Brevet FR2641854A1 — publié le 19900720

i DESCRIPTION La présente invention est relative à un procédé et a un dispcsitif de régulation d'un débit de CO2 liquide dans une conduite thermiquement isolée équipée d'une vanne pilotée de façon continue. Le CO2 (anhydride carbonique) est utilisé pour de nombreux procédés, dans le domaine industriel d'une part (par exemple: carbonatation en chimie, neutralisation d'agents basiques et régulation de pH dans le traitement de l'eau), dans le domaine agro-alimentaire d'autre part (par exemple: refroidissement et surgélation rapides, contrôle de température). Pour ces applications, compte tenu des besoins, le CO2 est le plus souvent livré sous forme liquéfiée et stocké sous cette forme dans un réservoir. Les caractéristiques des procédés nécessitent de pouvoir adapter le débit de CO2 a la charge & traiter; on est donc amené & réguler le débit de COC. en fonction des paramètres caractéristiques du procédé: mesure du pH en traitements d'eau, mesure de température en traitements cryogéniques. La méthode de régulation qui est théoriquement la plus précise et la plus économique à l'égard de la consommation de CO2 est celle consistant a réguler de façon continue le débit de CO2 liquide à l'aide d'une vanne pilotée à ouverture variable, commandée par un régulateur à action proportionnelle, dérivée et intégrale. Le principe d'une telle vanne est de présenter une restriction à l'écoulement du fluide. La section de cette restriction est ajustée à l'aide d'un élément obturateur, se déplaçant de façon continue entre deux positions extrêmes sous l'effet d'une énergie électrique ou pneumatique. Le CO2 se présente en amont de cette vanne à une pression proche de celle du réservoir, soit 11 à 60 bars suivant les cas. La restriction de section provoque, selon les lois de l'écoulement des fluides, une perte de pression d'autant plus importante que la section de passage A l'obturateur est faible. Lorsque temporairement, le fonctionnement du procédé est tel que le besoin en CO2 est minimal, la vanne prend une position proche de sa fermeture totale. La restriction de section est alors maximale, et la chute de pression au passage de l'obturateur est suffisamment importante pour que la pression du CO2 en aval de la vanne prenne des valeurs inférieures A 5,2 bar. Cette valeur de 5,2 bar correspond à la pression du point triple du CO2, valeur en-deçA de laquelle le CO2 liquide se transforme 26 4 1854 instantanément en un mélance de CO. gazeux et de CO2 solide (neige carbonique). Or, les caractéristiques de construction des vannes de régulation utilisables pour ces procédés sont telles que le faible diamètre et la forme tortueuse des tuyauteries immédiatement en aval de l'obturateur conduisent à un bouchage immédiat dés l'apparition de neige carbonique. Il s'ensuit qu'en pratique, ces vannes de régulation ne sont que rarement utilisables pour la régulation d'un débit de CO2 liquide, et que les solutions habituellement adoptées font appel à d'autres techniques: la régulation en tout ou rien, peu précise, ou, lorsque l'application ne nécessite pas du CO2 liquide, l'utilisation d'un vaporiseur en amont de la vanne de régulation, ce qui constitue une technique coOteuse en investissement et en énergie. L'invention a pour but de permettre dans tous les cas l'utilisation d'une vanne pilotée de façon continue. A cet effet, le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'on maintient dans la conduite, en aval de la vanne, jusqu'à proximité du point d'injection du CO2, une pression intermédiaire supérieure à la pression du point triple du CO2. De préférence, avant de relier la conduite à un réservoir de CO2 liquide, on injecte dans cette conduite, en amont et en aval de la vanne, du C02 gazeux à une pression comprise entre ladite pression du point triple et ladite pression intermédiaire. L'invention a également pour objet un dispositif destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Ce dispositif est caractérisé en ce que la conduite comprend, en aval de la vanne, un tronçon aboutissant & un déverseur. Suivant des caractéristiques avantageuses: - le déverseur (4) comporte un orifice de sortie dans l'axe de son obturateur; - un tuyau ayant sensiblement le mème diamètre intérieur que l'orifice de sortie du déverseur s'étend de cet orifice au point d'injection du CC2. L'invention a encore pour objet un tunnel de refroidissement comportant plusieurs points d'injection de CO2 et un dispositif tel que défini cidessus et dans lequel ledit tronçon comporte plusieurs 264 1854 embranchements abcutissant chacun à un déverseur, chaque déverseur étant disposé en l'un desdits points d'injection. Les déverseurs peuvent être reglés sur des pressions d'ouverture différentes. Quelques exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du déverseur de ce dispositif; - la figure 3 est une vue partielle en coupe longitudinale, & plus grande échelle, d'une variante de ce déverseur; - les figures 4 et 5 illustrent schématiquement des applications du procédé suivant l'invention. Le dispositif de régulation représenté à la figure 1 est destiné a fournir un débit variable de CO2 en un point d'injection A à partir d'un réservoir de stockage 2 dans lequel est maintenue une pression PS nettement supérieure à la pression PT du point triple du CO2 (5,2 bars), et généralement comprise entre Il et 60 bars. Le point A se trouve à une pression PO déterminée, par exemple sensiblement égale à la pression atmosphérique, mais de toute façon inférieure à PT. Le dispositif de régulation 1 comprend une conduite de liquide 3 thermiquement isolée s'étendant de la partie inférieure du réservcir 2 à un déverseur 4. Une vanne pilotée 5 est interposée dans cette conduite et définit dans celle-ci un tronçon amont 6, du réservoir à la vanne, et un tronçon aval 7, de la vanne au déverseur. Cette vanne comporte un obturateur dont la position peut varier de façon continue entre une positon d'ouverture maximale et une position de fermeture totale, sous l'action d'un moteur 8. Ce dernier est commandé par un régulateur 9 qui reçoit d'un instrument de mesure 10 (par exemple un pH mètre ou un thermomètre) un signal représentatif de la grandeur pilote. Le déverseur 4 (figure 2) comprend un boitier 11 divisé en deux chambres par une membrane 12. Un ressort hélicoïdal 13, dont la force est réglable au moyen d'une vis 14, est disposé dans l'une de ces chambres, tandis que l'autre chambre (la chambre inférieure sur la figure 2) reçoit le fluide contenu dans le tronçon de conduite 7. Dans cette autre chambre, une tige d'obturateur 15 est solidaire de la membrane et se termine par un obturateur 16 coopérant avec un siège 17 situé à l'entrée de l'orifice de sortie 18 du déverseur. es élémerts 13 à 18 sont tous coaxiaux. Ainsi, l'obturateur 16 se souilv de son siège si et seulement si la pression régnant dans la chambre infrieure du déverseur dépasse la pression correspondant à la force du ressrt 13. On peut donc régler la vis 14 de façon que cette ouverture se prduise lorsque la pression dans le tronçon 7 est au moins égale à ure pression intermédiaire PI supérieure à la pression PT. Une conduite de CO2 gazeux 19 prt de la partie supérieure du réservoir 2 et comporte, d'amont en aval, une vanne d'arrêt 20 et un détendeur 21. Ce dernier diélivre en aval ure pression P2 supérieure à PT mais inférieure à PI. En aval du détendeux 21, la conduite 19 se divise en deux branches 22 et 23 aboutissant resactivement dans les tronçons 6 et 7 respectivement de la conduite 3. Clque branche est équipée d'un clapet anti-retour 24 n'autorisant la circulation de fluide que du déterdeur 21 vers la conduite 3. En fonctionnement, on procède t=t d'abord au conditionnement du disrsitif à la pression r2 en ouvrantla vanne 20. On garantit ainsi qu'en aucun point du dispositif, la pressLn ne descendra au-dessous du point triple du CO2. Puis, par une commande de mise e service non représentée, on admet le CO2 liquide dans la conduite 3. Je déverseur 4 s'ouvre lorsque la pression dans le tronçon 7 est supérieur à la valeur PI, et un jet de neige carbonique sort alors de l'orifice B. L'évacuation de cette neige s'effectue sans entrave grâce à la disposition de l'orifice 18 dans l'axe du système membrane-obturateur. En variante (figure 3), dans 1l cas o la neige carbonique nécessite d'être véhiculée dans une court portion du tuyauterie avant d'atteindre le point d'injection A, on relie à l'orifice 18 un tuyau 25 ne présentant ni aspérité interne ni coude prononcé. Le diamètre intérieur du tuyau 25 est sur toute sa lonpeur sensiblement égal & celui de l'orifice 18 et n'offre pas de restriction de section à l'écoulement du mélange gaz-solide. Une application de la variante de la figure 3 est illustrée schématiquement à la figure 4. Il s'agit dela régulation, à partir d'une mesure de pH, d'un débit de CO2 liquide injecté dans une canalisation d'eau résiduaire 26 pour y neutraliser un Efluent basique. Le tuyau 25 débouche dans un venturl 27 destiné & injecter et disperser la neige carbonique dans le débit d'eau. On a représenté à la figure 5 une variante du dispositif de la figure 1 dans laquelle le tronçon de conduite 7 se divise en trois branches 7A à 7C aboutissant chacune a un déverseur respectif 4A & 4C. Ceci permet de fournir du C02 en plusieurs points d'injection et, en adoptant des réglages de pression différents pour chaque déverseur, d'injecter des débits de C02 ré7lables individuellement pour chaque point d'injection. Cette possibilité est particulièrement intéressante pour, par exemple, réaliser des zones plus ou moins froides dans un tunnel longitudinal de surgélation de produits alimentaires, comme illustré à la figure 5. Dans cette application, la régulation de la vanne 5 est effectuée à partir d'une mesure de température unique effectuée près de la scrtie du tunnel. Le CO2 est injecté en parallèle par les déverseurs 4A a 4C afin de répartir l'appcrt frigorifique sur la longueur du tunnel 28. En régime permanent, le déverseur 4A situé du côté de l'entrée 29 des produits A traiter, véhiculés par un convoyeur a bande 30, génère un débit de CO2 supérieur aux autres du fait de son réglage sur une pression PI-A plus faible. De même, lorsque l'installation est proche de son débit minimal (position de veille entre deux phases de traitement), ce premier déverseur pourra être le seul à débiter. L'agencement de la figure 5 permet d'obtenir de façon simple et économique une régulation fiable et précise du processus de surgélation. L'invention peut s'appliquer à de nombreux autres procédés consommant du CO2. Elle est particulièrement bien adaptée pour les applications nécessitant un débit notable de CO02 (au moins 100 kg/h), délivré de façon quasi-continue et à un taux variable dans un rapport de i a 5 environ. REVENDiCATIONS 1. Procédé de régulation d'un débit de Cc2 liquide dans une conduite thermiquement isolée (3) équipée d'une vanne (5) pilotée de façon continue, caractérisé en ce qu'on maintient dans la conduite (3), en aval de la vanne (5), jusqu'à proximité du point (A) d'injection du CO2, une pression intermédiaire (PI) supérieure & la pression (PT) du point triple du CO2. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant de relier la conduite (3) à un réservoir (2) de CO2 liquide, on injecte dans cette conduite, en amont et en aval de la vanne (5), du CO2 gazeux à une pression (P2) comprise entre ladite pression (PT) du point triple et ladite pression intermédiaire (PI). 3. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite (3) comprend, en aval de la vanne (5), un tronçon (7) aboutissant & un déverseur (4). 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la conduite (3s est reliée en amont & la partie inférieure d'un réservoir (2) de stockage de CC licquide sous une pression supérieure A ladite 2 - pression intermédiaire (PI), et en ce qu'une deuxième conduite (19) reliée & la partie supérieure de ce réservoir et pourvue d'un détendeur (21) présente, en aval de ce détendeur, deux embranchements (22,23) reliés à la première conduite (3), respectivement en amont et en aval de la vanne pilotée (5). 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que chacun desdits embranchements (22,23) est équipé d'un clapet anti-retour (24). 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le déverseur (4) comporte un orifice de sortie (18) dans l'axe de son obturateur (16). 7. Dispositif suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'un tuyau (25) ayant sensiblement le mime diamètre intérieur que l'orifice de sortie (18) du déverseur s'étend de cet orifice au point (A) d'injection du CO2. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que ledit tronçon (7) comporte plusieurs embranchements (7A, 7B, 7C) aboutissant chacun & un déverseur (4A, 4B, 4C) . 9. Tunnel de refroidissement (28), caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs points d'injection de Co2 et un dispositif suivant la revendication 8, chaque déverseur (4A, 4B, 4C) étant disposé en l'un desdits points d'injection. 10. Tunnel suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les déverseurs (4A A 4C) sont réglés sur des pressions d'ouverture différentes.