Brevet FR2328962A1 — publié le 19770520

La présente invention concerne des dispositifs pour l'analyse d'échantillons d'eau d'alimentation et de condensat des installations énergétiques. Elle peut autre appliquée avec le plus grand succès pour déterminer la teneur en ammoniac et en sels du fluide moteur des centrales thermiques et atomiques. La durée de service et le fonctionnement sans accidents des puissantes installations énergétiques modernes sont dans une grande mesure déterminés par deux caractéristiques essentielles du fluide moteur : par une teneur minimale en impuretés non-volatiles d'ions, en "sels", et par le maintien d'une concentration optimale de L'ammoniac dans l'eau qui remplit le rtle d'un agent correcteur. L'augmentation de la teneur en sels a pour résultat une baisse de 18 qualité de l'eau d'alimentation et des courants du condensat, ce qui réduit la sécurité de fonctionnement et peut imposer un suret avant terme de l'installation en vue d'un nettoyage chimique aussi bien du générateur de vapeur que de la turbine. Une non observance de la dose optimale d' ammoniac dans l'eau d'alimentation conduit inévitablement b une augmentation de l'intensité de la corrosion des éléments de l'installation énergétique, fabriqués à partir d'acier au carbone ou de laiton, ce qui est, b son tour, la cause de la formation et de l'accumulation des dépits de base des produits de corrosion dans les tubes générateurs de vapeur de la chaudière et dans la turbins. On connatt un dispositif pour analyse des échantillons de condensats enrichis en sels, décrit par exemple dans le brevet d'invention de la Grande Bretagne NO 1188056 G Cin 27/00. Ledit dispositif permet de déterminer automatiquement la teneur en sels dcun échantillon dégazé et concentré. Le dispositii indiqiaé comprend une colonne de pression qui assure une pression stable dans un concentrateur et l'évacuation de l'excédent d'échantillon prélevé. La colonne de pression est mise en comrunication avec un concentrateur qui est constitué par quatre évaporateurs branchés en série. Dans chaque évaporateur il y a un réchauffeur tubulaire et une rondelle d'étranglement servant à limiter la consommation du concentrat d'évaporation. Tous les évaporateurs sont reliés à un condenseur commun où se condense la vapeur produite dans les évaporateurs du concentrateur. Un transmetteur de conductibilité électrique de l'échantillon concentré possède deux électrodes en acier inoxydable et est installé à la sortie du quatrième évaporateur. L'échantillon après avoir parcouru le transmetteur arrive à travers un dispositif de verrouillage hydraulique dans encore un évaporateur comportant une rondelle d'étranglement située à la sortie vapeur de cet évaporateur. Cet évaporateur est destiné à réaliser une concentration par évaporation de l'échantillon concentré issu du transmetteur et est raccordé, par la phase vapeur, au condenseur. Sur le transmetteur est branché, par l'intermédiaire de bornes, un enregistreur de teneur en sels avec une échelle graduée. Le dispositif de verrouillage hydraulique assure un fonctionnement stable du transmetteur.Une soupape montée dans la partie inférieure du dispositif de verrouillage hydraulique permet de prélever de temps à autre des échantillons concentrés pour l'analyse chimique. Un étrangleur multiétagé à rondelles, monté en amont de la colonne de pression, sert à limier la consommation de l'échantillon amené au dispositif et à réduire la pression de échantillon Jusqu'd la pression atmosphérique. Un autre étrangleur à rondelles est destiné i évacuer le condensat de la vapeur de chauffage avec un échappement négligeable de vapeur. Des réfrigérants sont destinés à refroidir l'échantillon allant au dispositif et la vapeur de chauffage provenant des réchauffeurs. Une purge périodique du dernier évaporateur se fait à travers une vanne. Le principe de fonctionnement de ce dispositif consiste en ce que, dans l'échantillon parcourant le concentrateur, il se produit une augmentation progressive de la concentration des sels et une diminution de la teneur en compostant gazeux. Ainsi, le transmetteur de conductibilité électrique est baigné par l'échantillon concentré ne contenant en principe que des sels, ce qui permet de réaliser un contrôle continu automatique de la teneur en sels de l'eau d'alimentation et du condensat des installations énergétiques. L'inconvénient de ce dispositif est qu'il ne permet pas de déterminer la concentration de l'agent correcteur(de l'ammoniac) présent dans les échantillons d'eau d'alimentation et de condensat. En mime temps, comme il a été signalé ci-dessus, la mesure continue et automatique de la concentration d'ammoniac, dans l'eau d'alimentation et dans le condensat présente un grand intérêt pratique pour l'énergétique thermique et atomique. L'amenée d'ammoniac dans l'eau d'alimentation demande un dosage minutieux pour maintenir une valeur optimale du pH, valeur à laquelle l'intensité de corrosion des éléments en acier et de ceux contenant du cuivre, constituant les circuits des centrales thermique et atomique, devient minimale. Dans le cas des centrales thermiques utilisant le condensat et des centrales atomiques équipées de piles refroidies et ralenties par l'eau, les teneurs en sels et en ammoniac de l'eau d'alimentation et du condensat sont dans un rapport moyen compris entre ,5/10 et 1/10. Il s'ensuit qu'il est possible de mesurer la concentration d'ammoniac suivant la valeur de la conductibilité électrique totale de l'échantillon d'eau d'alimentation ou de condensat. Il est connu que la conductibilité électrique totale peut être déterminée à l'aide de dispositifs spéciaux appelés conductimètres, dans lesquels un échantillon, après refroidissement, arrive dans le transmetteur de conductibilité électrique. L'inconvBnientde ces dispositifs réside dans le fait que les données obtenues sur la concentration d'ammoniac sont peu sûres à cause de la présenee, dans l'échantillon en cours d'analyse, du gaz carbonique qui exerce lui aussi une influence sur la conductibilité électrique totale. Un autre inconvénient des conductimètres réside dans le fait qu'il est nécessaire d'introduire des corrections en fonction de la température de l'échantillon t à cet effet on utilise des dispositifs spéciaux appelés compensateurs thermiques. L'invention est destinée à résoudre le problème de la création d'un dispositif pour l'analyse des échantillons d'eau d'alimentation et de condensat des installations énergétiques qui permettrait de déterminer au moyen d'un seul échantillon à la fois la concentration d'ammoniac et celle des sels. Be problème est résolu du fait que dans un dispositif pour l'analyse des échantillons d'eau d'alimentation et de condensat des installations énergétiques, contenant une colonne de pression mise en communication avec un concentrateur, qui assure l'obtention, à sa sortie, d'un échantillon concentré avec une teneur minimale en composant gazeux, et constitué par plusieurs évaporateurs branchés en série suivant le trajet du liquide à analyser, dont chacun est équipé de rondelles d'étranglement pour l'évacuation du mélange gaz-vapeur, et par un transmetteur de conductibilité électrique de 1' échantillon concentré, selon l'invention l'étrangleur du premier évaporateur suivant le trajet de 1' échantillon à analyser possède un orifice de passage plus petit que ceux des autres étages d'évaporation, de sorte qu'on maintient dans l'évaporateur du premier étage un niveau de liquide inférieur et, par conséquent, il se produit une quantité de vapeur inférieure, suffisante pour chauffer le liquide jusqu'd la température 8'ébullition et pour son dégazage partiel ; entre le premier évaporateur et l'évaporateur suivant est aussi monté, dans le courant de phase liquide, un transmetteur de cenductibilité électrique, grâce à quoi le dispositif permet de mesurer simultanément la teneur en sels et en ammoniac de l'échantillon. Les indications des deux transmetteurs sont affichées sur un appareil enregistreur secondaire commune Cette réalisation constructive donne la possibilité de déterminer dans un seul échantillon la concentration d*tmoniaQ et celle des sels. D'autres buts et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, d'un exemple concret mais non limitatif, illustré par le dessin unique annexé sur lequel est représenté le schéma du dispositif suivant l'invention. Un échantillon d'eau d'alimentation ou de condensat traverse, après avoir passé par une sonde de prélèvement d'échantillon de conception connue en soi (non représentée), un étrangleur multi & agé à rondelles 1, servant à limiter le débit de l'échantillon et à réduire sa pression Jusqu'à la pression atmosphérique, et un réfrigérant 2, et arrive ensuite dans une colonne de pression 3 qui assure une pression stable dans le concentrateur et une évacuation de l'excédent d'échantillon prélevé. La colonne de pression est exécutée sous forme d'un tube vertical 4 dans lequel est monté un deuxième tube, qui est un tube d'évacuation 5 d'un diamètre inférieur. La sortie de la colonne est mise en communication avec un concentrateur constitué par quatre évaporateurs 6 communiquant en série entre eux et se présentant sous forme de tubes verticaux cylindriques. Chaque évaporateur est équipé d'un réchauffeur tubulaire 7 et d'une rondelle d'étranglement 8 montée dans sa partie supérieure. Le diamètre de l'orifice de passage de la rondelle 8 dans le premier évaporateur suivant le trajet du liquide à analyser, est légèrement inférieur à celui des rondelles des autres évaporateurs ; dans ce cas, on obtient dans cet évaporateur une hauteur du niveau de phase liquide à laquelle il se produit principalement un dégagement de gaz carbonique seulement.Pour assurer cette condition de dégazage, le diamètre de l'orifice de passage de la rondelle 8 dans le premier évaporateur 6, suivant le trajet du liquide, est de 1,5 à 2 fois inférieur à celui des rondelles de passage des autres évaporateurs. Tous les évaporateurs 6 sont branchés sur un condenseur commun 9 où se condense la vapeur provenant des évaporateurs 6 du concentrateur. Il est inutile de décrire en détails le transmetteur 10 de la conductibilité électrique de l'échantillon partiellement dégazé, car ces transmetteurs sont largement connus et sont en vente. I1 est à noter seulement que ce transmetteur possède deux électrodes en acier inoxydable servant au branchement sur un enregistreur. Le transmetteur en question 10 est monté à la sortie du premier évaporateur 6 et est mis en communication avec ce dernier et avec l'evaporateur suivant de façon que l'échantillon sortant du premier évaporateur baigne les électrodes du transmetteur et se dirige ensuite vers le deuxième évaporateur.Un autre transmetteur 11 de la conductibilité électrique de ltéehantillon concentré est également muni de deux électrodes en acier inoxydable et est monté à la sortie de l'échantillon du quatrième évaporateur 6 du concentrateur. La sortie du transmetteur 11 est mise en communication, par l'intermédiaire d'un dispositif de verrouillage hydraulique 12, avec un évaporateur 13 muni d'une rondelle limitatrice d'étranglement 14 placée à la sortie de vapeur de l'évaporateur 13. L'évaporateur 13 est destiné à concentrer par évaporation l'échantillon concentré provenant du transmetteur 11, et il est connecté au condenseur 9. Sur les transmetteurs 10 et 11 est branché, à l'aide de bornes 15, un enregistreur 16 à deux échelles, dont l'une indique la teneur en ammoniac, et l'autre la teneur en sels.Le dispositif de verrouillage hydraulique 12 assure un fonctionnement fiable du transmetteur 11. Une soupape 17 du dispositif de verrouillage hydraulique permet de prélever périodiquement un échantillon concentré pour l'analyse chimique. Un étrangleur à rondelles 18 est destiné à évacuer le condensat de la vapeur de chauffage avec un échappement négligeable de la vapeur. Un réfrigérant 19 sert à refroidir le condensat de la vapeur de chauffage provenant des réchauffeurs 7. Une purge périodique de l'évaporateur 13 s'effectue à travers une vanne 20. Le principe de fonctionnement du dispositif proposé consiste en ce qui suit. L'échantillon d'eau d'alimentation ou de condensat parcourt l'étrangleur multiétagé à rondelles 1, le réfrigérant 2 et arrive dans la colonne de pression 3 qui assure une pression stable dans les évaporateurs 6 et 13 et une évacuation dans la ligne de récupération (ou d'utilisation) de l'excédent d'échantillon prélevé (comme indiqué par la flèche A). Après la colonne de pression 3, l'échantillon passe sous une pression et avec un débit déterminés par une série d'évaporateurs 6où il est successivement concentré par évaporation. La vapeur secondaire (concentré d'évaporation) de chaque évaporateur 6 et 13, après avoir passé par les rondelles d'étranglement 8 et 14 correspondantes, arrive dans le condenseur commun 9 fonctionnant sous la pression atmosphérique où elle se condense ou s'écoule dans le système de récupération (ou d'utilisation) du condensat (comme indiqué par la floche B). L'orifice de passage de la rondelle d'étranglement 8 du premier évaporateur 6 possède, comme déjà mentionné ci-dessus, un diamètre de 1,5 à 2 feis gluss petit que celui des autres étages d'évaporation. C'est pourquoi dans le premier étage d' évaporation est maintenu un niveau de liquide inférieur et est produite une quantité de vapeur plus petite que dans les autres évaporateurs. La capacité, de production de vapeur du premier évaporateur est réglée à une valeur suffisante pour chauffer le liquide jusqu'd une température de saturation et pour son dégazage partiel. En outre, comme l'a montré une vérification expErimen- tale, des deux composants gazeux contenus dans l'échantillon, c' eat-L-dire l'ammoniac et le gaz carbonique, dans le premier évaporateur ne se dégage en principe que le gaz carbonique dont la dissolubilité est mauvaise par rapport à celle de l'ammoniac (approximativement de 1000 fois en rapports volumiques) et une partie très faible de l'ammoniac. Ainsi, l'échantillon de liquide à la sortie du premier évaporateur ne contient que la composante sel et l'ammoniac, le rapport de leurs concentrations correspondant pratiquement à celui de 1' échantillon initial, dans lequel la concentration d'ammoniac dépasse de plusieurs fois la concentration des sels (plus que de îoe fois).Il s' ensuit que le signal fourni par le transmetteur 10 de conductibilité électrique caractérise avec une grande précision la teneur en ammoniac de l'échantillon. Après le premier des évaporateurs 6, l'échantillon libéré du gaz carbonique arrive, à une température stable, proche de la température de saturation, dans le transmetteur 10 de la conductibilité électrique de l'échantillon non concentre', et puis dans les évaporateurs suivants. Ainsi, le signal aux bornes 15 du transmetteur 10 caractérise la teneur en ammoniac de l'dchantillon. Ce signal attaque l'enregistreur. A partir du quatrième et du seizième évaporsteur 6 l'échantillon concentré plusieurs fois par évaporation et profondément dégazé arrive au transmetteur 11 de la conductibilité électrique de l'échantillon concentré ; ensuite à travers le dispositif de verrouillage hydraulique 12, il se dirige vers le dernier évaporateur 13 pour être définitivement concentré par évaporation. La concentration de l'échantillon par évaporation est effectuée par les réchauffeurs 7 à chauffage intérieur par vapeur. Le milieu de chauffage est une vapeur saturée de basse pression qui est amenée aux évaporateurs 6 et 13 (suivant la flèche C). les surfaces de chauffage des évaporateurs 6 et 13 possèdent une réserve qui leur permet de fonctionner sous différentes pressions de la vapeur de chauffage. Le condensat de la vapeur de chauffage, formé à l'intérieur des réchauffeurs, est évacué à travers 1' étrangleur à rondelles 18 dans le réfrigérant 19 et ensuite dans le système de récupération ou d'utilisation (suivant la flèche D). La multiplicité K de la concentration par évaporation de l'échantillon passant par le transmetteur 11 est égal au rapport du débit G de 1' échantillon amené à la concentration par évaporation au rendement g de l'évaporateur 13 K = G = F g f où F est la surface totale des orifices de toutes les rondelles 8 et 14 f est la surface de l'orifice de la rondelle 14 de l'évaporateur 13. La simplicité de cette fonction est due au fait que les différences des pressions et l'état de la vapeur de chauffage pour toutes les rondelles 8 et 14 sont maintenus égaux. La pression en amont des rondelles d'étranglement 8 et 14 est égale à la pression créée par la colonne de pression 3, et la pression en aval des rondelles 8 et 14, à la pression atmosphérique. Dans le cas où la pression baisse dans l'un des évaporateurs 6 et 13, l'arrivée dans celui-ci de l'échantillon à concentrer par évaporation augmente et l'intensité de l'échange de chaleur s'accroft, tandis que la capacité d'évaporation et la pression dans cet étage commencent à s' élever et atteignent les valeurs normales. En cas d'élévation de la pression dans l'un des évaporateurs 6 et 13 au-dessus de la norme, il se produit un processus inverse. Dans l'évaporateur 13 se produit une concentration définitive par évaporation de l'échantillon prélevé. Dans cet échantillon la concentration des sels dissous s'secroît d'une manière continue et peut atteindre des valeurs auxquelles ils commencent à se déposer. Pour éviter ce > énomène, l'évaporateur 13 est équipé d'une vanne 20 pour des purges périodiques. Une mesure continue de la concentration d'ammoniac et de la teneur en sels est réalise grâce à l'emploi de l'appareil enregistreur 16 qui possède deux échelles graduées ; l'une en unités de concentration d'ammoniac, et l'autre, en unités de teneur en sels, respectivement. L'échelle du salinomètre est graduée en partant des données de calcul, tandis que l'échelle de l'enregistreur indiquant la concentration de l'ammoniac est graduée suivant les résultats des analyses chimiques. Les blocs énergétiques chaudière-turbine équipées des dispositifs proposés assurent une économie annuelle importante qui est constituée par le prix de l'échantillon économisé et par les dépenses pour la fabrication de deux différents analyseurs chimiques pour sels et ammoniac, qui deviennent inutiles. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple, en particulier elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutés suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'analyse d'échantillons d'eau d'alimentation et de condensat des installations énergétiques du type contenant une colonne de pression communiquant avec un concentrateur permettant d'obtenir à sa sortie un échantillon avec une teneur minimale en composant gazeux et constitué par plusieurs évaporateurs communiquant entre eux en série suivant le trajet de la phase liquide de l'échantillon et à la sortie de mélange gaz-vapeur de chacun desquels est monté un étrangleur, tandis qu'à la sortie du concentrateur de I'échantillon concentré est monté un transmetteur de conductibilité électrique, caractérisé en ce que l'étrangleur de l'évaporateur venant en premier sur le trajet de l'échantillon à analyser possède un orifice de passage du mélange gaz-vapeur plus petit que les orifices des étrangleurs des autres évaporateurs et sa dimension est telle qu'elle assure une hauteur de niveau de la phase liquide à laquelle il se produit seulement un dégagement du gaz carbonique, en ce que entre le premier évaporateur et l'évaporateur suivant, est également monté un transmetteur de conductibilité électrique, dont le signal de sortie est proportionnel à la teneur en ammoniac de la phase liquide, ce qui permet au dispositif de mesurer simultanément la teneur en sels et en ammoniac au cours de l'analyse continue de l'échantillon. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étrangleur à la sortie du mélange gaz-vapeur du premier évaporateur suivant le trajet de l'échantillon à analyser, est de 1,5 à 2 fois plus petit que les orifices des étrangleurs des autres évaporateurs. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux transmetteurs de conductibilité électrique sont branchés sur un enregistreur commun.