Brevet FR2558737A1 — publié le 19850802

GENEEATEUR DE GAZ HUMIDE L'invention concerne un générateur de gaz humide. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif capable de générer un gaz ou un mélange gazeux de préférence, présentant un taux d'humidité constant et ajustable à des valeurs déterminées, qui pourra servir de référence pour le contrôle et le calibrage d'un hygromètre en exploitation industrielle. En effet, l'analyse en continu des gaz et fumées, en sidérurgie notamment, prend de plus en plus d'importance dans les schémas de régulation des procédés d'élaboration, tels que ceux du haut fourneau par exemple. Plus particulièrement, la connaissance de la teneur en vapeur d'eau des gaz de gueulard permettrait de corriger les paramètres d'enfournement du haut fourneau et d'éviter des introductions intempestives d'eau pouvant perturber la marche de l'appareil. Le contrôle de l'humidité ne se limite pas à la régulation en sidérurgie. Ce contrôle est également souhaitable sinon impératif, par exemple, dans les enceintes de stockage des matières chimiques, ou pour l'atmosphère des fours de traitements thermiques, etc Mais cette mesure d'humidité dans les gaz industriels doit être associée à un contrôle régulier de la dérive éventuelle de l'hygromètre chargé de la mesure. L'une des principales difficultés pour l'exploitation industrielle des hygromètres réside dans le fait qu'il n'existe pas, à la connaissance des inventeurs, de mélanges gazeux de référence à forte humidité disponibles à la demande sur le site d'exploitation. Les hygromètres utilisés en site industriel doivent alors être vérifiés dans des centres d'étalonnage ou dans des laboratoires par rapport à un hygromètre de référence.Mais ce contrôle n'est pas pratique, de plus il est réalisé dans des conditions différentes des conditions industrielles. En effet, le gaz humide utilisé en laboratoire n'est pas du tout comparable aux mélanges gazeux industriels pour lesquels l'hygromètre mesure l'humidité. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients cités ci-dessus et de permettre un contrôle précis, automatique et rapide, sur le site industriel, des hygromètres en fonctionnement. Plus précisément, l'invention préconise un générateur de gaz humide qui, disposé dans l'installation industrielle, est capable de générer un gaz contenant une valeur connue et constante d'humidité. A cet effet, afin de maîtriser les différents paramètres qui influencent l'humidité dans un gaz, l'invention a pour objet un générateur de gaz humide, caractérisé en ce qu'il comprend - un humidificateur de gaz comportant une chambre de barbotage, partiellement remplie d'eau, dont le fond est pourvu d'un diffuseur relié à une arrivée de gaz à humidifier et dont un orifice de sortie de gaz humide est prévu à la partie supérieure au-dessus du niveau de l'eau ,- des moyens pour maintenir constant le niveau d'eau dans la chambre de barbotage et un filtre monté sur la sortie de gaz humide de la chambre de barbotage ;; - un mélangeur de gaz recevant sur ses entrées respectivement le gaz humidifié issu de la chambre de barbotage et le gaz à humidifier, et dont la sortie est destinée à être reliée à l'hygromètre à contrôler ; - une réserve d'eau d'appoint reliée aux moyens pour maintenir constant le niveau d'eau dans la chambre de barbotage ; - des moyens de régulation thermique pour maintenir a une température constante l'humidificateur et le mélangeur r - et des moyens de régulation pneumatique assurant d'une part des pressions de gaz constantes à l'entrée et à la sortie de l'humidificateur et d'autre part des pressions de gaz égales sur les entrées du mélangeur. Le gaz à humidifier (i.e. non humidifié), introduit dans la chambre de barbotage, peut etre tout aussi bien sec, ou par tiellement humide. Conformément à une forme de réalisation, la chambre de barbotage est équipée de moyens pour briser les bulles de gaz avant l'orifice de sortie. Ce mode de réalisation améliore l'humidification du gaz traversant la chambre. Dans un mode de réalisation préférée, les moyens pour briser les bulles de gaz dans la chambre sont constitués par un amas de petits éléments fragmentés immergés en vrac dans le bain d'eau. De préférence, ces éléments fragmentés sont des petits cylindres creux en verre. Selon un autre mode de réalisation, les moyens pour briser les bulles de gaz dans la chambre sont constitués par un tamis posé sur l'eau contenue dans la chambre, par exemple, par l'intermédiaire de flotteurs en liège. Selon un autre mode de réalisation, on choisit de combiner les petits cylindres, immergés en vrac dans le bain d'eau avec le tamis disposé au-dessus de l'eau de la chambre. Conformément à une variante préférée, les moyens de régulation thermique sont constitués par une enceinte thermostatée dans laquelle sont placés l'humidificateur et le mélangeur. Selon une autre variante, les moyens pour maintenir constant le niveau de l'eau dans la chambre de barbotage sont constitués par un récipient annexé à la chambre, et relié à celle-ci à la manière de vases communicants, ce récipient étant muni d'un dispositif à flotteur commandant l'ouverture d'une vanne montée sur une conduite reliant le récipient à la réserve d'eau d'appoint. Le système selon l'invention tient compte des paramètres influencant l'humidité d'un gaz. Les recherches effectuées par les inventeurs ont montre que pour obtenir un régime stable d'humidification, il était impératif de tenir compte des paramètres suivants - le débit de ga dans l'humidificateur doit entre constant. En effet, il est important que la quantité volumique de gaz traversant la chambre de barbotage pendant un intervalle de temps donné, soit toujours la même pour avoir une valeur constante et reproductible du taux d'humidité du gaz devant etre injecté dans lfhygromètre à vérifier.Cette contrainte est assurée par des moyens de régulation pneumatique bien connus en eux-mêmes et qui maintiennent une pression constante à l'entrée et une pression constante à la sortie de l'humidificateur. - la température doit être uniforme dans chacun des éléments du générateur selon l'invention, car l'humidité du gaz en dépend. - le niveau d'eau dans l'hydrateur doit être maintenu fixe afin que le gaz traverse toujours la même quantité d'eau et se charge donc d'une valeur reproductible de vapeur d'eau. On a également prévu de générer des valeurs d'humidité réglables. En effet, la correction de la dérive d'un hygromètre ne peut être faite qu'avec deux valeurs connues d'humidité. En conséquence, un mélangeur a été prévu pour faire des mélanges ajustables de gaz non humidifié et de gaz humide issu de l'humidificateur. Dans chacun des cas, il suffira de mesurer une seule fois, avec un hygromètre étalon, la teneur en vapeur d'eau dudit mélange. Le système selon l'invention permet de reproduire indéfiniment les différents mélanges de référence qui serviront à-contrôler l'hygromètre utilisé sur un site industriel. L'invention sera bien comprise et d'autres'avantages et caractéristiques apparaltront plus clairement au vu de la description qui va suivre, donnée en référence à la figure unique annexée qui représente un mode de réalisation du générateur de gaz humide selon l'invention. Le générateur de gaz humide se compose - d'un humidificateur (1) comprenant une chambre de barbotage (2) partiellement remplie d'eau et reliée à un récipient adjacent (3) assurant un niveau d'eau constant. Cette chambre présente, d'une part, dans son fond (4) un diffuseur poral (5) monté à l'extrémité d'une conduite (6) d'arrivée de gaz à humidifier, et, d'autre part, une sortie supérieure (7) du gaz humidifié sur laquelle est placé un micro-filtre (8). - une réserve d'eau d'appoint (9), alimentant le récipient (3) par une conduite (10) pourvue d'une vanne (11) commandée par flotteur (12). - un mélangeur de gaz (13) dont la sortie (14) est destinée à être reliée à l'hygromètre à contrôler (non représenté) et dont les entrées sont respectivement connectées à la sortie (7) cie la chambre de barbotage et à une arrivée (15) de gaz non humidifié, laquelle forme avec la conduite (6) les deux branches d'une arrivée générale (16) de gaz à humidifier. - un dispositif de régulation pneumatique comprenant les régulateurs de pressions (17) et (17') sur les conduites (6) et (15), et le régulateur de pression (18) sur la sortie (14) du mélangeur. - une enceinte thermostatée (19) remplie d'eau, équipée de son élément de chauffe régulée, schématisée en (20), et dans laquelle sont placés l'humidificateur, le mélangeur, ainsi que de préférence les régulateurs pneumatiques. Le générateur fonctionne de la manière suivante Avant son admission dans la chambre de barbotage (2), le gaz à humidifier est régulé en pression par le régulateur (17) qui assure une pression constante à l'entrée du diffuseur poral (5). Ce dernier est un filtre, de porosité variant entre 1 et 10 pm, en matière inaltérable, par exemple en poudre de bronze ou d'acier inoxydable. Pour améliorer le contact eau-gaz dans la chambre, il est avantageux de compléter le rôle du diffuseur (5) par des moyens palliant la tendance des bulles de gaz à coalescer au cours de leur ascension dans l'eau de la chambre (2). Conformément à l'invention, ces moyens, qualifiés de "brises bulles", sont avantageusement constitués par des fragments de verre (21) déposés en vrac dans l'eau. De préférence, ces fragments sont des petits cylindres creux qui, en assurant ainsi dans le circuit gazeux une perte de charge pratiquement uniforme, évitent la création de passages préférentiels pour les bulles et contribuent ainsi à prolonger le temps de contact eau-bulles. Ainsi, en réglant correctement le niveau d'eau dans la chambre (2), il est possible de charger le-gaz suffisamment en humidité et même le faire parvenir à saturation sans avoir à utiliser nécessairement une masse d'eau de grande hauteur. On rappelle que le niveau d'eau dans la chambre (2) est maintenu automatiquement constant à la manière de vases communicants, gracie au récipient annexe (3) alimenté par la réserve (9) et avec laquelle elle est en communication par une conduite (22) placée sous le niveau d'eau et une conduite supérieure (23) égalisatrice des pressions. Le gaz humidifié quitte la chambre (2) par la sortie supérieure (7) et traverse un filtre poral (8) suffisamment fin pour arrêter les micro-gouttelettes d'eau éventuellement contenues dans le courant gazeux. Le gaz est ensuite dirigé sur le mélangeur (13) qui reçoit sur son autre entrée du gaz non humidifié et permet ainsi de réaliser des mélanges ajustables de gaz humide et de gaz non humidifié provenant de la conduite d'alimentation générale (16). Le régulateur de pression (18) monté sur la sortie du mélangeur assure une chute de pression constante, d'une part dans le circuit "humide" traversant la chambre en combinaison avec le régulateur (17), et d'autre part dans le circuit sec (16) en combinaison avec le régulateur (17'). Ainsi, on maîtrise parfaitement les circuits gaz de l'appareil et on les rend insensibles aux perturbations pouvant intervenir soit "en amont" au niveau de la conduite générale (16), soit "en aval" au niveau de l'hygromètre à contrôler. Finalement, le gaz humide sortant de la chambre de barbotage est parfaitement régulé en pression, en température et en taux d'humidité. Ce taux est constant, facilement reproductible et ajustable à des valeurs déterminées par simple réglage de la position du mélangeur. Dans une installation industrielle, le générateur de gaz humide est mis en parallèle avec l'installation de mesure d'humidité du gaz industriel par l'intermédiaire d'une électrovanne commandée par un automate. A intervalle régulier, l'électro-vanne se met sur la position "passage de gaz humide de référence". L'hygromètre à étalonner doit alors donner la valeur d'humidité connue de ce gaz, en tenant compte d'une certaine marge d'erreur. Si l'hy- gromètre à étalonner a dérivé au-delà d'une certaine marge d'erreur que l'on s'est prescrite, il est nécessaire d'effectuer une seconde mesure avec un mélange de référence différent de gaz humide et de gaz non humidifié obtenu en modifiant la position de la vanne du mélangeur. Les deux valeurs permettent de rentrer dans l'automate la nouvelle équation de la courbe d'étalonnage. L'électrovanne se réenclenche sur la position "passage de gaz industriel" et les mesures de l'humidité contenue dans le gaz industriel se poursuivent. On peut facilement visualiser les mesures sur une imprimante. Le contrôle de l'hygromètre en exploitation est donc une opération totalement automatisée et instantanée. Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter à l'exemple décrit, mais s'étend à de multiples variantes ou équivalents dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes. En particulier, lorsque les débits de gaz sont suffisamment élevés pour provoquer un bouillonnement du bain d'eau dans la chambre de barbotage, il peut être utile de prévoir, dans cette dernière un moyen permettant d'arrêter les gouttelettes projetées vers le haut, par exemple un tamis poral recouvrant à distance la surface du bain. Ce tamis peut parfaitement être posé sur le bain à l'aide de flotteurs, en liège par exemple. De même, l'efficacité de la régulation en température sera améliorée par l'utilisation de conduites en cuivre pour la circulation des gaz. Pour les mêmes raisons, il peut être avantageux de conformer ces conduites en serpentins, ainsi que d'isoler thermiquement l'enceinte thermostatée (19) par un revê toment approprié. Ce générateur selon l'invention s'applique à tous les gaz sans restriction, par exemple l'air, l'azote, les gaz rares ou les gaz industriels comme le gaz de haut fourneau. Si nécessaire, le gaz à humidifier sera dépoussiéré, déshuilé et partiellement ou totalement desséché avant son admission dans le génératcur. REVENDICATIONS 1) Générateur de gaz humide destiné au contrôle et au calibrage des hygromètres en exploitation caractérisé en ce qu'il comprend - un humidificateur (1) de gaz comportant une chambre de barbotage (2) partiellement remplie d'eau, dont le fond est pourvu d'un diffuseur (5) relié à une arrivée (6) de gaz à humidifier et dont une conduite de sortie de gaz humide (7) est prévue à la partie supérieure au-dessus du niveau de l'eau, des moyens pour maintenir constant le niveau d'eau dans la chambre de barbotage, et un filtre (8) monté sur la sortie (7) de gaz humide de la chambre de barbotage ; - un mélangeur de gaz (13) recevant sur ses entrées respectivement le gaz humidifié issu de la chambre et un gaz non humidifié, et dont la sortie est destinée à être reliée à l'hygromètre à contrôler ;; - une réserve d'eau d'appoint (9) reliée aux moyens pour maintenir constant le niveau d'eau dans la chambre -de barbotage ; - des moyens de régulation thermique (19) (20) pour maintenir à une température constante l'humidificateur et le mélangeur - et des moyens de régulation pneumatique (17) (18) assurant des pressions de gaz constantes à l'entrée et à la sortie de l'humidificateur. 2) Générateur de gaz humide selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chambre de barbotage est équipée de moyens pour briser les bulles de gaz à humidifier. 3) Générateur de gaz humide selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens pour briser les bulles de gaz sont constitués par des pièces fragmentées (21) immergées dans le bain de barbotage du gaz à humidifier. 4) Générateur de gaz humide selon la revendication 3 caractérisé en ce que les pièces fragmentées sont des cylindres creux en verre. 5) Générateur de gaz humide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les moyens de régulation thermique sont constitués par une enceinte thermostatée (19) (20) dans laquelle sont placés l'humidificateur et le mélangeur. 6) Générateur de gaz humide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les moyens pour maintenir constant le niveau de l'eau dans la chambre de barbotage sont constitués par un récipient (3) annexé à la chambre (2) et relié à celle-ci à la manière de vases communicants, ce récipient étant muni d'un dispositif à flotteur (12) commandant l'ouverture d'une vanne (11) montée sur une conduite (10) reliant le récipient à la réserve d'eau d'appoint (9). 7) Générateur de gaz humide selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que des moyens sont prévus dans la chambre pour arrêter les gouttelettes d'eau projetées vers le haut dans la chambre de barbotage par bouillonnement du bain d'eau, lors de débits élevés de gaz à humidifier. 8) Générateur de gaz humide selon la revendication 7 caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par un tamis poral posé sur le bain d'eau dans la chambre de barbotage à l'aide de flotteurs.