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WO2010133784A1 - Installation et procede de traitement de surface par jets de fluide cryogenique - Google Patents

Installation et procede de traitement de surface par jets de fluide cryogenique Download PDF

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Publication number
WO2010133784A1
WO2010133784A1 PCT/FR2010/050886 FR2010050886W WO2010133784A1 WO 2010133784 A1 WO2010133784 A1 WO 2010133784A1 FR 2010050886 W FR2010050886 W FR 2010050886W WO 2010133784 A1 WO2010133784 A1 WO 2010133784A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
protective enclosure
gas
fluid
dry gas
cryogenic
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/050886
Other languages
English (en)
Inventor
Jacques Quintard
Frédéric Richard
Charles Truchot
Original Assignee
L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude filed Critical L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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Priority to CN201080021751.1A priority patent/CN102427915B/zh
Priority to US13/319,985 priority patent/US20120055173A1/en
Priority to EP10727768.3A priority patent/EP2432621B1/fr
Priority to JP2012511318A priority patent/JP2012527358A/ja
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    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the invention relates to an installation and a method for pickling, scouring, surface treatment of coated or uncoated materials, such as metals, concrete, wood, polymers, plastics or any other type of material, by jet of cryogenic fluid at very high pressure.
  • the surface treatment of coated or uncoated materials, in particular stripping, peeling or the like, of concrete, paint ... is essentially by sanding, by ultra-high pressure water spraying (UHP) , by sander, jackhammer, bush-hammer or chemically.
  • UHP ultra-high pressure water spraying
  • cryogenic jets under very high pressure as proposed by US-A-7, 310,955 and US-A-7,316,363.
  • one or more jets of liquid nitrogen are used at a pressure of 1000 to 4000 bar and at a cryogenic temperature of, for example, between -100 and -200 ° C., typically about -140 and -160 ° C., which are distributed by a nozzle-holder tool (s) which is set in motion, typically a rotational or oscillatory movement.
  • the nitrogen gas delivered by the nozzles if it is released or released in the room where the surface treatment takes place, creates risks of anoxia for the operator, particularly if it accumulates there and the room is badly or not ventilated.
  • a suction bell is generally arranged around (or on) the surface treatment tool from which the jet of liquid nitrogen leaves, said bell being generally equipped with a flexible flap serving to ensure a mechanical barrier function and contact between the suction bell and the surface to be treated.
  • This flap can be provided or formed of a row of flexible bristles, an elastic band (rubber, leather, elastomer ...), one or more foam pads ...
  • This suction bell allows a partial seal between the tool and the surface to be treated and allows to suck all or part of the nitrogen delivered by the nozzles. This is particularly useful when it is desired to suction the waste produced during the surface treatment, directly at the source to prevent them from polluting the place in which the surface treatment operation is carried out, for example a surface etching, in particular in the case of the crushing of concrete in radioactive environments.
  • the suction system used must be in a vacuum to avoid the release of nitrogen in the room / workplace and to be able to suck effectively the surface residues.
  • the nitrogen ejected by the tool-carrier as well as dust and waste, such as pieces of concrete or the like, are sucked by the bell.
  • the suction capacity must be greater than the nitrogen flow at the tool. Thus, outside air because is also sucked.
  • the aspirated ambient air contains moisture, that is, water vapor, which enters the suction system.
  • the moisture is adsorbed on the flexible flap, especially on the bristles or the like, and then turns into ice in contact with the low temperatures of the bell.
  • This can be very inconvenient for manipulations.
  • the constituent elements of the flap, such bristles, by their flexibility, normally have to ensure a fundamental role of contact area between the suction bell and the surface to be treated.
  • the contact between the bell and the substrate becomes very bad because very little "tight". It then follows an aspiration of poor quality, that is to say, rubble, dust or other waste will "pollute" the room where the treatment takes place. This is unacceptable, especially in industries where surface residues must be imperatively aspirated, such as nuclear or chemical industries, for example.
  • the aspirated moisture is transferred to the absolute filters which usually equip a suction system of this type.
  • this moisture agglomerates the dust and other surface residues to form a paste that clogs the absolute filters, which strongly impacts the efficiency of the suction and can make it inoperative. This results in frequent shutdowns to clean the absolute filters, which affects productivity.
  • the problem to be solved is therefore to propose an installation and a process for pickling, peeling, surface treatment of coated or uncoated materials, such as metals, concrete, wood, polymers, plastics or any other type of material, by jet or jets of cryogenic fluid at high pressure which are improved, that is to say which do not lead or much less frequently than in the prior art, to suction defects due to a poor sealing of the suction bell and / or clogging of filters or other purification or filtration devices fitted to the suction system.
  • the solution of the invention is a working installation implementing at least one cryogenic fluid jet at high pressure comprising:
  • a source of cryogenic temperature fluid fluidically connected to a mobile tool comprising one or more fluid distribution nozzles for distributing one or more jets of said cryogenic fluid under high pressure
  • a first protective enclosure arranged around the moving tool and fluidly connected to suction means, said first protective enclosure comprising an open bottom end located on the side of the fluid distribution nozzle or nozzles, so as to form a suction bell around the tool.
  • the installation of the invention is characterized in that it further comprises gaseous sealing means adapted to and designed to form at least one protective gas barrier at least at the lower end of the first protective enclosure and on at least a part of the periphery of said first protective enclosure, said gastight sealing means comprising at least: a second protective enclosure arranged around at least a part of the first protective enclosure and open at the level of the lower end of the first protective enclosure, and
  • dry gas supply means fluidly connected to said second protective enclosure for supplying the interior of said second protective enclosure with dry gas.
  • the installation of the invention may include one or more of the following features:
  • the means for supplying dry gas comprise a source of dry nitrogen or of dry air. it comprises at least one heat exchanger comprising an exhaust device, in particular a vent, arranged between the cryogenic temperature fluid source and the rotary tool, the dry gas supply means being fluidly connected to said device; exhaust so as to recover at least a portion of the gas escaping from said exhaust device and subsequently introduce it into said second protective enclosure.
  • the source of cryogenic temperature fluid is a reservoir containing a cryogenic liquid surmounted by a gaseous sky, the dry gas supply means being fluidly connected to said gaseous sky of the source of fluid at cryogenic temperature.
  • the dry gas supply means conveying the dry gas to the protective enclosure comprise at least one gas supply line, preferably the gas supply line is equipped with a control device and / or gas flow adjustment.
  • the invention also relates to a method for avoiding or minimizing contamination by atmospheric impurities from the inside of the first protective enclosure arranged around the moving tool of a working installation implementing at least one jet of high pressure cryogenic temperature fluid delivered by one or more nozzles equipping a moving tool, in particular a working installation according to the invention, said lower end of the first protective enclosure being positioned opposite a surface to be treated, characterized in a dry gas is supplied and at least one protective gas barrier is formed at least at the lower end of the first protective enclosure and at least a portion of the periphery of said first protective enclosure and forming the protective gas barrier by means of at least a second protective enclosure arranged around at least one formed of the first protective enclosure and open at the lower end of the first protective enclosure, said second protective enclosure being supplied with dry gas at a pressure greater than the pressure prevailing inside the first protective enclosure and greater than the atmospheric pressure prevailing outside the second protective enclosure.
  • the method of the invention may include one or more of the following features:
  • the dry gas is air or nitrogen, preferably nitrogen.
  • the dry gas is nitrogen coming from the exhaust device of a heat exchanger of the installation and / or the gas head of the source of cryogenic fluid.
  • the cryogenic fluid dispensed by the nozzle or nozzles of the tool is at a pressure of at least 300 bar, preferably between 2000 and 5000 bar, and at a temperature below -140 ° C., preferably between about -140 ° C. and -180 0 C.
  • atmospheric impurities are water vapor.
  • the flow rate of the dry gas supplying the interior of the second protective enclosure is between 1,000 and 20,000 l / min, preferably between 5,000 and 15,000 l / min.
  • the invention also relates to a method for surface treatment, pickling or peeling, a cryogenic fluid material at high pressure, in which an installation or a method according to the invention is implemented.
  • FIG. 1 schematizes the operation of a working installation using cryogenic jets under very high pressure
  • FIG. 4 shows schematically an embodiment of a suction system according to the present invention equipping the tool-bearing bus equipping the installation of Figure 1.
  • FIG. 1 schematizes a conventional pickling, surface treatment or the like by jets of cryogenic liquid usually comprising a storage tank 1, such as a tank, of liquid nitrogen (hereinafter called LN 2 ) which feeds, via a feed line 6 of liquid nitrogen under low pressure, that is to say at about 3 to 6 bar and at a temperature of -180 ° C., a compression device 2, with compressor and heat exchanger upstream internal allowing an ultra high pressure (UHP) setting of liquid nitrogen.
  • LN 2 liquid nitrogen
  • UHP ultra high pressure
  • the LN 2 at the first pressure (UHP) is then conveyed via a conveying line (7) to an external downstream heat exchanger 3 where the LN2 UHP is cooled with liquid nitrogen at atmospheric pressure (at 9 ° C.). ), to typically obtain UHP liquid nitrogen.
  • LN2 at a pressure (UHP) typically greater than 300 bar, generally between 2000 bar and 5000 bar, advantageously between about 3000 and 4000 bar, and at a temperature below -140 0 C, typically between -140 0 C and - 180 0 C, for example of the order of about -150 to -160 0 C, which is sent (in 8) to the tool 4 stripping or the like delivering one or more jets of liquid nitrogen UHP, usually several streams.
  • UHP pressure
  • the tank 1 of large capacity such as a truck tank or a storage tank of several thousand liters of liquid nitrogen, is generally located outside buildings, that is to say in the open air. It can be fixed or mobile.
  • the tank 1 of large capacity is connected in a conventional manner to the installation, that is to say by means of insulated piping comprising one or more control valves ...
  • the conveying of the LN 2 between the various elements The system is also done via insulated pipes.
  • the overall gas flow is approximately 20 l / min or 15 m 3 / min.
  • the compression device 2, the external exchanger 3 and especially the tool 4 are in principle located in one or more buildings.
  • This exhaust gas nitrogen is via an exhaust device, such as a vent or the like, arranged on each of said heat exchangers 2, 3.
  • this released nitrogen is not reused but is generally collected and discharged out of buildings to eliminate the risk of anoxia of personnel, that is to say, it constitutes a gas. waste that is evacuated to the atmosphere.
  • a tool 4 equipped with nozzles 11 of the type used in UHP waterjet processes, but fed here by LN 2 UHP (at 8) and which is rotated or oscillated so as to obtain rotating or oscillating jets 12 LN 2 UHP which are used to strip (or equivalent) the surface to be treated as shown in Figures 2a (side view) and Figure 2b (bottom view).
  • the tool 4 nozzle holder is usually rotated by a set of gears, with or without transmission belt, moved by an electric or pneumatic motor via a first shaft or axis of rotary transmission connected to the motor, a box, a housing or a transmission enclosure comprising a transmission mechanism with internal gearset and a second rotary shaft or transmission axis connected thereto for its part.
  • mobile tool 4 with nozzles is usually rotated by a set of gears, with or without transmission belt, moved by an electric or pneumatic motor via a first shaft or axis of rotary transmission connected to the motor, a box, a housing or a transmission enclosure comprising a transmission mechanism with internal gearset and a second rotary shaft or transmission axis connected thereto for its part.
  • mobile tool 4 with nozzles is usually rotated by a set of gears, with or without transmission belt, moved by an electric or pneumatic motor via a first shaft or axis of rotary transmission connected to the motor, a box, a housing or a transmission enclosure comprising
  • a first protective enclosure 20 forming a suction bell is generally arranged around the tool 4 nozzle holder which distributes the jets 12 d 'liquid nitrogen.
  • the bell 20 has an open bottom end which is positioned opposite the surface to be treated and through which the jets 12 of cryogenic liquid under pressure distributed by the nozzles 11.
  • This bell 20 is generally equipped, at its lower end which comes into contact with or is in the immediate vicinity of the surface to be stripped, of a bib or skirt 21 which serves to provide a mechanical barrier function and seal between the suction bell 20 and the surface to be treated.
  • This bib or skirt 21 may be provided with one (or more) row of flexible bristles, an elastic band (rubber, leather, elastomer ...), one or more foam pads ...
  • a conventional vacuum suction system comprising a suction pump, one or more filters or other purification or filtration devices, is in fluid communication with the interior of the suction bell to suck efficiently. surface residues and also avoid the release of nitrogen in the room where the surface treatment is carried out.
  • the suction bell 20 constitutes a vacuum enclosure including the tool 4, which makes it possible to recover and evacuate all or part of the nitrogen delivered by the nozzles 11, as well as the dusts generated by the process. stripping or the like.
  • the pressure P1 prevailing in the bell 20 is preferably lower than the atmospheric pressure Po prevailing outside the bell 20, that is to say in the room where the tool 4 is installed.
  • Figure 3 has been incorporated a protection system by curtain or gas barrier comprising a second protective enclosure 23 from covering the suction bell 21, so as to form a double cover or a double jacket around the tool 4.
  • This second protective enclosure 23 may or may not have a flap or a row of bristles, such as the suction bell 20.
  • a flow of dry and clean gas under pressure (P2) of the atmospheric pressure (Po) is introduced into the second protective enclosure 23 so as to create a gaseous overpressure atmosphere constituting the desired gas barrier.
  • the second protective enclosure 23 therefore serves as a mechanical barrier but is used primarily to create an insulating pneumatic barrier around the bell 20 to prevent the entry of atmospheric impurities, particularly water vapor (moisture) within of the bell 20, which solves the aforementioned problems.
  • the second protective enclosure 23 may cover all or part of the suction bell 21. Preferably, it covers at least the lower part of the bell 20, that is to say the end of the bell 20 located opposite the surface to be treated and carrying the bib or flexible protective skirt in contact with the surface to be treated, since it is at this level that can mainly penetrate the harmful moist air.
  • the supply of dry gas into the protective enclosure 23 is conventionally done by a gas supply line 26, for example, preferably equipped with a device for controlling and / or regulating the flow rate 27 of the gas that may comprise a valve, regulator, flowmeter or other similar devices.
  • a second protective enclosure 23 (or bell) is preferably used to form the protective gas curtain around the bell 20, but it is obvious that any other equivalent system or device may be used as soon as it makes it possible to obtain a gas barrier formed of a dry gas in deletion with respect to the atmospheric pressure and the pressure prevailing in the bell 20. In all cases, choose the pressures P1 and P2 and arrange the elements of the system for obtaining an effective gas curtain is within the reach of the person skilled in the art.
  • a third enclosure or even a fourth enclosure or more, could also be arranged around the second enclosure and also distribute dry gas therein so as to create several successive gaseous barriers (ie gaseous curtains) and thus to improve still the efficiency of the method and the device of the invention.
  • the pressurized dry gas used may be dry air free of almost any moisture, or dry neutral or inert gas, in particular dry nitrogen, which may be process waste gas or gas. packaged in gas cylinders or any other type of container or gas storage tank, or a gas conveyed by a gas pipeline or a network of pipes.
  • dry gas is used to designate a gas or gas mixture containing less than 10% by volume of water vapor, in particular less than 5% by volume of water vapor and preferably without any water vapor. water vapour.
  • the dry gas used can be compressed by a dedicated compressor with or without filters or any other means of gas purification, a gas supply pipe or a network of pipes.
  • dry nitrogen forming the gaseous surface of the tank or tank 1 but more preferably nitrogen constituting a waste gas or vent gas which is usually vented to the atmosphere via the vents or the like equipping the upstream heat exchangers 2 or downstream 3 of the installation of Figure 1.
  • nitrogen gas exhaust being done via exhaust devices, such as vents or the like, arranged on said heat exchangers 2, 3.
  • Recovering this waste gas formed of dry nitrogen is particularly advantageous because it makes it possible to use a source of available gas and to recover it instead of releasing it into the atmosphere.
  • the nitrogen evacuated by the heat exchanger vent or vents of the installation is recycled to the interior of the second protective enclosure 23 so as to create a gaseous overpressure and obtain the desired insulating pneumatic barrier.
  • the flow rate of the dry gas, in particular nitrogen is greater than the flow difference between the flow rate of the suction by the suction means and the flow rate of liquid nitrogen and gas ejected for the surface treatment by the nozzles 11.
  • FIG. 1 In order to verify the effectiveness of the solution of the present invention, an installation according to FIG. 1 has been implemented in a conventional manner, as illustrated in FIG. 3, and for comparison, with a second protective enclosure 23, as illustrated in FIG. 4 according to the invention.
  • the flow of gaseous nitrogen, coming out liquid in the form of jets 12 distributed by the nozzles 11 of the tool 4, is 300 m / h, whereas the suction flow rate by the suction system 25 is 1000 m 3 / h.
  • the pressure P1 prevailing in the suction bell is between 0.60 and 0.99 bar, preferably between 0.90 and 0.98 bar, advantageously of the order of about 0.95 bar.
  • the second protective enclosure 23 around the suction bell 20 and introducing 700 m 3 / h of dry gas therein, namely waste nitrogen from the upstream and downstream heat exchanger vents, regulated by a control / flow control system, reduces the amount of water vapor (moisture) to almost zero since the outside air is more sucked from the made of the pneumatic barrier created by the nitrogen curtain distributed by the protective enclosure 23.
  • the pressure P1 prevailing in the suction bell is also of the order of 0.95 bar, while the pressure prevailing in the second Protective enclosure 23 is greater than or equal to atmospheric pressure, typically of the order of about 1.05 bar.
  • the present invention is applicable in any treatment operation by jets of cryogenic fluid, in particular surface treatment, pickling or peeling, a material, such as metals, concrete, stone, plastics, wood etc.

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Abstract

Une installation de travail mettant en oeuvre un ou plusieurs jets de fluide à température cryogénique sous haute pression comprenant une source (1) de fluide cryogénique relié à un outil mobile (4) muni de buses (11) de distribution de fluide pour distribuer des jets de fluide cryogénique sous haute pression, et une première et une deuxième enceintes de protection agencées autour de l'outil mobile (4) et raccordées à des moyens d'aspiration (25). Par ailleurs, elle comporte en outre des moyens d'étanchéité gazeuse (23) aptes à et conçus pour former au moins une barrière gazeuse protectrice entre les deux enceintes (20, 23) grâce à l'envoi d'un gaz sec dans la deuxième enceinte (23). Procédé de mise en oeuvre et application au traitement de surface, au décapage ou à l'écroutage d'un matériau par fluide cryogénique à haute pression.

Description

Installation et procédé de traitement de surface par jets de fluide cryogénique
L'invention porte sur une installation et un procédé de décapage, d'écroutage, de traitement de surface de matériaux revêtus ou non, tels les métaux, le béton, le bois, les polymères, les plastiques ou tout autre type de matériau, par jet de fluide cryogénique à très haute pression.
Actuellement, le traitement de surface de matériaux revêtus ou non, en particulier le décapage, l'écroutage ou analogue, de béton, de peinture..., se fait essentiellement par sablage, par projection d'eau à ultra haute pression (UHP), à la ponceuse, au marteau-piqueur, à la bouchardeuse ou encore par voie chimique.
Toutefois, lorsqu'il doit ne pas y avoir d'eau, par exemple en milieu nucléaire, ou de produit chimique, par exemple du fait de contraintes environnementales drastiques, seuls des procédés de travail dits « à sec » peuvent être utilisés.
Cependant, dans certains cas, ces procédés « à sec » sont difficiles à mettre en œuvre, sont très laborieux ou pénibles à utiliser ou encore génèrent des pollutions supplémentaires, par exemple du fait de l'ajout de grenaille ou de sable à retraiter ensuite.
Une alternative à ces technologies repose sur l'utilisation de jets cryogéniques sous très haute pression comme proposé par les documents US-A-7 ,310,955 et US-A-7,316,363. Dans ce cas, on utilise un ou des jets d'azote liquide à une pression de 1000 à 4000 bars et à température cryogénique comprise par exemple entre -100 et -2000C, typiquement environ -140 et -1600C qui sont distribués par un outil porte-buse(s) qui est mis en mouvement, typiquement un mouvement de rotation ou d'oscillation.
Or, l'azote gazeux délivré par les buses, s'il est relâché ou libéré dans la pièce où a lieu le traitement de surface, crée des risques d'anoxie pour l'opérateur notamment, s'il s'y accumule et que la pièce est mal ou pas ventilée.
Pour cette raison, une cloche d'aspiration est en général agencée autour de (ou des) l'outil de traitement de surface d'où sort le jet d'azote liquide, ladite cloche étant en général équipée d'une bavette flexible servant à assurer une fonction de barrière mécanique et de contact entre la cloche d'aspiration et la surface à traiter. Cette bavette peut être munie ou formée d'une rangée de poils flexibles, d'une bande élastique (caoutchouc, cuir, élastomère...), d'un ou plusieurs boudins de mousse...
Cette cloche d'aspiration permet de réaliser une étanchéité partielle entre l'outil et la surface à traiter et permet d'aspirer tout ou partie de l'azote délivré par les buses. Ceci est particulièrement utile lorsqu'on souhaite aspirer les déchets produits lors du traitement de surface, directement à la source pour éviter que ceux-ci ne viennent polluer le lieu dans lequel s'effectue l'opération de traitement de surface, par exemple un décapage surfacique, notamment dans le cas de l'écroutage du béton dans les milieux radioactifs.
Le système d'aspiration mis en œuvre doit être en dépression afin d'éviter le relargage de l'azote dans la pièce/lieu du travail et de pouvoir aspirer efficacement les résidus de surface. L'azote éjecté par l'outil porte -buses ainsi que les poussières et les déchets, tels des morceaux de béton ou similaire, sont aspirés par la cloche. Pour assurer une efficacité maximale à l'aspiration, la capacité d'aspiration doit être supérieure au débit d'azote au niveau de l'outil. Ainsi, de l'air extérieur car est également aspiré.
Toutefois, l'air ambiant aspiré contient de l'humidité, c'est-à-dire de la vapeur d'eau, qui s'introduit dans le système d'aspiration.
Or, l'humidité aspirée engendre deux problèmes majeurs.
Tout d'abord, l'humidité vient s'adsorber sur la bavette flexible, notamment sur les poils ou analogue, et se transforme alors en glace au contact des basses températures de la cloche. Ceci peut s'avérer très gênant pour les manipulations. En effet, les éléments constitutifs de la bavette, tels des poils, de par leur souplesse, ont normalement à assurer un rôle fondamental de zone de contact entre la cloche d'aspiration et la surface à traiter. Or, si ces éléments prennent en masse et qu'ils deviennent durs, le contact entre la cloche et le substrat devient très mauvais car très peu « étanche ». Il s'ensuit alors une aspiration de mauvaise qualité, c'est-à-dire que des gravats, poussières ou autres déchets vont « polluer » la pièce où a lieu le traitement. Ceci est rédhibitoire, notamment dans les industries où les résidus de surface doivent être impérativement aspirés, telles les industries nucléaires ou chimiques par exemple.
Par ailleurs, l'humidité aspirée est transférée vers les filtres absolus qui équipent usuellement un système d'aspiration de ce type. A ce niveau, cette humidité agglomère la poussière et les autres résidus de surface pour former une pâte qui vient colmater les filtres absolus, ce qui impacte fortement le rendement de l'aspiration et peut rendre inopérante cette dernière. Ceci a pour conséquence des arrêts de production fréquents pour nettoyer les filtres absolus, ce qui nuit à la productivité.
Le problème à résoudre est dès lors de proposer une installation et un procédé de décapage, d'écroutage, de traitement de surface de matériaux revêtus ou non, tels les métaux, le béton, le bois, les polymères, les plastiques ou tout autre type de matériau, par jet ou jets de fluide cryogénique à très haute pression qui soient améliorés, c'est-à-dire qui ne conduisent pas ou alors nettement moins fréquemment que dans l'art antérieur, à des défauts d'aspiration dus à une mauvaise étanchéité de la cloche d'aspiration et/ou à un colmatage des filtres ou autres dispositifs de purification ou de filtration équipant le système d'aspiration. La solution de l'invention est une installation de travail mettant en œuvre au moins un jet de fluide à température cryogénique sous haute pression comprenant :
- une source de fluide à température cryogénique relié fluidiquement à un outil mobile comportant une ou plusieurs buses de distribution de fluide pour distribuer un ou plusieurs jets dudit fluide à température cryogénique sous haute pression, et
- une première enceinte de protection agencée autour de l'outil mobile et raccordée fluidiquement à des moyens d'aspiration, ladite première enceinte de protection comprenant une extrémité inférieure ouverte, située du côté de la ou des buses de distribution de fluide, de manière à former une cloche d'aspiration autour de l'outil. L'installation de l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens d'étanchéité gazeuse aptes à et conçus pour former au moins une barrière gazeuse protectrice au moins au niveau de l'extrémité inférieure de la première enceinte de protection et sur au moins une partie de la périphérie de ladite première enceinte de protection, lesdits moyens d'étanchéité gazeuse comprenant au moins : - une deuxième enceinte protectrice agencée autour d'au moins une partie de la première enceinte de protection et ouverte au niveau de l'extrémité inférieure de la première enceinte de protection, et
- des moyens d'alimentation en gaz sec reliés fluidiquement à ladite deuxième enceinte protectrice pour alimenter l'intérieur de ladite deuxième enceinte protectrice le gaz sec.
Selon le cas, l'installation de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- les moyens d'alimentation en gaz sec comprennent une source d'azote sec ou d'air sec. - elle comporte au moins un échangeur thermique comprenant un dispositif d'échappement, en particulier un évent, agencé entre la source de fluide à température cryogénique et l'outil rotatif, les moyens d'alimentation en gaz sec étant relié fluidiquement audit dispositif d'échappement de manière à pouvoir récupérer au moins une partie du gaz s'échappant par ledit dispositif d'échappement et l'introduire subséquemment dans ladite deuxième enceinte protectrice.
- la source de fluide à température cryogénique est un réservoir contenant un liquide cryogénique surmonté d'un ciel gazeux, les moyens d'alimentation en gaz sec étant relié fluidiquement audit ciel gazeux de la source de fluide à température cryogénique. - les moyens d'alimentation en gaz sec convoyant le gaz sec jusqu'à l'enceinte protectrice comprennent au moins une ligne d'alimentation en gaz, de préférence la ligne d'alimentation en gaz est équipée d'un dispositif de contrôle et/ou réglage de débit du gaz.
L'invention porte aussi sur un procédé pour éviter ou pour minimiser la contamination par des impuretés atmosphériques de l'intérieur de la première enceinte de protection agencée autour de l'outil mobile d'une installation de travail mettant en œuvre au moins un jet de fluide à température cryogénique sous haute pression délivré par une ou plusieurs buses équipant un outil mobile, notamment une installation de travail selon l'invention, ladite extrémité inférieure de la première enceinte de protection étant positionnée en regard d'une surface à traiter, caractérisé en ce qu'on amène un gaz sec et on forme au moins une barrière gazeuse protectrice au moins au niveau de l'extrémité inférieure de la première enceinte de protection et sur au moins une partie de la périphérie de ladite première enceinte de protection et en ce qu'on forme la barrière gazeuse protectrice au moyen d'au moins une deuxième enceinte protectrice agencée autour d'au moins une partie de la première enceinte de protection et ouverte au niveau de l'extrémité inférieure de la première enceinte de protection, ladite deuxième enceinte protectrice étant alimentée en gaz sec a une pression supérieure à la pression régnant à l'intérieur de la première enceinte de protection et supérieure à la pression atmosphérique régnant à l'extérieur de la deuxième enceinte protectrice.
Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le gaz sec est de l'air ou de l'azote, de préférence de l'azote.
- le gaz sec est de l'azote provenant du dispositif d'échappement d'un échangeur thermique de l'installation et/ou du ciel gazeux de la source de fluide cryogénique.
- le fluide cryogénique distribué par la ou les buses de l'outil est à une pression d'au moins 300 bar, de préférence entre 2000 et 5000 bar, et à une température inférieure à -1400C, de préférence entre environ -140 et -1800C.
- les impuretés atmosphériques sont la vapeur d'eau.
- le débit du gaz sec alimentant l'intérieur de la deuxième enceinte protectrice est compris entre 1 000 et 20 000 1/min, de préférence entre 5 000 et 15 000 1/min. Par ailleurs, l'invention concerne aussi un procédé de traitement de surface, de décapage ou d'écroutage, d'un matériau par fluide cryogénique à haute pression, dans lequel on met en œuvre une installation ou un procédé selon l'invention.
L'invention va maintenant être décrite plus en détail en références aux Figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 schématise le fonctionnement d'une installation de travail mettant en œuvre des jets cryogéniques sous très haute pression,
- les Figures 2a (vue de côté) et 2b (vue de dessous) schématisent l'outil porte -buses équipant l'installation de la Figure 1, - la Figure 3 schématise un système d'aspiration classique équipant l'outil porte-buses équipant l'installation de la Figure 1, et
- la Figure 4 schématise un mode de réalisation d'un système d'aspiration selon la présente invention équipant l'outil porte -buses équipant l'installation de la Figure 1.
La Figue 1 schématise une installation classique de décapage, de traitement de surface ou analogue par jets de liquide cryogénique comportant habituellement un réservoir de stockage 1, telle une citerne, d'azote liquide (ci-après appelé LN2) qui alimente, via une ligne d'amenée 6 d'azote liquide sous basse pression, c'est-à-dire à environ de 3 à 6 bar et à une température de -1800C environ, un dispositif de compression 2, avec compresseur et échangeur thermique amont interne permettant une mise à ultra haute pression (UHP) de l'azote liquide. Le dispositif de compression 2 permet donc de réaliser la compression du LN2 provenant du réservoir de stockage 1.
Le LN2 à la première pression (UHP) est alors véhiculé via une ligne de convoyage (7), jusqu'à un échangeur thermique aval 3 externe où le LN2 UHP subit un refroidissement avec de l'azote liquide à pression atmosphérique (en 9), pour obtenir typiquement de l'azote liquide UHP.
Il en résulte du LN2 à une pression (UHP) typiquement supérieure à 300 bar, généralement comprise entre 2000 bar et 5000 bar, avantageusement comprise entre environ 3000 et 4000 bar, et à une température inférieure à -1400C, typiquement entre -1400C et - 1800C, par exemple de l'ordre d'environ -150 à -1600C, qui est envoyé (en 8) vers l'outil 4 de décapage ou analogue délivrant un ou plusieurs jets d'azote liquide UHP, en général plusieurs jets.
Le réservoir 1 de grande capacité, telle une citerne de camion ou un réservoir de stockage de plusieurs milliers de litres d'azote liquide, est généralement situé à l'extérieur des bâtiments, c'est-à-dire à l'air libre. Il peut être fixe ou mobile. Le réservoir 1 de grande capacité est relié de manière classique à l'installation, c'est-à- dire au moyen de tuyauteries calorifugées comprenant une ou des vannes de contrôle... En outre, le convoyage du LN2 entre les différents éléments du système se fait également via des canalisations calorifugées. Le débit global gazeux est approximativement de 20 1/min soit 15 m3/min. En général, le dispositif de compression 2, l'échangeur externe 3 et surtout l'outil 4 sont en principe situés dans un ou des bâtiments.
Au cours du fonctionnement du procédé de traitement thermique ou analogue, il s'échappe continuellement de l'azote gazeux à pression atmosphérique (environ 1 bar) et à environ -196°C des deux échangeurs, à savoir de l'échangeur amont du dispositif de compression 2 et de l'échangeur aval 3.
Cet échappement d'azote gazeux se fait via un dispositif d'échappement, tel un évent ou analogue, agencé sur chacun desdits échangeurs thermiques 2, 3.
Dans les installations de l'art antérieur, cet azote relargué n'est pas réutilisé mais est généralement collecté et évacué hors des bâtiments pour éliminer les risques d'anoxie des personnels, c'est-à-dire qu'il constitue un gaz-déchet qui est évacué à l'atmosphère.
Par ailleurs, pour augmenter la taille de la surface traitée, c'est-à-dire décapée ou analogue, on utilise typiquement un outil 4 équipé de buses 11 du type de celles utilisées dans les procédés à jet d'eau UHP, mais alimentées ici par du LN2 UHP (en 8) et que l'on met en rotation ou en oscillation de manière à obtenir des jets rotatifs ou oscillants 12 de LN2 UHP qui sont utilisés pour décaper (ou de façon équivalente) la surface à traiter, comme illustré sur les Figures 2a (vue de côté) et Figure 2b (vue de dessous).
De façon connue en soi, l'outil 4 porte-buses est habituellement mis en rotation par un jeu de pignons, avec ou sans courroie de transmission, mu par un moteur électrique ou pneumatique par l'intermédiaire d'un premier arbre ou axe de transmission rotatif relié au moteur, d'une boite, d'un boitier ou d'une enceinte de transmission comprenant un mécanisme de transmission à jeu de pignons interne et d'un deuxième arbre ou axe de transmission ici rotatif relié quant à lui à l'outil 4 mobile muni des buses.
Comme illustré en Figure 3, afin de limiter les risques d'anoxie pour l'opérateur engendrés par de l'azote gazeux amené par la ligne d'amenée 8 et ensuite délivré par les buses
11 qui serait relâché et qui s'accumulerait dans le local où a lieu le traitement de surface, une première enceinte protectrice 20 formant une cloche d'aspiration est en général agencée autour de l'outil 4 porte-buses qui distribue les jets 12 d'azote liquide. La cloche 20 comporte une extrémité inférieure ouverte qui vient se positionner en regard de la surface à traiter et par laquelle sortent les jets 12 de liquide cryogénique sous pression distribués par les buses 11.
Cette cloche 20 est en général équipée, à son extrémité inférieure qui vient en contact avec ou est à proximité immédiate de la surface à décaper, d'une bavette ou jupe 21 flexible servant à assurer une fonction de barrière mécanique et d'étanchéité entre la cloche d'aspiration 20 et la surface à traiter. Cette bavette ou jupe 21 peut être dotée d'une (ou plusieurs) rangée de poils flexibles, d'une bande élastique (caoutchouc, cuir, élastomère...), d'un ou plusieurs boudins de mousse...
Un système d'aspiration 25 par dépression classique, comprenant une pompe aspirante, un ou plusieurs filtres ou d'autres dispositifs de purification ou de filtration, est en communication fluidique avec l'intérieur de la cloche 20 d'aspiration permet d'aspirer efficacement les résidus de surface et d'éviter par ailleurs le relargage d'azote dans la pièce où s'effectue le traitement de surface.
Dit autrement, la cloche d'aspiration 20 constitue une enceinte en dépression englobant l'outil 4, ce qui permet de récupérer et d'évacuer tout ou partie de l'azote délivré par les buses 11, ainsi que les poussières générées par le procédé de décapage ou analogue. La pression Pl régnant dans la cloche 20 est préférentiellement inférieure à la pression atmosphérique Po régnant hors de la cloche 20, c'est-à-dire dans la pièce où est installé l'outil 4.
Or, de l'air ambiant, de l'humidité et des poussières peuvent être aspirés et conduire progressivement à une mauvaise étanchéité de la cloche d'aspiration 20 et/ou à un colmatage des filtres ou autres dispositifs de purification ou de filtration équipant le système d'aspiration 25.
Pour y remédier, selon la présente invention, à l'installation de la Figure 3 a été incorporée un système de protection par rideau ou barrière de gaz comprenant une deuxième enceinte protectrice 23 venant recouvrir la cloche d'aspiration 21, de manière à former un double capotage ou une double-enveloppe autour de l'outil 4. Cette deuxième enceinte protectrice 23 peut avoir ou non une bavette ou une rangée de poils, comme la cloche d'aspiration 20.
Afin d'obtenir le rideau ou la barrière gazeux souhaité autour de la cloche 20, un flux de gaz sec et propre en surpression (P2) de la pression atmosphérique (Po) est introduite dans la deuxième enceinte protectrice 23 de manière à y créer une atmosphère en surpression gazeuse constituant la barrière gazeuse souhaitée.
La deuxième enceinte protectrice 23 fait donc office de barrière mécanique mais sert surtout à la création d'une barrière pneumatique isolante autour de la cloche 20 destinée empêcher l'entrée des impuretés atmosphérique, en particulier de la vapeur d'eau (humidité) au sein de la cloche 20, ce qui résout les problèmes susmentionnés.
En effet, comme la pression Pl de gaz sec dans la cloche d'aspiration 20 est inférieure à la pression P2 dans la deuxième enceinte protectrice 23, le gaz sec circulant de la deuxième enceinte protectrice 23 vers la cloche d'aspiration 20 est aspiré par le système d'aspiration 25 et dans le même temps, comme la pression P2 est supérieure à la pression atmosphérique PO externe (i.e., 1 bar environ), il n'y a pas d'air humide dans le double capotage donc a fortiori pas non plus dans le système d'aspiration 25. De là, tout risque de formation de glace sur les poils de la bavette 21 de la cloche d'aspiration 20 et par ailleurs de colmatage par l'humidité des filtres du système d'aspiration 25 et de filtration est écarté.
La deuxième enceinte protectrice 23 peut venir recouvrir tout ou partie de la cloche d'aspiration 21. Préférentiellement, elle recouvre au moins la partie basse de la cloche 20, c'est- à-dire l'extrémité de la cloche 20 située en regard de la surface à traitée et portant la bavette ou jupe protectrice flexible en contact avec la surface à traiter, puisque c'est à ce niveau que peut principalement pénétrer l'air humide néfaste.
L'amenée du gaz sec dans l'enceinte protectrice 23 se fait classiquement par une ligne d'alimentation en gaz 26 par exemple, de préférence équipée d'un dispositif de contrôle et/ou réglage de débit 27 du gaz pouvant comprendre une vanne, un détendeur, un débitmètre ou d'autres dispositifs analogues.
Dans le cadre de la présente invention, on utilise préférentiellement une deuxième enceinte protectrice 23 (ou cloche) pour former le rideau gazeux protecteur autour de la cloche 20 mais il va de soi que tout autre système ou dispositif équivalent peut être utilisé dès lors qu'il permet d'obtenir une barrière gazeuse formée d'un gaz sec en suppression par rapport à la pression atmosphérique et à la pression régnant dans la cloche 20. Dans tous les cas, choisir les pressions Pl et P2 et agencer les éléments du système pour obtenir un rideau gazeux efficace est à la portée de l'homme du métier. II est à souligner qu'on pourrait aussi agencer une troisième enceinte, voire une quatrième enceinte ou plus, autour de la deuxième enceinte et y distribuer également du gaz sec de manière à créer plusieurs barrières gazeuses (i.e. rideaux gazeux) successives et à améliorer ainsi encore l'efficacité du procédé et du dispositif de l'invention.
Le gaz sec sous pression utilisé peut être de l'air sec débarrassé de toute humidité ou presque, ou alors un gaz neutre ou inerte sec, en particulier de l'azote sec, qui peut être un gaz- déchet du procédé ou alors un gaz conditionné en bouteilles de gaz ou en tout autre type de récipient ou réservoir de stockage de gaz, ou alors un gaz véhiculé par une canalisation de gaz ou un réseau de canalisations.
Dans le cadre de l'invention, on appelle « gaz sec », un gaz ou mélange gazeux contenant moins de 10 % en volume de vapeur d'eau, en particulier moins de 5% en volume de vapeur d'eau et préférentiellement dépourvu de vapeur d'eau.
Le gaz sec utilisé peut être comprimé par un compresseur dédié équipé ou non de filtres ou tout autre moyen de purification de gaz, d'une canalisation d'amenée de gaz ou d'un réseau de canalisations. Toutefois, on préfère utiliser de l'azote sec formant le ciel gazeux de la citerne ou réservoir 1 mais plus préférentiellement de l'azote constituant un gaz-déchet ou gaz d'évent qui est habituellement évacué à l'atmosphère via les évents ou analogues équipant les échangeurs thermiques amont 2 ou aval 3 de l'installation de la Figure 1. En effet, au cours du fonctionnement du procédé de traitement thermique, il s'échappe continuellement de l'azote gazeux à pression atmosphérique (environ 1 bar) et à -196°C environ de l'échangeur amont et de l'échangeur aval 3 du dispositif de compression 2, cet échappement d'azote gazeux se faisant via des dispositifs d'échappement, tel des évents ou analogues, agencés sur lesdits échangeurs thermiques 2, 3. Récupérer ce gaz-déchet formé d'azote sec est particulièrement avantageux car il permet d'utiliser une source de gaz disponible et de la valoriser au lieu de le rejeter à l'atmosphère. Autrement dit, on opère un recyclage de l'azote évacué par le ou les évents des échangeurs thermiques de l'installation vers l'intérieur de la deuxième enceinte protectrice 23 de sorte d'y créer une surpression gazeux et obtenir la barrière pneumatique isolante souhaitée. De préférence, le débit du gaz sec, notamment d'azote, est supérieur à la différence de débit entre le débit de l'aspiration par les moyens d'aspiration et le débit d'azote liquide puis gazeux éjecté pour le traitement de surface par les buses 11.
Afin de vérifier l'efficacité de la solution de la présente invention, une installation selon la Figure 1 a été mise en œuvre de manière classique, comme illustré en Figure 3, et à titre comparatif, avec deuxième enceinte protectrice 23, comme illustré en Figure 4 selon l'invention.
Dans les deux cas, le débit d'azote gazeux, sortant liquide sous forme de jets 12 distribués par les buses 11 de l'outil 4, est de 300 m /h, alors que le débit d'aspiration par le système d'aspiration 25 est de 1 000 m3/h. La pression Pl régnant dans la cloche d'aspiration est comprise entre 0.60 et 0.99 bar, de préférence entre 0.90 et 0.98 bar, avantageusement de l'ordre de 0.95 bar environ.
Sans double capotage et sans arrivée de gaz sec, c'est-à-dire avec le dispositif classique de la Figure 3, environ 700 m3/h d'air sont aspirés via la cloche d'aspiration 20, soit pour de l'air contenant 50% d'humidité, environ 350 m /h d'humidité gazeuse, ce qui équivaut à environ 280 kg d'eau liquide par heure.
A titre comparatif, avec le dispositif selon l'invention illustré en Figure 4, le fait d'ajouter la deuxième enceinte protectrice 23 autour de la cloche d'aspiration 20 et d'y introduire 700 m3/h de gaz sec, à savoir de l'azote-déchet issu des évents des échangeurs thermiques amont et aval, régulé par un système de contrôle/réglage de débit permet de réduire la quantité de vapeur d'eau (humidité) à quasi zéro puisque l'air extérieur n'est plus aspiré du fait de la barrière pneumatique créée par le rideau d'azote distribué par l'enceinte protectrice 23. Ici, la pression Pl régnant dans la cloche d'aspiration est aussi de l'ordre de 0.95 bar, alors que la pression régnant dans la deuxième enceinte protectrice 23 est supérieure ou égale à la pression atmosphérique, typiquement de l'ordre de 1.05 bar environ.
La présente invention est applicable dans toute opération de traitement par jets de fluide cryogénique, en particulier de traitement de surface, de décapage ou d'écroutage, d'un matériau, tel les métaux, le béton, la pierre, les plastiques, le bois etc.

Claims

Revendications
1. Installation de travail mettant en œuvre au moins un jet de fluide à température cryogénique sous haute pression comprenant : - une source (1) de fluide à température cryogénique relié fluidiquement à un outil mobile (4) comportant une ou plusieurs buses (11) de distribution de fluide pour distribuer un ou plusieurs jets dudit fluide à température cryogénique sous haute pression, et
- une première enceinte de protection (20) agencée autour de l'outil mobile (4) et raccordée fluidiquement à des moyens d'aspiration (25), ladite première enceinte de protection (20) comprenant une extrémité inférieure ouverte, située du côté de la ou des buses (1 1) de distribution de fluide, de manière à former une cloche d'aspiration autour de l'outil (4), caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens d'étanchéité gazeuse (23) aptes à et conçus pour former au moins une barrière gazeuse protectrice au moins au niveau de l'extrémité inférieure de la première enceinte de protection (20) et sur au moins une partie de la périphérie de ladite première enceinte de protection (20), lesdits moyens d'étanchéité gazeuse
(23) comprenant au moins :
- une deuxième enceinte protectrice (23) agencée autour d'au moins une partie de la première enceinte de protection (20) et ouverte au niveau de l'extrémité inférieure de la première enceinte de protection (20), et - des moyens d'alimentation en gaz sec (26, 27) reliés fluidiquement à ladite deuxième enceinte protectrice (23) pour alimenter l'intérieur de ladite deuxième enceinte protectrice (23) ledit gaz sec.
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation (28) en gaz sec comprennent une source d'azote sec.
3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation (28) en gaz sec comprennent une source d'air sec.
4. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un échangeur thermique (2 ; 3) comprenant un dispositif d'échappement, en particulier un évent, agencé entre la source (1) de fluide à température cryogénique et l'outil rotatif (4), les moyens d'alimentation (26, 27) en gaz sec étant relié fluidiquement audit dispositif d'échappement de manière à pouvoir récupérer au moins une partie du gaz s'échappant par ledit dispositif d'échappement et l'introduire subséquemment dans ladite deuxième enceinte protectrice (23).
5. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la source (1) de fluide à température cryogénique est un réservoir contenant un liquide cryogénique surmonté d'un ciel gazeux, les moyens d'alimentation en gaz sec étant relié fluidiquement au ciel gazeux de la source (1) de fluide à température cryogénique.
6. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation en gaz sec convoyant le gaz sec jusqu'à l'enceinte protectrice (23) comprennent au moins une ligne d'alimentation en gaz (26), de préférence la ligne d'alimentation en gaz (26) est équipée d'un dispositif de contrôle et/ou réglage de débit (27) du gaz.
7. Procédé pour éviter ou pour minimiser la contamination par des impuretés atmosphériques de l'intérieur de la première enceinte de protection (20) agencée autour de l'outil mobile (4) d'une installation de travail mettant en œuvre au moins un jet de fluide à température cryogénique sous haute pression délivré par une ou plusieurs buses (11) équipant un outil mobile (4), notamment une installation de travail selon l'une des revendications 1 à 6, ladite extrémité inférieure de la première enceinte de protection (20) étant positionnée en regard d'une surface à traiter, caractérisé en ce qu'on amène un gaz sec et on forme au moins une barrière gazeuse protectrice au moins au niveau de l'extrémité inférieure de la première enceinte de protection (20) et sur au moins une partie de la périphérie de ladite première enceinte de protection (20), la barrière gazeuse protectrice étant formée au moyen d'au moins une deuxième enceinte protectrice (23) agencée autour d'au moins une partie de la première enceinte de protection (20) et ouverte au niveau de l'extrémité inférieure de la première enceinte de protection (20), ladite deuxième enceinte protectrice (23) étant alimentée en gaz sec a une pression (P2) supérieure à la pression régnant à l'intérieur de la première enceinte de protection (20) et supérieure à la pression atmosphérique régnant à l'extérieur de la deuxième enceinte protectrice (23).
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz sec est de l'air ou de l'azote.
9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le gaz sec est de l'azote provenant du dispositif d'échappement d'un échangeur thermique de l'installation et/ou du ciel gazeux de la source (1) de fluide cryogénique.
10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le fluide cryogénique distribué par la ou les buses de l'outil (4) est à une pression d'au moins 300 bar, de préférence entre 2000 et 5000 bar, et à une température inférieure à -1400C, de préférence entre environ -140 et -1800C.
11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que les impuretés atmosphériques sont la vapeur d'eau.
12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11 , caractérisé en ce que le débit du gaz sec alimentant l'intérieur de la deuxième enceinte protectrice (23) est compris entre 1 000 et 20 000 1/min, de préférence entre 5 000 et 15 000 1/min.
13. Procédé de traitement de surface, de décapage ou d'écroutage, d'un matériau par fluide cryogénique à haute pression, dans lequel on met en œuvre une installation selon l'une des revendications 1 à 6 ou un procédé selon l'une des revendications 7 à 12.
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