Brevet FR2522820A1 — publié le 19830909

La présente invention concerne un procédé pour la mesure des fuites de récipients contenant un gaz sous pression, ainsi qu'une installation pour sa mise en oeuvre. L'invention sera plus particulièrement décrite à propos de la détection des fuites qui peuvent survenir au niveau des robinets des bouteilles contenant un gaz de pétrole liquéfié, mais cette application n'est nullement limitative ; comme on le comprendra par la suite, le procédé et l'installation selon l'invention peuvent être employés pour détecter et mesurer les fuites d'une très grande variété de récipients contenant un gaz sous pression. Un procédé connu de détection des fuites consiste a enfermer le robinet sous une cloche étanche dans laquelle une fuite provoque une élévation de la pression. Un dispositif selon ce procédé est notamment décrit dans le brevet français 1 370 740 et son addition 2 092 965, tous deux au nom de la Demanderesse : un premier poste installe une cloche sur chacune des bouteilles défilant sur un convoyeur (ou sur un manège) et un second poste, éloigne du premier, vient brancher sur la cloche un capteur de pression pour mesurer la valeur atteinte par celle-ci a l'intérieur de la cloche. L'éloignement des deux postes laisse à la fuite confinée par la cloche le temps de produire ses effets, et à la pression de se stabiliser. La sensibilité de ce procédé est cependant limitée ; on ne peut en effet, pour des raisons pratiques évidentes, augmenter de manière excessive le temps de confinement de la fuite, ni utiliser de capteurs de pression trop sensibles, qui seraient alors affectés par toutes sortes de phénomènes transitoires de variation de la pression. I1 a été alors proposé de remplacer la mesure de pression par une mesure de concentration du gaz de fuite ; on fait alors circuler dans la cloche un gaz de balayage, neutre ou de teneur en gaz de fuite exactement connue, puis on prélève un échantillon du mélange gazeux sortant de la cloche ; cet échantillon est ensuite analysé, et le résultat permet de connaître le rapport débit de fuite Cette façon de procéder donne Cette faon de procéder donne débit du gaz de balayage dans la plupart des cas des résultats satisfaisants, gracie à l'emploi d'analyseurs de grande sensibilité, tels que notamment les spectromètres infrarouges ou les détecteurs à combustion catalytique.Elle rencontre cependant ses limites dans le nécessaire compromis entre une détection rapide de la fuite ( qui nécessite un débit élevé de gaz de balayage pour stabiliser rapidement la composition du mélange à analyser, mais impose un dilution importante de la fuite) et une grande sensibilité (possible avec une faible dilution ; mais le faible débit du gaz de balayage allonge le temps nécessaire à la stabilisation). Au contraire, le procédé selon l'invention permet de concilier ces deux impératifs, en assurant une mesure rapide des fuites qui ne sacrifie pas pour autant la sensibilité de la détection. Il est ainsi possible d'assurer une sélection plus rigoureuse des bouteilles "fuyardes", tout en augmentant la cadence de production grace à une diminution de la durée d'immobilisation de la bouteille au poste de mesure. A cette fin, le procédé selon l'invention con siste--à : entourer la zone de fuite au moyen d'une cloche de confinement mise en communication prolongée avec un capteur de mesure de la concentration instan tanée du gaz à détecter, de manière à produire une accumulation de ce gaz ; ensuite, mesurer l'accroissement de la concentration du gaz de fuite dans le mélange gazeux contenu dans le volume, clos, de diffusion formé par la cloche, le capteur en communication, et les conduites assurant cette mise en communication. On remplace ainsi un prélèvement d'un échantillon du mélange stabilisé par une mesure continue de la concentration, du fait de la diffusion du gaz de fuite à l'intérieur de ce volume clos. La diffusion peut être naturelle , elle peut être également forcée, en créant, pendant toute la durée de la mise en communication, un courant continu circulant entre la cloche et le capteur, dans le mélange gazeux contenu dans le volume de diffusion. Le brassage de ce volume de diffusion assure ainsi une meilleure homogénéisation du mélange, réduisant dans des proportions importantes le temps de mesure. Avantageusement, préalablement à la mise en place de la cloche, on purge le volume de diffusion par introduction d'un gaz de balayage. On peut ainsi remplir le volume de diffusion d'un gaz neutre ou de composition connue avec précision. I1 résulte du fait que le volume de diffusion soit un volume clos que le gaz qui s'est échappé de la fuite pendant la durée de la mesure s'accumule dans ce volume. Cette accumulation se traduit par une intégration sur cette durée de la quantité (masse) de gaz rechappée. Le résultat de la mesure (de concentration) est donc une valeur variable, contintment croissante en fonction du temps , le taux d'accroissement de cette valeur augmentant proportionnellement au débit de fuite. Si ce débit est constant, comme on peut le supposer, l'accroissement sera lineaire et donc la concentration proportionnelle au temps. Une première façon d'exploiter ce résultat consiste, après une durée détermince, à comparer la valeur atteinte par la concentration à une valeur de consigne au-delà de laquelle le récipient est considéré comme fuyard. On peut également, a partir de la valeur 'croissante de la concentration, déterminer la durée que met cette concentration pour atteindre une valeur prédéterminée, et on compare cette durée à une valeur de consigne en deçà de laquelle le récipient est considéré comme fuyard. La bouteille avérée fuyarde peut enfin, de manière connue, être rangée à part sur un convoyeur d'éjection, cette éjection étant réalisée de manière automatique à partir du résultat des mesures. L'installation selon l'invention comporte une cloche de confinement de la zone de fuite, ainsi qu'un capteur mis en communication prolongé avec la cloche, permettant la mesure de la concentration instantanée du gaz de fuite dans le mélange gazeux contenu dans le volume de diffusion précédemment défini. Avantageusement, cette installation comporte en outre des moyens pour créer dans le mélange gazeux contenu dans le volume de diffusion un courant continu circulant entre la cloche et le capteur. De préférence, elle comporte également des moyens pour introduire un gaz de balayage dans le volume de diffusion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaItront à la lecture de la description détaillée ci-après, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'invention, où la diffusion est forcée par un circulateur, la figure 2 est une représentation graphique des résultats des mesures, pour différentes valeurs du taux de fuite, la figure 3 est une variante du premier mode de réalisation, la figure 4 représente un second mode de réalisation, à diffusion naturelle, la figure 5 est une variante de ce second mode de réalisation. La figure 1 se réfère au mode de réalisation avec diffusion forcée du gaz de fuite. Le robinet 2 de la bouteille 1 est coiffé par une cloche 3 de confinement ; la cloche peut être appliquée de façon étanche sur la bouteille, mais cette étanchéité n'est pas nécessaire. Une première conduite 4 relie la cloche à une extrémité 6 de la cellule de mesure d'un capteur 7 de concentration du gaz de fuite, par l'intermédiaire d'une vanne 5 à deux directions. Le capteur 7 peut être avantageusement un capteur à absorption infrarouge, utilisant notamment l'effet photoacoustique. L'autre extrémité 8 de cette même cellule de mesure est reliée, grâce à une conduite 10, à la cloche par l'intermédiaire d'un circulateur 9 tel qu'un ventilateur-pompe. La conduite 4 peut par exemple prélever l'atmos phare confinée par la cloche au moyen d'orifices ménagés à la base de celle-ci, et la conduite 10 retourner à un orifice débouchant au sommet de la cloche. La vanne 5 peut prendre deux positions fonctionnelles A ou B. En position A, la conduite 4 est reliée directement au capteur 7, établissant ainsi une boucle ou circuit fermé dans lequel un courant va être créé par le circulateur 9. En position B, un gaz de balayage, par exemple de l'air propre ou de l'air contenant une proportion exactement connue du gaz à détecter, est introduit, à partir d'une conduite 11 d'amenée, vers le capteur 7, le circulateur 9 et la cloche 3. On peut ainsi procéder à une purge de ces circuits. Le fonctionnement est le suivant : par des moyens connus, la bouteille est amenée jusqu'au poste de mesure, en dessous de la cloche de confinement 3. Dans cet état, la vanne est mise en position B, et le volume capteur-circulateur-cloche, ainsi que les conduites de liaison, sont purgés par balayage du gaz amené par la conduite 11. Simultanément, le capteur 7, traversé par ce gaz, peut fournir une mesure de référence. Ensuite, la cloche est mise en contact avec la bouteille, et la vanne 5 mise en position A, établissant ainsi un volume clos de diffusion et un circuit fermé de circulation. Toute fuite produira alors une augmentation progressive de la concentration du gaz contenu (et circulant) dans ce volume clos, cet accroissement de concentration étant suivi par le capteur 7. Une fois la mesure achevée, la cloche est relevée, et une bouteille suivante admise au poste de mesure. Dans l'intervalle, la vanne 5 est remise en position B pour procéder au balayage et à la purge du circuit. Le signal issu du capteur, traité, peut être mémorisé et ensuite restitué au moment du passage de la bouteille devant un convoyeur d'éjection : le signal restitué correspondant à une bouteille fuyarde pourra actionner un vérin repoussant celle-ci sur le convoyeur d'éjection et l'excluant donc de la manutention ultérieure en vue d'une vérification ou d'une réparation. Comme le montre la figure 2, la présence d'une fuite se traduit par une augmentation constante de la concentration en fonction du temps, l'aire hachurée étant représentative de la quantité (masse) de gaz ayant fui. Si le débit de fuite est constant, l'accroissement de la concentration sera linéaire et donc représenté par une droite dont la pente dépendra d'une part de la valeur du taux de fuite, et d'autre part de la taille du volume de diffusion ( un volume de diffusion réduit permet une augmentation plus rapide de la concentration on voit donc qu'il y a intérêt à minimiser ce volume). Les trois droites D1, D2, D3 correspondent à trois valeurs différentes, de plus en plus élevées, du taux de fuite. Sur la figure 2, les droites ont été représentées partant de l'origine, ce qui signifie que la concentration initiale est nulle, et donc que le gaz de balayage est un gaz propre exempt de toutes traces du gaz détecté. Si ce n'était pas le cas, les droites seraient d'allure identique, mais décales vers le haut d'une ordonnée l'origine correspondant à la concentration du gaz de balayage : il est aisé, comme on le comprend aisément, de procéder a une mesure différentielle pour éliminer cette valeur initiale, grace à une mesure préalable, de référence, effectuée en cours de balayage. On notera que cette mesure, où n'interviennent que la concentration et le temps, est indépendante de la pression régnant dans le volume de diffusion, et donc n'est pas affectée par les variations de cette dernière, notamment ses variations transitoires. La mesure peut être exploitée de différentes manières. Tout d'abord, on peut procéder à une intégration de la fuite pendant une durée TO fixe, prédéterminée. La concentration finale atteinte au bout de ce temps Tg est alors comparée à un seuil de consigne ; si la concentration mesurée est supérieure à ce seuil, la bouteille est considérée comme fuyarde. Cette durée prédéterminée peut avantageusement être de valeur sensiblement égale au temps de présence de la cloche sur le récipient ; on utilise ainsi de façon optimale le temps pendant lequel la bouteille se trouve au poste de mesure. Inversement, il est également possible de se fixer un seuil de concentration donné CO, fixe, et de mesurer la durée nécessaire pour atteindre cette valeur. Cette durée est alors comparée à une valeur de durée de consigne ; si la durée mesurée est inférieure à cette valeur de consigne, la bouteille sera considérée comme fuyarde. Pour éviter des mesures trop prolongées, il est possible de se fixer un seuil de concentration CO tel que, en toutes circonstances, la durée de consigne reste inférieure à la durée totale de présence de la cloche sur le récipient. La figure 3 est relative à une variante du mode de réalisation, où une conduite supplémentaire 12 permet de court-circuiter le capteur 7 en dérivant le courant gazeux. Cette conduite de dérivation est associée à une seconde vanne 13 à deux directions. La vanne 5 conserve les fonctions qu'elle avait précédemment. Quand la seconde vanne 13 est en position C, le capteur 7 et le circulateur 9 sont reliés directement, et la situation est donc identique à celle de la figure 1. Par contre, quand la vanne est en position D, le capteur est court-circuité. On peut d'une part (position B de la vanne 5) procéder à un balayage en évitant le capteur, donc permettre de conserver un échantillon du mélange tout en procédant aux opérations préalables à la mesure suivante. On peut d'autre part (position A de la vanne 5) continuer la diffusion du mélange gazeux tout en "mettant en mémoire" une valeur instantanée sans arrêter le processus d'intégration. Dans un second mode de réalisation, illustré par la figure 4, on utilise la diffusion naturelle du gaz de fuite, sans employer une circulation en boucle fermée. La cloche 3 est reliée directement au capteur 7. Un organe de pompage 14 est constitué r L exemple d'un piston 15 se déplaçant dans un cylindre 16, dont le volume (lorsque le piston est en position d'aspiration flèche F) est sensiblement égal au volume de la cloche 3 et de la conduite qui relie celle-ci au capteur. Le gaz de balayage peut être introduit, par commande de la vanne 17, depuis la canalisation d'amenée 11 vers l'extrémité 6 du capteur situéea l'opposé de la cloche. Dans une variante représentée figure 5, le cylindre 16 et la cellule de mesure 7 du capteur sont confondus, le piston 15 pénétrant alors directement dans la cellule du capteur. Le fonctionnement est le suivant : tout d'abord, comme précédemment, la bouteille est amenée au poste de mesure sous la cloche, le piston étant alors en position de refoulement (flèche E). La vanne 17 est alors ouverte pour permettre l'admission du gaz de balayage et la purge de l'ensemble capteur-cloche-canalisations. Une fois cette purge réalisée, la cloche 3 est mise en contact avec la bouteille, et la vanne 17 fermée. Dès cet instant, toute fuite de gaz va se traduire par une augmentation de la concentration à l'intérieur de la cloche et donc, par diffusion, dans le capteur. L'évolution de la concentration aura, comme précédemment, l'allure représentée figure 2 ; ces mesures peuvent être exploitées de façon identique. En fin de mesure, on actionne la pompe par manoeuvre du cylindre en position aspiration (flèche F). L'atmosphère existant dans l'ensemble cloche-capteur est alors aspirée dans l'ensemble capteur-cylindre ; elle est ainsi préservée par conservation de l'échantillon malgré le relevage de la cloche. Avant d'entreprendre la mesure suivante, le piston 15 est repoussé en direction de refoulement (flèche E) et la vanne 17 réouverte, permettant ainsi la purge préalable de l'ensemble. Bien entendu, la présente description est faite sans caractère limitatif et de nombreuses variantes du procédé ou de l'installation peuvent être envisagées sans sortir pour autant du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure des fuites de récipients contenant un gaz sous pression, notamment un gaz de pétrole liquéfié, du type consistant à : entourer la zone de fuite (2) au moyen d'une cloche (3) de confinement, mise en communication prolongée avec un capteur (7) de mesure de la concentration instantanée du gaz à détecter, de manière à produire une accumulation de ce gaz, caractérisé en ce que l'on mesure ensuite de façon continue l'accroissement de la concentration du gaz de fuite dans le mélange gazeux contenu dans le volume, clos, de diffusion formé par la cloche, le capteur en communication, et les conduites assurant cette mise en communication. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant toute la durée de la mise en communication, on crée dans le mélange gazeux contenu dans le volume de diffusion un courant continu circulant entre la cloche et le capteur. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, préalablement à la mise en place de la cloche, on purge le volume de diffusion par introduction d'un gaz de balayage. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, après une durée déterminée (To) la valeur atteinte par la concentration est comparée à une valeur de consigne au-delà de laquelle le récipient est considéré comme fuyard. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, à partir de la valeur croissante de la concentration, on détermine la durée que met cette concentration pour atteindre une valeur prédéterminée (CO), et on compare cette durée à une valeur de consigne en deçà de laquelle le récipient est considéré comme fuyard. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la durée déterminée (Tg) est sensiblement égale au temps de présence de la cloche sur le récipient. 7. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, du type comportant une cloche (3) de confinement de la zone de fuite (2), caractérisée en ce qu'elle comporte un capteur (7), mis en communication prolongée avec la cloche, permettant la mesure de la concentration instantanée du gaz de fuite dans le mélange gazeux contenu dans un volume clos de diffusion formé par la cloche, le capteur en communication et les conduites assurant cette mise en communication. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens (9) pour créer dans le mélange gazeux contenu dans le volume de diffusion un courant continu circulant entre la cloche et le capteur. 9. Installation selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens (5, 11) pour introduire un gaz de balayage dans le volume de diffusion. 10. Installation selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens (12, 13) pour court-circuiter le volume du capteur de maniere à dériver momentanément la circulation du courant gazeux hors de celui-ci. 11. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens (14; 15, 16)pour aspirer hors de la cloche, et à travers le capteur, le mélange gazeux résultant de la diffusion, de manière à conserver dans l'enceinte du capteur un échantillon de ce mélange après retrait de la cloche.