Brevet FR2810098A1 — publié le 20011214

La présente invention concerne un dispositif de visualisation de dépôts et/ou de solides en suspension dans un fluide. Le dispositif selon l'invention trouve des applications dans de nombreux secteurs industriels, notamment pour la surveillance de fluides circulant dans des conduites transportant des particules susceptibles de changer d'état lorsque les conditions thermodynamiques varient. C'est le cas par exemple des cristaux de paraffines ou hydrates (particules solides apparaissant dans les conduites sous pression en présence d'eau et d'hydrocarbures) contenus dans les fluides acheminés dans les conduites pétrolières dont l'état dépend fortement des conditions ambiantes de température et de la pression. Lors de la traversée de zones plus froides ou si la circulation des fluides est interrompue momentanément, les paraffines ou hydrates sont susceptibles en se refroidissant, de cristalliser et se déposer ce qui modifie les conditions d'écoulement voire même risquent d'obstruer les conduites. Le dispositif de visualisation selon l'invention peut également servir dans les réseaux de distribution d'eau pour surveiller la formation des dépôts de calcaire susceptibles également d'obstruer les conduites. Le dispositif selon l'invention rend possible l'examen périodique des conduites et de prévoir en temps utile l'application des traitements préventifs à effectuer pour éliminer les dépôts et d'éviter les opérations mécaniques lourdes de démontage périodique (pénalisantes pour ce qui concerne l'étanchéité) usuellement effectuées à cet effet. ETAT DE LA TECHNIQUE Par le brevet DE 38 16 736 on connaît un dispositif pour contrôler l'encrassement d'un filtre utilisé dans les systèmes de ravitaillement des avions. La vanne est montée sur une conduite de circulation du carburant et comporte une voie de visualisation. Un hublot disposé au niveau de la voie de visualisation permet de contrôler l'état d'un filtre disposé au niveau de la vanne. La vanne peut être basculée entre une position de circulation où le carburant passe à travers le filtre et une position de visualisation où le filtre se trouve dans l'axe du hublot. De cette manière on contrôle aisément l'état du filtre, et il est possible de le changer en temps voulu. LE DISPOSITIF DE VISUALISATION SELON L'INVENTION Le dispositif de visualisation selon l'invention est adaptable à une conduite où circulent des fluides chargés de particules solides, et il permet l'examen d'un volume de fluide isolé du courant de fluides ainsi que des parois internes du dispositif, sans changer son état thermodynamique par rapport à celui du fluide en circulation. Il comporte une vanne à boule pourvue d'un passage central, qui est interposée entre deux sections de la conduite et des moyens pour faire pivoter la vanne à boule entre une première position où le passage central fait communiquer l'une avec l'autre les deux sections de la conduite de part et d'autre de la vanne et une deuxième position où le volume de fluide dans le passage central est isolé de la conduite et en communication avec au moins une chambre latérale de visualisation ou d'observation. Il comporte aussi des moyens d'équilibrage pour maintenir le dit volume de fluide sensiblement dans le même état thermodynamique que les fluides dans la conduite, dans la deuxième position de la vanne à boule. Les moyens d'équilibrage comportent par exemple un ensemble d'équilibrage de pression et une enveloppe calorifugée ou un dispositif de thermorégulation des fluides dans chaque chambre latérale pour les maintenir à une température sensiblement égale à celle régnant dans les sections de conduite. L'ensemble d'équilibrage de pression comporte par exemple au moins un circuit associé à des vannes de contrôle, ce circuit communiquant avec une section de conduite et au moins une chambre latérale de visualisation par l'intermédiaire d'un moyen d'équilibrage automatique de pression tel qu'un accumulateur à membrane chargé d'un gaz inerte, pour maintenir la conduite et la dite chambre latérale de visualisation en équipression. Le dispositif de régulation en température comporte par exemple des circuits pour faire circuler un fluide caloporteur autour d'au moins une chambre latérale (dans un serpentin enroulé autour de chaque chambre ou bien dans une double paroi) ou bien encore par exemple un circuit électrique de chauffage thermorégulé. Le dispositif comporte avantageusement une bague pour chemiser le passage intérieur dans la boule, réalisée dans le même matériau que les parois intérieures des sections de conduite de manière que les dépôts qui s'y forment soient bien représentatifs de ceux qui se forment sur les parois des sections de conduite. Le dispositif de visualisation comporte aussi par exemple un conduit pourvu d'une vanne de purge en liaison avec au moins une chambre latérale de visualisation pour évacuer le fluide piégé dans la boule et chaque chambre latérale de visualisation. Le dispositif de visualisation comporte aussi par exemple un circuit d'injection communiquant avec au moins une chambre latérale de visualisation pour permettre l'injection de produits dans le fluide piégé dans la boule de la vanne et dans chaque chambre de visualisation. Les produits injectés peuvent être, par exemple, des additifs dont on pourra avantageusement observer l'efficacité ou encore de produits de lavage du fluide piégé dans le volume de visualisation et de nettoyage des parois et de la face interne des hublots de visualisation. Le dispositif de visualisation peut également comporter au moins un dispositif d'éclairage pour éclairer l'intérieur de chaque chambre latérale de visualisation et du passage et/ou des appareils de mesure de paramètres physiques des fluides et de particules transportées : détecteurs optiques détecteurs de particules ionisantes etc., selon la nature des particules transportées par les fluides, pour mesurer par exemple leur densité. La vanne à boule est par exemple une vanne quatre voies, deux des voies communiquant respectivement avec les sections de la conduite de part et d'autre du corps de la vanne à boule, deux autres voies formant les deux chambres latérales et étant délimitées par des parois permettant les observations. Le dispositif est avantageux car il permet avec une grande facilité de mise en oeuvre, l'observation des fluides transportés et la mesure de l'épaisseur des dépôts qui se forment dans les conduites, dans les mêmes conditions thermodynamiques que celles qui y règnent, sans avoir à interrompre la circulation. On évite ainsi la modification de l'aspect des matières déposées ou de leur volume qui seraient causée par une dépressurisation. Par cet examen rapide des parois, on peut également prévenir plus efficacement les phénomènes de corrosion. Le dispositif facilite le diagnostic et permet de tester l'efficacité des solutions possibles pour remédier aux dépôts : additifs sélectionnés pour combattre les dépôts, choix de revêtements de paroi, etc. Le dispositif peut être interposé par exemple sur des conduites où circulent des hydrocarbures chargés de particules solides diverses : paraffines ou hydrates en voie de cristallisation, etc en raison de variations des conditions de température et de pression en cours de transport. Il est possible également de placer des instruments de mesure adaptés devant les chambres latérales. Le dispositif peut trouver de nombreuses applications dans toutes sortes d'installations industrielles ou de réseaux d'adduction. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titres d'exemples non limitatifs, en se référant aux figures annexées où - la Fig.l schématise une coupe du dispositif de visualisation selon l'invention en position de circulation ; et - la Fig.2 représente le dispositif de la figure 1 en position de visualisation. DESCRIPTION DETAILLEE Pour réaliser le dispositif de visualisation ou d'observation selon l'invention, on utilise par exemple une vanne à boule 1 interposée sur une conduite où circulent des fluides chargés de particules solides en suspension et susceptibles de se déposer sur les parois. La vanne 1 comporte un corps 2 avec une cavité intérieure pour une boule 3, qui communique avec l'extérieur par quatre ouvertures 4 opposées deux à deux. A ce corps de vanne sont associés quatre manchons de raccordement 51, 52, 53, 54. Chacun d'eux comporte une bride de fixation 6 contre le corps de la vanne et un prolongement tubulaire 7 destiné à s'engager dans une des ouvertures 4. A son extrémité opposée, chacun de ces manchons de raccordement 51-54 comporte une deuxième bride de fixation 8. Aux brides 8 de deux des manchons de raccordement 51, 52 opposés, sont fixés deux parties 9A, 9B d'une conduite où circulent les fluides. Des hublots transparents 10 sont fixés contre les brides 8 des deux autres manchons de raccordement 53, 54, délimitant deux chambres latérales 11A, 11B. La boule 3 est pourvue d'un passage central 12. Elle est susceptible de tourner entre une première position (Fig.l) où les deux parties 9A, 9B de la conduite communiquent directement l'une avec l'autre par l'intermédiaire du passage central 12, à une deuxième position (Fig.2) angulairement décalée par rapport à la première (90 par exemple) où le passage central 12 met en communication l'une avec l'autre les deux chambres latérales de visualisation 11A, 11B. Le diamètre du passage central 12 de la boule 3 est par exemple égal au diamètre intérieur dl des sections de conduite 9A, 9B. Il est de préférence inférieur au diamètre d2 des deux chambres latérales 11A, 11B, de façon à faciliter l'examen visuel de ses parois. Des joints d'étanchéité 13 sont disposés dans les prolongements tubulaires 7 pour isoler les uns des autres les espaces intérieurs des quatre manchons 51-54 quand la boule 3 est dans la première ou la deuxième position. De préférence, le passage central 12 est alésé à un diamètre supérieur à la section intérieure des manchons de raccordement 51, 52 et des sections de conduite raccordées, et, dans cet alésage, on rapporte une bague 14 de même section intérieure que les manchons 51, 52. Cette bague 14 est réalisée dans le même métal que les sections de conduite 9A, 9B ; ainsi son état de corrosion ou de dépôt est bien représentatif de celui des sections de conduite. Le diamètre du passage central dl dans la boule est de préférence choisi pour assurer la continuité de l'isolement étanche entre les chambres latérales 11A, 11B et les sections de conduites 9A, 9B lorsque la boule 3 passe de la position visualisation à la position circulation. Par exemple on choisit le diamètre dl de ce passage central de façon que où D est le diamètre de la boule et n le nombre de chambres de visualisation et de circulation, et de préférence que La boule 3 de la vanne est bien entendu associée à un moyen de manoeuvre conventionnel (non représenté) permettant de la faire tourner entre les deux positions de passage et de visualisation. Contrôle et maintien de la pression Dans le cas d'un dispositif à quatre voies tel que représenté sur les figures 1 et 2, par exemple, un canal 15 est percé dans toute l'épaisseur de la paroi d'au moins trois des manchons de raccordement (manchons 52, 53, 54 par exemple). Les canaux 15 des deux manchons de raccordement 52, 53 par exemple sont raccordés par des moyens d'équilibrage de pression comportant par exemple un circuit 16 sur lequel sont interposés un accumulateur à membrane 17 chargé en gaz inerte à une pression sensiblement égale à celle du fluide en circulation et deux vannes d'isolement V1, V2. Un autre circuit 18 associé à une vanne V3 fait également communiquer les canaux 15 des deux manchons 53 et 54 de façon à pouvoir équilibrer leurs pressions. Un circuit de purge T contrôlé par une vanne de purge V5, est disposé à un point bas de la chambre latérale inférieure (11B). La vanne V4 permet de faire communiquer directement les chambres latérales de visualisation 11A et 11B avec l'intérieur de l'un des manchons de la voie de circulation (le manchon 52 en l'occurrence) lorsqu'elle est ouverte. Lorsque le dispositif est en position de circulation tel que schématisé par la figure 1, le volume constitué par les deux chambres latérales 11A et 11B est par exemple rempli par le gaz inerte provenant de l'accumulateur à membrane 17 et maintenu par lui à la pression de la veine de fluide en circulation dans les sections de conduite 9A, 9B. Ainsi, lorsque la boule 3 de la vanne est manoeuvrée pour mettre le dispositif en position de visualisation, le volume de fluide contenu dans le passage central 12 de la boule 3 est transféré dans les chambres de visualisation 11A et 11B sans variation des conditions de pression. On choisira le gaz inerte remplissant les chambres de visualisation de façon qu'il n'ait aucune interaction chimique ou physique avec le fluide de procédé avec lequel il est mis en contact. Dans de nombreuses applications pétrolières, ce gaz pourra par exemple être de l'azote. Contrôle et maintien éventuels de la température Une hausse de température à pression constante du volume de fluide visualisé peut faire fondre les dépôts accumulés sur les parois ou les cristaux ou particules en suspension qui y sont présents. Inversement, une baisse de température à pression constante peut augmenter la quantité de dépôts ou de particules en suspension dans le fluide ou modifier leur état. Pour que l'état du fluide et/ou des parois des chambres de visualisation soit bien représentatif de l'état des conduites 9A, 9B, il importe donc que le volume de fluide isolé par la rotation de la boule 3 soit maintenu sensiblement à la température des fluides en circulation. Le dispositif comporte donc de préférence un système de régulation de la température du volume de fluide isolé dans les chambres opposées. Ce système comporte par exemple des serpentins 20 enroulés autour des manchons latéraux de visualisation 53, 54 où l'on fait circuler un fluide caloporteur dont la température est régulée par un ensemble de régulation automatique 21 combiné avec un capteur de température 22 dans une des sections de la conduite. Les manchons latéraux de visualisation 53, 54 peuvent également être équipés d'une double enveloppe permettant la circulation d'un fluide caloporteur. Le système de contrôle de la température peut également être constitué à base de résistances chauffantes. Pour maintenir sensiblement constante la température du volume de fluide isolé, on peut également calorifuger au moins les chambres de visualisation 53, 54. La thermorégulation du fluide peut cependant rester facultative si les temps de visualisation sont suffisamment courts (inférieurs à une minute par exemple). Visualisation L'état des parois des chambres latérales de visualisation 11A, 11B et du passage central 12 dans la boule 3, ainsi que leur contenu qui a été isolé de la conduite par la rotation de la vanne, peuvent être observé au travers des hublots transparents 10. Si l'éclairage naturel est insuffisant ou bien si les fluides isolés sont trop opaques pour bien examiner l'intérieur des chambres latérales 53, 54, on peut placer une source lumineuse orientable 24 devant l'un des hublots 10, avec un cône d'ouverture suffisant pour bien éclairer les parois. De préférence, on choisit une source lumineuse froide de façon à ne pas modifier la température du contenu des chambres 11A, 11B. Circuit d'injection Le dispositif comporte aussi de préférence un circuit 25 communiquant avec un récipient de fluide (non représenté) par l'intermédiaire d'une vanne robinet V6 et avec l'intérieur de l'une des chambres latérales de visualisation (11A par exemple). Le récipient contient par exemple des additifs destinés à combattre la formation de dépôts ou d'accumulations (additifs anti-hydrates par exemple dans les conduites pétrolières). On peut ainsi tester précisément leur efficacité dans les conditions thermodynamiques de circulation. Le récipient peut également contenir un additif convenable pour nettoyer si besoin est les chambres de visualisation 11a, 11b et le passage intérieur 12 de la boule 3. Mesures Il est également possible de placer des appareils de détection, appareils de prise de vues, capteurs optiques, gamma-mètre, etc., devant les parois terminales (non nécessairement transparentes si les appareils de mesure utilisés n'opèrent pas dans le spectre des rayonnements de la lumière visible) des deux chambres d'observation 11A, 11B pour mesurer par exemple la densité des particules transportées par les fluides, éventuellement reliés à des dispositifs d'acquisition des mesures. Mise en aeuvre du dispositif Le fluide circule dans la section de conduite 9A, puis passe à travers la boule 3 qui se trouve dans une position de circulation (Fig.l) avant de sortir par la section de conduite 9B. A intervalle de temps fixé, on fait tourner la vanne pour l'amener dans la position de visualisation (Fig.2). Dans cette position le passage 12 dans la boule 3 est sensiblement aligné selon l'axe des chambres latérales 11A, 11B. Avant le basculement de la boule 3 de la position circulation à la position visualisation, on ouvre les vannes V1, V2 et V3 des circuits 16 et 18 d'équilibrage de pression de façon que le gaz inerte de l'accumulateur 17 se répande dans les chambres de visualisation 11A, 11B et que sa pression soit celle du fluide dans la conduite. La valeur de la pression est ainsi conservée et la structure des dépôts éventuels sur le manchon ainsi que celles des solides ou cristaux éventuellement présents dans le fluide ne subit pas de modification. Après observation visuelle ou enregistrement d'images des dépôts et des cristaux, le fluide piégé dans le volume de visualisation est évacué par la conduite d'évacuation T et la vanne de purge V5, pour d'éventuelles analyses chimiques. Cette évacuation est de toute façon nécessaire lorsque le fluide est trop opaque pour empêcher l'examen normal des dépôts sur les parois du passage 12 et des chambres latérales 11A, 11B. Au cours de la purge, le gaz fourni par l'accumulateur 17 sert à maintenir la pression dans les chambres latérales 11A, 11B. Si nécessaire, la réserve de gaz dans l'accumulateur 17 est complétée. Un filtre F peut être interposé à la base de la chambre basse 11B pour empêcher le passage des cristaux dans le circuit de purge. Le dispositif de visualisation selon l'invention permet ainsi de visualiser facilement la formation des hydrates et paraffines qui se déposent sur les conduites de transport d'un fluide pétrolier et/ou encore les cristaux qui sont véhiculés par le fluide. Le dispositif de visualisation selon l'invention permet également ainsi de visualiser facilement l'état des parois internes du passage central 12 de la boule 3 et des chambres latérales 11A et 11B. Le dispositif de visualisation peut également être installé sur une conduite en dérivation d'une conduite principale de production pétrolière. REVENDICATIONS 1) Dispositif de visualisation adaptable à une conduite où circulent des fluides chargés de particules solides, permettant l'examen d'un volume de fluide isolé du courant de fluides, sans changer son état thermodynamique par rapport à celui du fluide en circulation, comportant une vanne à boule (1) pourvue d'un passage central (12), qui est interposée entre deux sections (9A, 9B) de la conduite et des moyens pour faire pivoter la vanne à boule entre une première position où le passage central (12) fait communiquer l'une avec l'autre les deux sections de la conduite (9A, 9B) de part et d'autre de la vanne (1) et une deuxième position où le volume de fluide dans le passage central (12) est isolé de la conduite et en communication avec au moins une chambre latérale de visualisation (53, 54) fermée par un hublot transparent (10), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'équilibrage pour maintenir le dit volume de fluide sensiblement dans le même état thermodynamique que les fluides dans la conduite, dans la deuxième position de la vanne à boule (1). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'équilibrage comportent un ensemble d'équilibrage de pression et un dispositif de thermorégulation des fluides dans chaque chambre latérale (53, 54). 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble d'équilibrage de pression comporte au moins un circuit (15, 16, 18) associé à des vannes de contrôle (V1, V2, V3, V4), ce circuit communiquant avec une section de conduite (9B) et au moins une chambre latérale de visualisation (53, 54) par l'intermédiaire d'un moyen d'équilibrage automatique de pression, pour maintenir la conduite et la dite chambre latérale de visualisation en équipression. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen d'égalisation automatique comporte un accumulateur à membrane (17) chargé d'un gaz inerte. 5) Dispositif selon l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'équilibrage comportent un système de régulation en température (20 22) pour maintenir dans chaque chambre latérale de visualisation (53,54) une température sensiblement égale à celle régnant dans les sections de conduite (9A, 9B). 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système de régulation en température (20-22) comporte des circuits (20) pour faire circuler un fluide caloporteur autour d'au moins une chambre latérale (53,54). 7) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système de régulation en température comporte un circuit électrique de chauffage thermorégulé. 8) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une bague (14) chemisant la voie intérieure dans la boule (3), réalisée dans le même matériau que les parois intérieures des sections de conduite (9A, 9B). 9) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre di du passage central de la boule (3) est tel que et de préférence inférieur ou égal à où D est diamètre de la boule et n le nombre de manchons de raccordement (51-54) du dispositif. 10) Dispositif de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un circuit de purge du fluide comportant un conduit (T) pourvu d'une vanne de purge (V5) en liaison avec au moins une chambre latérale de visualisation (54) pour évacuer le fluide piégé dans la boule (3) et chaque chambre latérale de visualisation (53, 54). 11) Dispositif de visualisation selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins un circuit (25, V6) d'injection de fluides tels que des additifs de prévention des dépôts ou des agents nettoyants dans au moins une chambre latérale de visualisation (11A, 11B). 12) Dispositif de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'éclairage (24) pour éclairer l'intérieur de chaque chambre latérale de visualisation (53, 54) et du passage (12). 13) Dispositif de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un appareil de mesure placé devant une chambre latérale de visualisation ou d'observation pour mesurer des paramètres physiques des fluides et/ou des particules transportées. 14) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne à boule est une vanne à boule à quatre voies, deux des voies communiquant respectivement avec les sections (9A, 9B) de la conduite de part et d'autre du corps de la vanne à boule, deux autres voies formant les dites deux chambres latérales et étant délimitées par des parois transparentes. 15) Application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 14 pour visualiser les dépôts de paraffines ou d'hydrates dans un fluide pétrolier. 16) Application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 14 pour visualiser la corrosion des parois de la conduite par des effluents pétroliers. 17) Application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 14 pour visualiser les dépôts de calcaires et autres sels dans les conduites d'adduction d'eau ou et les tuyauteries d'installations industrielles. 18) Application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 14 pour visualiser la corrosion des palrois internes de la boule (3) manchonnée au moyen d'une portion d'un tube (14) analogue à celui constituant les mêmes conduits d'installations industrielles.