FR2940676A1 - Dispositif d'amortissement de variation de pression dans une enceinte fermee - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif (1) pour l'amortissement de variation de pression dans une enceinte fermée comprenant : - un élément plan maintenu fixe (4) dans l'enceinte fermée et perforé d'au moins un orifice (10) ; - au moins un élément plan mobile (3) disposé, en fonctionnement normal, dans le même plan commun que l'élément maintenu fixe de l'enceinte de façon à recouvrir l'orifice de l'élément maintenu fixe, ledit élément plan mobile étant apte à s'écarter de l'orifice en direction du sommet ou du fond de l'enceinte et en particulier les dimensions dudit élément maintenu fixe étant au moins égales à celles de l'orifice de l'élément maintenu fixe, de préférence égales à celles dudit orifice ; - au moins un organe de rattachement (7) rendant l'élément mobile solidaire de l'élément maintenu fixe et permettant le maintien, l'écartement ou le rappel de l'élément plan mobile par rapport à l'orifice de l'élément maintenu fixe, en particulier ledit organe de rattachement comporte une tige (8) entourée d'au moins un ressort (9) de torsion ou de compression, et une utilisation de ce dispositif.

Description

DISPOSITIF D'AMORTISSEMENT DE VARIATION DE PRESSION DANS UNE ENCEINTE FERMEE

La présente invention concerne le domaine des enceintes fermées dans lesquelles peuvent survenir des variations de pression. L'invention propose un nouveau dispositif capable d'amortir, voire de dissiper, une variation de pression, notamment brusque, survenant dans une enceinte fermée afin d'éviter une détérioration de ladite enceinte et/ou de certains de ses éléments constitutifs. Tout particulièrement, l'invention concerne le domaine des colonnes de fractionnement alimentées par des fluides liquides ou gazeux formant des phases différentes et circulant à contre-courant.

L'invention propose d'équiper des plateaux assurant le contact entre les fluides d'un nouveau dispositif capable d'atténuer, voire d'empêcher, la déformation desdits plateaux suite à une variation de pression, de préférence une surpression. Par la suite et au sens de l'invention, on entend par l'expression variation de pression , une pression différentielle positive ou négative s'exerçant entre les faces d'un élément plan ou plateau, soit toute surpression ou dépression provoquée par un fluide, de préférence un gaz ou par la vaporisation instantanée d'un fluide liquide. L'invention vise donc à amortir et/ou à dissiper ladite variation de pression. Sauf indication contraire, l'expression compris(e) entre une valeur X et une valeur Y signifie un intervalle dans lequel les bornes X et Y sont incluses. Enfin, dans la présente demande, les notions spatiales de supérieur et inférieur sont à situer respectivement par rapport au sommet et au fond de l'enceinte.

Les réacteurs utilisés pour les opérations de fractionnement telles que la distillation, le stripage, l'absorption liquide-gaz ou encore l'extraction liquide-liquide sont, en général, équipés de plateaux perforés. Ceux-ci peuvent être espacés les uns des autres de 30 à 130 cm, plus particulièrement de 30 à 80 cm, voire de 30 à 65 cm. Ces plateaux peuvent avoir pour fonction de favoriser le contact entre la phase ascendante, comme de la vapeur ou phase la plus légère dans le cas d'une extraction liquide-liquide, et la phase descendante, phase liquide la plus lourde. Chacun de ces plateaux peut être obtenu par assemblage de plusieurs éléments plans appelés éléments de plateau dont les géométries et dimensions sont telles que chaque élément peut être introduit par un trou d'homme appelé encore trappe de visite d'une largeur ou petite dimension comprise entre 30 et 50 cm, voire de 30 à 40 cm. L'assemblage des éléments de plateau peut être réalisé par boulonnage ou par clipsage.

Ces éléments de plateau sont fabriqués en tout matériau susceptible de résister aux conditions extrêmes de température et de pression d'un réacteur tels que les métaux et les alliages, par exemple l'acier, acier inoxydable, acier inoxydable ferritique, austénitique, martensitique, les alliages de nickel, alliages de cuivre, le titane ou encore le zirconium. Au cours du fonctionnement, la phase liquide la plus lourde distribuée en haut de colonne, descend par gravité d'un plateau à un autre par l'intermédiaire du trop-plein. Cet organe de descente du liquide est constitué d'un déversoir ayant pour fonction d'assurer, sur chaque plateau, un niveau à peu près constant de liquide de faible épaisseur (3 à 8 cm). En sens inverse, la phase la plus légère (gaz ou liquide) remonte à contre-courant depuis la base de la colonne et se mélange à la couche de liquide retenue sur le plateau. Les plateaux sont donc chargés de favoriser le contact entre la phase ascendante la plus légère et la phase descendante la plus lourde. Chaque plateau est ainsi le lieu d'arrivée des deux phases différentes de fluides, de mélange de ces phases puis de séparation des nouvelles phases obtenues. Une étape déterminante du procédé est la mise en contact entre les deux phases. Pour la mise en oeuvre de ce contact le plateau comporte des éléments de barbotage. Ces éléments peuvent être simplement constitués des orifices du plateau, plateau perforé, être munis de calottes, plateau à calottes, ou encore de clapets, plateau à clapets : - Le plateau perforé gère le flux de liquide à l'aide de déversoirs tandis que la vapeur remonte par de simples perforations de 3 à 25 mm de diamètre. Malgré la simplicité de sa fabrication ce plateau est peu utilisé dans l'industrie. Il manque en effet de flexibilité vis-à-vis des débits. En particulier un faible débit de vapeur génère un phénomène de pleurage et présente un risque important d'encrassement des perforations de faible diamètre. - Le plateau à calottes est équipé d'orifices surplombés de cheminées chacune coiffée d'une calotte. La phase légère venant du plateau inférieur est canalisée par chaque cheminée puis évacuée par les fentes latérales des calottes en direction du liquide retenu sur le plateau. Malgré sa grande flexibilité, même à débits très faibles, et sa performance de contact, le plateau à calottes est peu utilisé à cause de la complexité de sa réalisation et de son prix. - Le plateau à clapets est équipé d'orifices surplombés de clapets mobiles verticalement. La hauteur de soulèvement d'un clapet est fonction du débit de la phase la plus légère qui s'échappe horizontalement dans le liquide retenu sur le plateau. La porosité du plateau est donc liée au régime de fonctionnement et les clapets, qui restent fermés à débit de vapeur réduit, s'oppose à la descente de la phase la plus lourde et à son écoulement dans les orifices, limitant ainsi le phénomène de pleurage. Dans le cas des systèmes pouvant donner lieu à des encrassements, les clapets utilisés sont fixes et ne peuvent ainsi rester collés au plateau. L'inconvénient de cette configuration réside dans le fait qu'un phénomène de pleurage apparaît à faible débit puisque les clapets ne peuvent se fermer.

Quelle que soit leur configuration dans la colonne, les plateaux peuvent être fragilisés ou endommagés par les conditions extrêmes de pression et de température auxquelles ils sont soumis. En particulier, les plateaux peuvent être détériorés suite à la vaporisation instantanée d'eau, même si celle-ci n'est présente qu'en très faible quantité dans la charge liquide d'alimentation ou dans la colonne. Ainsi, comme décrit dans le brevet FR 2 364 049, la vaporisation instantanée de 10 dm3 d'eau peut engendrer une pression différentielle de 0,10 à 0,20 kg/cm2 entre les deux côtés de chacun des plateaux de fractionnement usuels verticalement empilés dans la tour.

De telles brusques hausses de pression peuvent alors cintrer les plateaux vers le sommet de la colonne et/ou les faire basculer réduisant de ce fait la capacité de fractionnement de la colonne.

Dans le but de remédier à ces inconvénients, le brevet FR 2 364 049 décrit un plateau de décompression comportant au moins une section articulée par une extrémité et dont l'extrémité opposée peut librement pivoter vers le haut pour dissiper les sautes de pression résultant de la vaporisation instantanée d'eau ou de l'accumulation de gaz dans la colonne. Une fois la surpression dissipée et sous l'effet d'un contrepoids, la section mobile revient en position normale de juxtaposition aux sections fixes du plateau. La masse du contrepoids est de 20 à 25 kg afin d'engendrer un moment de rappel supérieur de 50% à celui engendré par la perte de charge de la vapeur à la traversée du plateau qui serait capable de soulever ce dernier en régime normal. Ces trappes à explosion permettent donc d'augmenter l'aire de passage de la vapeur et de dissiper la force de surpression. Les plateaux de colonne de fractionnement ayant tendance à se coker sont habituellement équipés de tel dispositif. Malgré l'intérêt certain de ces trappes à explosion, celles-ci présentent des inconvénients majeurs qui en limitent l'usage tels qu'un coût élevé, l'ajout d'un surpoids significatif au plateau comme à la structure de soutien ou encore la réduction du nombre de clapets sur le plateau et donc de la surface active. Du fait de ces inconvénients, nombre de tours de fractionnement ne possèdent pas de trappes à explosion ce qui maintient les risques de dégradation des plateaux liés aux brusques variations de pression. Tel a été le cas lors d'un démarrage de colonne de distillation sous vide (DSV) au cours duquel la détérioration de plusieurs plateaux à clapets a été constatée. Cet incident a nécessité par la suite l'arrêt de l'unité pendant plusieurs jours afin d'effectuer les réparations nécessaires. Dans ce cas précis, les éléments plans des plateaux et les poutres de maintien présentaient un cintrage dirigé vers le fond de la colonne avec un gradient croissant de déformation du plateau le plus haut vers le plateau le plus bas. Sans vouloir être lié par cette théorie, il est possible que le phénomène puisse être expliqué de la manière suivante.

L'analyse du problème a montré que les plateaux déformés correspondaient fréquemment à ceux directement situés au dessus d'une rampe de pulvérisation d'un liquide de lavage appelé washoil .

Cette rampe de pulvérisation munie de diffuseurs a pour fonction de laver en continue la couche d'éléments de garnissage structurés située en dessous afin de limiter l'accumulation de coke sur ces éléments. Au démarrage, ce lavage est assuré par un mélange de fluxant correspondant à une coupe légère fluide de produit pétrolier utilisée pour réduire la viscosité. Sous l'effet des conditions extrêmes de températures (T) et de pression (P) de la colonne (100°C <_T<_ 450°C et P< 1 bar dans le cas d'une DSV), l'eau présente incidemment à cette étape s'est vaporisée instantanément ou quasi instantanément. La vapeur ainsi générée s'est propagée de manière ascendante vers le sommet de la colonne. Les clapets, par leur sens d'ouverture et leur débit de design, ont permis le passage de la majorité de la surpression sans déformation des plateaux vers le sommet de la colonne. Le cintrage par concavité inversée des plateaux (vers le fond de la colonne) est donc vraisemblablement le résultat de la réflexion du flux gazeux résiduel, n'ayant pas pu être dissipé par les clapets, sur les zones non perforées du plateau immédiatement supérieur. Cette onde descendante de gaz a ensuite rencontré le plateau inférieur rendu totalement étanche par la fermeture des clapets provoquant ainsi sa déformation vers le fond de la colonne. Cette hypothèse du retour de vapeur ( back rush of vapor ) a également été émise dans l'article Use Heavy-Duty Trays for Severe Services publié en août 1995 dans la revue Chemical Engineering Progress .

Afin d'éviter ce phénomène, il est recommandé d'utiliser des plateaux perforés plutôt que des plateaux à clapets. Cependant, cette solution est peu satisfaisante au regard des performances insuffisantes des plateaux perforés.

La présente invention vise à résoudre, en tout ou partie, les problèmes rencontrés dans l'art antérieur, en particulier ceux évoqués ci-dessus. Elle vise encore à améliorer la fiabilité, la résistance, l'espérance de vie et/ou la rentabilité des dispositifs dans lesquels elle est disposée, tout en étant aisée à mettre en oeuvre et/ou peu chère. L'objectif de l'invention est donc tout particulièrement d'empêcher des arrêts prématurés d'installations pour réparation, tout arrêt ayant un impact financier considérable. 35 Pour cela, l'invention propose un nouveau dispositif capable d'amortir, voire de dissiper, toute pression différentielle s'exerçant entre les faces d'un élément plan dans une enceinte fermée, cette variation de pression pouvant provoquer la déformation des éléments constitutifs internes de ladite enceinte fermée. De préférence, l'enceinte fermée est une colonne de fractionnement.

Selon un premier aspect, l'invention a pour objet un dispositif pour l'amortissement, voire la dissipation, de variation de pression dans une enceinte fermée comprenant : - un élément plan maintenu fixe dans l'enceinte fermée et perforé d'au moins un orifice ; - au moins un élément plan mobile disposé, en fonctionnement normal, dans le même plan commun que l'élément maintenu fixe de l'enceinte de façon à recouvrir l'orifice de l'élément maintenu fixe, l'élément plan mobile étant apte à s'écarter de l'orifice de l'élément maintenu fixe en direction du sommet ou en direction du fond de l'enceinte et en particulier les dimensions dudit élément maintenu fixe étant au moins égales à celles de l'orifice de l'élément maintenu fixe, de préférence égales à celles dudit orifice ; - au moins un organe de rattachement rendant l'élément mobile solidaire de l'élément maintenu fixe et permettant le maintien, l'écartement ou le rappel de l'élément plan mobile par rapport à l'orifice de l'élément maintenu fixe, en particulier ledit organe de rattachement comporte une tige entourée d'au moins un ressort de torsion ou de compression. L'organe de rattachement permet notamment d'obstruer l'orifice lorsque le dispositif, en fonctionnement normal, n'est soumis à aucune variation de pression.

L'organe de rattachement peut également permettre l'écartement de l'élément plan mobile vers l'orifice de l'élément plan maintenu fixe lorsque qu'une pression différentielle s'exerce entre les faces des éléments plans du dispositif. Enfin, l'organe de rattachement peut permettre le rappel de l'élément plan mobile vers l'orifice de l'élément plan maintenu fixe après amortissement, voire dissipation, de la pression différentielle exercée entre les faces des éléments plans maintenu fixe et/ou mobile. Ledit organe de rattachement peut comporter notamment une tige entourée d'au moins un ressort de torsion ou de compression maintenu par tout moyen. L'utilisation de ressorts de compression ou de torsion dans sa structure, peut permettre au dispositif selon l'invention de n'ajouter aucun surpoids, ou de n'ajouter qu'un surpoids faible, à la structure dans laquelle il s'insère. Par la présence d'éléments de barbotage sur l'ensemble de sa structure, le dispositif de l'invention peut permettre de ne pas diminuer l'efficacité de ladite structure. Enfin, le dispositif de l'invention peut permettre une mise en oeuvre facile et peu coûteuse, notamment dans des installations déjà existantes.

Ledit dispositif selon l'invention permet d'amortir, voire de dissiper, toute pression différentielle s'exerçant sur les faces d'un élément plan par libération de l'orifice de l'élément maintenu fixe et ceci quelle que soit la direction descendante ou ascendante de la variation de pression. L'élément plan mobile peut ainsi, en fonction des modes de réalisation du dispositif de l'invention: - former un plan uniforme avec l'élément plan maintenu fixe lorsqu'en fonctionnement normal aucune pression différentielle ne s'exerce entre les faces des éléments plans du dispositif, - s'abaisser en direction du fond de l'enceinte lorsqu'une pression différentielle descendante s'exerce entre les faces des éléments plans du dispositif et/ou - s'élever en direction du sommet de l'enceinte lorsqu'une pression différentielle ascendante s'exerce entre les faces des éléments plans du dispositif.

L'élément maintenu fixe peut être constitué d'un élément plan unique comme d'une pluralité d'éléments plans solidaires les uns des autres. Lorsque le dispositif de l'invention est utilisé dans une tour de fractionnement, il peut équiper chacun des plateaux de ladite tour. Dans cette utilisation, l'élément mobile du dispositif peut alors être : - un élément de plateau précédemment décrit, rattaché à une pluralité d'éléments de plateau identiques ou différents associés les uns aux autres dans un même plan afin de former l'élément plan maintenu fixe, ou bien - obtenu par découpe(s) d'un élément de plateau , ledit élément de plateau évidé formant alors l'élément plan maintenu fixe comportant au moins un orifice. Autrement dit, l'élément fixe peut être constitué d'un seul élément fixe avec l'enceinte ou d'un ensemble d'éléments, fixées ensemble et fixes par rapport à l'enceinte. L'élément mobile peut être un élément fixé à l'élément fixe ou un élément apte à venir être fixé sur une découpe de l'élément fixe. Quel que soit le mode de réalisation, l'élément plan mobile et/ou l'élément plan maintenu fixe peuvent être de forme quelconque. La forme du périmètre de l'élément peut donc présenter toute configuration polygonale tel que triangulaire, quadrangulaire, parallélogramme... voire même une configuration de type circulaire ou ovale.

Les éléments plans mobile et/ou maintenu fixe comme les organes de rattachement et de fixation du dispositif sont fabriqués en tout matériau capable de résister aux conditions extrêmes de pression, de température et de corrosion des procédés industriels, tels que les matériaux métalliques et les alliages, par exemple l'acier, acier inoxydable, acier inoxydable ferritique, austénitique, martensitique, les alliages de nickel, alliages de cuivre, le titane ou encore le zirconium, ou encore les matériaux plastiques ou composites. Lesdits éléments plans mobile et/ou maintenu fixe peuvent être munis d'au moins un élément de barbotage, de préférence au moins un clapet, capable d'assurer la circulation d'au moins un fluide. Avantageusement, l'élément plan mobile possède la même densité de répartition d'éléments de barbotage que l'élément plan maintenu fixe. Ainsi, lorsque le dispositif de l'invention est intégré à un plateau de colonne de fractionnement, il possède la même porosité que l'ensemble du plateau, celle-ci étant fonction du débit recherché lors du design du plateau et des clapets. Par cet agencement, la surface de contact entre les fluides de phases différentes sur un plateau équipé du dispositif de l'invention n'est pas réduite.

Quel que soit le mode de réalisation du dispositif de l'invention, le déplacement de l'élément mobile est calculé en fonction du design de l'enceinte et de ses caractéristiques de pression et de température.

Avantageusement, il peut être prévu que l'élément mobile se déplace dès que la pression différentielle ascendante exercée entre les faces des éléments plans maintenu fixe et/ou mobile est supérieure au débit de design des éléments de barbotages ou dès que la pression différentielle descendante exercée entre les faces des éléments plans maintenu fixe et/ou mobile atteint 50 % de la résistance mécanique desdits éléments plans du dispositif. L'expression design de l'enceinte ou de plateau signifie que les dispositifs sont fabriqués afin de permettre un fonctionnement correct, voire optimum, de l'enceinte ou du plateau dans les conditions d'opérations prédéfinies.

Dans un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention, l'organe de rattachement est constitué d'une tige rigide traversant verticalement le plan de l'élément mobile de façon à avoir une moitié située au-dessus de l'élément mobile et une autre moitié située en dessous, ladite tige étant entourée par au moins deux ressorts de compression et ayant au moins une des extrémités reliée à l'élément maintenu fixe par un organe de fixation.

Dans un second mode de réalisation du dispositif de l'invention, l'orifice est recouvert par deux éléments mobiles de mouvement antagoniste, chaque élément mobile étant rendu solidaire de l'élément maintenu fixe par un organe de rattachement constitué d'une tige entourée d'au moins un ressort de torsion, de préférence deux. En particulier, les ressorts de torsion sont montés de façon à permettre le mouvement antagoniste des éléments mobiles. Dans cette configuration, chaque organe de rattachement, en particulier chaque tige, est rendu solidaire de l'élément maintenu fixe par l'intermédiaire de deux couples de cornières disposés tête bêche à chacune des extrémités de la tige. Le mouvement antagoniste des éléments mobiles est permis grâce à la présence des ressorts de torsion ainsi qu'aux couples de cornières, chaque cornière d'un même couple étant avantageusement montée tête-bêche, de manière asymétrique, sur chaque face de l'élément maintenu fixe. Dans ce cas, l'un des éléments mobile est apte effectuer une rotation autour d'une tige au dessous du plan défini par l'élément fixe mais ne peut venir s'élever au dessus de ce plan (il est bloqué en élévation), tandis que l'autre élément mobile est apte effectuer une rotation autour d'une tige au dessus du plan défini par l'élément fixe mais ne peut venir s'abaisser au dessus de ce plan (il est bloqué en descente).

Dans un troisième mode de réalisation du dispositif de l'invention, l'orifice est recouvert par un élément mobile, ledit élément mobile étant rendu solidaire de l'élément maintenu fixe par un unique organe de rattachement commun constitué d'une tige entourée d'au moins deux ressorts de torsion, de préférence quatre. Dans cette configuration, l'organe de rattachement, en particulier la tige, est rendu solidaire de l'élément maintenu fixe par l'intermédiaire de deux cornières disposées à chacune des extrémités de la tige. Dans ce cas, un plan unique vient pivoter autour d'un axe. Ceci conduit à ce qu'une des parties du plan unique vient s'élever au dessus du plan défini par l'élément fixe et qu'une autre partie du plan unique vient se baisser au dessous du plan défini par l'élément fixe.

Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne encore l'utilisation dudit dispositif de l'invention en tant qu'amortisseur de variation de pression dans une enceinte fermée, telle qu'une colonne de fractionnement et plus particulièrement au sein d'un plateau assurant un contact entre deux fluides formant des phases différentes circulant à contre-courant. Lesdites phases différentes pouvant être une phase liquide lourde et une phase liquide légère ou encore une phase liquide et une phase vapeur. Enfin, le dispositif de l'invention peut être utilisé dans tout réacteur alimenté par au moins un fluide, de préférence un gaz. Bien entendu, l'invention concerne encore une enceinte fermée 30 comprenant au moins un dispositif selon l'invention.

L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :

35 - Les figures la à le représentent le premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention : - la figure la représente un dispositif, en vue de dessus, en fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque aucune pression différentielle ne s'exerce entre les faces des éléments plans maintenu fixe ou mobile. Dans cet exemple, l'élément mobile et l'orifice sont de forme circulaire, - la figure lb représente, en vue de côté, le dispositif en fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque aucune pression différentielle ne s'exerce entre les faces des éléments plans maintenu fixe ou mobile, - la figure 1c représente, en vue de côté, le dispositif lorsqu'il est soumis à une pression différentielle descendante s'exerçant entre les faces des éléments plans maintenus fixe ou mobile, - la figure 1d, en vue de côté, représente le dispositif lorsqu'il est soumis à une pression différentielle ascendante s'exerçant entre les faces des éléments plans maintenu fixe ou mobile et - la figure le représente, en vue de côté, l'organe de fixation permettant l'assemblage de la tige à l'élément maintenu fixe.

- Les figures 2 à 5 représentent le deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention : - la figure 2 représente, en vue de trois-quarts, une cornière qui est un élément de l'organe de rattachement rendant l'élément plan mobile solidaire de l'élément maintenu fixe. Ladite cornière comportant une première lame dans un plan horizontal, solidaire de l'élément plan maintenu fixe et une seconde lame solidaire de la première dans un plan vertical, - la figure 3 représente, en vue de côté, deux cornières montées tête-bêche de manière asymétrique sur chaque face de l'élément maintenu fixe, chaque première lame entourant l'élément p 1 an maintenu fixe, - la figure 4 représente, en vue de dessus, une moitié du dispositif selon le deuxième mode de réalisation, la seconde moitié, non visible, étant identique à la première par symétrie par rapport à un axe et, - la figure 5 représente, en vue de côté, le dispositif selon le deuxième mode de réalisation. - Les figures 6 à 8 représentent le troisième mode de réalisation du dispositif selon l'invention : - la figure 6 représente, en vue de trois-quarts, une cornière qui est un élément de l'organe de rattachement rendant l'élément plan mobile solidaire de l'élément maintenu fixe. Ladite cornière comportant une première lame dans un plan horizontal, solidaire de l'élément plan maintenu fixe et une seconde lame solidaire de la première dans un plan vertical, - la figure 7 représente, en vue de dessus, une moitié du dispositif selon le troisième mode de réalisation, la seconde moitié, non visible, étant identique à la première par symétrie par rapport à un axe et - la figure 8 représente, en vue de côté, le dispositif selon le troisième mode de réalisation.

Les dispositifs peuvent être utilisés dans toute enceinte fermée dans laquelle peuvent survenir des variations de pression, notamment brusques. En particulier, les dispositifs de l'invention peuvent être insérés sur chacun des plateaux de colonnes de fractionnement assurant le contact entre les fluides liquides ou gazeux formant des phases différentes et circulant à contre-courant.

Dans un premier mode de réalisation du dispositif (1) de l'invention, représenté sur les figures la à le, l'élément plan mobile (3) et l'orifice (10) de l'élément plan maintenu fixe (4) sont de géométrie et de dimensions sensiblement identiques de façon à former un même plan commun lorsque, en fonctionnement normal, aucune pression différentielle ne s'exerce entre les faces des éléments plans du dispositif (1). Dans ce premier mode de réalisation, l'élément plan mobile (3) est apte à se déplacer au dessus ou en dessous du plan défini par l'élément maintenu fixe (4) et son orifice (10), c'est-à-dire qu'il effectue un déplacement dans un plan perpendiculaire au plan de l'élément maintenu fixe tout en restant dans un plan parallèle à celui-ci, ou encore qu'il effectue une translation. En référence à l'état de fonctionnement normal, l'élément plan mobile (3) peut, outre sa position d'équilibre au niveau du plan défini par l'élément maintenu fixe, adopter deux autres positions distinctes en : s'abaissant par rapport au plan de l'élément maintenu fixe (4) lorsque la pression différentielle est descendante, c'est-à-dire dirigée vers le fond de l'enceinte. - s'élevant par rapport au plan de l'élément maintenu fixe (4) lorsque la pression différentielle est ascendante, c'est-à-dire dirigée vers le sommet de la colonne. Dans ce premier mode de réalisation, les trois positions distinctes du dispositif (1) sont rendues possible par l'agencement spécifique de (des) l'organe(s) de rattachement (7) rendant l'élément mobile (3) solidaire de l'élément maintenu fixe (4). De préférence, chaque tige rigide (8) constituant un organe de rattachement (7) traverse verticalement le plan de l'élément mobile (3) de façon à avoir une moitié située au-dessus de l'élément plan mobile (3) et une autre moitié située en dessous, au moins une des extrémités de la tige rigide (8) étant reliée à l'élément maintenu fixe par un organe de fixation (5) adéquat. La tige (8) peut être entourée par au moins un ressort de compression (9) ayant pour fonction d'assurer l'écartement ou le rappel de l'élément plan mobile (3) sur l'orifice (10). La tige (8) est entourée de deux ressorts (9) dont les paramètres de longueur, raideur, diamètres et pas peuvent différer les uns des autres, leur longueur libre étant, de préférence, moitié moindre de celle de la tige (8). Dans ce dernier cas, le premier ressort (9a), disposé en appui sur la face supérieure de l'élément plan mobile (3), entoure la moitié supérieure de la tige (8) tandis que le second ressort (9b), disposé en appui sur la face inférieure de l'élément plan mobile (3), entoure la moitié inférieure. Chaque ressort (9) peut être maintenu par une tête de blocage (33) positionnée à chaque extrémité de la tige et/ou par un organe de fixation (5) adapté permettant l'assemblage de la tige (8) à l'élément plan maintenu fixe (4), de préférence dans une position verticale. L'organe de fixation (5) est avantageusement constitué d'une équerre rendue solidaire d'une partie de l'élément maintenu fixe (4) par un ensemble comprenant un boulon et un écrou (34) ou par une soudure. La tige (8) est filetée à au moins une de ses extrémités (35) afin de venir se fixer par lissage et/ou boulonnage dans l'équerre (5). De préférence, l'organe de rattachement (7) est relié à l'élément plan maintenu fixe (4) par deux organes de fixation (5), chaque extrémité (35) de la tige (8) étant alors filetée. L'ensemble constitué par l'organe de rattachement (7) et les deux organes de fixation (5) étant de cette façon fortement consolidé. Dans ce mode de réalisation et, plus particulièrement, pour une utilisation du dispositif au sein d'un plateau d'une colonne de fractionnement, telle que par exemple une colonne de distillation sous vide, la distance d'écartement (d) de l'élément plan mobile (3) par rapport au plan formé par l'élément maintenu fixe (4) et son orifice (10) doit permettre, en particulier au plus vite, de dissiper les variations de pression ascendante ou descendante et de retrouver un fonctionnement normal du plateau afin de réduire au maximum le disfonctionnement temporaire du plateau tout en maintenant son intégrité. Pour cela, la distance d'écartement (d) peut être limitée à deux fois la hauteur d'un élément de barbotage (6) tel qu'un clapet, voire limitée à une fois. Directement liée à ce paramètre (d), la raideur des ressorts de compression (9) utilisés dans ce mode de réalisation est choisie en fonction de la distance d'écartement attendue. La distance d'écartement (d) étant fixée, la capacité d'amortissement et de dissipation du dispositif peut donc varier en fonction du design de l'orifice (10) et en particulier de la surface d'ouverture qu'il offre. La libération de l'orifice (10) est de préférence calculée de manière à s'effectuer dès lors que la pression différentielle ascendante (la pression exercée sur les faces inférieures des éléments plans est supérieure à la pression exercée sur les faces supérieures) dépasse les capacités de dissipation des éléments de barbotage (6), notamment des clapets, définis par leurs débits de design. La libération de l'orifice (10) est de préférence calculée de manière à s'effectuer dès lors que la pression différentielle descendante dépasse la résistance mécanique (déformation élastique) des éléments maintenus fixe (4) et mobile (3) constituant le dispositif. Avantageusement, la libération de l'orifice (10) est calculée de manière à s'effectuer dès lors que la pression différentielle descendante dépasse 50% de la résistance mécanique des éléments maintenu fixe (4) et mobile (3) constituant le dispositif. La résistance mécanique devant être initialement calculée sur la surface totale du dispositif (élément plan maintenu fixe et mobile) rendue étanche par la fermeture des éléments des clapets (6). Dans le cas où l'élément plan mobile (3) et l'orifice (10) sont de forme circulaire, le dispositif comporte au moins deux éléments de rattachement (7), de préférence trois, disposés à environs 120° les uns des autres. Dans une telle configuration, les raideurs des ressorts (9) peuvent être différentes les unes des autres, mais elles sont avantageusement identiques de façon à ce que l'élément plan mobile (3), lorsqu'il s'écarte de l'orifice (10), conserve un plan parallèle au plan de l'élément maintenu fixe (4).

Dans un second mode de réalisation du dispositif (11) de l'invention, représenté sur les figures 2 à 5, les éléments plans mobiles (12) et l'orifice de l'élément plan maintenu fixe (14) sont de géométrie et de dimensions sensiblement identiques de façon à former un même plan commun lorsque aucune pression différentielle ne s'exerce entre les faces des éléments plan du dispositif (11). L'orifice de l'élément plan maintenu fixe (14) est entièrement recouvert, en fonctionnement normal, par deux éléments plans mobiles identiques (12a, 12b) disposés dans le même plan commun mais de mouvements antagonistes. Sous l'effet d'une pression différentielle exercée entre les faces des éléments plans maintenu fixe (14) et/ou mobile (12), l'un des éléments plans mobiles (12b) est apte à s'écarter de l'orifice en direction du sommet de l'enceinte tandis que l'autre (12a) est apte à s'écarter de l'orifice en direction du fond de l'enceinte. Chaque élément plan mobile (12) est rendu solidaire de l'élément maintenu fixe (14) par un organe de rattachement (13) constitué d'une tige (15), de préférence cylindrique, entourée d'au moins un ressort de torsion (16) ayant pour fonction d'assurer l'écartement ou le rappel de l'élément plan mobile (12) sur l'orifice. Lorsque la tige (15) est entourée d'un ressort de torsion (16) unique, celui-ci est tel qu'il comporte deux enroulements de fils montés symétriquement par rapport à l'axe (36) et reliés l'un à l'autre par une branche unique rendue symétriquement courbe par deux angles de 90°, ladite branche de rattachement des deux enroulements prenant alors appui sur l'une des faces de l'élément mobile (12).

Lorsque la tige (15) est entourée de deux ressorts de torsion (16), ceux-ci comportent les mêmes caractéristiques et sont montés de façon identique, symétriquement par rapport à l'axe (36), sur la tige (15) à chacune de ses extrémités. Chaque tige (15) fait alors office d'axe de pivotement de l'élément mobile (12), lequel peut s'écarter du plan de l'orifice d'un angle limité par la valeur de l'angle de rotation maximal du ressort de torsion. Cet angle d'écartement de l'élément mobile peut s'étendre de 0° à 180°, de préférence de 0° à 90°. Chacune des tiges (15), rattachée par tout moyen à l'élément plan maintenu fixe (14) au niveau de la partie médiane de l'orifice, est totalement ou partiellement soudée sur l'élément plan mobile (12). Chaque tige (15) est rendue solidaire de l'élément maintenu fixe par l'intermédiaire de deux couples de cornières (17) montées symétriquement par rapport à l'axe (36) à chacune de ses extrémités.

Chaque cornière comprend une première lame (18) perforée de forme quelconque, de préférence quadrangulaire, et une seconde lame (19), positionnée à 90° de la première, dont la géométrie autorise un assemblage de type mâle/femelle avec chaque tige (15). La première lame (18), perforée d'au moins un trou, de préférence quatre, est rattachée à l'élément maintenu fixe (14) par tout moyen, de préférence par boulonnage, le nombre de boulons (20) étant alors égal au nombre de perforations de ladite première lame (18). La seconde lame (19) est perforée d'un orifice unique dans lequel est introduite une des branches (16 a) de chaque ressort de torsion enfilé sur la tige (15), la seconde branche (16 b) du ressort de torsion (16), qui peut également être la branche de rattachement lorsque le ressort comporte deux enroulements, prenant appui sur la face supérieure ou inférieure de son élément mobile (12) et ceci en fonction du mouvement d'écartement respectivement vers le sommet (12b) ou le fond (12a) de l'enceinte dudit élément mobile, de manière à ce que les deux branches (16a et 16b) forment un angle de 90°. Afin de permettre les mouvements antagonistes des deux éléments mobiles, chaque couple de cornières (17) est monté tête-bêche à chaque extrémité des deux tiges (15), chaque cornière (17) d'un même couple étant fixée de manière asymétrique sur chaque face de l'élément maintenu fixe (14).

Afin d'ajuster le réglage et limiter le défaut d'étanchéité existant entre les deux éléments mobiles (12a, 12b), il est préférable de chanfreiner chaque élément mobile (12) sur chacun des côtés situés en partie médiane.

Afin d'assurer l'étanchéité du dispositif (11), le périmètre de chaque élément mobile (12) adjacent à l'élément maintenu fixe (14), peut être recouvert, totalement ou partiellement, d'au moins une pièce (21) métallique orientant le déplacement des éléments mobiles (12) vers le sommet ou vers le fond de l'enceinte.

De ce fait, la pièce (21b) est fixée sur l'élément mobile (12b) afin d'orienter son déplacement uniquement vers le sommet de l'enceinte, tandis que la pièce (21a) est fixée sur l'élément fixe (14) afin d'orienter le déplacement de l'élément mobile (12a) uniquement vers le fond de l'enceinte. De préférence ces pièces (21a, 21b) sont des pièces en fer plat fixées par soudage.

Dans un troisième mode de réalisation du dispositif (22) de l'invention, représenté sur les figures 6 à 8, l'élément plan mobile (23) unique et l'orifice de l'élément plan maintenu fixe (24) sont de géométrie et de dimensions sensiblement identiques de façon à former un même plan commun lorsque aucune pression différentielle ne s'exerce entre les faces des éléments plan du dispositif (22). L'orifice de l'élément plan maintenu fixe (24) est entièrement recouvert, en fonctionnement normal, par l'élément plan mobile (23).

Sous l'effet d'une pression différentielle exercée entre les faces des éléments plans maintenu fixe (24) et/ou mobile (23), l'élément plan mobile (23) est apte à s'écarter de l'orifice simultanément par rotation en direction du sommet de l'enceinte et en direction du fond de l'enceinte. L'élément plan mobile (23) est rendu solidaire de l'élément maintenu fixe (24) par un unique organe de rattachement (25) commun constitué d'une tige (26), de préférence cylindrique, entourée d'au moins deux ressorts de torsion (27), de préférence quatre, ayant pour fonction d'assurer l'écartement ou le rappel de l'élément plan mobile sur l'orifice.

Lorsque la tige (26) est entourée de deux ressort de torsion (27), ceux-ci sont tels qu'ils comportent chacun deux enroulements de fils montés symétriquement par rapport à l'axe (36) et reliés l'un à l'autre par une branche unique rendue symétriquement courbe par deux angles de 90°, ladite branche de rattachement des deux enroulements prenant alors appui sur l'une des faces de l'élément mobile (23). Lorsque la tige (26) est entourée de quatre ressorts de torsion (27), ceux-ci comportent les mêmes caractéristiques et sont montés de façon identique, symétriquement par rapport à l'axe (36), sur la tige (26) à chacune de ses extrémités. Les couples de torsion des ressorts (27) sont égaux, calculés sur la contrainte d'ouverture la plus faible de l'élément mobile (23). La libération de l'orifice (10) est de préférence calculée de manière à s'effectuer dès lors que la pression différentielle dépasse la résistance mécanique (de préférence 50% de cette résistance mécanique) des éléments maintenu fixe (24) et mobile (23) constituant le dispositif. La tige (26) fait ainsi office d'axe de pivotement de l'élément mobile (23), lequel peut s'écarter du plan de l'orifice d'un angle limité par la valeur de l'angle de rotation maximal des ressorts de torsion. Cet angle d'écartement de l'élément mobile (23) peut s'étendre de 0° à 90°. Ladite tige (26), rattachée par tout moyen à l'élément plan maintenu fixe (24) au niveau de la partie médiane de l'orifice, est partiellement soudée sur l'élément plan mobile (23). La tige (26) est rendue solidaire de l'élément maintenu fixe (24) par l'intermédiaire de deux cornières (28) disposées symétriquement par rapport à l'axe (36) à chacune de ses extrémités. Chaque cornière comprend une première lame (29) perforée de forme quelconque, de préférence quadrangulaire et une seconde lame (30), positionnée à 90° de la première, dont la géométrie autorise un assemblage de type mâle/femelle avec la tige. La première lame (29), perforée d'au moins un trou, de préférence quatre, est rattachée à l'élément maintenu fixe (24) par tout moyen, de préférence par boulonnage, le nombre de boulons étant alors égal au nombre de perforations de ladite première lame (29). La seconde lame (30) est perforée de deux orifices (31) dans chacun desquels est introduite une des branches (27a) de chacun des ressorts de torsion enfilés sur la tige, chaque seconde branche (27b) de chacun des ressorts de torsion (27) (qui peut également être la branche de rattachement lorsque le ressort (27) comporte deux enroulements) prenant appui sur la face supérieure de l'élément mobile (23) pour l'une et sur la face inférieure de l'élément mobile (23) pour l'autre et ceci dans le cas où la tige (26) comme la cornière sont fixées sur les faces supérieures des éléments plans. Les deux branches (27a, 27b) d'un même ressort (27) forment un angle de 90°. Afin d'assurer l'étanchéité du dispositif (22), le périmètre de l'élément mobile (23) adjacent à l'élément maintenu fixe (24), peut être recouvert, totalement ou partiellement, d'au moins une pièce métallique (32) imposant un sens de rotation unique de l'élément mobile (23) autour de la tige (26). De ce fait, la pièce (32b) est fixée sur l'élément mobile (23) afin d'orienter le déplacement d'une de ses moitiés vers le sommet de l'enceinte, tandis qu'une autre pièce (32a) est fixée sur l'élément fixe (24) afin d'orienter le déplacement de l'autre moitié de l'élément mobile (23) vers le fond de l'enceinte. De préférence ces pièces (32a, 32b) sont des pièces en fer plat fixées par soudage.

Pour chacun des trois modes de réalisation du dispositif, les éléments plans maintenus fixes et mobiles sont équipés d'éléments de barbotage, avantageusement des clapets (6).

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif (1, 11, 22) pour l'amortissement de variation de pression dans une enceinte fermée comprenant : un élément plan maintenu fixe (4, 14, 24) dans l'enceinte fermée et perforé d'au moins un orifice (10) ; - au moins un élément plan mobile (3, 12, 23) disposé, en fonctionnement normal, dans le même plan commun que l'élément maintenu fixe de l'enceinte de façon à recouvrir l'orifice de l'élément maintenu fixe, ledit élément plan mobile étant apte à s'écarter de l'orifice en direction du sommet ou du fond de l'enceinte et en particulier les dimensions dudit élément maintenu fixe étant au moins égales à celles de l'orifice de l'élément maintenu fixe, de préférence égales à celles dudit orifice ; - au moins un organe de rattachement (7, 13, 25) rendant l'élément mobile solidaire de l'élément maintenu fixe et permettant le maintien, l'écartement ou le rappel de l'élément plan mobile par rapport à l'orifice de l'élément maintenu fixe, en particulier ledit organe de rattachement comporte une tige (8, 15, 26) entourée d'au moins un ressort (9, 16, 27) de torsion ou de compression.
2. 2. Dispositif (1, 11, 22) pour l'amortissement de variation de pression dans une enceinte fermée selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément plan maintenu fixe (4, 14, 24) est un élément plan unique.
3. 3. Dispositif (1, 11, 22) pour l'amortissement de variation de pression dans une enceinte fermée selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément plan maintenu fixe (4, 14, 24) est constitué d'une pluralité d'éléments plans solidaires les uns des autres.
4. 4. Dispositif (1, 11, 22) pour l'amortissement de variation de pression dans une enceinte fermée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'élément maintenu fixe (4, 14, 24) et/ou l'élément mobile (3, 12, 23) sont munis d'au moins un élément de barbotage (6), de préférence au moins un clapet.35
5. 5. Dispositif (1, 11, 22) pour l'amortissement de variation de pression dans une enceinte fermée selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'élément mobile (3, 12, 23) possède la même densité de répartition d'éléments de barbotage (6) que l'élément maintenu fixe (4, 14, 24).
6. 6. Dispositif (1, 11, 22) pour l'amortissement de variation de pression dans une enceinte fermée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'élément mobile (3, 12, 23) se déplace dès que la pression différentielle ascendante exercée entre les faces des éléments plans maintenu fixe (4, 14, 24) et/ou mobile (3, 12, 23) est supérieure au débit de design des éléments de barbotages (6) ou dès que la pression différentielle descendante atteint 50 % de la résistance mécanique des éléments plans du dispositif.
7. 7. Dispositif (1) pour l'amortissement de variation de pression dans une enceinte fermée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que l'organe de rattachement (7) est constitué d'au moins une tige rigide (8) traversant verticalement le plan de l'élément mobile (3) de façon à avoir une moitié située au-dessus de l'élément mobile (3) et une autre moitié située en dessous, ladite tige (8) étant entourée par deux ressorts de compression (9) et ayant au moins une des extrémités reliée à l'élément maintenu fixe par un organe de fixation.
8. 8. Dispositif (11) pour l'amortissement de variation de pression dans une enceinte fermée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que l'orifice est recouvert par deux éléments mobiles (12a, 12b), chaque élément mobile étant rendu solidaire de l'élément maintenu fixe par un organe de rattachement (13) constitué d'une tige (15) entourée d'au moins un ressort de torsion (16), de préférence deux.
9. 9. Dispositif (11) pour l'amortissement de variation de pression dans une enceinte fermée selon la revendication 8 caractérisée en ce que les ressorts de torsion (16) sont montés de façon à permettre le mouvement antagoniste des éléments mobiles (12a, 12b).
10. 10. Dispositif (22) pour l'amortissement de variation de pression dans une enceinte fermée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que l'orifice est recouvert par un élément mobile (23), ledit élément mobile (23) étant rendu solidaire de l'élément maintenu fixe (24) par un unique organe de rattachement (25) constitué d'une tige (26) entourée d'au moins deux ressorts de torsion (27), de préférence quatre.
11. 11. Utilisation du dispositif (1, 11, 22) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 en tant qu'amortisseur de variation de pression dans une enceinte fermée.
12. 12. Utilisation selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif (1, 11, 22) est inséré au sein d'un plateau assurant un contact entre deux fluides formant des phases différentes circulant à contre-courant.
13. 13. Utilisation selon la revendication 12, caractérisée en ce que les phases différentes sont une phase liquide lourde et une phase liquide légère.
14. 14. Utilisation selon la revendication 12, caractérisée en ce que les phases différentes sont une phase liquide et une phase vapeur.
15. 15. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, dans lequel le dispositif (1, 11, 22) est placé dans une colonne de fractionnement ou dans un réacteur alimenté par au moins un fluide.25