Brevet FR2721398A1 — publié le 19951222

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour surveiller un flux de particules ou granulés circulant dans un conduit contenant un fluide. Par surveiller, on entend aussi bien détecter en continu le passage des particules et les variations de flux, que déterminer certaines de leurs caractéristiques. Le procédé convient notamment pour déterminer la vitesse et/ou la section de particules circulant de façon continue ou discontinue dans des canalisations. 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 fluide sous pression (de l'hydrogène par exemple) et soufflés par un tube vers l'entrée supérieure du réacteur suivant. A la fin de cette chaîne, les granulés de catalyseur sont conduits par un courant fluide 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"). Le transport par soufflage provoque un émiettement, un éclatement des granulés de catalyseur et la formation de dépôts de poussières sur les grilles à l'intérieur des réacteurs. La circulation des particules de catalyseur dans les conduits s'en trouve modifiée. La mesure de 3 0 la vitesse de déplacement des particules est donc utile pour contrôler l'évolution du processus.. Par la demande de brevet EN 92/15.114, on connait un dispositif permettant de mesurer des flux de particules dans un conduit, qui met en oeuvre un procédé de mesure de variations 3 5 de pression. Dans une conduite ou circule un flux de particules à caractériser, on fait déboucher un ou plusieurs tubes ou canaux fins. La section de chaque tube est du même ordre de grandeur que celle des particules en circulation. Par chacun de ces tubes, on injecte un fluide avec un débit déterminé et on mesure les variations de la pression du fluide résultant du passage des particules en face de l'orifice de chaque tube. La vitesse des particules est déterminée par exemple en réalisant une auto-corrélation du signal traduisant les variations de pression. On peut aussi faire déboucher deux canaux fins 1 0 alimentés tous les deux en fluide, en deux emplacements différents le long du conduit, et par inter-corrélation des signaux traduisant respectivement les variations de pression dans chacun des tubes, on peut déterminer la vitesse et la section des particules en circulation. 1 5 Le dispositif précédent donne des mesures précises. Cependant, pour sa mise en oeuvre, il faut disposer de réservoirs délivrant un fluide à débit contrôlé. Dans certains cas: réserve de fluide indisponible ou incompatibilité entre le fluide dont on dispose et ceux qui circulent dans les conduites en entrainant les particules, sa mise en oeuvre peut présenter des inconvénients. Le procédé selon l'invention permet de surveiller un flux de particules ou granulés circulant dans un conduit contenant un fluide en évitant les inconvénients liés à l'utilisation d'une injection continue de fluide. Il est caractérisé en ce qu'il comporte: -l'utilisation d'au moins un détecteur comportant une cavité communiquant avec le conduit par un évent dont la section, au moins au niveau de son orifice de communication avec le conduit, est de même ordre de grandeur que celle des 3 0 particules en circulation, et d'un moyen d'excitation couplé avec la cavité pour engendrer des variations de pression dans le fluide; et -la mesure des signaux représentatifs des variations de pression du fluide excité, modifiée par le passage des particules devant l'orifice de chaque évent. Le procédé peut comporter également un traitement des signaux obtenus (tel qu'une auto-corrélation) pour en déduire au moins un paramètre caractéristique du flux de particules (leur vitesse par exemple). Suivant un mode de réalisation, le procédé comporte la mesure séparée par deux détecteurs communiquant avec le conduit à des emplacements différents le long du conduit, des signaux représentatifs des variations de pression du fluide excité, modifiée par le passage des particules devant les orifices de leurs 1 0 évents respectifs, la distance entre les deux orifices étant choisie suffisamment petite pour que la configuration des particules reste sensiblement identique à leur passage successivement devant l'un et l'autre, et la détermination de la vitesse des particules ainsi que leur section, par corrélation des différents 1 5 signaux mesurés. Le moyen d'excitation peut être adapté à fonctionner à une fréquence en rapport avec la fréquence de résonance de la cavité. L'invention concerne aussi un dispositif de surveillance d'un flux de particules ou granulés circulant dans un conduit. Il est caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs unités de détection, telles que définies ci-dessus, chacune avec des moyens de mesure des signaux représentatifs des variations de la pression du fluide excité, modifiée par le passage des particules devant l'orifice de son évent, et éventuellement des moyens de traitement tel qu'un organe de calcul programmé pour effectuer une auto-corrélation de chaque signal de mesure de façon à déterminer au moins un paramètre caractéristique de la circulation de particules (leur vitesse de circulation par exemple). Suivant un autre mode de réalisation, le dispositifcomporte 3 0 au moins deux unités de détection dont les évents respectifs débouchent dans le conduit à des emplacements différents de celui-ci, et dans ce cas, les moyens de traitement les moyens de traitement sont adaptés à effectuer un traitement séparé et conjoint des différents signaux obtenus, pour obtenir plusieurs caractéristiques du flux. Il s'agit par exemple d'une auto- corrélation de chaque signal de mesure et/ou une inter- corrélation des signaux mesurés par chacune des deux unités pour déterminer plusieurs paramètres caractéristiques du flux de particules, par exemple leur vitesse, leur débit, leur section etc. Le moyen d'excitation peut être une source d'ondes acoustiques comportant par exemple un vibrateur coopérant avec un générateur de signal, ou bien encore. un générateur de pression périodique tel qu'un piston coulissant dans un cylindre communiquant avec la cavité et des moyens moteurs pour 1 0 déplacer ce piston dans le cylindre alternativement dans un sens et dans le sens opposé. Les moyens de mesure des signaux peuvent comporter au moins un capteur de pression associé à chaque cavité, ou des éléments pour détecter des variations dans le fonctionnement du moyen d'excitation consécutives au passage des particules dans le conduit et notamment des éléments pour mesurer les variations de l'impédance électro-acoustique du moyen d'excitation concomitantes aux variations du coefficient de couplage acoustique de la cavité avec le conduit provoquées par le passage des particules devant l'orifice de l'évent. Le dispositif de surveillance selon l'invention tant dans sa fonction de détection de flux de particules que dans sa fonction complémentaire éventuelle de mesure sur ces flux, ne requiert qu'un appareillage simple, peu sensible aux variations de la température et qui s'affranchit totalement de l'usage précédent d'un appareillage de délivrance d'un flux contrôlé et continu de fluide. D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la 3 0 description ci-après de modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés o: - les Fig.l et 2 sont des schémas simplifiés pour illustrer le principe de détection selon l'invention; - la Fig.3 montre une variante du mode de réalisation précédent, o la source d'ondes élastiques est constituée d'un haut-parleur; - la Fig.4 montre un deuxième mode de réalisation o les signaux de mesure exploités sont détectés indirectement à partir de la source d'ondes; -la Fig.5 montre l'association d'un détecteur avec des moyens d'exploitation des signaux détectés; -la Fig.6 montre un troisième mode de réalisation comportant deux détecteurs distincts et qui permet de mieux caractériser le flux de particules.; -la Fig.7 montre un détail de réalisation de l'orifice de chaque 1 0 évent; -la Fig.8 schématise un exemple de modulation d'une variation de pression induite par le passage de particules devant un évent, dans le cas o la période du signal d'excitation du fluide est très inférieure à l'intervalle de temps entre les particules 1 5 successives; - les Fig.9A, 9B schématisent deux exemples analogues de modulation d'un signal excitateur par le passage de particules devant un évent, dans le cas o la période du signal (sinusoïidal, Fig.9A et carré, Fig.9B) est au contraire très supérieure à l'intervalle de temps entre les particules successives; - la Fig. 10 montre une courbe d'étalonnage reliant la vitesse à la largeur des pics d'auto-corrélation; et - la Fig.11 montre schématiquement le cas o le moyen d'excitation est un piston coulissant dans un cylindre communiquant avec la cavité, suivant un mouvement périodique éventuellement très lent. Le procédé selon l'invention que l'on va décrire ci-après, est mis en oeuvre pour la surveillance d'un flux de particules dans un conduit 3 contenant un fluide. Il comporte un détecteur D 3 0 constitué d'un moyen excitateur 1 couplé avec une cavité 2 laquelle est pourvue de moyens de communication avec le conduit 3. Le moyen excitateur 1 est adapté à induire des variations de pression périodiques dans le fluide. Le détecteur D comporte en outre des moyens P de mesure de pression pour détecter les variations de la pression du fluide excité dans la cavité 2, qui sont modifiées par le passage des particules. Le détecteur D précédent peut être complété par des moyens pour déterminer à partir des variations de pression détectées, au moins un paramètre indicatif du flux de particules dans le conduit. L'évent 4 peut être constitué d'un tube qui débouche dans le conduit 3 par un orifice 5 (Fig. 1). Dans le cas o la cavité est directement adjacente au conduit 3, cet évent peut se réduire à un simple orifice (Fig.2). Pour que l'effet du passage des particules soit plus significatif, on choisit de préférence un évent 4 dont la section au moins au voisinage de l'orifice 5, a une section du même ordre de grandeur que celle des particules en circulation et de préférence inférieure. On utilise par exemple un évent 4 communiquant avec le conduit par un orifice dont la section est comprise entre 1/3 et 1/10e de la section des particules. Chaque évent peut être constitué d'un tube de section uniforme ou encore d'un tube (Fig.7) avec une partie terminale tronconique ouvrant par un orifice calibré dans le conduit 3. Pour augmenter encore l'amplitude des effets produits par le passage des particules devant l'orifice 5, on peut utiliser un moyen excitateur 1 émettant des ondes à une fréquence choisie en fonction avec la fréquence de résonance de la cavité 2 chargée par la source et prolongée par son évent 4. Suivant le mode de réalisation de la Fig.3, le moyen excitateur de chaque détecteur de flux D, est constitué d'une source d'ondes acoustiques comportant un vibrateur 6 d'un type quelconque tel qu'un haut-parleur électro-dynamique, un vibrateur piézo-électrique ou magnétostrictif etc, couplé avec la cavité 2, auquel on applique le signal émis par un générateur 7. La fréquence du signal appliquée au vibrateur 6, peut être choisie par exemple égale ou proche de la fréquence propre de résonnance de la cavité 2 munie ou non selon les cas, de son évent 4. Les particules qui se déplacent dans le conduit 3 et passent devant l'orifice 5 de l'évent, modifient le couplage acoustique de la cavité ce qui fait varier la pression acoustique mesurée par un capteur C. L'enveloppe du signal de pression mesuré présente des variations d'amplitude dP dont la forme dépend de la vitesse des particules et de leurs dimensions (Fig. 8, 9A, 9B). La largeur des pics croît comme le rapport D/V o D est la section des particules et V leur vitesse moyenne. Suivant le mode de réalisation de la Fig. 4, les variations de pression dans la cavité provoquées par le passage des particules devant l'orifice de l'évent 4, sont mesurées indirectement. Le passage des particules devant l'orifice faisant varier le coefficient de couplage acoustique du vibrateur 6 avec la cavité, il s'ensuit une variation concomitante de son impédance électrique. On peut la détecter par tout moyen connu et notamment au moyen d'un i 5 pont de mesure 8 chargeant le générateur 7 et d'un amplificateur différentiel 9. Une première branche du pont 8 comporte en série deux impédances Z1, Z2. Une deuxième branche du pont comporte le vibrateur 6 en série avec une résistance ajustable z. Les deux points milieux ml, m2 du pont sont connectés aux deux entrées il, i2 de l'amplificateur 9. Le vibrateur étant acoustiquement couplé avec la cavité et son évent et excité à la fréquence choisie, on règle la résistance ajustable z de façon que le pont soit équilibré en l'absence de tout flux de particules dans le conduit 3. Quand un flux de particules circule dans le conduit, on obtient à la sortie de l'amplificateur différentiel, un signal S dont l'enveloppe est représentative de ce flux (cf. Fig.8). En associant à chaque détecteur D, des moyens de calcul particuliers 10 (Fig.5) tels qu'un micro-contrôleur, on peut 3 0 constituer un dispositif de mesure d'au moins un paramètre significatif du flux. Dans le cas o les particules circulant dans le conduit 1 ont sensiblement la même section D, il est possible de déterminer la vitesse des particules en programmant le micro-contrôleur pour qu'il réalise une auto-corrélation du signal représentatif des variations de pression détectées, et en mesurant par exemple la largeur à mi-hauteur exprimée en temps du pic principal de corrélation obtenu. On établit expérimentalement une loi de variation de type polynomiale ou exponentielle par exemple entre les largeurs de pics à mi-hauteur d et les débits mesurés d'une autre façon connue, sur un site de mesure permettant un étalonnage préalable. Cette loi étant établie (Fig.10), on peut associer une vitesse déterminée à chaque valeur de d obtenue. 1 0 Suivant le mode de réalisation de la Fig.6, le dispositif peut comporter aussi deux détecteurs de flux semblables D1, D2, analogues à ceux décrits aux Fig. l-4, qui communiquent avec le conduit 3 par deux orifices 51, 52 à distance connue l'un de l'autre. Il faut de préférence que la distance e entre les deux orifices soit très courte, de façon que la configuration des particules passant devant le premier orifice, ne soit pas sensiblement modifiée quand elles passent devant l'autre. Les moyens C1, C2 de mesure des variations de pression de ces deux détecteurs D1, D2 délivrent respectivement des signaux S1, S2. 2 0 Ces signaux après démodulation, sont acquis parallèlement par un micro-contrôleur 10 (au moyen par exemple d'un multiplexeur non représenté) et combinés l'un avec l'autre. On procède dans ce cas à une inter-corrélation de ces deux signaux. Le signal d'intercorrélation présente un pic principal décalé d'un intervalle de temps par rapport à l'origine des temps, qui est égal au temps mis par les particules pour parcourir la distance entre les deux orifices 51, 52. La mesure de cet intervalle de temps permet, connaissant la distance e entre les deux orifices 51, 52, de déterminer le premier paramètre i.e la 3 0 vitesse moyenne V des particules pendant l'intervalle de temps o les signaux S1 et S2 sont acquis. La vitesse moyenne V des particules étant connue par mesure de ce décalage, la mesure de la largeur du pic principal de la fonction d'inter- corrélation permet de déduire, la section 0 des particules circulant dans le conduit 3. On a décrit des modes de réalisation o le moyen excitateur est une source 1, 6 d'ondes acoustiques de type électro- dynamique, piézo-électrique, magnéto-strictive etc. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant plus généralement ces types de source par un moyen de déplacement de fluide animé d'un mouvement périodique quelconque: sinusoïdal, en créneau, en dent de scie etc dont la fréquence peut être choisie entre dans la gamme des infra-sons (la fréquence peut descendre jusqu'à une fraction de Hertz), dans 1 0 la gamme audio-acoustique ou bien dans la bande des ultra-sons. Ce moyen de déplacement peut être constitué (Fig.l 1) d'un piston 11 pouvant coulisser dans un cylindre 12 et mû d'un mouvement périodique à fréquence bien déterminée. Cette fréquence de déplacement alterné peut être abaissée 1 5 éventuellement jusqu'à une fraction de Hertz, pour certaines applications. REVENDICATIONS 1) Procédé pour surveiller un flux de particules ou granulés circulant dans un conduit (3) contenant un fluide, caractérisé en ce que qu'il comporte: - l'utilisation d'au moins un détecteur (D) comportant une cavité (2) communiquant avec le conduit (3) par un évent (4) dont la section, au moins au niveau de son orifice de communication (5) 1 0 avec le conduit, est de même ordre de grandeur que celle des particules en circulation, et d'un moyen d'excitation (1, 6) couplé avec la cavité pour engendrer des variations de pression dans le fluide; et - la mesure des signaux représentatifs des variations de pression i 5 du fluide excité, modifiée par le passage des particules devant l'orifice de chaque évent (4). 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre le traitement des signaux obtenus pour en déduire au moins un paramètre caractéristique du flux de particules. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on détermine la vitesse de déplacement des particules dans le conduit par une auto-corrélation des signaux mesurés par au moins un détecteur (D) associé au conduit (3). 4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte la mesure séparée par deux détecteurs (D1, D2) communiquant avec le conduit à des emplacements différents le long du conduit, des signaux représentatifs des variations de pression du fluide excité, modifiée par le passage des particules 3 0 devant les orifices de leurs évents respectifs, la distance entre les deux orifices étant choisie suffisamment petite pour que la configuration des particules reste sensiblement identique à leur passage successivement devant l'un et l'autre, et la détermination de la vitesse des particules ainsi que leur section, par corrélation 3 5 des différents signaux mesurés. ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise un moyen d'excitation adapté à fonctionner à une fréquence en rapport avec la fréquence de résonance de la cavité. 6) Dispositif de surveillance d'un flux de particules ou granulés circulant dans un conduit (3), caractérisé en ce qu'il comprend au moins une unité de détection (D), chaque unité de détection comportant au moins une cavité (2) communiquant avec le conduit par un évent (4) dont la section, au moins au 1 0 niveau de son orifice (5) de communication avec le conduit (3), est de même ordre de grandeur que celle des particules en circulation, et un moyen d'excitation (1) couplé avec la cavité (2), pour engendrer des variations de pression dans le fluide, et des moyens (P) de mesure des signaux représentatifs des variations 1 5 de la pression du fluide excité, modifiée par le passage des particules devant l'orifice de son évent (4). 7) Dispositif de surveillance d'un flux de particules ou granulés circulant dans un conduit (3), permettant de déterminer des caractéristiques de ce flux, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une unité de détection (D), chacune d'elles comportant au moins une cavité (2) communiquant avec le conduit par un évent (4) dont la section, au moins au niveau de son orifice (5) de communication avec le conduit (3), est de même ordre de grandeur que celle des particules en circulation, et un moyen excitateur (1) couplé avec la cavité (2), des moyens (P) de mesure des signaux représentatifs des variations de pression du fluide soumis aux ondes élastiques modulées par le passage des particules devant l'orifice de son évent (4) et des moyens de traitement (10) pour déterminer au moins un paramètre 3 0 caractéristique de la circulation de particules. 8) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent un organe de calcul (10) programmé pour effectuer une auto-corrélation de chaque signal de mesure pour déterminer la vitesse des particules dans le conduit. 9) Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux unités de détection (D1, D2) dont les évents (4) respectifs débouchent dans le conduit (3) à des emplacements différents de celui-ci, les moyens de traitement (10) comportant un organe de traitement pour effectuer une auto-corrélation de chaque signal de mesure et/ou une inter- corrélation des signaux mesurés par chacune des deux unités (DI, D2) pour déterminer plusieurs paramètres caractéristiques du flux de particules. 1 0 10) Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le moyen d'excitation est une source d'ondes acoustiques. 11) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la source d'ondes acoustiques comporte un vibrateur i 5 (6) coopérant avec un générateur (7) de signal. 12) Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le moyen d'excitation est un générateur de pression périodique couplé avec la cavité (2). 13) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le générateur de pression périodique comporte un piston (11) coulissant dans un cylindre (12) communiquant avec la cavité (2) et des moyens moteurs pour le déplacer alternativement dans un sens et dans le sens opposé, dans le cylindre. 14) Dispositif selon l'une des revendications 6 à 13, caractérisé en ce que les moyens de mesure des signaux comportent au moins un capteur de pression (C) associé à chaque cavité (2). ) Dispositif selon l'une des revendications 6 à 13, 3 0 caractérisé en ce que les moyens de mesure des signaux comportent des éléments pour détecter des variations dans le fonctionnement du moyen d'excitation (1) consécutives au passage des particules dans le conduit (3). 16) Dispositif selon l'une des revendications 6 à 13, caractérisé en ce que les moyens de mesure des signaux comportent des éléments pour mesurer les variations de l'impédance électro- acoustique du moyen d'excitation (1, 6) concomitantes aux variations du coefficient de couplage acoustique de la cavité (2) avec le conduit provoquées par le passage des particules devant l'orifice de l'évent (4). 17) Dispositif selon l'une des revendications 6 à 16, caractérisé en ce que le moyen d'excitation (1) est adapté à fonctionner à une fréquence en rapport avec la fréquence de résonance de la cavité (2).