Procédé de congélation de terrains et installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. La présente invention comprend un pro cédé pour la congélation de terrains par éva poration d'un gaz liquéfié dans des tubes congélateurs, et une installation pour la mise en aeuvre de ce procédé.
L'évaporation directe d'un gaz liquéfié dans un tube congélateur en vue de la congé lation artificielle des terrains présente de nombreux avantages et fut essayée dès le dé but du siècle afin d'éviter la nécessité d'uti liser la saumure. Toutefois, la mise en ceuvre des procédés connus de ce genre présente cer tains inconvénients pratiques assez graves. En effet, ces procédés nécessitent. l'utilisation de conduites à haute pression, coûteuses et dont l'étanchéité est difficile à réaliser, pour ame ner le gaz liquéfié aux tubes congélateurs. D'autre part, dans ces procédés connus, chaque tube congélateur est alimenté de façon continue par un gicleur, ce qui crée des diffi cultés de réglage, car alors le gicleur devrait.
être modifié au fur et à mesure que la paroi de terrain congelé formée augmente d'épais seur et que le rendement de l'installation baisse. De plus, il se produit de fréquentes obstructions de ces gicleurs.
Le procédé suivant l'invention, qlni a pour but de permettre d'atténuer ces inconvénients, est caractérisé en ce qu'après avoir liquéfié le gaz, on réduit la pression de ce gaz liquéfié en un point situé à. distance des tubes congé lateurs et en ce qu'on distribue ensuite ce gaz liquéfié à cette pression réduite aux tubes congélateurs, de manière que ceux-ci soient alimentés chacun clé façon discontinue en gaz liquide.
L'installation pour la mise en ceuvre de ce procédé est caractérisée en ce qu'un réservoir pour le gaz liquéfié à pression réduite est intercalé entre le point. où a lieu la réduction de pression du gaz liquéfié et les tubes con gélateurs.
Une forme d'exécution du procédé selon la présente invention est décrite, à titre d'exem ple, dans ce qui suit en se référant an dessin qui représente, à titre d'exemple également, une forme d'exécution d'une installation pour la mise en oeuvre de cette forme d'exécution du procédé.
La fig. 1 est une vue générale schéma tique de cette forme d'exécution de l'installa tion.
La fig. 2 est une variante d'un détail d'un tube congélateur de cette installation. L'installation représentée comprend -Lui compresseur à gaz 1 qui peut être à un ou à plusieurs étages de compression. Le débit du compresseur, par exemple du gaz carbonique comprimé, passe dans un séparateur d'huile Z et, de là, dans un condenseur 3. Le gaz car bonique liquéfié, dont la pression est. d'envi ron 50 atm. abs., s'écoule dans un réservoir -1 à haute pression ayant un purgeur d'huile 19. Ce réservoir 4 a, en principe, une capacité suffisante pour pouvoir accumuler la quantité de fluide en circulation dans l'installation.
Le réservoir 4 communique avec un réservoir 6 par l'intermédiaire d'un robinet ou d'une vanne de réglage réglable 5. Le réservoir 6 est pourvu d'un manomètre 7 indiquant la pres sion régnant dans ce réservoir. Celui-ci est. relié à la conduite d'aspiration 14 du com presseur 1 par une conduite 20 munie d'un robinet 8 qui permet de régler la pression dans le réservoir 6. Au début de la congélation d'un terrain, on pourra choisir une température de l'agent réfrigérant de -20 C par exemple, ce qui correspond à une pression d'environ 20 atm. abs. On réglera dans ce .cas les robinets ou vannes 5 et 8 de faon à obtenir cette pression ré duite dans ale réservoir 6.
Au fur et à mesure que le sol se refroidit, cette température peut être abaissée, par exemple à -50 C, ce qui correspond à une pression d'environ 7 at. abs. On voit que, pour les températures indiquées, il règne dans i'installation représentée, dans le cas du procédé décrit, des pressions qui sont toutes supérieures à la pression atmo sphérique.
Du réservoir 6 pour le gaz liquéfié à pres sion réduite, ce gaz liquéfié passe dans un réservoir de dosage 9 muni d-'un indicateur 21 de niveau ou de capacité, et dont le vo lume sera égal au volume individuel des tubes congélateurs. Un distributeur 10 relie le ré servoir 9 aux tubes congélateurs (.dont un seul 1.1 est représenté) enfoncés dans le terrain à congeler, par des conduites dont une seule, 22, est représentée. Il pourrait aussi y avoir plusieurs groupes de tubes congélateurs, chaque groupe étant relié par une conduite au distributeur 10. Dans ce cas, le volume du réservoir doseur 9 sera égal à celui de Feu- semble des tubes congélateurs d'un groupe.
On voit que les conduites de distribution n'ont à supporter que la pression réduite régnant dans le réservoir 6. Lorsque le distributeur 10 ouvre la communication par la conduite 22 et que le robinet d'entrée 12 du congélateur 11 est ouvert, la charge de gaz liquéfié dans le réservoir de dosage 9 se vide directement dans ce tube congélateur 11. Ce dernier est relié par l'intermédiaire d'un robinet 13 à la con duite d'aspiration 14 du compresseur. Les autres tubes congélateurs sont reliés de fa@oi? analogue à la conduite 14.
Pendant la congélation d'un terrain, le robinet 13 reste ouvert et le tube congélateur 11 reste constamment ouvert à l'aspiration de la conduite 14. Lorsqu'un tube congélateur est. rempli de gaz liquéfié arrivant du réservoir 9, l'alimentation est coupée par le robinet 1'Z. La charge s'évapore alors petit à petit jus qu'à vidange complète. Pendant ce temps, on procède au moyen du distributeur 10 au rem p1issaged'autres tubes congélateurs jusqu'à ce que tous les tubes de l'installation aient. été remplis une fois, après quoi on recommence avec .le remplissage du premier tube. On introduit ainsi dans chaque tube congélateur des quantités dosées successives de raz liqué fié.
Ce processus se poursuit jusqu'à congéla tion du sol et pour l'entretien des ouvrages ainsi créés.
La vidange de chaque tube congélateur 11 (ou, le cas échéant, de chaque groupe de tubes congélateurs) est contrôlée au moyen du robinet 13 et d'un manomètre 23. Le robi net d'alimentation 12 étant supposé fermé, et si l'on ferme le robinet de vidange 13, l'indi cation de pression du manomètre 23 reste immuable dès que le tube congélateur 11 est vide; mais s'il reste encore du liquide dans le tube 11, la pression dans le tube augmente, ce qui est indiqué par le manomètre. On peut. ainsi déterminer quand il faut procéder à un nouveau remplissage de chaque tube 11.
L'installation représentée présente un ré servoir spécial 15, permettant. d'assurer le remplissage du circuit et la compensation des pertes au moyen de gaz carbonique solide. Lorsque .ce réservoir 15 est isolé du circuit par un robinet 16 et mis en communication .avec l'atmosphère par un robinet. 17, on peut ouvrir une vanne 18 et remplir le réservoir de glace carbonique. Lorsque le robinet 17 et l'ouverture 18 seront fermés, la pression monte dans le réservoir 15; lorsqu'elle a dé passé la pression correspondant au point triple, la charge de glace s'est liquéfiée, et en ouvrant le robinet 16, le liquide est introduit dans le circuit général.
La fig. 2 montre, à titre d'exemple, une variante des tubes congélateurs de l'installa tion de la fig. 1. Dans ce tube congélateur Ila pénètre un tube 24 de petit calibre qui plonge jusqu'au fond de ce tube congélateur, et qui est muni à l'extérieur de celui-ci d'un robinet. 25. Tant qu'il v a du gaz liquéfié dans le tube 11a., et à condition que l'on ouvre progressivement le robinet 25, le liquide expulsé se transformera en neige à la sortie du tube 24, mais si le liquide dans le congé lateur s'est totalement évaporé, il ne sort que du gaz sans laisser un dépôt à la sortie du tube 24.
On pourrait encore disposer un thermo mètre électrique au fond de chaque tube con gélateur 11. Quand le tube est rempli de gaz liquéfié, la température au fond du tube est. supérieure à la température d'aspiration. Si le tube 11 a, par exemple, une longueur de 10 m, et si l'on suppose une aspiration à 8,5 atm, abs., ce qui correspond à une tem pérature de -45 C, la. température au fond du tube sera. de -41,15 C. Lorsque le niveau du liquide baisse et atteint le thermomètre, la température descend d'abord à -45 C et puis, lorsque le liquide est tout évaporé, elle remonte.
On pourra aussi munir les tubes congéla teurs de dispositifs indicateurs de vidange par contact, électrique.
Le procédé et l'installation décrits présen tent les avantages .suivants: La quantité de froid dégagé dans chaque tube congélateur 11 est exactement connue et peut être réglée en faisant varier le dosage au moyen du réservoir 9. La production frigori fique totale est également connue, ce qui n'est pas le cas dans les procédés adoptés jusqu'à ce jour, parce que dans ceux-ci il arrive que, par suite d'irrégularités de débit out de dé tentes locales par suite de coudes, robinets ou fuites, l'alimentation d'un tube se fasse par tiellement avec du fluide gazeux et non plus avec du gaz liquéfié.
On peut faire fonctionner cette installa tion de faon que tous les tubes congélateurs dégagent successivement une quantité de froid égale.
La température dans chaque tube congéla- teur est la température la plus basse que l'on s'est fixée. En effet., chaque tube congélateur 11 de l'installation décrite étant pourvu d'un orifice d'arrivée, auquel aboutit la conduite 22, avant la forme d'une fente périphérique s'étendant sur une grande partie de la cir conférence du tube, il y a, pendant le rem plissage du tube, un ruissellement sur la paroi intérieure du haut vers le bas, et pour le com mencement la partie haute du tube se refroi dit donc plus intensément.
Dès que le tube entier est froid et que le liquide commence à s'accumuler au fond du tube, le point le phis froid se trouve au fond du tube; lorsque le niveau du liquide monte dans le tube, le point de température minimum se déplace du bas vers le haut. Puis, l'alimentation étant coupée, le niveau du liquide, et par conséquent le point de température minimum, redescend jus qu'au fond. Pendant chaque remplissage du tube congélateur, chaque point. du tube passe donc trois fois à la température minimum, ce qui n'est pas le cas dans les tubes congéla teurs des installations connues à alimentation continue.
Dans ce dernier cas, si le tube est d'une certaine longueur, il y a une différence notable de température entre le fond et le sommet de chaque tube congélateur alimenté de faon continue. Supposons, en effet, dans le cas d'utilisation de gaz carbonique, un tube de 50 m de profondeur en état d'équilibre, c'est-à-dire plein de liquide qui s'évapore, une épaisse couche de terrain congelé autour du tube congélateur limitant l'apport de chaleur vers le gaz liquéfié à l'intérieur du tube. La pression d'aspiration étant supposée de 8,5 atm. correspondant à -45 C, la pression au fond du tube sera de 14,1 atm., ce qui représente une température de -32 C environ. Il y a donc une différence de température entre le sommet et le fond du tube congélateur de 13 C environ.
Cette différence sera encore beaucoup plus sensible si au lieu du gaz car bonique on -utilise un autre gaz, comme par exemple l'ammoniac NH3. Le procédé décrit. atténue cet inconvénient et permet ainsi l'uti lisation de tubes congélateurs de n'importe quelle longueur, grâce à l'alimentation discon tinue et dosée.
Les tuyauteries et organes de commande de l'installation décrite peuvent être isolés afin de diminuer les pertes dans le circuit.
Ground freezing process and installation for implementing this process. The present invention comprises a process for freezing land by evaporating a liquefied gas in freezer tubes, and an installation for implementing this process.
The direct evaporation of a liquefied gas in a freezer tube with a view to the artificial freezing of the grounds presents many advantages and was tried from the beginning of the century in order to avoid the need to use brine. However, the implementation of known methods of this type has certain rather serious practical drawbacks. Indeed, these methods require. the use of high pressure pipes, expensive and whose sealing is difficult to achieve, to bring the liquefied gas to the freezer tubes. On the other hand, in these known methods, each freezer tube is fed continuously by a nozzle, which creates adjustment difficulties, because then the nozzle should.
be modified as the wall of frozen ground formed increases in thickness and the efficiency of the installation decreases. In addition, frequent blockages of these jets occur.
The method according to the invention, which aims to alleviate these drawbacks, is characterized in that after having liquefied the gas, the pressure of this liquefied gas is reduced at a point located at. distance from the freezer tubes and in that this liquefied gas at this reduced pressure is then distributed to the freezer tubes, so that the latter are each supplied in a discontinuous manner with liquid gas.
The installation for implementing this process is characterized in that a tank for the liquefied gas at reduced pressure is inserted between the point. where the pressure reduction of the liquefied gas takes place and the freezing tubes.
An embodiment of the method according to the present invention is described, by way of example, in the following with reference to the drawing which shows, by way of example also, an embodiment of an installation for the implementation of this embodiment of the method.
Fig. 1 is a general schematic view of this embodiment of the installation.
Fig. 2 is a variant of a detail of a freezer tube of this installation. The installation shown comprises -lui gas compressor 1 which may have one or more compression stages. The flow from the compressor, for example compressed carbon dioxide, passes through an oil separator Z and, from there, into a condenser 3. The liquefied carbon dioxide gas, the pressure of which is. approx. 50 atm. abs., flows into a high-pressure tank -1 having an oil drain 19. This tank 4 has, in principle, sufficient capacity to be able to accumulate the quantity of fluid circulating in the installation.
The reservoir 4 communicates with a reservoir 6 via a tap or an adjustable regulating valve 5. The reservoir 6 is provided with a pressure gauge 7 indicating the pressure prevailing in this reservoir. It is. connected to the suction line 14 of the compressor 1 by a line 20 provided with a valve 8 which allows the pressure in the tank 6 to be adjusted. At the start of the freezing of a ground, a temperature of 1 can be chosen. refrigerant of -20 C for example, which corresponds to a pressure of about 20 atm. abs. In this case, the taps or valves 5 and 8 will be adjusted so as to obtain this reduced pressure in the reservoir 6.
As the soil cools, this temperature can be lowered, for example to -50 C, which corresponds to a pressure of about 7 at. abs. It can be seen that, for the temperatures indicated, there prevails in the installation shown, in the case of the process described, pressures which are all greater than the atmospheric pressure.
From the tank 6 for the liquefied gas at reduced pressure, this liquefied gas passes into a metering tank 9 provided with a level or capacity indicator 21, and the volume of which will be equal to the individual volume of the freezer tubes. A distributor 10 connects the tank 9 to the freezer tubes (of which only one 1.1 is shown) driven into the ground to be frozen, by pipes of which only one, 22, is shown. There could also be several groups of freezer tubes, each group being connected by a pipe to the distributor 10. In this case, the volume of the metering tank 9 will be equal to that of the bulk of the freezer tubes of a group.
It can be seen that the distribution pipes only have to withstand the reduced pressure prevailing in the reservoir 6. When the distributor 10 opens the communication via the pipe 22 and the inlet valve 12 of the freezer 11 is open, the load of Liquefied gas in the metering tank 9 empties directly into this freezer tube 11. The latter is connected by means of a valve 13 to the suction pipe 14 of the compressor. The other freezer tubes are connected fa @ oi? analogous to pipe 14.
During the freezing of a ground, the valve 13 remains open and the freezer tube 11 remains constantly open to the suction of the pipe 14. When a freezer tube is. filled with liquefied gas arriving from tank 9, the power supply is cut off by tap 1'Z. The charge then evaporates little by little until it is completely drained. During this time, one proceeds by means of the distributor 10 to the filling of other freezer tubes until all the tubes of the installation have. been filled once, after which we start again with the filling of the first tube. Successive metered quantities of liquefied liquid gas are thus introduced into each freezer tube.
This process continues until the ground freezes and for the maintenance of the structures thus created.
The emptying of each freezer tube 11 (or, where appropriate, of each group of freezer tubes) is checked by means of the tap 13 and a pressure gauge 23. The supply tap 12 being supposed to be closed, and if the the drain valve 13 is closed, the pressure indication of the manometer 23 remains unchanged as soon as the freezer tube 11 is empty; but if there is still liquid left in the tube 11, the pressure in the tube increases, which is indicated by the pressure gauge. We can. thus determine when to refill each tube 11.
The installation shown has a special tank 15, allowing. to fill the circuit and compensate for losses using solid carbon dioxide. When this tank 15 is isolated from the circuit by a valve 16 and placed in communication with the atmosphere by a valve. 17, we can open a valve 18 and fill the reservoir with dry ice. When the tap 17 and the opening 18 are closed, the pressure rises in the reservoir 15; when it has passed the pressure corresponding to the triple point, the ice load is liquefied, and by opening the valve 16, the liquid is introduced into the general circuit.
Fig. 2 shows, by way of example, a variant of the freezer tubes of the installation of FIG. 1. Into this freezer tube Ila enters a small caliber tube 24 which plunges to the bottom of this freezer tube, and which is provided on the outside thereof with a tap. 25. As long as there is liquefied gas in the tube 11a., And provided that the valve 25 is gradually opened, the expelled liquid will turn into snow at the outlet of the tube 24, but if the liquid in the leave The generator has completely evaporated, it only leaves gas without leaving a deposit at the outlet of tube 24.
We could also have an electric thermometer at the bottom of each freezing tube 11. When the tube is filled with liquefied gas, the temperature at the bottom of the tube is. higher than the suction temperature. If the tube 11 has, for example, a length of 10 m, and assuming a suction at 8.5 atm, abs., Which corresponds to a temperature of -45 C, the. temperature at the bottom of the tube will be. of -41.15 C. When the liquid level drops and reaches the thermometer, the temperature first drops to -45 C and then, when the liquid is all evaporated, it rises again.
The freezer tubes can also be fitted with contact, electrical drain indicator devices.
The method and the installation described have the following advantages: The quantity of cold released in each freezer tube 11 is exactly known and can be regulated by varying the dosage by means of the tank 9. The total refrigeration production is also known. , which is not the case in the methods adopted to date, because in these it happens that, as a result of irregularities of flow out of local de tents as a result of elbows, taps or leaks, the supply of a tube is done partially with gaseous fluid and no longer with liquefied gas.
This installation can be operated so that all the freezer tubes successively give off an equal quantity of cold.
The temperature in each freezer tube is the lowest temperature set. Indeed., Each freezer tube 11 of the installation described being provided with an inlet orifice, which leads to the pipe 22, before the form of a peripheral slot extending over a large part of the tube's circumference. , during the filling of the tube, there is a runoff on the inner wall from top to bottom, and for the start the top part of the tube cools more intensely.
As soon as the entire tube is cold and the liquid begins to accumulate at the bottom of the tube, the coldest point is at the bottom of the tube; as the liquid level rises in the tube, the minimum temperature point moves from the bottom to the top. Then, the power being cut, the level of the liquid, and consequently the point of minimum temperature, goes down again to the bottom. During each filling of the freezer tube, each point. of the tube therefore passes three times at the minimum temperature, which is not the case in the freezer tubes of known continuous feed installations.
In the latter case, if the tube is of a certain length, there is a noticeable temperature difference between the bottom and the top of each continuously fed freezer tube. Let us suppose, in fact, in the case of the use of carbon dioxide, a tube 50 m deep in a state of equilibrium, that is to say full of liquid which evaporates, a thick layer of frozen ground around of the freezer tube limiting the heat input to the liquefied gas inside the tube. The suction pressure being assumed to be 8.5 atm. corresponding to -45 C, the pressure at the bottom of the tube will be 14.1 atm., which represents a temperature of approximately -32 C. There is therefore a temperature difference between the top and the bottom of the freezer tube of approximately 13 C.
This difference will be even more noticeable if, instead of carbon dioxide, another gas is used, such as ammonia NH3, for example. The method described. mitigates this drawback and thus allows the use of freezer tubes of any length, thanks to the discon tinuous and metered feed.
The pipes and control devices of the installation described can be insulated in order to reduce losses in the circuit.