Brevet FR2334950A1 — publié le 19770708

la présente invention concerne un dispositif perfectionné de prélèvement de poussières (ou de matières pulvérulentes) dans des encointes dont on veut mesurer la densité de poussières, ces enceintes étant par exemple des cheminées émettant des poussières dans l'atmos- phère ou des conduits de gaz chargés de poussières. Bes poussières étant reconnues comme l'un des polluants atmosphériques les plus dangereux doivent pouvoir être contrôlées avec une grande précision, notamment bien entendu à leur source, ctest-à- dire, par exemple au sortir de cheminées ou de conduits d'évacuation de gaz. Ce contrôle à l'émission des concentrations massiques en poussières des gaz rejetés dans 11 atmosphère, fait l'objet de règlementations sévères dans la plupart des pays. De plus il faut noter que la connaissance de la concentration en poussières rejetées peut servir dans la conduite d'un processus, à surveiller l'efficacité des filtres et à en prévoir la dégradation. Un procédé classiquement utilisé pour mesurer cette concentration consiste à prélever un échantillon de gaz dans le conduit, à recueillir la poussière qutil contient sur un filtre, à mesurer la masse de cette poussière - par pesée ou tout autre procédé connu - tout en mesurant le volume et le débit du gaz échantillonné. Ces deux mesures de masse et de volume requièrent une grande précision. Pour prélever 11 échantillon à l'intérieur du conduit et le transporter jusqu'au filtre, on utilise un dispositif tubulaire appelé "canne", ou sonde de prélèvement", dont les dimensions peuvent atteindre trois mètres de longueur ou plus. Cazette canne de prélèvement joue un r81e déterminant dans la précision de la mesure. les poussières entraînées par le courant gazeux dans le conduit ont une tendance à se déposer sur les parois intérieures de la canne par sédimentation ou impaction. Il en résulte une perte de poussières qui ne parviennent pas au filtre et il peut se produire, au cours du temps, une obturation du conduit ou une modification du diamètre de la buse d'entrée qui joue un rôle primordial dans la représentativité de l'échantillonnage. 'L'importance des pertes de masses dans la canne dépend de très nombreux facteurs tels que : état de surface, température des parois, régime d'écoulement, nature des poussières, spectre granulométrique etc . Des solutions ont été proposées telles que la dilution des gaz prélevés par l'apport d'un débit additionnel d'air dépoussiéré. Ce dispositif implique le doublement des moyens de contrôle de débit qui sont en général très onéreux. D'autre part, il conduit à faire passer dans le filtre cinq à dix fois le débit utile échantillonné dans la cheminée et pose de sérieux problèmes de perte de charge. Son efficacité n'est pas garantie. Une autre solution plus élaborée consiste à transporter les poussières sur une sorte de coussin d'air. La tubulure d'aspiration est faite alors en un matériau poreux, par exemple un acier inoxydable de porosité donnée. On fait transpirer-à travers la paroi un apport d'air dépoussiéré qui forme à l'intérieur du tube un fourreau tel que les poussières sont transportées dans l'axe d'un conduit sans contact avec les-parois. Un tel dispositif est onéreux et nécessite lui aussi le contrôle de deux débits. La présente invention concerne un dispositif de prélèvement de poussières dans un conduit qui, tout en étant particulièrement simple à réaliser et à utiliser, évite les défauts précités, et notamment évite que les poussières aspirées viennent se coller sur les parois internes de la canne de prélèvement ; le dispositif de l'invention évite donc à la fois des imprécisions dans les mesures, et des risques d'obstruction de la canne de prélèvement. Selon l'invention, un dispositif de prélèvement de poussières dans un conduit, à l'aide d'une canne pénétrant dans le conduit et à travers laquelle sont aspirés les gaz chargés de poussières, comporte des moyens d'obturation de l'embouchure de la camle située dans le conduit, lesdits moyens étant actionnés rapidement, une ou plusieurs fois au cours d'une période de prélèvement, tandis que les moyens d'aspiration sont en fonctionnement, de manière à engendrer dans la canne un ou plusieurs chocs pneumatiques empechant les poussières de se déposer à l'intérieur de la canne. Toute mesure par échantillonnage d'un gaz en conduit comportant une phase d'aspiration, ou période de prélèvement proprement dite, suivie d'une phase d'échange du filtre et de mesure des poussières qui y ont été déposées lors de la phase d'aspiration, il est souhaitable que des poussières ne puissent pas pénétrer dans la canne en dehors des périodes de prélèvement proprement dites. Belon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'obturation de l'embouchure seront commandés au début et à la fin de chaque période de prélèvement, de manière à respectivement ouvrir et ferme ladite embouchure. D'autres objets, caractéristiques et résultats de. l'iention ressortiront de la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent - la figure 1, une vue schématique; en coupe, d'un dispositif de prélèvement de poussière conforme à l'invention - la figure 2, des graphiques représentant schématiquement différentes méthodes d'utilisation du dispositif de l'invention. la figure 1 représente schématiquement une canne de prélèvement pénétrant dans la paroi i d'une cheminée ou d'un conduit 2 évacuant des gaz chargés-de poussières. Une canne de prélèvement est constituée, de manière classique en elle-meme, d'un tube 3 qui transporte les gaz chargés de poussières vers un filtre 4 qui peut être un disque, une cartouche, ou un ruban à défilement automatique, logé dans un porte filtre 5. Beys gaz sont aspirés du conduit 2 vers le filtre 4 par une pompe 6. Un tube 7 réunit le tube 3 de la canne de prélèvement au porte filtre. l'embouchure de la canne pénétrant dans le conduit 2 est constituée d'une buse 8 dont le profil et le diamètre de la section d'entrée sont définis avec précision pour d'une part, ne pas trop perturber la circulation des gaz dans le conduit, ce qui fausserait les mesures, et d'autre part, ne pas différencier les poussières selon leur diamètre. Be tube extérieur 9 constitue une armature et une gaine de protection du tube de prélèvement proprement dit 3. Ce tube est en effet d'autant plus fragile qu'il est généralement muni d'un dispositif 10 de réchauffage de ses parois, dispositif rendu nécessaire par la température élevée régnant dans la cheminée 2 et par la forte proportion de vapeur d'eau qui s'y trouve généralement. jes dimensions des parties constitutives de la canne ainsi que la forme du tube 7 qui la réunit au porte filtre 5 sont variables et dépendent notamment des types de conduit ou cheminée 2 à contrôler. le dispositif de prélèvement décrit jusqu'ici est tout à fait classique. Son fonctionnement est le suivant : dans une première phase d'aspiration la pompe 6 est en marche et les gaz du conduit 2 sont aspirés par la canne de prélèvement qu'ils contiennent ; dans une deuxième phase dite de mesure, la pompe ne fonctionne plus, le filtre est enlevé de son support et la poussière qui s'y est déposée est pesée. Il en résulte les deux graves inconvénients précités une partie des poussières qui aurait d être pesée reste dans la canne ; la canne s'encrasse et peut se boucher. le dispositif de l'invention comporte des moyens d'obturation de l'embouchure de la buse 8, qui sont par exemple constitués d'un clapet 11 de profil sphérique supporté par une nacelle 12. La suspension du clapet 11 dans la nacelle 12 est suffisamment libre pour lui permettre de se positionner convenablement sur l'orifice de la buse 8 et d'assurer une bonne étanchéité lors de l'obturation (position illustrée figure 1). Bye clapet peut encore avoir un profil conique ou plat ; il suffit que ce clapet permette une convenable obturation de la buse 8. Il sera de préférence réalisé en métal lorsque la température dans le conduit 2 sera élevée, de l'ordre de 180 à 500C C ; il pourra autre réalisé en matériau souple, plastique par exemple, lorsqu'il s'agira de températures inférieures. La nacelle 1.2 comporte des bords suffisamment grands par rapport au clapet il pour jouer le r81e de déflecteur et protéger l'extérieur de la buse contre les projections et dépôts lorsque la buse est obturée. Dans l'exemple de réalisation illustré ici, la nacelle 12 est fixée sur un bras 18 dont la forme et la dimension dépendent de celles de la canne. Une articulation simple, résistant aux effets de la corrosion et de la température relie le bras 18 à une tringlerie de commande 14 et 15 ; cette articulation, classique en elle-m8me, est telle par exemple que lorsque la tige 15 est déplacée de la gauche vers la droite la nacelle 12 monte et vient obturer la buse 8, tandis que lorsque la tige 15 est déplacée de la droite vers la gauche la nacelle descend et ouvre la buse 8. La tringlerie de commande 15 est actionnée par un organe moteur 16 constitué de préférence par un vérin pneumatique, mais pouvant être aussi réalisé au moyen d'un électroaimant ou d'un. moteur. Cet organe moteur 16 est commandé, comme il va maintenant être expliqué, à l'aide d'un circuit de commande 17. La ligne (a) de la figure 2 illustre, en fonction du temps t, la durée Up d'une période de prélèvement proprement dite ; pendant toute la durée Tp la pompe 6 est en fonctionnement (état haut de la ligne (a)) ; avant et après cette période, dont la durée peut être très différente selon le type de contrôle, la pompe est arrêtée, il n'y a pas d'aspiration. les lignes (b), (c), (d) et (e) de cette figure 2 illustrent schématiquement, et non à l'échelle, un certain nombre de possibilités d'utilisation du dispositif de l'invention. L'état haut de ces graphiques correspond à la position buse 8 ouverte 0, tandis que 11 état bas correspond à la position buse fermée F. Dans tous les cas illustrés ici, la buse est toujours fermée lorsqu'il n'y a pas aspiration, c'est-à-dire en dehors des périodes de prélèvement Tp. Cette condition n'est pas indispensable au fonctionnement du dispositif de l'invention car ce n'est pas d'elle que dépend l'existence des chocs pneumatiques ; elle est toutefois préférable car elle permet d'éviter l'encrassement du bec et du conduit par les poussières qui, sinon, y pénètreraient à faible vitesse entre deux périodes Tp, ce qui est rédhibitoire dans les dispositifs de surveillance continue notamment, qui doivent fonctionner sans inter vention pendant plusieurs mois. La ligne (b) illustre un mode de fonctionnement pouvant entre utilisé par exemple lorsque Tp est assez long, 20 minutes par exemple. Dans ce cas, la buse 8 peut être obturée pendant des temps Q assez brefs pour créer un choc pneumatique, plusieurs fois par période Tp, toutes les 5 minutes par exemple. Be choc pneumatique ainsi engendré dans la canne, où à toujours lieu l'aspiration, a pour effet de la vider des poussières encore en suspension et de créer une force d'aspiration qui décolle les poussières fraichement déposées sur les parois réchauffées avant qu'elles n'aient eu le temps d'adhérer fortement. La ligne (c) illustre un mode de fonctionnement du dispositif de l'invention encore plus efficace que celui de la ligne (b), la fin de la période de prélèvement Tp se terminant successivement par une fermeture brève suivie d'une ouverture brève se terminant avec Tp. Be choc pneumatique se produit ici à la fin de la période de prélèvement, ce qui est la condition de fonctionnement optimale. La ligne (d) illustre le même mode de fonctionnement que (c) en ce qui concerne le cycle terminal - fermeture brève, ouverture brève mais concerne une période Tp moins longue, où il n'est pas besoin de pratiquer plusieurs chocs pneumatiques au cours de Tp. La ligne (e) enfin illustre un mode de fonctionnement où la période de prélèvement se termine par plusieurs cycles - fermeture brève, ouverture brève - deux ici. R E V E N D I C A T -I O N S 1. Dispositif de prélèvement de poussières dans une enceinte remplie de gaz, comportant une canne de prélèvement pénétrant, à une de ses extrémités dite embouchure, dans ladite enceinte et comportant, à l'autre extrémité de ladite canne, des moyens d'aspiratioqbes gaz chargés de poussières, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'obturation de ladite embouchure et des moyens de commande de ces moyens d'obturation, lesdits moyens d'obturation étant commandés de manière à se fermer pendant un temps bref au moins une fois au cours de chaque période de prélèvement, les moyens d'aspiration étant toujours en fonctionnement pendant ladite fermeture brève. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation sont en outre commandés de manière à s'ouvrir et à se fermer respectivement au début et à la fin de chaque période de prélèvement. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une fermeture brève desdits moyens d'obturation est située un peu avant la fin de chaque période de prélèvement, 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite fermeture brève est suivie d'une ouverture brève. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce *we la fin du cycle - fermeture brève, ouverture brève - correspond à la fin de la période de prélèvement. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que plusieurs cycles.- fermeture brève, ouverture brève - se succèdent avant la fin d'une période de prélèvement. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande desdits moyens d'obturation sont situés à l'extérieur de l'enceinte de prélèvement. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation comportent un clapetmobile (11) supporté par la canne qu'il équipe et dont le deplacement est commandé par lesdits moyens de commande. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comportent un organe moteur (16) commandant le déplacement dudit clapet (1.1) sur réception de signaux de commande d'un circuit de commande (17). 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit clapet (11) est maintenu dans une nacelle (12)- montée mobile sur la canne, ladite nacelle comportant des bords (13) suffisamment grands pour protéger ladite embouchure de la canne de prélèvement lorsque le clapet (11) ferme ladite embouchure et servir de déflecteur pour ladite embouchure.