Brevet FR2470632A1 — publié le 19810612

L'invention a trait à un perfectionnement des procédés et appareillages permettant de réaliser une disper- sion dans l'atmosphère de gaz de rejet sous la forme de mélanges de composition contrôlée et notamment de mélanges dans lesquels le pourcentage de gaz de rejet est inférieur à la limite inférieure d'explosivité (LIE). Divers dispositifs de dispersion des gaz dans l'atmosphère sont connus, ils sont proposés à la fois pour amener le gaz à la pression atmosphérique et pour le mélange à l'air dans des proportions telles que ce mélange ne soit pas explosif et ne soit pas considéré comme polluant. Les torches froides ou "vent" comportent des moyens de détente préalable pour amener le gaz à une pression peu supérieure à la pression atmosphérique. Ces torches froides doivent être construites avec les mêmes précautions que pour les torches chaudes car la mise à feu est possible à tout instant, ne serait-ce qu'à la suite d'actions météoriques telles que l'électricité statique ou la foudre. La construc- tion des torches froides est donc aussi coûteuse que celle des torches chaudes. De plus, de telles installations fonction- nant correctement, on peut toujours craindre que, pendant les périodes sans vent, des nuages explosifs ne se forment, créant une situation dangereuse pour de nombreuses plateformes marines, car ce dispositif est surtout utilisé en mer. Un autre type de disperseur a été décrit dans le brevet français n0 2.225. 200 de la demanderesse. Il est constitué par un conduit de mélange, généralement cylindrique et admettant un axe de symétrie, muni d'un injecteur coaxial relié à une source de gaz sous pression. Ces appareils peuvent être alimentés à la pression variable d'une enceinte à purger ou bien à la pression constante d'une conduite d'évacuation. Dans cet appareil, l'énergie cinétique du gaz sous pression est utilisée pour mettre en mouvement l'air nécessaire au mélange. Avec ou sans dispositif d'optimisation, avec un injecteur ou avec plusieurs injecteurs, l'emploi de ces dis- perseurs pose des problèmes d'encombrement lorsque les projets d'installation concernent des débits de plus en plus importants. La présente invention permet de pallier cette difficulté en éjectant le gaz par une duse à une pression supérieure à la pression de soufflage et inférieure à la pression d'allumage stable en présence d'une flamme, ces pressions de soufflage et d'allumage stable étant définies en fonction de la superficie de l'orifice de la duse. Le choix de la pression dans l'intervalle indiqué ci-dessus rend inutile l'emploi d'un conduit de mélange qui est l'élément le plus encombrant des disperseurs atmosphé- riques. Lorsque l'on éjecte un gaz à teneur élevée en méthane, 95 % et audelà, à une vitesse inférieure ou égale à la vitesse du son, la valeur de la pression minimale varie de quelques millibars à deux bars relatifs et la valeur de la pression maximale varie de plus de 90 bars à environ 12 bars relatifs, lorsque la superficie de l'orifice d'éjec- tion varie de quelques millimètres carrés à 300 millimètres carrés. Lorsque l'on éjecte le gaz à une vitesse supérieure à la vitesse du son, la valeur de la pression minimale varie de quelques millibars à 2,5 bars relatifs et la valeur de la pression maximale varie de plus de 150 bars à environ 20 bars relatifs lorsque la superficie de l'orifice d'éjection varie de quelques millimètres carrés à 300 millimètres carrés. Lorsque la pression du gaz combustible diminuant atteint une valeur proche de la pression minimale, on procède à une injection de gaz inerte (azote, gaz carbonique, etc.) pour provoquer une dilution du gaz telle que la composition du mélange gaz dilué - air dans le jet libre ainsi formé soit inférieure à celle de la limite inférieure d'inflammabilité, ou rendre momentanément le gaz incombustible, pour éteindre une flamme éventuelle par défaut d'alimentation. Pour les gaz à teneur en méthane inférieure à 95 % et selon la nature les proportions des autres constituants, des pressions minimales et maximales appropriées doivent être calculées. Un dispositif, selon l'invention, pour la dispersion de gaz combustible dans l'atmosphère est constitué par au moins une duse dont l'orifice a une superficie déterminée, cette duse prolongeant une conduite de section intérieure plus importante que la section de la duse, conduite sur laquelle est monté un moyen d'en faire varier la section, moyen dont la commande est reliée à un dispositif de contrôle de la pression d'éjection de la duse de telle sorte que cette pression soit maintenue entre une valeur minimale supérieure à la valeur de la pression de soufflage et une valeur maxi- male inférieure à la valeur de la pression d'allumage stable en présence d'une flamme, ces valeurs minimale et maximale de la pression d'éjection, mesurées immédiatement en amont de la duse, étant déterminées pour un gaz 'à composition déter- minée en fonction-de la superficie de l'orifice de la duse. Un dispositif de dispersion de gaz combustibles dans l'atmosphère, dans d'autres réalisations, est constitué par au moins une duse dont l'orifice a une section de superficie réglable, entre une valeur minimale et une valeur maximale, par un moyen de commande relié à un dispositif de contrôle de la pression d'éjection de la duse de telle sorte que cette pression soit maintenue entre une valeur minimale, supérieure à la valeur de la pression de soufflage, et une valeur maxi- male inférieure à la valeur de la pression d'allumage stable en présence d'une flamme, ces valeurs, minimale et maximale, de la pression d'éjection étant déterminées, pour un gaz de composition déterminée, en fonction de chaque valeur de la superficie de l'orifice de la duse. Un dispositif, s'il est constitué d'une pluralité de duses divergentes, chacune ayant un orifice de superficie S à laquelle correspond un diamètre d = 'V E4S1/T, avec un angle minimales entre les axes des duses voisines, est caractérisé en ce que D/d Än 80 et-, L'invention sera mieux comprise dans la description, donnée à titre non limitatif, des schémas de réalisation illustrés à l'aide des figures suivantes: - Fig. 1: Disperseur atmosphérique à une duse de diamètre fixe - Fig. 2: Disperseur atmosphérique à une duse de diamètre variable - Fig. 3: Disperseur atmosphérique à trois duses - Fig. 4: Diagramme Pression / section de duse. En se référant à la figure 1, on distingue une duse 1, de diamètre dl fixe, prolongeant une conduite verticale 2 de diamètre d2, reliée à une conduite horizontale d'alimen- tation 3. Le diamètre dl de la duse 1 est inférieur au dia- mètre d2 de la conduite 2. La conduite 3 est munie d'une vanne 4 dont le moyen de manoeuvre 5 est commandé par des impulsions venues d'un dispositif de contrôle 6. Ce dernier dispositif 6 est relié par un conducteur 7 à un détecteur de pression 8 placé dans la conduite 2, proche de la duse 1. Si la pression de la source d'alimentation est inférieure ou égale à la pression d'allumage stable, la vanne 4 devient sans objet. La figure 2 montre une duse 1 de diamètre variable dl prolongeant une conduite verticale 2 de diamètre d2 reliée à un conduit horizontal d'alimentation 3. La duse 1 est reliée à un moyen de manoeuvre 5 lui- même commandé par des impulsions venues d'un dispositif de contrôle 6. Ce dernier dispositif 6 est relié par un conduc- teur 7 à un détecteur de pression 8 placé dans la conduite 2, proche de la duse 1. Le diamètre dl de la duse à diamètre variable est, en tous cas, inférieur au diamètre d2 de la conduite 2. La figure 3 donne le schéma en perspective d'un disperseur atmosphérique à trois duses. Chacune des duses, telle que 1 prolonge un conduit rectiligne 2 faisant avec chacun des conduits voisins un angleQ d'alimentation 10. Pour des raisons de commodité et parce que c'est le cas le plus général sur la figure 3, les trois conduits recti- lignes 2 sont représentés également inclinés par rapport à un axe vertical. Sur un tel disperseur atmosphérique selon l'inven- tion, les deux conditions suivantes sont remplies: D/d1 > 80 et " 20 La figure 4 est constituée par un diagramme sur papier bilogarithmique o sont reportées la pression en bars en ordonnéeset la superficie de l'orifice de la duse en mm2 en abscisses.Ce diagramme a été établi pour un gaz contenant % de méthane, 3 % d'éthane et le reste en homologues supérieurs et gaz inertes. Sur la figure 4, nous distinguons deux courbes: -une courbe en trait continu XX-X'X' dont la portion XX représente la pression de soufflage et la portion X'X' représente la pression d'allumage stable pour les duses à écoulement à vitesse au maximum égale à la vitesse du son, telles les duses cylindriques, une courbe en trait discontinu YY-Y'Y' dont la portion YY représente la pression de soufflage et la portion Y'Y' repré- sente la pression d'allumage stable pour une duse à écoule- ment supersonique, par exemple une duse à convergent diver- gent dite tuyère de LAVAL, telle que mentionnée au para- graphe 1,283 du fascicule J1442-13, chap. Mécanique des fluides par Georges Cohen de Lara, Tome Chimie et Génie Chimique I - Année 1965 - (Les Techniques de l'Ingénieur - 21 rue Cassette - Paris VIè). Les courbes AB-CD constituent une représentation des lieux des pressions minimale et maximale pour les vitesses d'écoulement inférieures à la vitesse du son. Les courbes A'B'-C'DI constituent une représenta- tion des pressions minimale et maximale pour les vitesses d'écoulement supérieures à la vitesse du son. Sur le même diagramme (fig. 4) ont été reportés des éléments de courbes figuratives de la pression d'éjection en fonction de la section de la duse pour des débits donnés (Q. 103 m3/j), ceci d'après la formule Q = k. S.P dans laquelle S est la section de la duse en mm2, P la pres- sion d'éjection en bar et k un coefficient caractéristique du gaz éjecté. Ce diagramme montre que le passage de la duse à écoulement sonique bloqué à la duse à écoulement supersonique s'accompagne d'une augmentation importante des performances de l'installation en ce qui concerne les débits maximaux admissibles. Pour des gaz contenant une teneur en méthane moins importante, telle que 85 %, le complément étant principale- ment constitué de gaz inertes tels que l'azote ou le C02 avec quelques pour cent d'homologues supérieurs, on obtiendra un diagramme analogue à celui de la figure 4 avec un élargisse- ment vers le haut et vers le bas de la zone de non inflamma- tion. Ce phénomène s'amplifie encore lorsque la teneur en gaz inerte s'accroit. La LIE du méthane pur étant de 5 %, pour des mélanges de méthane et de gaz inerte, la LIE croît lorsque la teneur en gaz inerte augmente. Cette LIE peut croître jusqu'à ce que l'on observe l'incombustibilité du mélange lorsque la teneur en gaz inerte approche de 50 %. Pour des gaz contenant des proportions importantes d'homologues supérieurs, la zone de non inflammation se réduit considérablement, la courbe représentative de la pression de soufflage étant déplacée dans le sens de l'augmen- tation de la pression. REVENDICATIONS 1 - Procédé de dispersion de gaz combustibles dans l'atmos- phère dans lequel on éjecte ce gaz par au moins un orifice de superficie déterminée, à une pression supérieure à une pression minimale elle-même supérieure à la pression de soufflage et inférieure à une pression maximale elle- même inférieure à la pression d'allumage stable en présence d'une flamme, ces pressions minimale et maximale étant définies en fonction de la superficie de l'orifice d'éjection. 2 - Procédé selon la revendication i dans lequel la valeur de la pression minimale varie de quelques millibars à deux bars relatifs et la valeur de la pression maximale varie de 90 bars à environ 12 bars relatifs, lorsque la super- ficie de l'orifice d'éjection varie de quelques milli- mètres carrés à 600 millimètres carrés. 3 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel la valeur de la pression minimale varie de quelques millibars à 2,5 bars relatifs et la valeur de la pression maximale varie de 150 bars à environ 20 bars relatifs lorsque la super- ficie de l'orifice d'éjection varie de quelques milli- mètres carrés à 300 millimètres carrés. 4 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel la valeur de la pression du gaz combustible diminuant et arrivant proche de la valeur de la pression minimale, on procède à une injection de gaz inerte telle que la composition du gaz dilué conduise à un mélange dans l'air en dessous de la limite inférieure d'inflammabilité, ceci jusqu'à ce que la pression du gaz combustible soit devenue inférieure à la pression de soufflage. - Procédé selon la revendication 1 dans lequel la valeur de la pression du gaz combustible diminuant et arrivant proche de la valeur de la pression minimale, on procède à une injection de gaz inerte pour rendre le gaz incom- bustible. 6 Dispositif de dispersion de gaz combustible dans l'atmos- phère constitué par au moins une duse dont l'orifice a une superficie déterminée, cette duse prolongeant une conduite sur laquelle une conduite de section intérieure plus importante que la section de la duse, conduite sur laquelle est monté un moyen d'en faire varier la section, moyen dont la commande est reliée à un dispositif de contrôle de la pression d'éjection de la duse de telle sorte que cette pression soit maintenue entre une valeur minimale supérieure à la valeur de la pression de souf- flage et une valeur maximale inférieure à la valeur de la pression d'allumage stable en présence d'une flamme, ces valeurs minimale et maximale de la pression d'éjection étant déterminées pour un gaz de composition déterminée en fonction de la superficie de l'orifice de la duse. 7 - Dispositif de dispersion de gaz combustibles dans l'atmos- phère constitué par au moins une duse dont l'orifice a une section de superficie réglable, entre une valeur minimale et une valeur maximale, par un moyen de commande relié à un dispositif de contrôle de la pression d'éjec- tion de la duse de telle sorte que cette pression soit maintenue entre une valeur minimale, supérieure à la valeur de la pression de soufflage, et une valeur maxi- male, inférieure à la valeur de la pression d'allumage stable en présence d'une flamme, ces valeurs minimale et maximale de la pression d'éjection étant déterminées, pour un gaz de composition déterminée, en fonction de chaque valeur de la superficie de l'orifice de la duse. 8 - Dispositif selon une des revendications 5 ou 6, constitué par une pluralité de duses divergentes dont les orifices ont une superficie S à laquelle correspond un diamètre d = \ 4S/1--T-, avec un angle minimal c duses voisines, caractérisé en ce que D/d D-80 et o