EP0064137A1 - Dispositif pour augmenter l'homogénéité d'un mélange de fluides circulant ensemble dans une canalisation - Google Patents

Dispositif pour augmenter l'homogénéité d'un mélange de fluides circulant ensemble dans une canalisation Download PDF

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EP0064137A1
EP0064137A1 EP82101685A EP82101685A EP0064137A1 EP 0064137 A1 EP0064137 A1 EP 0064137A1 EP 82101685 A EP82101685 A EP 82101685A EP 82101685 A EP82101685 A EP 82101685A EP 0064137 A1 EP0064137 A1 EP 0064137A1
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    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4311—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being adjustable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/45—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads
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    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/45—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads
    • B01F25/452—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces
    • B01F25/4521—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces the components being pressed through orifices in elements, e.g. flat plates or cylinders, which obstruct the whole diameter of the tube
    • B01F25/45211—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces the components being pressed through orifices in elements, e.g. flat plates or cylinders, which obstruct the whole diameter of the tube the elements being cylinders or cones which obstruct the whole diameter of the tube, the flow changing from axial in radial and again in axial
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/23—Mixing by intersecting jets

Definitions

  • the present invention relates to a device for increasing the homogeneity of a mixture of fluids circulating together in a pipeline.
  • mixing is meant the simultaneous presence of several fluids, miscible or immiscible.
  • the invention applies in particular to the homogenization of a mixture of water and liquid hydrocarbons flowing in a pipe; this homogenization is made necessary when it is desired to accurately measure the amount of water in the mixture.
  • the speed of the jets has a radial component which becomes less and less as one considers the jets located more and more downstream; the opposite jets no longer meet and the mixing is bad.
  • An object of the invention is to define a device for increasing the homogeneity of the mixture of two fluids, based on the same principle of fractionation of fluids into convergent jets, but which has increased performance and better job security for all the flow values of the flow considered.
  • the invention relates to a device for increasing the homogeneity of the mixture of fluids circulating together in a pipeline, by splitting the flow into multiple convergent jets, characterized in that it comprises, inserted into the pipeline a cylindrical structure comprising a cylindrical sheath inside which two plates provided with orifices define two chambers between which the flow is divided, the space between the plates being partitioned by a plurality of partitions substantially perpendicular to the axis of the sheath so as to constitute cells in which converging jets are directed coming from the orifices of the plates, said cells having openings made in the sheath for the lateral evacuation of the fluids which have mixed in the cells.
  • the plates form an angle between them between 15 and 30 degrees open downstream, so as to make the longitudinal speeds in the chambers more uniform and to improve the flow when approaching the plates.
  • the sleeve is slidably disposed in a first conduit connected to the upstream pipe, a second pipe of diameter greater than the first pipe being fixed to the latter and to the downstream pipe, the flow of the mixed fluids taking place in the area between the sheath and the internal wall of the second conduit.
  • the sheath is provided with a sliding sleeve, the displacement of which successively closes the openings of the sheath.
  • the device shown in FIG. 2 comprises an upstream conduit 10 connected by a flange 11 to an upstream pipe 12 shown partially in broken lines, and a downstream conduit 15 connected by a flange 16 to a downstream pipe 17 shown partially in broken lines.
  • the purpose of the device is to intimately mix the fluids arriving from upstream to obtain downstream a sufficiently homogeneous and stable mixture to, for example, make significant measurements of the transport concentration of one or more of the fluids transported.
  • the conduits 10 and 15 are assembled by flanges 13 and 14.
  • the device comprises a cylindrical structure arranged in the conduits 10 and 15.
  • the cylindrical structure comprises a cylindrical sheath 9 closed at its downstream end and with a diameter less than the duct 10 to accommodate it; inside the sheath are arranged two perforated plates or grids, 21 and 22, flat, provided with perforations 23; these two plates are tightly connected to the downstream bottom of the sheath and are connected to each other upstream either directly or by a deflector plate 24.
  • two chambers 25, 26 are created which separate the upstream flow in two parts. Then the fluids divide into multiple opposite jets represented by the arrows f1 in FIG. 3.
  • the two upstream chambers above and below the perforated plates can be divided by perpendicular partitions 31 and 32; these partitions contribute to maintaining the plates in the sheath 9.
  • the perforated plates deviate downstream by an angle between 15 and 30 degrees.
  • the space between the two perforated plates is divided into multiple cells 34 delimited by the perforated plates 21 and 22 and by partitions 36 perpendicular to the general axis of the sheath.
  • the jets f1 which converge towards the space 33 included between the plates, escape laterally through lateral openings 38 made in the sleeve 9. Thanks to this arrangement, the flow does not come to modify the vertical component of the speed of the jets f1 and the mixing takes place both towards the downstream zones of the device and towards the upstream zones.
  • the structure which has just been defined can slide in the conduits and in this case, which is that of the figures, its movement is provided by pistons 41 and 42 sliding in cylinders 51 and 52 arranged on either side of the duct 10.
  • the rods 61, 62 of the pistons 41, 42 pass through the flanges 13, 14 and are terminated by studs 71, 72 for fixing and guiding the sheath.
  • the sliding of the structure makes it possible to adjust the flow rate by closing one or more of the cells 34.
  • the sleeve 9 can be fixed and the adjustment of the flow rate of the mixer ensured by a sliding sleeve around the sleeve.
  • the invention applies in particular to the mixture of petroleum products circulating in a pipeline and which comprise a proportion of water which it is necessary to measure with precision. This measurement can only be made after homogenization of the mixture by passage through the device of the invention.

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Abstract

Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend, inséré dans la canalisation une structure cylindrique comprenant un fourreau (9) cylindrique à l'intérieur duquel deux plaques (21, 22) munies d'orifices (23) définissent deux chambres (25, 26) entre lesquelles l'écoulement se partage, l'espace (33) entre les plaques étant cloisonné par une pluralité de cloisons (36) sensiblement perpendiculaires à l'axe du fourreau de manière à constituer des cellules dans lesquelles se dirigent des jets convergents venant des orifices des plaques, lesdites cellules possédant des ouvertures (38) pratiquées dans le fourreau pour l'évacuation des fluides qui ne sont mélangés dans les cellules. Application au mélange de produits pétroliers.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif pour augmenter l'homogénéité d'un mélange de fluides circulant ensemble dans une canalisation. Par mélange il faut entendre la présence simultanée de plusieurs fluides, miscibles ou non-miscibles.
  • L'invention s'applique notamment à l'homogénéisation d'un mélange d'eau et d'hydrocarbures liquides circulant dans une conduite ; cette homogénéisation est rendue nécessaire lorsqu'on souhaite mesurer avec précision la quantité d'eau dans le mélange.
  • Il a déjà été proposé de fractionner l'écoulement venant de l'amont en une pluralité de jets convergents et de modifier la valeur du diamètre des jets.
  • Dans ce type de dispositif, dont le schéma de principe fait l'objet de la figure 1 de la présente demande, et qui comprend une chambre à parois perforées 3 disposée au sein de la canalisation 2 dans lequel circulent les fluides de l'amont A vers l'aval B, les jets tels que a1 situés vers l'amont du mélangeur sont bien radiaux et donc convergents.
  • Par contre, vers l'aval du mélangeur, les jets (a2, a3) sont perturbés par l'écoulement longitudinal qui s'instaure de l'amont vers l'aval dans la chambre 3.
  • Il en résulte que la vitesse des jets a une composante radiale de plus en plus faible à mesure que l'on considère les jets situés de plus en plus vers l'aval ; les jets opposés ne se rencontrent plus et le mélange se fait mal.
  • Un but de l'invention est de définir un dispositif pour augmenter l'homogénéité du mélange de deux fluides, fondé sur le même principe de fractionnement des fluides en jets convergents, mais qui possède des performances accrues et une meilleure sécurité d'emploi pour toutes les valeurs de débit de l'écoulement considéré.
  • L'invention a pour objet un dispositif pour augmenter l'homogénéité du mélange de fluides circulant ensemble dans une canalisation, par fractionnement de l'écoulement en multiples jets convergents, caractérisé en ce qu'il comprend, inséré dans la canalisation une structure cylindrique comprenant un fourreau cylindrique à l'intérieur duquel deux plaques munies d'orifices définissent deux chambres entre lesquelles l'écoulement se partage, l'espace entre les plaques étant cloisonné par une pluralité de cloisons sensiblement perpendiculaires à l'axe du fourreau de manière à constituer des cellules dans lesquelles se dirigent des jets convergents venant des orifices des plaques, lesdites cellules possédant des ouvertures pratiquées dans le fourreau pour l'évacuation latérale des fluides qui se sont mélangés dans les cellules.
  • Avantageusement, les plaques font entre elles un angle compris entre 15 et 30 degrés ouvert vers l'aval, de façon à rendre plus uniformes les vitesses longitudinales dans les chambres et à améliorer l'écoulement à l'approche des plaques.
  • Dans un mode préféré de réalisation, le fourreau est disposé coulissant dans un premier conduit relié à la canalisation en amont, un second conduit de diamètre supérieur au premier conduit étant fixé à celui-ci et à la canalisation aval, l'écoulement des fluides mélangés s'effectuant dans la zone comprise entre le fourreau et la paroi interne du second conduit.
  • En variante, le fourreau est muni d'un manchon coulissant dont le déplacement obture successivement les ouvertures du fourreau.
  • L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel :
    • - la figure 1 est une vue schématique expliquant l'art antérieur.
    • - la figure 2 est une vue en perspective partiellement arrachée d'un dispositif selon la présente invention.
    • - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe selon les lignes III-III et IV-IV la figure 2.
    • - les figures 5 et 6 représentent le même dispositif dans diverses positions de fonctionnement.
  • Le dispositif représenté dans la figure 2 comprend un conduit amont 10 relié par une bride 11 à une canalisation amont 12 représentée partiellement en traits interrompus, et un conduit aval 15 relié par une bride 16 à une canalisation aval 17 représentée partiellement en traits interrompus.
  • Le but du dispositif est de mélanger intimement les fluides arrivant de l'amont pour obtenir en aval un mélange suffisamment homogène et stable pour, par exemple, effectuer des mesures significatives de la concentration de transport de l'un ou de plusieurs des fluides transportés.
  • Les conduits 10 et 15 sont assemblés par des brides 13 et 14.
  • Le dispositif comprend une structure cylindrique disposée dans les conduits 10 et 15.
  • La structure cylindrique comprend un fourreau cylindrique 9 obturé à son extrémité aval et de diamètre inférieur au conduit 10 pour s'y loger ; à l'intérieur du fourreau sont disposées deux plaques perforées ou grilles, 21 et 22, planes, munies de perforations 23 ; ces deux plaques sont reliées de façon étanche au fond aval du fourreau et sont reliées entre elles à l'amont soit directement, soit par une tôle déflectrice 24. Par cette disposition deux chambres 25, 26 sont créées qui séparent l'écoulement amont en deux parties. Ensuite les fluides se divisent en multiples jets opposés représentés par les flèches f1 de la figure 3.
  • Facultativement les deux chambres amont au-dessus et au-dessous des plaques perforées peuvent être divisées par des cloisons perpendiculaires 31 et 32 ; ces cloisons contribuent au maintien des plaques dans le fourreau 9.
  • Dans le cas qui est celui des figures les plaques perforées s'écartent vers l'aval d'un angle compris entre 15 et 30 degrés.
  • Enfin, l'espace compris entre les deux plaques perforées est fractionné en multiples cellules 34 délimitées par les plaques perforées 21 et 22 et par des cloisons 36 perpendiculaires à l'axe général du fourreau.
  • Les jets f1 qui convergent vers l'espace 33 compris entre les plaques, s'échappent latéralement par des ouvertures latérales 38 pratiquées dans le fourreau 9. Grâce à cette disposition, l'écoulement ne vient pas modifier la composante verticale de la vitesse des jets f1 et le mélange se fait aussi bien vers les zones aval du dispositif que vers les zones amont.
  • La structure qui vient d'être définie peut coulisser dans les conduits et dans ce cas, qui est celui des figures, son mouvement est assuré par des pistons 41 et 42 coulissant dans des cylindres 51 et 52 disposés de part et d'autre du conduit 10.
  • Les tiges 61, 62 des pistons 41, 42 traversent les brides 13, 14 et sont terminées par des plots 71, 72 de fixation et de guidage du fourreau.
  • Le coulissement de la structure permet de régler le débit d'écoulement en obturant une ou plusieurs des cellules 34.
  • Dans la figure 2, on observe qu'une cellule et demie est obturée. Dans la figure 5, toutes les cellules 34 sont obturées ; le dispositif se comporte alors comme une vanne fermée.
  • Dans la figure 6, au contraire, la structure mobile est repoussée complètement en amont ; l'écoulement se fait sans turbulence notable, mais sans perte importante de charge.
  • En variante, non représentée, le fourreau 9 peut être fixe et le réglage du débit du mélangeur assuré par un manchon coulissant autour du fourreau.
  • L'invention s'applique notamment au mélange de produits pétroliers circulant dans une canalisation et qui comprennent une proportion d'eau qu'il est nécessaire de mesurer avec précision. Cette mesure ne peut être faite qu'après homogénéisation du mélange par passage dans le dispositif de l'invention.

Claims (5)

1/ Dispositif pour augmenter l'homogénéité du mélange de fluides circulant dans une même canalisation, par fractionnement de l'écoulement en multiples jets convergents, caractérisé en ce qu'il comprend, inséré dans la canalisation une structure cylindrique comprenant un fourreau (9) cylindrique à l'intérieur duquel deux plaques (21, 22) munies d'orifices (23) définissent deux chambres (25, 26) entre lesquelles l'écoulement se partage, l'espace (33) entre les plaques étant cloisonné par une pluralité de cloisons (36) sensiblement perpendiculaires à l'axe du fourreau de manière à constituer des cellules (34) dans lesquelles se dirigent des jets convergents venant des orifices des plaques, lesdites cellules possédant des ouvertures (38) pratiquées dans le fourreau pour l'évacuation latérale des fluides qui se sont mélangés dans les cellules.
2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques (21, 22) font entre elles un angle compris entre 15 et 30 degrés. 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les chambres (25, 26) sont munies chacune d'une cloison (31, 32) perpendiculaire aux plaques (21, 22) et parallèle à l'axe du fourreau (9).
4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les plaques (21, 22) sont réunies à l'amont par une plaque déflectrice (24).
5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fourreau (9) est disposé coulissant dans un premier conduit (10) relié à la canalisation en amont, un second conduit (15) de diamètre supérieur au premier conduit étant fixé à celui-ci et à la canalisation aval, l'écoulement des fluides mélangés s'effectuant dans la zone comprise entre le fourreau (9) et la paroi interne du second conduit. 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fourreau (9) est déplacé au moyen d'un vérin ayant une tige (61, 62) fixée par une première extrémité (71, 72) au fourreau et munie à une seconde extrémité d'un piston (41, 42) coulissant dans un cylindre (51, 52) extérieur au premier conduit.
7/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fourreau (9) est muni d'un manchon coulissant dont le déplacement obture successivement les ouvertures (38) du fourreau.
EP82101685A 1981-05-05 1982-03-04 Dispositif pour augmenter l'homogénéité d'un mélange de fluides circulant ensemble dans une canalisation Expired EP0064137B1 (fr)

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DE (1) DE3264188D1 (fr)
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