FR2998665A1 - Debitmetre pour fluide diphasique avec variation de pression - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une méthode de mesure de débits de fluides diphasiques cryogéniques liquide/gaz, mettant en oeuvre un débitmètre pour fluides diphasiques cryogéniques liquide/gaz, débitmètre qui comprend : - un séparateur de phases liquide/gaz, constitué d'une cuve (1) dans la partie supérieure de laquelle est admis le fluide cryogénique, fluide qui a transité, avant son arrivée dans la cuve, par une vanne (30) d'arrivée de fluide; - un capteur de débit liquide (21), situé sur une canalisation liquide en communication de fluide avec la partie basse de la cuve ; - une vanne de sortie liquide (22), située sur la canalisation liquide, en amont ou en aval du capteur de débit liquide ; - une vanne de sortie gaz (12), située sur une canalisation gaz en communication de fluide avec la partie haute de la cuve; la méthode comprenant la mesure d'un débit de liquide extrait de la cuve, liquide qui a été sous-refroidi, où la fabrication de liquide sous-refroidi dans la cuve est réalisée selon un fonctionnement séquencé.

Description

La présente invention concerne le domaine des débitmètres pour fluides diphasiques gaz/liquide. La mesure de débit d'un fluide diphasique composé d'un liquide et d'un gaz est une opération difficile lorsqu'on cherche à mesurer un débit massique. En effet, tous les capteurs mesurant un débit sont gênés lorsqu'ils sont mis en présence d'un liquide diphasique dont la densité change à tout moment. Ceci est en particulier valable pour la mesure de débit des fluides cryogéniques comme l'azote liquide.

Certains débitmètres disponibles actuellement sont basés sur la mesure de la vitesse du fluide. Il s'agit par exemple : - des débitmètres à turbine : une turbine est installée dans le fluide en mouvement et la vitesse de rotation de la turbine donne une image de la vitesse du fluide. - des débitmètres à tube de Pitot : deux tubes sont installés dans le fluide en mouvement à mesurer. Un tube est installé perpendiculairement au débit et donne la pression statique, l'autre est installé parallèlement au débit et donne la pression dynamique totale. La différence de pression dynamique entre ces deux mesures permet de calculer le débit. - Des débitmètres à ultrasons : certains utilisent l'effet Doppler (analyse de la fréquence réfléchie par les particules du fluide qui donne une image de la vitesse de la particule et donc du fluide) alors que d'autres mesurent une différence de temps de parcours d'une onde ultrasonore de l'amont vers l'aval et de l'aval vers l'amont (image de la vitesse du fluide). Dans tous ces cas, lorsque la densité du fluide varie continuellement, le passage du débit volumique au débit massique est délicat à réaliser 30 précisément.

D'autres systèmes utilisent une mesure de perte de charge (perte de pression) pour en déduire le débit. Il s'agit par exemple des débitmètres à orifice calibré qui mesurent la perte de charge en amont et en aval d'un orifice calibré placé dans le fluide en mouvement. La mesure de ces appareils est très perturbée lorsque le fluide n'a pas une densité constante et lorsque le taux de gaz augmente dans le liquide. Les débitmètres électromagnétiques, applicables seulement aux fluides ayant une conductivité électrique suffisante utilisent le principe de l'induction électromagnétique : un champ électromagnétique est appliqué au fluide et la force électromotrice créée (force proportionnelle au débit du fluide) est mesurée. Dans le cas de la mesure de débit de fluides cryogéniques (non conducteur) tel que l'azote liquide, ce principe n'est pas applicable.

Les débitmètres à effet Vortex sont basés sur le phénomène de génération de tourbillons que l'on constate derrière un corps fixe non profilé placé dans un fluide en mouvement (effet Karman). La mesure des variations de pression créées par ces tourbillons donne la fréquence des tourbillons, celle-ci étant proportionnelle à la vitesse du fluide lorsque le fluide garde des propriétés constantes. Lorsque la densité du fluide varie, la mesure est faussée. Les débitmètres thermiques sont eux basés sur la mesure de l'augmentation de température créée par un apport constant d'énergie. Un système à deux sondes de température mesure la différence de température entre le débit entrant et sortant du débitmètre. Entre ces deux sondes, une résistance apporte une quantité connue d'énergie. Lorsque l'on connait la capacité calorifique du fluide en mouvement, le débit peut être calculé à partir de ces mesures. Cependant, ce principe n'est pas applicable aux liquides diphasiques dont le comportement thermique (vaporisation du liquide) est totalement différent des liquides monophasiques.

Seul le débitmètre massique à effet Coriolis donne une mesure précise du débit massique d'un fluide. Le débitmètre est constitué d'un tube en U ou oméga ou courbe dans lequel circule le fluide. Le U est soumis à une oscillation latérale et la mesure du déphasage des vibrations entre les deux branches du U donne une image du débit massique. Cependant, son coût est assez élevé et lorsqu'il est utilisé à des températures très basse (azote liquide à -196°C par exemple) et avec un fluide dont la densité varie énormément et comportant une partie importante en phase gazeuse, il y a nécessité d'isoler fortement le système (isolation performante telle qu'une isolation sous vide par exemple) et malgré tout, les mesures sont faussées. Comme on peut le constater, la mesure du débit d'un liquide diphasique et en particulier la mesure du débit d'un fluide cryogénique avec une précision acceptable n'est pas facile à réaliser avec les appareils actuellement disponibles sur le marché. La littérature a alors proposé d'autres types de solutions, parmi lesquelles les systèmes basés sur le principe de la mesure du niveau d'un liquide s'écoulant dans un canal juste avant une restriction de la section de passage. Ce système, décrit dans le document US- 5 679 905, fonctionne en substance comme suit : le fluide diphasique est d'abord séparé en une phase gazeuse qui n'est pas mesurée et une phase liquide dont le débit est mesuré. Ce liquide passe dans un canal qui présente une réduction de section en sa sortie. Plus le débit est important, plus le niveau de liquide dans le canal est important et une mesure de niveau dans ce canal permet donc de déduire le débit instantané. Comme on le constate, ce système ne prend pas en compte le débit gazeux qui dans certaines applications est négligeable. Par contre, ce système permet de mesurer avec une précision relativement bonne le débit de liquide sans être perturbé par le taux de gaz ce qui est le but recherché.

On remarquera au passage que pour que ce système fonctionne correctement, il doit être bien isolé des entrées de chaleur qui pourraient vaporiser une partie du liquide isolé et ainsi perturber la mesure de niveau.

On remarquera aussi que pour que le système fonctionne, il doit y avoir la présence de deux phases dans le débitmètre ce qui interdit son fonctionnement avec un liquide sous refroidi (liquide relativement franc sans phase gazeuse).

Dans le cas où la mesure des débits de liquide et de gaz est nécessaire, on utilise parfois un système qui reprend le même principe de séparation des phases avant la mesure de débit, selon le fonctionnement qui suit : - Le liquide diphasique passe d'abord dans un séparateur de phase qui sépare la phase liquide de la phase gazeuse ; - La phase gazeuse est dirigée vers un débitmètre volumique (de type turbine par exemple) avec une compensation en densité (basée sur la mesure de température et de pression du gaz par exemple) ; La phase liquide est aussi dirigée vers un débitmètre volumique (de type turbine par exemple) avec une compensation en densité (basée sur une mesure de température par exemple) ; - Ces deux mesures de débit massique sont ensuite ajoutées.

A priori, ce dispositif est plus couteux que le précédent, mais on peut penser qu'il est très précis. Dans la pratique, on constate que la mesure du débit liquide est entachée d'erreurs qui fluctuent suivant les conditions de pression et de température du liquide entrant dans le débitmètre. Ces erreurs de mesure sont dues à la présence de gaz dans la phase liquide qui traverse le débitmètre. En effet, lorsque la liquide quitte le séparateur de phase pour aller vers le débitmètre, une partie de liquide se vaporise soit à cause des entrées de chaleur soit à cause de la chute de pression due à une remontée du liquide soit à cause d'une chute de pression due à la perte de charge créée par le débitmètre lui-même.

Enfin, pour mesurer le débit d'un liquide cryogénique, on peut aussi s'affranchir des problèmes cités ci-dessus en créant des conditions de pression et de température différentes de la pression d'équilibre (limite d'ébullition). Dans ce domaine, la méthode la plus couramment utilisée est l'augmentation de la pression du liquide. Dans la pratique, on installe par exemple un débitmètre en sortie d'une pompe cryogénique (coté haute pression). Dans ce cas, le liquide est par exemple pompé dans une cuve ou il est à l'équilibre et il est monté en pression par la pompe presque sans augmentation de température. Les tuyauteries et le débitmètre qui suivent peuvent alors créer une perte de charge, cela n'aura pas pour conséquence de vaporiser le liquide pourvu que la perte de charge soit nettement inférieure à l'augmentation de pression créée par la pompe. Dans ce cas, on peut utiliser un débitmètre classique type Vortex, turbine ou autre dans la mesure où il supporte les basses températures. Cette technique est par exemple parfaitement adaptée à la mesure du débit des camions de livraison d'azote liquide. Elle est fiable et d'un cout acceptable dans la mesure où la pompe cryogénique est requise pour d'autres raisons. En revanche, lorsque qu'il faut mesurer le débit d'azote liquide à un point où il n'y a pas de pompe cryogénique, alors cette technique n'est plus intéressante. La présente invention s'attache alors à proposer une nouvelle solution simple et fiable de mesure du débit de fluides diphasiques gaz/liquide cryogéniques, permettant de solutionner tout ou partie des problèmes techniques évoqués ci-dessus. Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit la solution proposée ici peut se résumer ainsi : Le fluide peut arriver à une pression variable mais généralement faible (typiquement entre 1 et 6 bars), et dans des conditions de pression et température à priori non connues. En particulier, la phase liquide peut être à l'équilibre (à la saturation). - Le fluide peut être composé d'une phase liquide et d'une phase gazeuse (fluide diphasique). - Aucun dispositif permettant d'augmenter la pression (pompe) n'est requis (ni disponible) sur l'installation.

Le dispositif de mesure selon l'invention est positionnable en ligne, par exemple sur la canalisation d'alimentation d'un appareil cryogénique aval consommant le liquide cryogénique tel un tunnel cryogénique, une baratte etc...

Le dispositif proposé comprend les éléments suivants : - Une cuve jouant le rôle de séparateur de phases, cette cuve est équipée d'un capteur du niveau de la phase liquide et d'un capteur de pression régnant au sein de la phase gazeuse, ainsi que -de façon avantageuse- d'une sonde de température de la phase liquide.

Une vanne de sortie gaz positionnée sur une canalisation connectée à la partie haute de la cuve. Cette vanne permet de réguler la sortie de la phase gazeuse de la cuve, elle régule ainsi la pression qui règne dans la cuve. - Une vanne de sortie liquide positionnée sur une canalisation connectée à la partie basse de la cuve, cette vanne permet de réguler la sortie de la phase liquide de la cuve. - Une vanne d'alimentation de la cuve en liquide diphasique, positionnée sur une canalisation connectée à la partie haute de la cuve, cette vanne permet de réguler l'arrivée du liquide diphasique dans la cuve. - Un capteur de débit gaz (débitmètre) est avantageusement installé sur la canalisation de sortie gaz, par exemple entre la cuve et la vanne de sortie gaz. - Un capteur de débit liquide (débitmètre) est installé sur la canalisation de sortie liquide, par exemple entre la cuve et la vanne de sortie liquide. L'ensemble est préférentiellement isolé thermiquement.

Comme nous l'avons vu précédemment, pour que la mesure de la phase liquide soit précise, le liquide circulant dans le capteur de débit liquide ne doit pas comporter de gaz. Chaque bulle de gaz passant dans le capteur entraine une importante erreur de mesure. Pour réaliser une mesure précise, le dispositif proposé selon la présente invention va donc sous-refroidir le fluide (sous-refroidir le liquide) et ensuite le faire circuler dans le capteur de débit liquide, et l'on propose selon la présente invention de réaliser cette fonction de manière séquencée et automatique : durant une première phase, on réalise une chute de pression dans la cuve. Le liquide présent dans la cuve est initialement à la pression d'équilibre des phases à la pression de service (2 bar par exemple), on procède alors comme suit : on ferme les vannes d'arrivée de fluide et de sortie du liquide de la cuve, et l'on fait chuter la pression dans la cuve en ouvrant la vanne de sortie gaz. Le liquide présent dans la cuve est alors instantanément sous-refroidi par effet « flash » : une partie du liquide se vaporise et fait chuter la température du reste du liquide. Ce système a l'avantage de permettre un contrôle précis du sous-refroidissement. En effet, la pression de consigne de cette phase de sous-refroidissement est facilement ajustable. Lorsque la pression mesurée dans la cuve atteint une consigne de pression du sous-refroidissement, le liquide dans la cuve est alors à la température d'équilibre des phases à cette pression. durant une seconde phase, on fait remonter la pression dans la cuve : durant cette étape, la vanne de sortie liquide reste fermée et l'on ferme la vanne de sortie gaz tandis que l'on ouvre la vanne d'alimentation de la cuve en liquide. Le liquide qui entre alors dans la cuve crée une remontée en pression de la cuve. Ce système permet de faire remonter la pression dans la cuve au maximum à la pression d'alimentation en fluide diphasique (la pression atteinte est inférieure ou égale à la pression d'alimentation et de préférence strictement inférieure à la pression d'alimentation).

Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, lorsque la différence entre la pression d'alimentation et la consigne de pression de sous-refroidissement est importante, il est avantageux de faire transiter, tout ou partie du débit de fluide diphasique entrant, avant son arrivée dans la cuve, par un système de réchauffage (par exemple un système d'échangeur), ce système permet alors d'obtenir une remontée de la pression dans la cuve proche de la pression d'alimentation en fluide diphasique. durant une troisième phase, phase que l'on peut qualifier de « phase de mesure de débit », on ouvre la vanne de sortie liquide et l'on procède à la mesure du débit du liquide distribué par la vanne de sortie liquide. Durant cette phase 3, la vanne de sortie gaz s'ouvre et se ferme de manière à réguler la pression dans le séparateur tandis que la vanne d'alimentation de la cuve en fluide s'ouvre et se ferme de manière à réguler le niveau liquide dans la cuve. On comprend qu'après avoir été sous-refroidi par une chute suivie d'une remontée rapide en pression, le cryogène présent dans la cuve peut passer dans le capteur de mesure de débit liquide puis alimenter une machine en aval de la vanne de sortie liquide, machine consommatrice de ce liquide (un tunnel, une baratte par exemple). La mesure du débit demeure précise aussi longtemps que le cryogène liquide passe sous-refroidi dans le capteur de débit liquide. La cuve se vide donc par le bas et par asservissement de la vanne d'arrivée de fluide au niveau de liquide dans la cuve (cette dernière se remplit par le haut avec du liquide provenant d'une source amont). Ce liquide arrivant par le haut de la cuve est « chaud », il n'est pas sous-refroidi. Sa densité étant inférieure à la densité du liquide sous-refroidi, il reste relativement en partie haute de la cuve et se mélange peu avec le liquide sous-refroidi (en partie basse). De même, la conductivité thermique du fluide étant faible au regard de la hauteur de la cuve et des temps de cycle du système, les températures du fluide « chaud » et du fluide « froid » n'ont pas le temps de s'homogénéiser. Lorsque le fluide sous-refroidi est « épuisé », qu'il est pratiquement entièrement passé dans le débitmètre liquide et qu'il a pratiquement totalement été remplacé par du liquide « chaud » dans la cuve, alors le système (d'acquisition et traitement de données, tel un automate) arrête la phase de mesure et lance automatiquement le cycle redémarrant à la phase 1. L'automate peut considérer que le fluide sous-refroidi est « épuisé » et arrêter la mesure, pour relancer le cycle à la phase 1 comme indiqué ci-dessus, par exemple en considérant l'une ou plusieurs des informations suivantes qui lui parviennent, ceci notamment selon les capteurs qui sont présents sur l'installation comme on va le comprendre ci-dessous. On notera bien que le système pourra utiliser une ou plusieurs des informations (et donc des modes d'action) décrites ci- dessous : A/ l'automate peut considérer une mesure de la température du liquide en sortie de cuve qui arrive dans la canalisation liquide : à titre d'exemple, l'automate peut mesurer cette température en fin de phase 2, ou en tout début de phase 3 (température To dans la phase liquide au sein du bas de cuve ou bien par l'intervention d'une sonde en début de canalisation liquide un peu en aval de son raccordement au bas de cuve), température To nécessairement bien froide puisque mesurée juste en fin de mise en froid (fin de phase 2), l'automate procède ensuite à la surveillance de cette même température et considère, lorsque la température mesurée est supérieure d'un certain nombre de degrés à To (par exemple de 1 à 10°C supérieure à To) que le liquide est réchauffé, il interrompt la mesure et relance le cycle à la phase 1. B/ l'automate peut également utiliser une temporisation du cycle 3 : ce temps peut être déterminé par l'utilisateur de la machine ou à titre d'exemple, l'automate prédétermine (système expert) le temps que dure habituellement la phase 3 i.e le cycle de mesure du débit, et quand ultérieurement une phase 3 dépasse ce temps de référence, qui peut s'élever de 1 à quelques minutes (10 minutes par exemple) l'automate considère que les entrées de chaleur ont réchauffé la cuve, il interrompt la phase 3 et relance le cycle à la phase 1.

C/ toujours à titre illustratif des nombreuses méthodes possibles pour considérer que l'on doit arrêter cette phase 3 et relancer la phase 1 , on peut citer le fait que l'automate peut utiliser une information de synchronisation venant du poste utilisateur du cryogène en aval (tunnel, baratte etc..), par exemple le fait qu'un contact électrique généré par le poste utilisateur en aval du débitmètre liquide déclenche auprès de l'automate l'arrêt de la phase 3 et la relance de la phase 1. D/ toujours à titre illustratif l'automate peut également utiliser une démarche de « cumul de débit » : lorsque la phase 3 de mesure du débit commence, l'automate remet à zéro un compteur dédié, et durant la phase 3 qui démarre il incrémente ce compteur dédié en fonction du débit qui est mesuré dans le débitmètre. Lorsque ce débit cumulé depuis le début de cette phase 3 considérée est égal ou supérieur à une certaine valeur limite (par exemple située entre 50 et 100% du volume supposé de liquide froid dans la cuve en début de phase 3), alors l'automate considère que tout le liquide froid présent dans la cuve en début de phase est passé par le débitmètre et il déclenche l'arrêt de la phase 3 et la relance de la phase 1. La présente invention concerne alors une méthode de mesure de débits de fluides diphasiques cryogéniques liquide/gaz, mettant en oeuvre un débitmètre pour fluides diphasiques cryogéniques liquide/gaz, qui comprend : - un séparateur de phases liquide/gaz, constitué d'une cuve dans la partie supérieure de laquelle est admis le fluide cryogénique, fluide qui a transité, avant son arrivée dans la cuve, par une vanne d'arrivée de fluide ; - un capteur de débit liquide, situé sur une canalisation liquide en communication de fluide avec la partie basse de la cuve ; - une vanne de sortie liquide, située sur la canalisation liquide, préférentiellement en aval du capteur de débit liquide ; - une vanne de sortie gaz, située sur une canalisation gaz, canalisation gaz en communication de fluide avec la partie haute de la cuve; - le cas échéant un capteur de débit gaz, situé sur la canalisation gaz, en amont ou en aval de la vanne de sortie gaz ; - un dispositif de mesure du niveau de liquide dans la cuve ; - un dispositif de mesure de la pression dans la phase gaz au sein de la cuve ; - et le cas échéant une sonde de température de la phase liquide au sein de la cuve, la méthode comprenant les étapes (cycle) suivantes : - durant une première phase, on réalise une chute de pression dans la cuve (dans la phase gaz), jusqu'à une consigne de pression Po de la façon suivante : on ferme les vannes d'arrivée de fluide dans la cuve et de sortie du liquide de la cuve, et l'on ouvre la vanne de sortie gaz. - durant une seconde phase, on fait remonter la pression dans la cuve jusqu'à une consigne de pression P1 (P1 > Po) de la façon suivante : la vanne de sortie liquide reste fermée et l'on ferme la vanne de sortie gaz tandis que l'on ouvre la vanne d'arrivée de fluide dans la cuve. - durant une troisième phase on ouvre la vanne de sortie liquide et l'on procède à la mesure du débit du liquide qui transite par le capteur de débit liquide. La méthode de mesure de débit conforme à l'invention pourra par ailleurs adopter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - on fait transiter, tout ou partie du débit de fluide diphasique, avant son arrivée dans la cuve, par un système de réchauffage, par exemple par un système d'échangeur. - sur réception d'une ou de plusieurs informations caractérisant les propriétés du liquide stocké dans la cuve, on met fin à la phase 3 et on ordonne le redémarrage dudit cycle à la phase 1. - on dispose d'un système d'acquisition et traitement de données, tel un automate, qui acquiert la ou plusieurs dites informations caractérisant les propriétés du liquide stocké dans la cuve, les traite, et en fonction de leur valeur met fin à la phase 3 et ordonne le redémarrage dudit cycle à la phase 1, ledit système considérant pour mettre fin à la phase 3 l'une ou plusieurs des informations suivantes : A/ le système considère une mesure de la température du liquide en sortie de cuve qui arrive dans la canalisation liquide, de la façon suivante : le système acquiert cette température To en fin de phase 2 ou en tout début de phase 3, dans la phase liquide au sein du bas de cuve ou bien au sein de la canalisation liquide en aval de son raccordement au bas de cuve, le système procède ensuite à la surveillance de cette même température et considère, lorsque la température mesurée est supérieure d'un certain nombre de degrés à To , que le liquide est réchauffé et il interrompt la phase 3 et relance le cycle à la phase 1. B/ le système utilise une temporisation de la phase 3, de la façon suivante : ce temps a été déterminé par l'opérateur de la machine (temps de cycle maximum) ou bien le système a prédéterminé lors de cycles précédents (système expert) le temps que dure en moyenne la phase 3, et quand ultérieurement une phase 3 dépasse ce temps de référence moyen, le système considère que le liquide est réchauffé et il interrompt la phase 3 et relance le cycle à la phase 1. C/ le système utilise une information de synchronisation venant du poste utilisateur du cryogène en aval, cryogène issu du capteur de débit liquide, par le fait qu'un contact électrique généré par ledit poste utilisateur en aval du débitmètre liquide déclenche auprès du système l'arrêt de la phase 3 et la relance du cycle à la phase 1. D/ le système utilise une information dite de « cumul de débit », de la façon suivante : lorsque la phase 3 de mesure du débit commence, le système remet à zéro un compteur dédié, et durant la phase 3 qui démarre il incrémente ce compteur dédié en fonction du débit qui est mesuré dans le capteur de débit liquide, et lorsque ce débit cumulé depuis le début de cette phase 3 considérée est égal ou supérieur à une valeur limite (consigne), alors le système considère que le liquide est réchauffé et il interrompt la phase 3 et relance le cycle à la phase 1. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description suivante, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés pour lesquels: - la figure 1 est une vue schématique partielle d'un mode de réalisation d'un dispositif de mesure de débits de fluides cryogéniques diphasiques permettant la mise en oeuvre de l'invention. - la figure 2 est une vue schématique partielle d'un autre mode de réalisation d'un dispositif de mesure de débits de fluides cryogéniques diphasiques conforme à l'invention mettant en oeuvre un échangeur en amont de la cuve.

On reconnait sur la figure 1 les éléments suivants : - le fluide diphasique, par exemple de l'azote liquide arrive et est admis dans la partie supérieure d'une cuve 1, transitant par une vanne 30, cuve jouant un rôle de séparateur de phases, la cuve 1 est ici équipée d'un capteur 3 de niveau de liquide, d'un capteur 2 de pression au sein de la phase gaz, ainsi que d'une sonde de température 4 (du liquide). - un capteur de débit liquide 21 (débitmètre) est positionné sur une canalisation « liquide » en communication de fluide avec le bas de cuve (capteur de débit liquide qui peut être de type à turbine, à effet vortex ou de toute autre technologie), canalisation également munie d'une vanne liquide 22 (ici en aval du débitmètre liquide 21). - une canalisation « gaz », en communication de fluide avec le haut de la cuve, est munie d'une vanne gaz 12, et selon un mode avantageux de mise en oeuvre de l'invention, d'un capteur de débit 11 de la phase gaz (comprenant une sonde de température et une sonde de pression), situé ici en amont de la vanne 12. Ce capteur de débit gaz peut être de type à turbine, à effet vortex ou être de toute autre technologie.

On notera que la phase gaz extraite via l'ensemble 11/12 peut être récupérée si on le souhaite pour être dirigée vers un poste utilisateur d'une telle phase gazeuse également présent sur le site. - en aval de l'ensemble 21/22, le liquide est par exemple dirigé vers un poste utilisateur d'un tel fluide, par exemple un tunnel cryogénique, ou une baratte alimentaire, ou encore mais ceci n'est qu'illustratif vers un poste d'embouteillage de liquides alimentaires (poste utilisateur non représenté sur la figure 1) La figure 2 illustre alors un mode avantageux de mise en oeuvre de l'invention (mais qui n'est qu'une option), tout particulièrement utile lors de la phase 2 de remontée en pression : Comme on l'a vu plus haut, lorsque la différence entre la pression d'alimentation et la consigne de pression de sous-refroidissement est importante, il est avantageux de faire transiter tout ou partie du débit de fluide diphasique entrant, avant son arrivée dans la cuve, par un système de réchauffage (par exemple un système d'échangeur) tel que le système 40 représenté ici, système qui permet alors d'obtenir une remontée de la pression dans la cuve proche de la pression d'alimentation en fluide diphasique. Comme il apparaitra clairement à l'homme du métier, on peut contrôler la circulation du fluide au sein de l'échangeur à l'aide de l'ouverture/fermeture des vannes 41/42. Une installation telle que celle de la figure 1 a permis de mettre en évidence les résultats très positifs suivants : - le débitmètre liquide 21 est alimenté en liquide sous-refroidi et à aucun moment une phase gaz n'est présente dans cette partie du circuit fluide.

On obtient ainsi une mesure très précise du débit de liquide passant par le débitmètre 21 et alimentant le poste utilisateur en aval. - lorsque des précisions encore plus élevées sont nécessaires on peut utiliser l'option avantageuse du débitmètre gazeux 11 sur la branche (gazeuse) haute du système, on dispose alors d'un débit massique liquide (21) et d'un débit massique gazeux (11) et la somme de ces deux valeurs permet d'obtenir une mesure précise du débit massique total passant par l'appareil. On le constate donc, l'invention permet une mesure précise du débit d'un fluide diphasique sans dispositif de mise en pression, ceci quelles que soient les conditions de pression et de température de celui-ci à l'alimentation du système, ceci grâce aux éléments constitutifs du dispositif, tels que décrits ci-dessus, et à la fabrication de liquide sous-refroidi dans la cuve selon un fonctionnement séquence : une phase de chute de pression suivie d'une phase de remontée en pression qui génère le liquide sous-refroidi, la phase de mesure qui suit permettant de distribuer le liquide sous-refroidi ainsi généré vers le capteur de débit liquide, et lorsque l'automate considère (évalue) que tout ou sensiblement tout le liquide sous-refroidi a été distribué, il ordonne la génération à nouveau de liquide sous-refroidi selon le cycle indiqué plus haut.20

Claims (5)

1. REVENDICATIONS1. Méthode de mesure du débit de fluides diphasiques cryogéniques liquide/gaz, mettant en oeuvre un débitmètre pour fluides diphasiques cryogéniques liquide/gaz, débitmètre qui comprend : - un séparateur de phases liquide/gaz, constitué d'une cuve (1) dans la partie supérieure de laquelle est admis le fluide cryogénique, fluide qui a transité, avant son arrivée dans la cuve, par une vanne (30) d'arrivée de fluide; - un capteur de débit liquide (21), situé sur une canalisation liquide en communication de fluide avec la partie basse de la cuve ; - une vanne de sortie liquide (22), située sur la canalisation liquide, préférentiellement en aval du capteur de débit liquide ; - une vanne de sortie gaz (12), située sur une canalisation gaz en communication de fluide avec la partie haute de la cuve; - un dispositif (3) de mesure du niveau de liquide dans la cuve ; - un dispositif (2) de mesure de la pression dans la phase gaz au sein de la cuve ; - et le cas échéant une sonde de température (4) de la phase liquide au sein de la cuve, la méthode comprenant la mesure d'un débit de liquide extrait de la cuve, liquide qui a été sous-refroidi, où la fabrication de liquide sous-refroidi est réalisée selon un fonctionnement séquence comprenant les étapes suivantes : durant une première phase, on réalise une chute de pression dans la cuve, jusqu'à une consigne de pression Po de la façon suivante : on ferme les vannes d'arrivée de fluide dans la cuve et de sortie du liquide de la cuve, et l'on ouvre la vanne de sortie gaz ; - durant une seconde phase, on fait remonter la pression dans la cuve jusqu'à une consigne de pression P1 (P1 > Po) de la façon suivante : la vanne de sortie liquide reste fermée et l'on ferme la vannede sortie gaz tandis que l'on ouvre la vanne d'arrivée de fluide dans la cuve ; durant une troisième phase on ouvre la vanne de sortie liquide et l'on procède à ladite mesure du débit du liquide qui transite par le capteur de débit liquide.
2. 2. Méthode selon la revendication 1, se caractérisant en ce que l'on fait transiter tout ou partie du débit de fluide diphasique, avant son arrivée dans la cuve, par un système de réchauffage (40), par exemple par un système d'échangeur.
3. 3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, se caractérisant en ce que sur réception d'une ou de plusieurs informations caractérisant les propriétés du liquide stocké dans la cuve, on met fin à la phase 3 et on ordonne le redémarrage dudit cycle à la phase 1.
4. 4. Méthode selon la revendication 3, se caractérisant en ce que on dispose d'un système d'acquisition et traitement de données, tel un automate, qui acquiert la ou plusieurs desdites informations caractérisant les propriétés du liquide stocké dans la cuve, les traite, et en fonction de leur valeur met fin à la phase 3 et ordonne le redémarrage dudit cycle à la phase 1, la ou lesdites informations considérées étant situées dans le groupe suivant : A/ le système considère une mesure de la température du liquide en sortie de cuve qui arrive dans la canalisation liquide, de la façon suivante : le système acquiert cette température To en fin de phase 2 ou en début de phase 3, dans la phase liquide au sein du bas de cuve ou bien au sein de la canalisation liquide en aval de son raccordement au bas de cuve, le système procède ensuite à la surveillance de cette même température et lorsque la température mesurée est supérieure d'un certain nombre de degrés à To il interrompt la phase 3 et relance le cycle à la phase 1. B/ le système utilise une temporisation de la phase 3, de la façon suivante :un opérateur impose au système un temps de phase 3 maximum ou bien le système a prédéterminé lors de cycles précédents le temps que dure en moyenne la phase 3, et quand ultérieurement une phase 3dépasse ce temps de référence moyen, le système interrompt la phase 3 et relance le cycle à la phase 1. C/ le système utilise une information de synchronisation venant d'un poste utilisateur du cryogène en aval, cryogène issu du capteur de débit liquide, par le fait qu'un contact électrique généré par ledit poste utilisateur en aval du capteur de débit liquide déclenche auprès du système l'arrêt de la phase 3 et la relance du cycle à la phase 1. D/ le système utilise une information de cumul de débit , de la façon suivante : lorsque la phase 3 de mesure du débit commence, le système remet à zéro un compteur dédié, et durant la phase 3 qui démarre il incrémente ce compteur dédié en fonction du débit qui est mesuré dans le capteur de débit liquide, et lorsque ce débit cumulé depuis le début de cette phase 3 considérée est égal ou supérieur à une valeur limite, alors le système interrompt la phase 3 et relance le cycle à la phase 1.
5. 5. Méthode selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que la canalisation gaz est munie, en amont ou en aval de la vanne de sortie gaz, d'un capteur de débit de la phase gaz circulant dans cette canalisation, et en ce que le débit de fluide diphasique que l'on cherche à évaluer est évalué par la prise en compte de ladite mesure du débit du liquide qui transite par le capteur de débit liquide durant la phase 3 et par la prise en compte du débit mesuré par ledit capteur de débit de la phase gaz, le débit de fluide diphasique que l'on souhaite évaluer étant obtenu par la somme des deux débits précédents.