Brevet FR2567210A1 — publié le 19860110

Pompe doseuse, notamment pour liquides radioactifs et batterie de mélangeurs décanteurs en comportant application La présente invention se rapporte au domaine des pompes doseuses pour prélever des quantités de Liquide constantes et réglables par unité de temps dont L'emploi est très répandu en génie chimique. ELle trouve un intérêt tout particulier en milieu fortement radioactif, où d'une part, l'on doit travailler à distance sous une protection étanche et ou d'autre part, toute panne ou bouchage du circuit de transfert du liquide est particulièrement redoutée, car elle nécessite un arrêt de L'installation et une intervention du person- nel dans des conditions de travail extrêmement pénibles et dangereuses. L'invention se rapporte également à la technique des mélangeurs décanteurs pour extraction de pro duits radioactifs en phase Liquide, où l'appLication directe de La pompe doseuse précédente conduit à des améliorations très importantes. Jusqu'à ce jour, le dosage volumétrique des solutions de haute activité est assuré à l'aide de sys thèmes de roues doseuses qui sont des ensembles mécani- ques comportant un moteur électrique et nécessitant par conséquent une intervention humaine en cas de panne du moteur ou de bouchage du circuit. Il en résulte que ces roues doseuses sont généralement installées en dehors des enceintes étanches en béton dans lesquelles on manipule les solutions radioactives de façon à rendre leur entretien plus facile. Ceci implique malheureusement qu'une partie au moins du circuit complet du liquide fortement radioactif soit situé à l'extérieur de la cellule blindée, ce qui nécessite des protections, notamment de plomb, coûteuses et occupant une place importante dans les installations.Enfin et surtout, l'utilisation d'un moteur électrique pour véhiculer Les solutions est une cause non négligeabLe de complications. La présente invention a précisément pour objet une pompe doseuse qui permet de prélever des so- lutions fortement radioactives et d'en assurer Le dosage à L'intérieur même de L'enceinte blindée, et ce, de façon particulièrement simple sans aucune pièce mécanique tournante. Cette pompe doseuse qui permet de prélever des quantités de Liquide constantes et réglables par unités de temps, se caractérise en ce qu'elle comporte un récipient ou corps de pompe pLongeant au moins partiellement dans le Liquide à pomper et comportant trois ouvertures, à savoir : - une première ouverture inférieure permettant l'en- trée du Liquide à pomper dans Le corps de pompe, - une deuxième ouverture supérieure permettant de re Lier La partie supérieure du corps de pompe à une source de fluide gazeux puLsé à pression et à fre- quence régLabLes, - une troisième ouverture Latérale permettant Le passa ge d'un tube recourbé en forme de crosse, servant à L'évacuation vers L'extérieur du corps de pompe du Liquide pompé, dont L'extrémité inférieure rect;;Li- gne plonge dans Le liquide à pré Lever et dont l'ex- trémite supérieure recourbée traverse de façon étan che La troisième ouverture LatéraLe. l'élément moteur de la pompe doseuse objet de L'invention consiste en une simpLe source de fLuide gazeux puLsé à pression et à fréquence régLables, d'un type en soi connu et dont La réalisation est. tout à fait simple dans un laboratoire à partir d'une source de gaz comprimé. Ce fluide gazeux pulsé, Le pLus souvent d'ailleurs de L'air, est Le seuL élément moteur de la pompe et remplace très avantageusement Les moteurs électriques de l'art antérieur et leurs inconvénients rappelés précédemment. Comme cette commande pneumatique par fluide pulsé peut tres facilement traverser de façon étanche le blindage d'une cellule à haute activité on voit que, grâce à la pompe doseuse objet de l'invention, il n'est plus nécessaire de faire sortir des solutions fortement actives de l'enceinte blindee tout en tra- vaillant avec une fiabilité et une sécurité accrues du point de vue des risques de criticité ainsi qu'unie suppression des risques liés à la nécessité de l'interven- tion humaine en cas de panne.On peut noter également que, dans une installation déterminée, le remplacement des roues doseuses de l'art antérieur par une pompe conforme à lsinventionw amene un gain de place qui n'est pas négligeabLe ainsi que des économies de temps dans le fonctionnement des instaLlations La présente invention a également pour objet une batterie de mélangeurs décanteurs mettant en oeuvre la pompe doseuse précédente et utilisable pour l'ex traction en phase Liquide entre deux phases non misciç bles circulanrt:: à contre-courant avec recyclage éventuel arrière d'une partie au moins de l'une des deux phases pour réaliser, dans chaque mélangeur, des mélanges à volumes déterminés de ces deux phases liquides Cette batterie de mélangeurs décanteurs se caractérise en ce que le recyclage, la progression et le mélange des deux phases sont assures par des pompes doseuses à fluide gazeux pulsé, du type précédent. On comprend aisément l'intérêt de l'application de ta pompe doseuse précédente à des installations de mélangeurs décanteurs d'un type en soi connu qui, jusqu'a ce jour, nécessitaient le recours à des syst*- mes mécaniques, tels que des moteurs électriques tour nants, pour assurer le mélange etlou La circulation des deux phases circulant à contre courant ainsi que le recyclage arrière de l'une des deux phases. En effet, la suppression de toute pièce mobile mécanique et la possibilité de réglage d'une telle installation uniquement par le niveau de pression et la fréquence du flui- de gazeux pulsé constituent un progrès évident sur lequel il n'est pas besoin d'insister Longuement. Selon un mode de mise en oeuvre préférentiel de l'invention, la pompe doseuse constituant chaque mélangeur a un corps de pompe s'étendant sous le niveau des décanteurs et comportant une série de plaques perforées horizontales assurant le mélange des deux phases. Autrement dit, l'installation d'une véritable colonne à plateaux perforés dans le corps de pompe du mélangeur, permet de régler la qualité de l'émulsion du mélange des deux phases et le temps de contact voulu entre ces deux mêmes phases en agissant uniquement sur les paramètres que sont la pression et la fréquence des pulsations du fluide gazeux moteur du mélangeur correspondant. Il en résulte que les batteries de mélangeurs décanteurs conformes à l'invention, qui sont conçues de façon parfaitement étanche, peuvent etre implantées dans des cellules à haute activité entièrement fermées, puisqu'il n'est plus nécessaire qu'une partie des circuit traverse Les parois de la cellule, et sans risque de panne mécanique nécessitant une intervention humaine dangereuse en milieu hautement radioactif. De toute façon, L'invention sera mieux comprise à la lecture qui suit de la description de plusieurs exemples de mise en oeuvre qui seront décrits surtout å titre illustratif et non limitatif en se reférant aux figures 1 à 4 suivantes sur lesquelles : - La figure 1 montre en coupe élévation le schéma de principe d'une pompe doseuse objet de l'in invention, - la figure 2 montre en coupe élévation un exemple d'utilisation de la pompe doseuse de la figure 1 dans une cellule à haute activité pour le pompage de solutions radioactives, - la figure 3 montre une batterie de mélange geurs décanteurs d'une structure en soi connue, mais dans laquelle les moyens moteurs de transfert et de mélange des deux phases fonctionnant à contre-courant sont constitués par des pompes doseuses conformes à celles de la figure 1, - la figure 4 est une description en coupe élévation de l'un des mélangeurs de l'installation pré- cédente associé à deux décanteurs de type différent, dont chacun, sur la figure 4 assure le recyclage d'une phase différente de l'autre. Ceci est donné à titre d'illustration des deux possibilités de recyclage, mais il doit être bien entendu que, dans la réalité, une seule des deux phases en présence est soumise à ce re recyclage. Sur la figure 1, on a représenté dans une enceinte 1 un corps de pompe 2 et à la partie inférieure de l'enceinte 1 un récipient 3 contenant le Liquide à pomper 4 jusqu'à un niveau 5 défini par un trop-plein 6. Ce liquide 4 est amené en permanence de façon surabondante par l'ajutage 7 et s'écoule, également de façon permanente, par l'orifice inférieur 8 du tropplein 6. Conformément à l'invention, le corps de pompe 2 qui plonge partiellement dans le liquide 4 comporte trois ouvertures, à savoir : - une première ouverture inférieure 9 permettant l'en trée du liquide à pomper dans le corps de pompe 2 jusqu'au niveau 5 d'après le principe des vases com municants, - une deuxième ouverture supérieure 10 permettant de relier la partie supérieure du corps de pompe 2 par l'intermédiaire du conduit Il à une source schématisée en 42 de fluide gazeux pulsé à pression et à frequence réglables. - une troisième ouverture latérale 43 située vers la partie supérieure du corps de pompe 2 et offrant un passage etanche au tube recourbé en forme de crosse 12 servant à L'évacuation vers l'extérieur du corps de pompe du liquide pompé. Ce tube 12 comporte une extrémité inférieure rectiligne 13 qui plonge dans le liquide 4 et une extrémité supérieure recourbée 14 qui traverse par l'orifice 43 de façon étanche le corps de pompe 2 et communique avec le déversoir 15 de liquide à doser. Le fonctionnement de la pompe représentée sur la figure 1 est le suivant. Le fluide gazeux pulsé émis par la source 42 parvient par pulsations successives et régulières dans le corps de pompe 2 où il provoque des surpressions momentanées suivies de retours à la pression normale par mise en communication à la frequence de pulsation du conduit 11 entre chaque envoi de fluide gazeux pulsé. Cette surpression provoque une chasse du liquide 4 contenu dans le corps de pompe 2 d'une part par le trop-plein 8 et d'autre part par le tube recourbé 12 vers le déversoir 15 qui évacue le Liquide ainsi pompé vers l'extérieur. L'ouverture 9 est calibrée de façon à introduire une perte de charge dans le mouvement du liquide 4 et à régler la surpression au sein de celui-ci.C'est cette surpression momentanée qui provoque précisément la montée d'un volume déterminé de liquide dans le-tube recourbé 12 et son écoulement par le déversoir 15. Lors de chaque impulsion de fluide gazeux une électrovanne de déclenchement, contenue dans le dispositif 12 et non représentée, envoie du fluide gazeux comprimé à basse pression, de l'ordre de 30 à 100 millibars par exemple. Dans un second temps on met le circuit d'air pulsé à l'air libre, ce qui permet la remise à niveau du liquide 4 dans les différents tubes sous Effet de l'arrivée en continu de ce même liquide par la canalisation 7. L'observation du fonctionnement de La pompe doseuse représentée sur la figure 1 montre que le volume débité par le conduit d'évacuation 15 lors de chaque impulsion gazeuse varie en fonction des paramètres que sont la pression de ce fluide gazeux comprime la durée des pulsations, leur fréquence et deune façon générale, la forme géométrique des constituants de la pompe Comme on le constate expérimentalement0 une très légère différence de pression du fluide gazeux de commande provoque une grande différence de débit unitaire par unité de temps ; c'est donc principalement la fréquence des pulsations qui sert pour ajuster le débit d'écoulement du liquide à doser dans le conduit deéva- cuation 15. Bien entendu, La durée de chaque impulsion de fluide gazeux doit etre inférieure au temps qui serait nécessaire pour vider le récipient 3 de son liquide et faire passer de l'ai r dans le tube recourbé 12. Par ailleurs, une autre condition de bon fonctionnement de la pompe doseuse réside dans le fait que la fréquence des impulsions de pression doit être telle que te niveau 5 dans le récipient 3 ait le temps de se rétablir sous l'effet de l'arrivée constante du liquide en 7 entre deux impulsions successives. En se référant à la figure 2, où l'on retrou vera les mêmes éléments comportant les mêmes nombres de reerence, on décrira une installation de por,age-dosa- ge d'un liquide radioactif dans une enceinte étanche 16 fermée par une enveloppe 17 complétée de sa protection de béton 18 pour les observateurs extérieurs. Dans cette installation, un bac de distribution 19 et un bac de réception 20 permettent au travers d'une pompe de recyclage 21 de faire circuler en permanence dans le circuit 7 Le liquide hautement radioactif que l'on veut pomper et doser. L'utilisation du liquide radioactif pompé qui tombe par gravité dans un conduit 22 a lieu dans une cellule 23 adjacente de la cellule 16 et comportant également sa protection de béton 24 Pour compléter l'installation, ta pompe doseuse selon L'invention est munie à la partie supérieure de l'enceinte étanche 1 d'un circuit de rinçage 25 amenant un Liquide spécial au sommet 26 de L'enceinte 1 pour décontaminer ou nettoyer périodiquement la pompe doseuse. Un dévésiculeur 27 permet une séparation des aérosols Liquides. Dans cette installation, la durée de l'impulsion d'air comprimé est fixée de façon optimale à 0,12 seconde. Le temps de remise à L'équiLibre du circuit est fixé à 0,5 seconde, mais peut être d'une façon plus générale compris entre 0,5 et quelques secondes. L'air comprimé est pris sur un réseau du laboratoire de l'instalLation de La figure 2 et situé en dehors de L'enceinte de béton 18, c'est-à-dire en dehors du confinement nucléaire, ce qui autorise par conséquent des conditions d'entretien absolument normales, car aucun liquide à haute activité ne t-ransite à L'extérieur de cette enceinte de béton 18. On réalise ainsi dans ta cellule 23 une possibiLité d'utilisatipn de quantités dosées de Liquide hautement radioactif introduit par le conduit 22 à l'aide d'une installation purement statique ne comportant aucune pièce mécanique mobile. Selon l'invention, le débit de la pompe doseuse dans le conduit de déversement 15 et dans le conduit 22 peut être réglé de deux manieres différentes. La premiere de ces manieres consiste à faire varier La fréquence de pulsation du gaz moteur, en tenant compte du fait que celle-ci ne peut être inférieure à la durée nécessaire à la mise à niveau du liquide entre deux impulsions dans les différents compartiments de la pompe, cette durée étant dans l'exemple précis de l'ordre de 0,5 seconde. La deuxième manière consiste à agir par variation de la pression de pulsation. L'expérience montre qu'une pression minimale de 30 Millibars est néces- saire et correspond à l'énergie qu'il faut développer pour élever le liquide à pomper dans le tube recourbé 12. Corrélativement, il existe une valeur maximale de cette pression qui est de l'ordre de 80 millibars pour l'installation décrite, cette valeur correspondant à la pression à laquelle l'air s'échappe par la partie inférieure du tube recourbé 12. En combinant astucieusement les deux variables précédentes, on a pu obtenir pour L'installation de la figure 2, des débits variant de 1 à 10 I/h, c'est-à-dire s1 étendant sur une plage relativement importante. Cette pompe caractérisée par le fait de n'avoir aucune pièce mécanique, ni vanne ni clapet, est utilisable dans les installations nucléaires (ou en milieu corrosif) devant fonctionner sans intervention humaine. Elle ne peut ni se dérégler ni être en panne. La solution à transférer est maintenue en agitation constante, ce qui limite Les possibilités de sédimentation et permet l'utilisation de cette pompe pour des dosages volumétriques de suspensions, même si les particules ont une forte densité (fines de dissolution par exemple). La forme géométrique de l'ensemble est favo- rable, c'est-à-dire que la pompe est sous s!ritiqwe quel le que soit la concentration en plutonium La pompe objet de L'invention peut être soit un appareil indépendant, soit incorporé à un matérial - la partie basse d'un dévésiculeur par exemple Au moyen de réglages simples effectués en dehors de l'enceinte en milieu agressif, il est possi- ble d'adapter le débit de cette pompe à une très grande gamme de volumes en conservant toute la precison du dosage volumétrique. Les figures 3 et 4 suivantes sont relatives a l'application de la pompe doseuse objet de L'invention à des batteries de mélangeurs décanteurs d'un type en soi connu et pour le fonctionnement desquels on voudra bien se reporter plus en détail à la publication sui- vante : "Technique de L'ingénieur J 2756-.? de lars 1984". On rappellera simplement que de tettes batte- ries de mélangeurs décanteurs sont utilésées pour l'extraction en phase liquide entre deux phases "non miscibles qui circulent à contre-courant d'une substan- ce chimique déterminée, notamment par exempte l'uranium ou le plutonium, à l'aide d'un système de décanteurs à déversement de phase et de mélangeurs assurant le c-on- tact intime dans des conditions physiques de dure prédéterminée entre les deux phases pour pereettre le passage du corps chimique à extraire de ta phase aqueuse vers le solvant.On rappellera également que dans ces batteries de mélangeurs décanteurs, il est parfois nécessaire de pratiquer un recycLage vers ltar- rière d'une partie au moins de L'une des deux phases pour que dans chaque mélangeur des volumes aussi égaux que rossible de ces deux phases liquides, soient mis en présence, ce qui assure un rendement de L1échange maximat.En effet, l'absence de temps recyclages conduirait à un mélange des deux phases en quantités volumiques très inégales dans les mélangeurs, puisque à l'entrée merle de chaque batterie, on injecte des quantités de phases aqueuses et de solvant nettement différentes, par exemple un Litre par heure de phase aqueuse et 10 titres par heure de solvant, pour obtenir un ben rendement de I1instatlation. Toutefois, Les débits aqueux organi ques peuvent être égaux à 1 et dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'utiliser un recyclage. Même dans le cas de débits différents de i ,on n'utilise pas systematique- ment un recyclage. En se référant à la figure 3, on voit une batterie de trois mélangeurs décanteurs 30=31 et 32 dont chacun comporte un mélangeur (30a, 31a et 32a) et un décanteur (30b, 31b et 32b) Les décanteurs 30be 31b et 32b sont d'un type en soi connu et appartiennent à deux types différents visibles en 33 sur la partie gauche de La figure 4 et en 34 sur la partie droite de cette même figure. Ces décanteurs à déversement dephases fonctionnent à laide de cloisons 35 qui sont situées dans chaque cas particulier à des niveaux permettant le passage ou le déversement convenable des phases aqueuses et solvantes en présence. Tous ces décanteurs sont d'un type connu ainsi que leur associa- tion au sein d'une même batterie telle que 30, 31, 32. Dans La pratique, chaque mélangeur est associé à trois décanteurs, ce que les figures fragmentaires 3 et 4 ne permettent pas d'apercevoir. En revanche, les mélangeurs 30a, 31a et 32a sont conformément à l'invention constitués d'un corps de pompe 2 comportant une série de plateaux ou plaques perforés 36 qui constituent à L'intérieur du corps de chaque corps de pompe 2 une colonne à puLsation permettant une bonne homogénéisation et un bon contact des deux phases circulant à contre-courant. L'originaLité de La batterie des méLangeurs décanteurs des figures 3 et 4 réside dans le fait que les mélangeurs 30a, 31a et 32a sont constitués à L'aide d'une pompe doseuse conforme à L'invention et que Le recyclage arrière de celLe des deux phases choisie à cet effet est également effectué à t'aide de pompes doseuses à gaz pulsé conformes à l'invention. C'est ainsi que sur La figure 4, on voit te mélangeur 31a constitué de son corps de pompe 2 et de sa colonne à plateaux perforés 36 ainsi que du tube recourbé 12 et de l'arrivée d'air pulsé 37 sous L'influence duquel le Liquide contenu dans le méLangeur du corps de pompe 2 du mélangeur 31a transite dans le sens de la flèche F vers le bac du décanteur 34. L'orifice 9 situé à La base du corps de pompe permet te fonctionnement de celle-ci comme expliqué sur la figure 1 précédente. De la même façon, des pompes doseuses 38 et 39 permettent le recyclage arrière de La phase choisie qui est La phase aqueuse dans Le cas du décanteur 33 de la figure 4 et la phase de solvant dans Le cas de ta pompe 39 du décanteur 34 de la figure 4. Sur la figure 4, on a représenté en pointillés la phase de solvant et en lignes horizontales interrompues La phase aqueuse. On doit remarquer qu'une des originalités de la batte rie des mélangeurs décanteurs selon L'invention réside dans le fait que le mélangeur constitué essentiellement par le corps de pompe d'une pompe doseuse à gaz pulsé s'étend en-dessous du niveau des décanteurs eux-mêmes. Les installations représentées sur les figu res 3 et 4, qui d'ailleurs ne se correspondent pas complatement, comportent deux arrivées d'air pulsé, à sa voir une première 40 servant à alimenter les pompes doseuses des mélangeurs et une seconde 41 servant à alimenter les pompes de recyclage arrière 38 et 39 du dispositif. A titre indicatif, on a noté par des flèches surmontées des indications E A, E S, S A et S S, les circuits d'entree et de sortie de la phase aqueuse et de la phase de solvant. On obtient ainsi à L'aide de pompes doseuses à pulsation d'air de commande, une instaLlation de mé- langeurs décanteurs qui fonctionne automatiquement sans aucune pièce mécanique mobile et pour laquelle, apres avoir réglé la fréquence et la pulsation de façon à obtenir une émulsion et un transfert corrects, il n'est plus nécessaire d'intervenir car le fonctionnement n'est pas influencé par les variations de débit aqueux ou organiques. Dans une batterie de mélangeurs décanteurs conforme à l'invention, il est donc possibLe avec deux commandes de pulsation séparées, de faire fonctionner une batterie de mélangeurs décanteurs quel que soit le nombre d'étages, avec un recyclage à débit connu et réglable de l'une des deux phases. REVENDICATIONS 1. Pompe doseuse pour prélever des quantités de liqui-des constantes et réglables par unité de temps, caractérisée en ce qu'elle comporte un récipient ou corps de pompe (2) plongeant au moins partiellement dans Le Liquide à pomper (4) et comportant trois ouvertures, à savoir : - une première ouverture inférieure (9) permettant L'entrée du Liquide à pomper (4) dans Le corps de pompe (2), - une deuxième ouverture supérieure (10) permettant de reLier la partie supérieure du corps de pompe (2) à une source de fluide gazeux pulsé (42) à pression et à fréquence réglables, - une troisième ouverture latérale (43) permettant le passage d'un tube recourbé en forme de crosse (12), servant à l'évacuation vers L'extérieur du corps de pompe du liquide pompé, dont l'extrémité rectiligne (13) plonge dans Le Liquide à prélever et dont l'ex- trémité recourbée (14) traverse de façon étanche la troisième ouverture latérale (43). 2. Batterie de mélangeurs décanteurs pour extraction en phase Liquide entre deux phases non miscibles circulant à contre-courant et mettant en oeuvre la méthode connue du recyclage arrière d'une partie au moins de l'une des deux phases pour réaliser, dans chaque mélangeur, des mélanges à volumes déterminés de ces deux phases Liquides, caractérisée en ce que ce recyclage, la progression et te mélange des deux phases dans la batterie sont assurés par des pompes doseuses (30a, 31a, 32a) selon la revendication 1. 3. Batterie de mélangeurs décanteurs selon la revendication 2, caractérisée en ce que La pompe doseuse (31a) constituant chaque mélangeur a un corps de pompe (2) s'étendant sous le niveau des décanteurs (33, 34) et comportant une série de plaques perforées hori- zontales (36) assurant le mélange des deux phases