Brevet FR2611267A1 — publié le 19880826

Débitmètre pour liquides dangereux. La mesure du débit d'un liquide dangereux circulant dans une canalisation est un probLème rendu difficile par les exigences de sûreté. En particulier, quand on opère sur un Liquide radioactif, il faut éviter tout risque de contamination par une fuite quel- conque. On peut accepter de ne plus pouvoir mesurer le débit en cas de preuve ou d'accident sur le débitmètre, mais il est impératif de conserver sans fuite La circulation du liquide. Il existe de nombreux débitmètres extérieurs au circuit: Débitmètre à effet coriolis, débitmètre à conductibilité élec- trique. Les exigences précédentes rendent difficile l'usage de la plupart des débitmètres connus (par exemple: déviation de palette) par suite de la nécessité de sorties d'axe, de connexions, etc. IL existe des principes de mesures complètement exté- rieures: par conductibilité électrique mais ne s'appliquant pas à tous Les liquides, par effet coriolis, avec une large gamme d'application mais une sensibilité très grande aux vibrations exté- rieures et la nécessité d'avoir la détection au contact direct de la tuyauterie, sans possibilité de blindage, abrègent par trop la durée de vie. Le rayonnement (bêta et gamma) issu d'un liquide fortement radioactif détruit rapidement un appareillage non protégé. La présente invention concerne un débitmètre fixé aux tuyauteries, parcouru par le liquide dont on veut connaître le débit, sans pièce mécanique avec sorties d'arbres, et tel qu'une panne n'ait pas d'influence sur la circulation sur liquide. On peut au pire avec cette invention ne plus pouvoir mesurer le débit mais la circulation sur liquide ne s'interrompt pas. Un autre aspect de l'invention est la conception de l'appareil telle que la partie opérationnelle de l'appareil puisse être extraite sans danger et sans interrompre le circuit. En particulier, les capteurs donnant la mesure sont changeables sans interrompre la circulation du liquide et sans risque d'irradiation pour le personnel procédant à l'échange. Le principe mis en oeuvre pour la mesure consiste à faire subir une perte de charge au liquide, à mesurer cette perte de charge par déformation d'une membrane et à capter extérieurement les déplacements d'une masse magnétique liée à la membrane. L'invention concerne donc un débitmètre pour liquides dangereux, utilisant la déformation sous l'influence d'une diffé- rence de pression provoquée par l'écoulement dudit liquide, d'une membrane déformable, ledit débitmétre étant placé sous une dalle de protection et caractérisé en ce que: - il comporte un corps de forme générale cylindrique placé dans un bol muni d'un piquage inférieur d'amenée et d'un piquage supérieur de sortie dudit liquide, ledit corps comportant un orifice calibré à sa face inférieure, un orifice de sortie dans sa partie latérale supérieure, une membrane métallique disposée à la partie supérieure dudit corps au-dessus dudit piquage supérieur et un segment métal- lique assurant l'étanchéité entre ledit corps et ledit bol, à un niveau situé entre lesdits piquages inférieur et supérieur, - il comporte une aiguille creuse solidaire de façon étanche de ladite membrane sortant en partie basse à travers ledit orifice calibré et munie d'un orifice situé en dessus de ladite membrane métaltique, ladite aiguille creuse se prolongeant vers le haut dans un dispositif permettant la mesure du déplacement de ladite aiguille, donc de la déformation de ladite membrane métallique. Le principe mis en oeuvre pour la conception mécanique consiste à utiliser un bol extérieur fixé aux tuyauteries dans lequel est placé l'ensemble du dispositif de mesure tel qu'il puisse être extrait par le haut à travers la dalle de protection. Le bol restant en place assure la continuité du circuit. La description qui suit permettra, en se reportant aux figures, de mieux comprendre l'invention. La figure 1 représente une coupe axiale d'un débitmètre en place sous une dattlle dans une celLule. La dalle est horizontale et l'axe du débitmètre est vertical. La zone marquée a est donc la zone basse du débitmètre. La figure 2 représente une coupe agrandie du détail de l'orifice calibré repère 10 dans un mode de réalisation préféré. DESCRIPTION Dans une cellule située sous une dalle épaisse 5, on place sous la dalle un bol 3 de forme générale cylindrique avec un fond bombé. Le bol porte trois piquages latéraux: le liquide dont on veut mesurer le débit entre par le piquage 6 et sort par le piquage 7, un piquage 8 sert à ventiler l'appareil et éventuelle- ment à collecter les fuites. Les tuyauteries correspon- dantes sont soudées sur lesdits piquages. La dattlle comporte une ouverture correspondant à l'ouverture supérieure du bol. Dans le bol est placé le corps 9 du débitmètre ayant la forme d'une boite cylindrique surmontée d'un chapeau 25 et compor- tant une portée plane comprimant le joint 13 pour faire étanchéité. Le corps 9 comporte un orifice calibré 10 à sa partie inférieure et un orifice latéral 11. Le corps comprend deux cloisons horizontales: une grille perforée 15, une membrane métallique 16 fixée d'une manière étanche sur la paroi interne du corps. Dans l'axe de l'appareil, un tube 17 appelé aiguille coulisse avec jeu dans l'orifice 10 et dans le trou central 31 de la grille. Par contre, la membrane métallique est fixée à la paroi externe de l'aiguille (sur un petit épaulement de renfort). La partie haute 23 de l'aiguille est pleine, à l'exception d'une zone creusée pour recevoir une masse magnétique 22. 26 1 12 67 Sur la partie supérieure du corps et autour du chapeau 25, est fixé un capot de protection 24 lui-même surmonté d'un bouchon 28. Ledit bouchon constitué de fonte, de plomb, d'acier (ou d'une combinaison) assure la protection biologique à l'emplacement troué de la dalle. Une série de pattes 29 (une seule figurée) maintient le bouchon en place. Des anneaux de levage 30 (un seul figuré) per- mettent d'enlever le bouchon. Dans le capot 24, autour du chapeau 25, est placée une série de bobinages dont les fils sortent par le presse-étoupe 27. Les fuites éventuelles sont collectées par la gorge circulaire 32 et envoyées par le canal 12 à l'ajutage 8. Les jeux entre les pièces ont été volontairement grossis sur la figure pour faciliter la compréhension. Entre le bol et le corps, un segment métallique 14 (simple ou multiple) assure l'étan- chéité. Pour donner une force de rappel et en même temps centrer l'aiguille, une série de rayons 21 réunit souplement l'embase de l'aiguille et le bas du corps du débitmètre. On note également que le liquide de la zone "a" peut péné- trer dans l'aiguille par l'orifice bas 19 et ressortir en zone "d" par l'orifice 20. On voit donc que l'intérieur de l'appareil comprend quatre zones: zone a: liquide arrivant, pression Po0 dite amont zone b: liquide ayant traversé l'orifice calibrré en subissant une perte de charge p, donc à la pres- sion Po - p zone c: liquide ayant traversé la grille perforée o les trous sont assez gros pour rendre négligeable une perte de charge zone d: liquide passant par l'aiguille, sans débit donc à la pression régnant en a, c'est-à-dire Po0. FONCTIONNEMENT La membrane, placée entre "c" et "d" est donc soumise à la différence de pression Po - (Po - P) = p. Or, p n'est fonction, pour un liquide donné à température constante, que du débit Q traversant l'orifice calibré 10; La déformation de la membrane, ou ce qui revient au même le déplacement y de l'aiguille, n'est fonction que de p; il s'ensuit que y n'est fonction que du débit Q. Le déplacement de l'aiguille (donc de la masse aimantée 22) est capté par les trois bobines 26). Nous ne décrivons pas ce genre de capteur connu par ailleurs, qui donne y avec une grande sensibilité (par exemple on mesure un déplacement au micron près). On voit donc qu'il est facile d'étalonner l'appareil pour que la lecture de y donne la valeur de Q correspondante. Pour un meilleur fonctionnement, il est avantageux de donner à l'orifice calibré 10 la forme représentée sur la figure 2: lasurfacede l'orifice est une surface torique. Si l'appareil est interposé sur une tuyauterie, on peut connaître le débit liquide instantané dans cette tuyauterie. L'élément le plus fragile du débitmètre, objet de l'invention, est la membrane. Une rupture de membrane, par exemple à la suite d'une attaque par corrosion ou par un à-coup brutal de pression, est un accident fréquent sur les débitmètres. Quand on opère sur un liquide radioactif, la rupture de membrane sur un débitmètre clas- sique a pour effet d'obliger à arrêter très rapidement le débit de liquide pour éviter de contaminer une zone importante. Dans le débitmètre objet de l'invention, une rupture de membrane n'a qu'une conséquence: perdre la mesure. Par contre, la continuité du circuit est assurée et aucune perte de liquide n'est à craindre. Il n'est même pas nécessaire de prévoir des vannes en amont et en aval du débitmètre. DEMONTAGE En cas de mauvais fonctionnement, après rinçage par circu- lation d'eau (pure ou acide par exemple), on place sur la dalle, autour de l'orifice, une enceinte de protection (telle que décrite dans la demande de brevet français EN) puis on débloque les fixa- tions 29 et enlève par les oreilles 30 le bouchon 28. On enLève ensuite le capot 24 (après avoir défait les vis d'assemblage 33) . On peut vérifier Le fonctionnement des capteurs 26 et éventuellement procéder à Leur remplacement. Si l'intervention porte sur le corps proprement dit (sans doute dans ce cas sur la membrane), on remplace les vis 33 par des anneaux et on soulève le corps qui peut être évacué par l'inceinte de protection vers un atelier de maintenance, ou même remplacé par un corps neuf. DETAILS DE CONCEPTION Membrane: on a intérêt à prévoir une membrane prédéformée par des ondes circulaires pour augmenter la précision de la mesure. Grille perforée: son rôle est principalement d'éviter que le jet liquide issu de l'orifice calibré n'atteigne la membrane avec une vitesse trop grande et ne la déforme dynamiquement. EXEMPLE DE REALISATION Dans un bol en acier inoxydable de diamètre 200 mm, on place un corps de diamètre intérieur 130 mm, de même composition. La membrane est en zircalloy ondulée, diamètre utile mm, fixée par sertissage sur la paroi interne du bol. L'épaisseur de la membrane est de 0,5 mm. L'orifice calibré a un diamètre variant de 32 à 52 en sui- vant une forme circulaire de rayon 10 mm (figure 2). Le joint d'étanchéité est un joint Helicoflex (Cefilac) en acier inoxydable, de diamètre de l'ordre de 5 mm. La grille perforée a une épaisseur de 10 mm et est percée de trois séries de trous de diamètre 8 mm placés sur des cercles concentriques. L'aiguille est maintenue à sa partie basse (c'est-à-dire dans la zone"a") par six rayons de diamètre 0,5 mm en acier inoxy- dable, précambrés pour permettre l'allongement. Le diamètre extérieur de l'aiguille est égal à 16 mm et le diamètre intérieur à 8 mm. 2611267 7 On voit que Le passage Libre dans L'orifice calibré est d'environ 6 cm2, ce qui amène à une perte de charge de 1 m d'eau, soit 100 mbar pour un débit de 10 m3/h. La force agissant sur la membrane pour une différence de pression de 100 mbar est proche de 150 N et produit un déplacement de L'aiguille de 10 mm. 2611 2 6 7 REVENDICATIONS 1. Débitmètre pour liquides dangereux, utilisant la défor- mation sous l'influence d'une différence de pression provoquée par l'écoulement dudit liquide, d'une membrane déformable, ledit débit- mètre étant placé sous une dalle de protection et caractérisé en ce que: il comporte un corps (9) de forme générale cylindrique placé dans un bol (3) muni d'un piquage inférieur (6) d'amenée et d'un piquage supérieur (7) de sortie dudit liquide, ledit corps comportant un orifice calibré (10) à sa face inférieure, un orifice de sortie (11) dans sa partie latérale supérieure, une membrane métallique (16) disposée à la partie supérieure dudit corps au-dessus dudit piquage supérieur (7), et un segment métallique assurant l'étan- chéité entre ledit corps et ledit bol, à un niveau situé entre les piquages (6) et (7), - il comporte une aiguille creuse (17) solidaire de façon étanche de ladite membrane (16) sortant en partie basse à travers ledit orifice calibré (10) et munie d'un orifice (20) situé en dessus de ladite membrane métallique, ladite aiguille creuse se prolongeant vers le haut dans un dispositif permettant la mesure du déplacement de ladite aiguille, donc de la déformation de ladite membrane métallique. 2. Débitmètre pour liquides dangereux selon les revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que la membrane (16) est métal- lique, de forme ondulée et réalisée dans un matériau résistant à la corrosion et de préférence un zircalloy. 3. Débitmètre pour liquides dangereux selon les revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que l'aiguille (17) soli- daire de la membrane (16) est fixée souplement à sa partie infé- rieure par des tiges métalliques précambrées (10). 4. Débitmètre pour liquides dangereux selon les revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les capteurs (26) sont extérieurs à la partie du débitmètre pouvant contenir du liquide et peuvent être démontés sans interrompre la circulation du liquide. 5. Débitmètre pour liquides dangereux selon les revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le bol (3) reste fixé sous la dalle aux tuyauteries, alors que la partie intérieure peut être démontée verticalement sans interrompre le circuit du liquide. 6. Débitmètre pour liquides dangereux selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une grille (15) perforée de trous multiples est placée entre l'orifice calibré et la membrane. 7. Débitmètre pour liquides dangereux selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étanchéité entre le bol et le corps intérieur est réalisée d'une part par un joint (13) métallique genre "Helicoflex" et d'autre part par un ou plusieurs segments métalliques (14). 8. Débitmètre pour liquides dangereux selon les revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que la surface de l'orifice calibré est une surface torique.