FR3118164A3 - Réservoir de fluide comportant un dispositif de mesure et procédé de surveillance de l’intégrité d’un tel réservoir - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un réservoir (1) de fluide, notamment un gaz ou un mélange gazeux contenant du dihydrogène, le réservoir (1) comportant une portion cylindrique (2), formée d’une paroi (3) comportant un ensemble de plaques (4), les bords d’extrémité de chaque plaque étant soudés entre eux par une soudure latérale (6), deux plaques (4) contigües étant reliées entre elles par une soudure longitudinale (5), le réservoir (1) comportant un dispositif de mesure comportant : au moins une jauge de contrainte (7) fixée sur au moins une partie de la soudure latérale (6) ou sur au moins une partie de la soudure longitudinale (5) ; un circuit électronique relié électriquement à la jauge de contrainte (7), le circuit électronique étant agencé pour transmettre, notamment par radiofréquence, des valeurs représentatives de la déformation de la jauge de contrainte (7). Figure d’abrégé : Fig. 1

Description

Réservoir de fluide comportant un dispositif de mesure et procédé de surveillance de l’intégrité d’un tel réservoir
La présente invention concerne un réservoir de fluide - par exemple un pipeline, un adsorbeur, un réservoir de stockage d’un fluide, tel qu’un gaz ou qu’un mélange gazeux comportant du dihydrogène - comportant un dispositif de mesure, un procédé de surveillance de l’intégrité d’un tel réservoir et un support de stockage non transitoire sur lequel sont stockés des instructions pour la mise en œuvre d’un tel procédé.
Lorsque l’on souhaite produire, séparer ou purifier un gaz, on peut utiliser des procédés d’adsorption, notamment des procédés d’adsorption de type PSA (Pressure Swing Adsorption) ou TSA (Temperature Swing Adsorption). Dans de telles applications, on utilise généralement un ou plusieurs réservoirs (aussi appelés « adsorbeurs » ou « bouteilles ») remplis de matériaux adsorbants sélectifs vis à vis d’un au moins des constituants du flux d’alimentation. Dans des unités de production de gaz, comme le dihydrogène, on peut aussi utiliser un ou plusieurs réservoirs de stockage du gaz ainsi séparé ou purifié.
Ces réservoirs (adsorbeurs ou de stockage) comportent généralement une portion cylindrique formée d’une paroi comportant un ensemble de plaques, deux plaques contiguës étant reliées entre elles par une soudure. Ainsi, la paroi d’un tel réservoir comporte une pluralité de soudures de sorte qu’en configuration d’utilisation, les soudures s’étendent selon un axe vertical ou horizontal.
De tels réservoirs peuvent mesurer entre environ 0,5 et 3 mètres de diamètre et s’étendre sur une dizaine de mètres de longueur, voire plus.
Le problème avec ce type de réservoirs est qu’ils sont installés à demeure dans des usines de purification de gaz et que les soudures subissent des contraintes liées à la variation de pression qui peut exister à l’intérieur de la bouteille, mais aussi des contraintes liées à la nature du fluide qui se trouve dans le volume de stockage qui se trouve à l’intérieur de la bouteille. De telles contraintes ont des conséquences sur l’intégrité des réservoirs, ce qui entraine des dégradations qui ont tendance à s’accélérer dans le temps. À tel point que des fissures peuvent apparaître au niveau des soudures, ce qui est préjudiciable pour les équipements dont pour le site de production.
Il convient donc de suivre et d’anticiper l’intégrité physique de tels réservoirs, afin d’anticiper l’apparition de fissures, notamment au niveau des soudures.
La taille des réservoirs et leur difficulté d’accès rend complexe et coûteux, la mise en place d’un suivi régulier de l’intégrité des réservoirs d’une unité de production de gaz.
Le problème qui se pose est de proposer un réservoir agencé pour permettre un suivi facilité et fiable de son intégrité.
La présente invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un réservoir de fluide, notamment un gaz ou un mélange gazeux contenant du dihydrogène, le réservoir comportant une portion cylindrique, formée d’une paroi comportant un ensemble de plaques, les bords d’extrémité de chaque plaque étant soudés entre eux par une soudure latérale, deux plaques contigües étant reliées entre elles par une soudure longitudinale, le réservoir comportant un dispositif de mesure comportant :
  • au moins une jauge de contrainte fixée sur au moins une partie de la soudure latérale ou sur au moins une partie de la soudure longitudinale ;
  • un circuit électronique relié électriquement à la jauge de contrainte, le circuit électronique étant agencé pour transmettre, notamment par radiofréquence, des valeurs représentatives de la déformation de la jauge de contrainte.
L’invention permet de suivre la déformation de la paroi d’un réservoir, au niveau des soudures, ce qui permet de surveiller l’intégrité du réservoir et éviter ainsi l’apparition de fissures sur la paroi, notamment au niveau des soudures. En effet, il est apparu de manière surprenante, que la plupart des défauts sur les réservoirs sont la conséquence de fissures qui se produisent d’abord au niveau des soudures latérales reliant entre eux, les bords d’extrémités latérales des plaques et/ou au niveau des soudures longitudinales reliant deux plaques contigües entre elles.
Selon une réalisation, la paroi comporte une pluralité de soudures longitudinales et une pluralité de soudures latérales.
Le terme « soudure », employé seul, désigne aussi bien la soudure latérale que la soudure longitudinale.
Selon une réalisation, le dispositif de mesure comporte une pluralité de jauges de contrainte fixées sur une ou plusieurs soudures latérales et/ou sur une ou plusieurs soudures longitudinales.
Selon une réalisation, au moins une jauge de contrainte est fixée sur la paroi, sur une zone dépourvue de soudure.
Ceci permet au dispositif de mesure, de connaître la déformation de la paroi et de comparer la valeur mesurer à celle mesurée au niveau d’une soudure.
Selon une réalisation, la jauge de contrainte est collée, notamment sur au moins une partie de la soudure latérale ou de la soudure longitudinale.
Selon une réalisation, la jauge de contrainte est collée de sorte que la déformation de la soudure, induit une variation de la résistance électrique de la jauge de contrainte.
Selon une réalisation, la jauge de contrainte est de type résistive.
Selon une réalisation, la déformation de la soudure induit une variation de la résistance électrique de la jauge de contrainte.
Selon une réalisation, la valeur représentative de la déformation de la jauge de contrainte, est une tension mesurée après un pont diviseur ou un pont de Wheatstone, de sorte que la tension mesurée représente la résistance de la jauge de contrainte.
Selon une réalisation, la jauge de contrainte a une sensibilité allant jusqu'à 1 μm/m.
Selon une réalisation, la jauge de contrainte est configurée pour mesurer des déformations allant jusqu’à 2000 μm/m.
Selon une réalisation, la soudure comporte une zone amincie et la jauge de contrainte est fixée au moins partiellement sur la zone amincie.
Selon une réalisation, la pluralité de jauges de contrainte est reliée électriquement au circuit électronique.
Selon une réalisation, le circuit électronique comporte une antenne radio pour transmettre par radiofréquence, les valeurs représentatives de la déformation de la jauge de contrainte.
Selon une réalisation, l’antenne radio est agencée pour permettre le transfert d’énergie électrique par couplage inductif.
Selon une réalisation, l’antenne radio est configurée pour émettre sur un réseau de communication choisi parmi les réseaux Lora, Sigfox, Bluetooth, Wifi, GPRS/UMTS/LTE, NFC et UHF.
Selon une réalisation, le circuit électronique comporte un microprocesseur et un support de stockage non transitoire lisible par le microprocesseur.
Selon une réalisation, le dispositif de mesure comprend un boitier comprenant une paroi conformée pour venir épouser la surface externe du réservoir.
Selon une réalisation, le réservoir est un adsorbeur pour un procédé d’adsorption de type PSA ou TSA, notamment pour la production de dihydrogène.
Selon une réalisation, la portion cylindrique est formée d’une unique paroi.
Selon une réalisation, la paroi délimite un volume interne pour le fluide.
Selon une réalisation, la jauge de contrainte couvre une gamme de pression allant de 0 à 1000 bar.
Selon une réalisation, la paroi comporte une première face dirigée vers l’extérieur du réservoir et une deuxième face en contact avec le fluide, lorsque le réservoir est en configuration d’utilisation.
Selon une réalisation, la portion cylindrique s’étend selon un axe vertical ou horizontal, lorsque le réservoir est configuration d’utilisation.
Selon une réalisation, la soudure latérale s’étend selon l’axe vertical et la soudure longitudinale s’étend selon l’axe horizontal, lorsque le réservoir est en configuration d’utilisation.
Selon une réalisation, la pluralité de jauges de contrainte est agencée de sorte qu’il existe plus de jauges de contrainte fixées sur les soudures latérales que sur les soudures longitudinales.
Selon une réalisation, le réservoir s’étend selon l’axe vertical lorsqu’il est en configuration d’utilisation et la pluralité de jauges de contrainte est agencée de sorte qu’il existe plus de jauges de contrainte fixées sur les soudures se trouvant dans la partie haute du réservoir, que de jauges de contrainte fixées sur les soudures se trouvant dans la partie basse du réservoir.
Selon une réalisation, le réservoir comporte un matériau adsorbant pour purifier le fluide.
Selon une réalisation, le circuit électronique comporte un moyen d’alimentation électrique comportant une pile et/ou une batterie et/ou un dispositif de génération d’électricité à partir d’une source de lumière, par exemple une cellule photovoltaïque.
Selon une réalisation, le circuit électronique comporte un moyen de traitement de signal relié à la jauge de contrainte.
L’invention concerne en outre un ensemble comportant un réservoir tel que décrit ci-dessus et un boitier de communication, le boitier de communication étant disposé à distance du circuit électronique et étant agencé pour communiquer par radiofréquence via une première interface de communication radio, avec le circuit électronique, et étant agencé pour communiquer par radiofréquence avec un serveur distant via une deuxième interface de communication radio.
Selon une réalisation, la première interface de communication radio est de type RFID UHF (pour Radio Frequency IDentification Ultra High Frequency).
L’invention concerne en outre un procédé de surveillance de l’intégrité d’un réservoir de fluide, notamment un gaz ou un mélange gazeux contenant du dihydrogène, le réservoir comportant une portion cylindrique, formée d’une paroi comportant un ensemble de plaques, les bords d’extrémité de chaque plaque étant soudés entre eux par une soudure latérale, deux plaques contigües étant reliées entre elles par une soudure longitudinale, le réservoir comportant un dispositif de mesure comportant :
  • au moins une jauge de contrainte fixée sur au moins une partie de la soudure latérale ou sur au moins une partie de la soudure longitudinale ;
  • un circuit électronique relié électriquement à la jauge de contrainte, le circuit électronique étant agencé pour transmettre, notamment par radiofréquence, des valeurs représentatives de la déformation de la jauge de contrainte,
le dispositif de mesure étant agencé pour effectuer les étapes suivantes :
  • obtenir des valeurs représentatives de la déformation de la jauge de contrainte,
  • transmettre, notamment par radiofréquence, les valeurs représentatives de la déformation de la jauge de contrainte.
Selon une réalisation, le dispositif de mesure est agencé pour effectuer l’étape suivante :
  • détecter la survenue d’une anomalie lorsqu’une valeur représentative de la déformation de la jauge de contrainte est supérieure à un seuil prédéterminé.
En variante, le procédé de surveillance est agencé de sorte qu’il existe un serveur distant effectuant les étapes de :
  • recevoir les données relatives à la déformation de la jauge de contrainte, telles que transmises par le dispositif de mesure,
  • détecter la survenue d’une anomalie lorsqu’une valeur représentative de la déformation de la jauge de contrainte est supérieure à un seuil prédéterminé.
L’invention concerne en outre un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le dispositif de mesure du réservoir de fluide décrit ci-dessus à exécuter les étapes du procédé de surveillance décrit ci-dessus.
L’invention concerne enfin un support de stockage non transitoire lisible par un microprocesseur, sur lequel sont stockées des instructions permettant la mise en œuvre d’un procédé tel que décrit ci-dessus, lorsque les instructions sont chargées et exécutées par le microprocesseur.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La est une représentation schématique d’un réservoir selon l’invention ;
La est une représentation schématique d’un procédé selon l’invention.
En référence à la , on a représenté un réservoir 1 de fluide destiné à être rempli par un mélange gazeux contenant du dihydrogène. Dans l’exemple considéré, ce réservoir 1 est utilisé en tant qu’adsorbeur 1 dans un procédé d’adsorption de type PSA.
Le réservoir 1 comporte une portion cylindrique 2, formée d’une paroi 3 comportant un ensemble de plaques 4. Dans l’exemple considéré, la paroi 3 est constituée de 3 plaques 4.
Pour la fabrication du réservoir 1, il est nécessaire d’assembler les plaques 4 formant la paroi 3. Pour ce faire, les plaques 4 sont soudées. Plus précisément, deux plaques 4 contiguës sont soudées entre elles par une soudure longitudinale 6. En outre, les bords d’extrémité d’une plaque 4 sont soudés entre eux par une soudure latérale 5.
Le réservoir 1 de la comporte un dispositif de mesure comportant :
  • une pluralité de jauges de contrainte 7, chaque jauge de contrainte étant fixée sur au moins une partie d’une des soudures latérales 5 ou sur au moins une partie d’une des soudures longitudinales 6;
  • une pluralité de circuits électroniques, chaque circuit électronique étant relié électriquement à au moins une des jauges de contrainte 7.
Chaque circuit électronique est agencé pour transmettre, notamment par radiofréquence, des valeurs représentatives de la déformation de la jauge de contrainte 7 ou des jauges de contrainte 7 avec lesquelles il est relié électriquement.
Dans l’exemple de la , la paroi 3 comporte 2 soudures longitudinales 5 et 3 soudures latérales 6.
Les jauges de contrainte 7 sont conçues pour mesurer la déformation de la paroi 3 du réservoir 1. Dans l’exemple considéré, la jauge de contrainte 7, de type résistive, est fixée de sorte qu’une déformation de la soudure 5, 6 du réservoir 1 entraine une déformation de la jauge de contrainte 7. Ainsi, toute déformation de la paroi 3 du réservoir 1 induit une variation de la résistance électrique de la jauge de contrainte 7.
La valeur représentative de la déformation de la jauge de contrainte 7, est ainsi une tension mesurée après un pont diviseur ou un pont de Wheatstone, de sorte que la tension mesurée représente la résistance de la jauge de contrainte 7.
Les jauges de contrainte 7 sont collées sur les soudures 5, 6, de sorte que la déformation d’une des soudures induit une variation de la résistance électrique d’une des jauges de contrainte, notamment de celle sur laquelle elle est collée.
Afin de permettre le collage des jauges de contrainte 7, Les soudures 5, 6 ont été préalablement préparées pour recevoir la colle (décapage d’une éventuelle couche de peinture, et/ou nettoyage de la surface, et/ou ponçage, …). Il existe ainsi, une zone amincie de la soudure 5, 6, au niveau de la zone de fixation d’une jauge de contrainte 7 à la soudure 5, 6.
Dans l’exemple de la , il existe autant de circuits électroniques que de soudures 5,6, de sorte que toutes les jauges de contrainte 7 fixées sur une soudure 5, 6 sont reliées électriquement à un même circuit électronique. Ceci permet de limiter la quantité de câbles et la longueur de ceux-ci.
Chaque circuit électronique comporte une antenne radio pour transmettre par radiofréquence, les valeurs représentatives de la déformation des jauges de contrainte qui lui sont connectées. L’antenne radio est agencée pour permettre le transfert d’énergie électrique par couplage inductif.
Un boitier de communication, disposé à distance des circuits électroniques est agencé pour communiquer par radiofréquence via une première interface de communication radio, avec le circuit électronique, et étant agencé pour communiquer par radiofréquence avec un serveur distant via une deuxième interface de communication radio. La première interface de communication radio est de type RFID UHF (pour Ultra High Frequency), pour permettre l’alimentation électrique des circuits électroniques.
En variante, les circuits électroniques comportent un moyen d’alimentation électrique comportant une pile et/ou une batterie et/ou un dispositif de génération d’électricité à partir d’une source de lumière, par exemple une cellule photovoltaïque. De tels circuits électroniques peuvent ainsi communiquer sur un réseau de communication choisi parmi les réseaux Lora, Sigfox, Bluetooth, Wifi, GPRS/UMTS/LTE.
Dans l’exemple de la , le réservoir 1 est dans sa configuration d’utilisation et il s’étend selon un axe vertical. Dans cette configuration, chaque soudure latérale 6 s’étend selon l’axe vertical et chaque soudure longitudinale 5 s’étend selon un axe horizontal.
Comme visible sur la , on peut noter qu’il existe plus de jauges de contrainte 7 fixées sur les soudures latérales 6 que de jauges de contrainte 7 fixées sur les soudures longitudinales 5. En l’occurrence, on peut compter entre 2 et 5 jauges de contrainte 7 par soudure latérale 6 et entre 1 et 2 jauges de contrainte 7 par soudure longitudinale 5.
On peut en outre noter qu’il existe plus de jauges de contrainte 7 fixées sur les soudures se trouvant dans la partie haute du réservoir, que de jauges de contrainte 7 fixées sur les soudures se trouvant dans la partie basse du réservoir. En effet, si l’on considère un axe de symétrie coupant le réservoir en son milieu, l’axe de symétrie étant orthogonal à l’axe vertical dans lequel s’étend le réservoir, on peut compter 8 jauges de contrainte 7 se trouvant dans la partie haute du réservoir et 5 jauges de contrainte se trouvant dans la partie basse du réservoir.
De manière surprenante, il a été démontré que les soudures se trouvant dans la partie haute du réservoir étaient plus susceptibles de se déformer que les soudures se trouvant dans la partie basse du réservoir. Ainsi les jauges de contrainte placées en position haute sont plus susceptibles de permettre de déterminer une fragilité au niveau du réservoir.
En référence à la , on a représenté un procédé de surveillance de l’intégrité du réservoir de fluide de la .
Le dispositif de mesure est agencé pour effectuer les étapes suivantes :
  • obtenir E1 des valeurs représentatives de la déformation des jauges de contrainte,
  • transmettre E2 les valeurs représentatives de la déformation des jauges de contrainte,
  • détecter E3 la survenue d’une anomalie lorsqu’une valeur représentative de la déformation de la jauge de contrainte est supérieure à un seuil prédéterminé.
En variante, le procédé de surveillance est agencé de sorte qu’il existe un serveur distant effectuant les étapes de :
  • recevoir E4 les données relatives à la déformation des jauges de contrainte 7, telles que transmises par le dispositif de mesure,
  • détecter E3a la survenue d’une anomalie lorsqu’une valeur représentative de la déformation d’une des jauges de contrainte 7 est supérieure à un seuil.
Dans ce mode de réalisation, ce n’est pas le dispositif de mesure qui effectue l’étape de détecter E3, E3a la survenue d’une anomalie, mais le serveur distant.

Claims (8)

  1. Réservoir (1) de fluide, notamment un gaz ou un mélange gazeux contenant du dihydrogène, le réservoir (1) comportant une portion cylindrique (2), formée d’une paroi (3) comportant un ensemble de plaques (4), les bords d’extrémité de chaque plaque étant soudés entre eux par une soudure latérale (6), deux plaques (4) contigües étant reliées entre elles par une soudure longitudinale (5), le réservoir (1) comportant un dispositif de mesure comportant :
    • au moins une jauge de contrainte (7) fixée sur au moins une partie de la soudure latérale (6) ou sur au moins une partie de la soudure longitudinale (5) ;
    • un circuit électronique relié électriquement à la jauge de contrainte (7), le circuit électronique étant agencé pour transmettre, notamment par radiofréquence, des valeurs représentatives de la déformation de la jauge de contrainte (7).
  2. Réservoir (1) selon l’une des revendications précédentes, la soudure (5,6) comportant une zone amincie, la jauge de contrainte (7) étant fixée au moins partiellement sur la zone amincie.
  3. Réservoir (1) selon l’une des revendications précédentes, le dispositif de mesure comportant une pluralité de jauges (7) de contrainte reliées électriquement au circuit électronique.
  4. Réservoir (1) selon l’une des revendications précédentes, le circuit électronique comportant une antenne radio pour transmettre par radiofréquence, les valeurs représentatives de la déformation de la jauge de contrainte (7).
  5. Réservoir (1) selon la revendication précédente, l’antenne radio étant agencée pour permettre le transfert d’énergie électrique par couplage inductif.
  6. Procédé de surveillance de l’intégrité d’un réservoir (1) de fluide, notamment un gaz ou un mélange gazeux contenant du dihydrogène, le réservoir (1) comportant une portion cylindrique (2), formée d’une paroi (3) comportant un ensemble de plaques (4), les bords d’extrémité de chaque plaque (4) étant soudés entre eux par une soudure latérale (6), deux plaques (4) contigües étant reliées entre elles par une soudure longitudinale (5), le réservoir (1) comportant un dispositif de mesure comportant :
    • au moins une jauge de contrainte (7) fixée sur au moins une partie de la soudure latérale (6) ou sur au moins une partie de la soudure longitudinale (5);
    • un circuit électronique relié électriquement à la jauge de contrainte (7) , le circuit électronique étant agencé pour transmettre, notamment par radiofréquence, des valeurs représentatives de la déformation de la jauge de contrainte (7),
    le dispositif de mesure étant agencé pour effectuer les étapes suivantes :
    • obtenir des valeurs représentatives de la déformation de la jauge de contrainte (7),
    • transmettre, notamment par radiofréquence, les valeurs représentatives de la déformation de la jauge de contrainte (7).
  7. Procédé selon la revendication précédente, le dispositif de mesure étant agencé pour effectuer l’étape suivante :
    • détecter la survenue d’une anomalie lorsqu’une valeur représentative de la déformation de la jauge de contrainte (7) est supérieure à un seuil prédéterminé.
  8. Support de stockage non transitoire lisible par un microprocesseur, sur lequel sont stockées des instructions permettant la mise en œuvre d’un procédé selon l’une des revendications 8 et 9, lorsque les instructions sont chargées et exécutées par le microprocesseur.
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