Brevet FR2715732A1 — publié le 19950804

La présente invention concerne le domaine du prélèvement de fluides en milieu poussiéreux en vue d'une analyse ultérieure. Plus précisément la présente invention a trait à une sonde destinée à prélever des gaz dans un milieu à fortes teneurs en poussières. L'invention concerne aussi le procédé mis en oeuvre par ladite sonde. On connait déjà des dispositifs permettant de prélever des gaz dans des courants gazeux Ainsi, le brevet EP-B-0292598 divulgue une sonde d'échantillonnage qui permet de prélever dans le milieu à analyser une certaine quantité de gaz. Cette sonde est refroidie en tête de canne par un système approprié. Un filtre chauffé est placé en aval de la sonde. Ce type de dispositif présente l'inconvénient majeur de faire passer tout le flux à travers la cartouche filtrante ; de sorte que celle-ci se colmate rapidement à cause de la formation d'une croûte encore appelée "gateau" sur sa paroi exposée au flux. Lorsque des filtres sont placés en tête de canne, des problèmes de même type se posent. Un autre inconvénient lié à la formation d'un gateau est la réactivité du gaz avec le gateau ainsi formé sur le filtre. Cette réactivité fausse les analyses faites ultérieurement sur l'échantillon gazeux prélevé. On peut par exemple assister à une désulfuration parasite sur le dépôt formé dans le cas de réacteurs de désulfuration. La fiabilité des résultats est altérée par la réaction au niveau du gateau. Le problème du colmatage des filtres est donc très important. Avec les filtres connus, des décolmatages fréquents (toutes les 5 minutes par exemple) doivent être effectués, ce qui ralentit l'ensemble du processus de mesures et empêche toute utilisation pour l'analyse en continu. Ce type de filtres fonctionne donc uniquement en effectuant régulièrement des décolmatages par exemple par injection d'air comprimé à contre-courant et pour de faibles concentrations en particules. Des milieux à forte teneur en poussières encrassent très rapidement le ou les filtres, rendant ce type de sondes inadéquate. La présente invention propose une sonde qui permet de résoudre notamment les problèmes évoqués ci-dessus. En effet selon l'invention, un auto-décolmatage continu est réalisé grâce à la conception même de la sonde ; des mesures continues, stables dans le temps peuvent donc être effectuées. De plus, des mesures plus fiables peuvent être réalisées puisque la réaction décrite ci-dessus entre la croûte (ou gateau) formée sur le filtre et l'échantillon prélevé n'existe plus. La sonde selon l'invention permet en outre d'éviter les condensations, essentiellement au niveau de la paroi interne de la canne. De telles condensations peuvent piéger certains composés dès leur introduction dans la sonde, de sorte que la composition de l'échantillon qui est ensuite analysé, s'en trouve perturbée et ne correspond plus à la composition réelle du fluide. En outre la présente invention permet des mesures à des températures très élevées ; des prélèvements dans des réacteurs renfermant des milieux à une température comprise entre 800 et 1600"C peuvent être réalisés de façon très satisfaisante. Ainsi la présente invention concerne une sonde destinée à effectuer des prélèvements dans des milieux à forte teneur en poussières, et comprenant notamment - une canne en contact avec le milieu à prélever, munie d'un moyen de refroidissement de l'échantillon prélevé; - un filtre équipé d'un élément de chauffage; - un moyen d'aspiration du milieu prélever. Selon l'invention le filtre est agencé de telle sorte qu'un flux à analyser du milieu prélevé le traverse selon une première direction (C) et de telle sorte qu'un deuxième flux s'écoule selon une deuxième direction (B) de façon à éviter un colmatage par les poussières desdites parois du filtre. Plus précisément, le filtre peut être essentiellement annulaire, le deuxième flux s'écoulant alors longitudinalement et le flux à analyser le traversant radialement. Préférentiellement, le diamètre interne de la canne est sensiblement égal au diamètre interne du filtre annulaire. En outre un moyen de décolmatage périodique du filtre peut être prévu. Avantageusement, le moyen de décolmatage peut consister en une vanne placée en aval du filtre et agissant sur la conduite d'écoulement secondaire par laquelle peut être injecté périodiquement un fluide à contre-courant du sens normal d'écoulement. D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels - La Fig. 1 est une coupe longitudinale schématique du dispositif selon l'invention; et - La Fig. 2 est une coupe longitudinale simplifiée d'un filtre selon l'invention. Selon la Fig. 1, une canne de prélèvement 1, droite ou coudée, constitue l'extrémité de la sonde plongée dans le milieu à analyser. L'échantillon pénètre donc dans la sonde selon le sens indiqué par la flèche A. La canne 1 est refroidie de préférence sur toute sa longueur, par exemple par circulation d'un liquide dans une double enveloppe 2. Ce refroidissement permet d'éviter la détérioration de la canne elle-même lorsque celle-ci plonge dans des milieux sévères, par exemple dans des réacteurs ayant une température intérieure de plus de 1000"C. En outre la double enveloppe de refroidissement 2 permet d'éviter tout risque de poursuite de la réaction à l'intérieur même de la canne par refroidissement brusque de l'échantillon gazeux prélevé. Le refroidissement doit être rapide, c'est pourquoi, préférentiellement, le tube central (ou canne) est en contact avec le liquide de refroidissement dès les premiers centimètres de la sonde afin d'assurer un transfert maximum de calories des fumées prélevées vers ledit fluide. Le tube central de la canne 1 peut être confondu avec le tube interne de la double enveloppe 2. A titre indicatif, le diamètre du tube intérieur pourra être compris entre 5 et 20 mm. Ce diamètre doit être suffisant pour limiter les phénomènes parasites en paroi. Le diamètre est à considérer en relation avec la longueur de la canne refroidie : une longueur trop grande peut entraîner des condensations et donc le piégeage du S02 ; au contraire une longueur trop courte n'assure pas un refroidissement suffisant de sorte que la réaction ne sera pas bloquée. La longueur de la partie refroidie doit donc être dimensionnée en fonction de paramètres tels que le débit des fumées dans la canne, la température de prélèvement, la nature des effluents à prélever, ou encore la géométrie du réacteur. Des longueurs comprises entre 10 et 30 cm ont été utilisées avec succès. Le fluide de refroidissement peut être de l'eau ou encore un fluide visqueux tel que de l'huile. L'utilisation d'eau de refroidissement impose un maintien en température du mélange fumée-poussières après la zone de trempe. Pour ce faire, une résistance électrique 3 assurant une température de peau de l'ordre de 2000C est bobinée autour du tube central préférentiellement sur toute la longueur de la sonde (après la zone de trempe). L'utilisation d'huile permet d'éviter l'utilisation de l'élément chauffant. L'huile sera donc généralement préférée à l'eau, cependant sur les sites industriels, la mise en oeuvre de cannes refroidies à l'huile peut être difficile. Bien entendu une entrée 4 et une sortie 4' du liquide de refroidissement sont prévues autour de la double enveloppe 2. En aval de la canne 1 relativement au sens de propagation des fumées, un système de filtration chauffé 5 est mis en place afin de séparer particules et gaz. Le système de filtration 5 sera décrit de façon plus détaillée dans les paragraphes qui vont suivre, en relation avec la Fig. 2. En sortie du système 5, un moyen d'aspiration 6 permet de créer un débit principal d'écoulement des effluents. Un débit d'écoulement secondaire est en outre prévu, en aval du moyen de filtration 5. Le moyen d'aspiration 6 peut comprendre un seul moyen commun à l'écoulement principal et à l'écoulement secondaire ; il peut aussi comprendre deux éléments d'aspiration contrôlant chacun son propre écoulement. Un système de filtration 5 selon l'invention va maintenant être décrit en relation avec la Fig. 2. Sur cette figure, le système 5 comprend un canal central axial 51 ayant de préférence le même diamètre que le diamètre intérieur du tube 2 afin de ne pas créer de perturbations dans l'écoulement. Le fluide s'écoule principalement longitudinalement dans le canal 51, avec une vitesse largement (environ 10 fois) supérieure à la vitesse d'un écoulement secondaire qui traverse un élément filtrant 52. L'élément filtrant 52 selon l'invention peut être constitué d'une structure microporeuse, de forme annulaire, traversée radialement par un débit de fluide à analyser. Un espace annulaire 53 est prévue autour de l'élément filtrant 52 afin de recueillir les effluents ainsi filtrés ; et au moins un conduit 54 débouchant dans l'espace annulaire 53 permet l'évacuation desdits effluents vers un ensemble de mesure et d'analyse (non représenté). Sur la Fig. 2 la flèche B représente le débit principal qui s'écoule à grande vitesse, tandis que la flèche C symbolise le débit de fluide à analyser. Le débit principal n'est pas analysé. Cette configuration permet d'éviter la formation et le dépôt d'une croûte (ou gateau) sur les parois de l'élément filtrant 52. L'écoulement principal entraine la plus grande partie des poussières de part le rapport des vitesses entre les écoulements. De plus l'écoulement principal participe activement au décolmatage de la croûte éventuellement formée. Un élément chauffant, de type résistif, 55 est avantageusement prévu autour de l'espace annulaire 53 afin d'éviter les condensations. L'élément 55 peut être prévu sur tout ou partie de la longueur de l'espace annulaire 53. D'autres éléments viennent préférentiellement s'ajouter à ceux définis ci-dessus ; ainsi un calorifugeage 56 et un carter étanche 57 peuvent être nécessaire en cas de prélèvement de gaz chauds, afin d'éviter à l'opérateur de se brûler. En outre, un élément de décolmatage 58 peut avantageusement être prévu une vanne trois voies prévue directement sur le conduit 54 ou sur un by-pass de ce conduit peut ainsi être montée afin d'y laisser passer un contre-courant lorsque nécessaire. Des essais ont permis de faire fonctionner en continu, sans aucun décolmatage, la sonde selon l'invention pendant 8 à 10 heures, ce qui représente un net progrès vis-à-vis de systèmes connus pour lesquels un décolmatage toutes les 2 minutes est nécessaire. L'invention permet donc d'obtenir des mesures continues, stables dans le temps avec des cycles colmatage-décolmatage largement allongés. Bien entendu diverses modifications, adjonctions pourront être apportées par l'Homme de Métier à l'objet de la présente demande sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1) Sonde destinée à effectuer des prélèvements dans des milieux ayant une forte concentration en poussières, comprenant - une canne (1) en contact avec le milieu à prélever, munie d'un moyen (2) de refroidissement de l'échantillon prélevé; - un filtre (5) équipé d'un élément de chauffage (55); - un moyen (6) d'aspiration du milieu prélevé caractérisé en ce que le filtre (5) est agencé de telle sorte qu'un flux à analyser du milieu prélevé le traverse à faible vitesse selon une première direction (C) et de telle sorte qu'un deuxième flux s'écoule à grande vitesse selon une deuxième direction (B), de façon à éviter un colmatage par les poussières desdites parois du filtre. 2) Sonde de prélèvement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filtre (5) est essentiellement annulaire, le deuxième flux s'écoule longitudinalement selon son axe et le flux à analyser le traverse radialement. 3) Sonde de prélèvement selon la revendication 2, caractérisée en ce que le diamètre interne de la canne 1 est sensiblement égal au diamètre interne du filtre annulaire (5). 4) Sonde de prélèvement selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'un moyen (58) de décolmatage périodique du filtre est prévu. 5) Sonde de prélèvement selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit moyen (58) de décolmatage consiste en une vanne placée en aval du filtre (5) et agissant sur une conduite (54) par laquelle peut être injecté périodiquement un fluide à contre-courant du sens normal d'écoulement. 6) Sonde de prélèvement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le moyen 2 de refroidissement de la canne 1 consiste en une double enveloppe entourant au moins l'extrémité de la canne et dans laquelle circule un fluide. 7) Sonde de prélèvement selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit fluide est un liquide visqueux. 8) Sonde de prélèvement selon la revendication 6, caractérisée en ce que le fluide de refroidissement est de l'eau. 9) Sonde de prélèvement selon la revendication 8, caractérisée en ce que la canne (1) est munie d'un système de chauffage (3). 10) Sonde de prélèvement selon les revendication 1 à 9, caractérisée en ce que le moyen de chauffage 55 du filtre 5 est un élément résistif.