Brevet FR2638835A1 — publié le 19900511

AXALYSEUR CONIIU FGPOUR ZONE DE SECURIIE CLASSEE L'invention concerne l'analyse automatique continue effectuée sur une ligne de production lorsque celle-ci est en zone de sécurité classée. On connaît en effet de nombreux procédés d'analyse automatique continue par spectrophotométrie, notamment ceux décrits dans le brevet français 8702686 au nom de la demanderesse. Toutefois, les appareils électriques utilisés dans ces procédés, c'est-à-dire au minimum le spectrophotomètre et l'ordinateur appliquant le procédé, ne peuvent être mis en oeuvre en zone de sécurité classée, c'est-à-dire réputée à risque d'explosion, comme c'est le cas général dans les installations pétrolières ou pétrochimiques, ou encore les ateliers utilisant des solvants inflammables. En s'appuyant sur les recommandations de la norme CENELEC EN 50016 définissant le mode de protection par pressurisation interne d'enveloppes contenant du matériel électrique, on a pu développer divers dispositifs qui nécessitent eux-mêmes une source d'alimentation électrique pour leur propre fonctionnement et leur mise en pression initiale, et qui de ce fait ne peuvent être mis en service en atmosphère explosive, ou alors utilisent des composants antidéflagrants peu commodes et encombrants. Par ailleurs, aucun des fabricants de matériel informatique ne fournit des matériels permettant une utilisation simple en zone classée, notamment pour le clavier qui, devant rester accessible à l'usager, ne peut être pressurisé de façon sûre. D'autre part, en-dehors de l'atmosphère explosible dans laquelle se trouve plongé l'analyseur dans son ensemble, le produit analysé prélevé en ligne est lui-même, la plupart du temps, explosible, notamment en pétrochimie. Si l'échantillon prélevé in situ est acheminé par un système de pompe et de canalisations vers l'intérieur de l'armoire pressurisée, il en résulte un grave danger en cas de fuite de matière explosible à l'intérieur de l'armoire pressurisée, et en outre, la nécessité d'utiliser un matériel antidéflagrant pour assurer le pompage. Par contre, lorsque la chambre d'analyse se trouve située à l'extérieur de la zone pressurisée et que la lumière servant à l'analyse spectrophotométrique est acheminée à l'aller comme au retour par des fibres optiques, d'une manière connue, ces fibres optiques présentent généralement une bande passante étroite qui limite les possibilités de l'appareil. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précédents en réalisant un analyseur continu qui puisse fonctionner efficacement et en toute sécurité sur les lieux mêmes du prélèvement ou à proximité et en atmosphère classée, qui puisse redémarrer sans danger, même après une interruption, tout en opérant sur une large bande spectrale et avec une précision maximale. L'invention consiste essentiellement à enfermer le spectrophotomètre et l'unité centrale de l'ordinateur associé ainsi que ses périphériques (écran, clavier, etc.) à l'intérieur d'une armoire étanche conçue pour résister à une pression intérieure et dont le refroidissement est assuré par un climatiseur dont le condenseur de l'unité frigorifique se trouve placé à l'extérieur de l'armoire, la purge initiale de l'atmosphère de l'armoire et sa mise en pression ultérieure étant assurées par un dispositif entièrement pneumatique qui, dans une phase de purge, vérifie l'existence d'un débit minimum d'échappement à travers un module de sortie pendant un temps de purge déterminé, puis dans une phase de mise en pression qui suit, vérifie le maintien de la pression intérieure de l'armoire et n'autorise la mise sous tension des appareillages électriques contenus dans cette armoire qu'après ces deux phases. La chambre. d'analyse parcourue par le prpduit à analyser se trouve de préférence à proximité immédiate de la canalisation appropriée de l'unité de production, de manière que la circulation du fluide prélevé puisse être assurée par pression différentielle naturelle ou, à défaut, par un simple tube à géométrie de Pitot situé en amont dans cette canalisation, et un tube de décharge de disposition inverse situé immédiatement en aval, cette chambre d'analyse, qui est par conséquent extérieure à l'armoire, se trouvant réunie au spectrophotomètre par l'intermédiaire d'une paire d'optodes et de fibres optiques, et de préférence par l'intermédiaire d'un multiplexeur situé dans l'armoire et permettant la sélection successive d'un certain nombre de telles. paires de fibres optiques. Le dispositif de prélèvement peut être muni de filtres de détecteurs de circulation et de dispositifs de calibrage. Ces fibres optiques, ainsi que les optiques des optodes et la disposition de la face terminale des fibres par rapport au foyer de ces optiques, sont choisies de manière à assurer une large bande passante. L'armoire comporte, de préférence, une fenêtre fermée par une glace transparente d'une épaisseur suffisante pour résister à la pression intérieure de l'armoire et à travers laquelle on peut observer le moniteur vidéo de l'unité centrale, s'il y a lieu, et actionner le clavier de cette unité centrale, lequel est de préférence de type capacitif. Le module de sortie comporte, de préférence, un clapet de décharge à tarage magnétique raccordé en amont à une canalisation de surveillance de pression transmettant la pression recueillie au coffret pneumatique de commande, le gaz s'échappant ensuite de ce clapet par l'intermédiaire d'un étrangleur afin de maintenir en aval du clapet une surpression raccordée par une canalisation de surveillance de débit de purge, transmettant l'information au coffret pneumatique de commande. D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est un schéma général de l'installation; la figure 2 est une coupe axiale du module de sortie; la figure 3 un schéma pneumatique du coffret pneumatique de commande; la figure 4 est une coupe axiale de la chambre d'analyse; et la figure 5 le schéma d'installation de celle-ci. On voit sur la figure 1 l'armoire étanche 1 à l'intérieur de laquelle sont disposés tous les appareillages électriques et électroniques qui ne peuvent pas ou qui ne peuvent que difficilement être réalisés en matériel antidéflagrant. En particulier, le spectrophotomètre 2, l'unité centrale 3 de l'ordinateur associé, notamment son clavier non représenté, et son moniteur vidéo 4. Dans l'exemple représenté, on a également figuré un multiplexeur 5 reliant le spectrophotomètre à la chambre d'analyse extérieure 6 (voir figure 4) au moyen de fibres optiques 7, le multiplexeur permettant de coupler plusieurs paires de fibres 7 correspondant à plusieurs chambres d'analyse disposées sur diverses canalisations 8 (figure 5). Conformément aux normes, la mise en pression de l'intérieur de l'armoire, sous une pression pouvant atteindre 20 mbar, par exemple, permet de s'affranchir des risques d'explosion. Toutefois, un certain nombre de difficultés demeurent. D'une part, les appareillages électriques 2 à 5 dégagent de la chaleur et il n'est pas possible de ventiler l'armoire par tirage naturel ou forcé d'une manière habituelle à ces appareillages. Pour y remédier, on dispose à l'intérieur de l'armoire un climatiseur 9 avec son compresseur, évaporateur et ventilateur placé à l'intérieur de l'armoire, mais son condenseur 10 est placé à l'extérieur de celle-ci et raccordé au groupe précédent par des canalisations 11 véhiculant le fluide frigorigène et traversant la paroi de l'armoire 1 de manière étanche. Cet évaporateur 10, lui-même, se trouve ventilé, soit par tirage naturel à la manière des réfrigérateurs usuels, soit par ventilation forcée grâce à un moteur antidéflagrant 12. Une autre difficulté provient du fait que le moniteur vidéo 4 doit pouvoir être observé de l'extérieur, et surtout le clavier de l'unité centrale 3 doit pouvoir être manoeuvré de l'extérieur. Pour cela, on prévoit sur le devant de l'armoire une fenêtre, fermée de manière étanche par une glace transparente d'une épaisseur suffisante pour résister à la pression intérieure de l'armoire, et au travers de laquelle on peut observer le moniteur vidéo 4 et actionner le clavier de l'unité centrale 3 qui est d'un type capacitif. L'utilisation d'une chambre de mesure 6 extérieure reliée à l'intérieur de l'armoire par fibres optiques 7, permet d'éviter de véhiculer dans l'armoire des produits explosibles. Il reste toutefois une difficulté majeure qui tient au fait que lors de chaque mise en service de l'armoire après une interruption, réparation ou opératicn- de maintenance, l'atmosphère intérieure de l'armoire risque de se trouver contaminée par des produits explosibles, de sorte que l'on ne peut mettre en service les appareils électriques tant que l'on a pas purgé l'atmosphère de l'armoire et mis celle-ci à la pression voulue. De ce fait, l'appareillage destiné à réaliser cette purge et cette mise en pression ne peut lui-même être électrique ou alors doit être lui-même antidéflagrant. Conformément à l'invention, on élimine cet inconvénient à l'aide d'une logique pneumatique contenue dans un coffret pneumatique 13 qui peut indifféremment être intérieur ou extérieur à l'armoire, et qui est raccordé par deux canalisations de contrôle 14 et 15 à un module de sortie 16 représenté en détail sur la figure 2. Ce module de sortie 16, raccordé de manière étanche directement sur une paroi de l'armoire 1, comprend intérieurement un filtre 17 et un embout 18 de raccordement à un bottier extérieur 19, fermé sensiblement en son milieu par une cloison médiane 20 percée d'un orifice central et servant de siège à un clapet mobile 21 qui est rappelé sur son siège par un aimant 22 solidaire d'une base 23 munie de vis de réglage 24 permettant de régler l'entrefer en position de fermeture du clapet 21, et par conséquent la force de tarage. Lorsque la pression intérieure de l'armoire dépasse la valeur ainsi réglée, le clapet 21 s'ouvre et laisse le gaz s'échapper vers l'extérieur, mais par l'intermédiaire d'une ou plusieurs fentes 25 pratiquées dans le bord supérieur du bottier 19 et refermées partiellement de manière réglable par le chapeau 26, de manière à constituer un étrangleur réglable. De la sorte, la canalisation 14 qui est raccordée sur la chambre amont 27 en dessous de la cloison médiane 20, renseigne sur la pression intérieure de l'armoire, tandis que la canalisation 15, raccordée sur la chambre aval 28 se trouve à une pression légèrement au-dessus de l'atmosphère, en raison de l'étranglement 25 et renseigne sur le débit de purge. Le schéma de réalisation de la logique pneumatique 13 est représenté sur la figure 3, ou l'on voit en 29 l'arrivée d'air ou d'azote comprimé, par exemple à la pression usuelle de 3 à 7 bar, avec un premier détendeur régulateur de pression 30 qui alimente un dispositif de temporisation 31 qui, pendant le temps de mise en pression d'une capacité 32, maintient un distributeur 33 dans la position qui envoie dans l'armoire par 34 une pression relativement élevée réglée par le régulateur de pression 35, le débit d'échappement étant constamment contr8ôlé par la pression dans la canalisation 15 pour ne mesurer ce temps que lorsque ce débit est suffisant. Lorsque ce temps est écoulé, le distributeur 33 n'alimente plus la canalisation 34 que par l'intermédiaire d'un deuxième régulateur de pression 36 à une pression plus basse située *en principe en dessous de la pression de tarage du clapet 25, et qui est contrôlée par la canalisation 14. Les voyants pneumatiques de purge 37, de pressurisation 38, et éventuellement de maintenance 39, permettent de contrôler visuellement le bon déroulement des opérations. Ce n'est que lorsque toutes les conditions sont remplies que la sortie 40 envoie la pression vers un pressostat qui autorise la mise sous tension des appareillages électriques, ceci par l'intermédiaire d'un boîtier de raccordement électrique antidéflagrant 41 qui alimente l'armoire à partir de l'arrivée du secteur 42. La figure 5 montre le tube de Pitot 43 assurant, par la simple pression différentielle de circulation du fluide dans la conduite 8, l'alimentation de la chambre d'analyse 6 par une canalisation 44, aussi courte que possible, l'évacuation du produit étant assurée par une autre canalisation 45 et un tube de décharge 46 symétrique du tube à géométrie de Pitot de prélèvement 43. Cette simple circulation par pression différentielle évite la nécessité d'un dispositif de pompage antidéflagrant. Ce dispositif de prélèvement peut avantageusement être complété par des filtres, des détecteurs de circulation et des dispositifs de calibrage, non représentés. Selon le procédé d'analyse utilisé, on emploie un nombre variable de fréquences également variables situées dans une large bande spectrale s'étendant de 750 à 3200 nm et de préférence de 2000 à 2500 nm. Pour permettre un fonctionnement correct dans toute cette étendue du spectre, on utilise de préférence pour le verre constituant les fibres optiques 7, un verre fluoré à très faibles pertes dans cette gamme. Ces fibres optiques sont protégées de l'atmosphère par une gaine étanche, elle-même mécaniquement protégée par une enveloppe limitant les rayons de courbure, de même les systèmes optiques 47 et les glaces de sortie 48 des deux optodes 49 raccordées symétriquement par rapport au corps 50 de la chambre de mesure sont constituées d'un verre spécial de haute pureté résistant à la corrosion et à l'abrasion, et la surface des glaces de sortie est traitée pour limiter les pertes optiques, par exemple au moyen d'un revêtenent anti-réfléchissant. En outre, la face terminale 51 de chaque fibre optique 7 se trouve placée avec précision à l'endroit du foyer de l'optique 47 correspondante pour la longueur d'onde située sensiblement au milieu de la gamme au moyen d'un - connecteur à haute précision à détrempeur. Habituellement, le spectrophotorrètre 2 est commandé pour un balayage continu du spectre par rotation de son réseau disperseur et effectue également des mesures répétitives d'absorbance dont les résultats sont envoyés continuellement à l'ordinateur 3, lequel isole dans ces mesures continues celles qui ont été sélectionnées par le procédé. Ce mode opératoire est relativement lent et néanmoins assez peu précis en raison de nombreuses causes de dispersion. Conformément à la présente invention, on peut améliorer considérablement ce procédé d'analyse en faisant piloter la rotation du réseau par l'ordinateur 3 d'une manière discontinue pour l'arrêter et procéder à la mesure seulement pour les fréquences présélectionnées. Grâce au temps ainsi gagné, on peut répéter les mesures pour une élimination statistique des valeurs aberrantes, et en outre il a été trouvé que la plupart des aberrations ont lieu dans les premiers cycles avant la stabilisation du système, de sorte que l'on a intérêt à écarter les premières mesures. Conformément à l'invention, on effectue des mesures d'absorbance pour les fréquences sélectionnées par le procédé d'analyse choisi. Pour chaque fréquence, on effectue un nombre de mesures successives compris entre 1 et 100, et de préférence voisin de 16, chacune de ces mesures consistant à relever les absorbances pour la fréquence considérée. Avant chaque série de mesures, pour une fréquence donnée, on effectue un nombre de cycles à vide de la base de temps entre 1 et 100 et de préférence de l'ordre de 30 cycles. L'ordinateur calcule alors pour chacune des fréquences sélectionnées la moyenne et l'écart type des absorbances correspondant aux seize mesures et rejette toutes les valeurs d'absorbance s'écartant de la moyenne de plus du double de l'écart type, et recalcule enfin la moyenne des valeurs non rejetées. Le bon fonctionnement de l'analyseur peut être vérifié en introduisant périodiquement dans le cycle d'analyse la mesure du spectre d'un produit pur, tel qu'un alkylbenzène, par exemple. Grâce à l'invention, l'ensemble des opérations d'analyse et de calcul ne dépasse pas une minute pour par exemple seize fréquences sélectionnées, tout en donnant une répétabilité nettement améliorée. REVEEDICATICKS 1. Analyseur continu par spectrophotométrie à traitement automatique pour fonctionnement in situ dans une zone de sécurité classée, caractérisé par le fait que l'appareillage électrique principal, notamment le spectrophotomètre (2), l'unité centrale de traitement (3), le moniteur vidéo (4) et le clavier, sont enfermés dans une armoire étanche (1) mise sous pression, contenant également un climatiseur (9) dont le condenseur (10) est situé à l'extérieur de l'armoire, et que la purge de l'atmosphère initialement contenue dans l'armoire, la mise en pression de l'armoire et le maintien ultérieur de cette pression, sont assurés par une logique pneumatique (13) agencée pour fonctionner suivant une phase de purge, durant laquelle la logique pneumatique vérifie l'échappement d'un débit minimum au travers d'un module de sortie (16) durant un temps déterminé, avant d'autoriser le raccordement des appareils électriques (2, 3,4,5), suivie d'une phase de maintien de pression durant laquelle la pression voulue se trouve maintenue à l'intérieur de l'armoire sans échappement notable à travers le module de sortie. 2. Analyseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le module de sortie comprend un clapet (21) rappelé sur son siège par l'attraction d'un aimant (22) avec un entrefer réglable par un moyen approprié (24), le gaz s'échappant éventuellement de ce clapet se rendant à l'atmosphère en passant par un étrangleur réglable (25), que la chambre (27) en amont du clapet (21) est raccordée par une canalisation (14) de contrôle de pression à la logique de commande pneumatique (13), et que la chambre (28) immédiatement en aval du clapet (21) est raccordée par une autre canalisation (15) de contrôle du débit de purge à cette même logique pneumatique (13), un filtre (17) étant en outre interposé sur le trajet des gaz vers l'atmosphère. 3. Analyseur selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre d'analyse (6,50) située à l'extérieur de l'armoire (1) et contenant deux optodes (49) raccordées au spectrophotomètre (2) par l'intermédiaire d'une paire de fibres optiques (7). 4. Analyseur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les fibres optiques (7) sont réalisées en un verre fluoré présentant de faibles pertes dans une large bande passante, et que la face terminale (51) de chaque fibre optique se trouve placée au foyer de l'optique correspondante (47) pour la longueur d'onde qui se trouve sensiblement au milieu de la bande passante. 5. Analyseur selon une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que les parties optiques (47,48) des optodes sont réalisées en verre spécial de haute pureté résistant à la corrosion et à l'abrasion, les surfaces étant traitées pour limiter les pertes optiques. t 6. Analyseur selon une des revendications 3 à , caractérisé par le fait que ladite chambre d'analyse (6,50) se trouve placée à proximité de la canalisation (8) véhiculant le produit à analyser, dont le prélèvement est assuré au moyen d'un tube à géométrie de Pitot (43) combiné avec un tube de décharge symétrique (46), les deux étant couplés en circuit (44,45) avec la chambre d'analyse (6,50) pour une circulation naturelle du fluide par pression différentielle à travers des filtres, des détecteurs de circulation et des dispositifs de calibrage. 7. Analyseur selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs chambres d'analyse (6,50) disposées sur diverses canalisations (8) et dont les diverses paires de fibres optiques (7) sont couplées séquentiellement au spectrophotomètre (2) par un multiplexeur (5) placé à l'intérieur de l'armoire (1). 8. Analyseur selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que son unité centrale de traitement (3) est programmée pour piloter le système dispersif que comporte le spectrophotomètre (2) de façon à réaliser un balayage discontinu comportant l'arrêt sur chacune des fréquences déterminées par le procédé d'analyse mis en oeuvre, pour parcourir d'abord un certain nombre de cycles à vide, entre 1 et 100, et de préférence 3C cycles, avant d'opérer les mesures effectives sous la forme de 1 à 100 mesures, et de préférence 16 mesures, pour calculer pour chaque longueur d'onde du procédé la moyenne et l'écart type des valeurs correspondant au nombre de mesures, et rejeter pour chaque longueur d'onde toutes les valeurs s'écartant de la moyenne de plus de deux fois l'écart type avant de recalculer la moyenne des valeurs non rejetées pour cette longueur d'onde.