Brevet FR2622002A1 — publié le 19890421

2622002t Procédé et dispositif de mesure d'un débit diphasique gaz-solide ou liquide-solide. L'invention concerne la détermination de la masse ou du débit-masse d'un produit solide pulvérulent ou granuleux véhiculé dans une installation de manutention pneumatique ou hydraulique. On sait que la masse totale véhiculée peut s'obtenir par intégration en fonction du temps si l'on connaît le débit-masse de produits solides à chaque instant. On sait, d'autre part, que ce débit-masse de produits solides peut être déterminé si l'on est capable de déterminer séparément la vitesse moyenne des particules solides et la concentration de ces particules, c'est-à-dire la masse de particules solides contenue dans un élément de volume de tuyauterie dont la section est connue. La mesure de la vitesse moyenne des particulies solides est un problème parfaitement résolu de manière simple et efficace par le procédé connu d'intercorrélation tel que décrit par exemple dans le brevet britanique GB-A-1.235.856. Par contre, la mesure directe et efficace de la concentration en produit solide n'est pas du tout aisée. Un procédé connu consiste à déduire cette concentration de la mesure de la capacité électrique d'un condensateur formé de deux électrodes séparées par le mélange solide-fluide. Mais une telle mesure n'est pas du tout fiable et elle est hautement affectée, en particulier par l'humidité du produit solide. Un autre procédé connu consiste à mesurer l'absorption subie par un faisceau d'ultrasons ou plus généralement un rayonnement ionisant, mais la mise en oeuvre et l'étalonnage d'un tel procédé sont extrêmement délicats. Le but de l'invention est de mettre en oeuvre un procédé de mesure du débit-masse de produit solide, et plus particulièrement de mesure de la concentration de ce produit qui n'utilise qu'une technologie courante et simple, qui soit facile à mettre en oeuvre et qui néanmoins soit extrêmement fiable, notamment vis-à-vis de l'humidité du produit. L'invention consiste à mesurer, dans une portion de tuyau o le régime est établi, d'une part, la vitesse moyenne des particules par le procédé connu d'intercorrélation, et d'autre part, la perte de charge totale existant entre deux sections du tuyau, la perte de charge due au fluide seul entre ces mêmes sections du tuyau étant également mesurée ou calculée, et à calculer ensuite le débit-masse de produit solide en fonction de ces quantités et de valeurs constantes déterminées à l'avance, telles que le diamètre et la section du tuyau, la distance entre les deux sections du tuyau o est mesurée la perte de charge, l'accélération de la pesanteur et un coefficient de frottement des particules solides déterminé empiriquement. En effet, la perte de charge ainsi mesurée est directement fonction de la concentration et indépendante de l'humidité du produit, ce qui permet de s'affranchir de cette variable. Par ailleurs, la détermination d'une différence de pression peut être obtenue par une technologie relativement simple et facile à mettre en oeuvre. 0 En particulier, on opère de préférence sur un élément vertical ascendant du conduit de transport en y insérant, à proximité l'un de l'autre, deux capteurs spéciaux constitués chacun par un manchon élastique souple du même diamètre intérieur que la canalisation, ce manchon étant contenu dans un boîtier rigide et entouré par un fluide incompressible qui transmet la différence de pression à un manomètre différentiel, les électrodes de détermination de la vitesse par intercorrélation étant constituées par deux bagues !0 annulaires entourant le manchon au voisinage de ses deux extrémités et reliées électriquement au dispositif électronique de détermination de la vitesse. D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation et de mise en oeuvre pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 représente le schéma général du procédé; la figure 2 représente en coupe axiale un des capteurs particuliers de l'invention; et la figure 3 représente schématiquement le raccordement des deux capteurs. On suppose dans ce qui suit qu'il s'agit d'une installation de manutention pneumatique d'un produit 262200! solide pulvérulent ou granuleux, mais l'invention s'appliquerait tout aussi bien à un transport hydraulique. Le solide pulvérulent à transporter est initialement contenu dans un réservoir 1, dans lequel il peut être avantageusement fluidisé par un circuit secondaire de gaz comportant une arrivée 2 et une tuyauterie d'équilibrage 3, et une installation non représentée fournit dans la canalisation principale d'arrivée 4 un débit Mg de gaz. Un jeu de vannes 5 permet de régler le débit de gaz ainsi que la surpression nécessaire pour le circuit secondaire de fluidisation éventuelle. Un dispositif de mesure 6 permet de déterminer ce débit sous une forme directe ou sous la forme d'une perte de charge comme on le verra par la suite. Le solide ainsi fluidisé s'écoule du réservoir 1 par la canalisation 7 et vient se mélanger au gaz dans la section horizontale 8 de la canalisation de gaz, cette dernière comportant ensuite un tronçon de préférence vertical 9, dans lequel est inséré le reste de l'appareillage de mesure. Celui-ci comprend dans son principe deux électrodes 10 et 11 entourant l'écoulement et reliées à un dispositif électronique 12 permettant, par le procédé connu d'intercorrélation rappelé plus haut, de déterminer la vitesse Us des particules solides. En qutre, conformément à l'invention, on utilise deux capteurs 13 et 14 distants d'une distance L, et permettant de déterminer, au moyen d'un manomètre différentiel 15, la différence de pression globale, ou perte de charge totale Pt entre les deux sections 13 et 14, de diamètre D et de section S. Un calculateur approprié 16, de préférence électronique, reçoit en 17 l'indication du débit de gaz, permettant de calculer la perte de charge Pg due au gaz seul dans les deux sections 13 et 14 distantes de L. En variante, le dispositif 6 peut mesurer directement cette perte de charge ou une valeur proportionnelle, multipliée par la constante voulue pour obtenir la valeur Pg. Le calculateur 16. reçoit, d'autre part, par 18, la valeur de la perte de charge totale Pt et par 19 la vitesse moyenne des particules solides Us. En fonction de ces diverses variables et constantes, ainsi que de la constante d'accélération de la pesanteur g, le calculateur 16 détermine le débit-masse de produit solide pulvérulent Ms par la formule suivante S Pt - Pg Ms =. Us g L 2 fs ± D Us dans laquelle fs représente en principe le coefficient de frottement des particules solides contenues dans la trémie, et qui dépend par conséquent essentiellement de leurs caractéristiques physiques. Ce coefficient peut être déterminé expérimentalement en utilisant un banc d'étalonnage sur lequel on mesure, d'une part, le débit Ms, et d'autre part, les variables précédentes Pt, Pg et Us, et l'on en déduit la valeur de fs, extraite de la formule précédente. Si le débit-masse Ms est constant pendant toute une durée T, la masse totale transportée par l'installation est obtenue en faisant le produit de ce débit par ce temps. Si, au contraire, ce débit Ms varie dans le temps au cours du transport, le calculateur 16 permet d'évaluer constamment en temps réel les valeurs de ce débit, et la masse totale transportée s'obtient 262200E par intégration en fonction du temps sur la durée T, comme illustré par le calculateur 20 sur la figure 1. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention consiste donc essentiellement à disposer sur la canalisation verticale 9 les capteurs 10,11,13 et 14. Comme représenté sur la figure 2, chaque capteur 13 ou 14 comprend un corps rigide 21 dans lequel est monté un manchon tubulaire 22 en caoutchouc très souple ou.similaire. Ce dernier est monté de manière étanche à ses deux extrémités dans le corps 21 grâce à des pièces de raccordement rigides 23 fixées par des vis 24. Ce raccordement étanche renferme donc complètement une chambre annulaire 25 entourant le manchon 22 à l'intérieur du corps 21. Dans cette chambre annulaire 25 et aux deux extrémités de celle-ci, sont placés des supports annulaires isolants 26 supportant chacun une des électrodes métalliques 10 et 11, elles-mêmes annulaires et raccordées électriquement par des connexions étanches 27 et 28 représentées seulement sur la figure 3. Comme représentés sur la figure 3, deux capteurs identiques 21 sont disposés à la distance moyenne L pour constituer les capteurs 13 et 14 indiqués précédemment. Les brides 29 terminant chacun des corps 21 permettent le raccordement sur la canalisation 9 comportant un tronçon 9a situé entre les capteurs. Ce tronçon 9a peut en particulier servir de support pour le calculateur 12, connecté par les fils 27 et 28 aux électrodes 10 et 11 d'un des corps 21, et également pour le manomètre différentiel 15 qui est raccordé par des canalisations hydrauliques 30 respectivement à l'un des raccords 31 de chacun des corps 21. Tout l'espace constitué par les chambrages , les canalisations 30 et le manomètre différentiel , de part et d'autre de-la membrane unique, est rempli à l'aide d'un fluide incompressible et non réactif avec le manchon de caoutchouc, tel qu'une huile de silicone, et est complètement purgé de son air, en utilisant pour cela l'autre raccordement 31 qui est ensuite refermé de manière étanche. Le diamètre interne des manchons 22 et la quantité de liquide incompressible ainsi enfermée, sont déterminés de manière qu'au repos le diamètre intérieur du manchon soit exactement celui du reste de la canalisation 9 et 9a afin d'éviter d'introduire toute perturbation dans l'écoulement. Les électrodes de mesure 10 et 11 agissent par conséquent à travers la paroi du manchon déformable 22, et permettent de mesurer de manière capacitive les variations irrégulières de concentration dans l'écoulement, pour en déduire, par intercorrélation des signaux, la vitesse des particules par le procédé connu rappelé plus haut. Le débit-mètre selon l'invention est donc relativement simple, facile à mettre en oeuvre, et est extrêmement fiable, en fournissant en particulier une mesure du débit-masse indépendante de l'humidité éventuelle du produit. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la détermination du débit-masse d'un produit solide pulvérulent ou granuleux dans une installation de manutention par courant de fluide, dans lequel la vitesse moyenne des particules solides est déterminée par intercorrélation à partir de capteurs capacitifs (i0,11) espacés dans l'écoulement, caractérisé par le fait que l'on mesure la perte de charge totale Pt existant entre deux sections (13,14) distantes de la distance L dans une canalisation de préférence verticale ascendante transportant le mélange fluide-solide, que l'on détermine ou que l'on calcule par ailleurs la perte de charge Pg due au fluide seul entre ces mêmes sections, de diamètre D et de section S, puis qu'en fonction de la constante g de l'accélération de la pesanteur et de la vitesse moyenne des particules solides Us déterminée par intercorrélation, on calcule le débit-masse de particules solides Ms par la formule suivante: S Pt - Pg Ms = _. L Us g 2 fs + - D Us dans laquelle le coefficient fs est déterminé empiriquement par étalonnage préalable et ne dépend que de la nature des particules. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à chacune des sections de captage (13,14), on dispose un capteur de pression (21) comportant essentiellement un manchon tubulaire en matériau élastique (22) du même diamètre intérieur moyen que la canalisation ascendante verticale (9), ce manchon refermant de manière étanche sur son extérieur une chambre annulaire (25) remplie entièrement d'un liquide incompressiblè et réunie par une canalisation (30) à un manomètre différentiel (15) permettant de déterminer la perte de charge totale entre les deux sections (13,14). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les électrodes (10,11) de captage de la vitesse des particules par 0 intercorrélation, sont constituées par des électrodes annulaires métalliques disposées dans ladite chambre annulaire (25) aux extrémités de celle-ci, dans un au moins des corps (21) de capteur. 4. Dispositif selon une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait qu'un calculateur (16) reçoit en permanence les indications de perte de charge (Pg) due au gaz seul, de perte de charge totale (Pt) et de vitesse moyenne (Us) des particules, et calcule en temps réel le débit-masse (Ms) de particules solides, ce 0 dernier étant éventuellement intégré en fonction du temps pour déterminer la masse de particules solides transportée. 5. Dispositif selon une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le manchon élastique (22) de chacun des capteurs (21) est en caoutchouc de grande souplesse, et que le liquide incompressible qui l'entoure est à base de silicone.