Procédé de mesure d'écoulement massique.
La présente invention concerne un procédé
de mesure d'écoulement massique de gaz liquéfié qui est pompé d'un réservoir d'approvisionnement ou l'équivalent, en passant par un poste de mesure, vers un appareil de consommation, éventuellement sous forme de récipient d'emmagasinage, le système de conduits, au moins jusqu'au poste
de mesure inclus, étant refroidi, par une agitation du gaz liquéfié ayant lieu avant le mesurage au poste de mesure
et dans un conduit de dérivation en court-circuit formant un embranchement en aval de ce poste et retournant au <EMI ID=1.1>
à la température d'ébullition du gaz liquéfié, le conduit
en court-circuit étant bloqué lorsque cette température est atteinte et le conduit aboutissant à l'appareil de consommation étant alois ouvert, moment où commence la mesure
de l'écoulement.
Le traitement des gaz liquéfiés est en principe compliqué par le fait que ces gaz liquéfiés, à la température ambiante déjà, provoquent une pression de vapeur considérablement supérieure à la pression atmosphérique et ont par conséquent tendance à passer à la phase vapeur. C'est pourquoi ils doivent être maintenus à des températures très basses, qui sont de l'ordre d'environ -30[deg.]C dans le cas de l'anhydride carbonique et d'environ -180[deg.]C dans le cas de l'azote.
La mesure de l'écoulement revêt une importance particulière au point de vue économique dans le cas
du remplissage de différents récipients d'emmagasinage
fixes à partir de camions-citernes. Dans ce cas, il est courant d'évaluer la quantité de gaz liquéfié pompée en pesant le récipient d'emmagasinage avant et après le remplissage.
Ce procédé est toutefois très onéreux, car
il faut préparer une balance propre pour chaque récipient d'emmagasinage et en vérifier l'étalonnage à des intervalles de temps déterminés. C'est pourquoi on a récemment mis au point des procédés de mesure qui s'appliquent selon le principe énoncé plus haut et selon lesquels on utilise
au poste de mesure un compteur à roue à ailettes ou compteur
<EMI ID=2.1>
compteurs ne peuvent toutefois pas être exposés au passage <EMI ID=3.1>
du gaz liquéfié dès le début du pompage, car le ccurant de gaz liquéfié, étant donné l'état encore chaud des
<EMI ID=4.1>
vapeur et présente pour cette raison des vitesses d'écoulement sensiblement plus élevées. Les compteurs exposés au courant de liquide tourneraient de ce fait à une vitesse excessive. Pour éviter ce danger, il est courant de . ponter le compteur pendant le démarrage et de refroidir les conduits et,
en particulier, le poste de mesure, en soumettant le gaz liquéfié à une agitation en circuit fermé, dans une mesure telle qu'aucune formation de vapeur ne soit plus possible. Alors seulement, le gaz liquéfié est acheminé vers l'appareil de consommation en passant par le poste de mesure.
Ce dispositif connu présente l'inconvénient que les paliers de l'arbre de la roue à ailettes ou de la turbine subissent une forte usure du fait de la faible température. On est donc tenu d'utiliser des métaux parti-
<EMI ID=5.1>
transporter de l'azote liquide, on ne peut toutefois non plus, de ce fait, obtenir une sécurité de fonctionnement, ni une durée de vie satisfaisantes.
C'est pour les raisons exposées ci-dessus que la présente invention vise à mettre au point un procédé
<EMI ID=6.1>
<EMI ID=7.1>
liquides à point d'ébullition particulièrement bas, tels que l'air ou l'azote par exemple. De plus, le procédé
de mesure faisant l'objet de l'invention se caractérise
<EMI ID=8.1>
<EMI ID=9.1>
Partant du procédé initialement décrit, on résout la question, suivant l'invention, par le fait
<EMI ID=10.1>
étranglement et que l'on effectue la mesure suivant la formule connue suivante :
<EMI ID=11.1>
dans laquelle
M = débit massique par unité de temps,
m = rapport d'ouverture au point d'étranglement,
<EMI ID=12.1>
glement,
<EMI ID=13.1>
= densité du liquide, et
<EMI ID=14.1>
par le fait que la pression de transport du liquide est
plus élevée que sa pression de vapeur additionnée de la pression effective maximum à la valve d'étranglement et par
le fait que l'on tient compte de ce que la densité du liquide. est fonction de la température en mesurant la température
<EMI ID=15.1>
sistance est réglée en fonction de la température sur l'allure de la courbe de densité du liquide à mesurer.
L'invention repose sur le principe connu que le débit massique, dans le cas de phases liquide et vapeur mélangés, peut être calculé selon le procédé connu de mesure de la pression effective aux endroits d'étranglement
si l'on veille, par un accroissement suffisant de la pression
<EMI ID=16.1>
du courant, à ce qu'il ne/présente pas de phase vapeur':et $1 ce que l'abaissement de la pression se produisant momenta-:-
<EMI ID=17.1> <EMI ID=18.1>
évaporation locale. L'invention repose également sur le principe connu que, pour que l'on puisse obtenir une mesure très précise/ il est indispensable que l'on tienne compte de la modification de la densité du liquide, en fonction de la température. Du fait qu'à cette fin, on utilise un semi-conducteur dont la caractéristique de résistance est directement proportionnelle à la densité
ou à une grandeur qui dérive de cette dernière, par exemple à une valeur inverse, la mesure ne représente, au point de vue technique, qu'une dépense particulièrement faible.
L'avantage de l'invention découle de ce qu'il ne faut utiliser aucun élément mobile au poste de mesure. Ceci exclut complètement la question du choix des matières, pour les basses températures, en particulier
des matières des éléments tournants dans les paliers, De plus, la précision de la mesure et la sécurité de fonctionnement sont plus grandes dans le cas des procédés de mesure statiques préconisés que dans le cas des procédés de mesure connus jusqu'à présent.
Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse du principe de l'invention, la valve d'étranglement se présente sous la forme d'un élément qui s'avance radialement dans le passage du courant et qui se termine par une calotte hémisphérique. De ce fait, la valve d'étranglement ne présente aucune arête aiguë, à laquelle des bulles de vapeur puissent se fixer pendant le pompage et provoquer une cavitation. La forme géométrique de l'élément précité ne peut donc être altérée, même en cas de longue durée de fonctionnement. De plus, l'élément d'étranglement conforme à l'invention représente un bon <EMI ID=19.1> compromis entre les diaphragmes, qui provoquent exclusivement une perte de pression d'accélération, et les tuyères, qui provoquent également une considérable perte de pression par frottement.
Le rayon de la calotte hémisphérique et, par conséquent, celui de l'élément d'étranglement sont avantageusement choisis approximativement égaux à celui du conduit.
En ce qui concerne la disposition des passages transversaux servant à la mesure de la perte de pression effective, il est avantageux de prévoir l'un de ces passages dans la section transversale la plus étroite du conduit, à l'endroit d'étranglement, et de décaler l'autre passage, en amont du premier passage cité, dans le sens de l'écoulement, d'une distance correspondant au moins à la valeur
du rayon du conduit. Le coefficient d'écoulement ^ peut être représenté comme une fonction directe du nombre de Reynolds et, par conséquent, du débit massique M. De ceci résultent une simplification du procédé d'évaluation et, rapportée au mode de calcul, une précision de mesure accrue.
Pour que la mesure de la température, en vue de tenir compte de la variation de la densité du liquide, soit effectuée dans les conditions les plus favorables,
le capteur de température est disposé dans l'élément d'étran- . glement, Pour .:. que l'on puisse tirer, sans grande difficulté de calcul, la densité du liquide des valeurs de température mesurées, il s'est avéré particulièrement avantageux de monter un potentiomètre en parallèle et un
<EMI ID=20.1>
pour la mesure de la température. Au potentiomètre monte en parallèle échoit dans ce cas le rôle de réajuster.. l'incli-
<EMI ID=21.1> <EMI ID=22.1>
l'inclinaison de la courbe de la densité en fonction de
la température, tandis que le potentiomètre monté en
série établit la compensation de la différence en ordonnée existant éventuellement entre la courbe caractéristique
du semi-conducteur et la courbe de la densité. Il va de soi qu'il est dans ce cas possible de ne pas utiliser directement la densité, mais d'utiliser une grandeur en rapport linéaire avec elle, telle que, éventuellement,
la valeur inverse, comme grandeur de référence. Comme semi-conducteur convenable, on peut par exemple prévoir
un conducteur chauffant.
Enfin, il est encore avantageux de monter
au poste de mesure un interrupteur de pression avec relais
à temps, et, en aval du poste de mesure, un dispositif
de résistance à l'écoulement, l'interrupteur de pression libérant le conduit aboutissant à l'appareil de consommation lorsqu'une pression minimum préalablement déterminée
au poste de mesure est dépassée et qu'il s'est écoulé
un certain laps de temps de sécurité. Il est ainsi automatiquement assuré que le liquide passant par le poste de mesure ne se présentera jamais qu'en phase liquide.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description, donnée ci-après, d'un exemple de réalisation qu'illustrent les dessins annexée, dans lesquels :
la figure 1 représente un schéma d'écoulement ; <EMI ID=23.1> <EMI ID=24.1> la figure *4 représente la courbe de la résistance ohmique et de la valeur inverse de la densité en fonction de la température.
Le réservoir d'approvisionnement 1 contient
du gaz liquéfié à l'état saturé, c'est-à-dire du gaz
liquéfié dont les valeurs de pression et de température se situent sur la courbe limite représentée sur la figure 2.
Un conduit de prélèvement achemine legaz liquéfié vers le poste de mesure 4 en le faisant passer par une pompe 3.
En aval du poste de mesure, il est prévu une valve à
trois voies 5, qui fait retourner le gaz liquéfié dans le réservoir 1 en le faisant passer par un conduit de dérivation en court-circuit 6 ou qui le fait arriver, par le conduit
7. au récipient d'emmagasinage 8 du poste de consommation.
La valve à trois voies 5 est commandée par un interrupteur
de pression 9, prévu au poste de mesure, et par un relais
à temps, non représenté.
Pour faciliter la compréhension, on a représenté le poste de mesure 4 à échelle relativement grande
par rapport au reste de l'installation. Le poste de mesure
4 comporte un tronçon de conduit cylindrique à l'entrée duquel il est prévu un dispositif redresseur d'écoulement
10, destiné à uniformiser l'écoulement du gaz liquéfié.
A l'extrémité opposée du tronçon de conduit précité, il est prévu un dispositif de résistance à l'écoulement 11. Entre les deux dispositifs qui viennent d'être mentionnés se
trouve un élément 12, ajusté en direction radiale, qui, à l'extrémité s'avançant dans le passage d'écoulement, se termine par une calotte hémisphérique. A l'intérieur de
<EMI ID=25.1>
présentant sous la forme d'un conducteur chauffant 13.
<EMI ID=26.1>
Deux passages transversaux 14 et 15 sont reliés à une boite de mesure de différence de pression 16, qui produit un signal correspondant à la perte de pression effective. Alors qu'un des passages transversaux, le passage
15, se trouve au niveau de la section d'écoulement la plus faible, la position du passage transversal 14 se trouvant
en amont du premier passage est déterminée par le diamètre du tronçon de conduit cylindrique.
Le dispositif fonctionne de la manière indiquée ci-après : Dès que le conduit 7 a été raccordé au récipient de consommation 8, une valve, non représentée, ouvre le passage par le conduit 2. L'interrupteur de pression 9 maintient alors le conduit 7 bloqué, mais, en revanche,
le conduit en court-circuit 6 est ouvert. Le gaz liquéfié se détend tout d'abord dans le système de conduits et circule, tout d'abord en phase gazeuse encore, entraîné par la pompe 3. Le produit étant remué dans le circuit fermé,
le système de conduits se refroidit progressivement, de sorte que la proportion de la phase liquide augmente et que la pression de travail de la pompe 3 s'accroît. Cet accroissement de pression est favorisé par un dispositif de résistance à l'écoulement 17, qui est monté en aval de la
zone de mesure.
Si la pression régnant dans le conduit dépasse d'une valeur préalablement déterminée la pression de saturation régnant dans le réservoir 1, l'interrupteur de pression 9 réagit et met en circuit un relais à temps, non représenté, Après une minute environ, ce relais à temps ouvre le blocage de la valve à trois voies 5, de sorte que cette valve peut être commutée selon les nécessités et que <EMI ID=27.1>
le récipient de consommation 8 peut être rempli. En
même temps que la valve 5 est commutée, le compteur de passage est mis en marche.
Le relais à temps détermine l'état de fonctionnement du capteur de température pour la correction de la densité.
La figure 2 représente les modifications de pression et d'enthalpie se présentant lors du pompage de mise en circulation et du mesurage. Le point d'état I de la courbe limite rend les valeurs propres au réservoir 1. Pour éviter que, sous l'effet de la perte de pression effective
<EMI ID=28.1>
vienne une modification d'état menant à la phase vapeur, correspondant au point d'état II, le gaz liquéfié doit, par la pompe 3, être comprimé à une pression relativement élevée, correspondant par exemple au point d'état III. La détente, à l'endroit d'étranglement, mène alors à un point d'état IV, qui se trouve au-dessus de la courbe limite, c'est-à-dire dans la zone de liquide.
La figure 3 illustre le montage du capteur de température 13, qui est représenté, dans l'exemple <EMI ID=29.1>
capteur de température 13 est monté en parallèle avec un potentiomètre 18 et en série avec un autre potentiomètre 19. Si l'on tenait uniquement compte du conducteur chauffant
13, sa résistance ohmique serait fonction de la température, comme l'indique la courbe en trait plein de la figure 4.
En réglant convenablement le potentiomètre monté en parallèle 18, on peut modifier l'inclinaison de la courbe
de la résistance formée par le potentiomètre et le conducteur chauffant, de telle façon que l'on obtienne une
<EMI ID=30.1>
densité dessinée en trait mixte sur la figure 4. Pour faire coïncider les deux courbes, il suffit d'un décalage d'ordonnée, ce qui peut être réalisé grâce au potentiomètre monté en série 19. La résistance totale due aux deux potentiomètres et au conducteur chauffant se révèle alors fonction de la température exactement de la même façon que la densité ou proportionnellement à la densité.
L'évaluation automatique des valeurs de mesure se fait de la manière suivante : Le signal produit par la boite de mesure de différence de pression 16 est converti en une tension U , proportionnelle= à la dif-
<EMI ID=31.1>
avec ses deux potentiomètres, produit une tension U qui est proportionnelle au volume spécifique 1/� . Les deux tensions sont acheminées vers une calculatrice analogique, qui, selon l'équation
m
6P
<EMI ID=32.1>
dans laquelle m et C représentent des constantes de l'appareil,
produit une tension de sortie proportionnelle au débit mas-
<EMI ID=33.1>
convertie en fréquence par un convertisseur tension/fréquence. Cette fréquence est évaluée par un compteur électromécanique, le compteur indiquant ainsi le débit massique, par * exemple en kg.
L'absence de courant, la déconnexion prématurée ou l'aspiration de vapeur ou de gaz par la pompe ont
<EMI ID=34.1>
le compteur s'arrête. Ce n'est que lorsque le relais à temps a à nouveau débloqué la valve à trois voies que le remplissage peut se poursuivre.