Brevet FR2604639A1 — publié le 19880408

DEGAZEUR POUR LA SEPARATION DE GAZ OU DE VAPEURS, HORS DE COURANTE LIQUIDE/GAZ OU LIQUIDES/VAPEURS DANS DES CANALISATIONS La présente invention concerne un dégazeur pour la séparation de gaz ou de vapeurs hors de courants de liquides/gaz ou de liquides/vapeurs dans des canalisations. Des courants de liquides/gaz ou de liquides/ vapeurs dans des canalisations apparaissent très fréquemment dans de nombreuses applications industrielles. Dans la plupart des cas, il est très avantageux de réduire de façon importante la teneur en gaz ou en vapeur. Comme exemples, on peut citer: a) Transport de pétrole brut: En ce cas, le pétrole transporté contient géné- ralement une quantité indésirable de gaz naturel qui augmente considérablement la chute de pression dans la canalisation et par conséquent la capacité de transport. En outre, des contrainte! mécaniques élevées peuvent être exercées sur les canalisations dans le cas d'écoulement à effet bouchon, contraintes qui peuvent entrainer le nonfonctionnement. L'écoulement à effet bouchon à l'extrémité d'un pipeline, menant de la source de pétrole à l'ii 3o tallation à terre ou en mer, est particulièrement indésirable. Pour éviter l'écoulement à effet bouchon dans les secteurs sui- vants, on utilise jusqu'à présent ce que l'on appelle des sépara- teurs pour écoulement à effet bouchon, dont les dimensions sont excessivement grandes. b) Evaporateurs: Lors de l'évaporation de liquides, le transfert thermique dans le cas de faibles teneurs en vapeur (écoulement avec bulles) est bien meilleur que dans le cas de hautes teneurs en vapeur (écoulement annulaire). Grâce au montage d'un dispositif qui diminue la teneur en vapeur, on réduit la surface de chauffe requise ainsi que la puissance des pompes, et le rendement de l'installation est par conséquent accru. Les séparateurs liquide/gaz traditionnels, tels que cyclones, récipients à grande surface, demandent un grand volume de construction et, par là, des coûts élevés. D'après DE-C 3 419 159, on connatt un dégazeur qui comporte un tronçon de conduit et un récipient disposé sur celui-ci, le récipient étant mis en communication avec le tronçon de conduit par un conduit de dérivation. Le but de la présente invention est d'améliorer encore un dégazeur de ce type, de manière à simplifier la cons- truction et à accrottre notablement le rendement de séparation des gaz. Pour atteindre ce but, la présente invention propose un dégazeur pour la séparation de gaz ou de vapeurs hors de courants de liquides/gaz ou de liquides/vapeurs dans des canalisations, caractérisé en ce qu'il comporte un tronçon de conduit pouvant être intercalé dans la canalisation, un récipient ou un boîtier de plus grand diamètre que le tronçon de conduite étant raccordé au-dessus de celui-ci au moyen d'un conduit de dérivation dirigé verticalement vers le haut, et le liquide arrivant dans le récipient par le conduit de dérivation étant renvoyé à nouveau dans la canalisation, et à cette fin étant présents, dans la paroi du tronçon de conduit, des orifices qui mettent en communication la partie inférieure de l'intérieur du bottier avec l'intérieur du.tronçon de conduit 4, la face supérieure du bottier, à une certaine distance de l'orifice ou de l'embouchure du conduit de dérivation, ayant la configuration d'un couvercle bombé. Le dégazeur de la présente invention possède comme autres caractéristiques avantageuses que le tronçon de conduit est placé directement sur le fond du boîtier et que les orifices sont disposés sur le bord inférieur de la paroi du tronçon de conduit, directement au- dessus du fond du boîtier que les orifices, vus dans le sens de l'écoulement, sont placés au-dessous du conduit de dérivation et/ou avant celui-ci, que l'on prévoit un flotteur qui obture avec sa tête-soupape le conduit de sortie de gaz 16 selon la hauteur du niveau du liquid et qu'un séparateur de gouttes se trouve dans la partie superieure du bottier, entre le conduit de sortie de gaz et l'orifice supérieur du conduit de dérivation, séparateur de gouttes qui s'étend du couvercle jusqu'au-dessous du niveau du liquide. Un dégazeur ou séparateur conçu de cette façon, selon l'invention, est avantageusement très compact, ne possède aucune partie mobile et ne requiert aucun apport d'énergie. Il peut être facilement intercalé dans une canalisation, n'occa- sionne pas de chute de pression notable et présente un degré d'efficacité de séparation de gaz notablement accru par rapport aux appareils connus, tout en étant d'une construction notablement simplifiée. Le détournement du courant s'effectue de la façon la plus simple dans une dérivation, grace à la différence de pression marquée. Une excellente séparation de phases, avec retour de l'eau séparée par la dérivation, s'effectue par ce moyen. Les avantages particuliers du dégazeur, selon l'invention, se manifestent dans la diminution de la chute de pression dans la canalisation, dans l'empêchement de courants à effets bouchon, ainsi que dans la réduction des surfaces d'échange thermique dans des évaporateurs, lorsqu'on utilise le dégazeur dans un écoulement de vapeur d'eau. On illustre plus en détail dans ce qui suit, et à l'aide des dessins, d'autres particularités de l'invention. Sur ces dessins, - la figure 1 est une vue schématique latérale du dégazeur, - la figure 2 est une en coupe, selon la droite AA de la figure 1, et - la figure 3 selon la droite BB de la figure 2, - la figure 4 est une vue en perspective avec paroi latérale arrachée, et - la figure 5 est un graphique montrant les courbes caractéristiques du dégazeur dans un mode d'exécution en phase unique dans le cas d'un courant air/eau (p= 4 x 105 Pa [4 barsj, D = 50 mm). Le dégazeur est constitué selon la figure 1 d'un boîtier 1 qui est disposé essentiellement au-dessus de la canalisation 2 horizontale, conduisant le courant liquide/gaz 3, et qui est traversé par celle-ci dans sa partie inférieure, Le boîtier 1 est fixé par une boîte dans la canalisation 2, le tronçon de conduite 4, qui s'étend à l'intérieur du bottier 1, présentant de façon appropriée une section transversale carrée, dont le côté devrait être approximativement égal au diamètre de la canalisation 2. Sur le tronçon de conduit 4 repose, à la partie arrière 5 du boltier, vu dans le sens de l'écoulement, un conduit de dérivation 6, se dressant perpendiculairement vers le haut, qui peut éventuellement présenter la section transversale carrée du tronçon de conduit 4, et dont la hauteur est égale à environ 3 fois la longueur du c8té. La section transversale du bottier 1 est en outre plus grande que la section transversale du conduit de dérivation 6. Le conduit de dérivation 6 présente un orifice supérieur 7, par lequel la position de courant 8, détachée ou s'écoulant vers le haut dans le conduit 6, arrive dans la partie 3 supérieure 9 de l'intérieur du boîtier 1. En outre, le couvercle bombé 10 du boîtier 1 joue le rôle d'une plaque de chicane ou d'un déflecteur pour le courant 8, dont la fraction liquide est renvoyée en direction de l'écoulement descendant sur les parois latérales 12 et 13 du boîtier, vers la surface 14 du liquide (voir figure 2). La fraction gazeuse 15 arrive au conduit de sortie de gaz 16. Dans la zone inférieure du tronçon de conduit 4 sont présents, à l'intérieur de la partie inférieure 17 de l'in- térieur du bottier 1, plusieurs orifices latéraux 18 qui peuvent également avoir la configuration d'injecteurs, et par lesquels s'effectue l'écoulement de retour 19 allant de la partie inférieure 17 de l'intérieur du bottier vers le tronçon de conduit 4, et par conséquent dans le courant 3. Les injecteurs peuvent etre constitués de plaques de guidage 20 dans le tronçon de con- duit 4, à la face interne des orifices 18. Les orifices se trou- vent avantageusement approximativement à la hauteur du conduit de dérivation 6 ou légèrement plus en avant, vu dans le sens de l'écoulement; il peut y avoir 1, 2 orifices ou plus. A la surface du liquide 14 flotte un flotteur 21 sur lequel est fixée une tête de soupape 22. Lorsque le niveau 14 du liquide atteint une hauteur déterminée, la tête de soupape 22 obture le conduit de sortie de gaz 16 conduisant à l'extérieur a travers la paroi du récipient. Entre le conduit 6 et le conduit de sortie de gaz 16, est encore disposé, dans la partie supérieure de l'espace interne 9, un séparateur de gouttes 23 qui empêche l'entraînement de gouttelettes de liquide dans le conduit de sortie 16. Le mode de fonctionnement du dégazeur repose sur les mécanismes suivants: 25. Dans l'espace interne supérieur 9 du récipient 1, est établie, à l'aide du conduit de sortie 16 et du système de tuyaux raccordé à celuici, une pression plus faible que celle régnant dans la canalisation 2 ou dans le tronçon de conduit 4. Une partie du mélange liquide/gaz est ainsi déviée dans le conduit de dérivation 6. En raison a) des densitées différentes des phases (inertie de masse) b) d'une certaine stratification des phases dans l'affluent 3, présente dans la plupart des applications industrielles, la teneur en masses gazeuses X3 arrivant dans le conduit de dérivation est supérieure à la teneur en masses gazeuses X1 de l'affluent 3, exprimées chacune par exemple en pourcentage. Liquide et gaz sont grossièrement séparés au- dessus du conduit 6; les gouttelettes restant encore dans le gaz sont séparées dans le séparateur de gouttes 23. Le gaz quitte le récipient par le conduit de sortie 16. Le liquide s'écoule vers le bas dans la direction 11 et se rassemble dans la zone infé- rieure de l'espace interne 17 dans le récipient 1. La quantité du liquide 8 s'écoulant par le conduit de dérivation 6 est réglée par le flotteur 21 à une valeur telle que le niveau 14 du liquide est approximativement à la même hauteur que l'arête de sortie de l'orifice 7 du conduit 6. Dans le cas d'arrivée accrue de liquide, la tête de soupape 22 obture l'orifice, la dépression dans l'espace interne 9 devient par conséquent plus faible, de sorte qu'une quantité moindre de liquide s'écoule par le conduit de dérivation 6. Dans le cas d'une arrivée plus faible de liquide, la tête de soupape 22 ouvre de façon correspondante l'orifice. A la place du réglage du niveau à l'aide d'une soupape à flotteur, on peut également utiliser un réglage avec mesure de la hauteur du niveau du liquide et une soupape de réglage placée plus en aval dans la conduite de gaz. Pour le retour du liquide séparé dans le tronçon de conduit horizontal 4, la hauteur hydrostatique du niveau du liquide est la force agissante essentielle. Le retour s'effectue par les orifices 18, et il est facilité par une confi- guration appropriée de ceux-ci, par exemple sous forme d'injecteur La disposition latérale des orifices de retour 18 jusqu'au point le plus bas du bottier 1 ou de sa partie interne inférieure 17 est avantageuse, afin d'éviter des dépôts dans le bottier, par exemple du sable, qui est entraîné par le conduit de dérivatio et de cette façon renvoyé à nouveau dans le tronçon de conduit 4 et, respectivement, dans le courant principal 3. La figure 5 montre des courbes caractéristiques d'un appareil conçu en un étage, extrapolées à partir de mesures d'un courant air/eau à une pression Pl = 4.o105Pa (4 bars). Les courbes représentées sont des courbes à un rapport constant du courant de masse gazeuse séparé msep au courant affluent de masse sep gazeuse m*. Les courbes caractéristiques montrent que même dans le cas d'écoulement à bulles dispersé, l'appareil possède encore des rendements de séparation de 60%. Dans la zone industriellement très intéressante de l'écoulement à effet bouchon (Vsl ç4m/s) et de l'écoulement en vagues (Vsl s'accroît fortement. Il doit être bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre indicatif et non limitatif et que toutes les variantes ou modifications peuvent y être appor- tées sans sortir pour autant du cadre général de la présente invention Liste et significations des numéros de référence 1. Bottier, récipient 2. Canalisation 3. Courant gaz/liquide 4. Tronçon de conduit 5. Partie arrière du bottier 6. Conduit de dérivation 7. Orifice supérieur 8. Fraction de courant 9. Partie interne supérieure 10. Couvercle 11. Courant descendant 12. Paroi latérale 13. Paroi latérale 14. Niveau du liquide 15. Fraction gazeuse 16. Conduit de sortie de gaz 17. Partie interne inférieure 18. Orifices 19. Courant de retour 20. Plaques de guidage 21. Flotteur 22. Tête de soupape 23. Séparateur de gouttes 24. Fond du boîtier REVENDICATIONS 1- Dégazeur pour la séparation de gaz ou de vapeurs hors de courants de gaz/liquides ou de vapeurs/liquides dans des canalisations, comportant: a) un tronçon de conduit (4) pouvant être intercalé dans celles-ci, b) un récipient ou un boîtier (1), de plus grand diamètre que le tronçon de conduit (4), étant raccordé au-dessus de ce tronçon de conduit (4) au moyen d'un conduit de dérivation (6) dirigé verticalement vers le haut, et c) le liquide arrivant dans le récipient (1) par le conduit de dérivation (6) étant renvoyé à nouveau dans la i5 canalisation (2), et à cette fin, d) des orifices (18) étant présents dans la par( du tronçon de conduit (4), qui mettent en communication la partie inférieure (17) de l'intérieur du boîtier (1) avec l'in- térieur du tronçon de conduit (4), e) la face supérieure du bottier (1), à une certaine distance au-dessus de l'orifice (7) ou embouchure du conduit de dérivation (6), ayant la configuration d'un couvercle bombé (10). 2- Dégazeur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que f) le tronçon de conduit (4) est placé directement sur le fond (24) du boitier (1) et g) les orifices (18) présents sur le bord inférieur de la paroi du tronçon de conduit (4) sont disposés directement au-dessus du fond (24) du bottier. 3- Dégazeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ' h) les orifices (18), vus dans le sens de 1 0 l'écoulement, sont placés audessous du conduit de dérivation (6) et/ou avant celui-ci. 4- Dégazeur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que i) est prévu un flotteur (21) qui obture par sa tête de soupape (22) le conduit de sortie de gaz (16) selon la hauteur du niveau (14) du liquide, et en ce que j) un séparateur de gouttes (13) se trouve dans la partie supérieure (9) du bottier (1) entre le conduit de sortie de gaz (16) et l'orifice supérieur (7) du conduit de dérivation (6), séparateur de gouttes qui s'étend du couvercle (10) jusqu'au-dessous du niveau (14) du liquide.