Brevet FR2903178A1 — publié le 20080104

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de nettoyage des surfaces de ruissellement d'eau dans un échangeur thermique air/eau, comme mis en oeuvre par exemple dans une tour de réfrigération. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Dans les tours de réfrigération, le refroidisse-ment de l'eau d'un circuit secondaire de condensation par exemple est réalisé principalement par la vaporisation d'une fraction de l'eau à refroidir qui ruisselle sur des surfaces prévues à cet effet et balayées par un courant d'air contraire au sens de ruissellement et secondaire-ment lors de la convection qui se produit sur les surfa-ces d'échange dans l'eau elle-même. Ces surfaces sont portées par un corps d'échange, communément appelé packing , constitué par des feuil-les notamment de PVC, qui sont assemblées les unes aux autres pour former une structure alvéolaire. Chaque alvéole de cette structure est en forme de tube d'environ 1,5 mètre de long, la dimension moyenne de sa section étant de l'ordre de quelques centimètres. La paroi des alvéoles est fine (quelques dixièmes de millimètres) et est percée de nombreux orifices. Les corps d'échange sont suspendus dans la tour de réfrigération, entre une installation de dispersion de l'eau à refroidir et un bac inférieur de récupération de l'eau refroidie, des moyens de captage étant également disposés en partie supérieure de la tour pour retenir au-tant que faire se peut, les gouttelettes d'eau entraînées par l'air de refroidissement. Il est en effet important de ne pas rejeter dans l'atmosphère cette eau porteuse de germes ayant pu proliférer dans la tour où règne une température propre à cette prolifération. Au cours de son utilisation, le corps d'échange se charge d'un dépôt de sels minéraux du fait de l'évaporation qui se produit au niveau des surfaces de 2903178 2 ruissellement. Ce dépôt croit avec le temps pour atteindre jusqu'à dix fois le poids du corps lui-même dans certaines installations. Ce dépôt présente de nombreux inconvénients : il est un obstacle au ruissellement donc à 5 l'efficacité de l'échange thermique, il est un nid de rétention des différents germes de l'eau dans une ambiance propice à leur prolifération, il constitue une surcharge très' importante pour la structure de soutien du corps d'échange qui en général est suspendu à l'intérieur de la 10 tour.... Il existe, au moins en théorie, plusieurs moyens de remédier à cet inconvénient. L'un d'eux consiste à traiter chimiquement l'eau à refroidir pour la débarrasser de ses sels et ainsi éviter l'entartrage des surfaces 15 d'échange. Ce procédé n'est pas envisageable dans les tours de refroidissement des centrales de production d'énergie électrique, thermiques ou nucléaires. On peut également procéder à une dissolution chimique du tartre par des solutions appropriées. Cette ma- 20 nière de procéder pose le délicat problème du traitement des effluents qui n'est pas sans incidence économique sur le coût de l'opération. On peut enfin envisager un secouage du corps d'échange par tout moyen mécanique approprié ; cette mé- 25 thode, pour avoir été testée, conduit à une dégradation du corps d'échange qui le rend pratiquement impropre à une utilisation ultérieure. On peut enfin procéder au nettoyage mécanique de ce corps d'échange après son démontage, ce qui constitue 30 une opération extrêmement coûteuse compte tenu de l'importance volumique de ce corps (10 à 12000 mètres cubes par unités de deux mètres cubes environ). 2903178 3 OBJET DE L'INVENTION On a donc recherché une solution permettant d'éviter les inconvénients des solutions existantes ou envisageables afin de nettoyer les corps d'échange mis en 5 oeuvre dans les tours aéro-réfrigérantes des centrales de production électrique, en particulier des centrales nucléaires. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour premier objet, un 10 procédé de détartrage in-situ d'un corps d'échange sus-pendu dans une tour de réfrigération par voie humide, qui consiste à engendrer au moins une onde de choc par un générateur mettant en oeuvre la détente brutale d'un masse de gaz comprimée dans une tuyère dirigée vers le haut 15 vers une zone du corps et ouverte à distance de cette zone et à répéter cette opération après avoir déplacé le générateur sous le corps à l'extérieur de la zone sus-dite. La ou les ondes de choc engendrées par le généra- 20 teur se propagent à l'intérieur des alvéoles du corps d'échange en provoquant à leur passage une déformation élastique locale des parois de ces alvéoles d'amplitude suffisante pour que le tartre qui est dur et cassant se détache de la paroi. On a constaté, lors des essais, 25 qu'il se forme un nuage de poussière latéralement à la paroi comme si les particules de tartre étaient brutale-ment écartées de la surface de celle-ci dans une direction normale à sa surface. L'onde de choc progresse à l'intérieur du corps sur une hauteur correspondant à plus 30 de la moitié de la hauteur totale de ce corps, ce qui est intéressant car il s'agit spécifiquement de la partie du corps où les dépôts sont les plus importants. La ou les ondes de choc s'accompagnent d'un écoulement de gaz qui tend à entraîner vers le haut, à l'intérieur des alvéo- 35 les, une partie au moins des particules détachées dont on 2903178 4 peut penser qu'elles ont un effet abrasif augmentant le pouvoir de nettoyage du procédé. Quand on sait que la section d'un tel corps d'échange peut atteindre plusieurs milliers de mètres 5 carrés, on comprend qu'il est impossible de disposer d'un générateur d'ondes de choc qui puisse embrasser cette surface. Le procédé de l'invention consiste donc à traiter 'les corps en question zone après zone. Aussi consiste-t-il à déplacer le générateur en continu sous le 10 corps d'échange et à émettre une succession continue d'ondes de choc pendant le déplacement. Afin d'améliorer l'efficacité du traitement, on procède à une phase de réchauffage de la zone concernée du corps par un courant d'air chaud. En effet, comme les 15 parois des alvéoles qui constituent le corps sont en matière thermoplastique (typiquement en P.V.C.), le ré-chauffage tend à rendre ces parois plus souples donc d'accroître la différence de rigidité entre la paroi et le dépôt. On comprend qu'au passage des ondes de choc la 20 séparation de l'un avec l'autre se fasse, dans ces conditions, plus facilement. Le second objet de l'invention est un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé présenté ci-dessus tel que le générateur susdit comporte : 25 -une source de gaz comprimé, - au moins un réservoir communiquant en entrée avec ladite source de gaz au travers d'une vanne à ouverture et fermeture commandées et en sortie avec une tuyère de guidage du flux d'air au travers du siège d'un clapet 30 à ouverture et fermeture commandée et - des moyens de commande de la vanne et du clapet pour isoler le réservoir de la tuyère lorsqu'il est en communication avec la source de gaz comprimé et pour l'isoler de la source lorsqu'il est ouvert sur la tuyère. 2903178 5 La structure de ce dispositif permet d'obtenir une ouverture très rapide de la communication du réservoir avec la tuyère donc d'obtenir une détente extrême-ment brutale du gaz conduisant à la création d'une sorte 5 d'explosion avec des ondes de choc qui se propagent à partir de la tuyère en direction de la base du corps sous laquelle elle s'ouvre. On a constaté que le dispositif ne devait pas être immédiatement sous le corps mais à dis-tance de celui-ci pour que le matériau des alvéoles ne 10 soit pas détérioré par une surpression gazeuse trop forte et trop localisée. Cette distance est de l'ordre de quelques dizaines de centimètres (15 à 50 par exemple) On a constaté en outre qu'il était avantageux que l'extrémité libre de la tuyère soit située à l'intérieur 15 d'un manchon cylindrique écarté radialement de cette extrémité. La sortie du gaz de la tuyère, à une vitesse supersonique, engendre une aspiration dans l'espace compris entre la paroi de la tuyère et le manchon et il se créée semble-t-il une sorte de gaine fluidique tubulaire qui 20 contient le flux des gaz sortant dans une direction sensiblement dans l'axe des alvéoles. Cette gaine empêche le flux de gaz sortant de diverger et d'atteindre les parois des alvéoles sous un angle d'incidence tel que l'énergie cinétique de ce flux donnerait naissance à une pression 25 sur ces parois les déformant jusqu'à l'écrasement. Dans un mode particulier de réalisation de ce dispositif, le clapet est monté à coulissement sur une tige fixe interne au réservoir, et définit avec cette tige une chambre à volume variable susceptible d'être sé- 30 lectivement connectée à la source de gaz comprimé et à l'atmosphère pour respectivement fermer et ouvrir la sortie du réservoir. En outre, la tige est creuse ; elle communique en permanence avec la source de gaz sous pression et possède des lumières de communication de son vo- 35 lume interne avec le réservoir tandis que le clapet est 2903178 6 conformé en une chemise dont la paroi est susceptible de recouvrir lesdites lumières lorsque le clapet est éloigné de son siège de manière, dans cette position, à isoler le réservoir de la source de gaz. Par ces moyens, on obtient 5 aisément une ouverture rapide de la sortie du réservoir avec une section de passage qui est rapidement importante. Ces moyens permettent également une synchronisation 'mécanique simple du mouvement des différentes pièces mobiles pour aboutir à des alimentations et des échappe- 10 ments sous des fréquences relativement élevées, ce qui est nécessaire pour que le traitement d'un corps d'échange puisse être réalisé dans un temps compatible avec les exigences d'une exploitation industrielle de la tour de réfrigération. 15 De manière avantageuse, le dispositif de l'invention comprendra une source de soufflage d'air chaud dirigée vers le haut. Il pourra s'agir simplement d'un ventilateur destiné à réchauffer le matériau plastique formant le corps à détartrer en avant de la campa- 20 gne de tirs lorsque celle-ci se déroule en continu par exemple. On pourra enfin équiper le dispositif de l'invention d'une trémie de collecte des particules de tartre détachées par le traitement et retombant sous 25 l'effet de la gravité. D'autres moyens de collecte tels que des aspirateurs par exemple, peuvent être mis en oeuvre avec le dispositif de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci 30 après d'un exemple de sa réalisation. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés par-mi lesquels : -la figure 1 est un schéma de principe d'un gêné- 35 rateur d'ondes de choc mis en oeuvre dans l'invention, 2903178 7 -la figure 2 illustre la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION A la figure 1, on a représenté un réservoir 1 5 comportant une ouverture de sortie conformée en un siège 2 de clapet destiné à être obturé ou découvert par un clapet 3. Le réservoir est de forme généralement cylindrique avec un axe longitudinal X sur lequel est centré le siège. Il comporte le long de cet axe une tige fixe 10 interne 4 réalisée sous la forme d'un tube fermé à son extrémité interne et traversant la paroi du réservoir, à l'opposé du siège 2. Le clapet 3 est quant à lui constitué par une chemise tubulaire 3a et une tête 3b surmontant la chemise, tête dont le profil est adapté à obturer 15 de manière étanche le siège tout en offrant à la pression régnant à l'intérieur du réservoir une surface d'application annulaire autour du siège. Le clapet 3 est monté coulissant sur la tige 4 et définit avec son extrémité fermée une chambre 5 à volume 20 variable dans laquelle débouche un conduit 6, intérieur à la tige 4 et isolé du volume interne de cette dernière. La paroi latérale de la tige 4 est pourvue d'une pluralité d'ouvertures 7 à un niveau tel qu'elles sont découvertes totalement par la chemise 3b lorsque le siège 25 est en appui sur son siège et recouvertes par cette chemise lorsque le clapet 3 est écarté du siège 2. A l'extérieur du réservoir 1, le volume intérieur de la tige 4 est relié par un conduit 8 à une source de pression 9 qui peut être une nourrice alimentée par un 30 compresseur ou une ou une batterie de bouteilles de gaz (air) comprimé. Le conduit 6 est quant à lui relié à la même source 9 de gaz comprimé par l'intermédiaire d'un conduit 10 et d'une vanne à boisseau tournant 11 dont l'axe de manoeuvre est noté 12 sur la figure. Dans la po- 35 sition représentée, la vanne établit la communication en- 2903178 8 tre la source 9 et le conduit 6 donc la chambre 5. Dans une position opposée, après une manoeuvre d'un demi tour du boisseau de la vanne 11, cette dernière isole la chambre 5 de la source de pression et la met en communication 5 avec l'atmosphère au travers d'un orifice d'échappement 13 opposé au conduit 10. Le boisseau de la vanne est accouplé par son axe de manoeuvre 12 à une roue dentée 14 qui appartient à une chaîne de transmission d'un mouvement rotatif issu d'un moteur non représenté sur cette 10 figure et qui comporte par exemple une courroie crantée 15 d'entraînement de la roue 14. On notera enfin sur cette figure la présence d'une tuyère 16 qui prolonge en divergeant l'orifice de sortie du réservoir 1. A l'extérieur de cette tuyère, 15 l'appareil possède un manchon cylindrique 17 qui entoure le débouché de la tuyère dans l'atmosphère. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant. On considère que le premier état du dispositif 20 est celui représenté à la figure 1. Dans cet état, la chambre 5 est remplie d'un gaz sous pression ce qui tend à plaquer le clapet 3 contre le siège 2 entourant l'ouverture de sortie du réservoir 1. Dans cette position, la jupe 3b du clapet est au dessus des ouvertures 7 25 et la chambre intérieure du réservoir 1 est en communication avec la source 9 de gaz sous pression. Le boisseau 11 est entraîné en rotation, une rotation continue par exemple. Au cours de la première partie de cette rotation, la chambre 5 est isolée de la 30 source 9 puis le canal interne du boisseau atteint l'orifice d'échappement 13. La chambre 5 est alors purgée et la pression qui règne à l'intérieur du réservoir 1 appliquée sur la surface annulaire du clapet extérieure au siège 2 n'est plus contrée par la pression qui règne dans 35 la chambre 5 et est violemment écarté du siège 2. La 2903178 9 chambre intérieure du réservoir 1 est alors mise à l'atmosphère par l'orifice de sortie entouré du siège 2 pendant que la chemise 3b du clapet 3 vient recouvrir les orifices 7. La détente brutale du gaz dans la tuyère 16 5 qui prolonge l'orifice de sortie est à l'origine de la formation d'au moins une onde de choc qui se propage vers le haut (la sortie de la tuyère 16 dans l'axe X de l'appareil). A l'intérieur de cette tuyère les écoulements de gaz sont supersoniques et à la sortie de la 10 tuyère leur divergence est contrée par la présence du manchon 17, à l'intérieur duquel s'établit, par effet venturi, un écoulement tubulaire qui constitue un moyen de confinement de la divergence du flux à la sortie de la tuyère. L'écoulement gazeux à l'extérieur de la tuyère 15 est donc maintenu parallèle à l'axe X du dispositif. La poursuite de la rotation du boisseau permet d'atteindre à nouveau l'état représenté de l'appareil. A ce moment, alors que la chambre 5 a été préalablement isolée de l'atmosphère, elle est à nouveau mise en cornu- 20 nication avec la source de gaz 9. Le clapet 3 est alors plaqué à nouveau contre le siège 2, ce qui a pour effet, d'une part d'isoler la chambre intérieure du réservoir 1 de l'atmosphère et, d'autre part, ayant découvert les lumières 7, de connecter cette chambre à la source de gaz 25 sous pression. Le cycle ainsi recommence tant que la roue dentée 14 est entraînée en rotation. La figure 2 illustre par un schéma la mise en oeuvre d'une batterie d'appareils conformes à ceux décrits ci-dessus dans une opération de détartrage d'un corps 30 d'échange 20 suspendu dans une tour de réfrigération par exemple d'une centrale électrique. Un bâti 21 porte une pluralité de générateurs 22 d'ondes de choc dont les tuyères sont tournées vers le haut, sous le corps d'échange20. La distance H séparant l'ouverture de ces 35 tuyères de l'extrémité inférieure du corps suspendu est 2903178 10 de l'ordre de 15 à 30 cm. Le bâti porte également une source de gaz (air) sous pression formée ici par un compresseur 23 et une nourrice 24. Chaque générateur 22 possède une vanne à boisseau tournant accouplée à une chaîne 5 de transmission 25 issue d'un moteur 26. Cette transmission est ici constituée par une courroie entraînant toutes les roues dentées de commande des vannes en synchronisme. En ayant angulairement décalé chaque boisseau par rapport à tous les autres, on organise la succession dans 10 le temps des tirs de chaque générateur ; par exemple, si le bâti porte six générateurs, un décalage angulaire de 60 entre boisseaux permet d'obtenir six tirs successifs pendant le temps d'une révolution d'un boisseau. Le bâti 21 est représenté monté sur une plate- 15 forme élévatrice 27 qui peut être automotrice et qui per-met d'ajuster la distance H séparant le corps d'échange 20 des tuyères. La vitesse de déplacement de la plate-forme sous le corps d'échange est réglable par exemple autour de quelques centimètres à la seconde. 20 En fonctionnement, la libération quasi-instantanée du gaz sous pression, à chaque ouverture de clapet crée une onde de choc résultant de la différence de pression entre le flux de gaz libéré et l'air ambiant. Cette onde de choc se propage dans les alvéoles formées 25 dans le corps d'échange par de fines feuilles de PVC en déformant les éléments du corps d'échange et morcelant le dépôt à la surface desdits éléments. Le tartre déposé uniformément sur les feuilles de PVC est dur et cassant, son support formé par les fines feuilles de PVC est très 30 souple, le tartre se casse et se morcelle donc lors de la déformation de son support sous l'effet de l'onde de choc. Une fois brisé, craquelé, le tartre est plus enclin à se désolidariser de son support. De plus et dans le même temps, la détente libère 35 une quantité d'air importante dans les alvéoles, créant 2903178 11 un flux d'air qui balaie intensément l'ensemble des éléments volatiles contenus dans les alvéoles lors de son passage. Les morceaux de tartre dont la désolidarisation des feuilles de PVC a été amorcé par l'onde de choc sont 5 alors balayés par le flux d'air. Le dispositif représenté à la figure 2 comporte un dispositif de réchauffage du corps d'échange 20 représenté de manière schématique sous le forme d'une soufflante d'air chaud 28. Il est également prévu d'équiper 10 l'ensemble supérieur d'un collecteur de tartre détaché sous la forme par exemple d'une trémie qui envelopperait le bâti 21 et qui n'est pas représentée pour ne pas nuire à la clarté du dessin. La sortie inférieure de cette trémie pourrait être reliée à un aspirateur. REVENDICATIONS 1. Procédé de détartrage in-situ d'un corps d'échange (20) suspendu dans une tour de réfrigération par voie humide, caractérisé en ce qu'il consiste à en- gendrer au moins une onde de choc par un générateur (22) mettant en oeuvre la détente brutale d'un masse de gaz comprimée dans une tuyère dirigée vers le haut vers une zone .du corps et ouverte à distance (H) de cette zone et à répéter cette opération après avoir déplacé le généra- teur sous le corps (20) à l'extérieur de la zone susdite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à déplacer le générateur en continu sous le corps d'échange et à émettre une succession d'ondes de choc pendant le déplacement. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une phase de réchauffage de la zone concernée du corps par un courant d'air chaud. 4. Dispositif pour mette en oeuvre le procédé se- lon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur susdit comporte : - une source (9) de gaz comprimé, - au moins un réservoir (1) communiquant en entrée avec ladite source (9) de gaz au travers d'une vanne (il) à ouverture et fermeture commandées et en sortie avec une tuyère (16) de guidage du flux d'air au travers du siège (2) d'un clapet (3) à ouverture et fermeture commandées, - des moyens de commande (12, 14) de la vanne et du clapet (3) pour isoler le réservoir (1) de la tuyère (16) lorsqu'il est en communication avec la source (9) de gaz comprimé et pour l'isoler de la source (9) lorsqu'il est ouvert sur la tuyère (16). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'extrémité libre de la tuyère (16) est située à l'intérieur d'un manchon cylindrique (17) écarté 2903178 13 radialement de cette extrémité. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que le clapet (3) est monté à coulissement sur une tige fixe (4) interne au ré- 5 servoir (1) et définit avec cette tige une chambre (5) à volume variable susceptible d'être sélectivement connectée à la source (9) de gaz comprimé et à l'atmosphère pour respectivement fermer et ouvrir la sortie (2) du réservoir. 10 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tige (4) est creuse, communique en permanence avec la source (9) de gaz sous pression et possède des lumières (7) de communication de son volume in-terne avec le réservoir (1) tandis que le clapet (3) est 15 conformé en une chemise (3b) dont la paroi est susceptible de recouvrir lesdites lumières (7) lorsque le clapet (3) est éloigné de son siège (2) de manière, dans cette position, à isoler le réservoir (1) de la source de gaz (9). 20 8. Dispositif selon la revendication 6 ou la re- vendication 7, caractérisé en ce que la communication sélective de la chambre (5) à volume variable comporte une vanne rotative (11) dont l'axe est coaxial à celui (X) de la tige (4). 25 9. Dispositif selon le revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de réservoirs montées sur un bâti unique (21) supportant un dispositif d'entraînement unique (25,26) pour l'ensemble des vannes rotatives mises en oeuvre, chaque boisseau de vanne étant 30 angulairement décalé par rapport à chacun des autres boisseaux de manière qu'un entraînement unique de tous les boisseaux conduise à une génération d'ondes de choc successives. 10. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 35 9, caractérisé en ce qu'il comporte une source (27) de 2903178 14 soufflage d'air chaud dirigée vers le haut. 11. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte une trémie de recueil du tartre détaché du corps de refroidissement.