CA2006789C - Procede et dispositif de regulation d'un debit de co_ liquide, et application a un tunnel de refroidissement - Google Patents

Procede et dispositif de regulation d'un debit de co_ liquide, et application a un tunnel de refroidissement

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Abstract

Dans un procédé de régulation d'un débit de CO2 liquide dans une conduite thermiquement isolée équipée d'une vanne, on maintient dans la conduite, en aval de la vanne, jusqu'à proximité du point d'injection du CO2, une pression intermédiaire supérieure à la pression du point triple du CO2. Application au traitement d'eaux résiduaires ou à la surgélation alimentaire.

Description

200~ 9 La presente invention est relative a un procédé et à un dispositif de regulation d'un débit de C02 liquide dans une conduite thermiquement isolée équip~e d~une vanne pilotée de fason continue.
Le C02 (anhydride carbonique) est utilisé pour de nombreux procédés, dans le domaine industriel d~une part ~par exemple carbonatation en chimie, neutralisation d'agents basiques et régulation de pH dans le traitement de l'eau), dans le domaine agro-alimentalre d'autre part (par exemple : refroidissement et surgélation rapides, controle de température).
Pour ces applications, compte tenu des besoins, le C02 est le plu8 souvent livré sous forme liquéfiée et stocke sous cette forme dans un réservoir.
Les caractéristiques des procédés nécessitent de pouvoir adapter le debit de Co2 à la charge ~ traiter~ on est donc amené a reguler le débit de C02 en fonction des parametres caract~ristiques du procédé : mesure du pH en traitements d'eau, mesure de température en traitements cryogéniques.
La méthode de régulation qui est théoriquement la plus pxecise et la plu8 économique ~ l'égard de la consommation de C02 est celle consistant à réguler de facon continue le débit de C02 liquide 1 l'aide d'une vanne pilotée ~ ouverture variable, commandée par un régulateur à
action proportionnelle, dérivée et integrale. Le principe d'une telle vanne est de présenter une restriction à l'écoulement du fluide. La section de cette restriction est ajustée à l'aide d'un élément obturateur, ~e deplacant de façon continue entre deux positlons extremes SOUS l'effet d'une énergie électrique ou pneumatique.
~, ; Le C02 se présente en amont de cette vanne à une pression proche de celle du réservoir, soit 11 à 60 bars suivant les cas. La restriction de section provoque, selon les lois de l'écoulement des fluides, une perte de pression d'autant plus importante que la section de passage à l'obturateur est faible. Lorsque temporairement, le fonctionnement du procede est tel que le besoin en C02 est minimal, la vanne prend une position proche de sa fermeture totale. La restriction de section est alors maximale, et la chute de pression au passage de l'obturateur est suffisamment importante pour que la pression du C02 en aval de la vanne prenne des valeurs inferieures à 5,2 bar.
Cette valeur de 5,2 bar correspond à la pression du point triple du C02, valeur en-desà de laquelle le C02 liquide se transforme ,........................ .
' '~'.00~',7~9 instantanement en un melange de C02 gazeux et de C02 solide (neige carbonique).
-Or, les caracteristiques de constructlon des vannes de regulation utilisableg pour ces procedes sont telles que le faible diametre et la forme tortueuse des tuyauteries immediatement en aval de l'obturateur conduisent à un bouchage immediat dès l'apparition de neige carbonique.
Il s'ensuit qu'en pratique, ces vannes de r~gulation ne sont que rarement utilisables pour la regulation d'un débit de C02 liquide, et que les solutions habituellement adoptees font appel a d'autres techniques : la regulation en tout ou rien, peu precise, ou, lorsque ; l'application ne nécessite pas du C02 liqulde, l'utillsation d'un vaporiseur en amont de la vanne de regulation, ce qui constitue une technique coûteuse en investissement et en energie.
L'invention a pour but de permettre dans tous les cas l'utilisation d'une vanne pilot~e de fason continue.
A cet effet, le procede suivant l'invention est caractérise en .. . .
ce qu'on maintient dans la conduite, en aval de la vanne, jusqu'a proximite du point d'injection du C02, une pression intermediaire sup~rieure ~ la pression du point triple du C02.
De preférence, avant de relier la conduite à un reservoir de C~2 liquide, on injecte dans cette conduite, en 3mont et en aval de la vanne, du C02 gazeux ~ une pression comprise entre ladite pression du point triple et ladite pression interm~diaire.
L'invention a également pour objet un dispositif destine à la mise en oeuvre d'un tel procedé. Ce dispositif est caracterise en ce que la conduite comprend, en aval de la vanne, un tronson aboutissant à un déverseur.
Suivant des caracteristiques avantageoses :
- le deverseur c om p o rte un orifice de sortie dans l'axe de son obturateur;
- un tuyau ayant sensiblement le même diamètre interieur que l'orifice ~e sortie du déverseur s'etend de cet orifice au point d'injection du C02.
L'invention a encore pour objet un tunnel de refroidissement comportant plusieurs points d'injection de C02 et un dispositif tel que defini ci-dessus et dans lequel ledit troncon comporte plusieurs :i ~., I ., .
200fi';~9 embranchements aboutissant chacun a un déverseUr, chaque déverseur étant disposé en l'un desdits points d'injection. Les d~verseurs peuvent être regles sur des pressions d'ouverture differentes.
Quelques exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant etre d~icrits en regard deg desslns annex~s, sur lesquels :
I - la figure l est une vue schématique d'un dispositif conforme ii a l'invention;
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du d~verseur de ce dispositif;
- la figure 3 est une vue partielle en coupe longitudinale, a plus grande échelle, d'une variante de ce déverseurl - les figures 4 et 5 illustrent schematiquement des , . .
applications du procéde suivant l'invention.
Le dispositif de régulation représenté a la figure 1 est destiné a fournir un débit variable de CO2 en un point d'injection A a partir d'un réservoir de stockage 2 dans lequel est maintenue une pression PS nettement supérieure ~ la pression PT du point triple du CO2 (5,2 bars), et généralement comprise entre 11 et 60 bars. Le point A se trouve a une pression PO déterminée, par exemple sensiblement ~gale a la preqsioin atmosphérigue, mai8 de toute fason inférieure a PT.
Le dispositlf de regulatlon 1 compr~nd une condu~te de liquide 3 thermiquement isolée s'etendant de la partie inf~rieure du reservoir 2 a un deverseur 4. Une vanne pilotee 5 est interposee dans cette conduite et definit dans celle-ci un tronson amont 6, du r~servoir a la vanne, et un tronSon aval 7, de la vanne au d~verseur. Cette vanne comporte un obturateur dont la position peut varier de fason continue --entre une positon d'ouverture maximale et une position de fermeture totale, sous l'action d'un moteur 8. Ce dernier est commande par un regulateur 9 qui reSoit d'un instrument de mesure lO (par exemple un pH
metre ou un thermometre) un signal representatif de la grandeur pilote. -Le deverseur 4 (figure 2) comprend un boitier 11 divise en deux .. .
chambres par une membrane 12. Un ressort helicoidal 13, dont la force est reglabie au moyen d'une vis 14, est dispose dans l'une de ces chambres, ~- tandis que l'autre chambre (la chambre inf~rieure sur la figure 2) reSoit le ~luide contenu dims le tronson de conduite 7. Dans cette autre chambre, une tige d'obturateur 15 est solidaire de la membrane et se ~ termine par un obturateur 16 cooperant avec un si~ge 17 situe a l'entree .,.
:
, ::
20067F1~9 de l'orifice de sortie 18 du déverseur. Les eléments 13 ~ 18 sont tous coaxiaux.
Ainsi, l'obturateur 16 se soul~ve de son siège si et seulement si la pression régnant dans la chambre inferieure du deverseur dépasse la pression correspondant a la force du ressort 13. On peut donc regler la vis 14 de facon que cette ouverture se produise lorsque la pression dans le tronson 7 est au moin~ égale a une presslon ~nterm~diaire PI
superleure à la pression PT.
Une conduite de C02 gazeux 19 part de la partie superleure du reservolr 2 et comporte, d'amont en aval, une vanne d'arrêt 20 et un détendeur 21. Ce dernier delivre en aval une pression P2 superieure a PT
mals inferieure a PI. En aval du détendeur 21, la condulte 19 se dlvise en deux branches 22 et 23 aboutissant respectlvement dans les troncons 6 et 7 respectivement de la conduite 3. Chaque branche est ~quipee d'un clapet anti-retour 24 n'autorisant la circulation de flulde que du detendeur 21 vers la conduite 3.
.,~
En fonctionnement, on procede tout d'abord au conditionnement ~' du disposltif a la presslon P2 en ouvrant la vanne 20. On garantit ainsi ~, qu'en aucun point du dispositlf, la pression ne descendra au-dessous du ~ point triple du C02.
f,'? Puis, par une commande de mise en service non representée, on admet le C02 llquide dans la conduite 3. Le déver~eur 4 s'ouvre lorsque ' la presslon dans le troncon 7 est superleure a la valeur PI, et un ~et de P neige carbonique sort alors de l'orifice lB. L'évacuation de cette neige f''', s'effectue sans entrave grâce A la disposition de l'orifice 18 dans l'axe c,, du système membrane-obturateur.
~J?~ En variante (figure 3), dans les cas o~ la neige carbonique necessite d'être véhiculee d~ns une courte portion du tuyauterie avant d'atteindre le point d'injection A, on relie à l'orifice 18 uh tuyau 25 ne présentant ni aspérite interne ni coude prononcé. Le diamètre int~rieur du tuyau 25 est sur toute sa longueur sensiblement égal a celui ~ de l'orifice 18 et n'offre pas de restriction de sectlon a l'~coulement m~ du mélange gaz-solide.
Une application de la variante de la figure 3 est illustrée sch~matiquement a la figure 4. Il s'agit de la regulation, a partir d'une mesure de pH, d'un débit de C02 liquide injecté dans une canalisation d'eau résiduaire 26 pour y neutraliser un effluent basique.
,3 '~
. ~ .
- 20067~9 .
... .
- Le tuyau 25 d~bouche dans un venturi 27 destiné a injecter et disperser la neige carbonique dans le débit d'eau.
On a repr~sente ~ la figure 5 une variante du dispositlf de la figure 1 dans laquelle le tronçon de conduite 7 se divise eD trois branches 7A a 7C aboutissant chacune ~ un déverseur respectif 4A a 4C.
Ceci permet de fournir du C02 en plusieurs points d'in~ection et, en adoptant des réglages de pression différents poux chaque d~verseur, d'injecter des débits de C02 reglables individuellement pour chaque polnt d'injection.
Cette possibilité est particulierement int~ressante pour, par '; exemple, réaliser des zones plus ou moins froides dans un tunnel longitudinal de susgélatioD de produits alimentaires, comme illustré a la figure 5.
- Dans cette application, la regulation de la vanne 5 est effectuée a partir d'une mesure de temperature unique effectu~e pres de la sortie du tunnel. Le C02 est in~ecté en parallele par les d~ver~eurs 4A a 4C afin de répartir l'apport frlgorifique sur la longueur du tunnel 28. En regime permanent, le déverseur 4A situé du côt~ de l'entr~e 29 des produits a traiter, véhicul~s par un convoyeur a bande 30, génere un debit de C02 sup~rieur aux autres du fait de son réglage sur une pression ~ PI-A plus faible. De même, lorsque l'installation est proche de son débit i~ minimal (position de veille entre deux phases de traitement), ce premier !'':
d~verseur pourra être le seul a débiter.
L'agencement de la figure 5 permet d'obtenir de fason simple et économique une régulation fiable et precise du processus de surgélation.
L'invention peut s'appliquer a de nombreux autres procéd~s ' consommant du C02. Elle est particulièrement bien adaptee pour les applications necessitant un débit notable de C02 (au moins 100 kg/h), delivré de facon quasi-continue et à un taux variable dans un rapport de -. 1 a 5 environ.
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Claims (10)

6 Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Procédé de régulation d'un débit de CO2 liquide dans une première conduite thermiquement isolée équipée d'une vanne de réglage, un point de soutirage dudit CO2 de ladite première conduite étant prévu en aval de ladite vanne de réglage caractérisé
en ce qu'on maintient de façon permanente pendant toute l'opération de délivrance du débit dans ladite première conduite, en aval de la vanne, jusqu'à
proximité du point de soutirage du CO2, une pression intermédiaire supérieure à la pression du point triple du CO2, le maintien de ladite pression intermédiaire s'effectuant en introduisant du CO2 dans ladite première conduite par l'entremise d'un second moyen de conduite communiquant avec ladite première conduite et comportant un clapet anti-retour empêchant la circulation de fluide en direction opposée à ladite première conduite.
2. Procédé suivant la revendication 1, du genre où, avant de relier la première conduite à un réservoir de CO2 liquide, on injecte dans cette conduite, en aval de la vanne, du CO2 gazeux à une pression comprise entre ladite pression du point triple et ladite pression intermédiaire via le second .
moyen de conduite, caractérisé en ce qu'on injecte dans ladite première conduite via ladite seconde conduite du CO2 gazeux à ladite pression entre ladite pression du point triple et ladite pression intermédiaire en amont de la vanne.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit de CO2 liquide est délivré au moyen d'un déverseur.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit second moyen de conduite communique avec ladite première conduite entre la vanne de réglage et ledit joint de soutirage.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit second moyen de conduite communique avec ladite première conduite en amont et en aval de ladite vanne de réglage.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit CO2 présent dans ledit second moyen de conduite est alimenté depuis une réserve de CO2 gazeux formant un atmosphère au-dessus d'une réserve de CO2 liquide duquel on soutire ledit CO2 liquide.
7. Dispositif de régulation d'un débit de CO2 liquide, du genre comprenant un réservoir de CO2 sous pression, une première conduite de soutirage de CO2 liquide relié audit réservoir, une vanne régulatrice intercalée dans ladite première conduite, une seconde conduite reliée au réservoir afin de permettre le soutirage de CO2 gazeux, un détendeur de pression et un clapet anti-retour intercalés dans ladite seconde conduite, ladite seconde conduite étant reliée à ladite première conduite dans un tronçon de la première conduite en aval de la vanne régulatrice, un déverseur relié à une extrémité de ladite première conduite, le déverseur comprenant une membrane, un organe de vanne d'obturation porté par la membrane, un siège de vanne d'éjection avec lequel la vanne d'obturation coopère, ledit siège de vanne
8 constituant un orifice de sortie du déverseur, et un ressort à effet réglable sollicitant ladite membrane en une position propre à appliquer l'organe d'obturation contre ledit siège.
8. Dispositif selon la revendication 7, comprenant en outre une troisième conduite, un second clapet anti-retour intercalé dans la troisième conduite, ladite troisième conduite reliant ladite seconde conduite à ladite première conduite en amont de la vanne régulatrice.
9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit siège de la vanne constitue un orifice de sortie du déverseur, et un tuyau dont le diamètre interne est sensiblement le même que l'orifice de sortie du déverseur s'étend de cet orifice à un point d'injection de CO2.
10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit tronçon comporte plusieurs embranchements aboutissant chacun à un déverseur comprenant une réserve de CO2 liquide sous pression, une conduite distributrice à vanne régulatrice, permettant la mise sous pression gazeuse de ladite conduite.
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