Brevet FR2854242A1 — publié le 20041029

Dispositif et procédé de mesure d'une concentration de polluant dans des effluents gazeux La présente invention concerne un dispositif et un procédé de prélèvement pour la mesure en continu d'une concentration de polluant 5 dans des effluents gazeux d'une installation industrielle, notamment une installation de peinture pour carrosseries de véhicules automobiles. Le contrôle des concentrations de polluant dans des effluents gazeux sur des installations industrielles est effectué de manière 10 ponctuelle, et nécessite un très grand nombre d'extractions, ce qui implique la possession d'un parc d'analyseurs important, dont le coût d'investissement et de maintenance est très élevé. De plus ces méthodes ne permettent pas d'obtenir directement une concentration massique réelle. Pour des mesures de rejet de polluants tels que des composés organiques volatils (COV) dans des installations de peinture, par exemple, on utilise des moyens de contrôle FID (Flame Ionization Detector) ou PID (Photo-lonization Detector). Les moyens FID utilisent de l'hydrogène comme comburant, ce qui nécessite l'emploi 20 d'un local spécifique. Les moyens PID sont sans utilisation d'hydrogène, mais ne peuvent être utilisés que sur des effluents à température ambiante. Ces méthodes ne permettent pas d'obtenir directement une concentration massique réelle des émissions gazeuses de composés organiques volatils. De plus, les tuyères, utilisées pour les prélèvements d'effluents, appliquées sur des conduits o circulent des effluents gazeux contenant des particules, comportent des filtres plans en papier, sur lesquels les particules sont retenues, et qui sont rapidement saturés. Ces méthodes ne permettent donc pas d'effectuer des mesures continues, ni d'obtenir directement une concentration massique réelle du taux de particules dans les effluents gazeux. L'invention a pour objet, au vu de ce qui précède, de proposer une solution qui permette de mesurer en continu une concentration de polluant dans les effluents gazeux d'une installation industrielle complète, en maintenant les performances de mesure dans le temps. L'invention a également pour objet de rendre plus précise, de faciliter et de rendre plus rapide la mesure d'une telle concentration de polluant. L'invention a encore pour objet un dispositif de mesure d'entretien facile et rapide, de structure robuste et adaptable à tout 10 type d'effluent gazeux, quels que soient sa température et son taux d'humidité. Le dispositif de mesure selon l'invention permet de mesurer une concentration de polluant dans des effluents gazeux s'écoulant dans une pluralité de conduits de circulation. Le dispositif de mesure 15 comprend des moyens de mesure et une pluralité de tuyères, raccordées auxdits conduit et associées à un moyen de dépression. De plus, chaque tuyère est raccordée à un unique dispositif détecteur par un conduit d'extraction commun et comporte une cartouche filtrante en métal fritté. A titre de métal fritté, on peut utiliser en particulier de l'INOX 316L ou un métal non oxydable dans les conditions normales d'utilisation. Dans un mode de réalisation préféré le moyen de dépression comporte une pompe à vide capable de maintenir un vide constant et 25 un débit régulé sonique sur chaque tuyère, la pompe à vide étant reliée au conduit d'extraction commun. Dans un mode de réalisation préféré, chaque tuyère est raccordée sur un conduit de circulation de l'un des effluents gazeux par l'intermédiaire d'un évacuateur d'eau. Avantageusement, la pompe à vide est équipée d'un corps en acier inoxydable chauffé. Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif détecteur comprend un détecteur à semi-conducteur. En outre, le dispositif détecteur à semi-conducteur comprend des moyens pour maintenir la température de l'échantillon de mesure au-dessus du point de rosée. Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif détecteur à 5 semiconducteur comprend un circuit d'air de dilution, traité par du charbon actif, et des capillaires, maintenus en dépression par une trompe à air et placés en amont du détecteur à semi-conducteur. Le procédé selon l'invention pour mesurer une concentration de polluant dans plusieurs effluents gazeux s'écoulant en différents 10 points d'une installation industrielle, consiste à prélever en continu une pluralité d'échantillons gazeux individuels, et à analyser en continu un courant gazeux représentatif de l'ensemble des échantillons prélevés. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, on maintient constant 15 le débit de chaque prélèvement individuel, et on maintient chacun de ces débits proportionnel à la fraction du débit de l'effluent gazeux duquel provient l'échantillon considéré par rapport au débit total de l'ensemble des effluents gazeux, pour que le courant gazeux analysé soit représentatif de l'ensemble des débits effluents gazeux. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de mesure 25 selon l'invention. - la figure 2 est un schéma d'une tuyère de prélèvement et de son embase ou évacuateur d'eau. - et la figure 3 est un schéma synoptique d'un dispositif détecteur à semi-conducteur pouvant être utilisé dans un dispositif selon 30 l'invention. Sur la figure 1, on a représenté l'architecture générale d'un dispositif de prélèvement multipoints, ici au nombre de neuf, pour la mesure en continu d'un taux de particules dans des effluents gazeux d'une installation industrielle, par exemple une installation de peinture. Avantageusement, différents conduits 1 sont placés le long de l'installation de peinture en suivant le déplacement des objets traités. Sur chaque conduit 1 d'effluent gazeux 2 est montée une tuyère 3, de préférence une tuyère sonique, à cartouche filtrante en métal 5 fritté, au moyen d'un évacuateur d'eau 4. Chaque tuyère 3 est reliée par un conduit individuel 5 de faible perte de charge à un conduit d'extraction commun 6 de faible perte de charge, relié à une pompe à vide 7. Le refoulement de la pompe 7 est relié directement à un unique dispositif détecteur, par exemple un dispositif détecteur 8 à semi10 conducteur par une sortie 9. La figure 2 représente une tuyère 3 du dispositif de prélèvement qui comprend un évacuateur d'eau 4 ou embase, montée sur un conduit 1 dans lequel s'écoule l'effluent gazeux 2. L'évacuateur d'eau 4 est fixé sur ce conduit 1 au moyen de son socle 10 qui 15 comprend une ouverture 11 commune avec le conduit 1. L'évacuateur d'eau 4 comprend une surface plane 12 faisant un angle compris entre 450 et 600 avec l'axe du conduit 1, et une ouverture circulaire 13 dans la surface plane 14, sur laquelle est fixée la tuyère 3. La tuyère 3 est fixée sur la surface plane 14 au moyen d'un socle 15, de plusieurs vis 20 16, et d'un joint d'étanchéité 17, son axe 18 faisant un angle d'environ à 150 avec l'axe du conduit 1. Une enveloppe cylindrique 19 entoure la cartouche filtrante 20 en métal fritté, qui comporte un passage 20a et une paroi cylindrique en métal fritté 20b sur le pourtour cylindrique intérieur. L'enveloppe 19 est reliée à une enveloppe 25 cylindrique 21 par une jonction 22. L'enveloppe cylindrique 21 entoure un étage de jonction 23. Une buse divergente 24 relie l'étage de jonction 23 à un conduit individuel 5. Le dispositif détecteur 8 à semi-conducteur, visible sur la figure 1 est représenté plus en détail sur la figure 3, et comprend un 30 détecteur 25, par exemple un détecteur à semi-conducteur, par exemple du type NAP-1lAS. Ce dispositif comprend une entrée 26 de l'échantillon, connectée à la sortie 9 de la pompe 7 (figure 1), un filtre 27 d'air d'échantillon, un capillaire 28 placé en amont du détecteur 25 reliant la sortie du filtre 27 à l'entrée du détecteur 25, et un capillaire 29 placé en amont du détecteur 25 reliant la sortie d'un filtre 30 d'air de dilution à l'entrée du détecteur 25. Il comprend également un circuit de dilution 31, et un filtre à charbon actif 32. Le dispositif détecteur 8 à semi-conducteur comprend en outre, une trompe à air 33 5 reliée au détecteur 25 ainsi qu'à un régulateur de pression 34. Le dispositif détecteur 8 comprend également une sonde de régulation de température 35 et une résistance chauffante 36 reliées à un régulateur de température 37 par des connexions non représentées, une protection électrique 38, un indicateur de mesure 39 du taux de particules de 10 l'échantillon, une alimentation stabilisée 40. Le dispositif détecteur 8 est monté à l'intérieur d'une enceinte calorifugée 41. En régime établi, sur chaque conduit 1 d'effluent gazeux 2, le système, composé d'une tuyère 3 sonique à cartouche filtrante en métal fritté et d'un évacuateur d'eau 4, permet d'extraire en continu un 15 échantillon de cet effluent gazeux 2. Une faible partie du courant gazeui 2 entre dans l'évacuateur d'eau 4 par l'ouverture 11 du socle 10, puis dans la cartouche filtrante 20 par l'ouverture 13. L'évacuateur d'eau 4 permet d'avoir un gaz extrait le moins humide possible. Les gouttelettes d'eau se condensent en effet au contact de la paroi 20 inclinée 12. Le flux gazeux traverse ensuite le passage 20a de la cartouche filtrante 20, la couche 20b de métal fritté captant les particules dont l'effluent est chargé. Le flux gazeux traverse ensuite la buse divergente 24 avant de sortir par le conduit individuel 5. La buse 24 et la dépression créée en aval de la buse par la pompe 7 sont 25 choisies de façon à maintenir un écoulement sonique dans la tuyère 3. La cartouche filtrante 20 permet de filtrer les particules contenues dans le courant gazeux et contrairement aux filtres connus qui se colmatent en une durée de l'ordre de l'heure, celle-ci peut fonctionner sans se colmater durant des périodes bien plus longues, de l'ordre de 1 30 à 10 mois. Il est ainsi possible d'effectuer une mesure en continu. Les flux extraits de chaque tuyère 3 arrivent dans leur conduit individuel 5 respectif, et se rejoignent dans le conduit d'extraction commun 6. La circulation des échantillons gazeux qui se mélangent est assurée par la pompe à vide 7. De préférence, la pompe 7 comporte un corps en acier inoxydable, de façon à ne pas être attaquée par des éléments corrosifs éventuels. Le corps de pompe est avantageusement chauffé pour limiter la condensation. En sortie 9 de la pompe à vide, l'échantillon représentatif de l'ensemble des rejets de l'installation industrielle est analysé par le dispositif 8 détecteur à semi-conducteur. L'objectif est de mesurer en continu des concentrations de polluants, sensiblement différentes en amont et en aval de l'installation industrielle. L'enceinte calorifugée 41, la résistance chauffante 36, la sonde de régulation de température 35, et le régulateur de température 10 37 permettent de maintenir l'échantillon au-dessus du point de rosée, et d'éviter une possible condensation. Un système de dilution composé du capillaire 29, du filtre d'air de dilution 30, du circuit de dilution 31 et du filtre à charbon actif 32, permet de maintenir un niveau de concentration prévu dans la gamme d'utilisation du détecteur 25. Pour 15 assurer un rapport de dilution constant, les capillaires 28 et 29 sont placés en amont du détecteur 8, et sont maintenus en dépression par la trompe à air 33 et le régulateur de pression 34. Le dispositif 8 détecteur à semi-conducteur est alimenté électriquement par l'alimentation stabilisée 40, et protégée électriquement par la 20 protection électrique 38. L'affichage du résultat d'analyse se fait sur l'indicateur d'analyse 39. L'invention permet d'effectuer une analyse en continu d'une concentration de polluant dans des effluents gazeux, notamment d'une installation industrielle, sur un échantillon final représentatif de 25 l'ensemble des rejets de la zone de production. L'invention permet en outre de diminuer le nombre d'appareils de mesure, puisqu'on mesure un unique échantillon final représentatif, et donc de nettement diminuer les coûts de mesure. L'invention permet également d'obtenir un dispositif 30 d'entretien facile et rapide, robuste, et adaptable à tout type d'effluent gazeux, quels que soient sa température et son taux d'humidité. On notera que le dispositif détecteur à semi-conducteur décrit pourrait être utilisé en association avec d'autres moyens d'extraction d'échantillons gazeux REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure d'une concentration de polluant dans des effluents gazeux s'écoulant dans une pluralité 5 de conduits de circulation (1), comprenant des moyens de mesure et une pluralité de tuyères (3), raccordées auxdits conduits et associées à un moyen de dépression, caractérisé par le fait que chaque tuyère (3) est raccordée à un unique dispositif détecteur (8) par un conduit d'extraction commun (6) et comporte une 10 cartouche filtrante (20) en métal fritté. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de dépression comporte une pompe à vide (7) capable de maintenir un vide constant et un débit régulé sonique sur chaque tuyère (3), la pompe à vide (7) 15 étant reliée au conduit d'extraction commun (6). 3. Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que chaque tuyère (3) est raccordée sur un conduit de circulation (1) de l'un des effluents gazeux par l'intermédiaire d'un évacuateur d'eau (4). 4. Dispositif de mesure selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que la pompe à vide (7) est équipée d'un corps en acier inoxydable chauffé. 5. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le dispositif 25 détecteur (8) comprend un détecteur à semi-conducteur (25). 6. Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le dispositif détecteur (8) à semiconducteur comprend des moyens pour maintenir la température de l'échantillon de mesure au-dessus du point de rosée. 7. Dispositif de mesure selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que le dispositif (8) détecteur à semiconducteur comprend un circuit d'air de dilution (31), traité par du charbon actif (32), et des capillaires (28,29), maintenus en dépression par une trompe à air (33) et placés en amont du détecteur à semi- conducteur (25). 8. Procédé de mesure d'une concentration de polluant dans plusieurs effluents gazeux s'écoulant en différents 5 points d'une installation industrielle, caractérisé par le fait que l'on prélève en continu une pluralité d'échantillons gazeux individuels, et on analyse en continu un courant gazeux représentatif de l'ensemble des échantillons prélevés. 9. Procédé de mesure selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'on maintient constant le débit de chaque prélèvement individuel, et que l'on maintient chacun de ces débits proportionnel à la fraction du débit de l'effluent gazeux duquel provient l'échantillon considéré par rapport au débit total de l'ensemble des effluents gazeux, pour que le 15 courant gazeux analysé soit représentatif de l'ensemble des débits des effluents gazeux. k-