Brevet FR2779821A1 — publié le 19991217

i 2779821 L'invention concerne un dispositif d'échantillonnage de gaz pour un conduit ou une cheminée dont la paroi présente une ouverture de passage pour ledit dispositif. Dans toutes les installations comprenant des conduites de gaz ou bien des cheminées émettant des fumées, c'est-à-dire des gaz et des poussières, il est nécessaire d'effectuer un certain nombre de contrôles concernant la concentration et le type des gaz. Pour cela, il est nécessaire de placer, in situ, un système de prélèvement d'un échantillon gazeux qui, par l'intermédiaire de moyens d'analyse de cet échantillon permet de connaître sa composition. D'autre part, pour connaître la quantité de gaz circulant dans le conduit, il est nécessaire de mesurer le débit gazeux. Pour cela, il faut également venir mesurer in situ, dans le conduit ou la cheminée, le débit de gaz au moyen d'un système de mesure tel qu'un débitmètre. Jusqu'à présent, afin de fournir ces deux informations (composition et débit du gaz) à l'opérateur situé à l'extérieur du conduit ou de la cheminée, il est nécessaire d'employer deux dispositifs distincts réalisant chacun la mesure de l'un des deux paramètres. On comprend que ceci présente un certain nombre d'inconvénients: il faut pratiquer dcux ouvertures dans le conduit pour placer les deux appareils qui réalisent chacun la mesure en un point de piquage différent. La présence de ces deux appareils distincts a, en outre, l'inconvénient de doubler éventuellemcnt également les systèmes de gestion électronique des deux appareils, c'cst-à-dire lecur unité de commande et de contrôle. En effet, comme on peut le voir sur la figure 1 illustrant la situation de l'art antérieur, on utilise un système de prélèvement 10 réalisant le prélèvement in situ dans le conduit 12 traversé par un flux gazeux (flèches ascendantes), au niveau d'une première zone de prélèvement, ce système 10 étant raccordé à des moyens d'analyse 16 pouvant être situés à une distance 2 2779821 relativement importante du système 10, et un système indépendant 14 permettant la mesure du débit gazeux au niveau d'une deuxième zone du conduit 12. La présente invention a pour objectif de fournir un dispositif d'échantillonnage unique permettant à la fois le prélèvement d'un échantillon de gaz en vu de son analyse et la mesure du débit du gaz traversant le conduit ou la cheminée. Cet objectif est atteint selon la présente invention grâce à un dispositif d'échantillonnage de gaz caractérisé en ce qu'il comporte: io - une canne tubulaire destinée à traverser ladite ouverture de passage et présentant une première partie destinée à venir se placer à l'extérieur dudit conduit et une deuxième partie destinée à venir se placer à l'intérieur dudit conduit, - un système de prélèvement présentant un tube de prélèvement traversant ladite ouverture de passage et dont la paroi est munie d'au moins une ouverture d'aspiration du gaz comprise dans un tronçon de prélèvement destiné à venir se placer dans ledit conduit, ledit tube de prélèvement étant sensiblement parallèle et reliée à ladite canne, ct des moyens de traitement du gaz raccordés audit tube de prélèvement afin d'assurer la préparation d'un échantillon de gaz prélevé en vue de son analyse par des moyens d'analyse dudit échantillon de gaz raccordés à la sortie des moyens de traitement, et - un système de mesure du débit de gaz circulant dans ledit conduit, présentant au moins un capteur d'une grandeur physique disposé au niveau de la première partie de ladite canne, à l'intérieur dudit conduit, et des moyens de calcul du débit placés à l'extéricur dudit conduit et raccordés audit capteur. On comprend qu'un tel dispositif permet d'effectuer le prélèvement de gaz et la mesure du débit grâce à un seul appareil qui traverse la paroi du 3 2779821 conduit ou de la cheminée au niveau d'une seule ouverture de passage pour amener le capteur permettant la mesure du débit et le tronçon de prélèvement du système de prélèvement à l'intérieur du conduit, au niveau d'une même zone. Le dispositif selon l'invention présente ainsi un confort d'utilisation pour son installation, son étalonnage et pendant toute sa durée de vie car l'utilisateur interagit avec un seul dispositif et non avec deux appareils distincts comme auparavant. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse, il est prévu que ledit tube de prélèvement passe à l'intérieur de ladite canne, ledit tronçon de prélèvement pouvant dépasser au-delà de la deuxième extrémité de la canne. Selon une autre configuration particulièrement avantageuse, il est prévu que le dispositif selon l'invention comporte, en outre, un coffret destiné à venir se placer à proximité et à l'extérieur dudit conduit, auquel est i5 raccordée la première extrémité de ladite canne et comprenant lesdits moyens de calcul et une unité de gestion des données connectée, d'une part, auxdits moyens de calcul et auxdits moyens d'analyse et, d'autre part, à des moyens d'affichage et à une unité de commande. Ainsi, le dispositif selon l'invention remplissant les fonctions de prélèvement et de mesure du débit ne comporte qu'un seul coffret comportant l'unité de gestion des données qui gère toutes les informations issues des moyens de calcul du débit, qui gère les paramètres du système de prélèvement, en contrôlant ou régulant par exemple la température de filtration, le débit d'aspiration, en permettant de commander ou télécommander les fonctions telles que le rétrosoufflage ou la mise en sécurité du dispositif en cas de défaillance (arrêt de prélèvement). Avantageusement, l'unité de gestion des données est équipée d'un affichage et d'un clavier permettant de visualiser, de programmer ou de 4 2779821 contrôler les systèmes de prélèvement et de mesure du débit, et donc de dialoguer entre cette unité au point de piquage et le ou les appareils éloignés du point de piquage. L'ensemble affichage/clavier peut être amovible ou être remplacé par un micro-ordinateur. s De façon particulièrement avantageuse, le dispositif d'échantillonnage selon la présente invention comporte, en outre, des moyens de transmission bidirectionnelle de signaux numériques provenant de ladite unité de gestion des données et à destination au moins desdits moyens d'analyse éloignés de ladite ouverture de passage, c'est-à-dire du point de piquage, et, éventuellement, à destination d'une station de commande pouvant être placée dans une salle de contrôle ou sur une plate- forme. On comprendra mieux l'intérêt d'un tel dispositif si on se place dans le cas du dispositif selon l'invention équipant une plate-forme à 20 ou 30 mètres de hauteur sur une cheminée industrielle et des appareils de mesure ou une salle de contrôle à 30 ou 50 mètres (ou plus) du point de piquage. L'opérateur sur la plate-forme peut, par exemple lors de contrôles du dispositif, grâce à une liaison numérique entre l'installation située au niveau de la plate-forme et l'unité de gestion des données située au point de piquage, connaître l'état de certains paramètres, ainsi que la valeur mesurée par les appareils éloignés de lui; il peut aussi télécommander ces derniers, par exemple pour faire un contrôle (de zéro ou d'étalonnage). D'une manière inverse, cela permet à un seul opérateur se trouvant devant les appareils ou en salle de contrôle (voire beaucoup plus loin grâce à un modem), de contrôler, visualiser et télécommander le système de prélèvement et le système de mesure du débit au point de piquage. 2779821 Actuellement, pour effectuer ces opérations, il est nécessaire de disposer de deux systèmes de radiocommunication (talkie-walkie) et de deux opérateurs. L'invention sera mieux comprise, les caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description d'un mode de réalisation donnée ci-dessous à titre d'exemple. Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. Il sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels: io - la figure 1, déjà décrite, représente de façon schématique un dispositif de prélèvement et d'analyse, et un dispositif de mesure du débit du gaz circulant dans un conduit, utilisés dans l'art antérieur; et, - la figure 2 représente schématiquement un mode de réalisation préférentiel du dispositif selon la présente invention. Si l'on se reporte à la figure 2, le dispositif 20 selon la présente invention pénètre à l'intérieur d'un conduit 12, au niveau d'une ouverture de passage 13, correspondant au point de piquage, pratiquée dans la paroi 11 du conduit. Le dispositif 20 comporte une canne tubulaire creuse 22 dont la première partie 22a reste à l'extérieur du conduit 12 ct dont la deuxième partie 22b se trouve à l'intérieur du conduit 12. La canne 22 est reliée à la paroi 11 du conduit par une bride annulaire 26 solidaire de la canne 22 et munie de perçages permettant sa liaison par boulonnage sur la paroi 11. La deuxième partie 22b de la canne 22 est munie d'un moyen de captage ou capteur 28 permettant de mesurer le débit du gaz qui s'écoule en direction verticale depuis le bas de la figure 2 vers le haut de la figure 2 (voir flèches). Dans le cas illustré à la figure 2, ce capteur 28 est un tube de Pitot comprenant un orifice de prise de pression dynamique 30 dirigé face 6 2779821 au flux gazeux et un orifice de prise de pression statique 32 dirigé de façon opposée au flux gazeux. Ces deux orifices 30 et 32 sont raccordés, via des tubes de connexion 34 passant à l'intérieur de la canne 22, à des moyens de calcul du débit 36 comportant au moins un capteur de pression différentielle, de sorte que ces moyens de calcul 36 fournissent la valeur du débit de gaz dans le conduit 12 à partir d'une mesure de pression différentielle correspondant à une mesure de vitesse du gaz. Ainsi, le raccordement entre le capteur 28 et les moyens de calcul 36 passe à l'intérieur de la canne 22. Cet agenccment avantageux peut être io réalisé quel que soit le type d'capteur utilisé pour la mesure du débit: au lieu du système à tube de Pitot simple, qui réalise en direct une mesure de vitesse en un point, on peut utiliser un système à tube de Pitot multiple ou bien une mesure de débit obtenue par effet vortex ou par l'utilisation de deux sondes de température, ces éléments alternatifs étant également positionnés au niveau de la deuxième partie 22b de la canne. Pour réaliser la fonction de prélèvement, le dispositif 20 comprend, en outre, un système de prélèvement 40 comprenant un tube de prélèvement 42 traversant l'intérieur de la canne 22 en dépassant, éventuellement, au- delà de la deuxième extrémité 22b. Ce tube de prélèvement 42 est muni, de préférence, au niveau de son extrémité libre constituant un tronçon de prélèvement 44, d'une série d'ouvertures 46 constituant des ouvertures d'aspiration du gaz. Le système de prélèvement 40 comprend, en outre, des moyens de traitement de l'échantillon de gaz prélevé sous la forme d'un filtre 48 à poussière entourant au moins le tronçon de prélèvement 44 et de moyens de séchage dudit échantillon. Sur la figure 2, sont également prévus des moyens de régulation de la température du tube de prélèvement, en vue d'éviter la condensation dans le 7 2779821 tube de prélèvement, qui sont constitués par une résistance chauffante 50 entourant un tronçon du tube de prélèvement 42 situé à l'intérieur de la canne 22. L'extrémité du tube de prélèvement 42 placé à l'extérieur du conduit 12 est raccordée à d'autres moyens de traitement sous la forme d'une unité de traitement 52 de l'échantillon de gaz. Par exemple, cette unité de traitement 52 comprend un ou plusieurs étages de séchage munis d'une membrane à perméation. Cette unité de traitement 52 peut compter aussi une filtration ultra fine en vue d'éliminer toutes les poussières dans le gaz prélevé, ainsi que d'autres systèmes de séchage tels que par condensation ou par dilution par un gaz sec ou même, une combinaison de plusieurs de ces différents systèmes. Pour réaliser l'analyse de l'échantillon de gaz prélevé, la sortie de l'unité de traitement 52 est raccordée à des moyens d'analyse 54 qui peuvent se situer à une distance relativement importante du dispositif 20 en fonction de la distance séparant le point de piquage 13 et le local contenant les moyens d'analyse 54 constitués d'appareils de mesure de la concentration en gaz pour les différents composés chimiques dont il est nécessaire de surveiller la concentration au sein du conduit. De façon avantageuse, le dispositif 20 selon la présente invention comporte un coffret 56 unique raccordé à la première partie 22a de la canne 22 et renfermant les moyens de calcul du débit 36 qui incorporent le capteur de pression différentielle, l'unité de traitement 52 de l'échantillon de gaz et de manière générale tout élément adéquat de traitement des mesures effectuées, de contrôle ou de commande. Ainsi, il est prévu que le coffret 56 renferme une unité de gestion des données 58 qui reçoit les informations délivrées par les moyens de calcul du débit 36, à savoir la valeur du débit de gaz, et les informations relatives aux résultats des analyses effectuées par les moyens d'analyse 54 en ce qui 8 2779821 concerne la composition du gaz. Cette unité de gestion des données 58 est également connectée à des moyens d'affichage 60, sous la forme d'un cadran numérique ou d'un écran d'ordinateur, et à une unité de commande 62 pouvant être incorporée dans un ordinateur et comprenant, de préférence, un clavier à partir duquel il est possible de traiter les données fournies par le dispositif d'échantillonnage 20. Il est également possible de relier l'unité dc gestion des données 58, via une ligne de transmission des données 64, de préférence numérique et avantageusement bidirectionnelle, jusqu'à une station de commande ou une i0 salle de contrôle située en un lieu éloigné du point de piquage 13. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le dispositif qui vient d'être décrit peut comprendre d'autres appareillages de contrôle qui pourront être également gérés par l'unité de gestion 58 dans le cas o il est nécessaire de réaliser la mesure d'autres paramètres dans le conduit 12. Par exemple, le dispositif 20 peut comprendre, en outre, des moyens de mesure de la pression de gaz dans le conduit 12, placés au niveau de la deuxième partie 22b de la canne et connectés à l'unité de gestion des données 58 par une connexion électrique et/ou pneumatique. traversant, de préférence, la canne 22. Une autre possibilité consiste à placer des moyens de mesure de la température du gaz dans le conduit 12, placés au niveau de la deuxième partie 22b de la canne 22, ces moyens de mesure dc la température pouvant être constitués d'un capteur de température 66 qui est, de préférence, connecté à l'unité de gestion des données 58 par une connexion électrique qui traverse la canne 22. Il est bien entendu qu'une partie au moins des moyens d'analyse 54 peut être placée à l'intérieur du coffret 56. 9 2779821 Ainsi, grâce à la présente invention, en utilisant un dispositif d'échantillonnage unique qui traverse la paroi d'un conduit au niveau d'une seule ouverture de passage, on parvient à réaliser le prélèvement d'un échantillon de gaz, la mesure du débit de ce gaz et éventuellement la mesure d'autres paramètres se rapportant au gaz et qu'il peut être nécessaire de contrôler au sein du conduit 12. La présente invention permet également de gérer l'ensemble des données fournies par le dispositif 20 au travers d'une unité de gestion des données 58 unique qui engendre, au niveau de l'utilisateur, la centralisation pour la lecture des données et pour la commande et/ou l'étalonnage des différentes fonctions du dispositif d'échantillonnage 20. 2779821 REVENDICATIONS 1. Dispositif (20) d'échantillonnage de gaz pour un conduit ou une cheminée (12) dont la paroi présente une ouverture de passage (13), caractérisé en ce qu'il comporte: - une canne (22) tubulaire destinée à traverser ladite ouverture de passage (13) et présentant une première partie (22a) destinée à venir se placer à l'extérieur dudit conduit (12) et une deuxième partie (22b) destinée à venir se placer à l'intérieur dudit conduit (12), - un système de prélèvement (40) présentant un tube de prélèvement (42) traversant ladite ouverture de passage (13) et dont la paroi est munie d'au moins une ouverture (46) d'aspiration du gaz comprise dans un tronçon de prélèvement (44) destiné à venir se placer dans ledit conduit (12), ledit tube de prélèvement (42) étant sensiblement parallèle et relié à ladite canne (22), et des moyens de traitement du gaz (48, 52) raccordés audit tube de s5 prélèvement (42) afin d'assurer la préparation d'un échantillon de gaz prélevé en vue de son analyse par des moyens d'analyse (54) dudit échantillon de gaz raccordés à la sortie des moyens de traitement (48, 52), et - un système de mesure du débit de gaz circulant dans ledit conduit, présentant au moins un capteur (28) d'une grandeur physique disposé au niveau de la première partie (22a) de ladite canne (22) et des moyens de calcul du débit (36) placés à l'extéricur dudit conduit (12) et raccordés audit capteur (28). 2. Dispositif (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit tube de prélèvement (42) passe à l'intérieur de laditc canne (22). 3. Dispositif (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une unité de gestion des données (58) connectée, d'une part, auxdits moyens de calcul (36) et 11 2779821 auxdits moyens d'analyse (54) et, d'autre part, à des moyens d'affichage (60) et à une unité de commande (62). 4. Dispositif (20) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens de transmission bidirectionnelle (64) de signaux numériques provenant de ladite unité de gestion des données (58) et à destination au moins desdits moyens d'analyse (54) éloignés de ladite ouverture de passage (13) et, éventuellement, à destination d'une station de commande. 5. Dispositif (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le raccordement entre ledit capteur (28) et lesdits moyens de calcul (36) passe à l'intérieur de ladite canne (22). 6. Dispositif (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur comprend un tube de Pitot (28) et au moins un capteur de pression de sorte que les moyens de calcul (36) fournissent la valeur du débit de gaz dans le conduit 12 à partir d'une mesure de pression différentielle. 7. Dispositif (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent, en outre, des moyens de séchage (52) dudit échantillon. 8. Dispositif (20) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif (20) comprend, en outre, des moyens de mesure de la pression de gaz (28) dans le conduit 12, placés au niveau de ladite deuxième partie (22b) de la canne (22) et connectés à ladite unité de gestion des données (58) par une connexion électrique et/ou pneumatique traversant ladite canne (22). 9. Dispositif (20) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif (20) comprend, en outre, des moyens de mesure de la température (66) du gaz dans ledit conduit 12, placés au niveau de ladite deuxième partie 12 2779821 (22b) de la canne (22) et connectés à ladite unité de gestion des données (58) par une connexion électrique traversant ladite canne (22). 10. Dispositif (20) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un coffret (56) destiné à venir se placer à proximité et à l'extérieur dudit conduit (12), auquel est raccordée la première extrémité (22a) de ladite canne (22) et comprenant lesdits moyens de calcul (36) et ladite unité de gestion des données (58). 11. Dispositif (20) selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une partie au moins desdits moyens d'analyse (54) est placée dans ledit coffret lo (56).