Brevet FR2508169A1 — publié le 19821224

La présente invention concerne un procédé et un appareil de mesure de la vitesse de corrosion, plus pré- cisément destiné à la mesure de la vitesse de corrosion d'une surface de transfert ou d'échange de chaleur. Les techniques actuellement utilisées pour la mesure de la corrosion comportent notamment des procédés ne provoquant pas un transfert de chaleur, par exemple met- tant en oeuvre des échantillons circulaires ou en forme de bande ou des embouts, ou assurant une mesure d'une varia- tion de résistance d'un mince fil métallique ou d'une mince bande, et des procédés assurant un transfert de chaleur, mettant en oeuvre des échangeurs d'essai à un ou plusieurs tubes Dans lesprocédés n'assurant pas de transfert de chaleur, les conditions véritables de fonctionnement ne sont pas reproduites alors que, dans les procédés avec transfert de chaleur, l'effet de la vitesse réelle et/ou des tempéra- tures superficielles réelles est rarement identique, indépen- damment du problème posé par des mesures pondérales précises. Les demandes de brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 202 351 et NI 202 352 décrivent des procédés et des ap- pareils de détermination des caractéristiques d'encrassement par des fluides L'encrassement est un phénomène extrêmement complexe D'un point de vue fondamental, on peut le caracté- riser comme un problème posé en combinaison par l'énergie cinétique, la chaleur et le transfert massique Dans de nom- breux cas, il met en oeuvre des réactions chimiques pré- sentant une cinétique variable ainsi que des caractéristiques de solubilité dessel dans de l'eau et toute une technologie de la corrosion On a déterminé que, si la tendance à l'encras- sement par l'eau de refroidissement pouvait être prédite avec précision avant la conception et la construction d'une usine on pourrait facilement obtenir des économies importantes sur les investissements, par détermination plus précise des échangeurs de chaleur. Ces demandes de brevets décrivent la mise en oeuvre d'un ensemble de vérification de transfert de chaleur comprenant un organe destiné à transmettre une quantité ré- glée de chaleur et des thermocouples destinés à mesurer des températures de paroi de l'organe de chauffage afin que l'encrassement puisse être déterminé à divers débits avec contrôle et enregistrement simultané de données notamment portant sur la corrosion, le p H, la conductivité et analogues La mesure de la corrosion est réalisée à l'aide d'un corrélateur dans lequel un courant circulant dans un liquide conducteur de l'électricité est mesuré, pour une certaine chute de tension. D'autres procédés d'évaluation de la corrosion comprennent ( 1) la mesure de la profondeur des piqûres en fonction du temps, et ( 2) l'interprétation visuelle du pour- centage de surface corrodée Ces procédés d'évaluation de la corrosion utilisés jusqu'à présent ne permettent pas en réalité une mesure de la corrosion ou de la vitesse de cor- rosion pour des valeurs contr 8 lées descoefficients de transmission de chaleur par le film d'eau en fonction de l'effet de cisaillement provoqué par la vitesse, et de la température superficielle qui varie en fonction d'un flux de chaleur réglé avec précision. L'invention concerne un procédé et un appareil de mesure de la vitesse de corrosion par un fluide d'une sur- face de transfert de chaleur Elle concerne aussi un procédé et un appareil qui peuvent être facilement mis en oeuvre par installation d'un échangeur de chaleur permet- tant la mesure in situ de la vitesse de corrosion d'une surface de transfert de chaleur par un fluide d'échange de chaleur. Elle concerne aussi un procédé et un appareil permettant le montage facile d'un échangeur de chaleur as- surant une mesure in situ de la vitesse de corrosion d'une surface de transfert de chaleur par un fluide d'échange de chaleur. Plus précisément, l'invention concerne un en- semble d'essai d'encrassement et de corrosion qui comporte un tube métallique ayant un élément de chauffage enrobé dans une matière conductrice de la chaleur et destiné à assurer une transmission réglée de chaleur, en présence d'un thermocouple qui mesure la température de la paroi du tube et d'un manchon métallique placé autour d'une partie prédéterminée du tube métallique, l'ensemble d'essai de corrosion et d'encrassement étant placé dans un conduit ayant des vannes permettant la transmission d'un fluide, si bien que la vitesse de corrosion peut être déterminée d'après la perte de poids du manchon métallique, pour une transmission donnée de chaleur, des conditions déterminées de température et des débits de fluide fixés pendant une période prédéterminée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de mise en oeuvre et en se référant au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un ensemble selon l'invention la figure 2 est une coupe agrandie d'une partie de l'appareil de la figure 1 selon l'invention la figure 3 est une coupe agrandie d'un autre mode de réalisation de l'invention; et la figure 4 est une perspective schématique représentant les connexions de tuyauteries lors de la mise en oeuvre de l'appareil selon l'invention. Les figures 1 et 2 représentent un module d'es- sai portant la référence générale 10 et comprenant un en- semble d'essai d'encrassement et de corrosion portant la référence 12, placé coaxialement dans un conduit 14 formant un passage annulaire 16 de circulation de fluide L'ensemble 12 d'essai d'encrassement et de corrosion comporte un organe 18 de chauffage de forme cylindrique sur lequel est plat- un manchon 20 d'essai de corrosion de forme cylindrique. L'intérieur de l'organe de chauffage 18 comporte un élément 22 de chauffage ayant une résistance élevée et enrobé dans une matière isolante 24 telle que l'oxyde de magnésium, au moins un thermocouple 26 étant aussi enrobé dans l'organe de chauffage 18 afin qu'il détecte la température de la paroi. Le conduit 14 est de préférence formé d'une matière transparente convenable, par exemple de verre, per- mettant l'observation visuelle de la circulation du fluide ainsi que la formation de tartre ou de dépôts (non repré- sentés) autour de la surface de l'organe de chauffage 18. Ce dernier est formé d'une matière métallique telle que l'acier inoxydable, le cuivre, le titane, l'acier doux, le métal Amirauté ou analogues, suivant par exemple la ma- tière constituant les tubes d'un échangeur de chaleur à évaluer, le fluide utilisé pour la circulation dans le module 10 ou d'une matière métallique analogue à celle qui est utilisée dans l'ensemble dans lequel le fluide utilisé doit circuler On utilise en général de l'acier inoxydable dans les applications normales mettant en oeuvre de l'eau de refroidissement, et le métal Amirauté pour les applica- tions à l'eau de mer et à l'eau saumâtre. Le manchon 20 d'essai de corrosion qui a une forme cylindrique est constitué de façon générale d'une manière analogue à celle de l'organe 18 de chauffage afin qu'il reproduise la matière réelle de l'ensemble de transfert de chaleur, et élimine l'effet de corrosion dû à des métaux différents Le manchon 20 a une épaisseur minimale afin que la résistance à la transmission de la chaleur soit minimale et permette cependant une corrosion élevée par piqûres, l'épaisseur étant d'au moins environ 0,76 mm Une partie -an- térieure 28 de la surface du manchon est usinée jusqu'à un bord antérieur 30 dont l'épaisseur est inférieure à 0,38 mm environ afin que l'effet des tourbillons sur la surface du manchon 20 soit minimal, mais supérieur à 0,25 mm. Le manchon 20 d'essai est de préférence placé sur l'organe 18 de chauffage, par exemple par soudage par points ou à l'argent, de manière qu'un bord postérieur 34 corresponde à la partie terminale de la matière isolante 24 et réduise ainsi la perturbation du film d'eau à l'endroit du thermocouple Dans une variante, le manchon d'essai 20 peut être placé sur l'organe 18 de chauffage et maintenu en place par des joints toriques d'une matière élastique 36 placés dans des gorges 38 formées dans l'organe 18 de chauf- fage, comme indiqué sur la figure 3 Le manchon 20 est ajusté étroitement, par exemple emmanché à force sur l'organe 18 de chauffage, afin qu'il existe un contact intime entre les deux organes avec réduction au minimum de la résistance à la transmission de chaleur due au piégeage d'air, si bien que les températures superficielles sont simulées. La vitesse de corrosion par un fluide est éva- luée d'après la perte en poids du manchon 20, présentée pen- dant la circulation du fluide dans le module 10 d'essai avec des débits contrôlés et pour une quantité contrôlée de chaleur provenant de l'élément 18 de chauffage, par unité de temps, comme décrit plus en détail dans la suite du présent mémoire. Le module 10 d'essai est placé dans un ensemble comporenant des tubes comme indiqué sur la figure 4, et ayant des débitmètres 42 et 44, un rotamètre 46 et une soupape 48 de réglage de débit -L'ensemble 40 a un conduit d'entrée, communiquant avec les débitmètres 42 et 44 par des conduits 52 et 54 sous la commande de soupapes 56 et 58, en parallèle Les conduits 52 et 54 communiquent par un con- duit 60 et sous la commande d'une soupape 62 d'isolement, ave' une première extrémité du rotamètre 46 alors que l'autre extrémité de celuici communique par des conduits 64 et 66 av l'extrémité d'entrée du module 10 Le conduit 54 communique avec le conduit 66 par l'intermédiaire d'un conduit 68, sous la commande d'une soupape 70 de dérivation. La sortie du module 10 communique par un conduit 72 et un conduit 74, sous la commande d'une soupape 76 d'isolement et d'une soupape 48 de réglage de débit, avec une sortie 78, par un conduit 80 Le conduit 72 communique avec le conduit 80 par un conduit 82 sous la commande d'une soupape de dérivation 84 Le conduit 80 a une cellule 86 de circulation munie de plusieurs sondes (non représentées) destinées à mesurer d'autres paramètres du fluide, comme dé- crit plus en détail dans la suite du présent mémoire. Les débitmètres 42 et 44 sont de préférence du type à venturi, chaque appareil ayant une plage différente de débits nominaux et étant relié électriquement par des transducteurs 88 à une cellule 90 de mesure de pression dif- férentielle et des lignes 92 et 94 relient les transduc- teurs 88 aux débitmètres 42 et 44 et permettent la détec- tion de la perte de charge L'ensemble 40 des tuyauteries comporte un thermocouple 96 de contrôle de la température de l'eau à l'entrée et un organe 98 de coupure lorsque la température est trop élevée. Plusieurs modules d'essai ayant des diamètres différents peuvent être utilisés afin qu'ils soient insérés de façon interchangeable dans l'ensemble 40, si bien qu'ils peuvent donner une plage suffisante de vitesses des courants qui circulent La soupape 48 de réglage de débit est de préférence du type à débit constant, comprenant un régulateur interne de pression (non représenté) assurant un débit au niveau de la soupape choisie Le rotamètre 46 permet un contrôle visuel et il peut aussi être contrôlé électroniquement par une cellule de mesure d'une pression différentielle (non représentée). L'ensemble 40 est intégré ou couplé à un en- semble de contrôle et d'enregistrement (non représenté) tel que décrit dans les demandes précitées de brevets des Etats-Unis d'Amérique et monté sur une structure de support assurant son montage dans un récipient mobile tel qu'une remorque, un camion ou analogue, permettant un déplacement mobile d'un endroit à un autre lors de la détermination des caractéristiques des fluides circulant dans une instal- lation telle qu'un échangeur de chaleur, un réacteur ou ana- logue. Lors du fonctionnement, l'ensemble de contrôle et d'enregistrement incorporant l'ensemble à tuyauteries, monté sur un ensemble convenable de support et entouré dans un récipient autonome,assurant une protection contre l'envi- ronnement, est disposé près d'une installation ou d'un en- semble d'une installation tel qu'un échangeur de chaleur, un digesteur de délignification, etc, mettant en oeuvre un fluide dont l'effet de corrosion doit être vérifié no- tamment afin que la vitesse de corrosion d'une surface de transfert de chaleur soit déterminée Un module 10 d'essai est monté dans l'ensemble 40 et il comporte un organe 18 de chauffage et un manchon 20 formé d'une matière analogue à celle des organes tubulaires de l'installation vérifiée, le manchon 20 étant pesé avant son montage sur l'organe 18 de chauffage Après mise en place, le fluide est mis en circulation dans le passage 16 du module 10 De l'énergie est transmise à l'élément chauffant22 de l'organe 18 et la température de la paroi de cet organe 18 est contrôlée afin qu'elle puisse être déterminée Simultanément, la tem- pérature globale du fluide est contrôlée par le thermocoupl-e 96 en même temps qu'est réalisé le contrôle de la vitesse du fluide La vitesse de l'eau est réglée à l'aide de la soupape 48 à débit constant et est contrôlée visuellement à l'aide du rotamètre 46, en même temps qu'un circuit électronique contrôle la cellule 90 de pression différen- tielle qui détecte la perte de charge aux bornes du débit- mèt e 42 ou 44. Après une période prédéterminée, par exemple 7 à 30 jours, la période minimale étant de 2 à 3 jours, la circulation du fluide dans le module 10 est interrompue et le module 10 est retiré de l'ensemble 40 Le manchon 20 est retiré de l'organe 18 de chauffage et il est pesé afin qu'il permette le calcul de la perte en poids, d'après l'équa tion suivante de détermination de la vitesse de corrosion VC VC = K A d t dans laquelle W 1 désigne la perte de poids en grammes, A la surface du manchon, d la masse volumique du métal et t la période d'essai, K désignant une constante. Bien entendu,diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil de détermination de la vitesse de corrosion d'une matière par un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble ( 12) de transfert de chaleur destiné à être placé dans un ensemble comportant des tuyau- teries et comprenant un organe cylindrique ( 18) ayant un élé- ment de chauffage ( 22), et un manchon métallique ( 20) préalablement pesé et emmanché à forceautour de l'organe cylindrique ( 18). 2 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le manchon cylindrique ( 20) et l'organe cy- lindrique ( 18) sont formés d'un même métal. 3 Appareil selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le manchon métallique ( 1) a une épaisseur au moins égale à 0,76 mm environ. 4 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le manchon métallique ( 1) a une surface an- térieure de forme conique. 5 Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le bord antérieur de la surface antérieure conique a une épaisseur d'au moins 0,25 mm. 6 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'un bord postérieur du manchon ( 1) coïncide avec une partie d'extrémité de l'élément de chauffage ( 22). 7 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le manchon ( 1) est soudé sur l'organe de forme cylindrique ( 18). 8 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'organe de forme cylindrique ( 18) a des gorges circonférentielles ( 38) séparées par une distance lé- gèrement supérieure à la longueur du manchon, et l'appareil comprend en outre un organe torique ( 36) formé d'une matière élastique et disposé dans la gorge afin qu'il retienne le manchion sur l'organe de forme cylindrique. 9 Procédé de détermination d'une vitesse de corrosion d'une matière d'échange de chaleur par un fluide, à l'aide d'un ensemble d'échange de chaleur comprenant un organe de-forme cylindrique ( 18) ayant un ensemble inter- ne de chauffage ( 22), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend: (a) la disposition d'un manchon cylindrique ( 20) préalablement pesé autour de l'ensemble d'échange de chaleur, (b) la mise en communication de l'ensemble de transfert de chaleur avec le fluide qui circule, (c) l'alimentation de l'ensemble interne de chauffage, (d) l'interruption de la circulation du fluide après une période prédéterminée, et (e) L'enlèvement et la pesée du manchon cylin- drique ( 20) afin que la perte en poids soit déterminée pen- dant ladite période prédéterminée. Procédé selon la revendication 9, caractéri- sé en ce qu'il comprend le montage d'un thermocouple dans l'organe de forme cylindrique afin qu'il contrôle et règle la quantité d'énergie électrique transmise à l'élément de chauffage. 11 Procédé selon la revendication 10, caracté- risé en ce que le manchon cylindrique ( 20) est placé dans une partie aval de l'organe cylindrique ( 18) à proximité d'une partie d'extrémité de l'ensemble interne de chauffage ( 22). 12 Procédé selon la revendication 10, caracté- risé en ce que l'ensemble d'échange de chaleur et le manchon ( 1) sont formés du même métal. 13 Procédé selon la revendication 10, caracté- risé en ce que la température de l'ensemble d'échange de chaleur est contrôlée. 14 Procédé selon la revendication 13, caracté- risé en ce que l'alimentation de l'ensemble interne de chauf- fage est réglée en fonction de la température contrôlée de l'ensemble d'échange de chaleur.