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Procédé et dispositif de mesure du temps de transfert des gaz au sein d'une enceinte, en particulier un four à cuve.
La présente invention a trait à un procédé de mesure du temps de transfert des gaz dans une enceinte, en particulier dans un four à cuve tel qu'un haut-fourneau, à un dispositif pour sa mise en oeuvre et à une méthode d'étalonnage du dispositif en question.
Il existe un certain nombre de processus industriels où l'on désire connaître le temps nécessaire à un gaz pour parcourir une certaine distance, usuellement on parle de temps de transfert au sein d'une enceinte. En général cette enceinte est opaque, difficile, sinon impossible à ausculter par des moyens physiques, tels des sondes ou des hublots, sans que cela entraîne des frais de construction et d'exploitation prohibitifs.
La mesure du temps de transfert est souvent basée sur une opération de calcul qui est : Tm = Tt-Tmp où Tm est le temps de transfert des gaz au sein du processus entre deux points déterminés,
Tt est le temps total mesuré entre le début de la prise de mesure et la fin de cette mesure,
Tmp est le temps mort de prélèvement.
Il est évident que si le temps Tmp est d'un ordre de grandeur petit par rapport à Tm et Tt, par exemple Tmp = 10 sec. alors que Tm = 600 sec. et Tt = 610 sec., une erreur de mesure de Tmp devient négligeable quant à son influence sur la mesure de Tm.
Au contraire, quand on se trouve dans le cas où Tmp est du même ordre de grandeur que Tm, par exemple Tmp = 15 sec. alors que Tm = 10 sec. et Tt = 25 sec., une estimation erronée de Tmp devient fort préjudiciable vu son influence sur la mesure de Tm.
La méthode de mesure de l'invention est particulièrement apte à être utilisée dans les cas de mesure du temps de transfert Tm des gaz où l'estimation du temps mort de prélèvement Tmp doit être précise faute de quoi la mesure du temps de transfert Tm perd tout son intérêt vu l'erreur de mesure possible par l'opération Tm = Tt-Tmp.
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En résumé, nous dirons que la méthode de mesure de l'invention est applicable aux procédés dans lesquels la valeur de Tmp ne peut pas être négligée en grandeur par rapport à Tm.
A titre de simple illustration et dans un but de clarté, la description qui suit fait plus particulièrement référence à un haut-fourneau de production de fonte, processus dans lequel on retrouve les conditions précitées quant à la nécessité d'utilisation de la méthode de l'invention. Il va toutefois de soi que cette description n'est pas limitative et, notamment, l'invention s'applique à tout ensemble dans lequel on désire effectuer certaines mesures dans un cadre analogue à celui du haut-fourneau sidérurgique en ce qui concerne les conditions opérationnelles dictées par la construction dudit ensemble, comme par exemple la difficulté d'accès.
On sait que la charge du haut-fourneau est constituée de couches superposées, composées alternativement de minerai et de combustible. Par minerai, on entend des matières ferrifères, généralement préparées et agglomérées ou en boulettes et pouvant contenir diverses substances, notamment des fondants. Par combustible, on entend des matières carbonées composées essentiellement de coke.
Le minerai et le combustible sont chargés en alternance dans le haut-fourneau de façon à former, sur la hauteur de celui-ci, des couches alternées de matières ferrifères et de combustible.
Après la mise à feu de la charge dans le haut-fourneau, la réduction des minerais par l'injection d'air chaud donne lieu à l'élaboration de la fonte qui s'écoule vers le fond de la cuve et est extraite au bas du haut-fourneau.
Au cours du processus de réduction des minerais dans le haut-fourneau, il est essentiel de disposer de moyens de mesure qui permettent de contrôler et suivre l'évolution du processus en question.
Un paramètre fort important dans le cadre précité est la connaissance du champ de vitesse des gaz à l'intérieur de la charge du haut-fourneau, et ce de préférence en
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continu, car on peut en déduire des informations pour optimaliser le rendement thermique et chimique du haut-fourneau en cause.
Plus particulièrement, on notera que ce type d'informations peut être utilisé par divers systèmes, experts ou autres, pour réguler la marche d'installations mettant en oeuvre des fours à cuve.
Comme le relevé direct en continu du champ de vitesse en de nombreux points du hautfourneau n'est pas réalisable en pratique pour une question d'accès direct aux points en question, on a développé diverses méthodes pour pallier cet inconvénient.
Parmi les méthodes connues, on notera des mesures de pression en paroi du hautfourneau et des relevés de température de la surface de la charge.
La présente invention consiste en un procédé et un dispositif qui éliminent certains inconvénients liés aux méthodes précitées via une approche différente axée sur la détermination du temps de transfert moyen du gaz présent dans l'enceinte du hautfourneau entre deux points distincts de cette dernière.
Le procédé de mesure du temps de transfert des gaz au sein d'une enceinte, en particulier dans un four à cuve tel qu'un haut-fourneau, est essentiellement caractérisé en ce qu'on effectue au moins une opération dans laquelle on injecte un gaz, appelé gaz traceur, en un point A ou A'de l'enceinte, en ce qu'on effectue au moins une opération dans laquelle on prélève en un point B de cette même enceinte le gaz y présent, le point A ou A'étant différent du point B, en ce qu'on effectue au moins une opération dans laquelle on détecte la présence du gaz traceur dans le gaz prélevé en B, en ce qu'on en déduit le temps nécessaire au gaz traceur pour passer du point A ou A'au point B en fonction des informations obtenues à propos de la présence du gaz traceur via un système de détection,
et en ce qu'on effectue au moins une mesure in-situ du temps de réponse du système effectuant le prélèvement en B, mesure appelée étalonnage du procédé.
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Suivant une modalité de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention, le gaz traceur est injecté en un point de la paroi de l'enceinte, préférentiellement au niveau d'une tuyère lors de l'application à une enceinte formée par un four à cuve, en particulier un haut-foumeau.
Suivant une autre modalité de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention, le gaz traceur ne réagit chimiquement ni avec les substances présentes dans l'enceinte, ni avec les produits y générés.
Suivant une modalité préférentielle de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention, le gaz traceur est injecté en quantité suffisamment faible pour ne pas perturber le déroulement des réactions s'effectuant à l'intérieur de l'enceinte en question.
Suivant encore une autre modalité de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention, le prélèvement du gaz dans l'enceinte est opéré en plusieurs points.
Suivant une modalité préférentielle de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention, le prélèvement du gaz est opéré au moyen d'une poutre, placée au-dessus ou sous le niveau supérieur de la charge contenue dans l'enceinte et munie de plusieurs points de prélèvement.
Suivant une autre modalité préférentielle de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention, les prélèvements sont effectués par des sondes qui accompagnent la charge contenue dans l'enceinte, au cours de son mouvement de descente.
Suivant encore une autre modalité préférentielle de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention relative à l'opération d'analyse du gaz prélevé dans l'enceinte, on détermine la concentration en certains composants dudit gaz au moyen d'un spectromètre de masse.
La figure 1 schématise l'application du principe de la méthode de mesure de l'invention au cas du haut-fourneau. On y distingue le haut-fourneau (1), les tuyères d'injection (2),
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une poutre de mesure (3) munie de plusieurs sondes de prélèvement (4), la poutre (3) étant reliée à un dispositif d'analyse (5).
Dans ce cas particulier de mise en oeuvre, on a supposé que l'introduction de gaz traceur pourrait être faite en deux endroits tels que A et A', respectivement (6) qui est un trou d'accès ménagé dans la paroi du haut-fourneau et (7) qui est un accès prévu dans la tuyère d'injection pour y introduire le gaz traceur au moyen de dispositifs adéquats (8).
L'opération d'étalonnage, dont question dans la méthode de mesure de l'invention, s'avère nécessaire à partir du moment où on désire effectuer des mesures en continu avec des conditions de pression et de température variables au niveau de la sonde de prélèvement.
Elle s'avère également nécessaire lorsque la perte de charge dans le circuit de prélèvement évolue au cours du temps, par exemple, suite au colmatage progressif des éléments de filtrage du gaz inclus dans une unité de prélèvement du gaz.
Un avantage fondamental de la méthode de l'invention réside dans son aspect d'étalonnage in-situ, par opposition à un étalonnage effectué en laboratoire ou à l'extérieur de l'enceinte. Il est évident que ce type d'étalonnage effectué sur le site même des mesures permet de tenir compte de l'état réel du dispositif de prélèvement.
Suivant une modalité de mise en oeuvre de la méthode de mesure, objet de la présente invention, l'opération d'étalonnage consiste à injecter au point de prélèvement, relatif à l'équipement à étalonner, une quantité d'un gaz déterminé et à mesurer le temps séparant ladite injection et la détection du gaz précité dans l'équipement de prélèvement et de détection.
Suivant une modalité de réalisation préférentielle de la méthode d'étalonnage précitée, on utilise une sonde ou canne de prélèvement composée d'au moins deux tubes, un au moins desdits tubes servant à prélever le gaz présent dans l'enceinte au point de prélèvement et étant relié à un équipement d'analyse sensible à au moins un composant du gaz prélevé dans l'enceinte,
et l'autre ou au moins un des autres tubes présents servant à l'injection du gaz déterminé précité et étant relié à un équipement le ou les alimentant en gaz précité
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Suivant une modalité de réalisation de la méthode d'étalonnage précitée dans laquelle on utilise une sonde ou canne de prélèvement constituée d'au moins deux tubes disposés de telle sorte qu'un au moins desdits tubes soit utilisé pour effectuer le prélèvement et qu'un au moins des autres tubes, non utilisés pour le prélèvement, soit utilisé pour injecter le gaz traceur en bout de canne de prélèvement, on effectue les opérations suivantes :
1) on envoie un mélange gazeux, formé d'un gaz, de préférence neutre, et de gaz traceur à faible débit dans le ou les tubes précités utilisés pour injecter le gaz traceur, effectuant de la sorte une opération de purge ayant pour but de remplir au moyen dudit mélange gazeux le volume compris dans les tubes en question, ledit mélange s'échappant à l'extrémité de la canne de prélèvement vers l'enceinte, 2) on prélève par le ou les tubes précités, utilisés pour le prélèvement, le gaz de l'enceinte auquel s'est mélangé le gaz traceur, le ou les tubes précités utilisés pour le prélèvement étant raccordés au système de détection, 3) on provoque à un instant tO un accroissement brutal de la pression du mélange précité en 1,
l'augmentation de pression dans le ou les tubes précités utilisés pour injecter le gaz traceur se transmettant à l'extrémité ouverte de ce ou ces tubes et y produisant à l'instant t1 un accroissement de débit qui a pour effet d'augmenter la teneur en gaz traceur dans le gaz prélevé par le ou les tubes précités utilisés pour le prélèvement, 4) on détermine l'instant t2 qui est le moment où la variation de la concentration en gaz traceur présent dans le gaz prélevé est détectée par le dispositif d'analyse auquel est relié ou sont reliés le ou les tubes précités utilisés pour le prélèvement en question, 5) on détermine le temps de transfert dans l'équipement de prélèvement par l'opération t2-tO.
La durée t2-t0 est aisément mesurable et est une bonne approximation de t2-t1. La différence t1 - ta peut en effet être négligée car la vitesse de transmission de l'accroissement de la pression dans un tube, de l'ordre de la vitesse du son, est très nettement supérieure aux vitesses habituelles de déplacement du gaz Suivant cette modalité de réalisation particulière de la méthode précédente d'étalonnage dans laquelle le gaz dans l'enceinte contient du gaz traceur en une concentration mesurable, on utilise dans l'opération un mélange gazeux ne contenant pas le gaz traceur et on effectue les mêmes opérations que précédemment
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Une autre méthode d'étalonnage peut aussi être utilisée dans le cas où les circuits de prélèvement sont courts,
c'est-à-dire lorsque le temps Tmp est inférieur par exemple à 3 à 4 fois le temps Tm.
Suivant cette modalité de réalisation de la méthode d'étalonnage précitée dans laquelle on utilise une sonde ou canne de prélèvement constituée d'au moins deux tubes disposés de telle sorte qu'un au moins desdits tubes soit utilisé pour effectuer le prélèvement et qu'un au moins des autres tubes, non utilisés pour le prélèvement, soit utilisé pour injecter du gaz traceur en bout de canne de prélèvement, on effectue les opérations suivantes :
1) on envoie un gaz, dit d'étalonnage, exempt ou à faible teneur en gaz traceur à un débit tel que la vitesse du gaz dans le ou les tubes utilisés pour l'injection soit nettement supérieure à celle du gaz dans le ou les tubes utilisés pour le prélèvement, de préférence 3 à 4 fois cette dernière, 2) à un temps tO, on envoie une impulsion ou quantité supplémentaire de gaz traceur dans le ou les tubes utilisés pour l'injection et ce dernier arrive à l'entrée de la canne de prélèvement, à l'instant t1 où il est partiellement aspiré par ladite canne de prélèvement, 3) on détecte à un instant t2 via le dispositif d'analyse connecté sur la canne de prélèvement une variation de concentration en gaz traceur, 4)
on détermine le temps de transfert dans l'équipement de prélèvement par l'opération t2-tO car la différence t1 - ta peut être négligée si l'on respecte les conditions opératoires précitées, c'est-à-dire si la vitesse dans le ou les tubes utilisés pour l'injection est telle que t1-tO peut être considéré comme négligeable ou si cette dernière peut être calculée avec une précision suffisante.
Suivant une modalité de réalisation préférentielle de la méthode d'étalonnage précitée, on utilise une sonde ou canne de prélèvement composée de deux tubes coaxiaux, l'un étant connecté pour opérer l'injection du gaz traceur et l'autre pour prélever le gaz présent dans l'enceinte.
Afin d'illustrer les modalités précédentes de mise en oeuvre de l'opération d'étalonnage, on a schématisé ces opérations, c'est-à-dire qu'on a omis de représenter tout ce qui
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n'était pas nécessaire à la bonne compréhension des opérations d'étalonnage, dans le cas de sondes ou cannes formées de tubes coaxiaux, de sorte que la figure 4a s'applique au cas où l'on envoie un mélange gazeux, formé d'un gaz, de préférence neutre, et de gaz traceur à faible débit dans le tube utilisé pour injecter le gaz traceur et où l'on provoque à un instant tO un accroissement brutal de la pression du mélange précité, et que la figure 4b s'applique au cas où les circuits de prélèvement sont courts et où l'on envoie un gaz, dit d'étalonnage, exempt ou à faible teneur en gaz traceur,
à un débit tel que la vitesse du gaz dans le tube utilisé pour l'injection soit nettement supérieure à celle du gaz dans le tube utilisé pour le prélèvement et où l'on détecte à un instant t2 via le dispositif d'analyse connecté sur la canne de prélèvement une variation de concentration en gaz traceur.
Si l'on s'en réfère à la figure 4a qui schématise un dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode de mesure suivant l'invention dans le contexte d'un haut-fourneau utilisant une sonde (4) de prélèvement à double paroi, on peut décrire l'opération précédente d'étalonnage comme suit :
- le tube intérieur (17) étant en prélèvement, on effectue la purge en envoyant un mélange contenant du gaz traceur qui se trouve dans le réservoir (20) en surpression par rapport à l'enceinte du haut-fourneau, ce mélange est introduit à faible débit dans le tube extérieur (16) par l'intermédiaire de la vanne télécommandée (18), - on effectue la purge suffisamment longtemps pour permettre un remplissage complet du volume compris entre les tubes intérieur (17) et extérieur (16), ce mélange s'échappe alors à l'extrémité de la sonde et se mélange au gaz de haut-fourneau passant à cet endroit ; - on prélève une partie du gaz via le tube (17) et on l'analyse au moyen du détecteur (15) qui décèlera une faible concentration en gaz traceur ;
- on ouvre la vanne télécommandée (19) à l'instant tO pendant un temps court ce qui provoque une impulsion de pression, car le circuit de la vanne (19) est conçu de manière à présenter une perte de charge nettement plus faible que le circuit de la vanne (18) ; il s'en suit que l'impulsion de pression se propage rapidement à la vitesse du son dans le gaz jusqu'à l'extrémité du tube (16) où elle entraîne un accroissement de débit au bout de la sonde (4), et par conséquent une augmentation de la concentration en gaz
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traceur du gaz de haut-fourneau passant à proximité de l'extrémité du tube intérieur (17) a lieu au moment t1 ; - on détecte au moment t2 via le détecteur (15) une augmentation de la teneur en gaz traceur ;
- on détermine le temps de transfert dans le haut-fourneau par l'opération t2-tO car t1 - tO est négligeable vu les conditions opératoires, car la vitesse du son dans un tube est d'un ordre de grandeur plusieurs fois supérieur à la vitesse de déplacement du gaz.
En se référant à la figure 4b, on peut procéder à l'opération d'étalonnage précitée comme suit : - on utilise une sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi constituée de deux tubes concentriques disposés de telle sorte que le tube intérieur (17) soit utilisé pour effectuer le prélèvement et que le tube extérieur (16) soit utilisé pour envoyer en bout de canne de prélèvement du gaz, le tube intérieur (17) étant en prélèvement, on effectue les opérations suivantes :
- on envoie, par action sur la vanne (21) commandée à distance, un gaz, dit d'étalonnage, exempt ou à faible teneur en gaz traceur, issu du réservoir (22), ledit gaz étant envoyé à un débit tel que la vitesse du gaz dans le tube extérieur (16) soit nettement supérieure à celle du gaz dans la canne de prélèvement ou tube intérieur (17), de préférence 3 à
4 fois cette dernière, - à un temps tO, on envoie, en ouvrant brièvement la vanne (18) reliée au réservoir (20) contenant du gaz traceur, une impulsion ou quantité supplémentaire de gaz traceur dans le gaz d'étalonnage introduit dans le tube extérieur (16) et ce dernier arrive à l'entrée de la canne de prélèvement (4) à l'instant t1 où il est partiellement aspiré par ladite canne de prélèvement (4) et passe dans le tube intérieur (17),
- on détecte à un instant t2 via le dispositif (15) d'analyse connecté sur la canne de prélèvement (4) en question une présence plus forte de gaz traceur, - on détermine le temps de transfert dans l'équipement de prélèvement par l'opération t2- tO car la différence t1 - ta peut être négligée SI l'on respecte les conditions opératoires précitées, c'est-à-dire si la vitesse dans le tube extérieur est telle que t1 - ta peut être considéré comme négligeable ou si cette dernière peut être calculée avec une précision suffisante.
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Suivant une autre modalité de réalisation de l'opération d'étalonnage, conformément à la présente invention, dans laquelle on utilise une sonde de prélèvement à un seul tube, celle-ci s'appliquant dans le cas où la teneur en composant analysé du gaz de l'enceinte diffère suffisamment de la teneur en ce composant dans un gaz dit de purge pour que la transition de l'un à l'autre soit détectable par le système d'analyse, une vanne d'arrêt étant placée sur le circuit de prélèvement, on effectue les opérations suivantes : 1) on ouvre une vanne d'arrêt placée sur le circuit de prélèvement de manière à mettre ce dernier en liaison avec le dispositif d'analyse ;
2) on ouvre une vanne de purge de manière à envoyer dans le circuit de prélèvement précité un gaz, dit de purge, différenciable du gaz de l'enceinte par un de ses composants détectables sélectivement par l'équipement d'analyse, ladite opération étant effectuée pendant un temps suffisamment long pour que l'entièreté de la section de tuyauterie allant de la vanne de purge au détecteur inclus dans l'équipement d'analyse du gaz prélevé soit purgée :
3) on ferme ensuite la vanne d'arrêt placée sur le circuit de prélèvement et on laisse l'opération de purge se poursuivre en direction de l'enceinte et ce pendant un temps suffisamment long pour que la tuyauterie et les appareillages situés entre la vanne d'arrêt et la sonde de prélèvement soient totalement remplis du gaz de purge de sorte que l'on élimine tant des circuits de prélèvement que de conditionnement du gaz prélevé toute trace de gaz de l'enceinte ; 4) on ferme ensuite la vanne de purge et on attend que la pression du circuit de prélèvement, côté vanne de purge, soit égale à la pression régnant dans l'enceinte ;
5) on ouvre la vanne d'arrêt placée sur le circuit de prélèvement à l'instant tO et on relève l'instant t1 où l'équipement de détermination de la composition du gaz prélevé décèle le composant du gaz de l'enceinte auquel il est sensible.
6) on détermine le temps de transfert dans le circuit de prélèvement par l'opération t1-tO ce qui permet son étalonnage.
La figure 5 illustre une manière de procéder à l'étalonnage explicité dans la modalité précédente dans laquelle on utilise une sonde (4) de prélèvement à un seul tube et le gaz présent dans la cuve contient le gaz traceur en quantité détectable ou un des composants du gaz de la cuve peut être détecté sélectivement par l'équipement (15) d'analyse du gaz
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prélevé, une vanne d'arrêt (23) étant placée sur le circuit de prélèvement, on effectue les opérations suivantes : 1) on ouvre une vanne d'arrêt (23) placée sur le circuit de prélèvement de manière que ce dernier soit en mode de prélèvement ;
2) on ouvre une vanne de purge (21) de manière à envoyer, à partir du réservoir (22), dans le circuit de prélèvement précité un gaz dit de purge, différenciable du gaz de processus par sa teneur en gaz traceur ou en un de ses composants détectable sélectivement par l'équipement d'analyse (15) du gaz prélevé, ladite opération étant effectuée pendant un temps suffisamment long pour que l'entièreté de la section de tuyauterie allant de la vanne de purge (21) au détecteur inclus dans l'équipement de détermination (15) de la composition du gaz prélevé soit purgée du gaz de processus ;
3) on ferme ensuite la vanne d'arrêt (23) placée sur le circuit de prélèvement et on laisse l'opération de purge se poursuivre en direction de la cuve et ce pendant un temps suffisamment long pour que la tuyauterie et les appareillages situés entre la vanne d'arrêt (23) et la sonde de prélèvement (4) soient également remplis du gaz de purge de sorte que l'on élimine tant des circuits de prélèvement que de conditionnement du gaz prélevé toute trace de gaz détectable par les appareillages de mesure ; 4) on ferme ensuite la vanne de purge (21) et on attend que la pression du circuit de prélèvement, côté vanne de purge, soit égale à la pression régnant dans la cuve ;
5) on ouvre la vanne d'arrêt (23) placée sur le circuit de prélèvement relié à la sonde (4) à l'instant tO et on relève l'instant t1 où l'équipement de détermination (15) de la composition du gaz prélevé décèle le composant du gaz de la cuve auquel il est sensible.
La durée t1-tO donne le temps de transfert dans le circuit de prélèvement et permet son étalonnage.
Suivant encore une autre modalité de réalisation de l'opération d'étalonnage, conformément à la présente invention, on remplace la purge en continu de l'étape 3 dans la modalité précédente par une purge discontinue en ouvrant et fermant successivement la vanne de purge (21) de manière à ce que la pression dans le circuit oscille entre celle du circuit de purge et celle de l'enceinte.
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Cette dernière méthode permet d'éliminer plus aisément du gaz se trouvant dans des volumes morts éventuels des circuits de prélèvement et de conditionnement en créant des variations de pression.
Suivant une modalité préférentielle de mise en oeuvre de la méthode de mesure, objet de la présente invention, on utilise un moyen de mesure de débit pour déterminer en continu ou séquentiellement le débit transitant dans une ou plusieurs parties utilisées lors de la mesure, comme par exemple le circuit de prélèvement, le circuit de conditionnement du gaz et le circuit allant vers le détecteur de gaz traceur, on compare les valeurs relevées au cours du temps dans les différents circuits, et on procède, soit à un nouvel étalonnage chaque fois qu'une au moins des valeurs mesurées diffère de plus de 10% par rapport à la valeur précédemment mesurée au même endroit, soit à une opération mathématique d'interpolation pour corriger les mesures de temps de transfert obtenues en fonction de valeurs mesurées précédemment dans le même dispositif.
L'alternative précédente permet de limiter le nombre d'opérations d'étalonnage en fournissant un critère de surveillance du dispositif mettant en oeuvre la méthode de mesure de l'invention.
Suivant une modalité préférentielle de mise en oeuvre de la méthode de mesure, objet de la présente invention, on utilise comme gaz traceur un gaz rare, en particulier de l'hélium.
Suivant encore une autre modalité préférentielle de mise en oeuvre de la méthode de mesure, objet de la présente invention, on utilise un mélange hélium-azote comme gaz d'étalonnage et de l'azote comme gaz de purge.
Il va de soi que la méthode de mesure du temps de transfert de l'invention explicitée cidessus dans le cas d'une sonde de prélèvement est aussi applicable quand on met en oeuvre plusieurs sondes, tant la mesure que l'étalonnage sont alors, soit effectués sur chaque dispositif auquel est reliée chaque sonde, soit effectués séquentiellement si les mesures sont effectuées en connectant les différentes sondes l'une après l'autre sur ledit dispositif de mesure.
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En outre, les opérations mentionnées dans l'explication ci-dessus de la méthode peuvent aussi bien être effectuées sous contrôle d'opérateurs manuels que gérées via des moyens automatiques tels que des systèmes informatiques qui peuvent aussi servir à l'archivage et à l'interprétation des résultats obtenus, avec ou sans boucle de contrôle de retour vers la gestion du processus industriel dans lequel la méthode de mesure de l'invention est utilisée.
L'invention a aussi trait à un dispositif destiné à sa mise en oeuvre.
Le dispositif de mise en oeuvre du procédé de mesure du temps de transfert, objet de la présente invention, comprend au moins les parties ci-après : a) des moyens pour injecter un gaz traceur dans la charge du haut-foumeau ; b) des moyens pour prélever du gaz présent dans le haut-fourneau ; c) des moyens pour analyser le gaz prélevé ; et d) des moyens pour gérer les différentes opérations nécessaires à la conduite du procédé de l'invention.
Suivant une modalité de réalisation du dispositif de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention dans le contexte d'un haut-fourneau, illustrée schématiquement sur la figure 2, les moyens pour injecter le gaz traceur dans l'enceinte comprennent au moins un réservoir (8) contenant le gaz traceur, ce dernier étant à une pression supérieure à celle régnant dans le haut-fourneau, une vanne (9) à réponse rapide pilotée à distance et un élément (10) créant une perte de charge afin de contrôler le débit injecté, préférentiellement l'élément (10) est une vanne de réglage ou un orifice calibré, associé éventuellement à un clapet anti-retour (11) destiné à empêcher le reflux du gaz présent au point d'injection,
c'est-à-dire le vent chaud si l'injection a lieu au niveau d'une tuyère ou le gaz de haut-fourneau si l'injection a lieu en un point de la paroi, préférentiellement une sonde (12) ou canne d'injection du gaz traceur dans le hautfourneau.
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Suivant une modalité de réalisation du dispositif de l'invention, les moyens pour prélever le gaz présent dans le haut-fourneau comprennent une ou plusieurs sondes ou cannes de prélèvement.
Suivant une modalité de réalisation du dispositif de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, illustrée schématiquement sur la figure 3, les moyens de prélèvement et de mesure du gaz prélevé dans le haut-fourneau comprennent au moins une sonde (4) de prélèvement, un équipement de traitement (13) du gaz prélevé afin de le rendre compatible avec le dispositif de mesure (15) quantitatif et qualitatif du gaz prélevé comprenant au moins un détecteur signalant la présence du gaz traceur, un échappement (14) ou rejet à l'atmosphère et éventuellement un équipement de pompage (non représenté) destiné à prélever le gaz dans la charge quand la pression régnant dans le haut-fourneau est trop faible que pour assurer un débit suffisant dans les moyens de prélèvement et les moyens d'analyse.
Suivant une modalité de réalisation du dispositif de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, les moyens pour gérer les différentes opérations nécessaires à la conduite du procédé de l'invention, comprennent au moins un calculateur ou un équipement analogue contrôlant l'enchaînement des différentes séquences telles que l'ouverture ou la fermeture des vannes, la collecte des mesures fournies par le ou les détecteurs et assumant les opérations de calcul du délai entre l'ouverture de la vanne d'injection du gaz traceur et sa détection en fonction du point de prélèvement ainsi que les opérations d'archivage et d'étalonnage.
Suivant une modalité de réalisation préférentielle du dispositif de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, dont la représentation est effectuée sur la figure 4a, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à double paroi, ledit dispositif comporte :
- une sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi, le tube intérieur (17) étant utilisé pour effectuer le prélèvement et le tube extérieur (16) étant utilisé pour envoyer en bout de canne (4) une certaine quantité de gaz d'étalonnage, - un réservoir (20) relié au tube extérieur (16), ledit réservoir étant en surpression par rapport à l'enceinte du haut-fourneau et contenant le gaz de purge, par l'intermédiaire de
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la vanne télécommandée (18) d'une part et d'autre part via la vanne télécommandée (19) qui est incluse dans un circuit conçu de manière à présenter une perte de charge nettement plus faible que le circuit de la vanne (18), - le tube intérieur (17) de la sonde (4) relié au détecteur (15) via une unité (13) de traitement du gaz prélevé.
Suivant une modalité de réalisation particulière du dispositif précité de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à double paroi, on remplace la sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi dont le tube intérieur (17) est utilisé pour effectuer le prélèvement et le tube extérieur (16) est utilisé pour envoyer en bout de canne (4) une certaine quantité de gaz d'étalonnage, par une sonde ou canne de prélèvement à double paroi dont le tube extérieur est utilisé pour effectuer le prélèvement et le tube intérieur est utilisé pour envoyer en bout de canne une certaine quantité de gaz d'étalonnage.
Suivant une autre modalité de réalisation préférentielle du dispositif de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, dont la représentation est effectuée sur la figure 4b, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à double paroi, ledit dispositif comporte :
- une sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi constituée de deux tubes concentriques disposés de telle sorte que le tube intérieur (17) soit utilisé pour effectuer le prélèvement et que le tube extérieur (16) soit utilisé pour envoyer du gaz en bout de canne de prélèvement, - le tube extérieur (16) relié d'une part à un réservoir (22) contenant un gaz d'étalonnage via une vanne (21) commandée à distance, et d'autre part à un réservoir (20) contenant du gaz traceur via une vanne (18), - le tube intérieur (17) de la canne de prélèvement (4) est relié à un dispositif (13) de conditionnement du gaz prélevé, dont la sorte est reliée d'une part à un dispositif (15) d'analyse et d'autre part à un échappement (14).
Suivant une modalité de réalisation particulière du dispositif précité de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, permettant notamment
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l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à double paroi, on remplace la sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi dont le tube intérieur (17) soit utilisé pour effectuer le prélèvement et que le tube extérieur (16) soit utilisé pour envoyer en bout de canne (4) une certaine quantité de gaz d'étalonnage, par une sonde ou canne de prélèvement à double paroi dont le tube extérieur est utilisé pour effectuer le prélèvement et le tube intérieur est utilisé pour envoyer en bout de canne une certaine quantité de gaz d'étalonnage.
Suivant une modalité de réalisation préférentielle du dispositif de prélèvement pour la mise en oeuvre du procédé de mesure suivant l'invention, on utilise une sonde de prélèvement à double paroi comportant un tube intérieur tel que son ouverture du côté du prélèvement du gaz soit en retrait par rapport au tube extérieur.
Suivant encore une autre modalité de réalisation préférentielle du dispositif de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, dont la représentation est effectuée sur la figure 5, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à un seul tube, ledit dispositif comporte une sonde (4) connectée à un dispositif (13) de conditionnement du gaz prélevé, ladite sonde (4) est aussi connectée d'une part à un réservoir (22) contenant le gaz de purge via une vanne (21), et d'autre part à un dispositif (15) d'analyse du gaz prélevé et à un échappement (14) via une vanne (23), un manomètre (24) étant connecté au point commun des vannes (21) et (23).
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Method and device for measuring the time of transfer of gases within an enclosure, in particular a tank furnace.
The present invention relates to a method for measuring the time of transfer of gases in an enclosure, in particular in a shaft furnace such as a blast furnace, a device for its implementation and a calibration method. of the device in question.
There are a certain number of industrial processes where one wishes to know the time necessary for a gas to travel a certain distance, usually one speaks of transfer time within an enclosure. In general, this enclosure is opaque, difficult, if not impossible to be examined by physical means, such as probes or portholes, without this resulting in prohibitive construction and operating costs.
The measurement of the transfer time is often based on a calculation operation which is: Tm = Tt-Tmp where Tm is the transfer time of the gases within the process between two determined points,
Tt is the total time measured between the start of the measurement and the end of this measurement,
Tmp is the withdrawal dead time.
It is obvious that if the time Tmp is of an order of magnitude small compared to Tm and Tt, for example Tmp = 10 sec. while Tm = 600 sec. and Tt = 610 sec., a measurement error of Tmp becomes negligible as regards its influence on the measurement of Tm.
On the contrary, when we are in the case where Tmp is of the same order of magnitude as Tm, for example Tmp = 15 sec. while Tm = 10 sec. and Tt = 25 sec., an incorrect estimate of Tmp becomes very detrimental given its influence on the measurement of Tm.
The measurement method of the invention is particularly suitable for being used in the case of measurement of the transfer time Tm of the gases where the estimation of the dead time for sampling Tmp must be precise, failing which the measurement of the transfer time Tm loses all its interest given the possible measurement error by the operation Tm = Tt-Tmp.
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In summary, we will say that the measurement method of the invention is applicable to methods in which the value of Tmp cannot be neglected in magnitude with respect to Tm.
By way of simple illustration and for the sake of clarity, the following description refers more particularly to a blast furnace for the production of pig iron, a process in which the above conditions are found as regards the necessity of using the method of l 'invention. It goes without saying, however, that this description is not limiting and, in particular, the invention applies to any assembly in which it is desired to carry out certain measurements in a setting similar to that of the steel blast furnace with regard to the conditions operational dictated by the construction of said set, such as the difficulty of access.
We know that the blast furnace charge is made up of superimposed layers, made up alternately of ore and fuel. The term “ore” is intended to mean iron materials, generally prepared and agglomerated or in pellets and which may contain various substances, in particular fluxes. By fuel is meant carbonaceous materials composed essentially of coke.
The ore and the fuel are alternately loaded into the blast furnace so as to form, on its height, alternating layers of ferrifers and fuel.
After firing the charge in the blast furnace, the reduction of ores by the injection of hot air gives rise to the production of cast iron which flows towards the bottom of the tank and is extracted at the bottom from the blast furnace.
During the process of reduction of ores in the blast furnace, it is essential to have means of measurement which make it possible to control and follow the evolution of the process in question.
A very important parameter in the aforementioned framework is the knowledge of the gas velocity field inside the blast furnace charge, and this preferably in
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continuous, because we can deduce information to optimize the thermal and chemical efficiency of the blast furnace in question.
More particularly, it will be noted that this type of information can be used by various systems, expert or otherwise, to regulate the operation of installations using tank ovens.
As the direct direct reading of the speed field at many points of the blast furnace is not practicable for a question of direct access to the points in question, various methods have been developed to overcome this drawback.
Among the known methods, there will be measurements of pressure at the wall of the blast furnace and temperature readings of the surface of the load.
The present invention consists of a method and a device which eliminate certain drawbacks linked to the aforementioned methods via a different approach focused on determining the average transfer time of the gas present in the enclosure of the blast furnace between two points distinct from the latter.
The method for measuring the time of transfer of gases within an enclosure, in particular in a tank furnace such as a blast furnace, is essentially characterized in that at least one operation is carried out in which a gas, called tracer gas, at a point A or A 'of the enclosure, in that at least one operation is carried out in which the gas present there, point A or A, is taken at a point B of this same enclosure '' being different from point B, in that at least one operation is carried out in which the presence of the tracer gas in the gas sampled in B is detected, in that the time necessary for the tracer gas to pass from the point is deduced therefrom A or A 'at point B depending on the information obtained about the presence of the tracer gas via a detection system,
and in that at least one in-situ measurement of the response time of the system performing the sampling at B is carried out, a measurement called calibration of the process.
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According to a method of implementing the measurement method of the invention, the tracer gas is injected at a point on the wall of the enclosure, preferably at the level of a nozzle during application to an enclosure formed by a tank furnace, in particular a blast furnace.
According to another embodiment of the measurement method of the invention, the tracer gas does not react chemically either with the substances present in the enclosure, or with the products generated there.
According to a preferred mode of implementation of the measurement method of the invention, the tracer gas is injected in a quantity small enough not to disturb the course of the reactions taking place inside the enclosure in question.
According to yet another embodiment of the measurement method of the invention, the sampling of the gas in the enclosure is carried out at several points.
According to a preferred embodiment of the measurement method of the invention, the gas is removed by means of a beam, placed above or below the upper level of the load contained in the enclosure and provided with several sampling points.
According to another preferred embodiment of the measurement method of the invention, the samples are taken by probes which accompany the load contained in the enclosure, during its downward movement.
According to yet another preferred embodiment of the measurement method of the invention relating to the operation of analyzing the gas sampled in the enclosure, the concentration of certain components of said gas is determined by means of a spectrometer of mass.
Figure 1 shows schematically the application of the principle of the measurement method of the invention in the case of the blast furnace. We can see the blast furnace (1), the injection nozzles (2),
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a measurement beam (3) provided with several sampling probes (4), the beam (3) being connected to an analysis device (5).
In this particular case of implementation, it was assumed that the introduction of tracer gas could be made in two places such as A and A ', respectively (6) which is an access hole made in the wall of the upper furnace and (7) which is an access provided in the injection nozzle for introducing the tracer gas therein by means of suitable devices (8).
The calibration operation, referred to in the measurement method of the invention, proves to be necessary from the moment when it is desired to carry out continuous measurements with variable pressure and temperature conditions at the level of the temperature probe. sample.
It also proves necessary when the pressure drop in the sampling circuit changes over time, for example, following the gradual clogging of the gas filtering elements included in a gas sampling unit.
A fundamental advantage of the method of the invention lies in its aspect of in-situ calibration, as opposed to a calibration carried out in the laboratory or outside the enclosure. It is obvious that this type of calibration carried out on the site of the measurements makes it possible to take account of the real state of the sampling device.
According to a method of implementing the measurement method which is the subject of the present invention, the calibration operation consists in injecting at the sampling point, relating to the equipment to be calibrated, a quantity of a determined gas and at measuring the time between said injection and the detection of the aforementioned gas in the sampling and detection equipment.
According to a preferred embodiment of the abovementioned calibration method, a sampling probe or cane is used which is made up of at least two tubes, at least one of said tubes serving to sample the gas present in the enclosure at the sampling point and being connected to analysis equipment sensitive to at least one component of the gas taken from the enclosure,
and the other or at least one of the other tubes present serving for the injection of the aforementioned determined gas and being connected to an item of equipment supplying them with said gas
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According to one embodiment of the abovementioned calibration method in which a sampling probe or rod is used which consists of at least two tubes arranged so that at least one of said tubes is used for taking the sample and that at least other tubes, not used for sampling, or used to inject the tracer gas at the end of the sampling rod, the following operations are carried out:
1) a gaseous mixture, consisting of a gas, preferably neutral, and of tracer gas at low flow rate is sent into the aforementioned tube or tubes used to inject the tracer gas, thereby effecting a purging operation intended to fill by means of said gaseous mixture the volume included in the tubes in question, said mixture escaping at the end of the sampling rod towards the enclosure, 2) the aforementioned tube or tubes are used, used for sampling, the gas from the enclosure to which the tracer gas has mixed, the aforementioned tube or tubes used for sampling being connected to the detection system, 3) a sudden increase in the pressure of the aforementioned mixture at 1 is caused at an instant t0 ,
the pressure increase in the aforementioned tube or tubes used to inject the tracer gas being transmitted to the open end of this or these tube (s) and producing therein at time t1 an increase in flow rate which has the effect of increasing the content in tracer gas in the gas sampled by the aforementioned tube or tubes used for sampling, 4) the instant t2 is determined, which is the moment when the variation in the concentration of tracer gas present in the sampled gas is detected by the device d analysis to which is connected or are connected the aforementioned tube or tubes used for the sample in question, 5) the transfer time in the sample equipment is determined by the operation t2-tO.
The duration t2-t0 is easily measurable and is a good approximation of t2-t1. The difference t1 - ta can indeed be neglected because the speed of transmission of the increase in pressure in a tube, of the order of the speed of sound, is very much higher than the usual speeds of movement of the gas According to this modality particular embodiment of the previous calibration method in which the gas in the enclosure contains tracer gas in a measurable concentration, a gaseous mixture not containing the tracer gas is used in the operation and the same operations are carried out as above
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Another calibration method can also be used in the case where the sampling circuits are short,
that is to say when the time Tmp is less, for example, 3 to 4 times the time Tm.
According to this embodiment of the abovementioned calibration method in which a sampling probe or rod is used which is made up of at least two tubes arranged in such a way that at least one of said tubes is used to carry out the sampling and that a at least other tubes, not used for sampling, or used to inject tracer gas at the end of the sampling rod, the following operations are carried out:
1) a gas, called a calibration gas, which is free or has a low content of tracer gas, is sent at a rate such that the speed of the gas in the tube or tubes used for injection is significantly higher than that of the gas in the one or more tubes used for sampling, preferably 3 to 4 times the latter, 2) at a time tO, a pulse or additional quantity of tracer gas is sent into the tube or tubes used for injection and the latter arrives at the inlet from the sampling rod, at the instant t1 where it is partially sucked up by the said sampling rod, 3) a variation in the concentration of tracer gas is detected at an instant t2 via the analysis device connected to the sampling rod, 4)
the transfer time in the sampling equipment is determined by the operation t2-tO because the difference t1 - ta can be neglected if the abovementioned operating conditions are respected, that is to say if the speed in the or the tubes used for the injection is such that t1-tO can be considered negligible or if the latter can be calculated with sufficient precision.
According to a preferred embodiment of the abovementioned calibration method, a sampling probe or rod is used, composed of two coaxial tubes, one being connected to operate the injection of the tracer gas and the other to draw the present gas. inside the enclosure.
In order to illustrate the previous methods of implementing the calibration operation, we have schematized these operations, that is to say that we have omitted to represent all that
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was not necessary for the proper understanding of the calibration operations, in the case of probes or rods formed from coaxial tubes, so that FIG. 4a applies to the case where a gaseous mixture, consisting of a gas, preferably neutral, and tracer gas at low flow rate in the tube used to inject the tracer gas and into which an abrupt increase in the pressure of the aforementioned mixture is caused at an instant t0, and that FIG. 4b s' applies to the case where the sampling circuits are short and where a so-called calibration gas, free or with low tracer gas content, is sent,
at a rate such that the speed of the gas in the tube used for injection is significantly higher than that of the gas in the tube used for sampling and where t2 is detected at an instant via the analysis device connected to the sampling rod variation in tracer gas concentration.
If one refers to FIG. 4a which diagrams a device for implementing the measurement method according to the invention in the context of a blast furnace using a double-walled sampling probe (4) , the previous calibration operation can be described as follows:
- the inner tube (17) being withdrawn, the purge is carried out by sending a mixture containing tracer gas which is in the tank (20) in overpressure relative to the enclosure of the blast furnace, this mixture is introduced to low flow in the outer tube (16) via the remote-controlled valve (18), - the purge is carried out long enough to allow complete filling of the volume between the inner (17) and outer (16) tubes, this mixture then escapes at the end of the probe and mixes with blast furnace gas passing there; - one takes part of the gas via the tube (17) and analyzes it by means of the detector (15) which will detect a low concentration of tracer gas;
- the remote-controlled valve (19) is opened at time tO for a short time, which causes a pressure pulse, since the circuit of the valve (19) is designed so as to have a significantly lower pressure drop than the valve circuit (18); it follows that the pressure pulse propagates rapidly at the speed of sound in the gas to the end of the tube (16) where it causes an increase in flow rate at the end of the probe (4), and consequently an increase in the gas concentration
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blast furnace gas tracer passing near the end of the inner tube (17) takes place at time t1; - An increase in the tracer gas content is detected at time t2 via the detector (15);
- the transfer time in the blast furnace is determined by the operation t2-tO because t1 - tO is negligible given the operating conditions, because the speed of sound in a tube is an order of magnitude several times greater than the gas movement speed.
With reference to FIG. 4b, the abovementioned calibration operation can be carried out as follows: - a probe (4) or double-walled sampling rod made up of two concentric tubes arranged so that the inner tube is used (17) is used to carry out the sampling and that the external tube (16) is used to send gas sampling at the end of the cane, the internal tube (17) being in sampling, the following operations are carried out:
- Is sent, by action on the remotely controlled valve (21), a gas, called calibration, free or low in tracer gas content, from the reservoir (22), said gas being sent at a rate such that the gas velocity in the outer tube (16) is significantly higher than that of the gas in the sampling rod or inner tube (17), preferably 3 to
4 times the latter, - at a time t0, we send, by briefly opening the valve (18) connected to the reservoir (20) containing tracer gas, a pulse or additional quantity of tracer gas in the calibration gas introduced into the outer tube (16) and the latter arrives at the inlet of the sampling rod (4) at the instant t1 where it is partially sucked up by said sampling rod (4) and passes into the internal tube (17),
- a stronger presence of tracer gas is detected at an instant t2 via the analysis device (15) connected to the sampling rod (4) in question, - the transfer time in the sampling equipment is determined by l operation t2- tO because the difference t1 - ta can be neglected IF the abovementioned operating conditions are respected, that is to say if the speed in the outer tube is such that t1 - ta can be considered negligible or if the latter can be calculated with sufficient precision.
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According to another embodiment of the calibration operation, in accordance with the present invention, in which a sampling probe with a single tube is used, the latter applying in the case where the content of component analyzed in the gas of the enclosure differs sufficiently from the content of this component in a so-called purge gas so that the transition from one to the other is detectable by the analysis system, a shut-off valve being placed on the sampling, the following operations are carried out: 1) a stop valve placed on the sampling circuit is opened so as to put the latter in connection with the analysis device;
2) a purge valve is opened so as to send a so-called purge gas into the abovementioned sampling circuit, differentiable from the gas of the enclosure by one of its components selectively detectable by the analysis equipment, said operation being carried out for a time long enough for the entire section of piping from the purge valve to the detector included in the equipment for analyzing the sampled gas to be purged:
3) the shut-off valve placed on the sampling circuit is then closed and the purge operation is allowed to continue in the direction of the enclosure and this for a time long enough for the piping and the equipment located between the valve stop and the sampling probe are completely filled with the purge gas so that both the sampling circuits and the conditioning of the gas sampled eliminate any trace of gas from the enclosure; 4) the purge valve is then closed and wait until the pressure of the sampling circuit, on the purge valve side, is equal to the pressure prevailing in the enclosure;
5) the stop valve placed on the sampling circuit is opened at time t0 and the time t1 is noted when the equipment for determining the composition of the gas sampled detects the gas component of the enclosure to which it is sensitive.
6) the transfer time in the sampling circuit is determined by the operation t1-tO which allows its calibration.
FIG. 5 illustrates a way of carrying out the calibration explained in the previous modality in which a sampling probe (4) with a single tube is used and the gas present in the tank contains the tracer gas in detectable quantity or one of the components gas from the tank can be selectively detected by the gas analysis equipment (15)
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sampled, a stop valve (23) being placed on the sampling circuit, the following operations are carried out: 1) a stop valve (23) placed on the sampling circuit is opened so that the latter is in mode direct debit;
2) a purge valve (21) is opened so as to send, from the reservoir (22), into the aforementioned sampling circuit a gas called purge, differentiable from the process gas by its tracer gas content or in a of its components selectively detectable by the analysis equipment (15) of the sampled gas, said operation being carried out for a time long enough for the entire section of piping going from the purge valve (21) to the detector included in the equipment for determining (15) the composition of the withdrawn gas is purged of the process gas;
3) the shut-off valve (23) placed on the sampling circuit is then closed and the purging operation is allowed to continue in the direction of the tank and for a time long enough for the piping and the equipment located between the shut-off valve (23) and the sampling probe (4) are also filled with the purge gas so that all traces of gas detectable by the test apparatus are eliminated from the sampling circuits as well as from the conditioning of the sampled gas. measure; 4) the purge valve (21) is then closed and wait until the pressure of the sampling circuit, on the purge valve side, is equal to the pressure prevailing in the tank;
5) the stop valve (23) placed on the sampling circuit connected to the probe (4) is opened at time t0 and the time t1 is noted where the equipment for determining (15) the composition of the gas sampled detects the component of the tank gas to which it is sensitive.
The duration t1-tO gives the transfer time in the sampling circuit and allows its calibration.
According to yet another mode of carrying out the calibration operation, in accordance with the present invention, the continuous purge of step 3 in the previous mode is replaced by a discontinuous purge by successively opening and closing the purge valve ( 21) so that the pressure in the circuit oscillates between that of the purge circuit and that of the enclosure.
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The latter method makes it easier to remove gas from possible dead volumes from the sampling and conditioning circuits by creating pressure variations.
According to a preferred mode of implementation of the measurement method, object of the present invention, a flow measurement means is used to determine continuously or sequentially the flow passing through one or more parts used during the measurement, such as by example the sampling circuit, the gas conditioning circuit and the circuit going to the tracer gas detector, the values recorded over time in the different circuits are compared, and a new calibration is carried out each time at least one of the measured values differs by more than 10% from the value previously measured at the same place, i.e. to a mathematical interpolation operation to correct the transfer time measurements obtained as a function of values previously measured in the same device .
The previous alternative makes it possible to limit the number of calibration operations by providing a monitoring criterion for the device implementing the measurement method of the invention.
According to a preferred embodiment of the measurement method which is the subject of the present invention, a rare gas, in particular helium, is used as the tracer gas.
According to yet another preferred method of implementing the measurement method, which is the subject of the present invention, a helium-nitrogen mixture is used as the calibration gas and nitrogen as the purge gas.
It goes without saying that the method of measuring the transfer time of the invention explained above in the case of a sampling probe is also applicable when several probes are used, both the measurement and the calibration are either carried out on each device to which each probe is connected, or carried out sequentially if the measurements are carried out by connecting the various probes one after the other on said measurement device.
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In addition, the operations mentioned in the above explanation of the method can be carried out under the control of manual operators as well as managed via automatic means such as computer systems which can also be used for archiving and interpretation of the results obtained, with or without a control loop back to the management of the industrial process in which the measurement method of the invention is used.
The invention also relates to a device intended for its implementation.
The device for implementing the process for measuring the transfer time, which is the subject of the present invention, comprises at least the following parts: a) means for injecting a tracer gas into the feed of the blast furnace; b) means for taking gas from the blast furnace; c) means for analyzing the gas sampled; and d) means for managing the various operations necessary for carrying out the process of the invention.
According to one embodiment of the device for implementing the measurement method in accordance with the present invention in the context of a blast furnace, illustrated diagrammatically in FIG. 2, the means for injecting the tracer gas into the enclosure comprise at least one tank (8) containing the tracer gas, the latter being at a pressure higher than that prevailing in the blast furnace, a valve (9) with rapid response controlled remotely and an element (10) creating a pressure drop in order to control the flow injected, preferably the element (10) is an adjustment valve or a calibrated orifice, possibly associated with a non-return valve (11) intended to prevent the reflux of the gas present at the injection point,
that is to say the hot wind if the injection takes place at a nozzle or the blast furnace gas if the injection takes place at a point on the wall, preferably a probe (12) or cane injection of the tracer gas into the blast furnace.
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According to one embodiment of the device of the invention, the means for sampling the gas present in the blast furnace comprise one or more sampling probes or canes.
According to one embodiment of the device for implementing the measurement method in accordance with the present invention, illustrated diagrammatically in FIG. 3, the means for sampling and measuring the gas taken from the blast furnace comprise at least one probe ( 4) sampling, equipment for processing (13) the sampled gas in order to make it compatible with the quantitative and qualitative measuring device (15) of the sampled gas comprising at least one detector signaling the presence of the tracer gas, an exhaust (14 ) or discharge to the atmosphere and possibly pumping equipment (not shown) intended to take the gas from the feed when the pressure prevailing in the blast furnace is too low as to ensure a sufficient flow in the take-off means and the means of analysis.
According to one embodiment of the device for implementing the measurement method in accordance with the present invention, the means for managing the various operations necessary for carrying out the method of the invention include at least one computer or similar equipment controlling the sequence of the various sequences such as the opening or closing of the valves, the collection of the measurements supplied by the detector (s) and assuming the operations for calculating the time between the opening of the tracer gas injection valve and its detection according to the sampling point as well as archiving and calibration operations.
According to a preferred embodiment of the device for implementing the measurement method in accordance with the present invention, the representation of which is made in FIG. 4a, allowing in particular the calibration using a double-walled sampling probe, said device includes:
- a probe (4) or double-walled sampling rod, the internal tube (17) being used to carry out the sampling and the external tube (16) being used to send at the end of the rod (4) a certain amount of gas d calibration, a reservoir (20) connected to the outer tube (16), said reservoir being under overpressure relative to the enclosure of the blast furnace and containing the purge gas, by means of
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the remote-controlled valve (18) on the one hand and on the other hand via the remote-controlled valve (19) which is included in a circuit designed so as to have a pressure drop that is significantly lower than the circuit of the valve (18), - the inner tube (17) of the probe (4) connected to the detector (15) via a unit (13) for processing the sampled gas.
According to a particular embodiment of the aforementioned device for implementing the measurement method in accordance with the present invention, allowing in particular the calibration using a double-walled sampling probe, the probe (4) or sampling rod is replaced. double-walled, the inner tube (17) of which is used for taking the sample and the external tube (16) of which is used to send a certain amount of calibration gas to the end of the cane (4), by a probe or sampling cane double-walled, the outer tube of which is used to take the sample and the inner tube is used to send a certain amount of calibration gas to the end of the rod.
According to another preferred embodiment of the device for implementing the measurement method in accordance with the present invention, the representation of which is made in FIG. 4b, allowing in particular the calibration using a double-walled sampling probe, said device includes:
- a probe (4) or double-walled sampling rod made up of two concentric tubes arranged so that the internal tube (17) is used to carry out the sampling and that the external tube (16) is used to send gas in end of sampling rod, - the outer tube (16) connected on the one hand to a tank (22) containing a calibration gas via a valve (21) controlled remotely, and on the other hand to a tank (20 ) containing tracer gas via a valve (18), - the inner tube (17) of the sampling rod (4) is connected to a device (13) for conditioning the sampled gas, the kind of which is connected on the one hand to an analysis device (15) and on the other hand to an exhaust (14).
According to a particular embodiment of the aforementioned device for implementing the measurement method in accordance with the present invention, allowing in particular
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calibration using a double-walled sampling probe, the probe (4) or double-walled sampling rod, the inner tube (17) of which is used to take the sample and the outer tube (16) is used, is replaced to send a certain amount of calibration gas at the end of the cane (4), by a double-walled sampling probe or cane, the outer tube of which is used for taking the sample and the inner tube is used for sending at the end of the cane a certain amount of calibration gas.
According to a preferred embodiment of the sampling device for the implementation of the measuring method according to the invention, a double-walled sampling probe is used comprising an inner tube such that its opening on the side of the gas sampling is set back relative to the outer tube.
According to yet another preferred embodiment of the device for implementing the measurement method in accordance with the present invention, the representation of which is made in FIG. 5, allowing in particular the calibration using a single tube sampling probe , said device comprises a probe (4) connected to a device (13) for conditioning the sampled gas, said probe (4) is also connected on the one hand to a reservoir (22) containing the purge gas via a valve (21 ), and on the other hand to a device (15) for analyzing the sampled gas and to an exhaust (14) via a valve (23), a pressure gauge (24) being connected to the common point of the valves (21) and ( 23).