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EP4158299A1 - Dispositif de prelevement de fuite de gaz avec debit eleve - Google Patents

Dispositif de prelevement de fuite de gaz avec debit eleve

Info

Publication number
EP4158299A1
EP4158299A1 EP21734413.4A EP21734413A EP4158299A1 EP 4158299 A1 EP4158299 A1 EP 4158299A1 EP 21734413 A EP21734413 A EP 21734413A EP 4158299 A1 EP4158299 A1 EP 4158299A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
suction
gas
upstream
detector
leak
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21734413.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Corentin DUSSENNE
Jean-Luc FABRE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GRTgaz SA
Original Assignee
GRTgaz SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GRTgaz SA filed Critical GRTgaz SA
Publication of EP4158299A1 publication Critical patent/EP4158299A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247—Sampling from a flowing stream of gas
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/20—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material
    • G01M3/22—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves; for welds; for containers, e.g. radiators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/16—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/20—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material
    • G01M3/202—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material using mass spectrometer detection systems
    • G01M3/205—Accessories or associated equipment; Pump constructions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/24—Suction devices

Definitions

  • the present invention relates to the detection of gas leaks, for example methane, on infrastructure in which gas circulates.
  • the invention relates very particularly to devices which make it possible to detect these leaks and to quantify them by taking gas from these leaks.
  • gas transport and processing infrastructure is particularly critical, both with regard to safety and with regard to the limitation of gas emissions to greenhouse effect.
  • These infrastructures can for example be LNG terminals, delivery stations, compressor stations, storage sites, etc.
  • methane is not the only gas you want to check for leaks, and other infrastructure may involve implementing gas leak detection.
  • a difficulty to be overcome relating to safety is compliance with the ATEX (Explosive ATmospheres) standard, defined in particular in European directives 2014/34 / EU and 1999/92 / EC, which imply specific technical characteristics on the devices.
  • ATEX Exlosive ATmospheres
  • suction means are used to collect the gas from the leak diluted in the ambient medium (air).
  • the measurement of the concentration by a detector, here in methane, of this diluted flow combined with knowledge of the suction flow rate of the suction means, makes it possible to deduce the leakage flow rate by the following relation:
  • the leaking methane is sucked by means of this pump and a flexible tube fixed near a previously identified leak.
  • the tube and the region from which the leak comes are wrapped in a bag such as a canvas or a bag, which makes it possible to limit the influence of external parameters such as wind, direction. leak, etc.
  • the pocket remains equipped with a source of fresh air (an opening).
  • adhesives are generally used to position the tube away from the source of fresh air.
  • the use of the bag allows all of the leak to be aspirated once the steady state is reached, provided that the tube and the opening (s) are sufficiently well positioned.
  • the diameter of the tube is generally chosen thin enough to properly mix the leak and the air flow from the outside, before the methane detector is used to measure the concentration of methane.
  • the bagging solution has many drawbacks.
  • the pump used requires an electrical power supply, which can be tricky to implement in an ATEX context.
  • generators it has been proposed to use generators, but these are not compatible with the ATEX standard and must therefore be installed remotely in so-called ATEX2 zones and then use electric extension cords to reach the regions. where the leaks are located (ATEX zones 0 or 1).
  • ATEX canvas In particular, it is necessary to use ATEX canvas, scissors, adhesive, pinching and tightening devices for making the pouch and placing it around the area where the leaks are located. Connections such as hoses and valves are required to use the pump. Finally, devices such as the pump, the methane detector, extension cords, and a power supply (possibly with fuel) are necessary.
  • the device is also known from the prior art which has been marketed under the name of "Hi-Flow Sampler" by the American company Bacharach. This device has the disadvantage of only offering too low a suction and using a detector limited to a detection of the order of 300 ppm. This device is therefore:
  • the pump used by this device has a limited suction capacity which makes it difficult to properly estimate large leaks.
  • the invention aims to resolve at least some of the aforementioned drawbacks. Disclosure of the invention
  • the invention provides a device for sampling a leak of a gas of interest comprising: a suction line having an upstream suction inlet intended to be brought into the vicinity of a region within which it is desired to sample a leak, a ventilation device generating a flow of gas circulating in the suction pipe from the upstream suction inlet to the downstream side of the suction pipe, downstream of the ventilation device, a device for sampling the gas circulating in the suction pipe.
  • the device comprises a reservoir receiving gas sampled by the sampling member.
  • This reservoir can be opened when the device sucks and can be closed at the end of the suction, for example by means of a valve.
  • the use of a reservoir makes it possible to obtain a smoothing of the instantaneous concentration of the gas of interest over the duration of the sample, and thus to improve the precision of the measurement.
  • the ventilation device can generate a gas flow having a flow rate greater than 300 m 3 / H. It has been observed by the inventors that by using a ventilation device having a flow rate greater than 300 cubic meters per hour (m 3 / H), one can not use a pocket (bagging technique). In fact, if this flow rate is sufficiently greater than the flow rate of the leak (which is generally the case beyond 300 m 3 / H), the entire leak is sucked as soon as the upstream suction inlet of the suction line is brought close to the leak (typically at a distance of the order of 10 to 50 cm).
  • the ventilation device may be a Venturi effect device or a fan, as explained in more detail below.
  • the sampling device can be connected to a detector, or even to a reservoir. Two alternatives are therefore possible: direct measurement of the concentration of the gas of interest by a detector of the device connected to the sampling member, or storage in a reservoir connected to the sampling member to allow subsequent measurement of this. concentration.
  • the invention therefore facilitates the quantitative detection of a leak.
  • the ventilation device generates a flow of gas having a flow rate greater than 1000, 2000, or 3000 m 3 / H.
  • the device is configured so that the speed of the gas flow is between 50 and 130 m / s or between 50 and 100 m / s.
  • the device comprises a detector of a concentration of the gas of interest receiving gas sampled by the sampling member.
  • detectors capable of detecting concentrations of the gas of interest of the order of hundreds of ppm, or preferably of the order of ppm, will be chosen.
  • this detector can be in the reservoir, or between the sampling member and the reservoir.
  • the detector is a detector chosen from the list comprising: Herriott cell infrared absorption detector, semiconductor detector, photoionization detector (usually designated by the English acronym PID: “Photolonization Detector”), flame ionization detector (usually referred to by the English acronym FID: “Flame ionization detector”), open circuit laser spectrometer with a Quantum Cascade laser source (in English “OPLS: Open Path Laser Spectrometer ”and“ QLC: Quantum Cascade Laser ”), electrochemical cell, catalytic filament, and katharometer.
  • PID Photolonization Detector
  • FID flame ionization detector
  • open circuit laser spectrometer with a Quantum Cascade laser source in English "OPLS: Open Path Laser Spectrometer ”and“ QLC: Quantum Cascade Laser ”
  • electrochemical cell catalytic filament
  • catalytic filament and katharometer.
  • Some of these detectors can detect gases such as methane at concentrations on the order of ppm. Therefore, by combining these very sensitive detectors with the ventilation device presented above, we can detect a particularly wide range of leaks, from the lightest to the largest in terms of flow.
  • the suction line is flared at its upstream suction inlet.
  • This particular embodiment makes it possible to facilitate the positioning of the suction line in the vicinity of the leak.
  • the device comprises a gas mixer arranged in the suction line downstream of the upstream suction inlet and upstream of the sampling member.
  • This mixer makes it possible to improve the homogeneity of the mixture so that the concentration measured, for example by the detector, clearly illustrates the actual concentration.
  • the ventilation device is a Venturi effect device comprising an injector for a driving gas arranged in the vicinity of the suction inlet upstream of the suction line.
  • Venturi effect devices are particularly well suited to be used in an ATEX context because their operation is purely pneumatic.
  • the engine gas injector can be connected to a gas supply (for example compressed air in cylinders) by a device which may be a tube fitted with a valve to initiate the suction.
  • the injector of the driving gas is oriented towards the interior of the suction line so that a negative pressure appears in the vicinity of the suction inlet upstream of the suction line, to cause this suction.
  • the engine gas injector opens into a constriction or restriction of the suction line located in the vicinity of the suction inlet upstream of the suction line.
  • the driving gas is a neutral gas which does not affect a subsequent measurement of the concentration of the gas of interest.
  • air can be used since the leak is already mixed with air.
  • the ventilation device comprises a fan supplied with electrical energy by a battery.
  • the fan is here an electric machine capable of rotating a paddle wheel configured to, during its rotation, cause suction.
  • This fan can be of the axial type, with a shaft arranged in the upstream-downstream direction of the suction pipe.
  • this fan can be of the radial type, with a shaft arranged in a plane orthogonal to the upstream-downstream direction of the suction pipe.
  • the device is a device according to the ATEX standard, for example a device according to European Directive 2014/34 / EU, and / or a device according to AMCA Standard 99-0401 ("AMCA : Air Movement and Control Association ”, American trade association).
  • AMCA Air Movement and Control Association
  • a device according to the ATEX standard can be provided with an explosion-proof enclosure, can be configured to prevent the production of sparks, can be provided with an encapsulation of electrical circuits, with an immersion of a portion of the device in an oil, of a pulverulent filling, or of an overpressure of a portion of the device.
  • the suction line is rigid.
  • the device further comprises a, at its upstream suction inlet, a collar or a skirt (for example bell-shaped).
  • the skirt can be flexible and can limit the influence of external parameters (for example the wind).
  • the skirt or collar reinforces the suction in the region outside the suction line in front of the upstream suction inlet.
  • the suction line has a length of between 20 and 200 centimeters, and a diameter of between 3 and 30 centimeters.
  • the suction line can be easily transported and handled by an operator.
  • the diameter of the suction line can vary within this range, for example if the suction line has a flare extending from the upstream suction inlet.
  • the diameter will be chosen with the desired flow rate value, to maintain a gas flow speed of between 50 and 130 m / s or between 50 and 100 m / s.
  • the device further comprises a calculator of a leak rate from a concentration delivered by the detector.
  • This particular embodiment can be implemented when the device is equipped with the detector.
  • This calculator takes into account the flow rate generated by the ventilation device.
  • the sampling member is provided with several orifices.
  • the reservoir is a flexible bag.
  • This flexible bag can advantageously be emptied before use, to facilitate its transport, and filled while it will deform / swell.
  • a flexible bag which has a capacity of the order of 1.5L (which can be filled with the gas from the sampling member in about ten seconds for a flow in the pipe of 2500m 3 / H.
  • 1.5L can correspond to a pressure inside the bag of a few millibars above atmospheric pressure.
  • the flexible bag can be a deformable plastic bag without degradation and without resistance for gas filling applications.
  • a flexible bag will provide a good representation of the leak.
  • the invention also provides a method of using a device as defined above, in which a leak is taken from the surface of the ground (typically a leak from a pipe buried in the ground), the device further comprising a cover surrounding its upstream suction inlet (with a sealed connection between the cover and the suction inlet), the method comprising: placing the device with its suction inlet in the vicinity of the surface from the ground (typically with the vertical pipe, perpendicular to the ground), so that the tarpaulin defines a suction region of the soil (around the entrance), and a spacing structure is placed between the region on the one hand. suction of the soil, and on the other hand the device and its cover, to leave free air passages between the edges of the cover and the upstream suction inlet, and between the soil suction region and the upstream suction inlet.
  • the spacing structure can be a grid.
  • Figure 1 is a schematic representation of a device according to an example.
  • Figure 2 is a schematic representation of a device similar to that of Figure 1 with an additional gas cylinder and another form of injector.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a device according to another example.
  • FIG. 4 is a schematic representation of a device according to another example.
  • Figure 5A is a representation of an example of a collection tube.
  • Figure 5B shows the collection tube of Figure 5A in a suction line.
  • Figure 6A is a representation of another example of a collection tube.
  • Figure 6B shows the collection tube of Figure 6A in a suction line.
  • methane is the gas of interest to be detected.
  • the invention is by no means limited to the detection of methane and is also intended for the detection of other gases.
  • quantitatively detecting is meant both determining that this gas is present, and determining the intensity of the leak, for example by estimating a concentration of this gas or also by estimating a flow rate associated with the leak.
  • FIG 1 there is shown a quantitative leak detection device 100 (that is to say a sampling device which can further perform quantitative detection).
  • This device comprises a suction pipe 101, here a rigid pipe made for example in a plastic material, aluminum, or cardboard.
  • the suction line 101 has a length between 10 and 200 centimeters, and a diameter between 3 and 30 centimeters. Thus, the suction line 101 can be easily handled by an operator.
  • the suction line 101 comprises an upstream suction inlet 102 and a downstream end 103.
  • the upstream suction inlet 102 is intended to be brought into the vicinity of a region within which it is desired to detect a leak. For example, an operator can manipulate the suction line to bring it to an area where there is a suspected presence of a leak.
  • the leak comes from a pipe 200 and it is represented by an arrow 201 which illustrates the flow of methane which escapes from the pipe 200.
  • the upstream suction inlet is therefore brought at a small distance from the leak, for example a distance of less than 50 centimeters or even less than 10 centimeters.
  • the suction line 101 is flared at the upstream suction inlet 102 to facilitate placement of the suction line in the vicinity of the leak.
  • the device 100 is equipped with a ventilation device of the Venturi effect type, which comprises an annular injector 104 formed by a portion of a pipe that is concentric with the suction pipe 101 extending into the suction pipe from The upstream suction inlet 102 to the end of the flared portion of the suction line.
  • a ventilation device of the Venturi effect type which comprises an annular injector 104 formed by a portion of a pipe that is concentric with the suction pipe 101 extending into the suction pipe from The upstream suction inlet 102 to the end of the flared portion of the suction line.
  • the annular injector 104 injects a gas called motive gas into a restriction of the suction line located between the flared portion and the rest of the suction line, and directed downstream of the suction line.
  • the invention is nevertheless in no way limited to annular injectors, any injector opening into a constriction of the suction pipe, placed in the vicinity of the upstream suction inlet, and oriented downstream of the pipe. suction can be used.
  • a flow of engine gas 105 is injected by means of the annular injector 104.
  • the elements placed upstream in the supply chain for this engine gas will be described in more detail with reference to FIG. 2.
  • This injection of engine gas sets in motion a large mass of air, which generates a vacuum in front of the suction inlet upstream of the pipe. Aspiration is thus obtained.
  • the geometry of the suction pipe, its dimensions, and the flow rate of the engine gas injection are configured to cause this suction, with a flow rate greater than 300 m 3 .
  • the device marketed by the French company LACAYELLE SAS under the trade name VENTU 2450 can be used.
  • fresh air is also drawn in a stream represented by the arrows 202.
  • a mixer 106 is used downstream of the suction inlet 102 to mix the methane stream 201 with the fresh air stream 202.
  • the mixer 106 can be a static mixer.
  • a mixed flow 107 is thus obtained which circulates downstream of the suction line.
  • the methane can then be detected in this mixed air flow, for example by means of a sampling member, here a tube 108 which extends in the suction line downstream of the mixer and which is connected fluidly to a detector 109.
  • a sampling member here a tube 108 which extends in the suction line downstream of the mixer and which is connected fluidly to a detector 109.
  • the detector 109 is a Herriott cell infrared absorption detector or a semiconductor detector, and it outputs a concentration of methane contained in the mixed stream 107 with an accuracy of the order of 5 PPM.
  • the invention finds application in the detection of leaks other than methane.
  • the type of sensors matched with the molecules detected and their sensitivity threshold we can read examples of the type of sensors matched with the molecules detected and their sensitivity threshold:
  • Detectors which are suitable for tank use, such as the RES tank described below, are well suited for low dilute mixtures.
  • the device 100 is also equipped with a CALC calculator of a leak rate from the concentration delivered by the detector 109.
  • the mixed flow 107 is obtained by mixing the methane flow 201, the fresh air flow 202, and the engine gas flow 105. That being said, it has been observed by the inventors of the present invention that the contribution of the engine gas flow is negligible and that the following relation applies to determine the flow rate the flow rate of the methane leak:
  • a calibration step can make it possible to verify this relationship.
  • the suction flow rate can either be known because it is supplied by the manufacturer of the suction device, or can be calculated from the dimensions of the pipe. suction and flow associated with the additional gas flow, or measurable by a flow sensor.
  • the value of the suction flow rate can be deduced from a calibration line obtained by observing various known leak flow rates.
  • the CALC computer is equipped with a display making it possible to display the calculated value of the flow rate of the leak.
  • FIG 2 there is shown a device similar to that of Figure 1 with the elements necessary for the operation of the Venturi effect ventilation device.
  • the device of Figure 2 differs from that of Figure 1 in that it is provided with an injector 104 which opens out at the center of the suction line.
  • the injector 104 is connected to a first low pressure valve 110 which makes it possible to control the operation of the suction device.
  • a cylinder 111 containing pressurized driving gas for example air, carbon dioxide, or dinitrogen
  • This bottle is connected to the low pressure valve by means of a tube 112, a regulator 113 adapted for the lower pressure at which one wishes to release the additional gas, and a high pressure valve 114.
  • elements 110-114 may or may not be included in device 100.
  • Figure 3 shows a device 100 ’which differs from that of Figures 1 and 2 in that it does not include a Venturi effect ventilation device.
  • the ventilation apparatus of the device 100 ′ comprises an axial fan 120. It can be noted that it is also possible to use a radial fan.
  • the axial fan is here an electric machine capable of rotating a paddle wheel configured to, during its rotation, cause suction with a flow rate greater than 300 m 3 / H.
  • This axial fan is supplied with electrical energy by a battery 121 of the device 100 '.
  • the battery 121 and the turbine 100 are preferably compatible with the ATEX standard.
  • the device of FIG. 3 is not equipped with a detector but with a RES tank receiving gas from the sampling tube 108. This tank can be initially empty and be filled when the device is switched on. used.
  • the device 100 ’ is therefore a sampling device which makes it possible to implement quantitative detection.
  • the RES tank can be fitted with a valve to be transported and allow the analysis of the gas it contains subsequently, for example in a laboratory.
  • This embodiment makes it possible to carry out analyzes by chromatograph, for example.
  • Figure 4 shows the device 100 of Figure 1 in a configuration where it is further equipped with a skirt 130 having a diameter greater than that of the suction pipe, connected to the upstream suction inlet of driving, and flexible. This skirt surrounds a region in which a leak is located to limit the influence of external parameters such as wind.
  • a collar could also be used instead of the skirt.
  • the flange and the skirt also have the advantage of reinforcing the suction in front of the upstream suction inlet.
  • FIG. 5A there is shown a collection tube 108 ′ which can be mounted inside the suction line 101, as shown in Figure 5B.
  • the sampling tube 108 ′ can recover part of the mixed flow 107 described above to feed a detector such as the detector 109.
  • the sampling tube has the shape of a ring equipped, on its face facing the suction inlet upstream of the suction line 101, with a plurality of orifices OR 'equally distributed and in which the mixed flow can enter.
  • the use of a plurality of orifices makes it possible to compensate for a possible lack of homogeneity of the mixed flow 107.
  • FIG. 6A there is shown another example of a sampling tube, here a trident-shaped sampling tube with tips configured to be arranged in the general direction of the suction line 101 ( Figure 6B) , with orifices OR ”at the ends of the tips which face the upstream suction inlet of the suction line 101.
  • This configuration also makes it possible to compensate for a lack of homogeneity of the mixed flow 107.
  • Venturi effect devices have been produced with a mass of the order of 17 kilograms, including compressed air cylinders.
  • the devices according to the invention are therefore quite easy to handle.

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Abstract

Dispositif de détection quantitative de fuite (201) d'un gaz d'intérêt comprenant : une conduite d'aspiration (101) ayant une entrée d'aspiration amont (102) destinée à être amenée au voisinage d'une région au sein de laquelle on souhaite détecter une fuite, un appareil de ventilation (104) générant un flux de gaz (107) dans la conduite d'aspiration ayant un débit supérieur à 300m3/H circulant depuis l'entrée d'aspiration amont vers l'aval de la conduite, en aval de l'appareil de ventilation, un organe de prélèvement.

Description

Description
Titre de l'invention : Dispositif de prélèvement de fuite de gaz avec débit élevé
Domaine Technique
[0001] La présente invention concerne la détection de fuites de gaz, par exemple du méthane, sur des infrastructures dans lesquelles circule du gaz. L’invention concerne tout particulièrement les dispositifs qui permettent de détecter ces fuites et de les quantifier en prélevant du gaz issu de ces fuites.
Technique antérieure
[0002] La détection des fuites de gaz, par exemple du méthane, sur des infrastructures de transport et de traitement de gaz est particulièrement critique, à la fois en ce qui concerne la sécurité et en ce qui concerne la limitation des émissions de gaz à effet de serre. Ces infrastructures peuvent par exemple être des terminaux méthaniers, des postes de livraison, des stations de compression, des sites de stockage, etc. Bien entendu, le méthane n’est pas le seul gaz pour lequel on souhaite détecter des fuites et d’autres infrastructures peuvent impliquer la mise en oeuvre d’une détection de fuites de gaz.
[0003] En particulier, une détection quantitative des fuites de gaz est nécessaire, de manière à obtenir une image de ces fuites sur toute l’infrastructure. La quantification des fuites permet ensuite : de déterminer quelles sont les opérations de maintenance à effectuer, de faciliter la déclaration auprès d’une administration de la quantité de gaz à effet de serre émis par une infrastructure, et enfin de mieux connaître l’évolution d’une fuite dans le temps.
[0004] Une difficulté à surmonter relative à la sécurité est le respect de la norme ATEX (ATmosphères Explosives), définie notamment dans les directives européennes 2014/34/UE et 1999/92/CE, qui impliquent des caractéristiques techniques particulières sur les dispositifs à utiliser dans un contexte où des gaz explosifs tels que le méthane sont contenus. [0005] En général, pour mesurer une quantité de gaz s’échappant par une fuite, on utilise des moyens d’aspiration pour récolter le gaz issu de la fuite dilué dans le milieu ambiant (de l’air).. La mesure de la concentration par un détecteur, ici en méthane, de ce flux dilué, combiné à la connaissance du débit d’aspiration des moyens d’aspiration, permet de déduire le débit de fuite par la relation suivante :
[0006] [Math]
[0007] Q ui e QaspiratiorXCH^détecteur
[0008] Avec C e le débit de la fuite de méthane, QaSpiration le débit d’aspiration, et [CH4]détecteur la concentration de méthane mesurée par le détecteur.
[0009] Comme on le conçoit, la relation présentée ci-dessus fournit un résultat correct dans la mesure où le gaz s’échappant par le point de fuite est complètement aspiré, et où un mélange idéal est obtenu entre l’air de dilution et le gaz d’intérêt.
[0010] Ce type de mesure s’effectue actuellement au moyen de la technique désignée par le terme anglo-saxon de « bagging ». Dans cette technique, on aspire le méthane fuyard au moyen d’une pompe (compatible avec la norme ATEX, généralement une pompe à membrane) puis on détecte la concentration en méthane en aval des moyens d’aspiration au moyen d’un détecteur de méthane et de la relation présentée ci-dessus.
[0011] .Le méthane fuyard est aspiré au moyen de cette pompe et d’un tube souple fixé à proximité d’une fuite préalablement identifiée. Le tube et la région d’où provient la fuite son enveloppés dans une poche (« bag » en anglais) telle qu’une toile ou un sac, ce qui permet de limiter l’influence de paramètres extérieurs tels que le vent, la direction de la fuite, etc. La poche reste munie d’une source d’air neuf (une ouverture). Pour fixer la poche, on utilise généralement des adhésifs pour positionner le tube à l’opposé de la source d’air neuf. L’utilisation de la poche permet d’aspirer l’intégralité de la fuite une fois que le régime permanent est atteint, dans la mesure où le tube et la ou les ouvertures sont suffisamment bien positionnées. [0012] Le diamètre du tube est généralement choisi suffisamment fin pour bien mélanger la fuite et le flux d’air provenant de l’extérieur, avant que le détecteur de méthane ne soit utilisé pour mesurer la concentration de méthane.
[0013] La solution du bagging présente de nombreux inconvénients. Tout d’abord, la pompe utilisée requiert une alimentation en énergie électrique, ce qui peut être délicat à mettre en oeuvre dans un contexte ATEX. Pour surmonter cette difficulté, il a été proposé d’utiliser des groupes électrogènes, mais ces derniers ne sont pas compatibles avec la norme ATEX et doivent donc être installés à distance dans des zones dites ATEX2 puis d’utiliser des rallonges électrique pour rejoindre les régions où les fuites sont situées (zones ATEX 0 ou 1).
[0014] Un autre inconvénient de la technique du bagging est le besoin de matériel.
En particulier, il est nécessaire d’utiliser une toile ATEX, des ciseaux, de l’adhésif, des dispositifs de pincement et de serrage pour la confection de la poche et sa mise en place autour de la région où les fuites sont situées. Des connectiques telles que des tuyaux souples et des vannes sont nécessaires pour utiliser la pompe. Enfin, des appareils tels que la pompe, le détecteur de méthane, des rallonges électriques, et une alimentation électrique (avec éventuellement du carburant) sont nécessaires.
[0015] Il en résulte que la solution du bagging est chronophage, et nécessite la présence de deux opérateurs et une durée allant jusqu’à une heure pour l’installation.
[0016] On connaît également de l’art antérieur l’appareil qui a été commercialisé sous le nom de « Hi-Flow Sampler » par la société américaine Bacharach. Cet appareil a pour inconvénient de ne proposer qu’une aspiration trop faible et d’utiliser un détecteur limité à une détection de l’ordre de 300 ppm. Cet appareil est donc :
- inadapté pour quantifier des émissions de méthane de l’ordre de 10 à 20 litre par heure, et
- trop sensible au vent et à la géométrie de l’équipement fuyard.
[0017] . En outre, la pompe utilisée par cet appareil a une capacité d’aspiration limitée ce qui empêche de bien estimer les fuites importantes.
[0018] L’invention vise à résoudre certains au moins des inconvénients précités. Exposé de l’invention
[0019] À cet effet, l’invention propose un dispositif de prélèvement d’une fuite d’un gaz d’intérêt comprenant : une conduite d’aspiration ayant une entrée d’aspiration amont destinée à être amenée au voisinage d’une région au sein de laquelle on souhaite prélever une fuite, un appareil de ventilation générant un flux de gaz circulant dans la conduite d’aspiration depuis l’entrée d’aspiration amont vers l’aval de la conduite d’aspiration, en aval de l’appareil de ventilation, un organe de prélèvement du gaz circulant dans la conduite d’aspiration.
[0020] Selon une caractéristique générale, le dispositif comporte un réservoir recevant du gaz prélevé par l’organe de prélèvement.
[0021] L’utilisation d’un réservoir permet de collecter un mélange comprenant la fuite de gaz pour mettre en oeuvre ultérieurement des mesures de concentration du gaz d’intérêt. En particulier, on peut mettre en oeuvre ces mesures dans un laboratoire et utiliser des appareils qui ne peuvent pas être utilisés à proximité de la fuite (par exemple un chromatographe).
[0022] Ce réservoir peut être ouvrable lorsque le dispositif aspire et fermable à la fin de l’aspiration, par exemple au moyen d’une vanne.
[0023] L’utilisation d’un réservoir est avantageuse pour une mesure ultérieure car elle permet d’utiliser des détecteurs très sensibles aux fluctuations de pression, et de lisser dans le temps les variations de pression.
[0024] Par ailleurs, l’utilisation d’un réservoir permet d’obtenir un lissage de la concentration instantanée du gaz d’intérêt sur la durée du prélèvement, et ainsi d’améliorer la précision de la mesure.
[0025]
[0026] Dans un mode particulier de réalisation, l’appareil de ventilation peut générer un flux de gaz ayant un débit supérieur à 300 m3/H. [0027] Il a été observé par les inventeurs qu’en utilisant un appareil de ventilation ayant un débit supérieur à 300 mètres cube par heure (m3/H), on peut ne pas utiliser de poche (technique du bagging). En fait, si ce débit est suffisamment supérieur au débit de la fuite (ce qui est généralement le cas au-delà de 300 m3/H), l’intégralité de la fuite est aspirée dès lors que l’entrée d’aspiration amont de la conduite d’aspiration est amenée à proximité de la fuite (typiquement à une distance de l’ordre de 10 à 50 cm).
[0028] L’absence de poche permet de limiter la quantité de matériel à utiliser et simplifie et accélère les opérations de détection et de quantifications des fuites.
[0029] L’homme du métier saura choisir quel appareil de ventilation utiliser en fonction des fuites à détecter dans une application, et connaît des appareils de ventilation aptes à produire des débits supérieurs à 300 m3/H. A titre indicatif, l’appareil de ventilation peut être un appareil à effet Venturi ou un ventilateur, comme expliqué plus en détail ci-après.
[0030] L’organe de prélèvement peut être connecté à un détecteur, ou encore à un réservoir. Deux alternatives sont donc possibles : la mesure directe de la concentration du gaz d’intérêt par un détecteur du dispositif connecté à l’organe de prélèvement, ou le stockage dans un réservoir connecté à l’organe de prélèvement pour permettre une mesure ultérieure de cette concentration. L’invention facilite donc la détection quantitative d’une fuite.
[0031] Selon un mode de réalisation particulier, l’appareil de ventilation génère un flux de gaz ayant un débit supérieur à 1000, 2000, ou 3000 m3/H.
[0032] En utilisant ces débits, on évite encore plus l’influence du vent autour de la fuite.
[0033] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif est configuré pour que la vitesse du flux de gaz soit comprise entre 50 et 130 m/s ou entre 50 et 100 m/s.
[0034] L’homme du métier saura choisir un débit (par exemple supérieur à 300,
1000, 2000, ou 3000 m3/H) adapté et donc un appareil de ventilation adapté pour ce débit, pour avoir une vitesse comprise dans l’une de ces plages, en fonction notamment des autres paramètres de l’appareil tels que le diamètre de la conduite d’aspiration. [0035] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte un détecteur d’une concentration du gaz d’intérêt recevant du gaz prélevé par l’organe de prélèvement.
[0036] On choisira préférentiellement des détecteurs capables de détecter des concentrations du gaz d’intérêt de l’ordre de centaines de ppm, ou préférentiellement de l’ordre du ppm.
[0037] A titre indicatif, ce détecteur peut être dans le réservoir, ou entre l’organe de prélèvement et le réservoir.
[0038] Selon un mode de réalisation particulier, le détecteur est un détecteur choisi dans la liste comprenant : détecteur à absorption infrarouge à cellule Herriott, détecteur à semi-conducteur, détecteur à photo-ionisation (habituellement désigné sous l’acronyme anglo- saxon PID : « Photolonization Detector »), détecteur à ionisation de flamme (habituellement désigné sous l’acronyme anglo- saxon FID : « Flame ionization detector »), spectromètre laser en circuit ouvert à source laser à Cascade Quantique (en anglais « OPLS : Open Path Laser Spectrometer » et « QLC : Quantum Cascade Laser »), cellule électrochimique, filament catalytique, et catharomètre.
[0039] Certains de ces détecteurs peuvent détecter des gaz tels que du méthane à des concentrations de l’ordre du ppm. De ce fait, en combinant ces détecteurs très sensibles avec l’appareil de ventilation présenté ci-avant, on peut détecter une gamme de fuite particulièrement large, des plus légères aux plus importantes en termes de débit.
[0040] Aussi, il est particulièrement intéressant d’utiliser un détecteur avec une sensibilité de l’ordre du ppm parce que le débit d’aspiration est ici élevé. En fait, plus l’aspiration est puissante et plus la fuite est diluée et plus le détecteur doit être performant. [0041] Il a été observé par les inventeurs qu’avec un détecteur de ce type et une aspiration à un débit supérieur à 300 m3/H, on peut détecter des fuites issues de canalisations enterrées.
[0042] Selon un mode de réalisation particulier, la conduite d’aspiration est évasée à son entrée d’aspiration amont.
[0043] Ce mode de réalisation particulier permet de faciliter le positionnement de la conduite d’aspiration au voisinage de la fuite.
[0044] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend un mélangeur de gaz disposé dans la conduite d’aspiration en aval de l’entrée d’aspiration amont et en amont de l’organe de prélèvement.
[0045] Ce mélangeur permet d’améliorer l’homogénéité du mélange de faire en sorte que la concentration mesurée, par exemple par le détecteur, illustre bien la concentration réelle.
[0046] Selon un mode de réalisation particulier, l’appareil de ventilation est un appareil à effet Venturi comportant un injecteur d’un gaz moteur agencé au voisinage de l’entrée d’aspiration amont de la conduite d’aspiration.
[0047] Les appareils à effet Venturi sont particulièrement bien adaptés pour être utilisés dans un contexte ATEX car leur fonctionnement est purement pneumatique. En effet, l’injecteur de gaz moteur peut être relié à une alimentation en gaz (par exemple de l’air comprimé en bouteilles) par un appareil pouvant être un tube muni d’une vanne pour initier l’aspiration.
[0048] L’injecteur du gaz moteur est orienté vers l’intérieur de la conduite d’aspiration de sorte qu’une dépression apparaisse au voisinage de l’entrée d’aspiration amont de la conduite d’aspiration, pour provoquer cette aspiration.
[0049] Par exemple, l’injecteur du gaz moteur débouche dans un étranglement ou une restriction de la conduite d’aspiration située au voisinage de l’entrée d’aspiration amont de la conduite d’aspiration.
[0050] De préférence, le gaz moteur est un gaz neutre qui n’affecte pas une mesure ultérieure de la concentration du gaz d’intérêt. Par exemple, on peut utiliser de l’air puisque la fuite est déjà mélangée avec de l’air. [0051] On pourra dimensionner la conduite d’aspiration et choisir une pression pour le gaz additionnel qui permette de générer un débit supérieur à 300 m3/H (par exemple 2 bars).
[0052] Selon un mode de réalisation particulier, l’appareil de ventilation comporte un ventilateur alimenté en énergie électrique par une batterie.
[0053] Le ventilateur est ici une machine électrique capable d’entrainer en rotation une roue à aube configurée pour, lors de sa rotation, provoquer une aspiration.
[0054] Ce ventilateur peut être de type axial, avec un arbre agencé dans la direction amont-aval de la conduite d’aspiration.
[0055] De manière alternative, ce ventilateur peut être de type radial, avec un arbre agencé dans un plan orthogonal à la direction amont-aval de la conduite d’aspiration.
[0056] L’utilisation de batteries électriques permet de faciliter le transport de l’appareil et permet de ne pas utiliser de groupe électrogène (éventuellement avec des rallonges électriques).
[0057] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif est un dispositif selon la norme ATEX, par exemple un dispositif selon la directive européenne 2014/34/UE, et/ou un dispositif selon la norme AMCA Standard 99-0401 (« AMCA : Air Movement and Control Association », association professionnelle américaine).
[0058] A titre indicatif, un dispositif selon la norme ATEX peut être muni d’une enveloppe anti-déflagration, peut être configuré pour empêcher la production d’étincelles, peut être muni d’une encapsulation de circuits électriques, d’une immersion d’une portion du dispositif dans une huile, d’un remplissage pulvérulent, ou encore d’une mise en surpression d’une portion du dispositif.
[0059] Selon un mode de réalisation particulier, la conduite d’aspiration est rigide.
[0060] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend en outre une, à son entrée d’aspiration amont, une collerette ou une jupe (par exemple en forme de cloche).
[0061] La jupe peut être flexible et peut limiter l’influence de paramètres extérieurs (par exemple le vent). En outre, la jupe ou la collerette renforcent l’aspiration dans la région située à l’extérieur de la conduite d’aspiration devant l’entrée d’aspiration amont.
[0062] Selon un mode de réalisation particulier, la conduite d’aspiration a une longueur comprise en 20 et 200 centimètres, et un diamètre compris entre 3 et 30 centimètres.
[0063] Ainsi, la conduite d’aspiration peut être aisément transportée et manipulée par un opérateur.
[0064] On peut noter que le diamètre de la conduite d’aspiration peut varier dans cette plage, par exemple si la conduite d’aspiration comporte un évasement s’étendant depuis l’entrée d’aspiration amont.
[0065] A titre indicatif, le diamètre sera choisi avec la valeur de débit souhaitée, pour maintenir une vitesse du flux de gaz comprise entre 50 et 130 m/s ou entre 50 et 100 m/s.
[0066] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend en outre un calculateur d’un débit de fuite à partir d’une concentration délivrée par le détecteur.
[0067] Ce mode de réalisation particulier peut être implémenté lorsque le dispositif est équipé du détecteur.
[0068] Ce calculateur tient compte du débit du flux généré par l’appareil de ventilation.
[0069] Selon un mode de réalisation particulier, l’organe de prélèvement est muni de plusieurs orifices.
[0070] Selon un mode de réalisation particulier, lequel le réservoir est un sac souple.
[0071] Ce sac souple pourra avantageusement être vidé avant utilisation, pour faciliter son transport, et rempli pendant la mesure où il se déformera/gonflera.
[0072] A titre indicatif, on peut utiliser un sac souple qui a une capacité de l’ordre de 1.5L (qui pourra se remplir avec le gaz provenant de l’organe de prélèvement en une dizaine de secondes pour un débit dans la conduite de 2500m3/H. Ces 1.5L peuvent correspondre à une pression à l’intérieur du sac de quelques millibars au-dessus de la pression atmosphérique. [0073] Aussi, le sac souple peut être un sac en plastique déformable sans dégradation et sans résistance pour des applications de remplissage par du gaz.
[0074] Un sac souple permettra d’obtenir une bonne représentation de la fuite.
[0075] L’invention propose également un procédé d’utilisation d’un dispositif tel que défini ci-avant, dans lequel on prélève une fuite à la surface du sol (typiquement une fuite provenant d’une canalisation enterrée dans le sol), le dispositif comprenant en outre une bâche entourant son entrée d’aspiration amont (avec une liaison étanche entre la bâche et l’entrée d’aspiration), le procédé comprenant : on place le dispositif avec son entrée d’aspiration au voisinage de la surface du sol (typiquement avec la conduite verticale, perpendiculaire au sol), de sorte que la bâche définit une région d’aspiration du sol (autour de l’entrée), et on place une structure d’espacement entre d’une part la région d’aspiration du sol, et d’autre part le dispositif et sa bâche, pour laisser libre des passages d’air entre les bords de la bâche et l’entrée d’aspiration amont, et entre la région d’aspiration du sol et l’entrée d’aspiration amont.
[0076] Ces passages d’air permettent d’avoir un mélange entre la fuite et l’air extérieur. La bâche permet néanmoins de limiter la dispersion de la fuite.
[0077] Par exemple, la structure d’espacement peut être une grille.
Brève description des dessins
[0078] D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
[Fig. 1] La figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif selon un exemple.
[Fig. 2] La figure 2 est une représentation schématique d’un dispositif analogue à celui de la figure 1 avec une bouteille de gaz additionnelle et une autre forme d’injecteur.
[Fig. 3] La figure 3 est une représentation schématique d’un dispositif selon un autre exemple. [Fig. 4] La figure 4 est une représentation schématique d’un dispositif selon un autre exemple.
[Fig. 5A] La figure 5A est une représentation d’un exemple de tube de prélèvement.
[Fig. 5B] La figure 5B représente le tube de prélèvement de la figure 5A dans une conduite d’aspiration.
[Fig. 6A] La figure 6A est une représentation d’un autre exemple de tube de prélèvement.
[Fig. 6B] La figure 6B représente le tube de prélèvement de la figure 6A dans une conduite d’aspiration.
Description des modes de réalisation
[0079] On va maintenant décrire des dispositifs qui permettent de prélever des fuites de gaz. Ce prélèvement permet de détecter quantitativement des fuites de gaz. Deux alternatives seront décrites : la détection quantitative au moyen d’un détecteur du dispositif, ou la détection ultérieure à partir de gaz stocké dans un réservoir (ces alternatives sont néanmoins compatibles entre-elles).
[0080] Dans les exemples qui suivent, le méthane est le gaz d’intérêt à détecter. L’invention n’est néanmoins nullement limitée à la détection du méthane et vise également la détection d’autres gaz.
[0081] Par détecter quantitativement, on entend à la fois déterminer que ce gaz est présent, et déterminer l’intensité de la fuite, par exemple en estimant une concentration de ce gaz ou également en estimant un débit associé à la fuite.
[0082] Sur la figure 1 , on a représenté un dispositif 100 de détection quantitative de fuites (c’est-à-dire un dispositif de prélèvement qui peut en outre effectuer une détection quantitative).
[0083] Ce dispositif comprend une conduite d’aspiration 101 , ici une conduite rigide réalisée par exemple dans un matériau plastique, en aluminium, ou encore en carton. La conduite d’aspiration 101 a une longueur comprise entre 10 et 200 centimètres, et un diamètre compris entre 3 et 30 centimètres. Ainsi, la conduite d’aspiration 101 peut être manipulée aisément par un opérateur.
[0084] La conduite d’aspiration 101 comporte une entrée d’aspiration amont 102 et une extrémité aval 103. L’entrée d’aspiration amont 102 est destinée à être amenée au voisinage d’une région au sein de laquelle on souhaite détecter une fuite. Par exemple, un opérateur peut manipuler la conduite d’aspiration pour l’amener dans une région où il existe une présomption de présence d’une fuite.
[0085] Dans l’exemple illustré, la fuite provient d’une canalisation 200 et elle est représentée par une flèche 201 qui illustre le flux de méthane qui s’échappe de la canalisation 200. L’entrée d’aspiration amont est donc amenée à une distance faible de la fuite, par exemple une distance inférieure à 50 centimètres voire inférieure à 10 centimètres.
[0086] La conduite d’aspiration 101 est évasée au niveau de l’entrée d’aspiration amont 102 pour faciliter le placement de la conduite d’aspiration au voisinage de la fuite.
[0087] Le dispositif 100 est équipé d’un appareil de ventilation du type à effet Venturi, qui comprend un injecteur annulaire 104 formé par une portion de conduite concentrique avec la conduite d’aspiration 101 s’étendant dans la conduite d’aspiration depuis L’entrée d’aspiration amont 102 jusqu’à la fin de la portion évasée de la conduite d’aspiration. Ainsi, l’injecteur annulaire 104 injecte un gaz appelé gaz moteur dans un étranglement de la conduite d’aspiration situé entre la portion évasée et le reste de la conduite d’aspiration, et orienté vers l’aval de la conduite d’aspiration.
[0088] L’invention n’est néanmoins nullement limitée aux injecteurs annulaires, tout injecteur débouchant dans un étranglement de la conduite d’aspiration, placé au voisinage de l’entrée d’aspiration amont, et orienté vers l’aval de la conduite d’aspiration peut être utilisé.
[0089] Un flux de gaz moteur 105 est injecté au moyen de l’injecteur annulaire 104. Les éléments placés en amont dans la chaîne d’apport de ce gaz moteur seront décrits plus en détail en référence à la figure 2. [0090] Cette injection de gaz moteur met en mouvement une importante masse d’air, ce qui génère une dépression devant l’entrée d’aspiration amont de la conduite. On obtient ainsi une aspiration.
[0091] La géométrie de la conduite d’aspiration, ses dimensions, et le débit de l’injection de gaz moteur sont configurés pour provoquer cette aspiration, avec un débit supérieur à 300m3. A titre indicatif, on peut utiliser l’appareil commercialisé par la société française LACAYELLE SAS sous la dénomination commerciale VENTU 2450.
[0092] En plus du flux de méthane 201 , de l’air neuf est également aspiré dans un flux représenté par les flèches 202.
[0093] Bien que cela soit optionnel, on utilise ici un mélangeur 106 en aval de l’entrée d’aspiration 102 pour mélanger le flux de méthane 201 avec le flux d’air neuf 202. Le mélangeur 106 peut être un mélangeur statique.
[0094] On obtient ainsi un flux mélangé 107 qui circule vers l’aval de la conduite d’aspiration.
[0095] On peut ensuite détecter le méthane dans ce flux d’air mélangé, par exemple au moyen d’un organe de prélèvement, ici un tube 108 qui s’étend dans la conduite d’aspiration en aval du mélangeur et qui est connecté fluidiquement à un détecteur 109.
[0096] Ici, le détecteur 109 est un détecteur à absorption infrarouge à cellule Herriott ou un détecteur à semi-conducteur, et il délivre une concentration de méthane contenu dans le flux mélangé 107 avec une précision de l’ordre de 5 PPM.
[0097] Comme expliqué ci-avant, l’invention trouve application dans la détection d’autres fuites que le méthane. Dans la table qui suit, on peut lire des exemples de type de capteurs mis en correspondance avec les molécules détectées et leur seuil de sensibilité :
[0098] [Table 1]
[0099] Les détecteurs qui sont adaptés pour l’utilisation d’un réservoir, tel que le réservoir RES décrit ci-après, sont bien adaptés pour les mélanges peu dilués.
[0100] Bien que cela soit optionnel, le dispositif 100 est également équipé d’un calculateur CALC d’un débit de fuite à partir de la concentration délivrée par le détecteur 109.
[0101 ] Le flux mélangé 107 est obtenu par le mélange du flux de méthane 201 , du flux d’air neuf 202, et du flux de gaz moteur 105. Cela étant dit, il a été observé par les inventeurs de la présente invention que la contribution du flux de gaz moteur est négligeable et que la relation suivante s’applique pour déterminer le débit le débit de la fuite de méthane :
[0102] [Math]
[0103] Q fuite — QaspiratiorXCH^détecteur
[01 04] Avec C e le débit de la fuite de méthane, QaSpiration le débit d’aspiration, et [CH4]détecteur la concentration de méthane mesurée par le détecteur.
[0105] Eventuellement, une étape d’étalonnage peut permettre de vérifier cette relation.
[0106] Le débit d’aspiration pourra être soit connu car fourni par le fabricant de l’appareil d’aspiration, soit calculable à partir des dimensions de la conduite d’aspiration et du débit associé au flux de gaz additionnel, soit mesurable par un capteur de débit.
[0107] Alternativement, on peut déduite la valeur du débit d’aspiration d’une droite de calibration obtenue en observant différents débits de fuite connus.
[0108] De manière optionnelle, le calculateur CALC est équipé d’un affichage permettant d’afficher la valeur calculée du débit de la fuite.
[0109] Sur la figure 2, on a représenté un dispositif analogue à celui de la figure 1 avec les éléments nécessaires au fonctionnement de l’appareil de ventilation à effet Venturi. Le dispositif de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 en ce qu’il est muni d’un injecteur 104’qui débouche au centre de la conduite d’aspiration.
[0110] Sur cette figure, on peut voir que l’injecteur 104’ est connecté à une première vanne basse pression 110 qui permet de contrôler le fonctionnement de l’appareil d’aspiration. En amont de cette vanne basse pression, on a connecté une bouteille 111 contenant du gaz moteur sous pression (par exemple de l’air, du dioxyde de carbone, ou encore du diazote). Cette bouteille est connectée à la vanne basse pression au moyen d’un tube 112, d’un détendeur 113 adapté pour la pression plus basse à laquelle on souhaite faire sortir le gaz additionnel, et d’une vanne haute pression 114.
[0111] On notera que ces éléments sont pneumatiques et donc facilement compatibles avec la norme ATEX. En outre, les éléments 110 à 114 peuvent être inclus ou non dans le dispositif 100.
[0112] La figure 3 représente un dispositif 100’ qui diffère de celui des figures 1 et 2 en ce qu’il ne comporte pas d’appareil de ventilation à effet Venturi.
[0113] Les éléments représentés sur la figure 3 et qui portent les mêmes références que ceux des figures 1 et 2 sont identiques.
[0114] L’appareil de ventilation du dispositif 100’ comporte un ventilateur axial 120. On peut noter qu’il est également possible d’utiliser un ventilateur radial.
[0115] Le ventilateur axial est ici une machine électrique capable d’entrainer en rotation une roue à aube configurée pour, lors de sa rotation, provoquer une aspiration avec un débit supérieur à 300m3/H. [0116] Ce ventilateur axial est alimenté en énergie électrique par une batterie 121 du dispositif 100’. La batterie 121 et la turbine 100 sont de préférence compatibles avec la norme ATEX.
[0117] En outre, le dispositif de la figure 3 n’est pas équipé d’un détecteur mais d’un réservoir RES recevant du gaz du tube de prélèvement 108. Ce réservoir peut être initialement vide et être rempli lorsque l’appareil est utilisé. Le dispositif 100’ est donc un dispositif de prélèvement qui permet de mettre en oeuvre une détection quantitative.
[0118] Le réservoir RES peut être muni d’une vanne pour être transporté et permettre l’analyse du gaz qu’il contient ultérieurement, par exemple dans un laboratoire. Ce mode de réalisation permet de mettre en oeuvre des analyses par chromatographe, par exemple.
[0119] L’obtention d’un débit pour la fuite dépendra également de la durée pendant laquelle le réservoir a reçu du gaz.
[0120] La figure 4 montre le dispositif 100 de la figure 1 dans une configuration où il est en outre équipé d’une jupe 130 ayant un diamètre supérieur à celui de la conduite d’aspiration, connectée à l’entrée d’aspiration amont de la conduite, et flexible. Cette jupe permet d’entourer une région dans laquelle une fuite est située pour limiter l’influence de paramètres extérieurs tels que le vent.
[0121] On pourra également utiliser une collerette à la place de la jupe. La collerette et la jupe ont en outre pour avantage de renforcer l’aspiration devant l’entrée d’aspiration amont.
[0122] Sur la figure 5A, on a représenté un tube de prélèvement 108’ pouvant être monté à l’intérieur de la conduite d’aspiration 101 , comme cela est représenté sur la figure 5B.
[0123] Le tube de prélèvement 108’ peut récupérer une partie du flux mélangé 107 décrit ci-avant pour alimenter un détecteur tel que le détecteur 109.
[0124] Ici, le tube de prélèvement a une forme d’anneau équipé, sur sa face faisant face à l’entrée d’aspiration amont de la conduite d’aspiration 101 , d’une pluralité d’orifices OR’ équirépartis et dans lesquels le flux mélangé peut pénétrer. [0125] L’utilisation d’une pluralité d’orifices permet de compenser un éventuel manque d’homogénéité du flux mélangé 107.
[0126] Sur la figure 6A, on a représenté un autre exemple de tube de prélèvement, ici un tube de prélèvement en forme de trident avec des pointes configurées pour être agencées dans la direction générale de la conduite d’aspiration 101 (figure 6B), avec des orifices OR” aux extrémités des pointes qui font face à l’entrée d’aspiration amont de la conduite d’aspiration 101.
[0127] Cette configuration permet également de compenser un manque d’homogénéité du flux mélangé 107.
[0128] Les dispositifs décrits ci-avant permettent d’accélérer 10 à 50 fois les opérations de détection de fuites et de quantification des fuites de gaz.
[0129] Aussi, des appareils utilisant l’effet Venturi ont été réalisés et ont présenté des débits d’aspiration de l’ordre de 2450 m3/H, avec une bonne linéarité observée par rapport au débit d’aspiration, et un temps caractéristique de mesure de 20 secondes. En fait, les mesures sont bien répétables avec un coefficient de variation inférieur à 10% sur une large gamme de débits.
[0130] En outre, des dispositifs à effet Venturi ont été réalisés avec une masse de l’ordre de 17 kilogrammes, et ce en incluant des bouteilles d’air comprimé. Les dispositifs selon l’invention sont donc tout à fait manipulables.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif de prélèvement d'une fuite (201) d'un gaz d'intérêt comprenant : une conduite d'aspiration (101) ayant une entrée d'aspiration amont (102) destinée à être amenée au voisinage d'une région au sein de laquelle on souhaite prélever une fuite, un appareil de ventilation générant un flux de gaz (107) circulant dans la conduite d'aspiration depuis l'entrée d'aspiration amont vers l'aval de la conduite d'aspiration (101), en aval de l'appareil de ventilation, un organe de prélèvement du gaz circulant dans la conduite d'aspiration, le dispositif comportant un réservoir recevant du gaz prélevé par l'organe de prélèvement.
[Revendication 2] Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'appareil de ventilation génère un flux de gaz ayant un débit supérieur à 300 m3/H, ou supérieur à 1000, 2000, ou 3000 m3/H.
[Revendication 3] Dispositif selon la revendication 2, configuré pour que la vitesse du flux de gaz soit comprise entre 50 et 130 m/s ou entre 50 et 100 m/s.
[Revendication 4] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif comporte un détecteur d'une concentration du gaz d'intérêt recevant du gaz prélevé par l'organe de prélèvement.
[Revendication 5] Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le détecteur est un détecteur choisi dans la liste comprenant : détecteur à absorption infrarouge à cellule Herriott, détecteur à semi-conducteur, détecteur à photo-ionisation, détecteur à ionisation de flamme, spectromètre laser en circuit ouvert à source laser à Cascade Quantique, cellule électrochimique, filament catalytique, et catharomètre.
[Revendication 6] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la conduite d'aspiration (101) est évasée à son entrée d'aspiration amont.
[Revendication 7] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un mélangeur de gaz (106) disposé dans la conduite d'aspiration en aval de l'entrée d'aspiration amont et en amont de l'organe de prélèvement.
[Revendication 8] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
7, dans lequel l'appareil de ventilation est un appareil à effet Venturi comportant un injecteur (104) d'un gaz moteur agencé au voisinage de l'entrée d'aspiration amont de la conduite d'aspiration (101).
[Revendication 9] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
8, dans lequel l'appareil de ventilation comporte un ventilateur (120) alimenté en énergie électrique par une batterie (121).
[Revendication 10] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
9, étant un dispositif selon la norme ATEX et/ou un dispositif selon la norme AMCA Standard 99-0401.
[Revendication 11] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
10, dans lequel la conduite (101) est rigide.
[Revendication 12] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
11, comprenant en outre, à son entrée d'aspiration amont, une collerette ou une jupe.
[Revendication 13] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
12, dans lequel la conduite d'aspiration (101) a une longueur comprise en 20 et 200 centimètres, et un diamètre compris entre 3 et 30 centimètres.
[Revendication 14] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, comprenant en outre un calculateur (CALC) d'un débit de fuite à partir d'une concentration délivrée par le détecteur.
[Revendication 15] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel l'organe de prélèvement est muni de plusieurs orifices (OR', OR").
[Revendication 16] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel le réservoir est un sac souple.
[Revendication 17] Procédé d'utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel on prélève une fuite à la surface du sol, le dispositif comprenant en outre une bâche entourant son entrée d'aspiration amont, le procédé comprenant : on place le dispositif avec son entrée d'aspiration au voisinage de la surface du sol, de sorte que la bâche définit une région d'aspiration du, et on place une structure d'espacement entre d'une part la région d'aspiration du sol, et d'autre part le dispositif et sa bâche, pour laisser libre des passages d'air entre les bords de la bâche et l'entrée d'aspiration amont, et entre la région d'aspiration du sol et l'entrée d'aspiration amont. !
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