WO2011036257A1 - Dispositif de prelevement d'echantillons liquides hors d'une cuve - Google Patents

Dispositif de prelevement d'echantillons liquides hors d'une cuve Download PDF

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WO2011036257A1
WO2011036257A1 PCT/EP2010/064161 EP2010064161W WO2011036257A1 WO 2011036257 A1 WO2011036257 A1 WO 2011036257A1 EP 2010064161 W EP2010064161 W EP 2010064161W WO 2011036257 A1 WO2011036257 A1 WO 2011036257A1
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WO
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nozzle
outlet
tank
liquid samples
duct
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Christophe Brenneis
Hervé LAGRAVE
Jacques Mamert
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • G01N2001/1445—Overpressure, pressurisation at sampling point
    • G01N2001/1463—Injector; Air-lift

Definitions

  • the subject of the invention is a liquid sampling device out of a tank, or even a plurality of tanks.
  • Such devices are common in the nuclear industry to analyze certain liquids loaded with irradiating materials.
  • the corresponding devices are generally placed in shielded cells, and are operated on them by remote manipulators.
  • the liquid to be analyzed is first present in a tank. It is sucked by a duct opening into the top of the tank, which leads to a sampling medium on which a small container, usually called jug, has been placed, and it partially fills this jug.
  • the surplus liquid is discharged to an outlet or returns to the tank by flowing through the duct, which is inclined, as soon as the suction has ceased.
  • a disadvantage of these devices is that the return to the tank is not complete and that droplets of liquid remain on the conduit, then crystallize: this can be considered as a pollutant, and limits the quality of the following measures by mixing with samples then sucked when the original liquid of the tank has been replaced by another.
  • Another disadvantage of these devices is that it is difficult to pool them at a battery of tanks to take samples of any of them.
  • the object of the invention is to eliminate these disadvantages, and above all to allow sufficient cleaning of the duct and ducts leading to the tanks without greatly complicating the device or making it lose its ability to be actuated by remote handling.
  • a device for sampling liquid samples from at least one tank comprising at least one pipe connecting to a respective tank and ending in an outlet at an end opposite the tank, a support for samples collection jugs arranged on the duct, and a suction unit for the contents of the tank in the duct, characterized in that the suction unit comprises a nozzle disposed on the duct, a compressed air inlet opening in the nozzle, and the device further comprises a shutter valve of the conduit, disposed on the conduit between the nozzle and the outlet.
  • This arrangement makes it possible to use the compressed air to produce the suction by relaxing in the nozzle, then, as soon as the valve is closed, to clean the conduit by reversing its circulation to the tank, which rejects the droplets of the liquid who still stay there.
  • the duct advantageously comprises a small reservoir and the support of sampling jugs is adapted to be connected to the small reservoir via a quick-connect coupling. shutting in two parts, a first of said parts belonging to the small reservoir and a second of said parts comprising a needle which penetrates inside the small reservoir through the first part: this arrangement makes it possible to have a jug support easily manageable by telemanipulation to be installed on the sampling device, then removed to remove the jug and replace it without difficulty away from the device.
  • the duct is advantageously wider on the side of the nozzle leading from the outlet to the opposite side, which leads to the tank. This device facilitates the proper direction of the compressed air when it reaches the nozzle to the outlet when the valve is open, thanks to the lower resistance that it meets on this side.
  • the nozzle and the valve form a unitary and removable assembly with a portion of the conduit and a portion of the compressed air inlet, said portions being connected to main portions of the duct and the compressed air supply through capstan fittings.
  • the device comprises a plurality of tanks and ducts, the ducts joining together to a selector, and then comprising a common portion to the outlet, on which the nozzle and the valve are disposed.
  • the device can then serve several tanks and several conduits.
  • a favorable embodiment comprises a rotary selector which comprises a cylindrical movable element provided with an external operating member, the movable element comprising an axial bore directed towards the outlet and a radial bore directed towards the tanks and connections of the conduits arranged on a portion of selector turn.
  • FIG. 1 is a general view of the invention
  • FIG. 2 a view of the sampling assembly (2A in assembled condition, 2B in exploded form)
  • FIG. 3 a view of the selector
  • FIG. 4 a view of the nozzle
  • FIG. Figure 5 a view of a capstan fitting.
  • the liquid to be collected is originally in tanks 1 storage.
  • Sampling ducts 2 open at the top of the tanks 1, pass through a sampling installation 3, respectively, join a common selector 4, then pass through a suction unit 5, and end to an outlet 6 which is a reservoir collection of the liquid sucked up surplus.
  • the main elements of the device will now be described successively.
  • the ducts 2 rise first from the tanks 1, to the sampling facilities 3, then lower gradually to the outlet 6, opposite the tanks 1 and therefore separate from them.
  • the sampling system 3 appears in detail in FIG. 2.
  • a mobile part consisting of a manual valve 7 whose top is occupied by a top-open cylindrical case 8 comprising an upper needle 9 on which may be set up the jug 10 and a pivoting portion 17 for imprisoning the jug 10 in its housing, and the base by a needle 11 on which is fixed a female self-closing quick connector 18 and by which the sample will be made.
  • this mobile part is moved and provided with a new jug.
  • the assembly also comprises a fixed part comprising a small tank 12 closed by a self-closing male quick coupling 13 and into which a lower bearing surface 14 of the conduit 2 leading to the vessel 1, a second bearing 15 of the conduit 2 leading to the selector 4.
  • the movable part is installed on the fixed part, by insertion of the needle 11 into the connector 13 until connection of the female quick connector 18 on the male quick connector 13.
  • a new jug 10 was previously installed in the moving part on the needle 9, the manual valve 7 being in the closed position.
  • These jugs are airtight and the void is made initially.
  • Their septum 16 is rubber and can be pierced by the needle 9 when the jugs 10 are pressed on it.
  • the manual valve 7 is open and the vacuum prevailing in the jug 10 then sucks a portion of the liquid through the needle 11, the manual valve 7 and the needle 9. After which, the manual valve 7 can be closed, and the movable part can be removed by disconnection at the quick couplers 13 and 18. The jug 10 can be removed, and the hole made in the septum 16 closes itself.
  • the selector 4 comprises a plug 19 occupied by a cylindrical turn 20 provided with an operating member in the form of a square shaft end 21 protruding out of the plug 19.
  • connections 22 extending the second surfaces 13 of the ducts 2 and which extend in the radiating direction of the plug 19 on a tower portion.
  • Another connection 23 is connected to the plug 19, but this time in the axial direction, opposite the square shaft end 21.
  • This connection 23 is connected to the suction unit 5.
  • the turn 20 contains a bore 43 leading to the connector 23 by an axial portion and, according to the rotation of the square shaft end 21, to one or the other of the connectors 22 by a radial portion.
  • the selector 4 makes it possible to choose the tank 1 from which the liquid is taken, according to its maneuver and by means of the arrangements described now.
  • the suction unit 5 comprises a removable portion 24 of the duct 2, a removable portion 25 of a compressed air inlet 26 joined to a source of compressed air 27, and, installed on the removable portion 24, a nozzle 28 and a valve 29.
  • the nozzle 28, shown in Figure 4 comprises a venturi 30 and the portion removable 25 of the compressed air inlet 26 opens.
  • the compressed air expanding in the venturi 30 acquires a supersonic speed suitable for effecting the aspiration of the liquid through the conduit 2.
  • the valve 29 comprises an actuator 31 extending above the removable portion 24 and controlling a valve 32 to open or close the removable portion 24 via a rod 33.
  • the suction unit 5 can be removed from the rest of the device and put back in place, being united by three capstan connections 34 to the compressed air inlet 26, to the connection 23 at the output of the selector 4 and to a third range 35 of the conduit 2 after the valve 29 which leads to the outlet 6.
  • the capstan connections 34 shown more fully in Figure 5, comprise a housing 36 and a tip 37 to be assembled to one another, the sealing being achieved by a biconical seal 38 placed between them.
  • the housing 36 carries a receptacle 39 in the form of a trough receiving and holding the end of the nozzle 37.
  • a capstan nut 40 engaged on an external thread of the tip 37, is also held by a lip 41 of the receptacle 39. A rotation applied to the capstan nut 40 moves the tip 37 axially into the receptacle 39 and presses it against the casing 36 by crushing the bi-conical seal 38.
  • valve 29 has the effect of closing the removable portion 24 and reverse the direction of flow of the compressed air to the tank 1, while also displacing the liquid that could have stagnated in the device and in particular in the small reservoir 12 and the conduit 2. No other maneuver is necessary.

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Abstract

Système de prélèvement (3), à la sortie d'une cuve (1) où séjourne le liquide à échantillonner, comprenant un sélecteur (4) établissant une commutation sur une batterie de cuves (1) semblables, et surtout une unité d'aspiration (5) fonctionnant par la détente d' air comprimé dans une buse (28); le sens d'écoulement de l'air est régi par une vanne (29) entre un sens dirigé vers l'exutoire (6), produisant l'aspiration du liquide hors de la cuve (1), et un sens inverse obtenu quand la vanne (29) est fermée, refoulant le liquide dans la cuve (1) et nettoyant le conduit (2).

Description

DISPOSITIF DE PRELEVEMENT D ' ECHANTILLONS LIQUIDES HORS
D ' UNE CUVE
DESCRIPTION
Le sujet de l'invention est un dispositif de prélèvement d'échantillons liquides hors d'une cuve, voire d'une pluralité de cuves.
De tels dispositifs sont courants dans l'industrie nucléaire afin d'analyser certains liquides chargés en matières irradiantes. Les dispositifs correspondants sont généralement placés dans des cellules blindées, et on agit sur eux par des télémanipulateurs. Le liquide à analyser est d'abord présent dans une cuve. Il subit une aspiration par un conduit débouchant dans le sommet de la cuve, qui l'achemine vers un support de prélèvement sur lequel un petit récipient, appelé généralement cruchon, a été posé, et il emplit partiellement ce cruchon. Le surplus de liquide est évacué vers un exutoire ou revient dans la cuve en s' écoulant par le conduit, qui est incliné, dès que l'aspiration a cessé.
Un inconvénient de ces dispositifs est que le retour à la cuve n'est pas complet et que des gouttelettes de liquide demeurent sur le conduit, puis se cristallisent: cela peut être considéré comme polluant, et limite la qualité des mesures suivantes en se mêlant aux échantillons aspirés ensuite quand le liquide d'origine de la cuve a été remplacé par un autre. Un autre inconvénient de ces dispositifs est qu' il est difficile de les mettre en commun à une batterie de cuves pour prélever au choix des échantillons de l'une quelconque d'elles.
L'invention a pour objet d'éliminer ces inconvénients, et avant tout de permettre un nettoyage suffisant du conduit et des conduits menant aux cuves sans compliquer grandement le dispositif ni lui faire perdre sa faculté de pouvoir être actionné par télémanipulation .
Sous une forme générale, elle concerne un dispositif de prélèvement d'échantillons liquides hors d'au moins une cuve, comprenant au moins un conduit se raccordant à une cuve respective et aboutissant à un exutoire à une extrémité opposée à la cuve, un support de cruchons de prélèvement des échantillons disposé sur le conduit, et une unité d'aspiration du contenu de la cuve dans le conduit, caractérisé en ce que l'unité d'aspiration comprend une buse disposée sur le conduit, une arrivée d'air comprimé débouchant dans la buse, et le dispositif comprend encore une vanne d'obturation du conduit, disposée sur le conduit entre la buse et 1 ' exutoire .
Cette disposition permet d'utiliser l'air comprimé pour produire l'aspiration en se détendant dans la buse, puis, dès que la vanne est fermée, pour nettoyer le conduit en inversant sa circulation vers la cuve, ce qui rejette les gouttelettes du liquide qui y séjournent encore.
Le conduit comprend avantageusement un petit réservoir et le support de cruchons de prélèvement est apte à être connecté sur le petit réservoir par l'intermédiaire d'un raccord rapide auto- obturant en deux parties, une première desdites parties appartenant au petit réservoir et une seconde desdites parties comprenant une aiguille qui pénètre à l'intérieur du petit réservoir en traversant la première partie: cette disposition permet de disposer d'un support de cruchon facilement maniable par télémanipulation pour être installé sur le dispositif de prélèvement, puis retiré pour enlever le cruchon et le remplacer sans difficulté à l'écart du dispositif.
Le conduit est avantageusement plus large du côté de la buse qui mène de l'exutoire que vers le côté opposé, qui mène vers la cuve. Ce dispositif facilite la bonne direction de l'air comprimé quand il arrive à la buse, vers l'exutoire quand la vanne est ouverte, grâce à la résistance plus faible qu'il rencontre de ce côté.
Afin de faciliter l'entretien du dispositif alors que seules des télémanipulations sont possibles, ont préconise que la buse et la vanne forment un ensemble unitaire et amovible avec une portion du conduit et une portion de l'arrivée d'air comprimé, lesdites portions étant raccordées à des portions principales du conduit et de l'arrivée d'air comprimé par des raccords à cabestan.
Selon un perfectionnement, le dispositif comprend une pluralité de cuves et de conduits, les conduits se joignant les uns aux autres à un sélecteur, et comprenant ensuite une portion commune vers l'exutoire, sur laquelle la buse et la vanne sont disposées. Le dispositif peut alors desservir plusieurs cuves et plusieurs conduits. Une réalisation favorable comprend un sélecteur tournant qui comprend un élément mobile cylindrique muni d'un organe externe de manœuvre, l'élément mobile comprenant un perçage axial dirigé vers l'exutoire et un perçage radial dirigé vers les cuves et des raccordements des conduits disposés sur une portion de tour de sélecteur.
L' invention sera maintenant décrite plus complètement et à titre illustratif en liaison aux figures .
La figure 1 est une vue générale de l'invention, la figure 2 une vue de l'ensemble de prélèvement (2A en assemblé, 2B en éclaté) , la figure 3 une vue du sélecteur, la figure 4 une vue de la buse et la figure 5 une vue d'un raccord à cabestan.
On se reporte d' abord à la figure 1. Le liquide à prélever se trouve à l'origine dans des cuves 1 de stockage. Des conduits 2 de prélèvement débouchent au sommet des cuves 1, passent par une installation de prélèvement 3, respective, se joignent à un sélecteur 4 commun, puis passent par une unité d'aspiration 5, et finissent vers un exutoire 6 qui est un réservoir de collecte du liquide aspiré en surplus. Les éléments principaux du dispositif seront maintenant décrits successivement. Les conduits 2 s'élèvent d'abord à partir des cuves 1, jusqu'aux installations de prélèvement 3, puis s'abaissent peu à peu vers l'exutoire 6, opposé aux cuves 1 et donc distinct d'elles. Le système de prélèvement 3 apparaît en détail à la figure 2. Il comprend d'abord une partie mobile constituée d'une vanne manuelle 7 dont le sommet est occupé par un étui 8 cylindrique ouvert en haut comprenant une aiguille supérieure 9 sur laquelle pourra être mis en place le cruchon 10 et une partie pivotante 17 permettant d'emprisonner le cruchon 10 dans son logement, et la base par une aiguille 11 sur laquelle est fixé un raccord rapide auto-obturant femelle 18 et par laquelle le prélèvement sera effectué. Dans le cas d'une pluralité de cuves à prélever, cette partie mobile est déplacée et munie d'un nouveau cruchon.
L'ensemble comprend aussi une partie fixe comprenant un petit réservoir 12 clos par un raccord rapide auto- obturant mâle 13 et dans lequel débouchent une portée inférieure 14 du conduit 2 menant à la cuve 1, une deuxième portée 15 du conduit 2 menant au sélecteur 4. Pour réaliser un prélèvement, la partie mobile est installée sur la partie fixe, par insertion de l'aiguille 11 dans le raccord 13 jusqu'à connexion du raccord rapide femelle 18 sur le raccord rapide mâle 13. Un cruchon 10 neuf a été préalablement installé dans la partie mobile sur l'aiguille 9, la vanne manuelle 7 étant en position fermée. Ces cruchons sont hermétiques et le vide y est réalisé au départ. Leur septum 16 est en caoutchouc et peut être percé par l'aiguille 9 quand les cruchons 10 sont enfoncés sur elle. Cela est fait quand une aspiration a permis d'emplir le petit réservoir 12 du liquide à prélever : la vanne manuelle 7 est ouverte et le vide régnant dans le cruchon 10 aspire alors une partie du liquide par l'aiguille 11, la vanne manuelle 7 et l'aiguille 9. Après quoi, la vanne manuelle 7 peut être fermée, et la partie mobile peut être retirée par déconnexion au niveau des raccords rapides 13 et 18. Le cruchon 10 peut être retiré, et le perçage réalisé dans le septum 16 se referme de lui-même.
On repasse à la figure 1, et à la figure 3, pour la description du sélecteur 4. Il comprend un boisseau 19 occupé par un tournant 20 cylindrique, muni d'un organe de manœuvre sous forme d'un bout d'arbre carré 21 saillant hors du boisseau 19. Au boisseau 19 on branche des raccords 22 prolongeant les deuxièmes portées 13 des conduits 2 et qui s'étendent en direction rayonnante du boisseau 19 sur une portion de tour. Un autre raccord 23 s'embranche au boisseau 19, mais cette fois en direction axiale, à l'opposé du bout d'arbre carré 21. Ce raccord 23 est relié à l'unité d'aspiration 5. Le tournant 20 contient un perçage 43 menant au raccord 23 par une portion axiale et, d'après la rotation du bout d'arbre carré 21, à l'un ou l'autre des raccords 22 par une portion radiale. Le sélecteur 4 permet de choisir la cuve 1 d'où le liquide est prélevé, d'après sa manœuvre et au moyen des dispositions décrites maintenant.
L'unité d'aspiration 5 comprend une portion amovible 24 du conduit 2, une portion amovible 25 d'une arrivée d'air comprimé 26 jointe à une source d'air comprimé 27, et, installées sur la portion amovible 24, une buse 28 et une vanne 29. La buse 28, représentée à la figure 4, comprend un venturi 30 et la portion amovible 25 de l'arrivée d'air comprimé 26 y débouche. L'air comprimé se détendant dans le venturi 30 acquiert une vitesse supersonique apte à réaliser l'aspiration du liquide par le conduit 2. La vanne 29 comprend un actionneur 31 s' étendant au-dessus de la portion amovible 24 et commandant un clapet 32 pour ouvrir ou fermer la portion amovible 24 par l'intermédiaire d'une tige 33.
L'unité d'aspiration 5 peut être retirée du reste du dispositif puis remise en place, étant unie par trois raccords à cabestan 34 à l'arrivée d'air comprimé 26, au raccord 23 en sortie du sélecteur 4 et à une troisième portée 35 du conduit 2 après la vanne 29 qui mène à l'exutoire 6. Les raccords à cabestan 34, représentés plus complètement à la figure 5, comprennent un boîtier 36 et un embout 37 à assembler l'un à l'autre, l'étanchéité étant réalisée par un joint biconique 38 placé entre eux. Le boîtier 36 porte un réceptacle 39 en forme d'auge recevant et maintenant l'extrémité de l'embout 37. De plus, un écrou à cabestan 40, engagé sur un filetage extérieur de l'embout 37, est aussi maintenu par une lèvre 41 extérieure du réceptacle 39. Une rotation appliquée à 1' écrou à cabestan 40 déplace l'embout 37 axialement dans le réceptacle 39 et le comprime contre le boîtier 36 en écrasant le joint biconique 38.
On a encore représenté un conduit d'évacuation 42 reliant l'intérieur du boisseau 19 à l'exutoire 6, et destiné à l'évacuation de l'humidité dans le sélecteur 4, aux figures 1 et 3. Quand l'air comprimé est donné, la vanne 29 étant ouverte, le liquide est aspiré hors de la cuve 1 choisie vers l'unité d'aspiration 5 et l'exutoire 6 en emplissant le petit réservoir 12 où il peut être prélevé. On remarque que l'arrivée d'air débouche perpendiculairement dans le venturi 30, mais un bon sens de circulation de l'air est garanti en choisissant les portées 14, 15 et 35 du conduit 2 avec des diamètres qui s'élargissent successivement de la cuve 1 à l'exutoire 6 (sans considérer les diamètres à la buse 28), qui peut aussi être en dépression par rapport à la cuve 1 : la résistance à l'écoulement de l'air comprimé est donc moins grande vers l'exutoire 6. Mais quand l'aspiration cesse, la fermeture de la vanne 29 a pour effet de fermer la portion amovible 24 et d'inverser le sens d'écoulement de l'air comprimé vers la cuve 1, en y refoulant aussi le liquide qui aurait pu stagner dans le dispositif et notamment dans le petit réservoir 12 et le conduit 2. Aucune autre manœuvre n'est nécessaire.
Toutes ces manœuvres sont faciles à accomplir par des engins de télémanipulation ordinaires, à la dextérité limitée.

Claims

REVENDICATIONS
1) Dispositif de prélèvement d'échantillons liquides hors d'au moins une cuve (1), comprenant au moins un conduit (2) se raccordant à une cuve respective et aboutissant à un exutoire (6) à une extrémité opposée à la cuve, un support (8) de cruchons (10) de prélèvement des échantillons disposé sur le conduit, et une unité d'aspiration du contenu de la cuve dans le conduit, caractérisé en ce que l'unité d'aspiration comprend une buse (28) disposée sur le conduit, une arrivée d'air comprimé (26) débouchant dans la buse, et le dispositif comprend encore une vanne (29) d'obturation du conduit, disposée sur le conduit entre la buse (28) et l'exutoire (6) .
2) Dispositif de prélèvement d'échantillons liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit (2) est plus large d'un côté de la buse (28) vers l'exutoire (6) que vers un côté de la buse vers la cuve.
3) Dispositif de prélèvement d'échantillons liquides selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la buse et la vanne forment un ensemble unitaire et amovible avec une portion amovible (24) du conduit (2) et une portion amovible (25) de l'arrivée d'air comprimé (26), lesdites portions amovibles étant raccordées à des portions principales du conduit et de l'arrivée d'air comprimé par des raccords à cabestan (34) . 4) Dispositif de prélèvement d'échantillons liquides selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de cuves (1) et de conduits (2), les conduits se joignant les uns aux autres à un sélecteur (4), et comprenant ensuite une portion commune vers l'exutoire (6), sur laquelle la buse (28) et la vanne (29) sont disposées.
5) Dispositif de prélèvement d'échantillons liquides selon la revendication 4, caractérisé en ce que le sélecteur est tournant et comprend un élément mobile cylindrique (20) muni d'un organe externe (21) de manœuvre, l'élément mobile comprenant un perçage axial dirigé vers l'exutoire et un perçage radial dirigé vers les cuves et des raccords (22) des conduits disposés sur une portion de tour de sélecteur.
6) Dispositif de prélèvement d'échantillons liquides selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conduit (2) comprend un petit réservoir (12), et le support (8) de cruchons de prélèvement est apte à être connecté sur le petit réservoir (12) par l'intermédiaire d'un raccord rapide auto-obturant en deux parties (13, 18), une première desdites parties appartenant au petit réservoir et une seconde desdites parties comprenant une aiguille (11) qui pénètre à l'intérieur du petit réservoir (12) en traversant la première partie.
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