Brevet FR2699274A1 — publié le 19940617

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour déterminer des caractéristiques de particules en déplacement dans un conduit Le procédé selon l'invention convient particulièrement pour la mesure de la vitesse et/ou la section de particules ou granulés se déplaçant de façon continue ou discontinue dans une canalisation. Dans toute la suite du texte, le conduit est un terme générique pour désigner tout type de tuyau, enceinte, récipient, réacteur etc o circulent des particules. 1 i O L'invention trouve des applications notamment dans le domaine du reformage regénératif o un catalyseur qui se présente sous la forme de granulés sensiblement de même diamètre, parcourt une chaine de réacteurs disposés verticalement A la base de chacun d'eux, ils pénètrent dans un organe de transfert connu dans la technique sous le nom de "lift pot" o ils sont mélangés à un gaz sous pression généré au cours du processus et soufflés par un tube vers l'entrée supérieure du réacteur suivant A la fin de cette chaîne, les granulés de catalyseurs sont conduits par un courant gazeux vers un régénérateur et, une fois régénérés, sont de nouveau déplacés le long de la chaine de réacteurs Un tel processus de reformage régénératif est décrit par exemple dans le brevet US-A-4 172 027 déposé par le demandeur. Durant ces cycles de reformage régénératif, on observe généralement une dégradation du catalyseur le long du circuit qu'il parcourt (phénomène dit "d'attrition") Cela se traduit par des dépôts de poussières sur les grilles à l'intérieur des réacteurs et notamment une modification de la circulation des particules de catalyseur dans le conduit reliant la base de chaque réacteur à 3 O l'organe de transfert par soufflage Comme ces organes ne fonctionnent bien que dans une marge étroite, le débit de gaz de soufflage devant être soigneusement proportionné au débit de particules à transférer, il est utile de contrôler la bonne circulation des granulés en mesurant par exemple leur vitesse de déplacement. La mesure de paramètres relatifs à la circulation de particules dans un conduit peut être effectuée suivant plusieurs techniques différentes. Une technique de type acoustique pour mesurer la vitesse de déplacement de particules solides dans un courant de fluide, est utilisée dans l'industrie charbonnière Elle consiste à disposer deux couples d'émetteurs-récepteurs d'ultra-sons à deux emplacements différents le long d'une conduite et à corréler les signaux reçus respectivement par les récepteurs en réponse à des impulsions émises par les émetteurs correspondants Un exemple d'application de cette technique est décrite par exemple dans le brevet US-A-4 598 593. Une technique différente appliquée également dans l'industrie charbonnière et décrite par exemple dans le brevet US-A-4 506 541 permet de mesurer la densité de particules circulant dans des conduites Elle consiste essentiellement à émettre dans le conduit un faisceau d'électrons au moyen d'une source isotopique et à mesurer au moyen d'un capteur, l'énergie qui est diffractée par les particules. Une autre technique connue pour mesurer la vitesse de particules mobiles en circulation telles que des cellules sanguines, est décrite par exemple dans le brevet US-A-4 596 254 Elle consiste essentiellement à mesurer le décalage de fréquence dû à l'effet Doppler qui affecte des ondes lumineuses ayant traversé le flux de particules et à déterminer leur vitesse par auto-corrélation. Le procédé selon l'invention a pour objet le contrôle d'un flux de particules circulant dans un conduit Il est caractérisé en ce qu'il comporte: l'injection d'un fluide à débit déterminé dans au moins un tube débouchant dans le conduit par un orifice, la section du tube au moins au niveau de l'orifice, ayant une section en relation avec celle des particules en circulation; et la mesure de signaux représentatifs de variations au cours du temps de la pression du fluide, dans le tube ou entre le tube et le conduit par exemple, ces variations résultant du passage desdites particules devant l'orifice du tube, pour en déduire au moins un paramètre significatif. Le procédé comporte par exemple la mesure desdits signaux pour déterminer la présence de particules en circulation dans le conduit. Il peut comporter en outre le traitement desdits signaux par corrélation. Dans le cas o les particules circulant dans le conduit ont des sections voisines les unes des autres, le traitement des 1 5 signaux représentatifs des variations de pression comporte une auto-corrélation desdits signaux de façon à en déduire la vitesse de passage des particules devant l'orifice. Suivant un autre mode de réalisation le procédé comporte par exemple l'injection d'un fluide à débit déterminé dans deux tubes débouchant dans le conduit par deux orifices à deux emplacements distincts le long de celui-ci, la section de chaque tube, au moins au niveau de son orifice, ayant une section en relation avec celle des particules en circulation; la mesure séparée des signaux représentatifs des variations au cours du temps de la pression du fluide dans chaque tube résultant du passage devant les orifices des particules en circulation; et une mise en corrélation des signaux correspondant respectivement aux deux tubes, de manière à déterminer la 3 O vitesse et la section des particules. Le procédé selon l'invention est bien adapté pour le contrôle d'écoulements de particules dans de nombreuses unités industrielles chimiques notamment, o l'on traite souvent des milieux corrosifs dans des conditions très variables de température et de pression Un ou plusieurs tubes en acier inoxydable, alimentés au besoin en un fluide, généralement le même que celui qui circule dans l'unité chimique concernée, associés à des moyens de mesure de pression absolue ou différentielle, suffisent pour engendrer des signaux exploitables pour surveiller un écoulement et connaître certaines de ses caractéristiques Le coût d'un tel dispositif est relativement faible. Le dispositif selon l'invention permet le contrôle d'un flux de particules circulant dans un conduit Il est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tube débouchant dans le conduit par un orifice, la section du tube au moins au niveau de l'orifice, ayant une section en relation avec celle des particules en circulation, au moins une source de fluide à débit déterminé communiquant avec ledit tube et des moyens de mesure des variations de pression dans le tube causées par le passage de particules devant son orifice. Le dispositif comporte en outre par exemple des moyens de traitement pour déterminer par corrélation au moins un paramètre indicatif de la circulation de particules. Quand les particules ont sensiblement même section, les moyens de traitement sont adaptés à effectuer une auto- corrélation desdits signaux de façon à en déduire la vitesse de passage des particules devant ledit orifice. Suivant un autre mode de réalisation le dispositif comporte deux tubes débouchant dans le conduit par deux orifices à deux emplacements distincts le long de celui-ci, la section de chaque tube au moins au niveau de son orifice, ayant une section du même ordre de grandeur que celle des particules en circulation et deux sources de fluide à débit déterminé alimentant respectivement les deux tubes, des moyens pour mesurer séparément des signaux représentatifs des variations au cours du temps de la pression du fluide dans chaque tube résultant du passage dans le conduit desdites particules, devant les orifices respectifs des deux tubes, et des moyens de comparaison des signaux correspondant respectivement aux deux tubes. Les moyens de comparaison sont adaptés par exemple à effectuer une corrélation des signaux correspondant respectivement aux deux tubes de manière à déterminer la vitesse et la section des particules en circulation. D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du dispositif selon l'invention, apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés o: la Fig 1 montre un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention avec un seul tube d'injection; la Fig 2 montre un deuxième mode de réalisation de l'invention avec deux tubes d'injection; la Fig 3 montre un mode de réalisation des tubes d'injection du fluide; et la Fig 4 montre un exemple de trace représentative des variations de la pression consécutives au passage de particules, que l'on peut obtenir avec le dispositif selon l'invention; les Fig 5 à 7 montrent plusieurs courbes d'auto-corrélation obtenues à partir de courbes de variations; Le procédé selon l'invention consiste essentiellement à mesurer les variations de la pression d'un fluide tel qu'un gaz, occasionnées par des particules en mouvement venant faire obstacle au libre écoulement de ce gaz Les particules dont il s'agit de mesurer la vitesse par exemple, sont en mouvement dans un conduit 1 (Fig 1, 2) Il peut s'agir par exemple de billes ou granulés servant de support à un catalyseur et qui se déplacent sous l'effet de la gravité dans un conduit de raccordement entre des réacteurs chimiques, ou dans une enceinte quelconque. Suivant le premier mode de réalisation (Fig 1), le dispositif comporte un tube 2 débouchant dans le conduit 1 à une première extrémité par un orifice 3 De préférence, le tube 2 effleure la paroi du conduit 1 de manière à ne pas perturber l'écoulement des particules Ce tube 2 est alimenté en fluide sous pression à son extrémité opposée par une source de fluide à débit déterminé 4, constant de préférence Un capteur de pression 5 est disposé de manière à mesurer en permanence la pression du fluide circulant dans le tube 2 Il engendre un signal indicatif de la pression mesurée qui est appliqué à un calculateur 6 tel qu'un micro- ordinateur programmable d'un type connu muni d'une carte d'interface pour l'acquisition des signaux de mesure de pression. La section de tube 2 est choisie du même ordre de grandeur que la section des particules circulant dans le conduit et de préférence inférieure de façon à obtenir des variations franches de la pression du fluide On utilise par exemple un tube dont la section est comprise entre 1/3 et 1/10 de celle des particules. Les particules qui se déplacent dans le conduit 1 et passent devant l'orifice 3, modifient la pression instantanée mesurée par le capteur 5 La pression mesurée (Fig 3) présente des pics dont l'amplitude dépend de la proximité des billes par rapport à l'orifice La largeur des pics est proportionnelle à D/V o D est la section des particules et V leur vitesse moyenne. Dans le cas o les particules circulant dans le conduit 1 ont sensiblement même section D, le procédé selon l'invention permet de déterminer le débit en effectuant une auto-corrélation de la fonction P(t) et en mesurant la largeur à mi-hauteur exprimée en temps du pic principal de corrélation obtenue. On a vérifié expérimentalement que la largeur (en temps) du pic principal de la fonction d'auto-corrélation à mi-hauteur par exemple, était inversement proportionnelle à la vitesse des particules, sensiblement comme le montrent les courbes expérimentales des Fig 5 à 7 Elles ont été établies en auto- corrélant des variations de pression mesurées dans le tube 2 quand on fait passer devant son orifice de sortie 3 des particules de section connue et présentant des vitesses VI, V 2, V 3 respectivement de 3,846 10-2 m/s, 1,44 10-2 m/s et 0,847 10-2 m/s On vérifie que dans les trois cas expérimentés, le produit de la durée mesurée dtl, dt 2, dt 3 de chaque pic principal (respectivement 13 ms, 36 ms et 63 ms) par la vitesse correspondante, est sensiblement égal dans tous les cas à un facteur k de l'ordre de 0,5 A partir de cette valeur commune du coefficient k que l'on établit par calibration préalable, on peut donc par la mesure de la largeur à mi-hauteur de chaque pic, déterminer la vitesse moyenne des particules durant un 1 i O intervalle de temps de mesure déterminé de la pression. Suivant le mode de réalisation de la Fig 2, le dispositif comporte deux tubes fins 7, 8 dont une première extrémité débouche dans le conduit 1 par deux orifices respectivement 9, à distance l'un de l'autre Pareillement, ces deux tubes sont 1 5 alimentés en fluide chacun par une source distincte ( 4 A, 4 B) à débit déterminé de préférence constant Deux capteurs de pression 11, 12 mesurent les variations de pression respectivement dans les deux tubes 7, 8 causées par les particules qui passent respectivement devant les orifices 9, 10. Les signaux produits par les deux capteurs sont acquis parallèlement par le calculateur 6 par l'intermédiaire d'un multiplexeur (non représenté). Les tubes 2, 7, 8 à section constante proportionnée à la section des particules peuvent être remplacés dans la pratique (Fig 3) par des tubes 13 de section plus grande qui se terminent par une buse 14 et débouchent dans le conduit 1 par un orifice dont la section comme précédemment est adaptée à celle des particules. Avec l'agencement décrit, le procédé selon l'invention permet par intercorrélation des fonctions P 1 (t) et P 2 (t) représentatives des variations respectives des pressions dans les deux tubes fins 7, 8, de déterminer deux paramètres différents. La fonction d'intercorrélation, on le vérifie, présente un pic principal décalé d'un intervalle de temps A t par rapport à l'origine des temps, qui est égal au temps mis par les particules pour parcourir la distance entre les deux orifices 9, 10 La mesure de cet intervalle de temps A t permet, connaissant la distance entre les deux orifices 9, 10, de déterminer le premier paramètre i e la vitesse moyenne des particules pendant l'intervalle de temps o les traces Pl(t) et P 2 (t) sont acquises La vitesse moyenne V des particules étant connue par mesure du décalage A t, la mesure de la largeur du pic principal de la fonction d'intercorrélation permet d'en déduire, la section D des particules 1 i O circulant dans le conduit 1. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant chaque source de fluide à débit déterminé par des moyens pour délivrer un fluide à pression sensiblement constante et en mesurant les variations de débit de fluide dans chaque tube fin résultant du passage des particules devant leur orifice 3, 9, 10. Ces moyens pour fournir un fluide à pression constante dans ce cas peuvent être par exemple un réservoir à pression élevée relié à chaque tube par un détendeur régulant la pression en aval Ce procédé alternatif est cependant plus difficile à mettre en oeuvre dans la pratique. REVENDICATIONS 1) Procédé pour le contrôle d'un flux de particules circulant dans un conduit ( 1), caractérisé en ce qu'il comporte: l'injection d'un fluide à débit déterminé dans au moins un tube ( 2) débouchant dans le conduit par un orifice ( 3), la section du tube au moins au niveau de l'orifice, ayant une section en relation avec celle des particules en circulation; et 1 i O la mesure de signaux représentatifs de variations au cours du temps de la pression du fluide, ces variations résultant du passage desdites particules devant l'orifice du tube, pour en déduire au moins un paramètre significatif. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites variations de pression sont celles du fluide dans le tube. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites variations de pression sont celles de la différence de pression régnant entre le tube et le conduit. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on mesure lesdits signaux pour déterminer la présence de particules en circulation dans le conduit. ) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre le traitement desdits signaux par corrélation. 6) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les particules circulant dans le conduit ayant des sections voisines les unes des autres, le traitement des signaux représentatifs des variations de pression comporte une auto-corrélation desdits signaux de façon à en déduire la vitesse de passage des particules devant ledit orifice ( 3). 7) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte l'injection d'un fluide à débit déterminé dans deux tubes ( 7, 8) débouchant dans le conduit par deux orifices ( 9, ) à deux emplacements distincts le long de celui-ci, la section de chaque tube, au moins au niveau de son orifice, ayant une section en relation avec celle des particules en circulation; la mesure séparée des signaux représentatifs des variations au cours du temps de la pression du fluide dans chaque tube résultant du passage devant les orifices des particules en circulation; et une mise en corrélation des signaux correspondant respectivement aux deux tubes, de manière à déterminer la vitesse et la section des particules. 1 i O 8) Dispositif pour le contrôle d'un flux de particules circulant dans un conduit, qui met en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tube ( 2) débouchant dans le conduit par un orifice ( 3), la section du tube au moins au niveau de l'orifice, ayant une section en relation avec celle des particules en circulation, au moins une source de fluide ( 4) à débit déterminé communiquant avec ledit tube ( 2) et des moyens de mesure ( 5) des variations de pression dans le tube causées par le passage de particules devant son orifice. 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de traitement ( 6) pour déterminer par corrélation au moins un paramètre indicatif de la circulation de particules. ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que, les particules ayant sensiblement même section, les moyens de traitement ( 6) sont adaptés à effectuer une auto-corrélation desdits signaux de façon à en déduire la vitesse de passage des particules devant ledit orifice. 11) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce 3 O qu'il comporte deux tubes ( 7, 8) débouchant dans le conduit par deux orifices ( 9, 10) à deux emplacements distincts le long de celui-ci, la section de chaque tube au moins au niveau de son orifice, ayant une section du même ordre de grandeur que celle 1 1 des particules en circulation et deux sources ( 4 A, 4 B) de fluide à débit déterminé alimentant respectivement les deux tubes; des moyens ( 11, 12) pour mesurer séparément des signaux représentatifs des variations au cours du temps de la pression du fluide dans chaque tube résultant du passage dans le conduit desdites particules, devant les orifices respectifs des deux tubes; et des moyens ( 6) de comparaison des signaux correspondant respectivement aux deux tubes. 1 i O 12) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de comparaison ( 6) sont adaptés à effectuer une corrélation des signaux correspondant respectivement aux deux tubes de manière à déterminer la vitesse et la section des particules en circulation.