Brevet FR2803656A1 — publié le 20010713

La présente invention a pour objet un procédé pour la mise en oeuvre d'un débitmètre destiné à mesurer le débit de fluides cryogéniques, en particulier de l'azote liquide. La mesure du débit de fluides cryogéniques liquides est couramment réalisée au moyen de débitmètres dits de CORIOLIS et qui sont essentiellement constitués de tubes déformables en forme de lyre, donc délimitant un contour approximativement triangulaire entre l'entrée et la sortie du fluide sous pression. La circulation de ce fluide sous pression entraîne une déformation des tubes en raison de l'effort exercé sur ceux-ci. La mesure de cette déformation, qui est de l'ordre de quelques centièmes millimètre, permet de mesurer le débit du fluide. La mise en oeuvre de ces débitmètres soulève divers problèmes - La très basse température du liquide cryogénique, par exemple -196 C pour de l'azote liquide, entraîne la formation de givre sur la surface extérieure des tubes de mesure, qui s'oppose à leur déformation et fausse par conséquent la mesure. II a donc été tout d'abord envisagé de réaliser une super-isolation de ces tubes. Cette proposition a dû être abandonnée, car une telle super-isolation entraverait nécessairement la déformation des tubes par lesquels est mesuré l'effet CORIOLIS. - On a donc proposé de placer les tubes de mesure à l'intérieur d'une enveloppe isolante avec réservation d'un espace entre les tubes et cette enveloppe. Complémentairement il a été proposé de remplir cet espace entre les parois par de l'hélium, qui reste gazeux à la température de l'azote liquide. Malheureusement en raison de fuites dans l'enveloppe du débitmètre, une étanchéité suffisante de celui-ci n'est pas possible. Les fuites entraînent une diminution progressive de la pression gazeuse d'hélium, qui perturbe le fonctionnement du débitmètre. Le même problème se pose avec utilisation d'air à l'interieur de l'enveloppe. - Un autre inconvénient de l'art antérieur connu est lié au fait que le fluide cryogénique subit une certaine vaporisation lors de son passage dans les tubes des débitmètres, en raison du fait qu'un apport de chaleur extérieur peut être évité. Il en résulte également une source supplémentaire d'imprécision de la mesure du débit du fluide. L'invention a pour but de proposer une solution satisfaisante à ce problème. Conformément au procédé visé par l'invention, on remplit l'espace entre les tubes déformables et l'enveloppe avec un gaz qui se condense une température légèrement supérieure à la température du liquide cryogénique, de sorte que ledit espace est alors mis sous vide. Ainsi en dehors des périodes de mesure de la température des fluides, les tubes sont à la température ambiante et le gaz remplit l'espace intercalaire entre les tubes et l'enveloppe, à la pression qui lui a été assignée. Cette pression reste pratiquement constante dans le temps en raison de l'etanchéité renforcée de l'enveloppe et des tubes. Lorsque le fluide cryogénique circule dans les tubes, le gaz se condense et cette condensation met sous vide l'espace compris entre les tubes et l'enveloppe extérieure. La dépression ainsi créée est suffisante pour limiter la vaporisation du liquide cryogénique et s'opposer à la formation de givre à l'extérieur des tubes et de l'enveloppe. Suivant un mode de réalisation possible, le liquide cryogénique étant de l'azote, le gaz est du dioxyde de carbone, dont la température de condensation est légèrement supérieure à la température de l'azote liquide (-196 C). Le gaz de remplissage de l'espace est ' une pression supérieure ' la pression atmosphérique. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours la description qui va suivre, faite en référence dessin annexé qui en illustre une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une vue en élévation latérale débitmètre pour fluide cryogénique de type CORIOLIS utilisable dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en élévation longitudinale débitmètre de la figure 1. Le débitmètre de type CORIOLIS illustré aux figures 1 et 2 est connu en soi et ne sera donc pas décrit de manière détaillée. Il comporte essentiellement des tubes 1, 2 , 3, raccordés bout à bout et disposés en forme de lyre. Les tubes d'entrée 1 et de sortie 3, disposés en forme de V, sont reliés par un tube intermédiaire 2. Le tube d'entrée 1 est relié à une canalisation 4 d'amenée du fluide cryogénique, équipée d'une vanne 5 de purge ainsi que d'une vanne d'isolement 6. Le fluide est évacué à la sortie 8 du tube 3 (flèche F). Les tubes 1,2, 3 sont disposés l'intérieur d'une enveloppe tubulaire 7 raccordée de manière étanche d'une part à l'entrée de la conduite 4 et d'autre part à la sortie 8 du tube 3. Les tubes 1, 2 et 3 sont déformables de quelques centièmes de millimètres à la pression et au débit du liquide cryogénique qui y circule pendant les périodes où son débit doit être mesuré. L'espace annulaire 9 compris entre les tubes déformables 1, 2, 3 et l'enveloppe extérieure 7 est rempli, conformément au procédé visé par l'invention, avec un gaz choisi parmi ceux qui se condensent à une température légèrement supérieure à la température du liquide cryogénique, de sorte que l'espace 9 est alors mis sous vide. Ce gaz de remplissage de l'espace 9 y est introduit à une pression sensiblement supérieure à la pression atmosphérique, à la température ambiante. A titre d'exemple de réalisation non limitatif, pour de l'azote liquide, le gaz choisi est le dioxyde de carbone. Ce gaz est introduit dans l'espace interparois 9 â une pression déterminée pour empêcher, par le vide créé par la condensation du dioxyde de carbone, une vaporisation du liquide cryogénique et la formation de givre à l'extérieur des tubes 1, 2, 3 et de l'enveloppe 7. Le dioxyde de carbone peut ainsi être introduit sous une surpression comprise entre 200 mbars et 1 bar environ, par exemple de 1,5 bars. Le débitmètre de CORIOLIS est mis en oeuvre de la manière suivante, dans le cadre du procédé conforme à l'invention - on réalise une étanchéité de l'enveloppe 7 suffisante à l'hélium; - on met sous vide l'espace intercalaire 9 entre l'enveloppe 7 et les tubes de mesure 1, 2, 3 ; - on remplit de gaz l'espace 9 jusqu'à une pression supérieure à la pression atmosphérique, - on procède à un calorifugeage du débitmètre et en particulier de son manifold, avec par exemple de la mousse de polyuréthanne. Pour obtenir une étanchéité suffisante, on intervient sur les fuites éventuelles constatées jusqu'à l'obtention de l'étanchéité recherchée de l'enveloppe 7. La mise sous vide est obtenue par exemple au moyen d'une pompe primaire â palettes, puis au moyen d'une pompe turbo-moléculaire sur une durée de 24 heures au minimum. Lorsque le liquide cryogénique ne circule pas dans le débitmètre 1, 2, 3, gaz (dioxyde de carbone ou similaire), remplit l'espace interparois 9 à la pression qui lui a été assignée, et se trouve à température ambiante. Quand le liquide cryogénique pénètre dans les tubes 1, 2, 3, ceux-ci sont légèrement déformés tandis que le dioxyde de carbone se condense, une température légèrement supérieure à celle de l'azote liquide. L'espace 9 est donc mis sous vide. La dépression correspondante limite les entrées de chaleur sur l'enveloppe extérieure 7 et par conséquent empêche la vaporisation du liquide cryogénique, ainsi que la formation de givre sur les tubes et sur l'enveloppe 7. De ce fait les tubes de mesure , 2, 3 peuvent se déformer librement sous vide, ce qui permet d'obtenir une grande précision dans la mesure du débit. En pratique, la surpression de gaz dans l'espace 9 doit être d'au moins 200 mbars au dessus de la pression atmosphérique, afin d'obtenir l'effet recherché. Bien entendu il est possible de mettre en oeuvre, dans le cadre du procédé selon l'invention, un liquide cryogénique autre que l'azote liquide, associé à un gaz choisi de manière que sa température de condensation soit supérieure à la température dudit liquide cryogénique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la mise en oeuvre d'un débitmètre destiné à mesurer le débit de fluides cryogéniques, ce débitmètre comportant des tubes déformables (1,2, 3) dont la mesure de la déformation permet de déterminer le débit de fluide circulant sous pression l'intérieur de ceux-ci, ces tubes déformables étant logés à l'intérieur d'une enveloppe tubulaire (7) délimitant un espace (9) entre celle-ci et les tubes, caractérisé en ce qu'on remplit l'espace (9) entre lesdits tubes déformables et l'enveloppe avec un gaz qui se condense à une température légèrement supérieure à la température du liquide cryogénique, de sorte que ledit espace est alors mis sous vide. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le liquide cryogénique est l'azote, caractérisé en ce que le gaz est du dioxyde de carbone. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz de remplissage dudit espace (9) y est introduit à une pression sensiblement supérieure à la pression atmosphérique à la température ambiante, par exemple supérieure de 200 mbars à 1 bar environ. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que - on réalise une étanchéité de l'enveloppe (7) suffisante à l'hélium, - on met sous vide l'espace (9) compris entre l'enveloppe (7) et les tubes de mesure (1, 2, 3), - on remplit de gaz l'espace entre l'enveloppe et les tubes de mesure jusqu'à une pression supérieure à la pression atmosphérique, - on calorifuge le débitmètre (1, 2, 3, 7).