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Installation de fourniture de gaz sous basse pression
La présente invention est relative à une installation de fourniture de gaz sous basse pression, c'est-à-dire une pression de l'ordre de quelques bars.
Un grand nombre d'installations industrielles sont pourvues de réseaux de fourniture de gaz sous basse pression, sur lesquels peut se brancher un utilisateur en des points choisis.
Les hôpitaux sont également pourvus le plus souvent de telles installations destinées à fournir de l'oxygène, de l'air médical, du CO, ou de l'azote, notamment.
Des installations qui sont grosses consommatrices de gaz comportent, le plus souvent, un poste de production et/ou de stockage du gaz considéré, notamment sous forme liquide. Lorsque les débits sont moins importants, l'installation est alimentée par des bouteilles, ou des séries de bouteilles, contenant du gaz sous haute pression.
Habituellement, pour éviter toute interruption dans la fourniture de gaz, il existe au moins deux bouteilles, ou deux séries de bouteilles dites"bouteilles d'alimentation", qui sont capables d'alimenter la conduite de distribution qui doit amener le gaz aux utilisateurs. Une vanne à bascule ou"inverseur", est destinée à relier à volonté, ou, normalement, de façon automatique, l'une ou l'autre des bouteilles d'alimentation, ou l'un ou l'autre des groupes de bouteilles d'alimentation, de telle façon que, lorsque la première bouteille ou le premier groupe de bouteilles est vide, la seconde bouteille, ou le second groupe de bouteilles, est mise en action pendant que les bouteilles vides seront remplacées par des bouteilles pleines.
Le gaz contenu dans les bouteilles est sous une pression élevée, supérieure à 100 bars et, pour des raisons de sécurité, il n'est pas distribué dans l'installation sous cette pression, mais détendu jusqu'à une pression relativement basse, typiquement de 6 à 9 bars, qui sera appelée dans la suite"pression de réseau". Sous cette pression, le gaz est distribué dans l'installation à travers un réseau de conduites. Les utilisateurs peuvent utiliser le
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gaz sous la pression de réseau, mais, plus généralement, le gaz est détendu encore une fois jusqu'à une pression d'utilisation plus faible, par exemple 3,5 bars ou moins.
L'installation peut comprendre en outre des moyens de signalisation capables de renseigner le responsable sur l'état des bouteilles, et/ou de commander automatiquement les opérations qui sont nécessaires lorsqu'une bouteille, ou un groupe de bouteilles, n'est plus suffisamment pleine pour remplir son office.
Les installations à plusieurs groupes de bouteilles comprennent généralement une conduite collectrice, ou rampe, qui est reliée d'une part à chacune des bouteilles par l'intermédiaire d'un conduit, par exemple un raccord flexible, relié au robinet de chaque bouteille, et d'autre part, à l'inverseur. Un détendeur dit"haute pression"est intercalé entre chaque rampe et l'inverseur pour amener le gaz de la haute pression de la ou des bouteilles à la basse pression d'utilisation. Lorsque la basse pression fournie par le détendeur d'une première rampe qui est en fonctionnement tombe au-dessous, d'un niveau donné, de la basse pression fournie par le détendeur de l'autre rampe, l'inverseur est actionné automatiquement pour mettre hors d'action la première rampe et mettre en fonctionnement l'autre rampe.
Chaque rampe est en outre pourvue d'une vanne haute pression dite"de purge". La sortie de l'inverseur est pourvue d'une vanne de sectionnement comportant une soupape de sécurité, ce qui assure la protection du réseau contre les surpressions accidentelles. Une prise annexe est prévue sur le réseau et permet l'alimentation en secours au cas où les deux rampes sont inutilisables.
Cette structure d'installation présente, spécialement dans le cas de l'oxygène, un certain nombre de risques d'accidents.
Le fait que toute une partie du circuit, comprenant le conduit de raccordement des bouteilles et la rampe, est sous haute pression, crée un risque de compression adiabatique
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lors de l'ouverture du robinet des bouteilles, ce qui peut causer un échauffement, ou même une inflammation.
Par compression adiabatique, on entend une élévation brutale de pression jusqu'à un niveau élevé, qui entraîne une élévation de température sans que celle-ci puisse se dissiper suffisamment vite vers l'extérieur.
L'échauffement peut se transmettre à des matières plastiques ou autres, formant partie de joints par exemple, qui émettent alors des substances toxiques, qui seront diffusées jusqu'à l'utilisateur. La connexion des conduits de raccordement aux bouteilles risque également d'entraîner dans les conduits des particules diverses, dont certaines peuvent s'enflammer lors d'une élévation de température due à une compression adiabatique ultérieure. Il existe également des risques d'inflammation ou d'échauffement au niveau d'autres composants, notamment clapets anti-retour et vannes de purge.
Une compression adiabatique peut se produire lorsqu'une enceinte ou une conduite passe brusquement d'une pression relativement basse, par exemple la pression atmosphérique ou la pression de réseau, à une pression élevée, telle que la pression des bouteilles, qui est supérieure à 100 bars.
On mentionnera encore qu'une rupture mécanique au niveau des raccords flexibles ou de la rampe peut également avoir des conséquences graves résultant de la pression élevée du gaz.
Les risques de compression adiabatiques ayant des conséquences dangereuses peuvent être négligés lorsque les pressions mises un jeu sont basses. Les risques de rupture mécanique ayant des conséquences dangereuses sont également d'autant plus faibles que la pression est plus faible.
La présente invention a pour but de fournir une installation qui, notamment pour l'équipement d'un ensemble hospitalier, ne présente plus de risques de tels incidents ou accidents, causés notamment par l'échauffement résultant d'une compression adiabatique en un point de la partie haute pression de l'ensemble de canalisations.
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Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit une installation de fourniture de gaz qui comprend : - une première et une seconde bouteilles ou série de bouteilles d'alimentation contenant du gaz sous haute pression, les bouteilles étant pourvues chacune d'un robinet qui permet d'envoyer le gaz de la bouteille dans une conduite collectrice, - une première et une seconde conduites collectrices recevant respectivement le gaz de la première et de la seconde séries de bouteilles, - un inverseur qui est destiné à relier alternativement des conduites collectrices à un réseau de distribution de gaz relié à au moins un utilisateur, - au moins un détendeur disposé de façon à faire passer le gaz depuis la haute pression fournie par les bouteilles jusqu'à une basse pression dite"pression de réseau",
sous laquelle il est transmis vers l'utilisateur par le réseau, - des moyens pour commander l'inverseur afin de mettre en service la seconde bouteille ou série de bouteilles lorsque par bouteille ou série de bouteilles devient nonsatisfaisante, et vice-versa, une particularité de cette installation étant que chacune desdites bouteilles est équipée d'un ensemble compact, qui exerce à la fois les fonctions de robinet et de détendeur, cet ensemble alimentant la première ou la seconde conduite collectrice à ladite pression de réseau quand la bouteille est à ladite haute pression, cet ensemble compact étant monté directement sur la bouteille.
Le domaine soumis à la haute pression est limité, selon l'invention, à l'intérieur des bouteilles, et à la partie "haute-pression"de l'ensemble compact. Il est donc réduit au minimum. De plus, la quasi-totalité de ce domaine est constamment sous haute pression quand la bouteille est dans l'installation, et ne peut donc pas subir de compression adiabatique. Contrairement à la technique antérieure, les conduits de raccordement des bouteilles aux conduites collectrices, et ces conduites collectrices elles-mêmes, ne
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sont jamais soumis à la haute pression.
Le risque de compression adiabatique est donc pratiquement supprimé.
Le risque de rupture mécanique peut être également très réduit, car il est facile de prévoir que le bloc compact n'est ni démonté ou mis en place dans l'installation, mais transporté avec la bouteille entre l'installation et l'atelier du fournisseur de gaz, qui dispose des moyens pour procéder aux contrôles nécessaires. Dans ce cas, les éléments qui sont constamment dans l'installation sont soumis à des pressions au plus égales à la pression de réseau. Cela réduit, outre les risques, les frais de maintenance et les investissements qui peuvent être à la charge de l'utilisateur.
Un bloc compact utilisé de préférence conformément à l'invention est dérivé d'un ensemble décrit dans le document EP-A-0. 629.937.
Ce document décrit un ensemble de commande et de distribution de gaz dans lequel une sortie basse pression, un régulateur de débit et un détendeur de pression sont assemblés dans un premier sous-ensemble mobile disposé dans une structure de commande et d'actionnement qui est solidarisée à un deuxième sous-ensemble qui comprend un clapet d'isolation destiné à la fermeture de la bouteille, et porte un manomètre indiquant la pression à l'intérieur de celle-ci, ainsi qu'un raccord de remplissage pourvu d'un clapet anti-retour, ce deuxième sous-ensemble étant destiné à être monté directement sur une bouteille.
Cet ensemble est normalement fixé à demeure sur la bouteille, c'est-à-dire que le fournisseur de gaz en bouteilles, à chaque remplacement, met en place ou enlève à la fois la bouteille et l'ensemble de commande. Celui-ci peut donc être révisé par le fournisseur de gaz à chaque nouveau remplissage de la bouteille.
L'ensemble compact utilisé selon la présente invention ressemble à celui qu'on vient de mentionner, mais il présente un certain nombre de différences qui seront
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exposées plus loin.
Les installations actuelles comportent habituellement des moyens pour commander automatiquement le basculement de l'inverseur lorsque la différence des pressions entre la sortie du détendeur associée à la bouteille, ou groupe de bouteilles qui est en service, et le sortie du détendeur qui est en attente dépasse une valeur choisie à l'avance. Ces moyens peuvent être utilisés de la même façon dans une installation conforme à l'invention, car le fait que le détendeur placé en aval de la conduite collectrice est remplacé par un ou plusieurs détendeurs incorporés au bloc compact monté sur la bouteille ou sur chaque bouteille n'a pas d'effet sur leur fonctionnement.
Les installations actuelles comportent fréquemment, en outre, une bouteille de secours, associée à un moyen d'arrêt et à un détendeur de façon à alimenter le réseau lorsque les deux bouteilles ou groupes de bouteilles sont simultanément défaillants. Suivant une modalité préférée de l'invention, la ou les bouteilles de secours sont également pourvues d'un bloc compact, qui est avantageusement identique à celui des autres bouteilles, ce bloc compact étant capable de débiter du gaz à la pression de réseau quand la bouteille de secours correspondante contient du gaz à ladite haute pression. Le moyen d'arrêt est alors prévu entre le bloc compact et le réseau.
Suivant une réalisation intéressante, ce moyen d'arrêt est constitué par un détendeur apte à débiter dans le réseau, en aval de l'inverseur, du gaz sous une pression de secours, inférieure à la pression de réseau mais suffisante pour que le ou les utilisateurs soient convenablement alimentés à travers le réseau, par exemple 6,5 bars, ce détendeur débitant seulement lorsque la pression à la sortie de l'inverseur est inférieure ou égale à la pression de secours.
On aboutit ainsi à une réalisation d'une grande simplicité.
Les bouteilles d'alimentation sont habituellement
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changées à une cadence relativement rapide, par exemple toutes les 2 ou 3 semaines. La ou les bouteilles de secours, au contraire, peuvent rester inutilisées pendant des durées beaucoup plus longues, et il est nécessaire de pouvoir contrôler de façon périodique ou en continu la pression du gaz qu'elles contiennent. L'ensemble de commande et de distribution du document EP-A-0. 629.937 comporte un manomètre qui indique la pression à l'intérieur de la bouteille.
Ce manomètre sert principalement à un contrôle visuel au moment du remplissage. Pendant le fonctionnement de l'installation, on le consulte rarement, car un contrôle de la position de l'inverseur suffit à connaître la situation.
Il en résulte que ce manomètre est un appareil bon marché, qui n'est pas prévu pour un contrôle centralisé ou pour le déclenchement d'une alarme.
On pourrait le remplacer, ou le compléter, par un capteur capable d'émettre des signaux qui seraient transmis à une porte centrale de contrôle et d'alarme. Si le manomètre était remplacé par un capteur, cela imposerait au fournisseur de gaz une manoeuvre supplémentaire de branchement électrique lors du remplissage. Si le capteur était ajouté au manomètre, le prix du bloc compact serait augmenté, alors que ce capteur ne serait utilisé que pour les bouteilles de secours, toujours moins nombreuses que les bouteilles d'alimentation.
Pour résoudre ce problème, il est avantageux de prévoir que le bloc compact comprend, comme l'ensemble décrit dans EP-A-0. 629.937, un raccord de remplissage pourvu d'un clapet anti-retour, et qu'un dispositif peut être adapté à ce raccord de remplissage, ce dispositif étant capable d'émettre des signaux relatifs à la pression à l'intérieur de la bouteille en direction d'un poste de contrôle et/ou d'alarme.
L'utilisation de blocs compacts conformément à l'invention a permis une simplification de la structure de l'ensemble de l'installation au voisinage de l'emplacement
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des bouteilles.
Selon une modalité intéressante, l'installation comporte un certain nombre de modules pré-assemblés en usine, et comprenant : - un module "central" équipé de l'inverseur, de moyens de branchement permettant de raccorder la sortie de l'inverseur au réseau et de moyens de branchement permettant de raccorder au moins une conduite collectrice à l'une de deux entrées de l'inverseur, - et au moins un module"d'alimentation"équipé d'au moins un tronçon de conduite collectrice, de moyens pour relier ce tronçon de conduite collectrice à au moins une bouteille d'alimentation, et de moyens pour relier le tronçon de conduite collectrice à l'inverseur et/ou à un autre tronçon de conduite collectrice.
De préférence, le module central est en outre équipé de capteurs sensibles à la pression aux entrées et à la sortie de l'inverseur, et de branchements électriques permettant de relier ces capteurs à un poste de contrôle et/ou alarme.
Avantageusement, l'installation comprend en outre un module"de secours", équipé de moyens pour relier une bouteille, ou une série de bouteilles, de secours à un tronçon de conduite de secours, et de moyens permettant de relier le tronçon de conduite de secours à un moyen d'arrêt placé dans le module"central", et le module"central"est équipé en outre de moyens permettant de relier le moyen d'arrêt au tronçon. de conduite de secours, et d'un conduite reliant le moyen d'arrêt à la sortie de l'inverseur.
De préférence, le module de secours est équipé en outre de moyens pour transmettre des signaux correspondant à la pression à l'intérieur de la ou des bouteilles de secours vers le module central, et le module central est équipé pour transmettre des signaux correspondant à la pression à l'intérieur de la ou des bouteilles de secours, ainsi que des signaux permettant de savoir si le module de secours est en action ou non vers un poste de contrôle et/ou alarme.
Dans une installation simplifiée, le module de secours
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est confondu avec le module central, le tronçon de conduite de secours étant alors relié en permanence au moyen d'arrêt
Suivant une réalisation intéressante, au moins certains modules sont équipés de moyens pour immobiliser une ou plusieurs bouteilles.
La présente invention va maintenant être décrite de façon plus détaillée à l'aide d'exemples illustrés à l'aide des dessins, parmi lesquels :
La figure 1 est une vue schématique d'une installation comportant une première et une seconde bouteilles d'alimentation.
Figure 2 est une vue analogue d'une installation comprenant quatre premières bouteilles et quatre secondes bouteilles d'alimentation.
Figure 3 est une coupe axiale d'un bloc compact.
Figure 4 est une coupe verticale d'un dispositif de prise de haute pression.
L'installation selon la figure 1 comprend un poste d'alimentation désigné dans son ensemble par 1, qui alimente un réseau de distribution de gaz 2, qui alimente des postes d'utilisation 3,4. Le réseau 2 et les postes d'utilisation 3 et 4 sont représentés de façon symbolique.
Le poste d'alimentation 1 est constitué de deux modules : un module"mixte"5, qui sert à la fois de module central et de module d'urgence, et un module d'alimentation 6. Dans la partie formant module central du module mixte 5, c'est-à-dire la partie située à droite sur la figure, on trouve un inverseur 7, dont la sortie est reliée par l'intermédiaire d'un conduit 8 et d'un T 9 au réseau 2.
L'inverseur comprend une première entrée qui est reliée par l'intermédiaire d'un premier conduit 10 à un "tronçon de rampe"11, alors que l'autre entrée est reliée par l'intermédiaire d'un second conduit 12 à un second tronçon de rampe 13. Les tronçons de rampe 11 et 13 sont reliés, par l'intermédiaire de conduits de liaison 14 et 15 à d'autres tronçons de rampe 16 et 17, situés dans le module d'alimentation 6. Chacun des tronçons de rampe 16 et 17 est
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relié par l'intermédiaire d'un conduit de branchement 18, 19 flexible, du type"basse pression"à un bloc compact 20,21. L'un de ces blocs compacts est solidaire d'une"première bouteille"22 et l'autre bloc compact est solidaire d'une "seconde bouteille"23. Il est entendu que les dénominations de première et seconde bouteilles sont arbitraires.
Plus précisément, on peut convenir d'appeler"première bouteille" celle qui est en action à un moment donné, et"seconde bouteille"celle qui est en réserve, et qui sera mise en action par l'intermédiaire de l'inverseur lorsque la première bouteille sera vide.
La partie"module de secours"du module mixte 5 contient une bouteille de secours 24, également pourvue d'un bloc compact 25, relié par un conduit flexible 26 à un premier tronçon de rampe d'urgence 27, lequel est relié, par un conduit fixe 28 à un deuxième tronçon de rampe de secours 29. Celui-ci est connecté à un conduit 30, sur lequel est placé un détendeur 31. Ce détendeur 31 est lui-même relié par un conduit 32 au T 9 mentionné plus haut, lequel est relié au réseau 2.
Les blocs compacts 20,21 et 25 sont tous réglés pour débiter du gaz à une pression de 9 bars environ, dite "pression de réseau". le détendeur 31 abaisse cette pression à la valeur de 6,5 bars, cette valeur de pression étant arbitraire bien entendu. Lorsque la pression dans la conduite 8 et dans le T 9 tombe au-dessous de 6,5 bars, le détendeur 31 se met automatiquement en action.
Le bloc compact 25 de la bouteille de secours est, en outre, relié, par l'intermédiaire d'un capillaire en cuivre flexible 34, à un capteur de haute pression 35, qui permet de connaître la pression à l'intérieur de la bouteille 24.
De façon classique, d'autres capteurs, non représentés, sont prévus pour renseigner un poste de contrôle et d'alarme sur la situation de l'ensemble de l'installation. Ces capteurs, ainsi que le poste de contrôle et d'alarme, sont de types bien connus de l'homme de métier. Ils ne seront pas décrits de façon plus précise, et ils n'ont pas été
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représentés aux dessins.
La figure 2 est relative à une installation analogue dans son principe à celle de la figure 1. La première et la seconde bouteilles d'alimentation, 22 et 23, de la figure 1 sont ici remplacées par un premier groupe de quatre bouteilles 41 à 44, et un second groupe de quatre bouteilles 45 à 48. Ces bouteilles sont groupées deux par deux dans quatre modules d'alimentation, 49,50, 51,52. Dans chaque module, les bouteilles sont raccordées par leur bloc compact et un conduit flexible analogue aux conduits 18, 19 de la figure 1 à un tronçon de rampe analogue aux tronçons 16 et 17 de la figure 1. Ces tronçons sont constitués comme un T, dont une sortie est obturable. Dans le cas de la figure 1, une sortie de chaque tronçon de rampe 16,17 est obturée, l'autre étant reliée au module central.
Dans le cas de la figure 2, un seul des tronçons de rampe 16 ou 17 a une extrémité obturée, les autres sont ouverts à leurs deux extrémités, et connectés par l'intermédiaire d'un conduit fixe 54,56, à un autre tronçon de rampe, sauf le dernier, qui est connecté au module central.
Le module central 60 comprend une partie qui est identique à la partie de module central du module mixte 5 à la figure 1, mais la partie formant module de secours est ici vide. Un module spécial 61 constitue le module de secours. Il est équipé de deux bouteilles, dont chacune est disposée de façon identique à ce qui a été décrit à propos de la figure 1. On notera cependant qu'un seul capteur 35 est prévu, il est connecté à l'intérieur des deux bouteilles de secours 62,63.
On notera le haut degré de normalisation obtenu puisque des modules de structure identique peuvent recevoir aussi bien des bouteilles d'alimentation que des bouteilles de secours, ou encore les équipements nécessaires pour la constitution d'un module central.
Les modules peuvent être équipés en usine, ces opérations à réaliser sur site étant les connexions entre modules adjacents. Il est possible, sans difficulté,
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d'ajouter ou de retrancher des modules, en dégageant ou en obturant une extrémité d'un tronçon de rampe 16 ou 17.
La figure 3 décrit de façon plus précise un bloc compact conforme à l'invention. Ce bloc compact est fixé sur le col 70 d'une bouteille analogue à celle dont il a été parlé plus haut.
Pour les détails de fonctionnement, on renvoie ici au document EP-A-0.629. 937, qui présente, comme on l'a dit plus haut, un nombre important de parties communes avec le présent bloc compact.
Ce bloc compact comprend un bloc support 71, vissé à l'intérieur du col 70 de la bouteille. Le bloc 71 est percé d'un alésage longitudinal 72, dans lequel débouchent, d'un côté, un orifice de remplissage 73, muni d'un obturateur anti-retour 74, qui fait saillie dans un orifice taraudé 75.
Un conduit de remplissage, non représenté, est vissé dans l'orifice 75. Il est équipé d'un poussoir qui sert à déplacer le clapet anti-retour 74 de façon à permettre l'entrée du gaz sous haute pression dans une bouteille. Un autre orifice 76 débouche également dans l'orifice axial 72.
Il est relié à un manomètre 77.
Dans sa partie axiale, l'orifice 72 contient un clapet 78, qui peut être ouvert par l'intermédiaire d'une tige de poussée 79 lorsqu'une tête de manoeuvre 80 est actionnée. L'ouverture du clapet 78 dégage un orifice 81, qui coopère avec un second clapet 82, et un ressort 83 pour constituer un détendeur. Ce détendeur 81,82 est réglé pour fournir du gaz sous la pression de réseau, ici 9 bars.
On a désigné par 84 un dispositif de branchement d'un conduit, tel que les conduits flexibles 18, 19 et 26 de la figure 1, destinés à l'alimentation du réseau. L'ensemble du bloc est protégé par une virole de protection 90, vissée sur le col 70 de la bouteille, et présentant des ouvertures 91, 92 destinées à permettre l'accès au branchement haute pression 73, au manomètre 77, et au branchement basse pression 84.
La figure 4 montre un dispositif simple permettant de
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connaître la pression à l'intérieur d'une bouteille. Un corps 100 est prévu pour se visser de façon étanche dans l'alésage 75 de remplissage de la pression. Un poussoir 101 est prévu pour coulisser axialement à l'intérieur du corps 100, de façon à venir déplacer le poussoir 74, et à permettre à la haute pression qui règne à l'intérieur de la bouteille de joindre un alésage transversal 102. Cet alésage 102 est relié, par des moyens connus en soi, ou bien à un capteur de pression monté directement, ou bien à un tube capillaire tel que celui qui porte la référence 34 à la figure 1, et qui se raccorde à un capteur de pression 35.
Un levier 103, équipé d'un excentrique 104, permet, lorsqu'on le fait pivoter, de pousser la tige-poussoir 101, ce qui met le capteur en service.