Brevet FR2921489A1 — publié le 20090327

La présente invention entre dans le domaine de l'échantillonnage et du stockage de produits destinés à être analysés en laboratoire ou en ligne. L'invention concerne plus particulièrement deux types d'application : d'une part, l'échantillonnage et le stockage d'hydrocarbures liquides ou gazeux, tels du pétrole ou du gaz naturel (éventuellement liquéfié), en vue de leur analyse physique ou/et chimique en laboratoire dans les activités de transfert de produits avant transformation, soit en sortie des plates-formes de production ou sur les terminaux de livraison et, d'autre part, la conservation d'un étalon liquide ou gazeux pour validation des analyseurs de procédé et certification des ensembles d'analyses intégrés dans les transactions commerciales des produits transformés, par exemple dans le cas des carburants en sortie de raffinerie. L'échantillonnage en ligne d'un produit pour analyse laboratoire est réalisé au sein d'un circuit sous pression. Généralement, une sonde de prise d'échantillon pénètre à l'intérieur de la ligne de procédé pour récupérer à intervalle de temps régulier (prélèvements unitaires) ou en continu (prélèvement continu) une quantité donnée d'échantillon. Ladite sonde et son système de prélèvement sont reliés à un dispositif de stockage qui fait spécifiquement l'objet de la présente invention. La conservation d'un étalon liquide ou gazeux en vue de la validation des analyseurs de procédé et de la certification d'ensembles d'analyse, fait appel à un tel dispositif de stockage. De manière connue, ce dispositif de stockage est constitué d'un cylindre de stockage comprenant une entrée montée sur ladite sonde. L'échantillon prélevé est stocké dans ledit cylindre pendant toute la période de transfert du produit pour être ensuite transporté vers le laboratoire pour analyse. Les inconvénients des dispositifs existants résident dans le fait de la perte d'intégrité du produit stocké du fait de la tension de vapeur élevée d'un ou plusieurs constituants. Les dispositifs de l'état de la technique stockent l'échantillon de produit dans des réservoirs à volume fixe ce qui, dans le cas d'un produit volatile, engendre des séparations de phases dudit échantillon. En effet, dans ce type d'échantillon la principale difficulté provient de la coexistence des différentes phases gazeuse et liquide en équilibre. Le contact de l'air ou d'un gaz présent dans le cylindre peut aussi oxyder le produit ou diluer des bulles dans ce 10 dernier. D'autres dispositifs de l'état de la technique stockent l'échantillon dans des réservoirs à volume variable et pression fixe, tel un cylindre à piston, ledit piston séparant hermétiquement une chambre destinée à recevoir ledit 15 échantillon et une chambre de mise sous pression par un gaz moteur. Toutefois, c'est dispositifs restent peu fiables en terme d'étanchéité dans le temps en raison du vieillissement des joints toriques du piston. De plus, ces dispositifs restent peu performants en ce qui concerne l'isolement entre les 20 chambres recevant réciproquement l'échantillon et le gaz moteur. Il en résulte une dégradation dans le temps de l'échantillon. Par ailleurs, les volumes morts ne sont pas purgés et viennent altérer l'intégrité de l'échantillon en début de 25 remplissage. L'invention a donc pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en proposant un prélèvement de l'échantillon dans un cylindre à piston de volume variable et de pression constante, dans des conditions garantissant une 30 intégrité absolue de l'échantillon stocké ainsi que la purge des volumes morts. Pour ce faire, le dispositif d'échantillonnage et de stockage de produit en continu, sous pression constante et volume variable, comprenant un cylindre fermé à une extrémité 35 par un couvercle et pourvu à l'extrémité opposée d'une entrée de produit, ledit cylindre comprenant intérieurement un piston mobile séparant de manière hermétique une chambre de réception dudit produit et une chambre de mise sous pression, caractérisé par le fait que ledit piston comprend au moins deux plateaux supérieur et inférieur pourvus de moyens d'étanchéification délimitant ainsi au moins un compartiment intermédiaire mis à l'évent. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexée, parmi lesquelles : - la figure 1 représente une vue en coupe selon un plan vertical du dispositif d'échantillonnage et de stockage ; et - la figure 2 représente une vue de détail de l'invention La présente invention concerne un dispositif 1 d'échantillonnage et de stockage de produit. Un tel dispositif 1 comprend une enceinte 2 de forme cylindrique destinée à collecter un échantillon de produit. Ce cylindre 2 comprend une paroi périphérique fermée à une extrémité 3 par un couvercle 4 et au niveau de l'extrémité opposée 5 par un fond 6. Plus particulièrement, ledit cylindre 2 comprend une entrée 7 filetée située au niveau du fond 6. Cette entrée 7 est reliée à une canalisation dans laquelle circule le produit. La collecte depuis la canalisation vers l'enceinte 2 s'effectue par le biais d'une sonde et d'un dispositif de prélèvement, non représentés sur les figures. L'entrée filetée 7 sert donc à approvisionner le cylindre 2 en échantillon. Un premier avantage de la présente invention réside dans le fait que le produit collecté au sein de l'enceinte 2 est maintenu sous pression, préférentiellement sensiblement à la même pression que celle de circulation du produit au sein de ladite canalisation. Pour ce faire, ledit cylindre 2 comprend intérieurement un piston 8 mobile séparant de manière hermétique une chambre 9 de réception dudit produit et une chambre 10 de mise sous pression. La pressurisation de ladite chambre 10 est effectuée par un gaz dit "moteur", ce dernier est généralement constitué d'air comprimé de qualité "instruments". Ce gaz moteur est injecté au sein de la chambre 10 par l'intermédiaire d'une entrée 29 sous forme d'un alésage fileté au travers du couvercle 4. Les chambres 9 et 10 sont donc situées de part et d'autre du piston 8, la chambre 9 étant logiquement disposée du côté de l'entrée 7. L'injection du produit au sein de la chambre 9 est donc contrôlée en fonction de la pression exercée à l'intérieur de la chambre 10 par le gaz moteur précité et de la poussée ainsi exercée par l'intermédiaire du piston 8. A ce titre, ledit piston 8 se présente sous la forme d'au moins un disque 11 composé de plateaux multiples qui sont autant de barrière séparant lesdites chambres 9 et 10. Selon le mode de réalisation préférentiel et visible sur les figures 1 et 2, le piston 8 comprend deux plateaux supérieur 12 et inférieur 13. Ces plateaux 12 et 13 forment des cloisons de séparation par des moyens assurant l'étanchéité entre la chambre 9 et la chambre 10. Ces moyens d'étanchéification peuvent se présenter sous la forme d'au moins un joint 14 situé entre le chant périphérique de chaque plateau et la paroi latérale intérieure 29 dudit cylindre 2. Ce mode de réalisation est particulièrement visible sur la figure 2. De plus, l'espace ménagé entre lesdits plateaux 12 et 13, forme un compartiment intermédiaire 25 susceptible d'être mise à l'évent ou sous faible pression par un gaz neutre. Par ailleurs, ledit piston 8 est monté mobile longitudinalement par rapport audit cylindre 2 au travers d'un arbre 16 coulissant par rapport audit cylindre 2, plus particulièrement par rapport au couvercle 4. Pour ce faire, une ouverture étanche est réalisée au travers dudit couvercle 4 afin d'autoriser la translation de l'arbre 16. Ce dernier est monté fixe à une extrémité 17 sur le disque 11, notamment sur le plateau supérieur 12, l'autre extrémité 18 étant libre. Préférentiellement, l'arbre coulissant 16 est percé intérieurement par au moins deux canaux longitudinaux. Un premier canal 26 se présente donc sous la forme d'un tube dont l'extrémité 17 basse, solidaire du plateau inférieur 13, débouche dans la chambre 9 en traversant le compartiment intermédiaire 25 et le plateau supérieur 12. Le produit peut donc remonter intérieurement le long dudit axe 16 pendant la phase de purge des volumes morts précédant le début de stockage, afin d'éliminer le contenu initial desdits volumes. A ce titre, l'extrémité libre 18 de l'arbre 16 est pourvue d'une sortie de purge, régulée au travers d'une vanne 23, afin de permettre l'élimination vers un drain du contenu initial des volumes morts. Ce drain peut se présenter sous la forme d'un tube de canalisation, préférentiellement flexible. Un deuxième canal 27, sous la forme d'un autre tube ménagé longitudinalement et intérieurement audit axe 16, débouche à l'intérieur du compartiment intermédiaire 25 et relie ce dernier à l'évent, notamment au travers d'une sortie 28 munie d'une vanne. Au final, la double barrière du compartiment intermédiaire, proposée au sein des plateaux 12 et 13 du piston 8, offre une étanchéité parfaite entre le produit et le gaz moteur puisque le compartiment intermédiaire 25 est relié à pression atmosphèrique. Dans certaines applications, comme le stockage des échantillons de gaz naturel pour lesquels l'oxygene est un contaminent, ce compartiment intermédiaire 25 peut être faiblement pressurisé (100 mbar environ), notamment par un gaz inerte, tel l'Hélium, l'Argon ou analogue, gaz non considéré comme contaminent. Selon une autre caracéristique, le coulissement de l'arbre 16 présente un moyen d'indication du niveau d'échantillon restant dans la chambre de réception 9. Ainsi, un contrôle permanent de la quantité d'échantillon contenu dans la chambre 9 est permis entre des seuils haut, bas ou intermédiaire. Le déplacement de l'arbre 16 par rapport au couvercle 4 dudit cylindre 2 peut être mesuré par un capteur potentiométrique de façon à délivrer de manière continue le niveau, donc le volume, de l'échantillon prélevé. D'autre part, la chambre de mise sous pression 10 est prévue hermétique et pressurisée, la pression interne pouvant être réglée de manière à repousser le piston 18, augmentant ainsi le volume de ladite chambre 10 et réduisant celui de la chambre 9. Cette pression ajustable permet inversement de contrôler le remplissage de la chambre 9. En effet, en vue du remplissage de la chambre 9, la chambre 10 du cylindre 2 est pré-chargée avec un gaz moteur, généralement de l'air comprimé de qualité "instruments" ou un gaz neutre comme de l'azote. Cette pré-charge s'effectue à une pression inférieure à la pression du circuit de prélèvement dudit produit. De préférence, cette pression peut être inférieure de 1 Bar à celle du circuit. A ce moment, le piston 8 est ramené en position basse sous l'effet de la poussée exercée par la pression du gaz moteur dans la chambre 10. Une soupape 21 permet d'évacuer le gaz moteur de la chambre 10 au fur et à mesure du remplissage effectif de l'échantillon dans la chambre 9, après la phase de purge des volumes morts. Pour ce faire, ladite soupape 21 comprend une sortie reliée à l'évent. Le débit du produit injecté dans la chambre 9 est contrôlé en entrée 7 au travers d'une vanne 22 de régulation. Pour ce faire, une telle vanne 22 est équipée d'un manomètre différentiel. Ce denier pourra indiquer une valeur inférieure à 1 Bar pendant toute la durée du transfert. En début d'échantillonnage la vanne 22 est légèrement ouverte pour admettre le débit d'échantillon à travers le premier canal 26 de l'arbre 16 tandis que la vanne 23, située en sortie 19 dudit arbre 16, est ouverte afin de purger vers le drain les volumes morts de la ligne d'échantillonnage. En fin de purge, la vanne 23 est refermée et l'échantillon commence à repousser le piston, donc à remplir la chambre 9, tandis que la soupape 21 échappe le gaz moteur qui se trouve à une pression inférieure de 1 bar à celle de l'échantillon. A ce moment, le produit est introduit à débit contant par l'entrée 7 à l'intérieur de la chambre 9. Lorsque le piston 8 arrive en butée haute, le remplissage est terminé. Lors de la purge, la vanne 23 en sortie est ouverte afin de réguler l'éjection du produit depuis la chambre 9 vers le 5 drain. De plus, le dispositif 1 d'échantillonnage selon l'invention peut être transporté vers un laboratoire en vue de l'analyse de l'échantillon prélevé. Une fois les vannes 22 et 23 fermées, le dispositif 1 peut être déconnecté et 10 véhiculé. Un avantage de l'invention réside dans le fait que le produit peut être maintenu sous pression lors du transport et jusqu'à l'introduction de l'échantillon dans l'analyseur de laboratoire. Selon une autre caractéristique, la chambre 9 de réception 15 du produit comprend un agitateur pneumatique à entraînement magnétique ou un agitateur électrique 24. L'agitateur permet de maintenir l'homogénéité de l'échantillon. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés et décrits précédemment qui peuvent présenter des 20 variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) d'échantillonnage et de stockage de produit en continu, sous pression constante et volume variable, comprenant un cylindre (2) fermé à une extrémité (3) par un couvercle (4) et pourvu à l'extrémité opposée (5) d'une entrée (7) de produit, ledit cylindre (2) comprenant intérieurement un piston (8) mobile séparant de manière hermétique une chambre (9) de réception dudit produit et une chambre (10) de mise sous pression, caractérisé par le fait que ledit piston (8) comprend au moins deux plateaux supérieur (12) et inférieur (13) pourvus de moyens d'étanchéification délimitant ainsi au moins un compartiment intermédiaire (25) pressurisé. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'étanchéification comprennent au moins un joint (14) entre le chant périphérique (15) de chaque plateau (12,13) et la paroi latérale intérieure (29) dudit cylindre (2). 3. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit piston (8) est monté solidaire d'un arbre coulissant (16) par rapport audit cylindre (2), ledit arbre (16) étant percé intérieurement d'au moins deux canaux longitudinaux (26,27). 4. Dispositif (1) selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'un premier canal (26) débouche à une extrémité au sein la chambre de réception (9) du produit et à l'extrémité opposée vers une sortie (19) de purge de ladite chambre (9). 5. Dispositif (1) selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'un deuxième canal (27) débouche à une extrémité au sein du compartiment intermédiaire (25), l'extrémité opposée étant reliée à l'évent au travers d'une sortie (28). 6. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la chambre de réception (9) du produit comprend un agitateur (24) pneumatique à entraînement magnétique ou un agitateur 8électrique. 7. Dispositif (1) d'échantillonnage selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que ledit arbre (16) comprend des moyens de contrôle du niveau d'échantillon contenu dans la chambre de réception au travers d'un capteur potentiométrique mesurant le coulissement de l'arbre (16) par rapport audit cylindre (2).