Brevet FR2644891A1 — publié le 19900928

Dispqgitif de prélèvement d'échantillons de suspensions radigoactives et/ou toxiques contenant des matières solides. L'invention concerne un dispositif de prélèvement - d'échantillons de suspensions radioactives et/ou toxiques contenant des matières solides, comprenant une tête à une seule aiguille pour prélever un échantillon d'un liquide cir- culalt dans une boucle tubulaire et pour l'envoyer dans une bouteille à échantillon, le liquide étant déplacé par un dis- positif à émulsion d'air (dit Airlift) assisté par le vide. Les dispositifs connus de prélèvement d'échantil- lons dans des installations de retraitement de combustibles nucléaires irradiés utilisent, pour transvaser la solution d'échantillon dans des récipients à échantillon, une combi- naison d'une bouteille à échantillon fermée et d'un remplis- sage par aiguille creuse. L'orifice de remplissage de la bou- teille à échantillons est fermé par un septum en caoutchouc transpercé par une ou par deux aiguilles creuses, biseautées en angle aigu. C'est par ces aiguilles creuses que l'on rem- plit la bouteille d'échantillon d'une quantité partielle prélevée du liquide d'échantillon déplacé. Par la demande de brevet publiée en République Fédérale d'Allemagne sous le No 35 03 228, on connaît un dis- positif de prélèvement d'échantillons de substances radioac- tives et/ou toxiques, par lequel on peut remplir une bou- taille d'échantillon dans une chambre protégée, au moyen d'un système de canalisations par l'intermédiaire d'une tête à une 26 44891 seule aiguille. L'aiguille creuse de la tête à aiguilles est fixée dans l'axe d'une pièce tournante qui comporte, sur son côté frontal tourné vers l'intérieur du corps, un évidement conique allant jusqu'au diamètre de l'aiguille. A l'extrémité de la pièce tournante, est prévue, dans le corps du disposi- tif de prélèvement d'échantillons, une chambre d'amenée, qui communique avec un conduit d'amenée. Un conduit de retour est raccordé à l'endroit le plus bas de la chambre d'amenée. La tête à aiguille ne possède qu'une aiguille creu- se qui passe à travers le septum ferment la bouteille à échantillon et qui est guidée au centre de celui-ci. Il est ainsi possible d'utiliser une aiguille assez grande qui a l'avantage d'avoir moins tendance à s'engorger et qui se courbe moins facilement. On a obtenu en soi de bons résultats avec ce dispo- sitif connu de prélèvement d'échantillons. On a cherché enco- re à l'améliorer, pour utiliser des suspensions contenant des matières solides et pour obtenir une prise d'échantillons la plus représentative possible. L'invention vise un dispositif de prélèvement d'échantillons du type rappelé au début du présent mémoire, qui minimise davantage le danger d'engorgement du dispositif de prélèvement d'échantillons et qui permet d'obtenir, d'une manière sûre, des échantillons représentatifs. Le dispositif de prélèvements suivant l'invention est caractérisé en ce que, a) la tête à une seule aiguille comporte une chambre de mélange s'élargissant coniquement vers l'intérieur du corps du dispositif de prélèvement d'échantillons, b) l'aiguille de prélèvement d'échantillons se termine au fond de la chambre de mélange conique, c) le conduit d'amenée du liquide en circulation s'étend dans la chambre de mélange jusque peu avant l'orifice de l'aiguille dans le fond de la chambre de mélange, 26448;I d) l'orifice, à l'extrémité du conduit d'amenée, a un diamé- tre plus grand que le diamètre intérieur de l'aiguie de prélèvement d'échantillons disposée dans la tête aiguille, e) le conduit de retour est constitué dans le corps à l'ex- trémité de la chambre de mélange conique. Par le dispositif à émulsion d'air, on imprime une pulsation au liquide déplacé. L'air est introduit en-dessous du niveau du liquide par le dispositif à émulsion d'air, sous la forme de bulles dans la colonne de liquide du conduit d'amenée, qui s'élève sous l'effet de la dépression. La pres- sion qui se crée refoule vers le haut la colonne de liquide par pulsations. La colonne de liquide devient plus légère, sous l'effet de l'introduction des bulles. Le déplacement sous forme pulsée provoque un tourbillonnement des matières solides et un remplissage rapide par pulvérisation, ainsi que le rinçage partiel du liquide hors de la bouteille à échan- tillon, pendant un arrêt des pulsations. En disposant le conduit d'amenée en saillie jusqu'à proximité du fond de la chambre de mélange, on obtient dans la chambre de mélange une pression qui fait tourbillonner les matières solides. Les différences de dimensions entraînent des variations de la vitesse d'écoulement qui provoquent une pression dynamique. Il s'ensuit de grandes turbulences dans le corps de la tête à aiguille, et donc un tourbillonnement avantageux des matières solides et une homogénéisation de la suspension, ce qui minimise également le danger d'engorge- ment. Les chambres étroites dans la tête à aiguille provo- quent avantageusement un tourbillonnement. La forme conique de la chambre de mélange de la tête à aiguille est favorable à une vidange lorsque cesse la dépression dans le circuit de prélèvement d'un échantillon. Le corps du dispositif de prélèvement d'échantillons est dis- posé de la manière habituelle dans le système de prélèvement d'échantillons, à l'emplacement le plus élevé de la boucle tubulaire, afin que le corps se vide lors de l'interruption de la dépression. Avantageusement, le conduit d'amenée se termine dans la chambre de mélange en un prolongement à buse se rétrécissant coniquement, l'inclinaison de la surface exté- rieure du prolongement à buse correspondant à l'inclinaison de la chambre de mélange s'élargissant coniquement. Si le conduit d'amenée se termine devant le fond de la chambre de mélange, la pression se transmet bien jusqu'à la bouteille à échantillon. Grâce à l'agencement en buse, on donne au milieu qui arrive une augmentation de vitesse, qui contribue à l'augmentation de pression dans la bouteille et qui assure ainsi le retour hors de la bouteille. Dans la bouteille à échantillon on produit, par le conduit d'amenée se terminant en buse dans le corps de la tête à aiguille, une pression pulsée dont les pointes de pression sont supérieures à la pression maximum régnant dans le corps de la tête à aiguille. Il s'ensuit que de plus gran- des quantités d'échantillon sont concernées par le rinçage de la bouteille, ce qui augmente la proportion de l'échantillon qui est remplacé. Ce mode de réalisation convient pour des systèmes de prélèvement d'échantillons, dans lesquels la bou- teille à échantillon est transpercée par l'aiguille avant le branchement du circuit de transport du liquide, et dans le- quel le premier liquide à jeter du système doit être expulsé. Suivant un mode de réalisation avantageux, l'orifi- ce de la buse est plus grand de 1,5 à 1,8 fois que le diamè- tre intérieur de l'aiguille de prélèvement d'échantillons. On a constaté qu'en choisissant ces plages de dimensions, on obtient une pression suffisante dans la bouteille. Le rem- placement du liquide de prélèvement d'échantillon dans la bouteille à échantillon enfilé sur l'aiguille, en vue d'obte- nir un échantillon aussi représentatif que possible, est ain- si conforme aux exigences, même avec une seule aiguille. Suivant un mode de réalisation avantageux, la cham- bre annulaire conique, comprise entre la buse d'amenée et la paroi intérieure de la tête à aiguille, a un diamètre inté- rieur de 2,5 à 3,5 mr. Cette chambre étroite favorise les turbulences avantageuses du liquide en circulation. Suivant un autre mode de réalisation avantageux, la tête à aiguille est en forme de tronc de cône et peut être introduite dans le corps par un perçage conique de réception. En rendant la surface latérale extérieure de la tête à aiguille conique, on obtient que la tête à aiguille se bloque d'elle-nmême sous l'effet de la dépression dans le système de prélèvement d'échantillons. On peut renoncer à tout nmoyen mécanique de fixation. L'utilisation de cet ajustement fin conique a des avantages considérables pour le remplacement d'une tête à aiguille par télénanipulation. Grâce à l'invention, on peut prélever des échantil- lons représentatifs de liquides contenant des matières solides, sans danger d'engorgement. Ceci est obtenu essen- tiellement par la combinaison suivant l'invention du déplace- ment pulsé en liaison avec les agencements, créant une pres- sion, du dispositif de prélèvement d'échantillons, qui a été décrit. Deux exemples de réalisation de l'invention sont explicités, d'une manière plus précise, dans ce qui suit au moyen du dessin, dans lequel: la figure 1 est une représentation schématique d'un circuit de prélèvement d'échantillons, le dispositif de pré- lèvement d'échantillons étant disposé à l'emplacement le plus élevé, la figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif de prélèvement d'échantillons ayant une tête à aiguille intro- duite dans le corps du dispositif de prélèvement d'échantil- lons, la figure 3 est une vue en coupe d'une variante du dispositif de prélèvement d'échantillons. La figure 1 représente schématiquement un circuit de prélèvement d'échantillons pour une suspension radioactive et contenant des matières solides se trouvant dans une cuve de processus 11. Le courant de liquide est déplacé de cette cuve de processus 11 vers un dispositif de prélèvement d'échantillons 13 disposé à l'emplacement le plus élevé du circuit, par un dispositif de transport comprenant un système à émulsion d'air assisté par dépression. A cet effet, la cuve du processus 11 est munie d'un conduit d'amenée 16 plongeant en-dessous du niveau de liquide et allant au dispositif de prélèvement d'échantillons 13. Un conduit de retour 17, issu du dispositif de prélèvement d'échantillons 13, mène à un récipient de mise à l'air libre 19, à partir duquel le con- duit de retour 17 continue vers la cuve du processus 11 et y plonge également en-dessous du niveau du liquide. - Au dispositif de prélèvement d'échantillons.13 peut être raccordée une bouteille à échantillon 20. D'une manière en soi connue il est prévu, pour transporter le courant du processus, un dispositif à émulsion d'air 15, par lequel de l'air comprimé est insufflé sous forme de bulles dans le conduit d'amenée 16. Le récipient de mise à l'air libre 19, qui communique avec un éjecteur 21 pour produire une dépression, est monté dans le conduit de retour 17. L'éjecteur 21 est alimenté en air comprimé par un conduit pour de l'air comprimé 23 et comporte un conduit de mise à l'atmosphère 25. Le dispositif de prélèvement d'échantillons 13, représenté à la figure 2, comporte, dans un corps 30, un alé- sage 31 qui s'élargit coniquement et dans lequel est intro- duite une tête à aiguille 33 de forme tronconique. Cette tête à aiguille 33 comporte une aiguille creuse de prélèvement d'échantillons 35 qui est fixée, dans son axe médian, et qui, lors du fonctionnement du dispositif de prélèvement d'échan- tillons 13, passe à travers un septum 37 de la bouteille à échantillon 20. La tête à aiguille 33 a une cavité formant une chambre de mélange 31s qui est ouverte vers l'intérieur du corps et qui s'y étend, en s'élargissant coniquement. Le conduit d'amenée 16 est amené dans l'axe de la tête à aiguille et fait saillie par un prolongement à buse 43 dans la chambre de mélange 41 conique de la tête à aiguille 33, jusqu'à peu avant son fond 45. Entre la buse d'amenée 43 et la chambre de mélange 41, se trouve une chambre annulaire 47 qui communique, à l'extrémité de la tête à aiguille 33, avec le conduit de retour 17, par une chambre du corps 49 annulaire. Le conduit de retour 17 est relié à l'emplacement le plus bas de la chambre du corps 49. Le dispositif décrit fonctionne de la manière sui- vante: Avant de brancher le circuit de transport, on enfi- le la bouteille à échantillon sur l'aiguille du dispositif de prélèvement d'échantillons. L'éjecteur 21 entre en action et produit une dépression dans le système de remplissage, dépression par laquelle une colonne de liquide s'élève dans le conduit d'amenée 16. Le raccordement du dispositif à émulsion d'air comprimé 15 s'effectue en-dessous du niveau de cette colonne de liquide. En envoyant de l'air comprimé par le dispositif à émulsion d'air comprimé, on commence à dépla- cer le milieu constituant l'échantillon. La bouteille à échantillon s'emplit nécessairement d'une quantité partielle du liquide séparé qui est présent dans le conduit d'amenée 16. Cette première partie de liquide ne peut pas être considérée comme une prise d'échantillon représentative. Après avoir branché le circuit de transport, on le fait fonctionner pendant un certain laps de temps. La bouteille à échantillon est ainsi rincée constamment par une quantité partielle du liquide en circulation. Après une cer- taine durée déterminée en fonction de la vitesse d'écoulement du milieu, un échantillon représentatif du liquide homogé- néisé se trouve dans la bouteille à échantillon. Par la forme en buse 43 du conduit d'amenée 16 se terminant dans la chambre de mélange 41 de la tête à aiguille 33, on produit une dépression pulsée qui se communique jusqu'à la bouteille à échantillon 20. Les pointes de pres- sion sont supérieures aux pressions maximum régnant dans le corps de la tête à aiguille. De plus grandes quantités d'échantillon participent ainsi au rinçage de la bouteille et augmentent la proportion de l'échantillon qui est remplacé. Dans les intervalles entre les pulsations, on peut donc refouler du liquide. Apres une durée de rinçage déterminée, on met fin au transport par le dispositif d'émulsion à air comprimé, ce qui fait cesser l'envoi de bulles d'air. On retire la bou- teille à échantillon 20 du dispositif de prélèvement d'échan- tillons 13. Immédiatement ensuite, on met fin à la dépression dans le circuit de transport. Cette succession d'opérations a l'avantage d'empêcher tout égouttage sur l'aiguille creuse de prélèvement d'échantillons 35. L'aiguille de prélèvement d'échantillons 35 se rince par l'effet de brève durée de la dépression, lorsque l'on retire la bouteille à échantillon 20 du circuit de transport. La variante de réalisation (figure 3) du dispositif de prélèvement d'échantillons 13 permet de transporter le premier liquide sans que la bouteille à échantillon 20 se trouve déjà sur l'aiguille 35. Pour empêcher toute fuite sur l'aiguille 35 ouverte, pendant cette phase de fonctionnement, le conduit d'amenée 115 à la tête à aiguilles 33, est sans rétrécissement et, en vue de supprimer toute pointe de pres- sion, communique en outre avec un perçage supérieur de mise à l'atmosphère 51 de la chambre annulaire 49 au niveau du conduit de retour 17. La bride 53, se trouvant à l'extrémité extérieure de la tête à aiguille 33, sert à la manipulation de la tête à aiguille 33, lorsqu'on la remplace en la sortant du corps 55 du dispositif de prélèvement d'échantillons 13 fixe. Grâce à cet agencement, on peut prélever plus rapi- dement un échantillon. Le premier liquide est transporté sans qu'uhe bouteille à échantillon se trouve déjà sur l'aiguille 35. Pour empêcher toute fuite sur l'aiguille 35 ouverte pen- dant cette phase de fonctionnement, le conduit d'amenée 16 se termine dans la chambre de mélange 41 de la tête à aiguille 33, sans rétrécissement et a en outre, pour supprimer toute pointe de pression, un perçage de mise à l'atmosphère 51, au niveau de la chambre annulaire 49. La bouteille à échantil- lons. 20 est remplie et peut être retirée immédiatement après avoir été remplie. REVENDICATIONS 1. Dispositif de. prélèvement d'échantillons de sus- pensions radioactives et/ou toxiques contenant des matières solides, comprenant une tête à une seule aiguille pour préle- ver un échantillon d'un liquide circulant dans une boucle tubulaire et pour l'envoyer dans une bouteille à échantillon, le liquide étant déplacé par un dispositif à émulsion d'air (dit Airlift) assisté par le vide, remarquable par les caractéristiques suivantes: a) la tête à une seule aiguille (33) comporte une chambre de mélange (41) s'élargissant coniquement vers l'intérieur du corps (30) du dispositif de prélèvement d'échantillons (13), b) l'aiguille de prélèvement d'échantillons (35) se termine au fond (45) de la chambre de mélange (41) conique, c) le conduit d'amenée (16) du liquide en circulation s'étend dans la chambre de mélange (41) jusque peu avant l'orifice de l'aiguille dans le fond (45) de la chambre de mélange (41), d) l'orifice, à l'extrémité du conduit d'amenée (16), a un diamètre plus grand que le diamètre intérieur de l'aiguil-le de prélèvement d'échantillons (35) disposée dans la tête à aiguille (33), e) le conduit de retour (17) est constitué dans le corps (30) à l'extrémité de la chambre de mélange (41) conique. 2. Dispositif de prélèvement d'échantillons suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, le conduit d'amenée (16) se termine dans la chambre de mélange (41) en un prolongement à buse (43) se rétrécis- sant coniquement, l'inclinaison de la surface extérieure du prolongement à buse (43) correspondant à l'inclinaison de la chambre de mélange (41) s'élargissant coniquement. 3. Dispositif de prélèvement d'échantillons suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, l'orifice de la buse est plus grand de 1,5 à 1,8 fois que le diamètre intérieur de l'aiguille de prélèvement d'échantillons (35). 4. Dispositif de prélèvement d'échantillons suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, la chambre annulaire (47) conique, comprise entre la buse d'amenée (43) et la paroi intérieure de la tête à aiguille (33), a un diamètre intérieur de 2,5 à 3,5 mm. 5. Dispositif de prélèvement d'échantillons suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, la tête à aiguille (33) est en forme de tronc de cône et peut être introduite dans le corps (30) par un per- çage conique de réception (31).