Brevet FR2500760A1 — publié le 19820903

La présente invention se rapporte à un sépara- teur multi-phases pour le traitement de mélanges de compo- sants gazeux, liquides et/ou solides relativement non mis- cibles. Dans plusieurs industries, en particulier pour la production et le traitement d'huile minérale, on obtient souvent des mélanges liquides de substances plus ou moins immiscibles, par exemple de différents liquides, gaz et parfois également solides. De tels mélanges sont parfois obtenus sous pression. La séparation des composants d'un tel mélange peut bien entendu s'effectuer par maintien au repos du mé- lange pendant un certain temps. Les gaz non dissous et éventuellement les vapeurs des composants volatils peuvent alors être recueillis. tandis que les liquides non misci- bles se séparent en différentes couches et les solides dé- cantent. Un tel mode opératoire ne convient évidemment pas très bien pour de grandes quantités de mélange. L'in- vention a pour objet un dispositif applicable dans ce cas et dans lequel les différents composants de tels mélanges peuvent être séparés de façon continue. Le dispositif suivant l'invention comprend: une cuve à axe sensiblement horizontal, étanche au gaz et si nécessaire résistant à la pression, comportant un raccorde- ment d'entrée pour le liquide à traiter, près d'une extrê- mité, et une pluralité de raccordements de sortie pour les différentes phases séparées; d'un séparateur à plaques, constitué de plaques ondulées parallèles inclinées transver- salement par rapport à l'axe longitudinal de la cuve, ce séparateur étant conçu pour une séparation à courants croi- sés et étant muni d'un orifice d'entrée disposé de façon à ce que le liquide soit obligé de s'écouler à travers les passages entre les plaques. Le dispositif comprend également un déversoir de trop-plein qui détermine le niveau normal du liquide dans la cuve, les raccordements de sortie étant situés de façon à ce que les différents composants séparés- dans la cuve puissent être extraits séparément les uns des autres. Puisqu'un séparateur à courants croisés permet un passage horizontal d4flux liquide, les composants les plus légers et les plus lourds étant ainsi séparés d'un é- coulement principal dans la direction transversale, des mélanges multiphases peuvent être traités en écoulement continu. Les gaz se rassemblent dans la partie supérieure, au-dessus du niveau de liquide déterminé par le déversoir de trop-plein. D'autre part, un liquide plus léger peut flotter sur la masse du liquide et peut être évacué par des goulottes de trop-plein appropriées. Les composants lourds, en particulier un liquide lourd ou un composant solide, sont recueillis au-dessous du séparateur et peu- vent être évacués séparément. Dans le cas d'un appareil sous pression, les moyens d'évacuation doivent bien entendu être munis de vannes appropriées qui peuvent être ouvertes périodique- ment pour évacuer les composants indiqués ci-dessus. Si né- cessaire, des bacs de collecte indépendants peuvent être prévus à l'intérieur de la cuve, pour faciliter l'évacua- tion. De telles cuves sont souvent de grandes dimen- sions et, en particulier dans le cas de cuves sous pression, elles sont généralement de forme cylindrique, un couvercle de fermeture étant prévu au moins à une extrémité. De tels appareils sont en général construits par des usines spécia- lisées etdans le cas de cuves sous pression, leur résis- tance et leur étanchéité doivent être contrôlées, le sépa- rateur étant de préférence placé ensuite dans la cuve. Cela nécessite un couvercle d'extrémité coûteux, comportant des brides épaisses, et l'ouverture et la refermeture d'un tel couvercle pour la mise en place d'un séparateur à plaques est une opération gênante. Suivant l'invention, on utilise donc de préfé- rence un séparateur à courants croisés composé d'une plu- ralité d'unités qui peuvent être introduites par un trou d'homme prévu dans une paroi de la cuve, et en particulier dans une paroi d'extrémité ou couvercle, ces unités pou- vant être disposées dans la cuve côte-à-côte, l'une derriè- re l'autre et/ou l'une au-dessus de l'autre. De cette façon, il devient possible de fabriquer d'abord la cuve dans une usine spécialisée, de vérifier sa résistance et son étanchéité, puis de la transporter à l'é- tat fermé vers sa destination o il suffit d'ouvrir le trou d'homme pour permettre la finition intérieure de la cuve et mettre en place dans celleci le séparateur et les éléments associés. En particulier, on utilise pour cela des supports sur lesquels les dites unités peuvent être maintenues en place. De plus, ces supports peuvent servir d'éléments de chicanes de séparation, définissant des zones de collecte des composants séparés entre les plaques. Des chicanes supplémentaires peuvent être prévues au-dessus de ces uni- tés, pour compléter les chicanes de séparation et pour dé- finir une zone de collecte également à la partie supérieu- re. Plus particulièrement, de telles unités à plaques peuvent être juxtaposées par paires, avec des inclinaisons opposées des plaques, les bords longitudinaux ondulés ad- jacents des plaques correspondantes des deux unités adja- centes définissant alors, du fait de leurs ondulations, des ouvertures à travers lesquelles les composants légers, y compris les gaz, séparés entre les plaques et glissant le long des plaques, peuvent s'échapper vers la zone de collecte correspondante. Tout l'ensemble des plaques est, en particulier, situé entre deux parois longitudinales qui délimitent la- téralement la zone de séparation. Les zones situées à l' extérieur de ces parois, si elles sont isolées de l'espace principal de la cuve, peuvent, si on le désire, être uti- lisées comme zones de collecte pour les composants séparés. Entre les chicanes terminales de l'ensemble de plaques, des chicanes de supportage supplémentaires peuvent être prévues pour, sui\ent le cas, définir des chambres de collecte indépendantes pour les composants séparés, ces chambres pouvant être munies de raccordements de sortie séparés. Des chicanes verticales peuvent également être pré- vues pour empêcher le liquide de circuler en dehors des pas- sages de séparation et autour de l'ensemble de plaques. En outre, des grilles ou treillis peuvent être prévus entre les paires d'unités à plaques disposées au- dessus et/ou à l'arrière l'une de l'autre, de façon à évi- ter que les plaques d'une unité adjacente pénètrent dans les intervalles entre les plaques de l'autre unité. Ces grilles ou treillis ont de plus pour effet de répartir éga- lement le poids d'une unité superposée et empêchent des court-circuits du liquide entre les unités. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de sa forme de réalisation, non limitative, représentée sur les dessins annexés. Fig. 1 est une coupe schématique d'un dispositif suivant l'invention. Fig. 2 est une coupe schématique d'un sous- ensemble ou unité de plaques du séparateur à courant croi- sés de ce dispositif. Fig. 3 est une vue de côté de ce séparateur à plaques. Fig. 4 est une coupe schématique partielle, à plus grande échelle, de la partie IV de la figure 3. Fig. 5 représente, de façon simplifiée, un sépa- rateur à plusieurs unités pour un tel dispositif. Une cuve 1, représentée sur la figure 1, comporte à son extrémité gauche une tubulure d'arrivée 2 pour le liquide à traiter. Ce liquide est par exemple de l'eau con- tenant en suspension de l'huile, un liquide lourd ou des composants solides, et des gaz non solubles ou un liquide volatil qui peut être séparé par évaporation. L'autre extrémité de la cuve est fermée par un fond 3 dans lequel est prévu un trou d'homme 4 à tampon de fermeture. Si nécessaire, des trous d'homme supplémen- taire 4' peuvent être prévus à la partie supérieure de la cuve. Un déversoir de trop-plein 5, s'étendant sur toute la largeur, détermine le niveau normal de liquide 6 dans la partie comprise entre l'alimentation 2 et le trop-plein 5. Dans l'autre partie, comprise entre le trop-plein 5 et la paroi d'extrémité 3, est prévue une tubulure de sortie 8, munie d'une vanne 7, pour le liquide 9 qui s'écoule au- dessus du déversoir de trop-plein 5. Cette sortie 7 permet d'extraire ledit liquide. Au-dessus du liquide se trouve un volume de gaz 10 dans lequel est collecté le gaz qui s'échappe du liquide, ce gaz pouvant être évacué par un conduit 11 muni d'une vanne 12. Un ensemble 14 de plaques ondulées est placé en- tre deux chicanes 13 qui se prolongent au-dessus du niveau de liquide 6. Ces plaques sont parallèles les unes aux au- tres et sensiblement parallèles à l'axe longitudinal de la cuve 1, les ondulations étant dirigées transversalement à cet axe longitudinal. D'autre part, cet ensemble 14 est supporté entre les chicanes 13 par une chicane intermédiai- re 15. Bien entendu, on peut prévoir plusieurs chicanes 15. Entre ces chicanes 13 et 15 sont délimitées des chambres 16 qui communiquent chacune avec un conduit 18 équipé d' une vanne 17. On peut également utiliser des chicanes in- termédiaires 15 qui servent seulement de supports, de sor- te qu'une seule évacuation est alors suffisante. Le dispositif représenté convient pour la sépara- tion en quatre phases, dans laquelle un liquide plus léger est séparé du liquide porteur dans le séparateur 14 puis flotte entre les chicanes 13 pour former une couche flot- tante.19 sur la surface du liquide 6.Une goulotte de trop- plein 20 permet d'évacuer cette couche flottante, cette goulotte communiquant par un conduit 21 avec un bac de col- lecte 22 isolé du liquide principal. Ce bac est relié à un conduit 23, dirigé vers l'extérieur et muni d'une vanne 24. Le bac 22 est placé de façon à ce que les composants qui flottent déjà avant d'arriver au séparateur 14 puissent s' écouler directement au-dessus du bord de ce bac.On peut é- galement prolonger les chicanes intermédiaires 15 vers le haute au-dessus du séparateur, de façon à diviser la zone de flottation au-dessus de cette partie en zones partielles si cela est avantageux pour la séparation, ces zones partiel- les comportant des moyens d'évacuation séparés pour la cou- che flottante. Dans la chambre 25 située entre le déversoir de trop-plein 5 et la chicane arrière 13, dans laquelle le li- quide qui a traversé l'ensemble 14 est collecté avant de s'écouler au-dessus du déversoir de trop-plein 5, une post- séparation par précipitation, par exemple d'un liquide plus lourd, peut avoir lieu. L'évacuation de ce composant peut ensuite être effectuée par un conduit 27 muni d'une.vanne 26, ce conduit débouchant en particulier dans un d8me de collecte 28 formé à la partie basse de la cuve 1, Si le liquide qui a traversé l'ensemble à pla- ques 14 représente un volume plus petit que celui du li- quide flottant plus léger, le premier peut par exemple ê- tre évacué par le conduit 27 et le liquide plus léger peut s'écouler audessus du déversoir 5. Dans ce cas, la chicane arrière 13 doit être plus basse. Lorsque l'ensemble à plaques 14 doit être placé dans une telle cuve après fabrication et essai à. l'état fer- mé de cette dernière, il peut être difficile d'enlever à nouveau le fond 3. Par conséquent, suivant l'invention, on utilise de préférence un ensemble 14 constitué par l'assem- blage d'une pluralité de sous-ensembles partiels qui peuvent être introduits un par un, par le trou d'homme 4. La figure 2 est une coupe transversale d'un tel sous-ensemble ou unité 29 qui compend une pluralité de pla- ques ondulées 30 reliées les unes aux autres au moyen de tirants et d'entretoises 31, de façon à constituer un en- semble rigide. Les plaques d'extrémité 29' sont un peu plus courtes que les autres mais pas au point que leur sur- face devienne trop petite, de sorte que les deux angles 32 du rectangle délimitant le sous-ensemble de plaques ne sont pas remplis. De telles unités peuvent être juxtaposées comme représenté sur la figure 3, des plaques latérales 33 bor- dant l'ensemble. Les unités 29 reposent sur au moins deux supports inférieurs 34, comportant une saillie centrale 35 dont la forme est complémentaire de celle des deux évide- ments des angles adjacents 32 des unités adjacentes 29. Au-dessus de ces unités est placée une plaque supérieure 36 comportant deux saillies triangulaires 37 qui s'ajus- tent dans les évidements des angles 32 dites groupes de plaques. Les plaques 34 et 36 constituent ensemble une chi- cane 13. L'autre chicane 13 peut également être formée à partir de plaques de supportage semblables, de même que les chicanes intermédiaires 15. Si nécessaire, une telle chicane intermédiaire peut être prévue d'un côté seulement. Suivant les dimensions de la cuve et l'effet de séparation désiré, on peut placer plusieurs unités de ce type l'une derrière l'autre et, si nécessaire, également l'une au-dessus de l'autre. La figure 4 illustre la façon dont les plaques de ces unités se raccordent l'une à l'autre dans le dispo- sitif de la figure 3. Du côté le plus bas, les crêtes 38 des ondulations des différentes plaques superposées vien- nent en contact avec la paroi latérale 33. Les creux des ondulations restent donc à une certaine distance de cette paroi, de sorte que les sédiments qui glissent vers le bas le long des fonds d'ondulations peuvent à cet endroit s' échapper vers le bas, le long de la paroi latérale 33. On peut également utiliser, comme représenté du côté droit de la figure 4, des chicanes secondaires 40 qui viennent en contact avec les crêtes des ondulations de façon à for- mer entre ces chicanes secondaires des canaux d'évacuation pour les composants lourds. Du côté le plus haut, les creux des plaques cor- respondantes des deux unités viennent en contact les uns avec les autres, de sorte qu'on obtient alors, entre les crêtes 38, des passages par lesquels les composants plus légers peuvent s'échapper vers le haut. Si nécessaire, des chicanes verticales correspondant aux chicanes 40 peuvent également être prévues entre deux unités juxtaposées. En variantede telles unités peuvent également être juxtaposées avec leurs côtés inférieurs jointifs, les composants plus légers se déplaçant alors vers le haut près des parois latérales 33. Cela dépend bien entendu dwéarac- tère du mélange multiphases et des composants à séparer de celui-ci. D'autre part, il est bien entendu que le nombre et la position des différentes tubulures d'évacuation dé- pendent du caractère du mélange multiphases. Il est parfois avantageux de disposer ces tubulures dans une excroissance de la cuve, dans laquelle le composant concerné peut se rassembler, par exemple comme représenté en 26. Si le mélange à traiter est introduit sous pres- sion, il faut utiliser une cuve résistant à la pression et la vanne doit alors être ouverte périodiquement, en pre- nant soin bien entendu de détendre suffisamment la pres- sion. D'autre part, l'espace compris entre les parois latérales 33 et la paroi de la cuve peut être utilisé com- me zones d'évacuation ou de stockage pour les composants séparés. Un avantage de tels ensembles à plaques, compo- sés d'unités plus petites qui peuvent être introduites par un trou d'homme, réside ente que la mise en place des en- sembles de plaques peut être effectuée après achèvement de toutes les autres opérations, y compris l'épreuve de la cuve. Les unités peuvent être facilement enlevées pour net- toyage et réparation et on peut également ajouter ultérieu- rement des unités supplémentaires, si on a besoin dfune plus grande capacité. Cela peut être particulièrement avan- tageux dans le cas d'installations embarquées o il est très difficile ou même impossible d'enlever la paroi d'ex- trêmité 3. Lorsque plusieurs unités doivent être empilées ou juxtaposées dans la direction axiale, il est souvent difficile d'obtenir une continuité suffisante des passages correspondants, entre les plaques ondulées des unités ad- jacentes. Dans le cas d'unités juxtaposées dans la direc- tion axiale, les ondulations des unités adjacentes forment rarement une onde continue et, si les plaques d'une unité pénètrent dans les passages entre les plaques de l'autre u- nité, ces passageeeviennent plus étroits et sont facile- ment obstrués par les sédiments qui s'y accumulent. Dans le cas d'unités superposées, les plaques de l'unité supérieure doivent être supportées par l'unité in- férieure et, puisque les plaques ne sont pas nécessairement exactement alignées, il faut utiliser des moyens supplémen- taires pour les supporter. Si on laisse une petite distance entre de telles unités, les courants longitudinaux de li- quide perturbent le transfert des composants séparés qui glissent le long des plaques d'une unité vers l'autre unité. Ces difficultés peuvent,dans les deux cas, être évitées par interposition entre deux unités adjacentes d' une grille ou d'un treillis constitu"de bandes plates incli- nées par rapport aux plaques ondulées des unités adjacentes, ces bandes étant placées en contact avec les plaques. Ces grilles peuvent comporter au moins un groupe de bandes pa- rallèles et, plus particulièrement, deux groupes formant entre eux un angle de préférence de 90. Ces grilles ou treillis empêchent les-plaques ondulées de pénétrer dans les passages de l'unité adjacente et assurent en outre un écoulement régulier du liquide ou des composants séparés, d'une unité vers l'autre. Dans le deuxième cas, ces gril- les répartissent uniformément le poids de l'unité supé- rieure sur l'unité inférieure et empêchent en outre les courants de liquide dirigés axialement de circuler dans 1' intervalle entre les unités. La figure 5 représente schématiquement des gril- les 41, placées entre deux unités superposées 29, et des grilles 42, placées entre deux unités juxtaposées dans la direction axiale. Il est bien entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construc- tion du dispositif suivant l'invention, sans sortir du ca- dre de celle-ci. 1 1 Revendications 1. Séparateur multi-phases qui comprend: une cuve (1), étanche au gaz et à axe sensiblement horizontal, com- portant un raccordement d'entrée (2) pour le liquide à traiter, situé près d'une extrêmité, et une pluralité de raccordements de sortie (11,23, 27) pour les différentes phases gazeuses liquides ou solides; un séparateur à plaques (14) placé dans la cuve (1) et comportant des pla- ques ondulées parallèles inclinées (30) conçues pour une séparation à courant croisés, caractérisé en ce que le sé- parateur (14) a une ouverture d'entrée telle que le liquide soit obligé de circuler dans les passages formés entre les plaques (30), un déversoir de trop-plein (5) étant situé de l'autre c8té du séparateur (14) pour déterminer le niveau normal de liquide (6) dans la cuve (1), les raccordements de sortie étant disposés de façon à ce que les différents composants séparés dans la cuve (1) et dans le séparateur (14) à courants croisés puissent être évacués séparément les uns des autres. 2. Séparateur suivant la revendication 1, permettant le traitement d'un mélange liquide sous pression, caracté- risé en ce que les raccordements de sortie (11,23,27) sont munis de vannes (12,26,24). 3. Séparateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que des bacs de collecte séparés (16,22,28), pour recueillir indépendamment les composants séparés, sont pré- vus à l'intérieur de la cuve (1), ces bacs étant reliés chacun à un conduit de sortie associé (27) muni d'une vanne. 4. Séparateur suivant la revendication 3, comportant une goulotte de trop-plein (20) pour collecter des compo- sants qui flottent à la surface du liquide, caractérisé en ce qu'un bac de collecte (22), relié à la goulotte (20), est prévu à l'avant du séparateur à plaques (14) et compor- te un bord de déversement, de manière à recueillir le com- posant qui flotte déjà avant le séparateur à plaques (14). 5. Séparateur suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, dont la cuve (1) comporte au moins un trou d' hommes (4), caractérisé en ce que le séparateur à plaques est composé d'unités (29) qui sont empilées cote-à-côte, à l'arrière les unes des autres et/ou audessus les unes des autres, les dimensions d'une unité (29) étant déterminées de façon à ce qu'elle puisse être introduite par un trou d'homme (4). 6. Séparateur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que des supports (13,15) sont prévus dans la cuve (1) et correspondent à la forme d'une unité à plaques (29), ces supports constituant avec les parties adjacentes une chicane de cloisonnement pour définir une zone de sépara- tion. 7. Séparateur suivant la revendication 5 ou 6, carac- térisé en ce que les unités à plaques (29) sont juxtaposées par paires, avec des inclinaisons opposées, de façon à ce que des passages restent libres entre les parties adjacen- tes des plaques (30) des différentes unités, pour les com- posants séparés entre les plaques. 8. Séparateur suivant l'une quelconque des revendica- tions 5 à 7, caractérisé en ce que l'ensemble à plaques est disposé entre deux parois longitudinales (33) délimitant latéralement la zone de séparation, les espaces situés à 1' extérieur d"ces parois étant séparés de l'espace principal de la cuve. 9. Séparateur suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des supports supplémentaires (15) pour l'ensemble à plaques, entre les- quels sont définies des chambres de collecte indépendantes (16) pour les composants séparés, ces chambres étant munies de moyens d'évacuation indépendants. 10. Séparateur suivant l'une quelconque des revendica- tions 5 à 9, caractérisé en ce que des grilles ou treillis (41, 42) sont disposés entre les paires d'unités à plaques (29) placées au-dessus et/ou à l'arrière l'une de l'autre.