Brevet FR2616222A1 — publié le 19881209

SYSTEHE DE DOSAGE DE LIQUIDE A GRANDE DYNAMIQUE DE VOLUMES ET DE VISCOSITES ET APPLICATIONS NOTAMMENT AUX LIQUIDES DU SECTEUR PETROLIER La présente invention concerne le dosage répétitif de liquides en fonction d'une consigne programmable de volume. La méthode utilisée consiste à intégrer l'information de débit fournie par un débitmètre volumique de façon à obtenir la valeur du volume s'étant écoulé dans la ligne après l'ouverture de la vanne de contr8le placée en série avec le débitmètre. Lorsque la valeur du volume mesuré atteind la valeur de consigné l'ordre de fermeture de la vanne de contrôle est lancé. La plupart des systèmes actuellement disponibles utilisent un dispositif mécanique de volume réglable. Le premier système de ce type utilise la méthode du réservoir gradué. Un opérateur doit etre affecté au contr8le de ce dispositif. Ce système est peu précis et comporte un fort risque d'erreur humaine. Le deuxième système est basé sur un système cylindre-piston à double action. Le liquide à doser est pressurisé. Le liquide transite par le système cylindre-piston, liquide pressurisé en provenance du stockage pousse le piston qui refoule le liquide stocké sur son autre face vers l'utilisation. Le mouvement du piston est alterné par un jeu de quatre vannes de contrtle. Le dosage est determiné par le réglage de la course et par le nombre de cycles. Ce 26 1 6222 système est efficace mais difficile à mettre au point lorsque la viscosité du liquide à doser est trop élevée. Il existe donc un besoin notamment dans l'industrie pétrolière d'un système de dosage pour'liquide, précis, fiable, d'emploi facile ne nécessitant pas un opérateur pleinement dédié à son controle, ceci meme pour des liquides de viscosité très élevée pour une large gamme de valeurs consignées. La présente invention, par l'utilisation de préférence d'un débitmètre non intrusif, permet de minimiser les effets de la viscosité. L'utilisation d'un système de contrôle basé sur un microprocesseur permet d'intégrer un programme qui par auto-adaptativité et apprentissage permet d'optimiser la compensation des erreurs de dosage dues aux temps de réponse non négligeables d'éléments mécaniques tels que les vannes de controle. Ce système auto-adaptatif corrige lui-même, comme décrit ci- dessous, les phénomènes d'usure des vannes etc... en évaluant l'évolution dans le temps des volumes Ep, d'une opération à l'autre. La figure 1 représente une vue d'ensemble de l'invention. La figure 2 représente l'ensemble des éléments utilisés pour le dosage d'un liquide. La figure 3 représente une vue d'ensemble de l'équipement utilisé pour le dosage de quatre liquides différents. La figure 4 représente l'évolution du volume de liquide à doser en fonction du temps. La figure 5 représente l'estimation du volume de liquide écoulé après que l'ordre de fermeture de vanne de contrôle ait été lancé en fonction du débit lorsque la vanne est pleinement ouverte. La figure 6 représente l'évolution du volume de liquide en fonction du temps lorsqu'un dispositif de limitation de débit est utilisé en fin de dosage. La figure 7 décrit les opérations élémentaires exécutées par le microprocesseur qui est à la base du système de contrôle. La figure 1 illustre l'invention dans son ensemble. Le système de dosage volumétrique 1, est monté sur une ou plusieurs lignes d'alimentation 3 pressurisées par un dispositif de nature quelconque 2. La pressurisation du liquide peut être obtenue en utilisant une pompe ou simplement par gravité. La figure 2 décrit l'architecture du dispositif de dosage volumétrique 1 pour un liquide. Le débitmètre volumétrique 4 est monté en série sur la ligne avec la vanne de contrôle 5 et le 2 6 1 6222 dispositif de limitation de débit 6 à au moins deux positions permettant de créer une perte de charge sur la ligne. L'information de débit est fournie au système de contrôle 7 qui commande l'ouverture et la fermeture de la vanne "tout ou rien" , ainsi que l'activation et la désactivation du limiteur de débit 6. Le dispositif de limitation de débit 6 est réalisé en modifiant par exemple une vanne identique à la vanne de contrôle "tout ou rien" 5 de telle sorte qu'en position fermée une section réduite soit offerte à l'écoulement du liquide. Le système de contrôle 7 est construit autour d'un microprocesseur. La figure 3 montre l'équipement de dosage volumétrique utilisé pour le dosage simultané de quatre liquides différents. Le système de contrôle à microprocesseur 7 est dimensionné de façon à pouvoir piloter quatre sections de dosages distinctes la, lb, lc et ld, la valeur "4" n'étant naturellement pas limitative mais seulement bien adaptée à l'industrie pétrolière. La figure 4 donne l'évolution du volume s'écoulant dans le système en admettant que le limiteur de débit 6 n'est pas installé. Lorsque la vanne de contrôle 5 est ouverte le liquide s'écoule avec un débit Q. A l'instant t l'ordre de fermeture de la vanne est lancé. Du fait du temps de fermeture Tf de la vanne de contrôle une quantité de liquide E s'écoule après que l'ordre de fermeture ait été lancé. Comme le débitmètre fonctionne en permanence le programme est capable de mesurer la valeur de ce volume excédentaire E et de la mémoriser. Ainsi pour chaque dosage l'ordre de fermeture de la vanne de contr'le est lancé lorsque le volume écoulé atteind la valeur de consigne V moins la valeur du volume excédentaire Ep mesurée lors du dosage précédant. Ceci est l'une des originalités de l'invention. L'écart, entre le volume réellement écoulé et la valeur de consigne, est égal à la différence entre E et Ep. Cette différence est d'autant plus faible que les conditions de pompage ne varient pas sensiblement d'un dosage à l'autre. La figure 5 donne la valeur Ee estimée du volume excédentaire s'écoulant après que l'ordre de fermeture de la vanne ait été donné, en fonction du débit Q lorsque la vanne de contrôle est pleinement ouverte. Cette valeur Ee est utilisée à la place de Ep lors du premier dosage pour lequel la valeur Ep n'est pas disponible. Cette courbe est tabulée initialement en laboratoire. Cependant le système à microprocesseur 7 permet d'affiner ces valeurs de Ee mémorisées en fonction des valeurs E et Q mesurées, en utilisant un algorithme de moyenne pondéré privilégiant les valeurs apprises. La figure 6 donne l'évolution du volume s'écoulant dans le système lorsque le limiteur de débit 6 est utilisé. Ce limiteur de débit est une autre originalité de l'invention. Le processus consistera à pomper le liquide avec un fort débit (pour respecter l'impératif de temps de vidange aussicourt que possible de l'industrie pétrolière), puis à enclencher le limiteur de débit vers la fin du processus de vidange, à un moment calculé avec précision par l'électronique du système. Le débit réduit en fin de vidange permet de conférer une extrême précision au système selon l'invention, comme décrit ci-dessous. Toutefois, lorsqu'une précision moins élevée est suffisante, un système ne comportant pas de limiteur de débit, ou dont le limiteur serait déconnecté, est également efficace. La valeur E du volume excédentaire s'écoulant après que l'ordre de fermeture de la vanne de contrôle 5 ait été lancé, est d'autant plus faible que le débit Q lors de la fermeture de la vanne est faible. Par conséquent, la différence entre E et Ep d'un dosage à l'autre est d'autant plus faible que le débit Q est faible, améliorant ainsi la précision du dosage. Cependant le temps pendant lequel le débit est limité à la valeur Q, doit etre le plus court possible, tout en restant supérieur au temps maximun -de fermeture Tf de la vanne de contrôle 5. Le volume V1 qui détermine l'instant ou l'ordre de réduction du débit est calculé en fonction du débit mesure à pleine ouverture Q1 et de la valeur de consigne V. La figure 7 résume l'ensemble des opération élémentaires exécutées pour le dosage d'un liquide. Ces opérations combinent la limitation du volume excédentaire s'écoulant après que l'ordre de fermeture de la vanne de contr8le ait été lancé par limitation du débit en fin de dosage, la compensation de ce volume excédentaire par anticipation de l'ordre de fermeture et la modification de la table des valeurs du volume excédentaire en fonction du débit. La précision obtenue est de l'ordre de 1/20 1. Dans les opérations pétrolières, les volumes-à vidanger sont couramment de 4 à 100 1 environ, soit une précision de 1,25% à 0,5%, tout en respectant l'impératif de vidange très court (pour 1, environ 1 min). Actuellement, les systèmes connus donnent une précision réelle de à 20% au mieux, et avec les inconvénients mentionnés plus haut. Par ailleurs, grace à l'auto-adaptativité du système, la très grande précision du système selon l'invention, unique dans l'industrie pétrolière, ne se dégrade pas dans le temps. REVENDICATIONS: 1. Système de dosage volumétrique (1) (Resp. Massique) de liquides monté sur une ou plusieurs lignes d'alimentation 3 pressurisées par un dispositif (2) de nature quelconque (Pompe, Gravité, etc...), caractérisé en ce qu'il comporte pour chaque ligne d'alimentation un débitmètre volumétrique 4 (Resp. Massique) en série avec une vanne "tout ou rien" de fermeture de la ligne 5, au moins un dispositif (6) à deux positions permettant de créer une perte de charge controllée dans la ligne et un dispositif de contrôle 7 étant programme pour actionner les vannes 5 et 6 en tenant compte des temps de réponse dédits éléments de fapon à doser un volume de liquide aissi proche que possible du volume de consigne, ceci quelque soit le débit dans la ligne. 2. Système de dosage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif 6 est vanne "tout ou rien" identique à la vanne 5 modifiée de façon à laisser un passage réduit au liquide en position fermée. 3. Système de dosage selon les revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le dispositif de controle 7 comprend un dispositif électronique à microprocesseur comportant en mémoire une table caractéristique de la vanne de fermeture, donnant en fonction du débit, le volume de liquide s'écoulant dans la ligne à partir de l'instant ou l'ordre de fermeture de la vanne 5 est lancé par le dispositif de contr8le 7, table permettant au programme d'anticiper l'ordre de fermeture d'un temps approprié, appelé avance à la fermeture. 4. Système de dosage selon les revendications 1 à 3, utilisé pour doser une série de volumes de consigne, caracterisé en ce que le dispositif de contrôle à microprocesseur 7 comporte un programme autoaaptatif calculant l'avance à la fermeture pour le dosage en cours corrigée en fonction de la valeur mémorisée lors du dosage précédent du volume réel de liquide s'étant écoulé dans la ligne à partir de l'ordre de fermeture de la vanne 5. 5. Système de dosage selon-les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle à microprocesseur 7 comporte un programme calculant l'instant d'activation du dispositif de réduction de débit 6 en fonction du volume de consigne et du débit mesure à pleine ouverture, selon un algorithme adéquat conçu de façon à limiter le temps d'écoulement à débit réduit à une valeur petite devant le temps total de dosage mais néanmoins supérieure au temps maximum de fermeture de la vanne 5. 6. Système de dosage selon les revendications 1 à 5, caracterisé en ce que le dispositif de contrôle à microprocesseur 7, comporte un programme d'apprentissage des caractéristiques réelles de la vanne de fermeture 5, modifiant les valeurs mémorisées dans la table caractéristique de la vanne de fermeture, en fonction des valeurs réelles mesurées, en utilisant un algorithme de moyenne pondérée privilégiant les valeurs apprises. 7. Système de dosage selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le débitmètre 4 est un débitmètre électromagnétique ou un débitmètre à tubes vibrants.