Méthode et dispositif d'éjection gaz-liquide servant à produire un écoulement diphasique

Abstract

 Methode et dispositif permettant de produire un écoulement diphasique ayant une structure déterminée à partir de deux écoulements primaires et permettant de réguler ces différents écoulements.
La méthode est caractérisée en ce que l'on fait s'écouler les deux fluides primaires respectivement à travers un premier (11) et un second (12) orifices éventuellement profilés, puis on produit un mélange diphasique résultant que l'on fait s'écouler à travers un troisième orifice (13) et on règle la section de passage de l'un au moins desdits orifices de manière à réguler en débit et/ou en pression les différents écoulements et à produite un mélange diphasique homogène tout en minimisant les pertes en énergie des différents fluides.
L'invention peut être utilisée dans une chaîne d'équipements de transfert de fluide diphasique.

Description

[0001] La présente invention concerne une méthode et un dispositif d'éjection gaz-liquide servant à produire notamment un écoulement polyphasique homogène ayant une structure déterminée à partir de deux écoulements, l'un comportant au moins une phase gazeuse, l'autre comportant au moins une phase liquide, ainsi qu'à réguler ces différents écoulements en débit et pression.

[0002] Dans le texte qui suit, les termes d"'amont" et d"'aval" d'un organe seront implicitement relatifs au sens de l'écoulement dans cet organe.

[0003] La méthode ainsi que le dispositif selon l'invention sont notamment applicables à une ligne de transfert d'un écoulement polyphasique équipé d'un séparateur de phases. Ils permettent alors de produire un écoulement ayant la structure polyphasique la plus favorable au transfert de cet écoulement tout en régulant en débit et/ou en pression les différents écoulements.

[0004] La méthode ainsi que le dispositif selon l'invention sont également applicables pour effectuer le transfert d'un fluide par le mélange de ce fluide à transférer et d'un fluide porteur chargé d'effectuer ce transfert.

[0005] La méthode selon l'invention permet de produire un écoulement composé d'au moins deux phases à partir d'au moins deux écoulements primaires qui comprennent respectivement un fluide comportant au moins une phase liquide qui sera dit fluide liquide et un fluide comportant au moins une phase gazeuse qui sera dit fluide gazeux. Selon cette méthode on fait s'écouler les deux fluides primaires respectivement à travers un premier et un second orifices éventuellement profilés, puis on produit un mélange polyphasique résultant que l'on fait s'écouler à travers un troisième orifice et on règle la section de passage desdits orifices de manière à réguler en débit et/ou en pression les différents écoulements et à produire un mélange polyphasique homogène tout en minimisant les pertes en énergie des différents fluides.

[0006] L'art antérieur peut être illustré par les brevets anglais 1.205.675 et 930.080, allemands 2.031.016 et 1.557.033, français 1.128.095 et américain 1.437.649. Aucun des dispositifs décrits dans ces documents lorsqu'il est appliqué à un écoulement polyphasique ne peut permettre de réguler en débit et/ou en pression les différents écoulements tout en produisant un mélange polyphasique homogène et en minimisant les pertes en énergie des différents fluides.

[0007] La section de passage de l'un au moins desdits organes est éventuellement réglée en fonction d'au moins une grandeur caractéristique de l'un des écoulements.

[0008] De même, il est possible de régler la section de passage de l'un au moins desdits orifices en fonction d'au moins une grandeur caractéristique d'une consigne extérieure indépendante de l'état des écoulements des fluides au travers desdits orifices.

[0009] Il est également possible de régler la section de passage de l'un au moins des orifices en fonction de critères préalables tels la minimisation de la perte d'énergie de l'écoulement polyphasique.

[0010] La présente invention concerne également un dispositif éjecteur gaz-liquide comprenant au moins trois organes convergents-divergents, l'un au moins de ces organes étant réglable. Un premier organe convergent-divergent est traversé par un fluide comportant au moins une phase gazeuse qui sera dit fluide gazeux, un deuxième fluide comportant au moins une phase liquide qui sera dit fluide liquide et le troisième par l'écoulement résultant du mélange de ces deux fluides.

[0011] Le dispositif selon l'invention comporte des moyens de commande de la section de passage à travers l'un au moins des organes convergents-divergents. Ces moyens de commande peuvent être reliés à un système de programmation.

[0012] Eventuellement, le dispositif selon l'invention peut comporter des moyens servant à transmettre au système de programmation au moins un signal caractéristique du fonctionnement du dispositif ou de consignes extérieures au dispositif. Ce signal pourra être fourni par un capteur de mesure d'au moins l'une des grandeurs constituées par la pression, la température du fluide en amont ou en aval de l'un au moins desdits organes convergents-divergents.

[0013] La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation (non limitatif), illustré par les figures jointes parmi lesquelles :

- la figure 1 représente schématiquement le dispositif selon l'invention et

- la figure 2, un détail du triple convergent-divergent.

[0014] L'exemple qui suit décrit le cas particulièrement intéressant où l'un des fluides primaires est un fluide essentiellement gazeux et où l'autre est un fluide essentiellement liquide, mais on ne sortira du cadre de la présente invention si l'un et/ou l'autre des fluides primaires est un fluide polyphasique. D'ailleurs, le dispositif décrit dans ce qui suit s'applique parfaitement à de tels fluides.

[0015] Dans la figure 1 qui représente schématiquement une vue partielle en coupe d'un exemple de réalisation selon l'invention, le repère 1 désigne le corps principal, les repères 2 et 3 désignent respectivement les arrivées de gaz et de liquide. On ne sortira pas du cadre de l'invention en inversant les arrivées de gaz et de liquide.

[0016] Dans le corps principal 1 est fixée une pièce double femelle 4, ainsi désignée car elle coopère avec les parties mâles respectives de deux pièces 5 et 6.

[0017] La pièce 5 est une pièce mâle femelle, en effet elle est creuse et une partie 7 (figure 2) de sa paroi interne a une forme femelle. Cette partie femelle 7 coopère avec la pièce mâle creuse 8. Celle-ci est creuse afin de permettre le passage de la pièce mâle 6.

[0018] Les pièces 4, 5, 6 et 8 définissent le triple convergent-divergent.

[0019] L'organe convergent-divergent 11 traversé par les gaz, ou col sonique est formé par la partie supérieure femelle 9 de la pièce double femelle 4 et la partie mâle 10 de la pièce mâle-femelle 5.

[0020] L'organe convergent-divergent 12 traversé par le liquide ou venturi est formé par la partie femelle 7 de la pièce mâle-femelle 5 et par la partie mâle de la 'pièce mâle creuse 8.

[0021] Enfin l'organe convergent-divergent diphasique ou col sonique dipha- - sique 13 est formé par la partie inférieure femelle 14 de la pièce double femelle 4 .

[0022] En aval de l'orifice d'arrivée 2 du gaz est aménagée une chambre à gaz 15 alimentant le col sonique 11. De même, en aval de l'orifice d'arrivée 3 du liquide est aménagée une chambre à liquide 16 alimentant au travers d'orifices 17 réalisés dans la paroi de la pièce mâle-femelle 5 le venturi 12. Ces orifices qui peuvent être de formes diverses sont éventuellement répartis de telle manière que même dans les positions extrêmes de la pièce mâle-femelle 5, le liquide arrivant de la chambre à liquide 16 puisse alimenter le venturi 12.

[0023] En aval du col sonique 11 et du venturi 12, mais en amont du col sonique diphasique 13, est aménagée une chambre 18 à fluide diphasique.

[0024] Dans l'exemple présenté la pièce mâle-femelle 5, la pièce mâle creuse 8 6 et la pièce mâle/sont mobiles indépendamment les unes des autres, mais il est bien entendu possible de faire varier séparément la section de passage de chaque convergent-divergent en créant des relations entre les mouvements des différentes pièces mobiles.

[0025] Les relations entre le mouvement des différentes pièces peuvent être réalisées mécaniquement ou par d'autres moyens, par exemple en utilisant un système de programmation tenant compte des déplacements commandés à l'une des pièces mobiles pour commander le déplacement d'une ou plusieurs des autres pièces de manière que seule la section de passage d'un seul convergent-divergent varie.

[0026] Les moyens de commande 19 servent à déplacer les différentes pièces mobiles du triple convergent-divergent. Ces moyens peuvent être de tout type, comme par exemple des moteurs électriques, hydrauliques, etc...

[0027] Ces moyens de commande 19 sont pilotés à partir d'un système de programmation 20.

[0028] Ce système 20 a pour fonction de définir les sections de passage des différents organes convergents-divergents, et de piloter les moyens de commande 19 afin que ces sections soient effectives.

[0029] Le système 20 reçoit les informations nécessaires à son fonctionnement à partir des lignes 21 qui transmettent des signaux représentatifs de mesure et/ou de consigne.

[0030] Les mesures que reçoit le système de programmation 20 dépendent des différentes installation et des conditions propres aux écoulements diphasiques qu'il régule.

[0031] A titre d'exemples, ces mesures peuvent être celle de l'une ou de plusieurs des grandeurs qui suivent telles la pression ou la température du gaz en amont ou en aval du col sonique 11, la pression ou la température du liquide en amont ou en aval du venturi 12, la pression ou la température du mélange gaz-liquide en amont ou en aval du col sonique diphasique 13, le débit de gaz, le débit liquide, la position des différentes pièces mobiles du triple convergent-divergent.

[0032] Lorsque le dispositif selon l'invention est intégré à une chaîne d'équipement de transfert d'un écoulement diphasique, le système de programmation 20 pourra recevoir des signaux représentatifs de l'état des autres équipements diphasiques ou même des consignes de ces mêmes équipements et/ou des consignes extérieures, telles que par exemple la structure de l'écoulement diphasique que l'on souhaite produire. Il pourra également transmettre des signaux représentatifs de son propre état ainsi que des consignes.

[0033] Le fonctionnement du dispositif sera illustré par deux exemples nullement limitatifs.

[0034] Dans le premier exemple il sera supposé que la pression du gaz en 2 est identique à celle du liquide en 3. Ce cas se présente notamment lorsque le dispositif selon l'invention est placé en aval d'un séparateur d'écoulement diphasique. Si le débit de gaz augmente et que le débit de liquide reste constant, le système de programmation pilotera les moyens de commande afin de déplacer vers la droite la pièce mâle-femelle 5 ainsi que la pièce mâle 6, les deux déplacements étant indépendants.

[0035] Inversement, si le débit de liquide augmente et que le débit de gaz reste constant, le système de programmation pilotera les moyens de commande afin de déplacer vers la droite la pièce mâle creuse 8 ainsi que la pièce mâle 6, les deux déplacements étant indépendants.

[0036] Dans le deuxième exemple la pression du gaz en 2 sera supposée plus faible que la pression du liquide en 3. Dans ce cas, le dispositif sera utilisé comme injecteur de gaz. On déplace alors la oièce mâle creuse 9 vers la gauche pour équilibrer la pression dans la chambre 18. On ajuste la pièce mâle 6 en fonction du débit qui doit traverser le col sonique diphasique.

[0037] On ne sortira pas du cadre de la présente invention en réalisant d'autres montages mécaniques que celui représenté dans la figure 1, notamment des montages qui à partir du déplacement d'une seule pièce ne modifient que la section de passage d'un seul organe convergent-divergent à la fois.

[0038] On ne sortira pas non plus du cadre de la présente invention en appliquant la méthode précédemment décrite à des fluides de même nature mais qui tendent à se dissocier l'un de l'autre, tels par exemple deux liquides non miscibles de densités différentes.

[0039] Le dispositif selon l'invention peut également traiter ce genre de fluides.

Revendications

1. - Méthode pour produire un écoulement composé d'au moins deux phases à partir d'au moins deux écoulements primaires, l'un qui comprend au moins une phase liquide et l'autre au moins une phase gazeuse, caractérisée en ce que l'on fait s'écouler les deux fluides primaires respectivement à travers un premier et un second orifices éventuellement profilés, puis on produit un mélange polyphasique résultant que l'on fait s'écouler à travers un troisième orifice et on règle la section de passage desdits orifices de manière à réguler en débit et/ou en pression les différents écoulements et à produire un mélange polyphasique homogène tout en minimisant les pertes en énergie des différents fluides.

2. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite section de passage de l'un au moins desdits orifices est réglée en fonction d'au moins une grandeur caractéristique de l'un des écoulements.

3. - Méthode selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite section de passage de l'un au moins desdits orifices est réglée en fonction d'au moins une grandeur caractéristique d'une consigne extérieure indépendante de l'état des écoulements des fluides au travers desdits orifices.

4. - Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la section de passage de l'un au moins desdits orifices est réglée en fonction de critères préalables tels la minimisation de la perte d'énergie de l'écoulement diphasique.

5. - Dispositif éjecteur gaz-liquide, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois organes convergents-divergents, l'un au moins desdits organes (11, 12, 13) étant réglable et en ce qu'un premier organe convergent-divergent (11) est traversé par un fluide comportant au moins une phase gazeuse, un deuxième (12) par un fluide comportant au moins une phase liquide et le troisième (13) par l'écoulement résultant du mélange de ces deux fluides.

6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande (19) de la section de passage à travers l'un au moins des organes convergents-divergents (11, 12, 13).

7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (19) sont reliés à un système de programmation f20).

8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (21) transmettant au système de programmation (20) au moins un signal caractéristique du fonctionnement du dispositif ou de consignes extérieures au dispositif.

9. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit signal est fourni par un capteur de mesure d'au moins l'une des grandeurs constituées par la pression, la température du fluide en amont ou en aval de l'un au moins desdits organes convergents-divergents.

Dessins