Brevet FR2466762A1 — publié le 19810410

L'invention concerne un instrument de mesure de pression pour hautes températures. Dans de nombreuses applications industrielles, il est souhaitable de déterminer la pression de courants ou écoulements utilisés dans des procédés et ayant des tempéra- tures élevées. De tels courants peuvent avoir des températures très supérieures à celles pouvant être tolérées par la plupart des fluides à hautes températures, ce qui rend difficile la détermination de la pression de ces courants. De tels courants ou écoulements peuvent être constitués, par exemple, de sels en fusion, de métaux en fusion, etc. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique N0 2 881 617, NO 3 956 937, NO 3 986 399 et NI 3 999 435 décrivent des instruments de ce type. L'invention concerne un instrument efficace de mesure de pression pour hautes températures, destiné à de telles applications et comprenant un conduit qui porte un manomètre monté de manière à communiquer avec une première extrémité de ce conduit afin de pouvoir détecter la pression régnant dans ce dernier, un diaphragme étant placé en travers d'une seconde extrémité du conduit. Celui-ci est destiné à contenir un alliage métallique à bas point de fusion, placé dans le conduit au-dessus du diaphragme, afin de remplir le conduit jusqu'à un niveau intermédiaire entre les première et seconde extrémités dudit conduit, le tronçon de ce dernier situé au-dessus de l'alliage métallique étant rempli d'un fluide stable à la chaleur, afin que le manomètre communique avec le diaphragme pour permettre une mesure de la pression du fluide. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une coupe partielle d'une forme de réalisation de l'instrument de mesure de pression pour hautes températures selon l'invention. La figure représente l'instrument 10 de mesure de pression pour hautes températures selon l'invention. Cet instrument 10 comprend un conduit 22 qui est fixé au moyen dec brides 24 présentant des surfaces correspondantes 25 et fixées l'une à l'autre par des boulons 26. Les brides 24 comportent également des organes destinés à maintenir un diaphragme 30 en travers du conduit 22. Le diaphragme 30 est monté en place de manière étanche au moyen d'un joint 32. Les brides 24 font partie d'un raccord 14 en T qui est monté dans une conduite 12 parcourue par un écoulement de traitement à hautes températures, dont la pression doit être mesurée. Le raccord en T 14 présente un alésage 16 qui est avantageusement à peu près du même diamètre intérieur que le conduit 22. Un alliage métallique à bas point de fusion est placé à l'intérieur du conduit 22, au-dessus du diaphragme , jusqu'à un niveau 54. Un fluide stable à la chaleur est placé au-dessus du niveau 54 dans le conduit 22 afin de remplir à peu près totalement le tronçon restant de ce conduit 22 et un manomètre 44 qui est avantageusement du type à tube de Bourdon. Un purgeur représenté globalement en 36 est monté sur le conduit 22 au moyen d'un raccord en T 38 et il comporte un bouchon 40 représenté sous la forme d'une vis molletée et permettant l'écoulement de l'excédent de fluide de l'instrument 10 pendant l'opération de remplissage. Le conduit 22 est relié au manomètre 44 par un raccord convenable 42 ou autre. Un élément chauffant 50, représenté sous la forme d'un collier chauffant, est monté autour des brides 24 qui assument la fonction de dispositif de montage du diaphragme de manière que, pendant les opérations de mise en marche, ou, facultativement, pendant le fonctionnement normal, les brides 24 puissent être chauffées afin d'élever la température de l'alliage métallique à bas point de fusion contenu dans le conduit 22, ainsi que la matière contenue dans l'alésage 16. Il en résulte la liquéfaction de toute matière de traitement contenue dans l'alésage 16 pendant la mise en marche, ainsi que la liquéfaction de l'alliage métallique à bas point de fusion contenu dans le conduit 22. Le chauffage est réalisé au moyen de deux éléments chauffants 52 qui sont représentés comme étant positionnés à l'intérieur du collier chauffant 50. Des thermocouples 56 sont avantageu- sement mis en place-de manière à contrôler la température régnant dans les br0ides 24 ou dans 1 'alésage métallique contenu dans le conduit 22. Les thermocouples 56 sont représentés comme étant placés à l'intérieur des brides 24. Lorsqu'il doit être utilisé, l'instrument selon l'invention est d'abord dégraissé, en sortie de fabrication, afin d'être débarrassé des substances organiques qui peuvent être volatiles aux températures élevées sous lesquelles il est prévu d'utiliser cet instrument. Le diaphragme peut être facultativement soumis à une contrainte initiale, si cela est souhaitable, au moyen de plusieurs cycles de flexion. Le diaphragme est placé à l'intérieur des brides 24, puis le collier chauffant 50 est posé. L'alliage métallique à bas point de fusion est ensuite introduit à l'état fondu dans le conduit 22, au-dessus du diaphragme 30. Le tronçon restant du conduit 22 est ensuite rempli d'un fluide convenable résistant aux températures élevées, puis la température est augmentée jusqu'à une valeur sensiblement supérieure au point de fusion de l'alliage métallique. On laisse ensuite reposer l'ensemble formé par le diaphragme et le conduit pendant une durée suffisante pour que tous les gaz retenus dans le métal en fusion puissent s'échapper et que tous les autres hydrocarbures ou autres impuretés restantes, qui sont volatils, puissent être éliminés par vaporisation rapide. On remplit ensuite le manomètre 44 en l'obturant hermétiquement, puis en y faisant le vide, et ensuite en le remplissant du même fluide, résistant aux températures élevées, que celui utilisé pour remplir le tronçon supérieur du conduit 22. Le manomètre 44 est ensuite fixé sur l'extrémité supérieure du conduit 22 et l'ensemble est chauffé pendant que le fluide inutile s'écoule par le purgeur 36. Il est nécessaire que l'instrument, une fois assemblé, soit à peu près totalement rempli de liquide afin que les substances gazeuses soient éliminées. Ces substances peuvent provoquer un affaissement du diaphragme lors du refroidissement, des lectures erronées, etc. Des alliages métalliques convenables sont ceux qui ont des points de fusion inférieurs à environ 120cC. Certains alliages métalliques convenables sont décrits dans l'ouvrage "Chemical Engineers Handbook", John H. Perry Editor, 3ème édition, McGraw Hill Book Company, Inc., New York, Toronto et Londres, 1950, page 454. Certains de ces alliages métalliques à bas points de fusion comprennent l'alliage de Lippowitz, l'alliage de Woods, l'alliage de Darcet, l'alliage du type "Cliche Metal", l'alliage de Rose et la soudure au bismuth. L'alliage métallique à bas point de fusion tel qu'indiqué est placé dans le tronçon inférieur du conduit 22 et il est avantageusement en quantité suffisante pour remplir le conduit 22 jusqu'à un niveau assez haut pour que la longueur présentée par le conduit 22 au-dessus des brides 24 permette, entre la conduite 12 et le niveau 54, un refroidissement tel que le liquide stable à la chaleur soit utilisé à une température inférieure à sa température maximale de travail. Le liquide stable à la chaleur peut être choisi parmi diverses matières. _ Cependant, des résultats particulièrement souhaitables ont été obtenus avec des fluides aux silicones de la firme Dow Corning, restant stables jusqu'à des températures d'environ 3451C. La hauteur du niveau 54 peut évidemment varier entre des limites largement espacées. Il est souhaitable que le conduit 22 soit disposé à peu près verticalement, bien que des orientations autres que la verticale puissent convenir pourvu que la hauteur verticale soit suffisante pour maintenir l'alliage métallique à bas point de fusion dans le tronçon inférieur du conduit 22. Des matières convenant à la réalisation de l'instrument de mesure de pression pour hautes températures selon l'invention peuvent être aisément déterminées par l'homme de l'art et il n'est pas nécessaire de les mentionner en détail, bien que des résultats souhaitables soient obtenus, pour la mesure de la pression d'un écoulement à hautes températures de chlorure de zinc en fusion, au moyen d'un corps de diaphragme en alliage du type "Inconel 600", de 0,05 mm d'épaisseur, avec un joint réalisé dans le même alliage, le conduit étant constitué d'un tube d'acier inoxydable du type "316". Les raccords en T sont également réalisés dans cet acier inoxydable. Des résultats très souhaitables ont été obtenus avec un alliage de Woods ayant la composition nominale suivante 48,4 % de bismuth; 28,5 % de plomb; 12,9 % d'étain; et 12,9 % de cadmium. Des résultats souhaitables ont été obtenus avec le fluide aux silicones du type 'NI 704" de la firme Dow Corning dont la limite supérieure de température d'utilisation est d'environ 3450C. Bien que l'on ait indiqué précédemment que le refroidissement du conduit 22 est réalisé par variation de la hauteur du niveau 54, il est évident que d'autres techniques peuvent également être mises en oeuvre, par exemple l'utilisation d'ailettes montées sur le conduit 22, d'un échangeur de chaleur placé en contact avec le conduit 22, etc. De tels équipements ne sont pas considérés comme souhaitables, mais dans le cas o les différences de tempéra- tures entre la conduite 12 et le niveau 54 sont extrêmes, ils peuvent être nécessaires. L'instrument selon l'invention a été utilisé sur des conduites présentant une température s'élevant à environ 8150C, sans qu'il s'avère nécessaire d'élever le niveau 54 au-dessus d'environ 12,5 cm. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'instrument décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Instrument de mesure de pression sous hautes températures, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (22), un manomètre (44) communiquant avec une première extrémité du conduit de manière à pouvoir détecter la pression d'un fluide, des éléments (24) placés à proximité d'une seconde extrémité du conduit et destinés au montage d'un diaphragme (30), disposé dans ces éléments, le conduit étant conçu pour contenir un alliage métallique à bas point de fusion, placé dans ce conduit au-dessus du diaphragme, en quantité suffisante pour remplir ledit conduit jusqu'à un niveau (54) situé entre les première et seconde extrémités du conduit, ce dernier étant également destiné à contenir un fluide restant stable à des températures supérieures au point de fusion de l'alliage métallique, ce fluide remplissant à peu près totalement le tronçon du conduit situé audessus de l'alliage métallique, ainsi que le manomètre, un raccord (14) positionnant le diaphragme afin qu'il communique avec un courant de fluide à hautes températures pour pouvoir en détecter la pression. 2. Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément chauffant (50) est monté sur les éléments de montage du diaphragme afin de chauffer l'alliage métallique à bas point de fusion. 3. Instrument selon la revendication 2, cAactérisé en ce qu'un dispositif (56) de mesure de température est placé en communication avec les éléments de montage du diaphragme afin d'en détecter et déterminer la température, ainsi que celle de l'alliage métallique à bas point de fusion. 4. Instrument de mesure de pression sous hautes températures, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (22), un manomètre (44) monté de manière à communiquer avec une première extrémité du conduit pour détecter la pression d'un fluide, des éléments (24) placés à proximité d'une seconde extrémité du conduit et destinés au montage d'un diaphragme (30) qui est disposé à l'intérieur de ces éléments, un alliage métallique à bas point de fusion étant introduit dans le conduit, au-dessus du diaphragme, cet alliage métallique étant présent en quantité suffisante pour remplir ledit conduit jusqu'à un niveau (54) compris entre les première et seconde extrémités dudit conduit, un liquide stable à la chaleur étant placé au-dessus de l'alliage à bas point de fusion, à l'intérieur du conduit, ce liquide restant stable à des températures supérieures au point de fusion de l'alliage métallique et étant présent en quantité suffisante pour remplir à peu près totalement le tronçon du conduit situé au-dessus de l'alliage métallique et le manomètre. 5. Instrument selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un élément chauffant (50) est monté sur les éléments de montage du diaphragme afin de chauffer l'alliage métallique à bas point de fusion. 6. Instrument selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un dispositif (56) de détection de température est monté de manière à communiquer avec les éléments de montage du diaphragme pour en détecter et déterminer la température, ainsi que celle de l'alliage métallique à bas point de fusion. 7. Instrument selon la revendication 6, caractérisé en ce que le point de fusion de l'alliage métallique est inférieur à environ 120'C. 8. Instrument selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'alliage métallique à-bas point de fusion est choisi dans le groupe comprenant l'alliage de Lippowitz, l'alliage de Woods, l'alliage de Darcet, l'alliage du type "Cliche Metal", l'alliage de Rose et la soudure au bismuth. 9. Instrument selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'alliage métallique à bas point de fusion est un alliage de Woods. 10. Instrument selon la revendication 4, caractérisé en ce que le manomètre est un manomètre du type à tube de Bourdon.