Brevet FR2910606A1 — publié le 20080627

La présente invention concerne un écran thermique comportant une vitre en saphir. Les fours vaporeformeur de méthane sont en général chauffés par des brûleurs qui sont installés sur les parois latérales des fours. Pour conserver une efficacité optimale du procédé, notamment lors de la fabrication d'hydrogène et de monoxyde de carbone (H2/CO), les tubes de reformage doivent être maintenus à une température légèrement inférieure à leur température limite d'utilisation. En effet toute surchauffe entraîne une dégradation des tubes, une surchauffe de 20 C réduisant leur durée de vie de moitié et tout chauffage insuffisant fait diminuer le rendement de la réaction. Il est donc crucial de mesurer aussi précisément que possible la température de ces tubes afin de réguler le procédé. Plusieurs méthodes de mesure de la température des tubes d'un vaporeformeur de méthane sont connues. On peut diviser ces méthodes en deux catégories : les mesures de contact et les mesures de non-contact. Les mesures de contact nécessitent un contact entre le tube du four et l'appareil de mesure. Un exemple d'une mesure de contact est la mesure par un thermocouple soudé sur le tube. Cette méthode présente l'inconvénient d'être coûteuse, et de ne permettre la mesure de la température qu'à un seul point prédéterminé. Un autre exemple d'une mesure de contact est la mesure de la température par un pyromètre de type gold cup . Dans ce type de pyromètre, le pyromètre lui-même est monté sur une longue sonde qui est réfrigérée à l'eau. En pratique, la sonde est introduite dans le four par une ouverture d'inspection et le pyromètre est placé sur le tube. De cette façon, on élimine les effets de la radiation émis par les parois et les effets des flammes autour des tubes. Toutefois, cette méthode présente l'inconvénient que le résultat de la mesure doit être relevé aussitôt que le contact entre le pyromètre et le tube est effectué. De plus, la mesure de la température avec un pyromètre du type gold cup nécessite l'intervention de deux ouvriers pendant toute la mesure. Les mesures de non-contact sont effectuées sans que l'appareil de mesure de température entre en contact avec le tube du four. Les mesures de non-contact comprennent les mesures par pyromètre à main et par thermographie (caméra infrarouge). Les pyromètres à main sont faciles à utiliser et ne nécessitent l'intervention que d'un seul ouvrier. Pour effectuer ces mesures de température, les fours vaporeformeur de méthane sont équipés d'une ouverture d'inspection avec porte. La mesure de la température est en général effectuée au travers de cette ouverture d'inspection au moyen d'un pyromètre infrarouge ou d'une caméra infrarouge. Lors de la mesure de la température à l'intérieur du four le ou les ouvriers doivent ouvrir la porte de 2910606 2 l'ouverture d'inspection avant de pouvoir commencer la mesure et la garder ouverte pendant toute la durée de la mesure. Cette opération présente un risque d'accident élevé dû à la vague de chaleur qui sort lors de l'ouverture de la porte lorsque le four se trouve sous surpression. De plus, la mesure de la température avec la porte ouverte cause une 5 perte de chaleur considérable, ce qui ne présente pas seulement un désavantage sur le plan économique et écologique mais fausse aussi les résultats de mesure. Un but de la présente invention est donc de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur. A cette fin, la présente invention a pour objet un écran thermique comportant un 10 support constitué d'un matériau résistant à des températures supérieures ou égales à 1100 C, et une vitre en saphir, dans lequel ledit support comporte un premier évidement traversant, et ledit premier évidement est pourvu de ladite vitre en saphir. Les matériaux résistant à des températures supérieures ou égales à 1100 C, qui sont appropriés pour constituer le support de l'écran thermique selon l'invention 15 comprennent avantageusement des métaux et des céramiques. Un matériau préféré est l'acier, plus préférentiellement de l'acier inoxydable (inox). Avantageusement, le support se présente sous forme d'une plaque. Le premier évidement traversant se trouve de préférence au centre ou à proximité du centre du support. Ce premier évidement peut se présenter sous forme essentiellement circulaire, elliptique, carré, rectangulaire ou toute 20 autre forme adaptée. Dans un mode de réalisation préféré, le premier évidement se présente sous forme circulaire, ayant avantageusement un diamètre de 6 à 9 cm. La vitre en saphir a avantageusement une épaisseur comprise entre 3 et 6 mm, de préférence entre 4 et 5,5 mm, et plus préférentiellement encore de 5 mm. De préférence, la vitre en saphir a essentiellement la même forme que le premier évidement. Elle se 25 présente par exemple sous forme essentiellement ronde, elliptique, carré, rectangulaire ou toute autre forme adaptée. Dans un mode de réalisation préféré, le premier évidement est rond, ayant avantageusement un diamètre de 6 à 9 cm, et la vitre est également ronde ayant un diamètre inférieur au diamètre du premier évidement et respectant simultanément dans les conditions suivantes : 30 • présenter une surface supérieure à celle de l'objectif de l'appareil de mesure de température (pyromètre ou caméra infrarouge), • éviter les fuites entre la vitre et le premier évidement tout en permettant l'orientation de la vitre de premier évidement. La vitre en saphir présente l'avantage de résister à de hautes températures, 35 notamment supérieures à 1100 C et d'être transparent aux rayons infrarouges de longueur d'onde 3,9 pm, ce qui correspond à la longueur d'onde utilisé par le pyromètre 2910606 3 pour la mesure de la température. Dans un mode de réalisation la vitre en saphir est supportée par un cadre. De préférence la vitre est intégrée dans un hublot. Avantageusement, la vitre en saphir est montée de façon détachable sur le support ou dans son cadre. La vitre peut ainsi être retirée du support ou de son cadre lorsqu'elle est 5 endommagée et doit être remplacée. Le fait de pouvoir démonter la vitre en saphir facilite aussi son entretien, notamment son nettoyage. Dans un mode de réalisation avantageux, l'écran thermique selon l'invention comporte également un manchon comprenant une paroi extérieure, une première extrémité et une deuxième extrémité, et le hublot comportant la vitre en saphir est monté 10 sur la première extrémité du manchon. Dans ce mode de réalisation, la deuxième extrémité du manchon est insérée dans le premier évidement du support. De préférence, le manchon comporte sur sa paroi extérieure deux pivots sensiblement perpendiculaire à ladite paroi. Les deux pivots sont fixés de façon diamétralement opposés. Avantageusement, les pivots se trouvent entre la deuxième extrémité et un tiers de 15 longueur du manchon, de préférence au niveau de la deuxième extrémité. Le support de l'écran thermique comprend des moyens pour recevoir les deux pivots, par exemple des charnières. Dans ce mode de réalisation, la section du manchon est inférieure à la section du premier évidement. Avantageusement, la section du manchon est avantageusement de 80 à 95 %, de préférence de 90 à 95 %, inférieure à la section du 20 premier évidement. Compte tenu de la différence de section, on peut faire pivoter le hublot autour de l'axe des deux pivots. Ceci permet de mesurer la température non seulement directement en face de la vitre, mais aussi à d'autres endroits. Selon une variante, le manchon comporte sur sa paroi extérieure une seconde paire de pivots sensiblement perpendiculaire à ladite paroi, les deux pivots étant fixés diamétralement 25 opposés sur un axe qui diffère de celui des deux autres pivots. De préférence, l'axe de la seconde paire de pivots est perpendiculaire à celui des deux autres pivots. Avantageusement, l'écran thermique selon l'invention comporte des moyens d'accrochage, tels que des pattes d'accrochage, pour être placé de façon amovible devant l'ouverture d'inspection du four. De préférence, ces moyens d'accrochage sont 30 solidarisés avec le support de l'écran thermique. Un avantage de cette configuration est que la vitre en saphir n'est exposé à la chaleur et aux vapeurs du four que pendant le temps nécessaire à la ou aux mesures de température. Ainsi, elle reste plus propre que si elle était en permanence en contact avec l'atmosphère du four et la durée de vie du saphir est augmentée. De plus, en accrochant l'écran thermique devant l'ouverture 35 d'inspection pendant la ou les mesures de température, la personne effectue les mesures 2910606 4 beaucoup plus confortablement que si elle doit en même temps maintenir le support devant l'ouverture d'inspection du four. Lors de son utilisation l'écran thermique selon l'invention est glissé devant l'ouverture d'inspection du four vaporeformeur. Ceci permet la mesure de la température 5 des tubes de reformage avec un pyromètre à travers la vitre en saphir tout en limitant les pertes de chaleurs lors de la mesure. Lorsque la température des tubes est mesurée sans écran thermique, c'est-à-dire la porte de l'ouverture d'inspection ouverte, la décroissance de température du tube en face de l'ouverture d'inspection est de l'ordre de 0,6 C/s pendant les premières 30 s, dès l'ouverture de la porte de l'ouverture 10 d'inspection. Avec l'écran thermique selon l'invention, la décroissance de température est inférieure à 5 C après 3 min. Par conséquent, l'ouvrier a plus de temps pour exécuter la mesure de la température et peut ainsi mieux viser le point exact auquel la température doit être mesurée. Lorsque les mesures sont terminées, l'écran est retiré et la porte fermée. 15 Dans un mode de réalisation, l'écran thermique selon l'invention comporte en outre un second évidement traversant, qui est pourvu d'un couvercle. De préférence, ce second évidement se trouve à proximité du premier évidement Le second évidement permet d'utiliser des méthodes de mesure de température qui ne peuvent pas être effectuées à travers la vitre en saphir, telles que la méthode du pyromètre gold cup . 20 Lorsque l'on utilise le second évidement pour effectuer une mesure de température, la décroissance de température est de l'ordre de 10 C après 2 min 45 s. L'écran thermique selon l'invention présente plusieurs avantages. D'abord, lorsqu'il est utilisé lors des mesures de température des tubes d'un four vaporeformeur, la perte de chaleur pendant la durée des mesures est nettement diminuée par rapport à une 25 mesure sans écran thermique. Ceci constitue à la fois un avantage économique et écologique. De plus, les mesures de températures effectuées avec un écran thermique selon l'invention sont moins influencées par ces variations de températures et donc plus exactes. Par conséquent, la température des tubes de reformage peut être réglée plus proche de la température maximale d'utilisation sans risque de surchauffe. Du fait de la 30 décroissance de température plus faible lorsque l'on utilise l'écran thermique selon l'invention, il y a plus de temps pour effectuer les mesures de température, ce qui permet d'une part de mieux viser le tube concerné et d'autres part d'effectuer plusieurs mesures de suite, notamment lorsque le hublot est équipé de pivots permettant des mesures à plusieurs endroits. 35 L'écran thermique selon l'invention est également facile d'utilisation de sorte qu'il peut être mis en place par une seule personne. De plus, l'utilisation de l'écran thermique 2910606 5 selon l'invention diminue le risque d'accident lié à l'exposition du ou des ouvriers effectuant les mesures de température aux vagues de chaleur qui sortent par l'ouverture d'inspection lorsque le four est en surpression. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 5 description ci-après, faite en références aux figures dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un écran thermique selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2a est une vue schématique de face du mode de réalisation de la figure 1 ; la figure 2b montre un détail de la figure 2a ; 10 la figure 3a est une vu schématique d'un détail du mode de réalisation de la figure 1 ; la figure 3b est une coupe longitudinale selon l'axe CC de la figure 3a ; - la figure 4 est une vue schématique de face d'une variante du mode de réalisation de la figure 1. Les figures 1, 2a et 2b représentent schématiquement un écran thermique selon un 15 mode de réalisation de l'invention. Cet écran thermique comprend une plaque en acier inoxydable comme support 1. Cette plaque en acier inox comporte un premier évidement 4 rond. L'écran thermique selon le mode de réalisation représenté à la figure 1 comporte également un hublot 5 rond ayant une vitre en saphir 3. Les figures 3a et 3b représentent 20 ce hublot 5 qui est monté sur la première extrémité 6b d'un manchon rond 6. Le diamètre du manchon 6 est de 93 % inférieur à celui du premier évidement. Le manchon 6 comporte deux pivots 7 au niveau de la seconde extrémité 6c. Ces deux pivots 7 sont montés diamétralement opposés et de façon essentiellement perpendiculaire sur la paroi extérieure 6a du manchon 6. La seconde extrémité 6c du manchon 6 est insérée dans le 25 premier évidement 4 de façon à ce que les deux pivots 7 restent à l'extérieur. Chacun des deux pivots 7 est engagé dans un moyen 8 pour recevoir le pivot 7. Ces moyens 8 pour recevoir les pivots 7 sont solidarisés de façon réversible avec le support 2 et se trouvent sur un axe A vertical et parallèle au support 2 (représenté à la figure 2a). Ainsi, le hublot 5 peut être pivoté autour dudit axe A, ce qui permet d'effectuer des mesures de 30 température à travers le hublot 5 non seulement directement en face du centre du premier évidement 4, mais aussi à gauche et/ou à droite du centre. Le support 2 de l'écran thermique représenté aux figures 1 et 2 comporte également un second évidement 9 (représenté à la figure 2b) à proximité du premier évidement 4. Ce second évidement est recouvert d'un couvercle 10, qui peut être retiré 35 lorsque l'on souhaite effectuer des mesures, par exemple de température, qui ne peuvent pas être effectuées à travers la vitre en saphir 3. 2910606 6 L'écran thermique représenté aux figures 1 et 2 comporte de plus des moyens d'accrochage 11 au niveau des bords supérieur et inférieur du support 2, les termes inférieur et supérieur étant définis par rapport au sens d'utilisation de l'écran. Au niveau de chacun des bords supérieur et inférieur, deux pattes d'accrochage 11 sont 5 solidarisées avec le support 2. De cette façon l'écran thermique selon l'invention peut facilement être glissé sur des rails fixés au dessus et au dessous de l'ouverture d'inspection avant la mesure de la température. La figure 4 représente un écran thermique selon une variante du mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2. Dans ce mode de réalisation les moyens 8 pour 10 recevoir les pivots 7 se trouvent sur un axe B horizontal et parallèle au support 2. Ainsi, le hublot 5 peut être pivoté autour dudit axe B, ce qui permet d'effectuer des mesures de température à travers le hublot 5 non seulement directement en face du centre du premier évidement 4, mais aussi au dessus et/ou au dessous du centre. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivant, sans que celui-ci 15 n'en limite en aucune façon la portée. EXEMPLE 1 : Décroissance de la température d'un tube de reformaqe sans utilisation d'un écran thermique 20 La décroissance de la température d'un tube de reformage d'un four vaporeformeur se trouvant directement en face de l'ouverture d'inspection a été mesurée sans utilisation d'un écran thermique. La température du tube est mesurée avec un pyromètre. L'ouverture d'inspection est un rectangle de 260 mm x 260 mm. 25 La décroissance de température du tube visé est d'environ 0,6 C/s pendant les premières 30 s, dès l'ouverture de la porte de l'ouverture d'inspection. Elle est de 36 C après 2 min 45 EXEMPLE 2 : Décroissance de la température d'un tube de reformaqe lors de 30 l'utilisation d'un écran thermique On répète l'expérience de l'exemple 1, mais lors de l'ouverture de la porte de l'ouverture d'inspection on glisse un écran thermique devant l'ouverture d'inspection. L'écran thermique est positionné sur l'ouverture d'inspection en moins de 2 s pendant 35 l'ouverture de la porte. 2910606 7 L'écran thermique utilisé est constitué d'une plaque en acier inox comportant une ouverture circulaire de 75 mm de diamètre, et ayant une épaisseur de 5 mm et mesurant 310 mm x 310 mm de sorte à recouvrir entièrement l'ouverture d'inspection. La décroissance de température du tube visé n'est plus que de 10 C après 2 min 5 45 s. EXEMPLE 3 : Décroissance de la température d'un tube de reformage lors de l'utilisation d'un écran thermique selon l'invention 10 On répète l'expérience de l'exemple 2, mais on utilise un écran thermique selon l'invention. Cet écran thermique correspond au mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2. Il comporte une vitre en saphir d'une épaisseur de 5 mm et d'un diamètre de 58 mm. Le diamètre du premier évidement est de 75 mm et celui du manchon inséré dans ce premier évidement est de 70 mm. Le manchon est inséré dans le premier 15 évidement de sorte à laisser un jeu de 5 mm partout entre la paroi extérieur du manchon et le bord du premier évidement. La décroissance de température du tube est inférieure à 5 C après 3 min. REVENDICATIONS 1. Ecran thermique (1) comportant un support (2) constitué d'un matériau résistant à des températures supérieures ou égales à 1100 C, et une vitre en saphir (3), dans lequel ledit support (2) comporte un premier évidement (4) traversant, et ledit premier évidement (4) est pourvu de ladite vitre en saphir (3). 2. Ecran thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite vitre en saphir (3) est supportée par un cadre. 3. Ecran thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite vitre en saphir (3) est intégrée dans un hublot (5). 4. Ecran thermique (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en 15 outre un manchon (6) comprenant une paroi extérieure (6a), une première extrémité (6b) et une deuxième extrémité (6c), en ce que le hublot (5) est monté sur la première extrémité (6b) du manchon (6) et en ce que la deuxième extrémité (6c) du manchon (6) est insérée dans le premier évidement (4). 20 5. Ecran thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le manchon (6) comporte sur sa paroi extérieure (6a) deux pivots (7) sensiblement perpendiculaires à ladite paroi (6a), les pivots (7) étant diamétralement opposés et en ce que le support (2) comporte des moyens (8) pour recevoir les pivots (7) et en ce que la section du manchon (6) est inférieure à la section du premier évidement (4). 25 6. Ecran thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le support (2) comporte un second évidement (9), ledit second évidement (9) étant pourvu d'un couvercle (10). 30 7. Ecran thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la vitre en saphir (3) est montée de façon détachable sur le support (2), dans le cadre ou le hublot (5). 8. Ecran thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en 35 ce que le support (2) comporte des moyens d'accrochage (11).10