Brevet FR2509626A1 — publié le 19830121

APPAREIL SEPARATEUR A ETAGES MULTIPLES MODULARISE La présente invention se rapporte, d'une manière générale, à un ap- pareil pour effectuer la séparation de fluides et de matières solides. Plusparticulièrement, l'invention a trait à une installation mobileauto- nome,à étages multiples pour enlever des matières solides d'un fluide. Il existe de nombreuses situations et procédés dans lesquels des liquides accumulent des sédiments de divers types ou sont contaminés par de tels sédiments Des exemplesde divers liquides contaminés ont été décrits de manière détaillée dans la demande de brevet français déposée le même jour que la présente demande sous le titre "Procédé et appareil pour net- toyer des bassins" au nom de la demanderesse et qui décrit un appareil et un procédé pour nettoyer de tels liquides L'installation de cette autre demande de brevet comporte plusieurs groupes d'hydrocyclones dans lesquels des particules en suspension de grosseur de plus en plus faible sont suc- cessivement séparées Les matières solides sont recueillies à la sortie de chaque groupe d'hydrocyclones dans des réceptacles collecteurs de dé- chets séparés en vue d'être l'objet d'un traitement supplémentaire ou d'être jetées. L'installation de cette autre demandede brevet est très efficace et constitue un progrès technique important Cependant, cette installa- tion n'est pas exempte d'inconvénients Le principal inconvénient de cette intallation antérieure réside dans le fait que les batteries d'hydrocy- clones sont situées dans des emplacements séparés et éloignés ce qui a pour conséquence que l'installation est volumineuse et relativement com- plexe En outre, les batteries séparées d'hydrocyclones déversent leurs déchets dans des réceptacles à déchets séparés ce qui accroit le volume et l'encombrement de l'installation Un autre inconvénient de cette instal- lation antérieure est inhérent à-la nature de tous les séparateurs qui comprennent des hydrocyclones Pour qu'un hydrocyclone fonctionne correc- tement, il ne doit y avoir pratiquement aucun gaz entraîné dans le li- quide La présence de gaz entraînés a pour effet que le liquide devient quelque peu compressible, ce qui diminue le rendement de l'hydrocyclone. Dans l'installation antérieure, il n'était pas prévu de moyens pour sépa- rer le gaz du liquide. Par conséquent, la présente invention a notamment pour buts: de réaliser une installation pour effectuer la séparation de ma- tières solides de fluides qui évite les inconvénients de la technique antérieure; de réaliser un appareil séparateur à-hydrocyclones à étages mul- tiples qui est agencé de façon à décharger les matières solides enlevées dans un réceptacle commun; de réaliser un appareil séparateur à hydrocyclones qui sé- pare les gaz entraînés du liquide avant l'entrée de ce dernier dans les hydrocyclones; de réaliser une installation de séparation qui est autonome et au- tomotrice. En résumé, les buts ci-dessus de la présente invention sont at- teints ainsi que d'autres en réalisant une installation qui comporte une série de cloches de séparation verticalement empilées, dans laquelle chaque cloche successive est conçue pour séparer des grosseurs de plus en plus petites de matière particulaire contaminante tout en dégazant simul- tanément le liquide Chaque cloche de séparation comporte une cuve inté- rieure et une cuve extérieure et une série d'hydrocyclones montés tout autour d'elle pour recevoir le liquide de la cuve intérieure et décharger le liquide dans la cuve extérieure Chaque cloche de séparation successive comporte un nombre de plus en plus grand d'hydrocyclones dont les dimen- sions diminuent d'une manière correspondante pour enlever successivement des particules de diamètre de plus en plus petit Les matières solides sé- parées sont déchargées dans un réservoir commun en vue d'être soumises à un-traitement supplémentaire ou d'être jetées périodiquement Chaque cloche comporte un conduit d'arrivée agencé de façon à introduire le li- quide dans la cuve intérieure et un conduit de sortie agencé pour recevoir le liquide de la cuve extérieure. Le dégazage est effectué en faisant frapper le courant de liquide arrivant contre une plaque d'impact, disposée à l'intérieur de la cuve in- térieure de chaque cloche Lorsque la pression du gaz contenu dans chaque cloche dépasse un certain niveau prédéterminé, qui peut être mesuré par un manomètre, le gaz est évacué àl 'atmosphère Pour empêcher que du gaz soit entraîné dans le liquide au cours du fonctionnement des hydrocy- clones, chaque hydrocyclone est muni d'un clapet qui se ferme chaque fois qu'une pression inférieure à la pression atmosphérique existe au sommet de l'hydrocyclone. Plusieurs cuves de stockage sont prévues en tant que réservoirs intermédiaires et sont raccordées aux conduits d'arrivée et de sortie des cloches de séparation successives Des pompes sont utilisées pour trans- porter le liquide des cuves de stockage jusqu'aux conduits d'arrivée Les cuves de stockage sont construites adjacentes les unes aux autres dans un alignement linéaire Une série de déversoirs sont formés dans les cuves de telle sorte que le trop plein d' eau peut passer d'une cuve à une autre pour maintenir un système fluidique équilibré pendant le fonctionne- ment Chaque cuve de stockage comporte un orifice de vidange, ces orifices permettant de vider les cuves de stockage. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés dans les- quels: la Fig 1 est une vue de côté partiellement schématique de l'appa- reil de la présente invention; la Fig 2 est une vue de dessus partiellement schématique de l'appa- reil de la présente invention; la Fig 3 est une vue de dessus du séparateur de la présente inven- tion; et la Fig 4 est une vue en coupe simplifiée du séparateur de la pré- sente invention. On se référera maintenant aux dessins et tout d'abord aux Fig I et 2 sur lesquelles la référence générale 10 désigne l'appareil séparateur tel que décrit ici L'appareil 10 peut être monté sur une plateforme mo- bile 11, telle qu'une semi-remorque ou analogue, de manière que l'appareil puisse être facilement transporté d'un chantier à un autre, Le mélange de fluides et desolides d'arrivée peut être transporté jusqu'à l'appareil par un conduit 13 au moyen d'une pompe (non représentée) Pour empêcher que l'appareil puisse être éventuellement endommagé ou colmaté, le mélange d'arrivée peut être envoyé à travers un filtre 15 et/ou un tamis vibrant 16 comme il est bien connu dans la technique de façon à éliminer toutes les grosses particules du mélange Le mélange filtré est ensuite déversé dans une cuve de stockage primaire 17. Le mélange est pompé dans la cuve de stockage primaire 17 par un conduit 18 par une première pompe 20 Le conduit 18 a une extrémité d'as- piration orientée vers le bas positionnée au voisinage du fond de la cuve de stockage 17 pour permettre l'évacuation pratiquement complète du mé- lange La première pompe 20 injecte le mélange par un tuyau désigné par la référence 21 dans une cloche de séparation primaire 22 au moyen d'un conduit d'arrivée 23 Dans la cloche de séparation primaire 22, le mé- lange est dégazé et les particules dont la taille est supérieure à une certaine grosseur sont enlevées au cours d'une opération que l'on décri- ra plus en détail ci-après Le mélange résultant ayant fait l'objet d'une séparation primaire est ensuite déchargé hors de la cloche de sé- paration primaire 22 dans une cuve de stockage secondaire 24 par une con- duite de retour primaire 25 qui est une conduite d'écoulement par gravité qui relie la cloche de séparation primaire 22 et la cuve de stockage se- condaire 24. Le mélange qui a fait l'objet d'une séparation primaire est ensuite soutiré de la cuve de séparation secondaire 24 au moyen d'une seconde pompe 26 par un conduit 27 Le côté refoulement de la pompe 26 est raccor- dé à un tuyau désigné par la référence 28 qui est, à son tour, raccordé à un conduit d'arrivée 29 d'une cloche de séparation secondaire 30 montée au-dessous de la cloche de séparation primaire 22 A l'intérieur de la cloche de séparation secondaire 30, le mélange est à nouveau dégazé et les particules d'une taille supérieure à une seconde grosseur plus petite prédéterminée sont enlevées Le mélange résultant ayant fait l'objet d'une séparation secondaire est ensuite déchargé d'une manière similaire dans une cuve de stockage tertiaire 31 par une conduite de retour secondaire 32 'à écoulement par gravité. Dans lé mode de réalisation préféré de l'invention, le processus de séparation est alors répété une fois encore au moyen d'une troisième pompe 3 Z qui soutire le mélange ayant fait l'objet de la séparation secon- daire de la cuve de stockage tertiaire 31 par un conduit 33 Le côté re- foulement de la pompe 32 est raccordé à un tuyau 34 lequel est, à son tours raccordé à un conduit d'arrivée 35 d'une cloche de séparation tertiaire-36 montée au-dessous de la cloche de séparation secondaire 30 dans laquelle le mélange est à nouveau dégazé et les très fines matières solides sont enlevées Le mélange traité est ensuite déchargé par un conduit de sor- tie 37 dans une cuve de stockage finale 38. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, on notera que les pompes 20, 26 et 32 peuvent être entraînées par un moteur 4 U monté ad- jacent à ces pompes,l'énergie motrice étant transmise aux pompes, comme il est bien connu dans la technique,par un jeu de poulies et de courroies. Les matières solides séparées, ou boue, provenant des cloches de sé- paration 22, 30 et 36 sont déposées dans un réservoir à boue commun 12 audessus duquel les cloches de séparation sont montées Le contenu du réservoir à boue 12 peut être enlevé périodiquement en vue d'être jeté ou soumis à un traitement supplémentaire qui consiste par exemple, à le faire passer dans un tamis vibrant ou dans une centrifugeuse On notera qu'une caractéristique importante de la présente invention réside dans le fait que les cloches de séparation sont construites et agencées de fa- çon à pouvoir être empilées les unes sur les autres. On peut vider le contenu fluide des quatre cuves de stockage au moyen d'une conduite de vidange 41 raccordée à des orifices de sortie tels que, par exemple, l'orifice de sortie 42 de la cuve de stockage fi- nale 38 Une pompe de vidange 43 est raccordée à la conduite 41 pour faciliter la vidange des cuves de stockage et pour aspirer du liquide propre de la cuve de stockage finale 38 et l'envoyer à divers empla- cements En outre, chaque orifice est commandé par une vanne, telleque, par exemple, la vanne 44,de telle sorte que chaque cuve de stockage peut être vidangée individuellement ou en même temps que les autres sous la commande de chacune des vannes On soutire le fluide traité contenu dans la cuve de stockage finale 38 en vue de le réutiliser ou de le soumettre à un traitement supplémentaire en ouvrant la vanne 44 et, si nécessaire, en actionnant la pompe 43. Les cuves de stockage peuvent être des structures individuelles, si désiré, niais dans le mode de réalisation préféré, elles sont formées par une cuve 48 à quatre compartiments La cuve 48 comporte des cloisons in- termédiaires 80, 81 et 82 qui coopèrent entre elles pour délimiter les cuves de stockage Les cloisons intermédiaires 80, 81 et 82 sont coqs- truites de façon à former des déversoirs internes qui sont conçus de telle sorte quel'écoulement du mélange dans l'installation 10 est équilibré. Tout le mélange en excès contenu à l'intérieur de la cuve de stockage fi- nale 38 s'écoule dans la partie supérieure de la cuve de stockage tertiaire 31 De même, le liquide ayant fait l'objet d'une séparation secondaire en excès dans la cuve de stockage 31 s'écoule dans la cuve de stockage 24 et le liquide ayant fait l'objet d'une séparation primaire en excès dans la cuve de stockage 24 s'écoule dans la cuve de stockage 17, créant ainsi un système d'écoulement qui est entièrement équilibré en débit volumique. Comme on peut facilement le voir, le système de déversoirs décrit ici est établi de façon que l'écoulement du trop plein du mélange ne s'effectue que vers un compartiment plus fortement contaminé. Sur les Fig 3 et 4 auxquelles on se référera maintenant, on a re- présenté de manière détaillée le fonctionnement des cloches de séparation. Comme précédemment décrit, le mélange est introduit dans chacune des cloches de séparation par un conduit Dans le cas de la cloche de sépara- tion primaire 22, le mélange non traité entre dans une cuve intérieure 54 sous pression par le conduit d'arrivée 23 qui comporte une ouverture de décharge 55 orientée vers le bas Le mélange est éjecté vers le bas sur une plaque d'impact 56 ' L'impact du mélange sous pression contre la plaque 56 'd'impact force tous les gaz entraînés dans le mélange à se sé- parer et à s'accumuler dans une partie supérieure 54 a de la cuve inté- rieure 54 Le mélange de liquide et de solides est laissé dans la partie inférieure 54 b de la cuve intérieure 54 L'air et les gaz séparés qui se trouvent dans la partie supérieure 54 a agissent de manière à mettre sous pression l'ensemble de la chambre Les gaz et l'air accumulés peu- vent être évacués par un évent 45 de mise à l'atmosphère commandé par une soupape 47 et contrôlé par un manomètre 46 La cuve intérieure 54 sous pression force le mélange de matières solides et de liquide à sortir de la cuve intérieure et à entrer dans deux hydrocyclones primaires 56 et 57. L'hydrocyclone 56 est raccordé à la cuve intérieure 54 par un con- duit 60 Le fluide déchargé par l'hydrocyclone primaire 56 est transpor- té par un conduit de décharge 61 jusqu'à une cuve extérieure 65 montée audessus dela partie inférieure 54 b et autour de la partie supérieure 54 a de la cuve intérieure 54 Le fluide ainsi recueilli dans la cuve ex- térieure 65-est déchargé de-la cloche 22 par une conduite de retour pri- maire 25 afin d'être retourné dans la cuve de stockage 24, comme décrit ci-dessus. Le fonctionnement des -cloches de séparation 30 et 36 s'effectue d'une manière similaire Cependant, chaque cloche de séparation success- sive est conçue pour séparer des particules de grosseurs de plus en plus petites A cette fin, dans le mode de réalisation préféré, de l'invention, la cloche de séparation primaire 22 est équipée de deux hydrocyclones 56 et 57 diamétralement opposés qui ont approximativement 25,4 cm de diamètre et sont conçus pour séparer les particules d'une grosseur supérieure à pm La cloche de séparation secondaire 30 est équipée de cinq hydrocy- clones montés radialement, tels que, par exemple, l'hydrocyclone 70, qui sont conçus pour séparer les particules d'une grosseur supérieure à 10 pm. Enfin, la cloche de séparation tertiaire 30 est équipée de vingt hydrocy- clones montés radialement tels que, par exemple, l'hydrocyclone 71, qui ont un diamètre de 5,08 cm et qui sont conçus pour séparer les particules dont la grosseur est supérieure à 3 pm Ainsi, le mélange qui est déposé dans la cuve de stockage finale 38 est composé d'un liquide dont prati- quement toutes les matières solides particulaires ont été éliminées. On comprendra que, dans certaines conditions, à l'intérieur des di- vers hydrocyclones,des pressions inférieures à la pression atmosphérique sont quelquefois engendrées par l'écoulement vers le haut du liquide en direction du conduit d'évacuation Les pressions inférieures à la pression atmosphérique ont tendance à aspirer à l'intérieur de l'air atmosphérique. Cette introduction est indésirable du fait qu'elle peut permettre la ré- gazéification du liquide Pour empêcher que ceci se produise, il est pré- vu un clapet pour commander l'entrée et la sortie de la matière par rap- port à l'intérieur de chaque hydrocyclone. Comme représenté sur la Fig 4 à laquelle on se référera, l'hydro- cyclone 56 comporte un clapet 57 'qui comprend un obturateur sphérique 58 qui comporte deux tiges saillantes 59 Deux étriers de suspension rigides 60 'ont des premières extrémités respectives-montées sur la paroi exté- rieure de l'hydrocyclone 56 et des secondes extrémités respectives qui forment des boucles dans lesquelles les tiges 59 de l'obturateur sphé- rique sont en appui Les étriers de suspension rigides 60 'permettent le mouvement vertical de l'obturateur sphérique 58 par rapport au corps de l'hydrocyclone Lorsque des conditions de pression inférieure à la pres- sion atmosphérique règnent à l'intérieur de l'hydrocyclone 56, l'obtura- teur sphérique 58 est aspiré vers le haut en contact avec l'orifice de sortie de l'hydrocyclone L'obturateur sphérique 58 est construit de telle sorte qu'il assure une obturation étanche de l'orifice de sortie 3 d lorsqu'il est en contact avec lui, de façon à empêcher l'entrée de l'air atmosphérique Lorsque la pression qui règne à l'intérieur de l'hydrocy- clone 56 est égale ou supérieure à la pression atmosphérique,aucune pro- tection n'est nécessaire L'absence d'aspiration permet à l'obturateur 58 de venirau repos en position ouverte et permet l'écoulement vers l'ex- térieur de l'hydrocyclone. Le lecteur comprendra que la description de l'invention n'a été don- née ci-dessus qu'à des fins d'illustration et que divers changements et modifications peuvent y être apportés sans sortir pour cela du cadre ni s'écarter de l'esprit de l'invention telle que définie par les revendi- cations annexées. REVENDICATIONS 1 Appareil pour séparer des fluides de matières solides contenues dans un mélange, caractérisé en ce qu'il comporte: une série de cloches de séparation ( 22,30,36), chacune de ces cloches de séparation comprenant une première cuve ( 54) ayant un orifice d'arrivée du fluide ( 23,29,35), une seconde cuve ( 65) ayant un orifice de sortie du fluide ( 25,32,37) et un hydrocyclone ( 56,57,70,71) ayant un orifice d'arrivée du fluide ( 60) raccordé à la première cuve, un orifice de sortie du fluide ( 61) raccordé à la seconde cuve extérieure et un orifice d'évacuation des déchets; un réservoir commun ( 12) pour les matières solides déchargées, positionné au-dessous de la série de cloches de séparation pour recevoir les matières solides déchargées par les hydrocyclones; une série de cuves de stockage de fluide ( 17,24,31,38), de préférence raccordées en séries, positionnées adjacentes à la série de cloches de séparation; * des moyens ( 18,20,31) pour transporter le fluide à par- tir d'une première ( 17) desdites cuves de stockage de fluide jusqu'à l'orifice d'entrée ( 23) de la première cuve ( 54) d'une première ( 22) des- dites cloches de séparation; des moyens ( 25) pour transporter le fluide à partir de l'orifice de sortie du fluide de la seconde cuve ( 65) de la première cloche de séparation jusqu'à une seconde ( 24) desdites cuves de stockage de fluide; * des moyens ( 26,27,28) pour transporter le fluide à partir de la seconde cuve de stockage de fluide jusqu'à l'orifice d'entrée ( 29) de la première cuve d'une seconde ( 30) desdites cloches de séparation; et des moyens pour transporter le fluide à partir de l'orifice de sortie du fluide de la seconde cuve de la seconde cloche de séparation jusqu'à une troisième ( 31) desdites cuves de stockage de fluide. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens servant à transporter le fluide de la première cuve de stockage ( 17) jusqu'à la première cloche de séparation ( 22) comprennent: un premier conduit ( 18) ayant une extrémité positionnée adjacente au fond de la première cuve de stockage; une pompe ( 20) ayant son côté aspiration raccordé à l'autre extrémité du premier conduit; et un second conduit ( 21) raccordé entre le côté refoule- ment de la pompe et l'orifice ( 23) d'entrée de fluide de la première cuve ( 54) de la première cloche de séparation ( 22). 3 Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens servant à transporter le fluide de la première cloche de séparation ( 22) jusqu'à la seconde cuve ( 24) de stockage de fluide compren- nent un conduit ( 25) à écoulement par gravité ayant une extrémité raccor- dée à l'orifice de sortie de la seconde cuve ( 65) de la première cloche de séparation ( 22) et son autre extrémité positionnée de façon à décharger le fluide dans la seconde cuve de stockage de fluide. 4 Appareil selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 56 ') pour dégazer le fluide avant l'entrée du fluide dans l'hydrocyclone ( 56,57) de la première cloche de séparation ( 22) - 5 Appareil-selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de dégazage comprennent une plaque d'impact ( 56 ') montée à l'intérieur de la première cuve ( 54)-de la première cloche de séparation ( 22) et positionnée de façon que le fluide déchargé par le conduit ( 23) d'arrivée de fluide la frappe. 6 Appareil selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce-qu'il comporte des moyens ( 47) pour détendre la pression de la première cuve ( 54) de la première cloche de séparation ( 22). 7 Appareil selon une quelconque des revendications 1 à 6, - caractérisé en ce qu'il comporte une unique cuve ( 48) qui contient plu- sieurs cloisons ( 80,81,82) qui coopèrent avec cette unique cuve pour former la série de cuves ( 17,24,31,38) de stockage de fluide. 8 Appareil selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la cloison ( 80) délimitant la première cuve ( 17) de stockage de fluide est plus basse que la cloison ( 81) délimitant la seconde cuve ( 24) de stockage de fluide de sorte que le trop plein de fluide de la seconde cuve de stockage de fluide peut s'écouler dans la première cuve de stockage-de fluide - 9 Appareil selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens ( 33,32,34) pour transporter le fluide de la deuxième cuve ( 24) de stockage de fluide jusqu'à l'orifice d'entrée ( 35) d'une troisième cloche de séparation ( 36); et il des moyens ( 37) pour transporter le fluide sortant de l'orifice de sortie de la seconde cuve de la troisième cloche de sépara- tion jusqu'à une quatrième cuve ( 38) de stockage de fluide. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 41,42,44) pour soutirer le fluide de la qua- trième cuve ( 38) de stockage de fluide.