Brevet FR2473349A1 — publié le 19810717

La présente invention se rapporte à un procédé pour séparer le liquide d'un mélange de gaz et de liquide, se déplaçant sous forme d'un jet dans une chambre sépara- trice dans laquelle le mélange est détourné, et le liquide est ainsi amené à se déposer sur la paroi de ladite cham- bre. L'invention porte aussi sur un séparateur pour la mise en oeuvre de ce procédé. Or connaît des canalisations sous pression pour le transport de gaz, d'o les liquides entraînés par le courant gazeux sous forme d'un fin brouillard ou de petites gouttelettes doivent être séparés, et on emploie à cet effet des séparateurs fonctionnant d'après le principe du cyclone ou le principe des chicanes ou parois de rebondis- sement. Dans les deux cas, le jet de gaz et de liquide est défléchi de sorte que le liquide est rejeté du jet de mélange. Dans le cas du séparateur à chicane, le jet entre à haute vitesse dans la chambre séparatrice et il est diri- gé sur une paroi sur laquelle se déposent les gouttelettes de liquide qui s'écoulent ensuite, en formant des gouttes plus grosses, dans un collecteur. Le gaz est défléchi par la paroi et conduit vers la sortie du séparateur. Dans la zone de la surface de rebondissement, la vitesse du jet est abaissée dans la mesure nécessaire pour qu'il se forme un écoulement laminaire, afin d'éviter l'entraînement des gouttes. Dans le cas du cyclone, le jet entrant dans le séparateur est défléchi et mis en mouvement rotatoire hé- licoidal, et le liquide est projeté sur la paroi sépara- trice réalisée sous forme tubulaire, et il s'écoule vers le bas dans le sens opposé au mouvement du jet, en formant des gouttes plus grandes. Le mouvement rotatoire du jet est obtenu, soit en faisant entrer le jet en tangente dans le séparateur, soit en le faisant entrer radialement et le conduisant ensuite à travers le séparateur à l'aide d'une roue directrice disposée à l'entrée de la chambre séparatrice et garnie d'aubes s'étendant en biais. Dans la chambre séparatrice du séparateur à chicane aussi bien que dans celle du séparateur cyclone, il doit régner une vitesse d'écoulement relativement fai- ble parce que la chambre toute entière est mouillée, et que le liquide ne s'écoule pratiquement que sous le seul effet de la gravité. Cela nécessite une forme de construction relativement volumineuse et chère, si bien que, même pour les jets relativement petits, le séparateur est si grand- qu'il ne répond pas aux règlements existant dans la plu- part des pays industriels concernant les essais d'homologa- tion des réservoirs sous pression. Cela rend plus difficile.. la fabrication et le stockage et occasionne des -frais sup- plémentaires; en outre, la construction volumineuse aug- mente les coûts pour le matériau, la fabrication et le mon-. tage. - la présente invention a-pour- but' de réaliser un procédé du type décrit ci-dessus, de telle façon que l'extraction du liquide du jet de mélange soit possible avec des séparateurs de dimensions plus réduites et d'un moindre encombrement. Selon l'invention ce but est atteint, du fait que le jet est défléchi dans la chambre séparatrice et qu'un jet partiel en est dérivé, qui sert à évacuer le liquide déposé sur la paroi. Par-suite, du fait que le liquide séparé est pour ainsi dire conduit et évacué par force, des vitesses élevées sont admissibles dans le séparateur, sans porter préjudice à l'effet séparateur. Pour mettre en oeuvre le -procédé conforme à l'invention, on se sert d'un séparateur-comportant un tube séparateur qui présente un orifice d'entrée. eét un orifice de sortie avec un dispositif de détournement, o une paroi séparatrice est disposée à l'intérieur du tube-séparateur de manière à délimiter conjointement avec la paroi interne du tube séparateur une fente annulaire-pour le passage du liquide extrait et du jet partiel vers un collecteur, relié par un tube de communication à la zone de-l'orifice de sortie. L'invention sera expliquée ci-dessous plus en dé- tail, en référence au dessin annexé qui en illustre deux exemples d'exécution et dans lequel: La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un séparateur destiné à être disposé verticalement et dont la sortie est dirigée vers le haut; La figure 2 est une représentation analogue du séparateur conforme à la figure 1, mais avec sortie laté- rale; La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une autre forme du séparateur pour disposition vertica- le, et La figure 4 est une vue en coupe longitudinale du séparateur conforme à la figure 3, mais pour disposition horizontale. Dans le séparateur conforme à la figure 1, le courant ou jet désigné par la flèche E, d'un mélange de gaz et de liquide entre par l'orifice d'entrée 1 dans un tube d'entrée 2, dont le diamètre est plus petit que celui de l'orifice 1. Le tube d'entrée 2 est courbé en un arc 3 vers le bas et s'étend coaxialement à un tube séparateur 4 qui constitue l'enveloppe du séparateur, et présente une tubu- lure 5 pour recevoir l'orifice d'entrée 1 du tube d'entrée 2. En face de l'issue 6 du tube d'entrée 2, une hotte en cloche 7 est disposée - aussi coaxialement - à l'intérieur du tube séparateur 4, dans des organes de support non représentés sur le dessin. Cette cloche 7 se compose d'une paroi séparatrice conique 8 et d'un cylindre creux 9 qui y fait suite. Le cylindre creux 9 délimite conjointement avec le tube séparateur 4, une fente 10 s'étendant dans le sens axial. La hotte 7 délimite une chambre collectrice 11, fermée en bas par un fond bombé 12 relié au tube séparateur 4. Par une bonde disposée dans le fond 12, le liquide s'ac- cumulant dans le collecteur 11 est évacué. Un tube ascendant 15 s'étend depuis le collecteur 11 coaxialement au tube séparateur 4 jusqu'à portée.d'un orifice de sortie 16 constituant la bouche d'échappement pour le jet de gaz débarrassé du liquide, désigné par la flèche A. Le séparateur qu'on vient de décrire est relié par sa tubulure 5 d'une manière non représentée sur le dessin - par exemple par une soudure ou un raccord à brides - à une conduite sous pression, de préférence disposée à la sortie d'un compresseur, tandis que la bouche d'échappement 16 est reliée d'une manière également non représentée à l'entrée, par exemple, d'une canalisation sous pression. A la bouche 6, voir figure 1, est disposée une pièce tubulaire 18 glissée sur le tube d'entrée 2, cette pièce 18 délimitant une fente 19 conjointement avec le tube d'entrée 2. Cette nièce 18 constitue conjointement avec la fente 19 un injecteur qui empêche la remontée de gouttes de liquide vers la bou- che d'échappement 16. Le séparateur conforme à la figure 1 sépare le li- quide contenu dans un mélange de gaz et de liquide de la façon décrite cidessous: Le jet E qui entre par l'orifice d'entrée 1 dans le tube d'entrée 2 est défléchi vers le bas, il est accéléré par suite du rétrécissement du tube d'entrée 2 et à.l'issue 6 de ce dernier, il est divisé en un jet principal I et un jet partiel II. Le jet principal I, sensiblement plus grand que le jet partiel II, est défléchi à la paroi séparatrice 8 et dirigé vers le haut en- direction de l'orifice de sortie 16, tandis que le jet partiel II entraîne le liquide séparé le long de la paroi séparatrice 8, à travers la fente 10, dans la chambre collectrice 11. Dans cette der- nière, la vitesse du jet partiel II est sensiblement rédui- te, grâce à la section relativement grande du tube sépara- teur 4, et il remonte sous forme d'un écoulement laminaire par le tube ascendant 15 dans la zone de l'orifice de sor- tie 16. Lors de l'impact du jet sur la paroi séparatrice conique 8 et de la déflexion du jet principal I, pratique- ment la totalité du liquide contenu dans le jet rentrant sous forme de brouillard ou de petites gouttelettes, est séparée en se déposant sur la paroi séparatrice 8 ou la paroi interne du tube séparateur 4, et par le jet partiel II, le liquide est continuellement entraîné et enlevé de la paroi séparatrice 8 et conduit dans la chambre collectrice 11. Le jet principal I par contre est détour- né vers la paroi séparatrice 8 et s'écoule par la chambre annulaire entourant le tube d'entrée 2 vers l'orifice d'échappement 16. Dans le séparateur qu'on vient de décrire, des gout- tes relativement grandes ne peuvent pas se former sur la paroi séparatrice 8, parce que le liquide est continuelle- ment évacué par le jet partiel II et qu'il est conduit à une vitesse relativement grande vers le bas dans la cham- bre collectrice 11. Le jet partiel II n'est pas capable d'entraîner vers le haut d'éventuelles particules deliqui- de du collecteur 11. Par suite de l'évacuation continuelle du liquide extrait, il se dépose sur la paroi séparatrice conique 8 seulement un mince film de liquide; le jet principal I, débarrassé du liquide, peut donc présenter une grande vitesse et une forte turbulence, sans danger d'entraîner des gouttes de liquide. Le séparateur peut, par conséquent, avoir un faible encombrement sans que la séparation n'en souffre. Selon la figure 2, la bouche d'échappement 16 et la bouche d'admission 1 sont disposées sur le pourtour du tube séparateur 4. Dans ce cas, le tube séparateur 4 est fermé par un couvercle 20 et l'extrémité supérieure du tuyau ascendant 15 est recourbée vers l'orifice de sortie 16. Ce dernier peut aussi être décalé par rapport à l'ori- fice d'entrée 1. Cela n'influe pas sur les conditions ré- -. : -.;: l : gnant dans la chambre de séparation. Il serait également possible de disposer le tuyau - ascendant 15 non pas coaxialement mais excentré. Dans le séparateur conforme à la figure 3, le jet - E entre par une tubulure d'entrée 21 et le jet A, débarrassé du liquide, en sort par une tubulure d'échappement 22. Le séparateur comporte un tube séparateur 23 avec des couver- cles supérieur 24 et inférieur 25. Dans le couvercle supé- ' - rieur 24, est fixée (par exemple par soudage) la tubulure d'échappement 22, et dans le couvercle inférieur 25 une tubulure de décharge 26 pour enlever le liquide extrait. Ooaxialement au tube séparateur 23, un tube intérieur. 27 est centré dans ce dernier, à l'aide de barrettes 28. La ' paroi intérieure 29 du tube 27 constitue la-paroi sépara- trice pour les gouttelettes de liquide qui se trouvent dans le jet E. La tubulure d'entrée 21 traverse une fente 30 délimitée par le tube séparateur 23 et le tube intérieur 27, et cette tubulure débouche dans la chambre intérieure cons- tituée par le tube intérieur 27, dont l'extrémité inférieure est ferméepar un fond bombé 32, qui présente cependant quelques ouvertures 33, à travers lesquelles le liquide qui s'accumule au fond 32 est-déchargé dans la fente 30. Le fond 32 constitue conjointement avec le tube séparateur 23 un collecteur 34, destiné à recevoir le liquide séparé qui se dépose sur la paroi interne 29 du tube intérieur 27. Le jet rentrant E est détourné dans le tube' intérieur 27 vers le haut et passe par une couronne directrice composée d'un certain nombre d'aubes 36 disposées en biais, et dans laquelle une rotation est imprimée au jet E, de sorte qu'il exécute un mouvement hélicoïdal vers la tubulure d'entrée 21. Le détournement du jet E et la production-du mouvement hélicoldal le long de la paroi interne' 29 amènent le liqui- - - de à se déposer sur cette dernière. Mais comme la vitesse du jet est grande, à cause des faibles dimensions du séparateur, A le liquide qui s'accumule sur la paroi interne 29 est déplacé en direction de la tubulure-de sortie 22, et il'est entraîné:- à l'extrémité supérieure du tube intérieur 27 dans la fente 30, par un jet partiel II dérivé du jet A et dont l'effet d'entraînement exercé sur le liquide fait que, malgré le petit diamètre du tube intérieur 27, la totalité du li- quide extrait atteint le collecteur 34. Le jet partiel qui parvient dans le collecteur 34 y es- ralenti et détourné et pendant ce mouvement, il rejette encore les gouttelettes de liquide qui peuvent y rester et les conduit par un tube de communication 37, fixé sur le fond 32, dans la chambre de séparation 38 proprement dite, dans la zone de la tubu- lure de sortie 22. Tout comme le séparateur conforme aux figures 1 et 2, le séparateur suivant la figure 3 est très efficace, malgré son faible encombrement et il permet une bonne extraction du liquide contenu dans le jet, comme cela est le cas pour les séparateurs volumineux à chicane ou cyclone. Le séparateur selon la figure 3 est utilisable pour le montage vertical et le séparateur selon la figure 4 pour le montage horizontal. Cependant leur réalisation est dans une large mesure identique et pour cette raison, les mêmes éléments de construction y sont désignés par les mêmes chiffres de référence et ils ne seront plus décrits ici. Le jet E entre par la tubulure d'entrée 21 dans le séparateur et cette tubulure est disposée dans son fond 32. Le tube intérieur 27 présente auprès de la tubulure de sortie 22 des barrettes de centrage 28 et dans la zone de la tubulure d'entrée 21 un élargissement 31 qui,lui, sépare la chambre intérieure, constituée par le tube intérieur 27, de la fente 30. Le collecteur 34 est disposé de sorte que son axe 39 est perpendiculaire à l'axe du tube intérieur 27 et du tube séparateur 23. Le jet partiel II qui est également formé dans ce cas, entraîne le liquide, qui s'est déposé à la paroi interne 29, dans le collecteur 34, o le jet par- tiel II cède le liquide qu'il contient et s'échappe à tra- vers le tube de communication 37 coudé à 900, dans la chambre de séparation proprement dite et s'y mélange avec le jet déshydraté A. le liquide qui se dépose sur la paroi interne 29 est déplacé, comme dans la forme de réalisation de l'invention selon la figure 1, par le jet vers la tubulu- re d'entrée 21 o le jet partiel II le fait entrer dans la fente 30 et le conduit dans le collecteur 34. Il incombe à la roue directrice 35 de détourner le jet E pour lui imprimer un mouvement hélicoïdal, comme c'est le cas pour la forme de réalisation selon la figure 3. Il serait possible de prévoir plusieurs tubulures d'entrée 1, 21 pour l'admission de plusieurs jets qui se- raient évacués après leur séchage à travers un ou plusieurs orifices de sortie. Par un dimensionnement approprié de la chambre de séparation et de la fente, on peut atteindre un rapport optimal entre les débits du jet A et du jet partiel II. C'est ainsi qu'on peut atteindre avec une construction de dimen- sions minimales et pour un degré de séparation comparable, une perte de pression comparable à celle des séparateurs volumineux connus. Les séparateurs décrits ci-dessus peuvent aussi- être employés pour séparer des particules de solides d'un jet de gaz ou de liquide. I. formation d'un jet partiel II, qui évacue la matière séparée, se fait aussi dans ces cas de la même manière. REVENDICATIONS 1. Procédé pour séparer le liquide d'un mélange de gaz et de liquide se déplaçant sous forme d'un jet (E) dans une chambre séparatrice dans laquelle le mélange est détourné et le liquide est ainsi amené à se déposer sur la paroi de ladite chambre, caractérisé en ce que le jet (E) est défléchi dans la chambre séparatrice et qu'un jet partiel (II) en est dérivé, qui sert à évacuer le liquide déposé sur la paroi (8). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jet partiel (II) est dérivé du jet rentrant (E) après la déflexion de ce dernier. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jet partiel (II) est réuni, en aval du point de détournement, au centre de la chambre de séparation, avec le jet principal. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide extrait se déplace dans la chambre séparatrice pour l'essentiel dans la même direction que le jet gazeux (I). 5. Séparateur pour la réalisation du procédé selon la revendication 1, comportant un tube séparateur (4) qui présente un orifice d'entrée (1) et un orifice de sortie (6) avec un dispositif de détournement, caractérisé en ce qu'une paroi séparatrice (8) est disposée à l'intérieur du tube séparateur (4) de manière à délimiter conjointement avec la paroi interne du tube séparateur (4) une fente annulaire (10) pour le passage du liquide extrait et du jet partiel (II) vers un collecteur (11) relié par un tube de communication (15) à la zone de l'orifice de sortie (16). 6. Séparateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi séparatrice est un tube intérieur (27) coaxial au tube séparateur (23). 7. Séparateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit tube de communication (15) est disposé coa- xialement 8. en ce que culaire à 9. en ce que paratrice (32). au tube intérieur (8). Séparateur selon la revendication 5, caractérisé le collecteur (34) présente un axe (39) perpendi- liaxe du tube séparateur (23). - Séparateur selon la revendication 5, caractérisé le tube intérieur (27) constituant la paroi sé- est fermé à l'égard du collecteur (34) par un fond 10. Séparateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi séparatrice (8) est conique et qu'elle est située en face de la bouche de sortie.(6) d'un-tube d'entrée (2), relié à l'orifice d'entrée (1) du séparateur. 11. Séparateur selon la revendication 10, caracté- risé en ce que la paroi séparatrice conique (8) se prolonge sous forme d'un cylindre creux (9).