INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La pression de fonctionnement nominale correspond à la pression atmosphérique.
Le procédé comporte en outre les étapes suivantes :
mesurer la pression à l’aide d’une capteur de pression 29, dans le débit de gaz entre l’unité amont 2 et l’unité aval 3, notamment la pression en sortie de l’unité amont, cette mesure de pression étant une information de prédiction, réguler le débit de fumée en fonction de cette mesure de pression, en vue de maintenir la pression de fonctionnement en sortie de l’unité amont 2 à sa valeur nominale.
La vitesse de rotation du compresseur 5 de l’unité aval 3 est contrôlable par l’unité de contrôle 4, pour être augmentée, respectivement diminuée, pour réguler le débit de fumée entrant dans l‘unité aval dans le sens d’une augmentation, respectivement d’une diminution, afin de faire baisser, respectivement faire augmenter, la pression de fonctionnement dans l’unité amont 2.
Dans le cas où le débit de fumée entre l’unité amont 2 et l’unité 3 aval de traitement est, en fonctionnement nominal, isolé de l’atmosphère, la pression dans l’unité amont ne peut pas s’équilibrer avec la pression atmosphérique. Dans ce cas, il est possible de s’assurer que la pression de fonctionnement nominale de l’unité amont soit maintenue, à un intervalle de tolérance près, par exemple de quelques millibars, autour de la pression atmosphérique.
Un dispositif de vanne 30 peut être disposé à l’entrée de l’unité aval 3 pour aider à réguler le débit de fumée vers l’unité aval 4. Ce dispositif de vanne 30 comprend ici une vanne papillon de type Damper. D’autres types de vanne peuvent être prévus.
Dans l’exemple de la , la plupart des éléments sont identiques à ceux du mode de la , à la différence que le débit de fumée entre l’unité amont 2 et l’unité aval de traitement 3 est, en fonctionnement nominal, en équilibre de pression avec l’atmosphère.
Le débit de fumée communique via la ligne de sortie 24 avec la cheminée 22 débouchant sur l’atmosphère, et cette ligne de sortie 24 est laissée ouverte, totalement ou partiellement, en fonctionnement nominal de sorte à permettre d’équilibrer la pression dans le débit de fumée à la pression atmosphérique.
Le dispositif de vanne 23 est disposé sur la ligne de sortie 24 qui communique entre la cheminée 22 et une ligne de circulation de fumée 25 entre l’unité amont et l’unité aval, ce dispositif de vanne 23 étant agencé pour être totalement ouvert ou partiellement ouvert.
L’invention permet, dans ce cas, de s’assurer que la pression dans l’unité amont 2 soit maintenue à la pression de fonctionnement nominale, ici la pression atmosphérique. On évite ainsi le risque de mode défaut de l’unité amont grâce à la stabilité de la pression.
réguler le débit de fumée entre l’unité amont 2 et l’unité aval 3 de manière à empêcher une aspiration d’air dans le débit de fumée ou qu’une partie de la fumée ne s’introduise pas dans la cheminée 22 puis s’échappe dans l’atmosphère.
schématise le fonctionnement d’une installation selon un autre mode de réalisation de l’invention,
représente un mode de réalisation d’une installation selon l’invention comprenant un assemblage de plusieurs modules.
représente une installation selon l’invention comprenant une source de gaz minoritaire 1 et une source de gaz porteur 2. Le gaz minoritaire 1 et le gaz porteur 2 sont de nature différente. Il s’agit de préférence de corps purs, simples ou composés. Chacune des sources de gaz peut être une bouteille de gaz, typiquement une bouteille pouvant présenter un volume en eau jusqu’à 50 L, un ensemble de bouteilles raccordées entre elles pour former un cadre de bouteilles ou un réservoir de plus grande contenance, notamment une contenance jusqu’à 1000 L, tel un réservoir de stockage cryogénique ou un réservoir agencé sur un camion-remorque. De préférence, les sources distribuent des fluides à l’état gazeux. Avant distribution, les fluides peuvent être stockés à l’état gazeux, à l’état liquide, i. e. de gaz liquéfiés ou à l’état diphasique liquide/gaz.
illustre le cas où l’installation est configurée pour produire un mélange de gaz binaire, i. e. à deux constituants, à partir de deux sources de gaz. Bien entendu, une installation selon l’invention pourra produire des mélanges à plus de deux constituants, en particulier des mélanges de gaz ternaires ou quaternaires. Le mélange pourra ainsi comprendre un gaz porteur et plusieurs gaz minoritaires distincts. Par « gaz minoritaire », on entend un gaz dont la teneur dans le mélange est inférieure à la teneur en gaz porteur. Par « gaz porteur », on entend un gaz majoritaire dans le mélange, en particulier un gaz dont la teneur dans le mélange est d’au moins 50%, plus particulièrement d’au moins 60%, voire au moins 80%.
Chacune des sources de gaz 1, 2 est reliée respectivement par un premier 6 et un deuxième circuit de transfert 7 à un dispositif mélangeur 3. Le premier circuit de transfert 6 comprend une première canalisation 12 et un premier dispositif régulateur de débit 4 relié à première canalisation 12 et configuré pour réguler le débit de gaz minoritaire s’écoulant vers le dispositif mélangeur de gaz 3 suivant une première consigne de débit D1. L’installation comprend en outre une unité de commande 5 qui est reliée aux premier dispositif régulateur de débit 4 de façon à en commander le fonctionnement conformément à la première consigne de débit D1.
De préférence, le premier circuit de transfert 6 se sépare avantageusement en plusieurs branches 6a, 6b, 6c, 6d agencées en parallèles et reliées chacune fluidiquement à la source de gaz minoritaire 1 d’une part et d’autre part au mélangeur 3. Notons que les branches 6a, 6b, 6c, 6d peuvent aussi bien être reliées à une canalisation commune alimentant le dispositif mélangeur 3, comme illustré, qu’être reliées directement au dispositif mélangeur 3. Chaque branche 6a, 6b, 6c, 6d comprend un organe régulateur de débit 41, 42, 43, 44.
Le deuxième circuit de transfert 7 comprend une deuxième canalisation 22. De préférence, les canalisations 12, 22 débouchent chacune dans deux entrées distinctes du dispositif mélangeur 3. Notons qu’il est aussi envisageable que les canalisations 21, 22 se rejoignent en un point de raccordement situé en amont du dispositif mélangeur 3 pour former une portion commune de canalisation reliée à une entrée du dispositif mélangeur.
Typiquement, le dispositif mélangeur 3 comprend un volume mélangeur commun dans lequel débouchent la ou les entrées et la sortie 33 du mélangeur et dans lequel le mélange est homogénéisé. On pourra par exemple utiliser un mélangeur 3 du type mélangeur statique permettant un mélange en continu des fluides entrant dans le mélangeur. Ce type de mélangeur comprend généralement au moins un élément perturbateur, telle une plaque, une portion de tuyau, un insert, apte à perturber l’écoulement des fluides, générer des pertes de charges et/ou des turbulences pour favoriser le mélange des fluides et son homogénéisation.
Un circuit de distribution 8 relie une sortie du dispositif mélangeur 3 à un ou plusieurs récipients 10 adaptés à contenir le mélange de gaz. Le circuit de distribution 8 comprend un deuxième dispositif régulateur de débit 9 configuré pour réguler et/ou ajuster le débit de mélange de gaz s’écoulant vers le récipient 10 suivant une deuxième consigne de débit D.
En pratique, le dispositif mélangeur 3 produit à sa sortie un mélange de gaz s’écoulant avec un débit de distribution D qui correspond, dans le cas d’un mélange à deux constituants, à la somme des débits de gaz minoritaire et de gaz porteur alimentant le dispositif mélangeur 3. Le débit de gaz porteur est conditionné par le débit de distribution du mélange D et par la teneur souhaitée C1 en gaz minoritaire. Il correspond à la différence entre le débit de mélange D et le débit de gaz minoritaire D1. De préférence, le deuxième circuit de transfert est dépourvu de tout dispositif adapté à réguler et/ou ajuster le débit de gaz porteur, celui-ci étant une résultante des consignes de débit pour le gaz minoritaire et le gaz porteur.
Notons que si l’installation est destinée à la distribution d’un mélange à deux gaz minoritaires dans le gaz porteur, le débit D est la somme des débits de chaque gaz minoritaire et du gaz porteur.
La première consigne de débit D1 est déterminée en fonction d’une teneur cible C1 en gaz minoritaire. De préférence, l’unité de commande 5 calcule la première consigne de débit D1 par rapport à la deuxième consigne de débit D souhaitée pour le mélange et à la teneur cible C1, de sorte que le ratio D1/D corresponde à C1.
Considérons l’exemple d’une installation configurée pour produire un mélange à deux gaz avec un débit de distribution D en sortie du dispositif mélangeur 3 de 1666.66 sL/min (litre standard par minute), i. e. 100 Nm 3 /h (normo mètre cube par heure). Le normo mètre cube est une unité de mesure de quantité de gaz qui correspond au contenu d’un volume d’un mètre cube, pour un gaz se trouvant dans les conditions normales de température et de pression (0 ou 15 ou plus rarement 20°C selon les référentiels et 1 atm, soit 101 325 Pa). Pour un gaz pur, un normo mètre cube correspond à environ 44,6 moles de gaz. Le mélange de gaz souhaité est un mélange formé du gaz minoritaire avec une teneur cible C1 de 10 ppm (ppm volumique) et du gaz porteur pour le reste. Une première consigne de débit D1 de 0,017 sL/min, correspondant à une proportion de 0,001% par rapport à D, est donc appliquée au dispositif régulateur de débit 4. Si la teneur cible C1 est de 5000 ppm, le débit total étant toujours 100 Nm3/h, la première consigne D1 est de 8,33 sL/min.
De préférence, l’unité de commande 5 n’effectue pas de calcul de consigne de débit de gaz porteur, les circuits de fluide de l’installation étant configuré de sorte que le débit de gaz porteur est régulé via la régulation des débits de gaz minoritaire et de débit de distribution.
Selon une possibilité de mise en œuvre, l’unité de commande 5 comprend une interface homme-machine comprenant une interface de saisie, par exemple un écran tactile, permettant la saisie par un utilisateur de la teneur cible du premier gaz et du débit de distribution souhaité pour le mélange de gaz. Par exemple, les teneurs peuvent être exprimées en pourcentage volumique de premier gaz présent dans le mélange de gaz. De façon plus générale, l’interface homme-machine peut permettre à l’utilisateur de donner des instructions à l’unité de commande 5.
Avantageusement, l’unité de commande 5 comprend un automate programmable, également appelé système « PLC » pour « Programmable Logic Controller » en anglais, c’est-à-dire un système de contrôle d'un procédé industriel comprenant une interface homme-machine pour la supervision et un réseau de communication numérique. Le système PLC peut comprendre plusieurs contrôleurs modulaires qui commandent les sous-systèmes ou équipements de contrôle de l'installation. Ces équipements sont configurés chacun pour assurer au moins une opération parmi : l’acquisition des données d’au moins un capteur de mesure, le contrôle d’au moins un actionneur relié à au moins un organe contrôleur de débit, la régulation et l’asservissement de paramètres, la transmission de données entre les différents équipements du système. Notons que sur et , les signaux reçus et envoyés entre les différents éléments de l’installation sont schématisés par des lignes en pointillés.
Selon un mode de réalisation dont un exemple est illustré sur en (a), les plages de débit successives peuvent couvrir une gamme de débit discontinue, c’est-à-dire que les plages de débit de chaque organe régulateur ne sont pas nécessairement contiguës. Notons que l’installation selon l’invention peut être modulable et que l’utilisateur peut, selon les teneurs qu’il souhaite obtenir dans le mélange, ajouter un ou plusieurs organes régulateurs dont la plage de fonctionnement permet d’atteindre les teneurs manquantes.
Selon un autre mode de réalisation dont un exemple est illustré sur en (b), la valeur maximale d max i d’au moins une plage de débit peut être comprise entre la valeur minimale d min i+1 et la valeur maximale d max i+1 de la plage de débit successive, c’est-à-dire la plage de débit venant consécutivement à ladite au moins une plage dans l’ordre croissant de débit. L’unité de commande 5 est configurée pour sélectionner l’organe régulateur ayant la valeur minimale de débit d min i la plus petite lorsque la consigne de débit D1 est comprise entre la valeur maximale d max i de ladite au moins une plage de débit et la valeur minimale d min i+1 de ladite plage de débit successive. Les avantages d’avoir une zone de recouvrement entre des plages de débit successives permet d’éviter des sélections intempestives d’un autre organe régulateur qui pourraient se produire au cas où la première consigne D1 se situe à la limite entre deux plages successives, ce qui favorise la stabilité de fonctionnement de l’installation. Lorsque le consigne de débit se situe dans une telle zone de recouvrement, le fait de sélectionner l’organe régulateur dont la plage de débit se situe à un niveau inférieur sur la gamme totale de débits permet de travailler en partie supérieure de cette plage, là où la précision de l’organe régulateur est la meilleure. On gagne ainsi en précision dans la composition du mélange distribué.
Dans le cas illustré en (b), trois organes régulateurs de débit fonctionnent selon trois plages de débit possible, la première plage ayant la valeur minimale la plus faible. La première plage présente une zone de recouvrement avec la deuxième plage successive et la deuxième plage présente une zone de recouvrement avec la troisième plage successive.
L’étendue de ladite au moins une plage de débit est définie comme la différence entre sa valeur minimale d min i et sa valeur maximale d max i et l’étendue de la zone de recouvrement est définie comme la différence entre la valeur maximale d max i de ladite au moins une plage de débit et la valeur minimale d min i+1 de ladite plage de débit successive, l’étendue de la zone de recouvrement représentant entre 15 et 50 %, de préférence 15 et 30%, de l’étendue de ladite au moins une plage de débit. Cela permet d’améliorer encore la fiabilité du fonctionnement de l’installation.
Dans le cadre de l’invention, chacun des organes régulateurs 41, 42, 43, 44 peut de préférence se déplacer entre une position fermée dans laquelle le débit de gaz minoritaire est nul et une position totalement ouverte dans laquelle le débit de gaz minoritaire présente sa valeur maximale d max i , d max i+1 , ..., les organes régulateurs 41, 42, 43, 44 pouvant occuper au moins une position intermédiaire entre la position fermée et la position ouverte.
Avantageusement, les organes régulateurs sont configurés de sorte que, lorsqu’ils occupent leur position intermédiaire, le débit de gaz minoritaire est distribué avec sa valeur minimale d min i , d min i+1 , ..., la valeur minimale correspondant à un débit de gaz minoritaire égal à au moins 20 %, de préférence à au moins 25%, de préférence encore à au moins 35%, voire au moins 50%, de la valeur maximale respective de chaque organe régulateur. Cela permet de travailler dans des plages de débit où la précision des organes régulateurs, plus précisément la précision des capteurs de débit mis en œuvre dans les organes régulateurs, est la meilleure.
De préférence, le deuxième dispositif régulateur de débit 9, FC1 comprend un organe élévateur de pression 9, en particulier une pompe ou un compresseur, dont au moins un paramètre de fonctionnement détermine le débit de mélange de gaz s’écoulant vers le récipient 10.
Le deuxième dispositif régulateur de débit peut en outre comprendre un variateur de vitesse d’un moteur de l’organe élévateur de pression 9. Le débit de mélange de gaz s’écoulant vers le récipient 10 varie en fonction de la position du variateur de vitesse qui détermine la vitesse de variation du moteur.
Le deuxième dispositif régulateur de débit peut comprendre au moins un premier contrôleur de débit FC1 associé au variateur de vitesse. Par exemple, l’organe élévateur de pression 9 peut être muni d’un moteur à vitesse variable, ledit moteur comprenant un variateur de vitesse commandé par le premier contrôleur FC1.
Le premier contrôleur de débit FC1 reçoit des signaux de commande représentatifs de la deuxième consigne de débit D. Le débit de mélange de gaz s’écoulant vers le récipient 10 est mesuré et comparé avec la deuxième consigne afin d’ajuster en conséquence la vitesse de rotation du moteur et le débit de mélange pour le faire tendre vers la valeur de consigne.
L’unité de commande 5 est reliée électriquement ou électromagnétiquement au deuxième dispositif régulateur 9 de façon à commander son fonctionnement conformément à la deuxième consigne de débit D. Il est aussi envisageable que le deuxième dispositif régulateur 9 soit commandé par un système indépendant de l’unité de commande et relié ou intégré au premier contrôleur de débit FC1.
Selon une possibilité, le deuxième circuit de transfert 7 comprend un capteur de débit ou débitmètre FC2 configuré pour mesurer le débit de gaz porteur s’écoulant jusqu’au dispositif mélangeur 3. Cela permet de disposer la valeur de débit pour ajuster le débit de gaz mineur et par ce biais la concentration en gaz mineur en temps réel.
De préférence, les premier et deuxième circuits de transfert sont munis chacun d’un organe de détente 15, 16, tel un détendeur ou une vanne, et d’un capteur de pression PC permettant de mesurer la pression régnant dans ces circuits. On réduit ainsi la pression des gaz qui sont stockés le plus souvent sous forme de gaz comprimés à haute pression, typiquement plus de 20 bar, dans leurs récipients. Cela permet d’assurer une meilleure précision sur la composition du mélange. Les gaz minoritaire et porteur sont de préférence maintenus chacun à des pressions constantes lors de leur distribution vers le dispositif mélangeur 3, de préférence entre 1 et 10 bar(g) (bar gauge).
De préférence, un réchauffeur 17, 18 est agencé en amont de chaque organe de détente 15, 16 de façon à chauffer les gaz avant leur détente. Cela permet de compenser le refroidissement causé par l’effet Joule-Thomson lors de l’expansion adiabatique du gaz.
Selon un mode de réalisation avantageux, deux organes de détente peuvent éventuellement être agencés en série, avec de préférence un autre réchauffeur agencé entre deux organes de détente. En effet, lors de la détente de gaz à haute pression, la température des réchauffeurs peut atteindre 70 à 100°C. Avoir recours à deux niveau de détentes permet de réduire la phénomène de surchauffe au niveau des réchauffeurs, ainsi que de réduire la puissance de chauffe de chaque réchauffeur. De préférence, la puissance de chauffe de chaque réchauffeur est commandée individuellement en fonction de la pression avant détente et de la pression souhaitée après détente. Notons qu’au moins un réchauffeur et au moins un détendeur peuvent également être agencés sur les circuits de transfert additionnels le cas échéant.
Par ailleurs, l’installation peut comprendre une unité d’analyse 14 configurée pour mesurer au moins une teneur en le gaz minoritaire et/ou le gaz porteur du mélange de gaz produit à la sortie 33 du dispositif mélangeur 3. L’unité de commande 5 est reliée électriquement ou électromagnétiquement à l’unité d’analyse 14 et reçoit de l’unité d’analyse 14 un signal de mesure représentatif de ladite au moins une teneur mesurée. En fonctionnement, l’unité de commande 5 effectue au moins une comparaison entre ladite teneur mesurée et la teneur cible correspondante en gaz minoritaire et/ou en gaz porteur. De préférence, l’unité d’analyse 14 est configurée pour analyser uniquement la teneur en le gaz minoritaire dans le mélange de gaz.
L’installation comprend plusieurs sources de gaz minoritaires, plusieurs premier circuit de transfert reliant fluidiquement chacune des sources de gaz minoritaire au dispositif mélangeur, les premiers circuits de transfert comprenant chacun un premier dispositif régulateur de débit configuré pour réguler le débit de gaz minoritaire s’écoulant vers le dispositif mélangeur suivant une première consigne de débit déterminée en fonction d’une teneur cible du mélange de gaz en le gaz minoritaire, l’installation comprenant en outre des troisièmes moyens de raccordement fluidique agencés chacun un circuit de transfert entre un premier dispositif régulateur de débit respectif et le dispositif mélangeur, chacun des troisièmes moyens de raccordement fluidique comprenant au moins une vanne de distribution déplaçable en position de façon à permettre ou empêcher la distribution du gaz minoritaire venant premier dispositif régulateur de débit et une vanne d’isolation agencée en aval de la vanne de distribution, ladite vanne d’isolation étant configurée pour isoler fluidiquement la vanne de distribution du dispositif mélangeur lorsque la vanne de distribution est dans une position empêchant la distribution du gaz minoritaire.
Le deuxième dispositif régulateur de débit comprend un organe élévateur de pression, en particulier une pompe ou un compresseur, dont au moins un paramètre de fonctionnement détermine le débit de mélange de gaz s’écoulant vers le récipient.
Le deuxième dispositif régulateur de débit comprend un variateur de vitesse d’un moteur de l’organe élévateur de pression, la vitesse de rotation dudit moteur déterminant le débit de mélange de gaz s’écoulant vers le récipient, le deuxième dispositif régulateur de débit comprenant un premier contrôleur de débit relié au variateur de vitesse et configuré pour mesurer le débit de mélange de gaz s’écoulant vers ledit récipient, le premier contrôleur de débit étant configuré pour contrôler et/ou ajuster une position du dispositif variateur de débit de façon à faire tendre le débit de mélange de gaz mesuré vers la deuxième consigne de débit.
Le deuxième circuit de transfert comprend un capteur de débit ou débitmètre configuré pour mesurer le débit de gaz porteur s’écoulant jusqu’au dispositif mélangeur.
L’installation comprend une unité d’analyse configurée pour mesurer au moins une teneur en le gaz minoritaire et/ou le gaz porteur du mélange de gaz produit à la sortie du dispositif mélangeur, l’unité de commande étant reliée à l’unité d’analyse et configurée pour élaborer un signal de commande sur la base d’au moins une comparaison de ladite au moins une teneur mesurée avec au moins une teneur cible en le gaz minoritaire et/ou une teneur cible en le gaz porteur, et pour adapter la première consigne de débit en réponse audit signal de commande.
L’unité d’analyse produit un signal de mesure représentatif de ladite au moins une teneur mesurée, l’unité de commande comprenant une boucle de régulation de la première consigne de débit sur le signal de mesure fourni par l’unité d’analyse, ladite boucle comprenant :
un comparateur agencé au sein de l’unité de commande et configuré pour élaborer au moins un signal d’erreur à partir d’une comparaison du signal de mesure avec au moins un paramètre choisi parmi : une teneur cible en le gaz minoritaire, une teneur cible en le gaz porteur, un correcteur agencé au sein de l’unité de commande, en particulier du type proportionnel, intégral et dérivé, et configuré pour élaborer le signal de commande à partir du signal d’erreur, les organes régulateurs étant reliés au correcteur et configurés pour se déplacer en position en réponse audit signal de commande.
Le circuit de distribution comprend un réservoir tampon agencé entre le dispositif mélangeur et l’organe élévateur de pression.
L’installation comprend plusieurs récipients raccordés fluidiquement au circuit de distribution par au moins une rampe de remplissage.
L’installation comprend plusieurs modules et des moyens de solidarisation amovible desdits modules, lesquels modules comprennent :