FR2788600A1 - Detecting the formation of a deposit of material contained in a fluid on a heat flow detector by measuring the heat flow between the faces of the detector - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection de la formation d'un dépôt sur une face d'un capteur de mesure de flux thermique en The present invention relates to a method and a device for detecting the formation of a deposit on one face of a sensor for measuring thermal flux in
contact avec un fluide.contact with a fluid.
Elle trouve son application dans l'industrie pétrolière et la pétrochimie pour la détection de la formation d'hydrates dans des équipements de production, de transport ou de traitement de gaz ou de liquides et pour la détection de la formation de dépôts de paraffines ou de polymères ou de sels dans des équipements de production, de transport ou de traitement de liquides ou de gaz ou de fluides polyphasiques. Elle trouve aussi son application pour détecter la formation de glace par exemple sur les structures des aéronefs, sur les routes et autoroutes et de manière générale pour détecter la formation de dépôts de matières contenues dans des It finds its application in the petroleum and petrochemical industry for the detection of the formation of hydrates in equipment for the production, transport or treatment of gases or liquids and for the detection of the formation of deposits of paraffins or of polymers or salts in equipment for the production, transport or processing of liquids or gases or multiphase fluids. It also finds its application for detecting the formation of ice, for example on aircraft structures, on roads and motorways, and in general for detecting the formation of deposits of materials contained in
fluides sur des parois d'équipements utilisés dans les industries chimiques, agro- fluids on the walls of equipment used in the chemical, agro-
alimentaires et pharmaceutiques.food and pharmaceutical.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURESTATE OF THE PRIOR ART
La formation de dépôts de matières contenues dans des fluides sur les parois internes d'équipements utilisés pour leur production, leur transport ou leur traitement est un phénomène perturbateur du fonctionnement des installations industrielles qu'il convient généralement de détecter avec certitude le plus tôt The formation of deposits of materials contained in fluids on the internal walls of equipment used for their production, transport or treatment is a disturbing phenomenon in the operation of industrial installations which it is generally advisable to detect with certainty as soon as possible.
possible pour en prévenir ou en limiter les effets. possible to prevent or limit its effects.
C'est le cas par exemple de la formation d'hydrates dans les conduites de transport d'hydrocarbures gazeux et de la formation de dépôts de paraffines dans les conduites de transport d'hydrocarbures liquides, qui réduisent la section de passage This is the case for example of the formation of hydrates in the transport lines of gaseous hydrocarbons and the formation of paraffin deposits in the transport lines of liquid hydrocarbons, which reduce the cross-sectional area.
des conduites et peuvent même entraîner leur bouchage total. pipes and can even lead to their total blockage.
Des phénomènes identiques sont également observés dans les colonnes Identical phenomena are also observed in the columns
de distillation de ces produits.distillation of these products.
Un autre phénomène particulièrement gênant, voire dangereux est la formation sous l'effet du froid de glace sur des parois d'équipements en contact avec Another particularly annoying, even dangerous phenomenon is the formation under the effect of ice cold on walls of equipment in contact with
de l'air contenant de la vapeur d'eau. air containing water vapor.
Une méthode connue de détection de la formation d'hydrates dans une conduite de transport de gaz est décrite dans le document SU 1 690 800 du 15.11.1989. Cette méthode consiste à créer sur la conduite de gaz une restriction au passage du gaz et à mesurer la pression et la température du gaz en amont et en aval de cette restriction. Les valeurs qui résultent de ces mesures sont traitées par un microcalculateur pour calculer la valeur de la température en aval de la restriction A known method for detecting the formation of hydrates in a gas transport pipe is described in the document SU 1 690 800 of 15.11.1989. This method consists in creating a restriction on the gas pipe on the passage of gas and in measuring the pressure and the temperature of the gas upstream and downstream of this restriction. The values resulting from these measurements are processed by a microcomputer to calculate the temperature value downstream of the restriction
et la comparer à la température mesurée. and compare it to the measured temperature.
La formation d'hydrates modifiant les conditions thermodynamiques de l'écoulement du gaz, un écart entre la valeur calculée de la température en aval de la The formation of hydrates modifying the thermodynamic conditions of the gas flow, a difference between the calculated value of the temperature downstream of the
restriction et sa valeur mesurée indique la formation d'hydrates. restriction and its measured value indicates the formation of hydrates.
Les paramètres utilisés pour le calcul de la température en aval de la restriction sont déterminés expérimentalement dans des conditions telles que des The parameters used for the calculation of the temperature downstream of the restriction are determined experimentally under conditions such as
hydrates ne puissent pas se former.hydrates cannot form.
Cette méthode est limitée à la détection de la formation d'hydrates dans des conduites de gaz en mouvement et nécessite l'installation d'une restriction sur la This method is limited to detecting the formation of hydrates in moving gas lines and requires the installation of a restriction on the
conduite qui génère une perte de charge. driving which generates a pressure drop.
De plus le dispositif constituant la restriction doit être débarrassé des hydrates après leur détection pour qu'il retrouve sa capacité de détection. Cette opération nécessite soit un démontage, soit l'injection de produits chimiques dans la conduite. Une autre méthode pour détecter la formation de dépôts de matières contenues dans un fluide est décrite dans le document DE 4 414 030 du 10.08.1995, Cette méthode consiste à mesurer au moyen d'ultrasons l'épaisseur de la couche In addition, the device constituting the restriction must be rid of the hydrates after their detection so that it regains its detection capacity. This operation requires either disassembly or the injection of chemicals into the pipe. Another method for detecting the formation of deposits of materials contained in a fluid is described in the document DE 4 414 030 of 10.08.1995, This method consists in measuring by means of ultrasound the thickness of the layer
formée sur un support par les matières déposées. formed on a support by the deposited materials.
Cette méthode est imprécise car sensible à de nombreux paramètres tels que la densité et la nature du fluide, sa température et sa charge en particules solides. Par nature elle ne permet pas une détection précoce de la formation d'un dépôt puisqu'elle n'est efficiente que si la couche de matière à une certaine épaisseur déterminée par la sensibilité du dispositif utilisé pour mettre en oeuvre cette méthode. De plus cette méthode nécessite des traitements de signaux complexes. This method is imprecise because it is sensitive to many parameters such as the density and nature of the fluid, its temperature and its load of solid particles. By its nature, it does not allow early detection of the formation of a deposit since it is efficient only if the layer of material at a certain thickness determined by the sensitivity of the device used to implement this method. In addition, this method requires complex signal processing.
EXPOSE DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
La présente invention a justement pour objet de remédier à ces inconvénients et notamment de fournir une méthode et un dispositif de détection de la formation d'un dépôt de matière contenue dans un fluide sous forme liquide ou gazeuse, immobile ou en mouvement, sur une face d'un capteur de flux thermique The object of the present invention is precisely to remedy these drawbacks and in particular to provide a method and a device for detecting the formation of a deposit of material contained in a fluid in liquid or gaseous form, stationary or in motion, on one side. a heat flow sensor
en contact avec le fluide.in contact with the fluid.
A cette fin, la présente invention propose un procédé de détection de la formation d'un dépôt de matière contenue dans un fluide, sur une première face d'un capteur de flux thermique en contact avec le fluide, ledit capteur comportant une deuxième face séparée du fluide, lequel procédé est caractérisé en ce qu'il consiste: - à maintenir une différence de température AT constante entre le fluide et la deuxième face du capteur, à déterminer un flux thermique de référence égal au flux thermique qui circule entre la première et la deuxième face du capteur en l'absence de dépôt de matière sur la première face, la différence de température entre la première et la deuxième face du capteur étant égale à AT, - à mesurer en continu la valeur du flux thermique qui circule entre la première et la deuxième face du capteur, - à détecter des variations supérieures à un seuil, de la valeur du flux thermique mesuré en continu, par rapport au flux thermique de référence, lesdites variations traduisant la formation d'un dépôt de matière sur la To this end, the present invention provides a method for detecting the formation of a deposit of material contained in a fluid, on a first face of a heat flow sensor in contact with the fluid, said sensor comprising a second separate face. of the fluid, which process is characterized in that it consists in: - maintaining a constant temperature difference AT between the fluid and the second face of the sensor, determining a reference heat flux equal to the heat flux which circulates between the first and the second face of the sensor in the absence of material deposition on the first face, the temperature difference between the first and the second face of the sensor being equal to AT, - to continuously measure the value of the heat flux which circulates between the first and second faces of the sensor, - to detect variations greater than a threshold, of the value of the heat flux measured continuously, relative to the heat flux d e reference, said variations translating the formation of a deposit of material on the
première face du capteur de mesure de flux thermique. first side of the heat flow sensor.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la différence de température AT entre le fluide et la deuxième face du capteur a une valeur absolue comprise entre 0,5 et 25 C et son signe est choisi de manière à favoriser According to another characteristic of the invention, the temperature difference AT between the fluid and the second face of the sensor has an absolute value of between 0.5 and 25 C and its sign is chosen so as to favor
thermodynamiquement la formation du dépôt. thermodynamically the formation of the deposit.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant un hydrate et le fluide comprenant des hydrocarbures, la différence de température AT According to another characteristic of the invention, the deposit formed being a hydrate and the fluid comprising hydrocarbons, the temperature difference AT
entre le fluide et la deuxième face du capteur est comprise entre +0,5 et +20 C. between the fluid and the second face of the sensor is between +0.5 and +20 C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant une paraffine et le fluide comprenant des hydrocarbures sous forme liquide, la différence de température AT entre le fluide et la deuxième face du capteur est comprise entre According to another characteristic of the invention, the deposit formed being a paraffin and the fluid comprising hydrocarbons in liquid form, the temperature difference AT between the fluid and the second face of the sensor is between
+1 et +20 C.+1 and +20 C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant de la glace et le fluide étant un gaz contenant de l'eau, la différence de température AT According to another characteristic of the invention, the deposit formed being ice and the fluid being a gas containing water, the temperature difference AT
entre le fluide et la deuxième face du capteur est comprise entre +0,5 et +2 C. between the fluid and the second face of the sensor is between +0.5 and +2 C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant un produit solide du type présentant une solubilité inverse dans l'eau et le fluide contenant de l'eau, la différence de température AT entre le fluide et la deuxième According to another characteristic of the invention, the deposit formed being a solid product of the type having reverse solubility in water and the fluid containing water, the temperature difference AT between the fluid and the second
face du capteur est comprise entre -0,5 et -20 C. face of the sensor is between -0.5 and -20 C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le flux thermique de According to another characteristic of the invention, the heat flux of
référence est déterminé par calcul. reference is determined by calculation.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le flux thermique de référence est déterminé expérimentalement par mesure dans les conditions According to another characteristic of the invention, the reference heat flux is determined experimentally by measurement under the conditions
d'écoulement du fluide.fluid flow.
Selon une autre caractéristique, le procédé de l'invention consiste en plus après détection de la formation d'un dépôt de matière sur la première face du capteur de flux thermique, à éliminer ledit dépôt en maintenant une différence de température entre le fluide et la deuxième face du capteur, de signe opposé à la According to another characteristic, the method of the invention further consists, after detection of the formation of a deposit of material on the first face of the heat flux sensor, in eliminating said deposit while maintaining a temperature difference between the fluid and the second side of the sensor, of opposite sign to the
différence de température AT pendant un temps prédéterminé expérimentalement. temperature difference AT for a predetermined time experimentally.
La présente invention a aussi pour objet un dispositif pour détecter la formation d'un dépôt de matière contenue dans un fluide, sur une première face d'un capteur de flux thermique en contact avec le fluide, ledit capteur comportant une deuxième face séparée du fluide et délivrant sur une sortie un signal représentatif du flux thermique circulant entre ses deux faces, lequel dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte en plus: - des moyens de mesure de la différence de température AT entre le fluide et la deuxième face du capteur de flux thermique fournissant sur une sortie un signal électronique représentatif de ladite différence de température, - des moyens de réglage de la température de la deuxième face du capteur de mesure de flux thermique comportant une entrée de commande, - un régulateur comportant une entrée de mesure raccordée à la sortie des moyens de mesure de la différence de température AT et une sortie reliée à l'entrée de commande des moyens de réglage de la température de la deuxième face du capteur de flux thermique, pour maintenir à une valeur constante de consigne la différence de température AT, - des moyens de traitement du signal délivré par le capteur de flux thermique, raccordés à la sortie du dit capteur, qui comprennent: un module de calcul pour calculer les variations du flux thermique circulant entre les deux faces du capteur de flux thermique, par rapport à un flux thermique de référence égal au flux thermique qui circule entre les deux faces du capteur en l'absence de dépôt de matière sur la première face, la différence de température entre la première et la deuxième face du capteur étant égale à AT, ò un module de détection pour détecter les variations calculées supérieures à un seuil, lesdites variations traduisant la formation d'un dépôt de matière sur la première face du capteur de flux thermique et The present invention also relates to a device for detecting the formation of a deposit of material contained in a fluid, on a first face of a heat flow sensor in contact with the fluid, said sensor comprising a second face separated from the fluid. and delivering on an output a signal representative of the heat flux circulating between its two faces, which device is characterized in that it further comprises: - means for measuring the temperature difference AT between the fluid and the second face of the sensor flow controller providing an electronic signal on an output representative of said temperature difference, - means for adjusting the temperature of the second face of the heat flux measurement sensor comprising a control input, - a regulator comprising a measurement input connected to the output of the temperature difference measuring means AT and an output connected to the control input d es means for adjusting the temperature of the second face of the heat flow sensor, to maintain the temperature difference AT at a constant set value, - means for processing the signal delivered by the heat flow sensor, connected to the output of said sensor, which comprise: a calculation module for calculating the variations of the heat flow flowing between the two faces of the heat flow sensor, with respect to a reference heat flow equal to the heat flow that flows between the two faces of the sensor in the absence of material deposition on the first face, the temperature difference between the first and the second face of the sensor being equal to AT, ò a detection module for detecting the calculated variations greater than a threshold, said variations reflecting the formation a deposit of material on the first face of the heat flow sensor and
délivrer sur une sortie un signal indicatif de la formation d'un dépôt. deliver on an output a signal indicative of the formation of a deposit.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la consigne du régulateur de la différence de température AT entre le fluide et la deuxième face du capteur a une valeur absolue comprise entre 0,5 et 25 C et son signe est choisi de manière à According to another characteristic of the invention, the setpoint of the temperature difference regulator AT between the fluid and the second face of the sensor has an absolute value of between 0.5 and 25 C and its sign is chosen so as to
favoriser thermodynamiquement la formation du dépôt. thermodynamically promote the formation of the deposit.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant un hydrate et le fluide comprenant des hydrocarbures sous forme gazeuse et de l'eau, According to another characteristic of the invention, the deposit formed being a hydrate and the fluid comprising hydrocarbons in gaseous form and water,
la valeur de la consigne du régulateur est comprise entre +0,5 et +20 C. the regulator setpoint value is between +0.5 and +20 C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant une paraffine et le fluide comprenant des hydrocarbures sous forme liquide, la valeur de According to another characteristic of the invention, the deposit formed being a paraffin and the fluid comprising hydrocarbons in liquid form, the value of
la consigne du régulateur est comprise entre +1 et +20 C. the regulator setpoint is between +1 and +20 C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant de la glace et le fluide étant un gaz contenant de l'eau, la valeur de la consigne du According to another characteristic of the invention, the deposit formed being ice and the fluid being a gas containing water, the set value of the
régulateur est comprise entre +0,5 et +2 C. regulator is between +0.5 and +2 C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, caractérisé en ce que le dépôt formé étant un produit solide du type présentant une solubilité inverse dans l'eau et le fluide contenant de l'eau, la valeur de la consigne du régulateur est According to another characteristic of the invention, characterized in that the deposit formed being a solid product of the type having reverse solubility in water and in the fluid containing water, the value of the setpoint of the regulator is
comprise entre -0,5 et -20 C.between -0.5 and -20 C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de réglage de la température de la deuxième face du capteur de mesure de flux thermique sont du According to another characteristic of the invention, the means for adjusting the temperature of the second face of the heat flux measurement sensor are of the
type frigorifique.refrigeration type.
Selon une autre caractéristique, le dispositif de l'invention comporte des According to another characteristic, the device of the invention comprises
moyens de mémorisation de la valeur du flux thermique de référence. means for memorizing the value of the reference heat flux.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le flux thermique de According to another characteristic of the invention, the heat flux of
référence est déterminé par calcul. reference is determined by calculation.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le flux thermique de référence est déterminé expérimentalement par mesure dans les conditions According to another characteristic of the invention, the reference heat flux is determined experimentally by measurement under the conditions
d'écoulement du fluide.fluid flow.
Selon une autre caractéristique, le dispositif de l'invention comporte en plus des moyens de maintien d'une différence de température entre le fluide et la deuxième face du capteur de signe opposé à la différence de température AT pendant un temps prédéterminé, pour éliminer le dépôt formé sur la première face According to another characteristic, the device of the invention further comprises means for maintaining a temperature difference between the fluid and the second face of the sign sensor opposite to the temperature difference AT for a predetermined time, in order to eliminate the deposit formed on the first side
du capteur de flux thermique.of the heat flow sensor.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante donnée The invention will be better understood using the following description given
à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure I représente schématiquement un premier mode de réalisation conforme au descriptif de l'invention utilisable pour la détection de la formation d'hydrates sur une face d'un capteur de flux thermique placé dans by way of example, with reference to the accompanying drawings in which: - Figure I shows schematically a first embodiment in accordance with the description of the invention usable for the detection of the formation of hydrates on one side of a heat flow placed in
une conduite de transport de gaz.a gas transport pipe.
- la figure 2 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation de l'invention conforme au descriptif de l'invention qui comporte des moyens d'élimination des dépôts détectés selon le premier mode de réalisation, - la figure 3 représente schématiquement un troisième mode de réalisation conforme au descriptif de l'invention utilisable pour la détection de la formation d'un dépôt de carbonate de calcium sur une face d'un capteur de flux thermique placé dans une conduite de transport d'un fluide contenant de I'eau. - Figure 2 schematically shows a second embodiment of the invention according to the description of the invention which includes means for removing deposits detected according to the first embodiment, - Figure 3 schematically shows a third embodiment in accordance with the description of the invention which can be used for the detection of the formation of a calcium carbonate deposit on one side of a heat flux sensor placed in a pipe for transporting a fluid containing water.
EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
D'une manière générale, le procédé et le dispositif de l'invention sont utilisés pour détecter la formation d'un dépôt de matière contenue dans un fluide, sur In general, the method and the device of the invention are used to detect the formation of a deposit of material contained in a fluid, on
une surface en contact avec ce fluide. a surface in contact with this fluid.
La figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention utilisable pour détecter la formation d'un dépôt 1 d'hydrates sur une première face 4 d'un capteur 5 de flux thermique, placé à l'intérieur d'une conduite 2 de transport d'un fluide 3 contenant des hydrocarbures gazeux et de la vapeur d'eau, la face 4 de ce capteur 5 étant en contact avec le FIG. 1 schematically represents a first embodiment of the device of the invention usable for detecting the formation of a hydrate deposit 1 on a first face 4 of a heat flow sensor 5, placed inside a pipe 2 for transporting a fluid 3 containing gaseous hydrocarbons and water vapor, the face 4 of this sensor 5 being in contact with the
fluide 3.fluid 3.
Le capteur 5 de flux thermique comporte une deuxième face 6 et délivre sur une sortie 7 un signal électronique représentatif du flux thermique qui circule entre les deux faces 4 et 6. Le flux thermique est défini comme la quantité de chaleur échangée par le fluide 3 avec la face 4 du capteur 5, par unité de temps et par unité de surface, il s'exprime généralement en Watt / cm2. Son signe est The heat flow sensor 5 has a second face 6 and delivers on an output 7 an electronic signal representative of the heat flow which circulates between the two faces 4 and 6. The heat flow is defined as the amount of heat exchanged by the fluid 3 with the side 4 of the sensor 5, per unit of time and per unit of area, it is generally expressed in Watt / cm2. His sign is
représentatif du sens de l'échange. representative of the sense of exchange.
Le dispositif de l'invention selon le premier de réalisation comporte des moyens de mesure de la différence de température AT entre le fluide 3 et la deuxième face 6 du capteur 5 de flux thermique, qui comportent un thermocouple 10 qui délivre sur une sortie 11 un signal représentatif de la température T1 de la deuxième face 6 du capteur 5, un thermocouple 12 qui délivre sur une sortie 13 un signal représentatif de la température T2 du fluide 3 et un module 14 de calcul de la différence AT = T2 - T1 qui délivre sur une sortie 15 un signal représentatif de cette différence, un élément 8 refroidisseur du type à effet Peltier, en contact avec la deuxième face 6 du capteur 5, dont la puissance de refroidissement est commandable par application d'un signal électrique sur une entrée 9 de commande pour régler la température de la face 6 du capteur 5, - un régulateur 16 qui comporte une entrée de mesure raccordée à la sortie 15 des moyens de mesure de la différence de température AT, une sortie reliée à l'entrée 9 de commande de l'élément refroidisseur 8 et une mémoire 17 de stockage d'une valeur de consigne ATc. Le régulateur 16 calcule l'écart entre la différence AT de température mesurée et la valeur de consigne ATc stockée et détermine par application d'un algorithme du type PID la valeur du signal de commande de l'élément 8 refroidisseur et délivre sur sa sortie un signal égal à cette valeur. Le dispositif de l'invention selon le premier mode de réalisation comporte aussi des moyens 18 de traitement qui comprennent: - un indicateur 23 de flux thermique dont l'entrée est reliée à la sortie 7 du capteur 5 de flux thermique qui affiche la valeur dudit flux, - un module 19 de calcul muni d'une entrée reliée à la sortie 7 du capteur 5 de flux thermique qui calcule en continu les variations de la valeur du flux thermique mesuré par le capteur 5, par rapport à une valeur de référence égale à la valeur du flux thermique mesuré par le capteur 5 en l'absence de dépôt. Le module 19 de calcul délivre sur une sortie 20 un signal représentatif desdites The device of the invention according to the first embodiment includes means for measuring the temperature difference AT between the fluid 3 and the second face 6 of the heat flow sensor 5, which comprise a thermocouple 10 which delivers on an output 11 a signal representative of the temperature T1 of the second face 6 of the sensor 5, a thermocouple 12 which delivers on an output 13 a signal representative of the temperature T2 of the fluid 3 and a module 14 for calculating the difference AT = T2 - T1 which delivers on an output 15 a signal representative of this difference, a cooling element 8 of the Peltier effect type, in contact with the second face 6 of the sensor 5, the cooling power of which is controllable by application of an electrical signal to an input 9 control to adjust the temperature of the face 6 of the sensor 5, - a regulator 16 which has a measurement input connected to the output 15 of the difference measurement means AT temperature, an output connected to the input 9 for controlling the cooling element 8 and a memory 17 for storing a setpoint ATc. The regulator 16 calculates the difference between the measured temperature difference AT and the stored setpoint ATc and determines by application of an algorithm of the PID type the value of the control signal of the cooler element 8 and delivers on its output a signal equal to this value. The device of the invention according to the first embodiment also includes processing means 18 which include: - an indicator 23 of heat flow, the input of which is connected to the output 7 of the sensor 5 of heat flow which displays the value of said flow, - a calculation module 19 provided with an input connected to the output 7 of the heat flow sensor 5 which continuously calculates the variations in the value of the heat flow measured by the sensor 5, with respect to an equal reference value at the value of the heat flux measured by the sensor 5 in the absence of a deposit. The calculation module 19 delivers on an output 20 a signal representative of said
variations.variations.
- un module 21 de détection muni d'une entrée reliée à la sortie 20 du module 19 de calcul qui détecte les variations du flux thermique mesuré par le capteur 5 supérieures à un seuil prédéterminé et délivre sur une sortie 22 un signal a detection module 21 provided with an input connected to the output 20 of the calculation module 19 which detects variations in the heat flux measured by the sensor 5 greater than a predetermined threshold and delivers a signal to an output 22
indicatif de la formation d'un dépôt de matière sur la face 4 du capteur 5. indicative of the formation of a deposit of material on the face 4 of the sensor 5.
Le capteur 5 de flux thermique, le thermocouple 10 et l'élément 8 de refroidissement sont montés sur un support solidaire de la conduite 2 non représenté sur la figure 1. La conduite 2 comporte non représentés sur la figure 1 des passages étanches pour le passage des liaisons électriques entre les éléments placés à The heat flow sensor 5, the thermocouple 10 and the cooling element 8 are mounted on a support integral with the pipe 2 not shown in Figure 1. The pipe 2 has not shown in Figure 1 sealed passages for passage electrical connections between the elements placed at
l'intérieur de la conduite et ceux installés à l'extérieur. inside the pipe and those installed outside.
Selon la méthode de l'invention, la différence de température AT entre la température T2 du fluide 3 et la température T1 de la face 6 du capteur 5 de flux thermique est maintenue constante grâce au régulateur 26 qui agit sur l'élément 8 refroidisseur. Cette différence est égale à la consigne du régulateur soit par exemple According to the method of the invention, the temperature difference AT between the temperature T2 of the fluid 3 and the temperature T1 of the face 6 of the heat flow sensor 5 is kept constant by the regulator 26 which acts on the cooler element 8. This difference is equal to the regulator setpoint, for example
ATc = + 5 C.ATc = + 5 C.
Pour une pression donnée du fluide, la formation d'hydrates est favorisée par une baisse de température. La différence de température AT = T2 - T1 doit donc être positive. Sa valeur absolue est déterminée expérimentalement en fonction de la For a given fluid pressure, the formation of hydrates is favored by a drop in temperature. The temperature difference AT = T2 - T1 must therefore be positive. Its absolute value is determined experimentally based on the
nature des hydrates et de la sensibilité de détection souhaitée. nature of the hydrates and the desired detection sensitivity.
En l'absence de dépôt sur la face 4 du capteur 5, du fait de la différence de température AT, un flux thermique de référence Fref s'établit entre les deux faces 4 et 6 du capteur 5 de flux. Le flux de référence Fref peut être soit calculé, soit mesuré en laboratoire, soit mesuré à la mise en service du dispositif avant formation d'un dépôt ou en créant dans la conduite des conditions qui garantissent l'absence de dépôt, par exemple en injectant dans la conduite un inhibiteur de formation In the absence of deposition on the face 4 of the sensor 5, due to the temperature difference AT, a reference heat flow Fref is established between the two faces 4 and 6 of the flow sensor 5. The reference flow Fref can be either calculated, or measured in the laboratory, or measured when the device is put into service before the formation of a deposit or by creating conditions in the pipeline which guarantee the absence of a deposit, for example by injecting in driving a training inhibitor
d'hydrates tel qu'un glycol.hydrates such as a glycol.
La valeur de Fref lue sur l'indicateur 23 en l'absence de dépôt est introduite dans le module 19 de calcul par des moyens conventionnels non représentés sur la figure 1 et stockée dans ce module. Le module 19 de calcul détermine la valeur de la différence entre le flux thermique mesuré par le capteur 5 et la valeur Fref de référence stockée dans ledit module. Cette différence est évidemment nulle en l'absence de dépôt sur la face 4 du capteur 5. Lorsqu'un dépôt d'hydrates se forme sur la face 6 du capteur 5 en contact avec le fluide, les conditions d'échange thermique entre le fluide 3 et la face 4 sont modifiées. Plus précisément la couche d'hydrates formée sur la face 6 du capteur 5 forme une résistance thermique qui s'insère dans le circuit d'échange de chaleur entre le fluide 3 et la face 4 du capteur 5. Etant donné que la différence de température AT est maintenue constante par l'action du régulateur, l'augmentation de résistance thermique du circuit d'échange de chaleur entre le fluide 3 et la face 4 du capteur 5 résultant du dépôt d'hydrates, entraîne une diminution du flux The value of Fref read on the indicator 23 in the absence of a deposit is introduced into the module 19 of calculation by conventional means not shown in FIG. 1 and stored in this module. The calculation module 19 determines the value of the difference between the heat flux measured by the sensor 5 and the reference Fref value stored in said module. This difference is obviously zero in the absence of deposition on the face 4 of the sensor 5. When a hydrate deposit is formed on the face 6 of the sensor 5 in contact with the fluid, the conditions of heat exchange between the fluid 3 and side 4 are modified. More precisely, the hydrate layer formed on the face 6 of the sensor 5 forms a thermal resistance which is inserted into the heat exchange circuit between the fluid 3 and the face 4 of the sensor 5. Since the temperature difference AT is kept constant by the action of the regulator, the increase in thermal resistance of the heat exchange circuit between the fluid 3 and the face 4 of the sensor 5 resulting from the deposition of hydrates, results in a decrease in the flow
thermique qui circule dans ce circuit, lequel est mesuré par le capteur 5. thermal which circulates in this circuit, which is measured by the sensor 5.
Le module 19 de calcul délivre sur sa sortie 20 un signal représentatif de la valeur de la différence entre le flux thermique mesuré et la valeur du flux thermique de référence, donc aussi représentatif de la formation d'un dépôt The calculation module 19 delivers on its output 20 a signal representative of the value of the difference between the measured heat flux and the value of the reference heat flux, therefore also representative of the formation of a deposit
d'hydrates sur la face 4 du capteur 5. hydrates on the face 4 of the sensor 5.
Le détecteur 21 compare le signal délivré par le module 19 de calcul à un seuil prédéterminé et en cas de dépassement délivre sur sa sortie 22 un signal The detector 21 compares the signal delivered by the calculation module 19 to a predetermined threshold and in the event of overshooting delivers on its output 22 a signal
électrique significatif de la formation d'un dépôt d'hydrates sur la face 4 du capteur 5. electric significant of the formation of a hydrate deposit on the face 4 of the sensor 5.
Le seuil auquel est comparé le signal délivré par le module 19 est soit calculé, soit déterminé expérimentalement en fonction de la sensibilité de détection recherchée. Il est fonction de la conductibilité thermique des hydrates formés et de la The threshold against which the signal delivered by the module 19 is compared is either calculated or determined experimentally as a function of the detection sensitivity sought. It is a function of the thermal conductivity of the hydrates formed and the
valeur de la consigne ATc, pour un fluide et un capteur de flux thermique donnés. setpoint value ATc, for a given fluid and a heat flux sensor.
La figure 2 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention utilisable pour détecter la formation d'un dépôt la de paraffines sur une première face 4 d'un capteur 5 de flux thermique, placé dans une conduite 2 de transport d'un fluide 3 contenant des hydrocarbures FIG. 2 schematically represents a second embodiment of the device of the invention usable for detecting the formation of a deposit 1a of paraffins on a first face 4 of a heat flow sensor 5, placed in a pipe 2 for transporting '' a fluid 3 containing hydrocarbons
paraffiniques, la face 4 du capteur 5 étant en contact avec le fluide 3. paraffinic, the face 4 of the sensor 5 being in contact with the fluid 3.
Le dispositif de l'invention selon ce deuxième mode de réalisation comporte les mêmes éléments que ceux décrits pour le premier mode de réalisation et en plus des moyens d'élimination du dépôt de paraffines formé sur la face 4 du The device of the invention according to this second embodiment comprises the same elements as those described for the first embodiment and in addition to the means for removing the deposit of paraffins formed on the face 4 of the
capteur 5.sensor 5.
Ces moyens d'élimination du dépôt formé comprennent, une résistance 26 électrique en contact avec le refroidisseur 8 alimentée au travers d'un interrupteur These means for removing the deposit formed include an electrical resistor 26 in contact with the cooler 8 supplied through a switch.
24 à partir d'une alimentation 25 électrique. 24 from a power supply 25.
Après détection d'un dépôt de paraffines sur la face 4 du capteur 5 de flux thermique le régulateur 16 est mis hors service et l'interrupteur 24 est fermé. La résistance 26 étant alimentée, elle réchauffe le capteur 5 de flux thermique ce qui a pour effet de liquéfier les paraffines précédemment formées par refroidissement de After detecting a deposit of paraffins on the face 4 of the heat flow sensor 5, the regulator 16 is put out of service and the switch 24 is closed. Resistor 26 being supplied, it heats the heat flow sensor 5 which has the effect of liquefying the paraffins previously formed by cooling
la face 4 du capteur 5. Les paraffines ainsi liquifiées sont entraînées par le fluide 3. the face 4 of the sensor 5. The paraffins thus liquidated are entrained by the fluid 3.
On vérifie que les paraffines déposées sur la face 4 du capteur 5 ont bien été éliminées en constatant que le flux thermique affiché sur l'indicateur 23 est voisin It is checked that the paraffins deposited on the face 4 of the sensor 5 have indeed been eliminated by observing that the heat flux displayed on the indicator 23 is close
du flux de référence.of the reference flow.
Grâce à l'invention il est possible de restituer l'état du capteur sans Thanks to the invention it is possible to restore the state of the sensor without
démontage, ni injection de produit chimique et de vérifier cet état. disassembly or injection of chemical product and check this condition.
Cet avantage est particulièrement intéressant lorsque le dispositif de This advantage is particularly advantageous when the
détection est difficilement accessible ou situé dans une zone dangereuse. detection is difficult to access or located in a hazardous area.
La figure 3 représente schématiquement un troisième mode de réalisation du dispositif de l'invention utilisable pour détecter la formation d'un dépôt lb de carbonate de calcium sur une première face 4 d'un capteur 5 de flux thermique, placé dans une conduite 2 de transport d'un fluide 3 contenant de l'eau en provenance d'un gisement pétrolier, la face 4 du capteur 5 étant en contact avec le FIG. 3 schematically represents a third embodiment of the device of the invention usable for detecting the formation of a deposit 1b of calcium carbonate on a first face 4 of a heat flow sensor 5, placed in a pipe 2 of transport of a fluid 3 containing water from an oil deposit, the face 4 of the sensor 5 being in contact with the
fluide 3.fluid 3.
Le carbonate de calcium est un solide du type présentant une solubilité inverse dans l'eau, c'est à dire un solide dont la solubilité dans l'eau diminue quand Calcium carbonate is a solid of the type with reverse solubility in water, i.e. a solid whose solubility in water decreases when
la température augmente.The temperature increases.
Le dispositif de l'invention selon ce troisième mode de réalisation comporte: - des moyens de mesure de la différence de température AT entre le fluide 3 et la deuxième face 6 du capteur 5 de flux thermique et des moyens 18 de traitement tels que décrits pour le premier mode de réalisation, - un élément 30 chauffant du type à résistance électrique en contact avec la deuxième face 6 du capteur 5, dont la puissance de chauffage est commandable par application d'un signal électrique sur une entrée 31 de commande pour régler la température de la face 6 du capteur 5, - un régulateur 32 qui comporte une entrée de mesure raccordée à la sortie 15 des moyens de mesure de la différence de température AT, une sortie reliée à l'entrée 31 de commande de l'élément 30 chauffant et une mémoire 33 de stockage d'une valeur de consigne ATc. Le régulateur 32 calcule l'écart entre la différence AT de température mesurée et la valeur de consigne ATc stockée et détermine par application d'un algorithme du type PID la valeur du signal de commande de l'élément 30 chauffant et délivre sur sa sortie un signal égal à The device of the invention according to this third embodiment comprises: - means for measuring the temperature difference AT between the fluid 3 and the second face 6 of the heat flow sensor 5 and means 18 for processing as described for the first embodiment, a heating element 30 of the electrical resistance type in contact with the second face 6 of the sensor 5, the heating power of which is controllable by application of an electrical signal to a control input 31 to adjust the temperature of the face 6 of the sensor 5, a regulator 32 which includes a measurement input connected to the output 15 of the means for measuring the temperature difference AT, an output connected to the input 31 for controlling the element 30 heater and a memory 33 for storing a setpoint ATc. The regulator 32 calculates the difference between the measured temperature difference AT and the stored setpoint ATc and determines by application of an algorithm of the PID type the value of the control signal of the heating element 30 and delivers on its output a signal equal to
cette valeur.this value.
Selon le troisième mode de réalisation de la méthode de l'invention, la différence de température AT entre la température T2 du fluide 3 et la température T1 de la face 6 du capteur 5 de flux thermique est maintenue constante grâce au régulateur 32 qui agit sur l'élément chauffant 30. Elle est égale à la consigne du According to the third embodiment of the method of the invention, the temperature difference AT between the temperature T2 of the fluid 3 and the temperature T1 of the face 6 of the heat flow sensor 5 is kept constant thanks to the regulator 32 which acts on the heating element 30. It is equal to the set point of the
régulateur soit par exemple ATc = -5 C. regulator, for example ATc = -5 C.
Pour une pression donnée du fluide, la formation de carbonate de calcium étant favorisée par une augmentation de température la différence de température AT = T2 - T1 doit être négative. Sa valeur absolue est déterminée expérimentalement en fonction de la conductibilité thermique du carbonate de For a given pressure of the fluid, the formation of calcium carbonate being favored by an increase in temperature the temperature difference AT = T2 - T1 must be negative. Its absolute value is determined experimentally as a function of the thermal conductivity of carbonate
calcium et de la sensibilité de détection souhaitée. calcium and the desired detection sensitivity.
En l'absence de dépôt sur la face 4 du capteur 5, du fait de la différence de température AT, un flux thermique de référence Fref s'établit entre les deux faces 4 et 6 du capteur 5 de flux. Fref peut être soit calculé, soit mesuré en laboratoire, soit mesuré à la mise en service du dispositif avant formation d'un dépôt de carbonate de calcium ou en créant dans la conduite des conditions qui garantissent l'absence de dépôt, par exemple en injectant dans la conduite un solvant du carbonate de calcium In the absence of deposition on the face 4 of the sensor 5, due to the temperature difference AT, a reference heat flow Fref is established between the two faces 4 and 6 of the flow sensor 5. Fref can either be calculated, or measured in the laboratory, or measured when the device is put into service before the formation of a calcium carbonate deposit or by creating conditions in the pipeline which guarantee the absence of deposit, for example by injecting in the pipe a solvent for calcium carbonate
par exemple un acide.for example an acid.
La valeur de Fref lue sur l'indicateur 23 en l'absence de dépôt est introduite dans le module 19 de calcul par des moyens conventionnels non The value of Fref read on the indicator 23 in the absence of a deposit is introduced into the module 19 of calculation by conventional means not
représentés sur la figure 3 et stockée dans ce module. shown in Figure 3 and stored in this module.
Le module 19 de calcul détermine la valeur de la différence entre le flux The calculation module 19 determines the value of the difference between the flow
thermique mesuré par le capteur 5 et la valeur Fref de référence. thermal measured by sensor 5 and the reference Fref value.
Cette différence est évidemment nulle en l'absence de dépôt sur la face 4 du capteur 5. Lorsqu'un dépôt de carbonate de calcium se forme sur la face 6 du capteur 5 en contact avec le fluide, les conditions d'échange thermique entre le fluide 3 et la face 4 sont modifiées. Plus précisément la couche de carbonate de calcium formée sur la face 6 du capteur 5 se comporte comme une résistance thermique qui s'insère dans le circuit d'échange de chaleur entre le fluide 3 et la face 4 du capteur 5. Etant donné que la différence de température AT est maintenue constante par l'action du régulateur l'augmentation de résistance thermique du circuit d'échange de chaleur entre le fluide 3 et la face 4 du capteur 5 résultant du dépôt de carbonate de calcium, entraîne une diminution du flux thermique qui circule dans ce This difference is obviously zero in the absence of deposition on the face 4 of the sensor 5. When a deposit of calcium carbonate is formed on the face 6 of the sensor 5 in contact with the fluid, the conditions of heat exchange between the fluid 3 and face 4 are modified. More precisely, the layer of calcium carbonate formed on the face 6 of the sensor 5 behaves like a thermal resistance which is inserted in the heat exchange circuit between the fluid 3 and the face 4 of the sensor 5. Since the temperature difference AT is kept constant by the action of the regulator the increase in thermal resistance of the heat exchange circuit between the fluid 3 and the face 4 of the sensor 5 resulting from the deposition of calcium carbonate, results in a decrease in the flux thermal flowing through this
circuit, lequel est mesuré par le capteur 5. circuit, which is measured by the sensor 5.
Le module 19 de calcul délivre sur sa sortie 20 un signal représentatif de la valeur de la différence entre le flux thermique mesuré et la valeur du flux thermique de référence, donc aussi représentatif de la formation d'un dépôt sur la The calculation module 19 delivers on its output 20 a signal representative of the value of the difference between the measured heat flux and the value of the reference heat flux, therefore also representative of the formation of a deposit on the
face 4 du capteur 5.side 4 of sensor 5.
Le détecteur 21 compare le signal délivré par le module 19 de calcul à un seuil prédéterminé et en cas de dépassement délivre sur sa sortie 22 un signal électrique significatif de la formation d'un dépôt de carbonate de calcium sur la face The detector 21 compares the signal delivered by the calculation module 19 to a predetermined threshold and in the event of overshoot delivers on its output 22 an electrical signal significant of the formation of a deposit of calcium carbonate on the face
4 du capteur 5.4 of sensor 5.
Le seuil auquel est comparé le signal délivré par le module 19 est, soit calculé, soit déterminé expérimentalement en fonction de la sensibilité de détection recherchée c'est à dire la plus petite épaisseur détectable d'un dépôt. Ce seuil est fonction de la conductibilité thermique du carbonate de calcium formé et de la valeur The threshold against which the signal delivered by the module 19 is compared is either calculated or determined experimentally as a function of the detection sensitivity sought, that is to say the smallest detectable thickness of a deposit. This threshold is a function of the thermal conductivity of the calcium carbonate formed and the value
de la consigne ATc, pour un fluide et un capteur de flux thermique donnés. of the setpoint ATc, for a given fluid and a heat flux sensor.
La méthode et le dispositif de l'invention sont très peu sensibles aux particules solides en suspension dans le fluide et permettent la détection de dépôts The method and the device of the invention are very insensitive to solid particles suspended in the fluid and allow the detection of deposits
à partir de fluides en mouvement ou immobiles. from moving or stationary fluids.
Le capteur de flux thermique utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention The heat flow sensor used for implementing the invention
étant de petite taille il est facile à installer et perturbe très peu l'écoulement du fluide. being of small size it is easy to install and disturbs very little the flow of the fluid.
Enfin un autre avantage de l'invention est que l'amplitude de la variationdu flux thermique mesuré donne des indications sur la nature du dépôt et sur son épaisseur. Finally, another advantage of the invention is that the amplitude of the variation in the measured heat flux gives indications on the nature of the deposit and on its thickness.
EXEMPLE:EXAMPLE:
Détection de la formation d'un dépôt d'hydrates sur une face d'un capteur de flux thermique placé dans une conduite de transport d'un fluide constitué par des Detection of the formation of a hydrate deposit on one side of a heat flow sensor placed in a pipe for transporting a fluid constituted by
hydrocarbures gazeux contenant de la vapeur d'eau. gaseous hydrocarbons containing water vapor.
Le présent exemple chiffré est destiné à mieux faire comprendre la This numerical example is intended to better understand the
méthode de l'invention.method of the invention.
Le capteur de flux thermique, comporte: - une partie active constituée de 40 000 paires de micro-thermocouples répartis sur une surface de 25 cm2, reliés en série, qui délivrent sur une sortie un signal électrique dont l'amplitude est proportionnelle au flux thermique qui la traverse et dont le signe indique le sens du flux thermique, - un élément protecteur constitué par un parallélépipède en acier de 2 mm d'épaisseur présentant deux faces parallèles de 25 cm2 de surface, sur une desquelles est collée la partie active, I'autre étant destinée à être en The heat flow sensor, comprises: - an active part made up of 40,000 pairs of micro-thermocouples distributed over a surface of 25 cm2, connected in series, which deliver an electrical signal on an output whose amplitude is proportional to the heat flow which passes through it and whose sign indicates the direction of the heat flow, - a protective element constituted by a steel parallelepiped 2 mm thick having two parallel faces of 25 cm2 of surface, on one of which is glued the active part, I other being intended to be in
contact avec le fluide transporté par la conduite. contact with the fluid transported by the pipe.
Le capteur ainsi constitué comporte une première face en contact avec le fluide transporté par la conduite et une deuxième face collée sur un élément refroidisseur du type à effet Peltier. L'ensemble capteur- élément refroidisseur est The sensor thus formed comprises a first face in contact with the fluid transported by the pipe and a second face bonded to a cooling element of the Peltier effect type. The sensor-cooler assembly is
installé dans la conduite au moyen d'un support adapté. installed in the pipe by means of a suitable support.
Un premier thermocouple de type E est placé entre la deuxième face du capteur et l'élément refroidisseur pour mesurer la température T1 de la deuxième face du capteur. Un deuxième thermocouple de type E est placé dans la conduite pour A first type E thermocouple is placed between the second face of the sensor and the cooling element to measure the temperature T1 of the second face of the sensor. A second type E thermocouple is placed in the pipe to
mesurer la température T2 du fluide transporté. measure the temperature T2 of the fluid transported.
Les caractéristiques du capteur de flux thermique données par son constructeur sont les suivantes - Surface active: S = 0,0025 m2 Epaisseur: 0,53 mm - Résistance thermique: Rcapt = 0,04 K/W - Sensibilité: A = 0,006 mV I (W/m2) La quantité de chaleur qui traverse le capteur de flux thermique par unité The characteristics of the heat flow sensor given by its manufacturer are as follows - Active area: S = 0.0025 m2 Thickness: 0.53 mm - Thermal resistance: Rcapt = 0.04 K / W - Sensitivity: A = 0.006 mV I (W / m2) The amount of heat passing through the heat flow sensor per unit
de temps est donnée par la formule suivante:. of time is given by the following formula :.
Q = (T2 - T1) / Rtot Dans laquelle: Q représente la quantité de chaleur qui traverse le capteur par unité de temps, T2 représente la température du fluide transporté, T1 représente la température de la deuxième face du capteur, Rtot représente la résistance thermique total du circuit thermique qui relie Q = (T2 - T1) / Rtot In which: Q represents the amount of heat passing through the sensor per unit of time, T2 represents the temperature of the transported fluid, T1 represents the temperature of the second face of the sensor, Rtot represents the resistance total thermal of the thermal circuit which connects
le fluide transporté et l'élément refroidisseur. the transported fluid and the cooling element.
Rtot = Rfl + Rd + Rp + Rcapt Dans laquelle: Rfi représente la résistance thermique du fluide transporté, Rd représente la résistance thermique du dépôt d'hydrates sur la première face du capteur de flux thermique, Rp représente la résistance thermique de l'élément protecteur, Rcapt représente la résistance thermique du capteur, Chacun de ces termes est déterminé par les formules suivantes: Rfi = 1 / h.S, Rd = Ed/S.kd, Rp = Ep/S.Xp h représente le coefficient d'échange thermique entre le fluide transporté et la première face du capteur, Xd représente la conductivité thermique des hydrates, p représente la conductivité thermique de l'acier constituant l'élément protecteur, S représente la surface du capteur Ed représente l'épaisseur du dépôt d'hydrates Ep représente l'épaisseur de l'é6lément protecteur D'o l'expression de Q: Q = (T2 - T1) / [(1/S.h) + (Ed/S.Xd) + (Ep/S.;p) + (Rcapt)] Si on pose R1 = (1/S)[(1/h) + (Ep/Xp) + S.(Rcapt)] on a Q = (T2 - T1).S / (R1 + Ed/;d) Rtot = Rfl + Rd + Rp + Rcapt In which: Rfi represents the thermal resistance of the transported fluid, Rd represents the thermal resistance of the hydrate deposit on the first face of the heat flux sensor, Rp represents the thermal resistance of the element protective, Rcapt represents the thermal resistance of the sensor, Each of these terms is determined by the following formulas: Rfi = 1 / hS, Rd = Ed / S.kd, Rp = Ep / S.Xp h represents the heat exchange coefficient between the fluid transported and the first face of the sensor, Xd represents the thermal conductivity of the hydrates, p represents the thermal conductivity of the steel constituting the protective element, S represents the surface of the sensor Ed represents the thickness of the hydrate deposit Ep represents the thickness of the protective element D'o the expression of Q: Q = (T2 - T1) / [(1 / Sh) + (Ed / S.Xd) + (Ep / S.; P) + (Rcapt)] If we set R1 = (1 / S) [(1 / h) + (Ep / Xp) + S. (Rcapt)] we have Q = (T2 - T1). S / (R1 + Ed /; d)
Pour un fluide donné h est une constante. For a given fluid h is a constant.
Pour un capteur donné Ep, Xp, S et Rcapt sont des constantes. For a given sensor Ep, Xp, S and Rcapt are constants.
R1 est donc aussi une constante.R1 is therefore also a constant.
Le flux thermique au travers du capteur étant par définition la quantité de chaleur qui circule au travers du capteur par unité de temps et par unité de surface, ce flux est égal à Q / S. La tension U du signal électrique délivré par le capteur étant proportionnelle à ce flux thermique elle s'exprime par la formule suivante: U = A.Q/S = A(T2 - T1) / (R1 + Ed/Id) Etant donné que selon la méthode de l'invention on maintient la valeur de T2 - T1 constante, la valeur de A étant constante pour un capteur donné, la valeur Xd étant constante pour un type dépôt donné, la tension U ne dépend que de The thermal flux through the sensor being by definition the quantity of heat which circulates through the sensor per unit of time and per unit of surface, this flux is equal to Q / S. The voltage U of the electrical signal delivered by the sensor being proportional to this heat flux, it is expressed by the following formula: U = AQ / S = A (T2 - T1) / (R1 + Ed / Id) Since, according to the method of the invention, the value of T2 is maintained - T1 constant, the value of A being constant for a given sensor, the value Xd being constant for a given type of deposit, the voltage U only depends on
l'épaisseur Ed du dépôt sur la face en contact avec le fluide du capteur protégé. the thickness Ed of the deposit on the face in contact with the fluid of the protected sensor.
Pour des températures T2 = 45 C et T1 = 30 C soit une différence de température égale à 15 K, pour des hydrates Xd = 0,6 W/m/K, pour le fluide choisi h = 500 W/m2K avec un élément protecteur en acier d'épaisseur Ep = 2 mm, Xp = 60 W/m/K on obtient les résultats suivants pour un dépôt d'hydrates d'épaisseur 1 mm Rfl = 1 / hS = 1/(500x0,0025) = 0,8 K/W Rp = Ep / S.Xp = 0,002 / 0,0025.60 = 0,013 K/W Rd = Ed / S. Xd = 0,001 / 0,0025.0,6 = 0,67 K/W Rtot = 0,8 + 0,67 + 0,13 + 0,04 = 1,52 K/W Q =(T2 -T1) / Rtot = (45 - 15) /1,52 = 9,87 W Q/ S = 9,87 / 0,002 5 = 3 947 W / m2 soit 0,394 7 W/cm2 U =A.Q/S = 0, 006x3 947 = 23,68 mV Les valeurs de Rd, Rtot, Q et Q/S en fonction de l'épaisseur Ed du dépôt d'hydrates sont consignées dans le tableau 1 suivant: For temperatures T2 = 45 C and T1 = 30 C, i.e. a temperature difference equal to 15 K, for hydrates Xd = 0.6 W / m / K, for the chosen fluid h = 500 W / m2K with a protective element steel thickness Ep = 2 mm, Xp = 60 W / m / K the following results are obtained for a hydrate deposit of thickness 1 mm Rfl = 1 / hS = 1 / (500x0.0025) = 0, 8 K / W Rp = Ep / S.Xp = 0.002 / 0.0025.60 = 0.013 K / W Rd = Ed / S. Xd = 0.001 / 0.0025.0.6 = 0.67 K / W Rtot = 0.8 + 0.67 + 0.13 + 0.04 = 1.52 K / WQ = (T2 -T1) / Rtot = (45 - 15) / 1.52 = 9.87 WQ / S = 9.87 / 0.002 5 = 3,947 W / m2 i.e. 0.394 7 W / cm2 U = AQ / S = 0.006x3,947 = 23.68 mV The values of Rd, Rtot, Q and Q / S as a function of the thickness Ed of the deposit of hydrates are listed in the following table 1:
Tableau 1Table 1
Epaisseur Ed du 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1 2 3 dépôt en mm Résistance du Résistance du 0 0,07 0,13 0,20 0,27 0,33 0,67 1,33 2 dépôt Rd en KNV Résistance totale 0,85 0,92 0,99 1,05 1,12 1,18 1,52 2,19 2,85 Rtot en K/W Puissance qPuissance Q17,6 16,3 15,2 14,24 13,4 12,6 9,87 6,86 5,26 thermique Q en W Flux thermique FQux thermique 0,70 0,65 0,61 0,57 0,54 0,51 0,39 0,27 0,21 Q/S en W/cm2 Tension U en mV 42,2 39,1 36,5 34,2 32,1 30,3 23,7 16,4 12,6 On déduit de ce tableau la valeur de référence du flux thermique qui correspond au flux en l'absence de dépôt d'hydrates, soit Fref = 0,70 W/cm2 pour Thickness Ed of 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1 2 3 deposit in mm Resistance of Resistance of 0 0.07 0.13 0.20 0.27 0.33 0.67 1, 33 2 deposit Rd in KNV Total resistance 0.85 0.92 0.99 1.05 1.12 1.18 1.52 2.19 2.85 Rtot in K / W Power q Power Q 17.6 16.3 15, 2 14.24 13.4 12.6 9.86 6.86 5.26 thermal Q in W Thermal flux FQux thermal 0.70 0.65 0.61 0.57 0.54 0.51 0.39 0, 27 0.21 Q / S in W / cm2 Voltage U in mV 42.2 39.1 36.5 34.2 32.1 30.3 23.7 16.4 12.6 We deduce from this table the value of reference of the heat flow which corresponds to the flow in the absence of hydrate deposition, ie Fref = 0.70 W / cm2 for
lequel le capteur de flux thermique délivre une tension de 42,2 mV. which the heat flux sensor delivers a voltage of 42.2 mV.
Si l'on souhaite détecter la formation d'un dépôt d'hydrates d'épaisseur supérieure à 1 mm on règle la valeur du seuil de comparaison des variations du flux à 42,2 - 23,7 soit 18,5 mV, la valeur 23,7 correspondant à la valeur représentative du If it is desired to detect the formation of a hydrate deposit with a thickness greater than 1 mm, the value of the threshold for comparing the variations in flux is adjusted to 42.2 - 23.7, i.e. 18.5 mV, the value 23.7 corresponding to the representative value of
flux thermique pour une épaisseur d'hydrates d'environ 1 mm. heat flux for a hydrate thickness of approximately 1 mm.
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