Brevet FR2308890A1 — publié le 19761119

Certains fours industriels du genre utilisé dans les in dustries du pétrole et des produits chimiques, fonctionnent avec un tirage soit naturel, soit forcé. Dans les deux cas, ils fonc tiraient sous dépression, c'est- & dire que la pression statique qui y règne est inférieure à la pression ambiante, du fait de la haute température et, par conséquent, de la faible densité des gaz présents dans le four. Par exemple, une valeur typique de la dépression régnant dans le foyer est de 2,5 à 25 Pa. Pour que de tels fours fonctionnent en régime optimal ou avec une capacité maximale, il est essentiel de les maintenir sous une dépression aussi faible que possible, c'est-à-dire sous une pression qui soit aussi voisine que possible de la pression atmosphérique, tout en lui demeurant inférieure. Autrement dit, l'écart entre la pression négative régnant dans le four et la pression ambiante doit être aussi faible que possible. On peut adopter un écart minimal typique de 5 Pa entre les pressions régnant dans la section de rayonnement et à l'extérieur du four. Si cet écart devient positif, les gaz brûlés deviennent extreme- ment chauds et endommagent fortement le four en le traversant. En outre, il apparaît des conditions qui peuvent être dangereuses pour le personnel car, sous l'effet d'une pression positive, des flammes peuvent jaillir à l'extérieur du foyer. Be mode typique de surveillance et de réglage du fonctionnement de fours selon la technique antérieure consiste à mesurer en divers points du four l'écart avec la pression atmosphérique, puis à régler le tirage de fàçon à rendre ces écarts optimaux. Toutefois, quand la dépression régnant dans le four approche de la valeur minimale, le fonctionnement des instruments qui mesurent l'écart de pression devient peu sûr et la mesure risque d'e- tre fortement affectée par des facteurs étrangers. Par exemple, la mesure par grand vent d'un tel écart de pression très faible s'avère pratiquement impossible. Par conséquent, il est très dif ficile, sinon impossible, de régler le four pour y maintenir la dépression optimale. Deux solutions s'offrent à l'opérateur: réduire le rendement pour maintenir la sécurité ou risquer d'endom- mager le matériel et de porter atteinte à la sécurité du personnel s'il apparaît dans le four une pression positive.S'il était possible de déceler les régimes dangereux et de réduire la marge d'incertitude sur la pression régnant dans le four, on pourrait adopter sans risques graves les conditions opératoires optimales. La présente invention a pour objet un appareil original de nature à fournir les indications nécessaires à cette fin. On peut éviter les régimes de surpression dangereux dans les fours industriels en faisant en sorte de déceler immédiatement le passage d'une pression négative à une pression positive. On fait relier l'intérieur du four à l'atmosphère, immédiatement au-dessous de la section de convection, par un petit passage qui peut être défini par un tronçon de tube en acier inoxydable de faible diamètre. Quand le four fonctionne normalement et sous dépression, il y a écoulement vers l'intérieur, ctest-à-dire que de l'air frais passe de l'atmosphère dans le four, mais en quantité assez faible pour ne pas perturber le fonctionnement du four. En régime dangereuxXoù le four est sous pression positive, le sens normal d'écoulement s'inverse. Des produits de combustion très chauds commencent à passer de l'intérieur du four à l'extérieur,à travers le passage de liaison avec l'atmosphère. Il existe divers moyens permettant de déceler cette inversion de l'écoulement. Dans une réalisation préférée, un seul thermocouple, fixé à l'extérieur ou logé à l'intérieur d'un tube en acier inoxydable, décèle rapidement la forte variation de température résultant de l'inversion de ltécoulement. La hausse de température peut être signalée par un avertisseur sur un panneau de commande pour indiquer aux opérateurs qutil faut prendre des mesures correctrices. En variante, dans une installation plus complexe, le signal peut agir sur des boucles de réglage, réglant un certain nombroede variables opératoires importantes, pour assurer les corrections qui, en régime manuel, sont effectuées par les opérateurs. Par exemple, la dépression peut être rétablie par ralentissement de l'alimentation du four, réduction de la vitesse de combustion et réglage des registres du four. Toutes ces mesures correctrices abaissent la température et la pression régnant dans le four, dont; elles évitent ainsi 1 1endommagement. Ainsi, grâce à la signalisation prompte et positive de tout régime de pression dangereux, on peut établir à tout moment un régime de fonctionnement sensiblement optimal. On va maintenant décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin annexé, dont la figure unique représente schématiquement un appareil selon l'invention. Le dessin est une vue schématique partielle d'un four 10 d'un type adopté dans les industriels du pétrole et des produits chimiques. Dans ce four, des tubes 14 reçoivent par rayonnement direct de la chaleur tant de flammes engendrées par des brûleurs 16 que du garnissage réfractaire de la section de rayonnement 12. On voit en 18 des tubes des rangées inférieures de la section de convection dans laquelle la transmission de chaleur a lieu plu t8t par convection que par rayonnement. Dans la partie supérieure de la section de rayonnement 12, la zone 13 située immédiatement au-dessous de la section de convection et dite ci-après "sortie de foyer" fonctionne normalement sous dépression; l'écart entre la pression régnant dans le four et la pression ambiante peut ne pas dépasser 5 Pa lorsqu'on établit un régime optimal, soit pour minimiser la consommation de combustible, soit pour porter la production au maximum. Dans ces conditions, le détecteur d'écart de pression usuel n'a qu'un intérêt limité, n'étantpas assez précis pour qu'on puisse lui faire confiance. Selon l'invention, on prévoit un petit passage reliant l'atmosphère à la sortie du foyer du four. Ce passage peut être défini par un tube de faible diamètre 20, en acier inoxydable, mais on peut aussi assurer autrement l'admission d'air en quantité limitée. Il faut tenir compte de certains facteurs pour ménager cette entrée d'air : d'abord, le passage d'air doit être assez petit pour ne pas perturber le fonctionnement ni réduire le rendement du four; ensuite, il doit être assez grand pour permettre en permanence un écoulement d'air continu car, s'il était bouché, il pourrait y avoir émission d'un signal erroné ou pas d'émission de signal en cas de réel danger; enfin, le passage 20 étant traversé par des gaz chauds à une température très élevée, de l'ordre de 650 à 81500 lorsqu'une pression positive apparat dans la sortie de foyer 13, le détecteur risquerait d'entre endommagé si ce passage n'avait pas une structure convenable. Normalement de l'air ambiant traverse le tube 20 vers l'intérieur Ce tube est donc habituellement à température sensiblement ambiante. Si une pression positive vient à s1 établir dans le four, le sens d'écoulement d'air s'inverse instantanément et des gaz chauds commencent a' traverser le tube vers l'extérieur. Du fait de cette inversion, la température peut atteindre rapidement 650 à 81500. L'lnversion du courant d'air peut être décelée par un débitmètre ou par un simple détecteur de sens d'écoulement. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré, on fixe un seul thermocouple 22 soit sur l'extérieur du tube 20, soit dans un logement récepteur. Ce thermocouple décèle très rapidement la variation de température, car le délai d'échauffement du tube est ex trêmement faible. Tout dépassement d'une température d'environ 1200 déclenche un avertisseur prévu sur le panneau de commande, afin que l'opérateur prenne iédiatement les mesures qui s'imposent. Dans une installation techniquement plus élaborée, le signal avertisseur peut provoquer des réglages automatiques. Par exemple, une boucle de réglage classique déjà adoptée pour la commande de fours peut ralentir l'alimentation (ce qui réduit indirectement la combustion par l'intermédiaire d'autres instruments) Des boucles de réglage existantes peuvent assurer d'autres mesures correctrices: ralentissement direct de la combustion sous l'action d'un régulateur de débit; de combustible ou légère ouverture d'un registre à moteur, destinée à rétablir la dépression. On peut agir sur un nombre quelconque de facteurs, selon la nature de l'apparelllage prévu pour régler le fonctionnement du four particulier auquel on applique l'invention. Selon une variante non illustrée, on peut prévoir deux therrocouples mesurant en permanence l'un la température de l'air ambiant et, l'autre, la température du tube 20. L'écart entre les deux températures mesurées sert à déterminer quand l'écoulement s'inverse. Selon d'autres variantes, on peut adjoindre plusieurs thermocouples à l'avertisseur principal. La description donnée ci-dessus d'un mode de réalisation préféré ne limite en rien le cadre de l'invention, défini par les revendications ci-dessous. RbPL}I > TCATIONS 1. Appareil pour four comportant des sections de rayonnement et de convection et dans lequel une dépression règne en régime normal immédiatement au-dessous de la section de convection, cet appareil étant destiné à éviter la surchauffe du four lorsqu'une pression positive se substitue à ladite dépression et était caractérisé en ce qu'il comprend (a) un passage reliant à l'atmosphère ambiante la partie de l'intérieur du four située auprès et au-dessous de la section de convection, permettant un écoulement libre sensiblement continu et ayant une section de passage sensiblement constante de fa çon que, quand le four fonctionne en régime normal, de l'air am- biant s'écoule vers l'intérieur du four en quantité assez faible pour ne pas perturber le fonctionnement du four et que, quand le four est sous pression positive, le sens d'écoulement s'inverse dans ledit passage, que des gaz de combustion traversent alors vers l'extérieur; et (b) un détecteur d'inversion d'écoulement affecté audit passage pour y déceler une inversion de l'écoulement, ce détecteur comprenant un détecteur de température destiné à déceler les variations de la température régnant dans ce passage, qui est modérée quand de l'air ambiant passe dans le four et élevée quand des gaz de combustion s'écoulent hors du four. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un avertisseur est relié au détecteur d'inversion d'écoulement et engendre, lorsqu'une inversion d'écoulement est décelée dans le passage, un signal avertisseur quand le détecteur indique une température élevée résultant de ce que des gaz de combustion traversent le passage vers l'extérieur. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le passage est incorporé au four et défini par un tube en acier inoxydable de petit diamètre. 4. Appareil selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le détecteur d'inversion d'écoulement est formé par un seul thermocouple. 5. Appareil selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le détecteur d'écoulement est formé par des thermocouples pour mesurer la température de l'atmosphère am- biante et la température des gaz qui traversent le passage. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1, 2 3 ou 4, caractérisé en ce que le détecteur d'écoulement décèle le sens d'écoulement dans le passage.