catalyse 6a, 6b, montés en parallèle, de sorte que l'on peutjfaire passer la totalité du débit à travers l'un des lits pendant que l'autre est en cours de régénération du catalyseur. Ces lits de catalyse sont constitués,de préférence, par des granulés ou des billes d'alumine, contenant de l'ordre de 1 à 2% de platine, placés dans un panier perforé à travers lesquels circulent les gaz recyclés. Les conditions de circulation des gaz à travers le lit catalytique sont primordiales pour obtenir l'oxydation certaine de la totalité de l'oxyde de carbone à basse température dans un mélange contenant une proportion d'oxygène qui peut descendre jusqu'à 3 Z. Ces conditions de circulation sont déterminées d'une part par la vitesse de circulation du gaz et d'autre part par la géométrie du filtre. La difficulté consiste à concilier d'une part un débit de gaz élevé permettant de recycler plusieurs fois la totalité du volume de gaz contenu dans la chambre et d'éviter que la teneur en CO dans la chambre n'atteigne le seuil de toxicité et d'autre part une quantité de catalyseur la plus faible possible par suite du prix élevé de celui-ci. Des essais systématiques ont permis de montrer qu'un bon résultat était obtenu en assurant un temps de contact du gaz avec le catalyseur d'au moins 0,4 seconde et en adoptant une vitesse de circulation des gaz à travers le catalyseur inférieure à 20 cm/sec. Immédiatement à l'aval des lits de catalyse, le circuit de régénéra tion comporte deux absorbeurs de CC2, 7a et 7b pouvant être montés en parallè le ou en série : ces absorbeurs sont par exemple des bains de chaux sodée. A l'aval de ceux-ci se trouve un déshydrateur 8 permettant de suppri mer une partie de la vapeur d'eau contenue dans le mélange gazeux. Cette déshy dratation est obtenue par exemple en faisant circuler le mélange gazeux au con tact de parois froides sur lesquelles l'eau se condense, par exemple au con tact d'un évaporateur d'un groupe frigorifique. La condensation entraîne un re froidissement de l'air et c'est pourquoi le condenseur est placé, de préféren ce, en aval du catalyseur et de l'absorbeur de CO afin de ne pas refroidir l'air avant le passage sur le catalyseur. En effet, il a été constaté, au cours des essais, qu'une hygrométrie élevée de l'air ne réduisait pas l'efficacité du catalyseur au platine et qu'au contraire cette efficacité augmentait avec la teneur en eau du mélange gazeux.Le condenseur peut être remplacé par un produit absorbant l'eau, tel qu'un gel de silice. A l'aval du condenseur 8, le circuit de régénération comporte un ou plusieurs réchauffeurs d'ambiance 9a, 9b permettant de réguler la température dans la chambre de soudure. La figure 2 est une vue en élévation d'un appareil pour régénérer le catalyseur. Cet appareil est un alambic comportant un ballon d'ébullition 10 con tenant du méthanol 11 placé au-dessus d'un moyen de chauffage 12. Le ballon est surmonté d'une colonne 13 à l'intérieur de laquelle est placé le catalyseur 14. La base de la colonne 13 est obturée par une cloison 15 et les vapeurs de mé thanol s'élèvent à travers un conduit 16, en dérivation sur la colonne, et vont se condenser dans un condenseur à boule 17 refroidi par un courant d'eau froide. Le condensat tombe sur le catalyseur 14, le lave et s'accumule dans le fond de la colonne 13. Celle-ci est munie d'un syphon de vidange 18 qui s'a morce automatiquement lorsque le niveau de méthanol atteint le sommet du syphon et un nouveau cycle recommence. Après deux à dix cycles, la régénération est terminée. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les diverses parties constitutives de l'installation qui vient d'être décrite pourront être remplacées par des parties équivalentes bien connues de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour souder sous l'eau dans une chambre de soudure remplie d'une atmosphère gazeuse, caractérisé en ce que l'on remplit ladite chambre d'un mélange respiratoire, on recycle en permanence celui-ci, on transforme ltoxyde de carbone du gaz recyclé en gaz carbonique par oxydation catalyti que et on absorbe le gaz carbonique, de sorte que les soudeurs peuvent tra vailler dans ladite chambre sans appareil respiratoire. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait passer les gaz recyclés à travers des granules d'alumine supportant un catalyseur à base de platine. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit catalyseur contient environ 1 à 2 % de platine et les gaz qui le traversent ont une température inférieure à 500. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le temps de contact du gaz avec le catalyseur est supérieur à 0,4 seconde. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'on régénère périodiquement le catalyseur d'oxydation en le lavant plusieurs fois à reflux dans un condensat de méthanol. 6 - Installation de soudure sous l'eau comportant une chambre de soudure rem plie d'une atmosphère gazeuse, caractérisée en ce que ladite chambre est équipée de moyens pour l'alimenter en un mélange respiratoire et de moyens pour recycler ledit mélange à travers un circuit de régénération compor tant, en série, au moins un lit filtrant constitué par un corps poreux contenant un catalyseur d'oxydation et au moins un absorbeur de C02. 7 - Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit circuit de régénération comporte, en outre, d'une part un filtre à poussières et un réchauffeur d'air placés en amont du catalyseur et d'autrepartun condenseur et au moins un réchauffeur d'air placés en aval de l'absorbeur de C02. 8 - Installation selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractéri sée en ce qu'elle comporte, en parallèle, deux paniers contenant chacun des granulés d'alumine imprégnés d'un catalyseur à base de platine et des moyens pour faire passer les gaz recyclés à travers l'un des deux paniers tandis que le catalyseur contenu dans le deuxième panier est en cours de régénération. 9 - Installation selon la revendication 8, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'elle comporte, en outre, un appareil de régénération du catalyseur constitué par un alambic composé d'un ballon d'ébullition rempli de méthanol, d'une colonne, fermée à la ba se, surmontant ledit ballon, dans laquelle est placé ledit catalyseur, laquelle colonne comporte un syphon de vidange a la base, une dérivation à travers laquelle circulent les vapeurs de méthanol et est surmontée d'un condenseur a boules de sorte que le méthanol condensé tombe sur le catalyseur et que des cycles de lavage se succèdent.