Brevet FR2722575A1 — publié le 19960119

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DE LA TENEUR EN EAU D'UN MELANGE HUILE-EAU La présente invention concerne la mesure de la teneur en eau d'un liquide constitué par un mélange du type huile-eau. Elle trouve application, plus particulièrement, mais non exclusivement, dans le secteur pétrolier, quand on a besoin de surveiller en permanence la teneur en eau d'un mélange huile-eau. En principe, la teneur en eau du mélange à mesurer est dans ce cas inférieure à 5% et même, par exemple dans les pipelines, inférieure à 2% en volume. I1 s'agit donc d'un mélange eau dans huile. On peut réaliser cette mesure en immergeant dans le liquide deux ensembles d'électrodes entre lesquels on applique une différence de potentiel électrique. Ceci provoque dans la partie de liquide se trouvant entre les électrodes, la coalescence des gouttelettes ou particules d'eau jusqu'a la création de courts-circuits, dont le nombre décompté en un temps déterminé est utilisé pour l'évaluation de la teneur en eau du liquide. On a constaté que la vitesse de circulation du liquide par rapport aux électrodes a une incidence excessive sur le résultat des mesures, ce résultat variant sensiblement comme le cube de la vitesse. L'invention a notamment pour objet de remédier à cet inconvénient et de proposer un procédé permettant une mesure fiable et insensible aux éventuels mouvements du liquide à évaluer par rapport aux électrodes utilisées pour la mesure de sa teneur en eau. Ce but est atteint, conformément à l'invention, par un procédé et un dispositif de mesure de la teneur en eau d'un liquide constitué par un mélange huile-eau en circulation, permettant d'interposer en travers de la circulation une chambre de mesure dans laquelle périodiquement : - on maintient stable un échantillon dudit liquide, - on soumet alors cet échantillon à l'action de deux ensembles de pointes d'électrodes entre lesquelles est appliquée une tension électrique convenable, avantageusement une tension continue de valeur comprise entre 50 et 300 volts et, de préférence, entre 100 et 200 volts, - et on mesure le nombre de courtscircuits se produisant par unité de temps à travers le liquide maintenu stable entre lesdites pointes d'électrodes pour en déduire la teneur en eau à mesurer. Ainsi, le procédé de l'invention permet de résoudre le problème posé par des liquides en circulation grâce au fait que la circulation du liquide est temporairement arrêtée sur le volume d'un échantillon occupant la chambre de mesure le temps de le soumettre à l'action des électrodes mises sous tension. Lorsqu'il s'agit de mesurer en permanence la teneur en eau d'un liquide en circulation dans une canalisation telle qu'un pipeline, on répète avantageusement, de façon périodique, un cycle d'opérations consistant à fermer la chambre de mesure interposée en travers de la circulation, à alimenter les électrodes en courant électrique pour recueillir l'information recherchée sous forme du nombre de courts-circuits créés par unité de temps, à arrêter l'alimentation des électrodes et à rouvrir la chambre de mesure pour laisser à nouveau la circulation s'écouler librement à travers elle. De préférence, ces différentes opérations sont commandées d'une manière automatique par un appareillage électronique extérieur permettant de régler leur durée et leur périodicité ainsi que d'exploiter les résultats des mesures. En pratique, la chambre de mesure peut occuper toute la longueur d'un diamètre de la canalisation. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé spécifié ci-dessus. Ce dispositif comprend, conformément à l'invention, une enveloppe destinée à être immergée dans le liquide à évaluer, une chambre de mesure ménagée à l'intérieur de ladite enveloppe, un ensemble de deux jeux d'électrodes à pointes comprenant au moins une paire de pointes d'électrodes en vis-à-vis, disposé dans ladite chambre de mesure, des moyens pour appliquer entre les électrodes de ladite paire une tension électrique, des moyens pour décompter le nombre de courts-circuits électriques se produisant dans le liquide entre lesdites électrodes, une entrée et une sortie obturables prévues dans ladite enveloppe pour permettre respectivement l'admission et l'échappement de liquide dans et hors de ladite chambre de mesure, et des moyens de commande pour mettre simultanément lesdites entrée et sortie en position ouverte ou fermée. De préférence, chaque jeu d'électrode comporte une série de pointes qui sont disposées respectivement en visà-vis des pointes de l'autre jeu d'électrode à pointes. I1 est avantageux de disposer lesdites entrée et sortie de l'enveloppe, sur des côtés opposés respectifs de ladite enveloppe. Ainsi, lorsque le dispositif est utilisé pour mesurer un liquide en circulation, il sera plongé dans ce liquide de telle sorte que l'entrée soit placée sur la face amont et la sortie sur la face aval de l'enveloppe, amont et aval étant considérés dans la direction normale de circulation du liquide à évaluer. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, on réalise avantageusement les entrée et sortie de liquide au moyen de deux parois cylindriques en rotation coulissante l'une dans l'autre. Lesdites parois peuvent aisément être construites juxtaposées et contiguës, avec des fenêtres complémentaires, et mobiles l'une par rapport à l'autre entre deux positions relatives fonctionnelles. Pour constituer un dispositif suivant l'invention, on prévoit notamment que la paroi interne délimite la chambre de mesure et qu'elle soit percée de deux fenêtres diamétralement opposées qui, entre deux positions orthogonalement différentes par rapport à la paroi externe, viennent obturer ou libérer des fenêtres analogues percées à travers la paroi externe constituant l'enveloppe. Des moyens moteurs sont en outre utiles pour déplacer lesdites parois l'une par rapport à l'autre. Dans le cadre de ce mode de mise en oeuvre, chacune desdites parois est donc pourvue d'une paire d'ouvertures. Ces paires d'ouvertures sont agencées de telle sorte que, lorsque les parois se trouvent dans l'une des positions relatives fonctionnelles, dite position ouverte, lesdites paires d'ouvertures se recouvrent au moins partiellement, réalisant ainsi une ouverture simultanée de l'entrée et de la sortie de l'enveloppe, permettant l'introduction d'un échantillon dans la chambre de mesure. En revanche, lorsque les parois se trouvent dans l'autre position relative fonctionnelle, dite position fermée, chacune desdites paires d'ouvertures est obturée par l'autre paroi, réalisant ainsi la mise simultanée en position de fermeture de l'entrée et de la sortie de l'enveloppe, permettant le maintien dans une enceinte fermée, de l'échantillon de liquide introduit durant la phase précédente au cours de laquelle l'entrée et la sortie de l'enveloppe étaient en position ouverte. Bien que lesdites parois puissent être réalisées sous une forme à symétrie de révolution quelconque, on préfère leur donner une forme cylindrique à section circulaire. Selon un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention, les électrodes sont montées sur un support fixe disposé dans la chambre de mesure, notamment suivant son axe de symétrie de révolution. Un tel support peut avantageusement être réalisé sous la forme d'un cadre rectangulaire, portant sur deux côtés opposés respectivement lune et l'autre de deux barrettes conductrices, reliées aux bornes opposées d'une source d'alimentation électrique, chacune desdites barrettes formant une série de pointes conductrices en ligne qui, de l'une à l'autre des barrettes, se placent mutuellement en vis-à-vis, à une distance qui peut être typiquement de 0,1 à 0,5 mm, par exemple 0,3 millimètres. On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Sa description est illustrée par les dessins annexés, dans lesquels - La figure 1 représente une vue en coupe verticale selon le plan I-I de la figure 3, et en élévation d'un dispositif de mesure selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement adapté à la mesure de liquides en circulation dans une canalisation fermée - La figure 2 représente la section selon le plan A-A de la figure 1, les entrée et sortie de l'enveloppe étant ouvertes; - La figure 3 représente la section selon le plan A-A de la figure 1, les entrée et sortie de l'enveloppe étant fermées. La figure 4 est un schéma électrique montrant la liaison entre les électrodes de l'appareil et un circuit de polarisation. Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références et la représentation des dessins est schématique. Le dispositif de mesure représenté sur les dessins comprend un support, ou base, 1, soudé en 2 à une canalisation telle qu'un pipeline 3, contenant un liquide 4 se déplaçant dans le sens perpendiculaire au plan de la figure 1, d'arrière en avant, sens indiqué par la flèche f des figures 2 et 3. Sur ce support est monté un ensemble 5 formant une enveloppe à double paroi, qui est interposé en travers de la circulation du liquide 4. En pratique l'ensemble 5 est cylindrique et disposé verticalement suivant un diamètre de la canalisation ou pipeline 3. Les deux parois qui composent l'enveloppe sont montées rotatives l'une dans l'autre. Comme cela apparaît sur la figure 1, l'ensemble 5 s'étend en occupant la totalité de la longueur 5a du diamètre du pipeline 3, de manière à venir en appui par son front 5b sur la paroi de la canalisation 3 en position diamétralement opposée au support 1. L'ensemble cylindrique 5 abrite une chambre de mesure 6, et il comprend une paroi extérieure 7 de forme tubulaire cylindrique fermée vers le bas par un fond 7a, et fixée par son extrémité supérieure ouverte sur la base 1. L'enveloppe 5 comprend également une paroi intérieure de forme tubulaire cylindrique 9, s'ajustant pratiquement sans jeu contre la paroi extérieure 7. Dans le cas décrit, la paroi intérieure 9, délimitant la chambre de mesure 6 est montée de manière à être mobile en rotation autour de l'axe 5a de l'enveloppe 5, par rapport à la paroi extérieure 7. L'appareil représenté comporte en outre un premier jeu ou ensemble d'électrodes à pointes horizontales alignées 10 s'étendant selon l'axe 5a de ladite enveloppe 5, formées sur une barrette disposée dans la chambre de mesure 6 et fixées sur un support 11 en forme de cadre rectangulaire, allongé verticalement, s'étendant sur sensiblement toute la hauteur de l'ensemble 5 et fixé sur le fond 7a de la paroi extérieure 7. Le premier ensemble d'électrodes 10 est associé à un deuxième jeu ou ensemble d'électrodes à pointes horizontales alignées 12 s'étendant selon l'axe 5a de l'enveloppe 5, formées sur une autre barrette disposée dans la chambre de mesure 6 et fixées sur le support vertical 11. Comme on peut le voir sur la figure 1, chaque pointe d'électrode 10 du premier ensemble se trouve à hauteur d'une pointe d'électrode 12 du second ensemble. Les pointes d'électrodes 10 du premier ensemble sont électriquement reliées à l'une des bornes de sortie d'un circuit de polarisation électrique 100 par un conducteur 101 s'étendant à l'intérieur de l'élément de mesure 11. Les pointes d'électrodes 12 du deuxième ensemble sont reliées à l'autre borne de sortie du circuit 100 par l'intermédiaire d'un conducteur 102 s'étendant à l'intérieur de l'élément de mesure 11 (voir figure 4). Le circuit 100 fournit une tension continue avantageusement comprise entre 100 et 200 volts. En outre, un condensateur 103 est branché entre les bornes de sortie du circuit 100. Le rôle de ce condensateur est d'éviter que des courts-circuits se produisent entre celles des paires d'électrodes 10 et 12 qui ne seraient pas immergées dans le liquide à évaluer, par exemple dans le cas ou le liquide ne remplirait pas complètement le pipeline 3. Les circuits électriques peuvent être connectés soit par enbas (figure 4), soit par le haut de l'ensemble 5 à travers la paroi 3 du pipeline. La paroi extérieure 7 est munie de deux ouvertures ou fenêtres diamétralement opposées, de contour sensiblement rectangulaire et s'étendant verticalement, 14 et 15. L'ouverture 14 est ménagée sur la face amont 16 de l'enveloppe 5, c'est-à-dire la face recevant le courant de liquide 4 à son admission, tandis que l'ouverture 15 est ménagée sur la face aval 17, c'est-à-dire la face opposée à la face amont 16, de la même enveloppe 5. La paroi intérieure 9 est elle aussi munie de deux ouvertures diamétralement opposées, de contour sensiblement rectangulaire, et s'étendant verticalement, 18 et 19. Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, les ouvertures 14, 15, 18, 19 sont dimensionnées et agencées de telle sorte que, dans une première position de la paroi intérieure 9, ou position ouverte, telle que représentée sur la figure 2, les ouvertures 14 et 15 de la paroi extérieure 7 sont simultanément ouvertes. En outre, dans une deuxième position de la paroi intérieure 9, ou position fermée, telle que représentée sur la figure 3, les ouvertures 14 et 15 de la paroi extérieure 7 sont simultanément fermées. Pour le déplacement de la paroi intérieure 9 de sa position ouverte à sa position fermée, il est prévu un moteur électrique 20, d'axe vertical coïncidant avec l'axe 5a de l'enveloppe 5 (figure 1), dont l'arbre de sortie est couplé à la paroi intérieure 9. Le moteur 20 est maintenu dans un carter 21, lui-même étant maintenu et recouvert par un bouchon 22 vissé dans un taraudage la de la base 1. Un joint 23 assure l'étanchéité de la jonction entre le bouchon 22 et la base 1. L'appareil comporte en outre un circuit de commande (non représente) du moteur 20. Ce circuit est conçu pour permettre la mise de la paroi intérieure 9 en position ouverte pendant un temps t1, puis en position fermée pendant un temps t2, les temps t1 et t2 étant réglables. Le circuit de polarisation électrique 100 des électrodes 10 et 12 est conçu pour démarrer la mise sous tension des électrodes un temps t3 après que la paroi intérieure 9 a été mise en position fermée, ce temps t3 étant réglable. Cette mise sous tension est effectuée pendant une durée réglable. L'appareil comporte également un circuit de comptage (non représente) du nombre des courts-circuits électriques s'établissant entre les pointes d'électrodes 10 et 12 pendant la durée de mise sous tension de ces dernières. Ce circuit est par exemple constitué par un détecteur du courant circulant entre les bornes du circuit de polarisation 100, par un circuit monostable recevant le signal de sortie dudit détecteur de courant, et par un compteur recevant les impulsions fournies par ledit circuit monostable. Le fonctionnement de l'appareil qui vient d'être décrit est le suivant : dans une première phase, l'appareil se trouvant en position ouverte telle que représentée sur la figure 2, il laisse passer en permanence un échantillon du liquide 4 circulant dans le pipeline 3, toujours prêt à le recueillir, tandis que dans une seconde phase, l'appareil est mis en position fermée telle que représentée sur la figure 3, immobilisant ainsi ledit échantillon de liquide dans la chambre de mesure 6. Les électrodes 10 et 12 sont alors polarisées à des potentiels différents par le circuit 100 et le nombre des courts-circuits par unité de temps est décompté automatiquement. Selon un exemple typique, l'appareil est mis en position d'ouverture pendant un temps tl de trois minutes pour collecter un échantillon. Puis il est mis en position de fermeture pendant un temps t2 de cinq minutes pour immobiliser l'échantillon. La mise sous tension des électrodes est établie pendant une minute qui débute deux minutes après le début de la fermeture. La tension et l'écartement entre les pointes d'électrodes peuvent être réglés corrélativement pour permettre, par exemple, de détecter et mesurer des teneurs en eau allant de 0,01 à 2% en volume. Selon une variante non représentée, les deux jeux de pointes d'électrodes 10 et 12 ne sont pas montés directement sur le même support fixe, mais l'un des jeux est formé sur une barrette montée, par exemple par vissage, sur ledit support, de telle sorte que sa position soit réglable en distance par rapport à l'autre, de pointe à pointe. Ceci permet, par cette distance et en fonction de la tension électrique appliquée pour les mesures, de régler une sensibilité en fonctionnement dépendant de la grosseur des gouttelettes d'eau coalescée provoquant l'apparition des courts-circuits à détecter. Naturellement, et comme il résulte déjà amplement de ce qui précède, l'invention n'est pas limitée aux modes particuliers de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemples préférés, dont elle englobe toutes les variantes restant dans le cadre des revendications. Dans certains cas par exemple, il pourra être prévu de rendre la paroi interne délimitant la chambre de mesure fixe dans une enveloppe externe tournante. REVENDICATIONS 1/ Procédé de mesure de la teneur en eau d'un liquide (4) constitué par un mélange du type huile-eau en circulation, caractérisé en ce que l'on interpose en travers de la circulation une chambre de mesure dans laquelle, périodiquement, on maintient stable un échantillon temporairement prélevé dudit liquide, pendant un cycle de mesure au cours duquel on soumet cet échantillon à l'action d'au moins une paire de deux ensembles d'électrodes (10, 12) à pointes entre lesquelles est appliquée une tension électrique et on mesure le nombre de courts-circuits se produisant par unité de temps à travers le liquide maintenu stable pour en déduire la teneur en eau à mesurer. 2/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe (5) destinée à être immergée dans ledit liquide (4), une chambre de mesure (6) ménagée à l'intérieur de ladite enveloppe (5), un jeu d'électrodes comprenant au moins une paire d'électrodes à pointes (10, 12), disposé dans ladite chambre de mesure (6), des moyens (100 à 102) pour appliquer entre les électrodes de ladite paire d'électrodes une tension électrique, des moyens pour compter le nombre de courts-circuits se produisant dans le liquide entre lesdites électrodes, une entrée (14, 18) et une sortie (15, 19) obturables prévues dans ladite enveloppe (5) pour permettre respectivement l'admission et l'échappement de liquide dans et hors de ladite chambre de mesure (6), et des moyens (20, 9) pour commander simultanément l'ouverture ou la fermeture desdites entrée et sortie. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites entrée (14, 18) et sortie (15, 19) sont prévues, respectivement, sur des côtés opposés (16, 17) de ladite enveloppe (5). 4/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite enveloppe (5) comprend deux parois juxtaposées contiguës, mobiles l'une par rapport à l'autre (7, 9) entre une première et une seconde positions relatives, chacune desdites parois (7, 9) étant pourvue d'une paire d'ouvertures (14 et 15, 18 et 19) agencées de telle sorte que, lorsque les parois (7, 9) se trouvent en première position relative, lesdites paires d'ouvertures (14 et 15, 18 et 19) se recouvrent au moins partiellement (figure 2) et, lorsque les parois (7, 9) se trouvent en seconde position relative (figure 3), chacune desdites paires d'ouvertures (14 et 15, 18 et 19) est obturée par l'autre paroi, et en ce que lesdits moyens de commande sont des moyens (20) commandant le déplacement de l'une (9) desdites parois par rapport à l'autre (7), depuis ladite première (figure 2) jusqu'à ladite seconde positions relatives (figure 3). 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites parois (7, 9) présentent une forme à symétrie de révolution. 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites parois (7, 9) présentent une forme cylindrique à section circulaire et en ce qu'elle sont montées rotatives l'une dans l'autre. 7/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un support (1) destiné à être fixé à une canalisation de transport de liquide (3), une enveloppe cylindrique à section circulaire (5) délimitant une chambre de mesure (6) et comprenant une paroi extérieure (7) montée fixe sur le support (1) et une paroi intérieure (9) montée sur le support (1) mobile en rotation autour de l'axe (5a) de l'enveloppe (5), un premier ensemble d'électrodes alignées (10) s'étendant selon l'axe (5a) de ladite enveloppe (5), montées dans la chambre de mesure (6) de manière à être solidaires de la paroi extérieure (7) de l'enveloppe (5), et un deuxième ensemble d'électrodes alignées (12) s'étendant selon l'axe (5a) de ladite enveloppe (5) dans la chambre de mesure (6). 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite enveloppe (5) est disposée axialement selon un diamètre de ladite canalisation (3) en s'étendant sur toute la longueur dudit diamètre. 9/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les électrodes (10, 12) sont montées en vis-à-vis par leurs pointes respectives, sur un support fixe (11) disposé dans le chambre de mesure (6). 10/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'écartement entre lesdites pointes d'électrodes (10, 12) et la tension d'alimentation électrique appliquée aux bornes desdites électrodes sont fixés corrélativement de sorte que l'établissement de courts-circuits électriques se produise pour des teneurs en eau à mesurer comprises entre 0,01 et 2 %.