Brevet FR2830322A1 — publié le 20030404

PROCEDE D'EVALUATION DU DEBIT DE CONTAMINATION AU SEIN D'UNE INSTALLATION TELLE QU'UN ECHANGEUR DE CHALEUR DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne un procédé d'évaluation du débit de contamination dans un échangeur de chaleur, l'opération ayant lieu in situ. Elle s'applique plus particulièrement aux échangeurs de chaleur à plaques ou échangeurs de chaleur tubulaires, dans lesquels se trouvent un premier circuit de fluide et un deuxième circuit de fluide séparés l'un de l'autre par une paroi par laquelle s'effectue l'échange de chaleur. L'objectif de la mesure du débit de contamination est, en fait, de détecter la présence de fuites entre ces deux circuits, le procédé selon l'invention permettant également de localiser et de quantifier ces éventuelles fissures ou défauts d'étanchéité entre les parois des deux circuits. Art antérieur et problème posé Dans les échangeurs de chaleur, que ce soit pour le refroidissement ou le chauffage de fluides, sont utilisés deux circuits de fluides qui doivent rester totalement étanches l'un par rapport à l'autre. Ce s'explique, non seulement au niveau du rendement thermique, mais également au niveau des constituants très diverses de ces deux fluides qui peuvent circuler dans les deux circuits. En conséquence, il est très important que des fuites, et d'autant plus des impuretés, ne puissent traverser les parois séparant ces deux circuits. En effet, dans certaines applications, de telles fuites peuvent provoquer la contamination du fluide d'un premier des deux circuits par le fluide du deuxième de ces deux circuits. Ce type d'anomalies, provoquées par des fuites ou une d'étanchéité non parfaite, ne doit pas pouvoir avoir lieu lors du fonctionnement de l'échangeur de chaleur. Or, le ou les circuits de fluides de différents types d'échangeurs de chaleur sous soumis à des pressions considérables qui mettent en contrainte les tuyauteries des circuits et leurs éléments d'étanchéité et de fixation. L'ensemble de cette installation doit donc être à l'écart de telles anomalies. Les procédés, actuellement utilisés, permettent de détecter la présence ou non d'une fuite, mais ne peuvent pas en préciser l'ampleur. Ces procédés utilisent la mesure de conductivité, la mesure de concentration de gaz, le ressuage des plaques par divers colorants et la mesure différentielle de pression entre les deux circuits de fluides. Le procédé, utilisant la mesure de conductivité, consiste à mettre sous pression une eau chargée en électrolyte dans un des circuits. S'il y a fuite entre les deux circuits, l'eau va aller contaminer l'autre circuit en polluant le fluide qu'il contient. Le procédé consiste ensuite à mesurer la conductivité du fluide ainsi pollué. Ce procédé fait apparaître des problèmes de stabilité dus, entre autre, aux variations de température, aux résidus acide-base stagnant dans le volume mort de l'installation. Qui plus est, la variation minimale de concentration en électrolyte dans le fluide pollué, permettant de conclure à une contamination, est importante. Ce procédé présente un seuil de détection, en termes de contamination, assez élevé, ne permettant pas un usage préventif. La mesure de concentration de gaz consiste à mettre en pression l'un des circuits des échangeurs avec un gaz, en particulier de l'hélium, qui peut ainsi franchir la plaque de séparation des deux circuits, si cette dernière est percée, et se mélanger à de l'air comprimé se trouvant dans le deuxième circuit. L'inconvénient de ce procédé est que l'eau qui stagne dans les volumes morts de l'installation doit être retirée pour permettre au gaz de franchir tous les éventuels trous. Or, cette opération est difficile à mettre en oeuvre. Le procédé utilisant le ressuage des plaques de l'installation est un procédé qui impose le démontage de celles-ci, puis le démontage de toutes les plaques et leur rigoureux nettoyage et séchage. Ensuite, un colorant est appliqué à chaque plaque pour qu'il traverse cette dernière et puisse être repéré visuellement de l'autre côté par éclairage aux rayons ultraviolets ou par formation d'une tâche de couleur différente à l'endroit de la fuite. Les produits utilisés sont généralement incompatibles avec l'industrie alimentaire, en raison de leur toxicité, ce qui limite l'usage d'un tel procédé sur le site. La mise en oeuvre d'un tel procédé est longue et coûteuse en termes de temps, de personnel et de produits. Enfin, le procédé utilisant la mesure différentielle de pression consiste à mettre sous une pression déterminée un des circuits de l'installation et à observer, dans le temps, le comportement de ce dernier. Si la pression chute, l'installation présente donc une fuite interne. Mais, la chute de la pression peut être causée par une fuite externe, par exemple au travers d'un joint, ce qui réduit considérablement l'efficacité de ce procédé, en augmentant énormément la surface minimale détectable du trou. Le but de la présente invention est donc de proposer un procédé qui, tout en évitant les inconvénients susmentionnés, permet une évaluation quantitative de la fuite, c'est-à-dire de la contamination dans un des deux circuits d'un échangeur de chaleur. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un procédé d'évaluation du débit de contamination au sein d'une installation, par exemple un échangeur de chaleur, comprenant : - un premier circuit dans lequel circule un premier fluide ; et - un deuxième circuit dans lequel circule un deuxième fluide, les deux circuits étant séparés par une paroi. Selon l'invention, pendant que circule dans le premier des deux circuits, sous la plus haute pression possible de fonctionnement, une solution d'un colorant, le procédé utilise la mesure différentielle de concentration du même colorant dans un deuxième des deux circuits, sur un temps déterminé de tests. Dans la réalisation préférentielle de l'invention, on utilise la fluorescéine comme colorant. De même, il est avantageux d'utiliser comme mesure de concentration du colorant la fluorimétrie. Une manière intéressante d'effectuer la mesure sur un temps déterminé de tests, consiste à effectuer une mesure par échantillonnage régulier de cette concentration de colorants. Cette mesure peut être effectuée dans chaque section du deuxième circuit. Enfin, le procédé peut également utiliser une variation progressive de pression statique dans le premier circuit de fluide jusqu'à atteindre la plus grande pression admissible par l'installation. Description détaillée d'une réalisation de l'invention Cette description du procédé selon l'invention est faite dans le cadre d'un échangeur de chaleur, à plaques ou tubulaires. D'autres applications restent possibles. Comme énoncé ci-dessus, le principe général de l'invention consiste à mettre sous pression un premier des deux circuits de l'échangeur dans lequel a été introduite une solution de fluorescéine brute. Ainsi, un des deux circuits est mis en pression. Dans le deuxième circuit, doit circuler de l'eau claire. Le principe de la mesure consiste à suivre par fluorimétrie l'évolution de la concentration en fluorescéine de l'eau du deuxième circuit. La fluorimétrie permet une précision de lecture considérablement plus importante que celle obtenue avec une mesure effectuée au moyen de rayonnements ultraviolets, qui doit être corrigée en température et qui est extrêmement sélective. Cette précision peut être dix milles fois plus importante. De la sorte, l'augmentation éventuelle de la concentration de fluorescéine dans l'eau claire du deuxième circuit est repérée de manière très précise. Connaissant le volume et la section du deuxième circuit, il est donc possible de déterminer, de façon très précise, la concentration en colorant de l'eau claire polluée par la fluorescéine. Il est également possible de calculer un débit sur un temps donné, et ceci compte tenu de la différence des pressions régnant dans les deux circuits différents. A ce sujet, les systèmes utilisant le procédé selon l'invention peuvent être équipés d'un moyen de circulation dans chacun des deux circuits et d'une pompe haute pression permettant de ventiler le colorant, c'est-à-dire la fluorescéine, dans tout le premier circuit de l'échangeur. Bien évidemment, on comprend facilement que, du fait d'une étanchéité mal assurée ou de la présence d'une fissure, si une fuite a lieu, elle sera directement détectée par la présence mesurée quantitativement dans l'eau du deuxième circuit. Le procédé selon l'invention s'étale dans le temps durant une durée de tests déterminée. En effet, les différentes mesures peuvent être effectuées par échantillonnage régulier de la concentration de colorant, à savoir la fluorescéine, dans le deuxième circuit, et ceci à différents endroits déterminés, c'est-à-dire à différentes sections de ce deuxième circuit. Il est également prévu d'utiliser une variable supplémentaire, en augmentant petit à petit la pression statiquement ou dynamiquement dans le premier circuit, à partir duquel est introduit le colorant. Dans un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les différentes phases sont les suivantes. Lorsque l'installation est importante, comme c'est le cas pour les échangeurs de chaleur utilisés dans le domaine de l'industrie agro-alimentaire, les premier et deuxième circuits comportent plusieurs sections qui peuvent faire l'objet chacune de tests déterminés et/ou différents. 1-Le deuxième circuit est rempli d'eau claire qui circule dans toutes ses sections. 2-Le premier circuit est également rempli d'eau claire qui circule dans toutes les sections de celui-ci. 3-Pour le deuxième circuit, un relevé est effectué, avant la montée en pression du premier circuit. 4-Lorsqu'on ne connaît pas le volume exact d'un circuit, il est alors nécessaire d'étalonner celui-ci. Pour ce faire, une quantité déterminée de colorant, c'est-à-dire de fluorescéine, est injectée dans le circuit, de préférence dans chaque section. Un contrôle des concentrations introduites peut avoir lieu et permet de calculer les volumes d'eau dans les différentes sections de ce circuit. 5-Une forte dose de colorant est alors rajoutée dans le premier circuit dont le volume est connu du calculateur. 6-Ce premier circuit contenant le colorant est alors monté en pression jusqu'à une pression déterminée qui est, de préférence, la pression maximale admissible par l'échangeur. La circulation de l'eau dans le premier circuit est alors stoppée et la pression devient entièrement statique. Le test démarre à ce moment précis. 7-On relève, à un intervalle régulier, la concentration de fluorescéine dans le deuxième circuit. 8-A la fin du test, les différentes valeurs de concentration obtenues permettent de calculer le débit de contamination sur le temps déterminé du test, connaissant les données obtenues aux étapes 4 et 5. 9-Les conclusions de ces mesures sont formulées en fonction du débit. Elles peuvent être amenées à une échelle de contamination s'étalant de un à cinq. En effet, cinq niveaux de contamination sont usuellement déterminés et sont les suivants. Niveau 1 : contamination négligeable, en fonction des critères de qualité fixés par l'utilisateur. Niveau 5 : grave contamination. Une intervention lourde doit être effectuée dans les plus brefs délais. REVENDICATIONS 1. Procédé d'évaluation du débit de contamination au sein d'une installation comprenant : - un premier circuit dans lequel circule un premier fluide et - un deuxième circuit dans lequel circule un deuxième fluide, ces deux circuits étant séparés par une paroi, caractérisé en ce qu'on utilise la mesure différentielle de concentration de colorant d'un deuxième circuit sur un temps de tests, pendant que circule dans un premier circuit, sous haute pression, une solution du même colorant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le colorant est de la fluorescéine. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure de concentration s'effectue en utilisant le principe de la fluorimétrie. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure différentielle de concentration s'effectue dans le temps, au moyen d'un échantillonnage régulier de la mesure de concentration. 5. Procédé selon la revendication 1, le second circuit possédant différentes sections, caractérisé en ce que la mesure de concentration s'effectue dans toutes les sections du deuxième circuit. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier circuit est mis sous haute pression statique, de préférence la pression maximale admissible par l'installation. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, appliqué à un échangeur de chaleur.