FR3050999A3 - Dispositif de passivation des surfaces des tubes de grande longueur lors de chauffage par induction - Google Patents

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Abstract

Le certificat d'utilité concerne un dispositif de protection contre la corrosion pour attribuer aux surfaces de tubes, l'aptitude de mouillage par eau ou solutions aqueuses significativement réduite par l'application d'une couche de silicium amorphe. Le dispositif de passivation comprend un ensemble 8 de tubes 9 de grande longueur disposé dans un élément 4 tubulaire interne en matériau non-conducteur enveloppé par un élément 2 tubulaire hélicoïdal multispire de l'élément 1 de chauffage par induction monté sur un support 3 coulissant qui coulisse sur des rails 12 de guidage. Lorsque la solution technologique comprenant l'hydrure de silicium dans une phase vapeur des gaz inertes est délivrée dans des cavités des tubes 9 et dans une cavité de l'élément 4 tubulaire interne, une portion des tubes 9 est chauffée par l'élément de chauffage par induction, l'hydrure de silicium se décompose et le silicium se dépose sur les surfaces des tubes 9.

Description

DISPOSITIF DE PASSIVATION DES SURFACES DES TUBES DE GRANDE LONGUEUR LORS
DE CHAUFFAGE PAR INDUCTION
Le certificat d'utilité concerne un dispositif de protection contre la corrosion destiné à attribuer aux surfaces des articles en métal préférablement des tubes en acier 12X18H10T (l'acier classifié selon la norme d'Etat et contenant C 0,12%, Cr 18%, Ni 10%, Ti au plus 1,5%) et AISI 316, les tubes étant de petite dimension en coupe transversale compris entre 3.0x0,5 mm et 6,00x1,5 mm, l'aptitude de mouillage par eau ou solutions aqueuses significativement réduite (propriétés hydrofuges) par application d'une couche de silicium amorphe. Ce dispositif peut être utilisé dans des systèmes de prise et de stockage d'échantillons de gaz naturel pour la préparation d'une conduite d'alimentation dans des systèmes de stockage de gaz et de contrôle de la qualité du produit dans le secteur pétro-gazier, dans des postes de comptage commerciaux, des systèmes de mesure de quantité et de facteurs de qualité du gaz et d'autres gaz hydrocarbonés liquéfiés sur gazoducs.
Un procédé de passivation de la surface interne d'un réservoir de collecte de gaz pour protéger la surface contre la corrosion est connu, le procédé comprenant une étape de dessiccation de la surface interne du réservoir et après une étape de mise sous vide, ensuite le réservoir est alimenté en gaz comprenant l'hydrure de silicium, et le réservoir contenant ledit gaz est alors chauffé sous pression. Ce gaz est alors décomposé et une couche de silicium est déposée sur la surface interne du réservoir. La durée du dépôt de silicium est contrôlée afin d'éliminer la production de la poussière de silicium dans le réservoir. Le réservoir est ensuite purgé par un gaz inerte pour chasser le gaz contenant l'hydrure de silicium. L'opération est conduite en plusieurs cycles jusqu'à ce que toute la surface du réservoir soit couverte par du silicium. Le réservoir est ensuite vidé et refroidi jusqu'à la température ambiante (US 6511760, CIB B65D 85/00, 28.01.2003) [1]
Ce procédé a un désavantage consistant en l'absence de l'étape d'une préparation initiale du réservoir ce qui pénalise la qualité et reproductibilité du revêtement obtenu, puis le remplissage du réservoir par du hydrure de silicium pure importe des coûts élevés de l'opération tandis que son utilisation pour purger les lignes impacte l'environnement par des effluents non-réagis toxiques, le procédé ne prévoit pas une passivation des tubes de grande longueur.
Il est connu un procédé pour une passivation d'une surface interne d'un réacteur sujet au dépôt de coke, et un réacteur dans lequel le revêtement est obtenu par une décomposition thermique d'un précurseur de silicium organométallique exempte d'oxygène et d'eau dans un milieu inerte choisi du groupe consistant de l'argon, l'hélium et leurs mixtures, l'azote, l'hydrogène (RU2079569, C23C8/28, publié le 20.05.1997).
Ce procédé a un désavantage consistant en absence d'une étape de traitement initial de la surface interne du réacteur qu'altère l'adhésion du revêtement et conduit à sa décohésion. Le revêtement ainsi obtenu est de couleur noire et très collant, ce qui pénalise le nettoyage du réacteur.
Il est connu un procédé d'hydrofugation d'une surface interne d'un substrat par décomposition de l'hydrure de silicium en phase vapeur choisie parmi des gaz inertes: argon, hélium et leurs mixtures, azote ou hydrogène à des températures 600-1000°C, la réaction de décomposition de l'hydrure de silicium est précédé par des processus de préparation de la surface consistant au nettoyage de la surface par un solvant organique et à l'activation de la surface par une solution d'un acide minérale, des cycles de l'alimentation en hydrure de silicium sont répétés pendant l'action de revêtement jusqu'à ce que l'épaisseur requise du revêtement soit obtenu, le substrat étant purgé par un gaz inerte entre cycles (RU 2015128392, C23C10/44,10.01.2016).
Il est connu un dispositif de chauffage par induction des milieux liquides, le dispositif comprenant un élément tubulaire externe en matériau magnétostrictif avec un inducteur multispire disposé dedans, un élément tubulaire interne présentant un ensemble des tubes individuels, une buse de sortie; le dispositif est pourvu d'un capteur thermique du type capillaire (RU25136, CIB H05B 6/10, publié le 10.09.2002). Ce dispositif est pris pour l'antériorité la plus proche de l'invention.
Un désavantage de ce dispositif est qu'il est destiné à être plongé dans un milieu liquide ou épaissi pour son chauffage suivi par l'extraction, l'ensemble des tubes individuels étant solidaire avec l'élément de chauffage. L'objet technique du présent certificat est d'améliorer la qualité du revêtement des surfaces des tubes de grande longueur.
Le problème technique à résoudre par le présent certificat en atteignant l'effet technique revendiqué par un dispositif de passivation des surfaces des tubes de grande longueur lors de chauffage par induction, le dispositif comprenant un élément de chauffage par induction ayant un élément tubulaire hélicoïdal externe multispire, un élément tubulaire interne, ledit élément tubulaire interne recevant un ensemble des tubes de grande longueur réunis par une grille d'entrée, une grille de sortie et au moins une grille intermédiaire, et un ensemble de tuyaux d'alimentation en solution technologique et de son évacuation, ledit élément de chauffage par induction est monté sur un support coulissant permettant son coulissement sur des rails de guidage longitudinaux le long de l'élément tubulaire interne, ledit élément tubulaire interne étant réalisé en matériau non-conducteur ; les extrémités de l'élément interne tubulaire portent une pièce extrême d'entrée de la solution technologique et une pièce extrême de sortie de la solution technologique respectivement fixées par une douille de serrage de façon à permettre de disposer l'ensemble des tubes de grande longueur dans une cavité dudit élément tubulaire interne; lesdites grilles d'entrée et de sortie comprennent des buses supportant une cuvette de la pièce extrême d'entrée qui forme avec la grille d'entrée une cavité d'un collecteur d'entrée, et une cuvette de la pièce extrême de sortie qui forme avec la grille de sortie une cavité d'un collecteur de sortie, ledit ensemble de tuyaux d'alimentation et d'évacuation étant raccordé aux buses de la grille d'entrée et de la grille de sortie.
En outre les tubes de grande longueur sont disposés dans les dites grille d'entrée, grille de sortie et grille intermédiaire de préférence selon des circonférences concentriques et fixés dedans par des organes de fixation en forme de douilles de serrage. L'ensemble de tuyaux d'alimentation en solution technologique des tubes de grande longueur et de la cavité de l'élément tubulaire interne et de tuyaux d'évacuation de la solution technologique comprend un séparateur de flux, une vanne régulatrice sur la ligne d'alimentation en solution technologique de la cavité du collecteur d'entrée, une vanne régulatrice sur la ligne d'alimentation en solution technologique de la cavité de l'élément tubulaire interne, une vanne régulatrice sur la ligne d'évacuation de la solution technologique depuis le collecteur de sortie et une vanne régulatrice sur la ligne d'évacuation de la solution technologique depuis la cavité de l'élément tubulaire interne, les pièces extrêmes d'entré et de sortie comprennent des tubulures de raccordement aux lignes d'alimentation en solution technologique et aux lignes d'évacuation de la solution technologique.
Une caractéristique important de l'invention et distinguant celle-ci de l'art antérieur la plus proche est que l'élément de chauffage par induction avec son élément tubulaire hélicoïdal externe multispire, définissant l'enroulement inductif, est mobile par rapport à l'élément tubulaire interne avec son ensemble de tubes de grande longueur et est monté sur un support coulissant permettant son coulissement sur des rails de guidage longitudinaux le long de l'élément tubulaire interne. Cette différence permet un chauffage consécutif des tubes de grande longueur sans augmenter les dimensions de l'élément de chauffage. Le fait d'avoir l'élément tubulaire interne en matériau non-conducteur en mettant les tubes de grande longueur dans les grilles d'entrée, de sortie et intermédiaire(s) selon des circonférences concentriques permet un chauffage efficace des tubes de grande longueur par des courants tourbillonnaires crées lors du passage du courant électrique dans l'enroulement inductif. Le fait de fixer des pièces extrêmes d'entrée et de sortie à l'élément tubulaire interne par les douilles de serrage permet d'éviter un traitement mécanique (perçage, fraisage, soudage etc.) de l'élément tubulaire interne et permet de disposer et fixer l'ensemble des tubes de grande longueur dans l'élément tubulaire interne. Le collecteur d'entrée et celui de sortie définis respectivement par la cuvette de la pièce extrême d'entrée et la grille d'entrée et par la cuvette de la pièce extrême de sortie et la grille de sortie permettent d'alimenter en solution technologique la cavité interne des tubes de grande longueur. Le séparateur du flux est configuré pour diviser l'ensemble des tuyaux en une ligne d'alimentation en solution technologique pour traiter les surfaces internes des tubes de grande longueur et une ligne d'alimentation en solution technologique de la cavité interne de l'élément tubulaire interne pour traiter les surfaces externes des tubes de grande longueur. Les vannes régulatrices montées sur lesdites lignes d'alimentation permettent de réguler le débit et la vitesse du flux de la solution technologique, ce fait avec l'action de chauffage par induction sur les tubes de grande longueur favorise l'amélioration de la qualité du traitement et du revêtement des surfaces des tubes de grande longueur. Des vannes régulatrices montées sur les lignes d'alimentation en solution technologique et de son évacuation permettent en outre de traiter soit seulement des surfaces internes, soit seulement des surfaces externes des tubes de grande longueur, cette caractéristique joue favorablement sur la fonctionnalité du dispositif.
La fig. 1 présente le dispositif de passivation des surfaces des tubes de grande longueur lors du chauffage par induction;
La fig. 2 présente l'ensemble des tubes de grande longueur;
La fig. 3 présente une pièce extrême d'entrée ;
La fig. 4 présente une pièce extrême de sortie ;
La fig. 5 présente une grille intermédiaire de l'ensemble des tubes de grande longueur.
Le dispositif de passivation des surfaces des tubes de grande longueur lors d'un chauffage par induction comprend un élément 1 de chauffage ayant un élément 2 tubulaire hélicoïdal externe multispire monté sur un support 3 coulissant, un élément 4 tubulaire interne ayant une pièce 5 extrême d'entrée, une pièce 6 extrême de sortie, un ensemble 8 des tubes de grande longueur disposé dans la cavité 7 de l'élément 4 tubulaire interne et un ensemble 10 des tuyaux d'alimentation en solution technologique du dispositif de passivation. L'élément 2 tubulaire hélicoïdal externe multispire est configuré pour permettre le mouvement de l'élément 4 interne dans sa cavité 11. Le support 3 coulissant est mobile sur des rails 12 de guidage longitudinaux par rouleaux d'entrainement (non-illustrés). L'élément 4 tubulaire interne est en matériau non-conducteur, par exemple il est un tube en quartz et est en effet le corps du dispositif de passivation. L'élément 4 tubulaire interne porte sur ses extrémités une pièce 5 extrême d'entrée et une pièce 6 extrême de sortie respectivement, fixées chacune par une douille de serrage 13, 14. L'ensemble 8 des tubes 9 de grande longueur est inséré à travers la pièce 5 extrême d'entrée dans la cavité 7 de l'élément 4 tubulaire interne, l'ensemble 8 est constitué d'une grille 15 d'entrée, d'une grille 16 de sortie et au moins une grille 17 intermédiaire. La grille 15 d'entrée comprend une bride 18 assurant la fixation de l'ensemble 8 des tubes 9 de grande longueur à la pièce 5 extrême d'entrée. La grille 15 en outre comporte une buse 19 avec un canal 20, et la grille 16 comporte une buse 21 avec un canal 22. Tous les tubes 9 de grande longueur sont fixés dans la grille 15 d'entrée et dans la grille 16 de sortie par les douilles de serrage comprenant une douille 23 et un écrou 24. La quantité des grilles 17 intermédiaires est déterminée pour assurer la valeur minimale de flexion des tubes 9 dans l'ensemble 8. Les grilles 17 intermédiaires sont fixées aux tubes 9 aussi par les douilles de serrage. L'ensemble 8 des tubes 9 est fixé dans la pièce 5 extrême d'entrée par un écrou 25 à travers la cuvette 26 de la pièce 5 extrême comprenant une cavité 27 qui comprend à son tour une ouverture 28 de sortie de la buse 19 de la grille 15 d'entrée et une ouverture 29 de réception d'une tubulure 30 d'alimentation de la cavité 27 de la cuvette 26 en solution technologique. La cuvette 26 de la pièce 5 extrême avec sa cavité 27 en coopération avec la grille 15 d'entrée définissent un collecteur 31 d'entrée pour assurer l'alimentation en solution technologique de la cavité 32 de chacun des tubes 9 de grande longueur. La pièce 6 extrême de sortie est configurée pour recevoir la grille 16 de sortie de l'ensemble 8 des tubes 9 de grande longueur et comprend une cuvette 33 fixée par un écrou 34. La cuvette 33 présente une cavité 35 avec une ouverture centrale 36 de sortie de la tubulure 21 de la grille 16 de sortie et avec une ouverture 37 de réception de la tubulure 38. La cuvette 33 de la pièce 6 extrême avec sa cavité 35 en coopération avec la grille 16 de sortie définissent un collecteur 39 de sortie pour assurer l'évacuation de la solution technologique depuis les tubes 9 de grande longueur. La buse 19 avec le canal 20 de la grille 15 d'entrée et la buse 21 avec le canal 22 de la grille 16 de sortie assurent l'alimentation en solution technologique et son évacuation de la cavité 7 de l'élément 4 tubulaire interne. L'ensemble des tuyaux 10 comprend un séparateur du flux 40 divisant la solution technologique alimentant le dispositif de passivation en une ligne 41 d'alimentation en solution technologique du collecteur 31 d'entrée et des cavités 32 des tubes 9 de grande longueur et en une ligne 42 d'alimentation en solution technologique da la cavité 7 de l'élément 4 tubulaire interne. Les lignes 41 et 42 d'alimentation comportent respectivement des vannes régulatrices 43 et 44, débitmètres 45 et 46 de la solution technologique et tubulures 47 et 30. La ligne d'évacuation 48 de la solution technologique du collecteur 39 de sortie comporte une vanne 49 régulatrice et tubulure 38, la ligne 50 d'évacuation de la solution technologique de la cavité 7 de l'élément 4 tubulaire interne comporte une vanne 51 régulatrice et une tubulure 52. L'étanchéité de la cavité 7 de l'élément 4 est assurée par des anneaux de joint 53, 54, 55 et 56, l'étanchéité de la cavité 27 du collecteur 31 d'entrée est assurée par des anneaux de joint 57 et 58, l'étanchéité de la cavité 35 du collecteur 39 de sortie est assurée par des anneaux de joint 59 et 60.
Le dispositif de passivation des surfaces des tubes de grande longueur fonctionne d'une façon suivante.
Avant d'être passivées des tubes de grande longueur sont soumis au prétraitement consistant à leur nettoyage par un solvant organique et à l'activation de leurs surfaces par une solution d'un acide minéral. L'action de nettoyage et celle d'activation sont alternées par purge et séchage des surfaces des tubes de grande longueur 9.
Lors du nettoyage des surfaces par des solvants organiques les surfaces sont libérées de salissures, lors de l'activation la surface traitée est rendue rugueuse améliorant l'adhésion de substances appliquées. Lors de la passivation des surfaces des tubes 9 de grande longueur l'élément 1 de chauffage par induction avec son élément 2 tubulaire hélicoïdal externe multispire monté sur le support 3 coulissant est mis en position initiale près de la pièce 5 extrême d'entrée. L'ensemble des tuyaux 10 est alors alimenté en solution technologique présentant l'hydrure de silicium en phase vapeur choisie des gaz inertes présentant l'argon, l'hélium et leurs mixtures et d'autres gaz. Les vannes régulatrices 43 et 44 régulent respectivement le flux de la solution technologique alimentant la ligne 41 d'alimentation des cavités 32 des tubes et celui alimentant la cavité 7 de l'élément 4. Les vannes régulatrices 49 et 50 régulent respectivement le débit des flux, les débitmètres 45 et 46 contrôlent leur débit. Dès que le régime stabilisé du flux est atteint on met en marche l'élément 1 de chauffage par induction. Des courant tourbillonnants ainsi crées chauffent la portion correspondante des tubes 9 de grande longueur. La température de chauffage assurée par l'élément 1 de chauffage s'élève jusqu'à la valeur comprise entre 600°C et 700°C, la température est contrôlée par un convertisseur thermoélectrique 61 attaché à côté de la pièce extrême 5 au tube 62 de grande longueur qui est serrée dans les cuvettes 26 et 33 par les anneaux de joint 63 et 64 respectivement. Ensuite on laisse le système séjourner, la durée du séjour est comprise entre 3 et 20 minutes, pendant ce temps l'hydrure de silicium se décompose et le silicium pur se dépose sur les surfaces activées des tubes de grande longueur 9. On met en marche les rouleaux d'entrainement (non-illustrés) du support 3 et on règle la vitesse de son avance. Lorsque le support 3 coulissant atteint la pièce 6 extrême de sortie, les rouleaux d'entrainement sont arrêtés, l'élément 1 de chauffage est éteint. La passivation est ainsi terminée. L'ensemble 8 des tubes 9 de grande longueur est ensuite refroidi jusqu'à la température ambiante et puis retiré de l'élément 4 interne.
Le dispositif permet d'améliorer la qualité du revêtement des surfaces des tubes de grande longueur, permet de réduire l'aptitude de mouillage par eau ou solutions aqueuses des surfaces d'une conduite, peut être utilisé dans des systèmes de prise et de stockage d'échantillons du gaz naturel, systèmes de stockage de gaz, systèmes de mesure de quantité et de facteurs de qualité du gaz et d'autres gaz hydrocarbonés liquéfiés sur gazoducs.

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de passivation des surfaces des tubes de grande longueur lors de chauffage par induction, le dispositif comprenant - un élément de chauffage par induction ayant un élément tubulaire hélicoïdal externe multispire, - un élément tubulaire interne, ledit élément tubulaire interne recevant un ensemble des tubes de grande longueur réunis par une grille d'entrée, une grille de sortie et au moins une grille intermédiaire, et - un ensemble de tuyaux d'alimentation en solution technologique et de son évacuation, le dispositif étant caractérisé en ce que ledit élément de chauffage par induction est monté sur un support coulissant permettant son coulissement sur des rails de guidage longitudinaux le long de l'élément tubulaire interne, ledit élément tubulaire interne étant réalisé en matériau non-conducteur ; les extrémités de l'élément tubulaire interne portent respectivement une pièce extrême d'entrée de la solution technologique et une pièce extrême de sortie de la solution technologique fixées chacune par une douille de serrage de façon à permettre de disposer l'ensemble des tubes de grande longueur dans une cavité dudit élément tubulaire interne; lesdites grilles d'entrée et de sortie comprennent des buses supportant une cuvette de la pièce extrême d'entrée qui forme avec la grille d'entrée une cavité d'un collecteur d'entrée, et une cuvette de la pièce extrême de sortie qui forme avec la grille de sortie une cavité d'un collecteur de sortie, ledit ensemble de tuyaux d'alimentation et d'évacuation étant raccordé aux buses de la grille d'entrée et de la grille de sortie.
  2. 2. Le dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes de grande longueur sont disposés dans lesdites grille d'entrée, grille de sortie et au moins une grille intermédiaire de préférence selon des circonférences concentriques.
  3. 3. Le dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes de grande longueur sont fixés dans lesdites grille d'entrée, grille de sortie et au moins une grille intermédiaire par des organes de fixation en forme des douilles de serrage.
  4. 4. Le dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble de tuyaux d'alimentation en solution technologique des tubes de grande longueur et de ladite cavité de l'élément tubulaire interne et de tuyaux d'évacuation de la solution technologique comprend un séparateur de flux, une vanne régulatrice sur la ligne d'alimentation en solution technologique de la cavité du collecteur d'entrée, une vanne régulatrice sur la ligne d'alimentation en solution technologique de la cavité de l'élément tubulaire interne, une vanne régulatrice sur la ligne d'évacuation de la solution technologique depuis le collecteur de sortie et une vanne régulatrice sur la ligne d'évacuation de la solution technologique depuis la cavité de l'élément tubulaire interne, les pièces extrêmes d'entrée et de sortie comprennent des tubulures de raccordement aux lignes d'alimentation en solution technologique et aux lignes d'évacuation de la solution technologique.
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