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WO2000043762A1 - Procede et dispositif de detection de la formation d'un depot de matiere sur une face d'un capteur de flux thermique - Google Patents

Procede et dispositif de detection de la formation d'un depot de matiere sur une face d'un capteur de flux thermique Download PDF

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Publication number
WO2000043762A1
WO2000043762A1 PCT/FR2000/000092 FR0000092W WO0043762A1 WO 2000043762 A1 WO2000043762 A1 WO 2000043762A1 FR 0000092 W FR0000092 W FR 0000092W WO 0043762 A1 WO0043762 A1 WO 0043762A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
fluid
face
deposit
temperature difference
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.)
Ceased
Application number
PCT/FR2000/000092
Other languages
English (en)
Inventor
Thierry Botrel
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.)
Elf Exploration Production SAS
Original Assignee
Elf Exploration Production SAS
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 Elf Exploration Production SAS filed Critical Elf Exploration Production SAS
Publication of WO2000043762A1 publication Critical patent/WO2000043762A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2805—Oils, i.e. hydrocarbon liquids investigating the resistance to heat or oxidation

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for detecting the formation of a deposit on one face of a sensor for measuring heat flow in contact with a fluid.
  • a known method for detecting the formation of hydrates in a gas transport pipe is described in the document SU 1 690 800 of 15.11.1989. This method consists in creating a restriction on the gas pipe on the passage of gas and in measuring the pressure and the temperature of the gas upstream and downstream of this restriction. The values which result from these measurements are processed by a microcomputer to calculate the temperature value downstream of the restriction and compare it with the measured temperature.
  • the parameters used for the calculation of the temperature downstream of the restriction are determined experimentally under conditions such that hydrates cannot form.
  • This method is limited to detecting the formation of hydrates in moving gas pipes and requires the installation of a restriction on the pipe which generates a pressure drop.
  • the device constituting the restriction must be rid of the hydrates after their detection so that it regains its detection capacity. This operation requires either disassembly or the injection of chemicals into the pipe.
  • This method is imprecise because it is sensitive to many parameters such as the density and nature of the fluid, its temperature and its load of solid particles. By its nature, it does not allow early detection of the formation of a deposit since it is efficient only if the layer of material at a certain thickness determined by the sensitivity of the device used to implement this method. In addition, this method requires complex signal processing.
  • the object of the present invention is precisely to remedy these drawbacks and in particular to provide a method and a device for detecting ia formation of a deposit of material contained in a fluid in liquid or gaseous form, stationary or in motion, on one face of a heat flow sensor in contact with the fluid.
  • the present invention provides a method for detecting the formation of a deposit of material contained in a fluid, on a first face of a heat flow sensor in contact with the fluid, said sensor comprising a second separate face. of the fluid, which process is characterized in that it consists:
  • the temperature difference ⁇ T between the fluid and the second face of the sensor has an absolute value of between 0.5 and 25 ° C and its sign is chosen so as to thermodynamically promote the formation of the deposit .
  • the deposit formed being a hydrate and the fluid comprising hydrocarbons
  • the temperature difference ⁇ T between the fluid and the second face of the sensor is between +0.5 and + 20 ° C.
  • the deposit formed being a paraffin and the fluid comprising hydrocarbons in liquid form
  • the temperature difference ⁇ T between the fluid and the second face of the sensor is between +1 and + 20 ° C.
  • the deposit formed being ice and the fluid being a gas containing water, the temperature difference ⁇ T between the fluid and the second face of the sensor is between +0.5 and + 2 ° C.
  • the deposit formed being a solid product of the type having reverse solubility in water and the fluid containing water, the temperature difference ⁇ T between the fluid and the second face of the sensor is between -0.5 and -20 ° C.
  • the reference heat flux is determined by calculation.
  • the reference heat flux is determined experimentally by measurement under the fluid flow conditions.
  • the method of the invention further consists, after detection of the formation of a deposit of material on the first face of the heat flux sensor, in eliminating said deposit while maintaining a temperature difference between the fluid and the second face of the sensor, of opposite sign to the temperature difference ⁇ T for a predetermined time experimentally.
  • the present invention also relates to a device for detecting the formation of a deposit of material contained in a fluid, on a first face of a heat flow sensor in contact with the fluid, said sensor comprising a second face separated from the fluid. and delivering on an output a signal representative of the heat flux circulating between its two faces, which device is characterized in that it further comprises:
  • means for adjusting the temperature of the second face of the heat flow measurement sensor comprising a control input
  • a regulator comprising a measurement input connected to the output of the means for measuring the temperature difference ⁇ T and an output connected to the control input of the means for adjusting the temperature of the second face of the heat flow sensor, for keep the temperature difference ⁇ T at a constant setpoint
  • means for processing the signal delivered by the heat flow sensor connected to the output of said sensor, which comprise: a calculation module for calculating the variations in the heat flow flowing between the two faces of the heat flow sensor, by relative to a reference heat flux equal to the heat flux which circulates between the two faces of the sensor in the absence of material deposition on the first face, the temperature difference between the first and the second face of the sensor being equal to ⁇ T,
  • a detection module for detecting the calculated variations greater than a threshold, said variations translating the formation of a deposit of material on the first face of the heat flux sensor and delivering on an output a signal indicative of the formation of a deposit.
  • the setpoint of the temperature difference regulator ⁇ T between the fluid and the second face of the sensor has an absolute value of between 0.5 and 25 ° C and its sign is chosen so as to favor thermodynamically the formation of the deposit.
  • the deposit formed being a hydrate and the fluid comprising hydrocarbons in gaseous form and water, the value of the regulator setpoint is between +0.5 and + 20 ° C.
  • the deposit formed being a paraffin and the fluid comprising hydrocarbons in liquid form
  • the value of the regulator setpoint is between +1 and + 20 ° C.
  • the deposit formed being ice and the fluid being a gas containing water
  • the value of the setpoint of the regulator is between +0.5 and + 2 ° C.
  • the deposit formed being a solid product of the type having reverse solubility in water and the fluid containing water
  • the value of the setpoint of the regulator is between - 0.5 and -20 ° C.
  • the means for adjusting the temperature of the second face of the heat flow measurement sensor are of the refrigeration type.
  • the device of the invention comprises means for memorizing the value of the reference heat flux.
  • the reference heat flux is determined by calculation. According to another characteristic of the invention, the reference heat flux is determined experimentally by measurement under the fluid flow conditions.
  • the device of the invention further comprises means for maintaining a temperature difference between the fluid and the second face of the sign sensor opposite to the temperature difference ⁇ T for a predetermined time, to eliminate the deposit formed on the first face of the heat flow sensor.
  • FIG. 1 shows schematically a first embodiment according to the description of the invention usable for the detection of the formation of hydrates on one side of a heat flow sensor placed in a gas transport pipe.
  • FIG. 2 schematically represents a second embodiment of the invention in accordance with the description of the invention which includes means for removing deposits detected according to the first embodiment,
  • FIG. 3 shows schematically a third embodiment according to the description of the invention usable for the detection of the formation of a deposit of calcium carbonate on one side of a heat flow sensor placed in a transport pipe d 'a fluid containing water.
  • FIG. 1 schematically represents a first embodiment of the device of the invention usable for detecting the formation of a hydrate deposit 1 on a first face 4 of a heat flow sensor 5, placed inside a pipe 2 for transporting a fluid 3 containing gaseous hydrocarbons and water vapor, the face 4 of this sensor 5 being in contact with the fluid 3.
  • the heat flow sensor 5 has a second face 6 and delivers on an output 7 an electronic signal representative of the heat flow which circulates between the two faces 4 and 6.
  • the heat flow is defined as the amount of heat exchanged by the fluid 3 with the side 4 of the sensor 5, per unit of time and per unit of area, it is generally expressed in Watt / cm2. Its sign is representative of the sense of exchange.
  • the regulator 16 calculates the difference between the difference ⁇ T of measured
  • the device of the invention according to the first embodiment also includes processing means 18 which include: - an indicator 23 of heat flow, the input of which is connected to the output 7 of the sensor 5 of heat flow which displays the value of said flux,
  • a calculation module 19 provided with an input connected to the output 7 of the heat flow sensor 5 which continuously calculates the variations in the value of the heat flow measured by the sensor 5, with respect to a reference value equal to the value of the heat flux measured by the sensor 5 in the absence of a deposit.
  • the calculation module 19 delivers on an output 20 a signal representative of said variations.
  • a detection module 21 provided with an input connected to the output 20 of the calculation module 19 which detects variations in the heat flux measured by the sensor 5 greater than a predetermined threshold and delivers on an output 22 a signal indicative of the training of a deposit of material on the face 4 of the sensor 5.
  • thermocouple 10 The heat flow sensor 5, the thermocouple 10 and the cooling element 8 are mounted on a support integral with the pipe 2 not shown in Figure 1.
  • the pipe 2 has not shown in Figure 1 sealed passages for passage electrical connections between the elements placed inside the pipe and those installed outside.
  • the temperature difference ⁇ T between the temperature T2 of the fluid 3 and the temperature T1 of the face 6 of the heat flow sensor 5 is kept constant by the regulator 26 which acts on the cooling element 8. This difference is equal to the regulator setpoint, for example
  • a reference heat flow Fref is established between the two faces 4 and 6 of the flow sensor 5.
  • the reference flow Fref can be either calculated, or measured in the laboratory, or measured when the device is put into service before the formation of a deposit or by creating conditions in the pipeline which guarantee the absence of a deposit, for example by injecting in driving a hydrate formation inhibitor such as a glycol.
  • the value of Fref read on the indicator 23 in the absence of a deposit is introduced into the module 19 of calculation by conventional means not shown in FIG. 1 and stored in this module.
  • the calculation module 19 determines the value of the difference between the heat flux measured by the sensor 5 and the reference Fref value stored in said module.
  • the calculation module 19 delivers on its output 20 a signal representative of the value of the difference between the measured heat flux and the value of the reference heat flux, therefore also representative of the formation of a hydrate deposit on face 4 of the sensor 5.
  • the detector 21 compares the signal delivered by the calculation module 19 to a predetermined threshold and in the event of overshooting delivers on its output 22 a significant electrical signal of the formation of a hydrate deposit on the face 4 of the sensor 5.
  • the threshold against which the signal delivered by the module 19 is compared is either calculated or determined experimentally as a function of the detection sensitivity sought. It is a function of the thermal conductivity of the hydrates formed and of the value of the setpoint ⁇ Tc, for a given fluid and a heat flux sensor.
  • FIG. 2 schematically represents a second embodiment of the device of the invention usable for detecting the formation of a deposit the paraffin wax on a first face 4 of a heat flow sensor 5, placed in a pipe 2 for transporting a fluid 3 containing paraffinic hydrocarbons, the face 4 of the sensor 5 being in contact with the fluid 3.
  • the device of the invention according to this second embodiment comprises the same elements as those described for the first embodiment and in addition to the means for removing the deposit of paraffins formed on the face 4 of the sensor 5.
  • These means for eliminating the deposit formed comprise an electrical resistor 26 in contact with the cooler 8 supplied through a switch 24 from an electrical supply 25.
  • the regulator 16 After detecting a deposit of paraffins on the face 4 of the heat flow sensor 5, the regulator 16 is put out of service and the switch 24 is closed. As the resistor 26 is supplied, it heats the heat flow sensor 5, which has the effect of liquefying the paraffins previously formed by cooling the face 4 of the sensor 5. The paraffins thus liquified are entrained by the fluid 3.
  • This advantage is particularly advantageous when the detection device is difficult to access or located in a dangerous zone.
  • FIG. 3 schematically represents a third embodiment of the device of the invention usable for detecting the formation of a deposit 1b of calcium carbonate on a first face 4 of a sensor 5 of heat flow, placed in a pipe 2 transporting a fluid 3 containing water from an oil deposit, the face 4 of the sensor 5 being in contact with the fluid 3.
  • Calcium carbonate is a solid of the type exhibiting reverse solubility in water, that is to say a solid whose solubility in water decreases when the temperature increases.
  • a heating element 30 of the electrical resistance type in contact with the second face 6 of the sensor 5, the heating power of which is controllable by applying an electrical signal to a control input 31 to adjust the temperature of face 6 of sensor 5.
  • a regulator 32 which comprises a measurement input connected to the output 15 of the means for measuring the temperature difference ⁇ T, an output connected to the input 31 for controlling the heating element 30 and a memory 33 for storing a set value ⁇ Tc.
  • the regulator 32 calculates the difference between the difference ⁇ T of measured temperature and the stored setpoint ⁇ Tc and determines by application of a PID type algorithm the value of the control signal of the heating element 30 and delivers on its output a signal equal to this value.
  • ⁇ T T2 - T1 must be negative. Its absolute value is determined experimentally as a function of the thermal conductivity of the calcium carbonate and the desired detection sensitivity.
  • Fref can either be calculated, or measured in the laboratory, or measured when the device is put into service before the formation of a calcium carbonate deposit or by creating conditions in the pipeline which guarantee the absence of deposit, for example by injecting in the pipe, a solvent for calcium carbonate, for example an acid.
  • the value of Fref read from the indicator 23 in the absence of a deposit is introduced into the module 19 for calculation by conventional means not shown in FIG. 3 and stored in this module.
  • the calculation module 19 determines the value of the difference between the heat flux measured by the sensor 5 and the reference Fref value.
  • the detector 21 compares the signal delivered by the calculation module 19 to a predetermined threshold and in the event of overshoot delivers on its output 22 an electrical signal significant of the formation of a deposit of calcium carbonate on the face 4 of the sensor 5.
  • the threshold against which the signal delivered by the module 19 is compared is either calculated or determined experimentally as a function of the detection sensitivity sought, that is to say the smallest detectable thickness of a deposit.
  • This threshold is a function of the thermal conductivity of the calcium carbonate formed and of the value of the setpoint ⁇ Tc, for a given fluid and a heat flux sensor.
  • the method and device of the invention are very insensitive to solid particles suspended in the fluid and allow the detection of deposits from moving or stationary fluids.
  • the heat flow sensor used for the implementation of the invention being of small size it is easy to install and disturbs very little the flow of the fluid.
  • the heat flow sensor includes: - an active part made up of 40,000 pairs of micro-thermocouples distributed over a surface of 25 cm2, connected in series, which deliver an electrical signal on an output whose amplitude is proportional to the flow thermal which crosses it and the sign of which indicates the direction of the thermal flow, - a protective element constituted by a steel parallelepiped 2 mm thick having two parallel faces of 25 cm2 of surface, on one of which is glued the active part, the other being intended to be in contact with the fluid transported by the pipe.
  • the sensor thus formed comprises a first face in contact with the fluid transported by the pipe and a second face bonded to a cooling element of the Peltier effect type.
  • the sensor-cooler assembly is installed in the pipe by means of a suitable support.
  • a first type E thermocouple is placed between the second face of the sensor and the cooling element to measure the temperature T1 of the second face of the sensor.
  • a second type E thermocouple is placed in the pipe to measure the temperature T2 of the fluid transported.
  • T2 represents the temperature of the fluid transported
  • T1 represents the temperature of the second face of the sensor
  • Rtot represents the total thermal resistance of the thermal circuit which connects the transported fluid and the cooling element.
  • Rtot Rfl + Rd + Rp + Rcapt In which:
  • Rfl represents the thermal resistance of the transported fluid
  • Rd represents the thermal resistance of the hydrate deposit on the first face of the heat flow sensor
  • Rp represents the thermal resistance of the protective element
  • Rcapt represents the thermal resistance of the sensor
  • ⁇ d the thermal conductivity of hydrates
  • ⁇ p the thermal conductivity of steel constituting the protective element
  • S represents the surface of the sensor Ed represents the thickness of the hydrate deposit
  • Ep represents the thickness of the protective element
  • R1 is therefore also a constant.
  • the thermal flux through the sensor being by definition the quantity of heat which circulates through the sensor per unit of time and per unit of surface, this flux is equal to Q / S.
  • T2 - T1 constant, the value of A being constant for a given sensor, the value ⁇ d being constant for a given type of deposit, the voltage U depends only on the thickness Ed of the deposit on the face in contact with the fluid of the sensor protected.
  • the value of the threshold for comparing the variations in flux is adjusted to 42.2 - 23.7, i.e. 18.5 mV, 23.7 corresponding to the representative value of the heat flux for a hydrate thickness of approximately 1 mm.

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Abstract

L'invention concerne la détection de la formation d'un dépôt de matière contenue dans un fluide. Selon l'invention, on mesure la valeur d'un flux thermique qui circule entre la première et la deuxième face (6) d'un capteur (5) de flux thermique placé dans le fluide (3), puis on détecte les variations dudit flux par rapport à un flux thermique de référence qui sont supérieures à un seuil. La première face (4) du capteur (5) de flux thermique étant en contact avec le fluide et une différence de température étant maintenue constante entre le fluide et la deuxième face (6) du capteur (5), lesdites variations traduisent la formation d'un dépôt (1) de matière sur la première face (4) du capteur (5). Elle trouve son application dans l'industrie pétrolière et la pétrochimie pour la détection de la formation d'hydrates, de paraffines, de polymères ou de sels dans des équipements de production, de transport ou de traitement de gaz ou de liquides, ainsi que pour détecter la formation de glace.

Description

WO 00/43762 PCTtFROO/00092
PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION DE LA FORMATION D'UN DEPOT DE MATIERE SUR UNE FACE D'UN CAPTEUR DE FLUX THERMIQUE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection de la formation d'un dépôt sur une face d'un capteur de mesure de flux thermique en contact avec un fluide.
Elle trouve son application dans l'industrie pétrolière et la pétrochimie pour la détection de la formation d'hydrates dans des équipements de production, de transport ou de traitement de gaz ou de liquides et pour la détection de la formation de dépôts de paraffines ou de polymères ou de sels dans des équipements de production, de transport ou de traitement de liquides ou de gaz ou de fluides polyphasiques. Elle trouve aussi son application pour détecter la formation de glace par exemple sur les structures des aéronefs, sur les routes et autoroutes et de manière générale pour détecter la formation de dépôts de matières contenues dans des fluides sur des parois d'équipements utilisés dans les industries chimiques, agroalimentaires et pharmaceutiques.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
La formation de dépôts de matières contenues dans des fluides sur les parois internes d'équipements utilisés pour leur production, leur transport ou leur traitement est un phénomène perturbateur du fonctionnement des installations industrielles qu'il convient généralement de détecter avec certitude le plus tôt possible pour en prévenir ou en limiter les effets.
C'est le cas par exemple de la formation d'hydrates dans les conduites de transport d'hydrocarbures gazeux et de la formation de dépôts de paraffines dans les conduites de transport d'hydrocarbures liquides, qui réduisent la section de passage des conduites et peuvent même entraîner leur bouchage total.
Des phénomènes identiques sont également observés dans les colonnes de distillation de ces produits. Un autre phénomène particulièrement gênant, voire dangereux est la formation sous l'effet du froid de glace sur des parois d'équipements en contact avec de l'air contenant de la vapeur d'eau.
Une méthode connue de détection de la formation d'hydrates dans une conduite de transport de gaz est décrite dans le document SU 1 690 800 du 15.11.1989. Cette méthode consiste à créer sur la conduite de gaz une restriction au passage du gaz et à mesurer la pression et la température du gaz en amont et en aval de cette restriction. Les valeurs qui résultent de ces mesures sont traitées par un microcalculateur pour calculer la valeur de la température en aval de la restriction et la comparer à la température mesurée.
La formation d'hydrates modifiant les conditions thermodynamiques de l'écoulement du gaz, un écart entre la valeur calculée de la température en aval de la restriction et sa valeur mesurée indique la formation d'hydrates.
Les paramètres utilisés pour le calcul de la température en aval de la restriction sont déterminés expérimentalement dans des conditions telles que des hydrates ne puissent pas se former.
Cette méthode est limitée à la détection de la formation d'hydrates dans des conduites de gaz en mouvement et nécessite l'installation d'une restriction sur la conduite qui génère une perte de charge. De plus le dispositif constituant la restriction doit être débarrassé des hydrates après leur détection pour qu'il retrouve sa capacité de détection. Cette opération nécessite soit un démontage, soit l'injection de produits chimiques dans la conduite.
Une autre méthode pour détecter la formation de dépôts de matières contenues dans un fluide est décrite dans le document DE 4414 030 du 10.08.1995, Cette méthode consiste à mesurer au moyen d'ultrasons l'épaisseur de la couche formée sur un support par les matières déposées.
Cette méthode est imprécise car sensible à de nombreux paramètres tels que la densité et la nature du fluide, sa température et sa charge en particules solides. Par nature elle ne permet pas une détection précoce de la formation d'un dépôt puisqu'elle n'est efficiente que si la couche de matière à une certaine épaisseur déterminée par la sensibilité du dispositif utilisé pour mettre en oeuvre cette méthode. De plus cette méthode nécessite des traitements de signaux complexes.
EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention a justement pour objet de remédier à ces inconvénients et notamment de fournir une méthode et un dispositif de détection de ia formation d'un dépôt de matière contenue dans un fluide sous forme liquide ou gazeuse, immobile ou en mouvement, sur une face d'un capteur de flux thermique en contact avec le fluide.
A cette fin, la présente invention propose un procédé de détection de la formation d'un dépôt de matière contenue dans un fluide, sur une première face d'un capteur de flux thermique en contact avec le fluide, ledit capteur comportant une deuxième face séparée du fluide, lequel procédé est caractérisé en ce qu'il consiste :
- à maintenir une différence de température ΔT constante entre le fluide et la deuxième face du capteur,
- à déterminer un flux thermique de référence égal au flux thermique qui circule entre la première et la deuxième face du capteur en l'absence de dépôt de matière sur la première face, la différence de température entre la première et la deuxième face du capteur étant égale à ΔT, - à mesurer en continu la valeur du flux thermique qui circule entre la première et la deuxième face du capteur,
- à détecter des variations supérieures à un seuil, de la valeur du flux thermique mesuré en continu, par rapport au flux thermique de référence, lesdites variations traduisant la formation d'un dépôt de matière sur la première face du capteur de mesure de flux thermique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la différence de température ΔT entre le fluide et la deuxième face du capteur a une valeur absolue comprise entre 0,5 et 25°C et son signe est choisi de manière à favoriser thermodynamiquement la formation du dépôt. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant un hydrate et le fluide comprenant des hydrocarbures, la différence de température ΔT entre le fluide et la deuxième face du capteur est comprise entre +0,5 et +20°C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant une paraffine et le fluide comprenant des hydrocarbures sous forme liquide, la différence de température ΔT entre le fluide et la deuxième face du capteur est comprise entre +1 et +20°C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant de la glace et le fluide étant un gaz contenant de l'eau, la différence de température ΔT entre le fluide et la deuxième face du capteur est comprise entre +0,5 et +2°C. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant un produit solide du type présentant une solubilité inverse dans l'eau et le fluide contenant de l'eau, la différence de température ΔT entre le fluide et la deuxième face du capteur est comprise entre -0,5 et -20°C. Selon une autre caractéristique de l'invention, ie flux thermique de référence est déterminé par calcul.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le flux thermique de référence est déterminé expérimentalement par mesure dans les conditions d'écoulement du fluide.
Selon une autre caractéristique, le procédé de l'invention consiste en plus après détection de la formation d'un dépôt de matière sur la première face du capteur de flux thermique, à éliminer ledit dépôt en maintenant une différence de température entre le fluide et la deuxième face du capteur, de signe opposé à la différence de température ΔT pendant un temps prédéterminé expérimentalement.
La présente invention a aussi pour objet un dispositif pour détecter la formation d'un dépôt de matière contenue dans un fluide, sur une première face d'un capteur de flux thermique en contact avec le fluide, ledit capteur comportant une deuxième face séparée du fluide et délivrant sur une sortie un signal représentatif du flux thermique circulant entre ses deux faces, lequel dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte en plus :
- des moyens de mesure de la différence de température ΔT entre le fluide et la deuxième face du capteur de flux thermique fournissant sur une sortie un signal électronique représentatif de ladite différence de température,
- des moyens de réglage de la température de la deuxième face du capteur de mesure de flux thermique comportant une entrée de commande,
- un régulateur comportant une entrée de mesure raccordée à la sortie des moyens de mesure de la différence de température ΔT et une sortie reliée à l'entrée de commande des moyens de réglage de la température de la deuxième face du capteur de flux thermique, pour maintenir à une valeur constante de consigne la différence de température ΔT,
- des moyens de traitement du signal délivré par le capteur de flux thermique, raccordés à la sortie du dit capteur, qui comprennent : • un module de calcul pour calculer les variations du flux thermique circulant entre les deux faces du capteur de flux thermique, par rapport à un flux thermique de référence égal au flux thermique qui circule entre les deux faces du capteur en l'absence de dépôt de matière sur la première face, la différence de température entre la première et la deuxième face du capteur étant égale à ΔT,
. un module de détection pour détecter les variations calculées supérieures à un seuil, lesdites variations traduisant la formation d'un dépôt de matière sur la première face du capteur de flux thermique et délivrer sur une sortie un signal indicatif de la formation d'un dépôt. Selon une autre caractéristique de l'invention, la consigne du régulateur de la différence de température ΔT entre le fluide et la deuxième face du capteur a une valeur absolue comprise entre 0,5 et 25°C et son signe est choisi de manière à favoriser thermodynamiquement la formation du dépôt. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant un hydrate et le fluide comprenant des hydrocarbures sous forme gazeuse et de l'eau, la valeur de la consigne du régulateur est comprise entre +0,5 et +20°C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant une paraffine et le fluide comprenant des hydrocarbures sous forme liquide, la valeur de la consigne du régulateur est comprise entre +1 et +20°C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dépôt formé étant de la glace et le fluide étant un gaz contenant de l'eau, la valeur de la consigne du régulateur est comprise entre +0,5 et +2°C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, caractérisé en ce que le dépôt formé étant un produit solide du type présentant une solubilité inverse dans l'eau et le fluide contenant de l'eau, la valeur de la consigne du régulateur est comprise entre -0,5 et -20°C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de réglage de la température de la deuxième face du capteur de mesure de flux thermique sont du type frigorifique.
Selon une autre caractéristique, le dispositif de l'invention comporte des moyens de mémorisation de la valeur du flux thermique de référence.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le flux thermique de référence est déterminé par calcul. Selon une autre caractéristique de l'invention, le flux thermique de référence est déterminé expérimentalement par mesure dans les conditions d'écoulement du fluide.
Selon une autre caractéristique, le dispositif de l'invention comporte en plus des moyens de maintien d'une différence de température entre le fluide et la deuxième face du capteur de signe opposé à la différence de température ΔT pendant un temps prédéterminé, pour éliminer le dépôt formé sur la première face du capteur de flux thermique.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation conforme au descriptif de l'invention utilisable pour la détection de la formation d'hydrates sur une face d'un capteur de flux thermique placé dans une conduite de transport de gaz. - la figure 2 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation de l'invention conforme au descriptif de l'invention qui comporte des moyens d'élimination des dépôts détectés selon le premier mode de réalisation,
- la figure 3 représente schématiquement un troisième mode de réalisation conforme au descriptif de l'invention utilisable pour la détection de la formation d'un dépôt de carbonate de calcium sur une face d'un capteur de flux thermique placé dans une conduite de transport d'un fluide contenant de l'eau.
EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTION
D'une manière générale, le procédé et le dispositif de l'invention sont utilisés pour détecter la formation d'un dépôt de matière contenue dans un fluide, sur une surface en contact avec ce fluide. La figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention utilisable pour détecter la formation d'un dépôt 1 d'hydrates sur une première face 4 d'un capteur 5 de flux thermique, placé à l'intérieur d'une conduite 2 de transport d'un fluide 3 contenant des hydrocarbures gazeux et de la vapeur d'eau, la face 4 de ce capteur 5 étant en contact avec ie fluide 3.
Le capteur 5 de flux thermique comporte une deuxième face 6 et délivre sur une sortie 7 un signal électronique représentatif du flux thermique qui circule entre les deux faces 4 et 6. Le flux thermique est défini comme la quantité de chaleur échangée par le fluide 3 avec la face 4 du capteur 5, par unité de temps et par unité de surface, il s'exprime généralement en Watt / cm2. Son signe est représentatif du sens de l'échange.
Le dispositif de l'invention selon le premier de réalisation comporte : - des moyens de mesure de la différence de température ΔT entre le fluide 3 et la deuxième face 6 du capteur 5 de flux thermique, qui comportent un thermocouple 10 qui délivre sur une sortie 11 un signal représentatif de la température Ti de la deuxième face 6 du capteur 5, un thermocouple 12 qui délivre sur une sortie 13 un signal représentatif de la température T2 du fluide 3 et un module 14 de calcul de la différence ΔT = T2 - T1 qui délivre sur une sortie 15 un signal représentatif de cette différence, - un élément 8 refroidisseur du type à effet Peltier, en contact avec la deuxième face 6 du capteur 5, dont la puissance de refroidissement est commandable par application d'un signal électrique sur une entrée 9 de commande pour régler la température de la face 6 du capteur 5, - un régulateur 16 qui comporte une entrée de mesure raccordée à la sortie 15 des moyens de mesure de la différence de température ΔT, une sortie reliée à l'entrée 9 de commande de l'élément refroidisseur 8 et une mémoire 17 de stockage d'une valeur de consigne ΔTc. Le régulateur 16 calcule l'écart entre la différence ΔT de température mesurée et la valeur de consigne ΔTc stockée et détermine par application d'un algorithme du type PID la valeur du signal de commande de l'élément 8 refroidisseur et délivre sur sa sortie un signal égal à cette valeur.
Le dispositif de l'invention selon le premier mode de réalisation comporte aussi des moyens 18 de traitement qui comprennent : - un indicateur 23 de flux thermique dont l'entrée est reliée à la sortie 7 du capteur 5 de flux thermique qui affiche la valeur dudit flux,
- un module 19 de calcul muni d'une entrée reliée à la sortie 7 du capteur 5 de flux thermique qui calcule en continu les variations de la valeur du flux thermique mesuré par le capteur 5, par rapport à une valeur de référence égale à la valeur du flux thermique mesuré par le capteur 5 en l'absence de dépôt. Le module 19 de calcul délivre sur une sortie 20 un signal représentatif desdites variations.
- un module 21 de détection muni d'une entrée reliée à la sortie 20 du module 19 de calcul qui détecte les variations du flux thermique mesuré par le capteur 5 supérieures à un seuil prédéterminé et délivre sur une sortie 22 un signal indicatif de la formation d'un dépôt de matière sur la face 4 du capteur 5.
Le capteur 5 de flux thermique, le thermocouple 10 et l'élément 8 de refroidissement sont montés sur un support solidaire de la conduite 2 non représenté sur la figure 1. La conduite 2 comporte non représentés sur la figure 1 des passages etanches pour le passage des liaisons électriques entre les éléments placés à l'intérieur de la conduite et ceux installés à l'extérieur.
Selon la méthode de l'invention, la différence de température ΔT entre la température T2 du fluide 3 et la température T1 de la face 6 du capteur 5 de flux thermique est maintenue constante grâce au régulateur 26 qui agit sur l'élément 8 refroidisseur. Cette différence est égale à la consigne du régulateur soit par exemple
ΔTc = + 5°C.
Pour une pression donnée du fluide, la formation d'hydrates est favorisée par une baisse de température. La différence de température ΔT = T2 - T1 doit donc être positive. Sa valeur absolue est déterminée expérimentalement en fonction de la nature des hydrates et de la sensibilité de détection souhaitée.
En l'absence de dépôt sur la face 4 du capteur 5, du fait de la différence de température ΔT, un flux thermique de référence Fref s'établit entre les deux faces 4 et 6 du capteur 5 de flux. Le flux de référence Fref peut être soit calculé, soit mesuré en laboratoire, soit mesuré à la mise en service du dispositif avant formation d'un dépôt ou en créant dans la conduite des conditions qui garantissent l'absence de dépôt, par exemple en injectant dans la conduite un inhibiteur de formation d'hydrates tel qu'un glycol. La valeur de Fref lue sur l'indicateur 23 en l'absence de dépôt est introduite dans le module 19 de calcul par des moyens conventionnels non représentés sur la figure 1 et stockée dans ce module.
Le module 19 de calcul détermine la valeur de la différence entre le flux thermique mesuré par le capteur 5 et la valeur Fref de référence stockée dans ledit module.
Cette différence est évidemment nulle en l'absence de dépôt sur la face 4 du capteur 5. Lorsqu'un dépôt d'hydrates se forme sur la face 6 du capteur 5 en contact avec le fluide, les conditions d'échange thermique entre le fluide 3 et la face 4 sont modifiées. Plus précisément la couche d'hydrates formée sur la face 6 du capteur 5 forme une résistance thermique qui s'insère dans le circuit d'échange de chaleur entre le fluide 3 et la face 4 du capteur 5. Etant donné que la différence de température ΔT est maintenue constante par l'action du régulateur, l'augmentation de résistance thermique du circuit d'échange de chaleur entre le fluide 3 et la face 4 du capteur 5 résultant du dépôt d'hydrates, entraîne une diminution du flux thermique qui circule dans ce circuit, lequel est mesuré par le capteur 5.
Le module 19 de calcul délivre sur sa sortie 20 un signal représentatif de la valeur de la différence entre le flux thermique mesuré et la valeur du flux thermique de référence, donc aussi représentatif de la formation d'un dépôt d'hydrates sur la face 4 du capteur 5. Le détecteur 21 compare le signal délivré par le module 19 de calcul à un seuil prédéterminé et en cas de dépassement délivre sur sa sortie 22 un signal électrique significatif de la formation d'un dépôt d'hydrates sur la face 4 du capteur 5.
Le seuil auquel est comparé le signal délivré par le module 19 est soit calculé, soit déterminé expérimentalement en fonction de la sensibilité de détection recherchée. Il est fonction de la conductibilité thermique des hydrates formés et de la valeur de la consigne ΔTc, pour un fluide et un capteur de flux thermique donnés.
La figure 2 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention utilisable pour détecter la formation d'un dépôt l a de paraffines sur une première face 4 d'un capteur 5 de flux thermique, placé dans une conduite 2 de transport d'un fluide 3 contenant des hydrocarbures paraffiniques, la face 4 du capteur 5 étant en contact avec le fluide 3.
Le dispositif de l'invention selon ce deuxième mode de réalisation comporte les mêmes éléments que ceux décrits pour le premier mode de réalisation et en plus des moyens d'élimination du dépôt de paraffines formé sur la face 4 du capteur 5.
Ces moyens d'élimination du dépôt formé comprennent, une résistance 26 électrique en contact avec le refroidisseur 8 alimentée au travers d'un interrupteur 24 à partir d'une alimentation 25 électrique.
Après détection d'un dépôt de paraffines sur la face 4 du capteur 5 de flux thermique le régulateur 16 est mis hors service et l'interrupteur 24 est fermé. La résistance 26 étant alimentée, elle réchauffe le capteur 5 de flux thermique ce qui a pour effet de liquéfier les paraffines précédemment formées par refroidissement de la face 4 du capteur 5. Les paraffines ainsi liquifiées sont entraînées par le fluide 3.
On vérifie que les paraffines déposées sur la face 4 du capteur 5 ont bien été éliminées en constatant que le flux thermique affiché sur l'indicateur 23 est voisin du flux de référence.
Grâce à l'invention il est possible de restituer l'état du capteur sans démontage, ni injection de produit chimique et de vérifier cet état.
Cet avantage est particulièrement intéressant lorsque le dispositif de détection est difficilement accessible ou situé dans une zone dangereuse.
La figure 3 représente schématiquement un troisième mode de réalisation du dispositif de l'invention utilisable pour détecter la formation d'un dépôt 1 b de carbonate de calcium sur une première face 4 d'un capteur 5 de flux thermique, placé dans une conduite 2 de transport d'un fluide 3 contenant de l'eau en provenance d'un gisement pétrolier, la face 4 du capteur 5 étant en contact avec le fluide 3.
Le carbonate de calcium est un solide du type présentant une solubilité inverse dans l'eau, c'est à dire un solide dont la solubilité dans l'eau diminue quand la température augmente.
Le dispositif de l'invention selon ce troisième mode de réalisation comporte :
- des moyens de mesure de la différence de température ΔT entre le fluide 3 et la deuxième face 6 du capteur 5 de flux thermique et des moyens 18 de traitement tels que décrits pour le premier mode de réalisation,
- un élément 30 chauffant du type à résistance électrique en contact avec la deuxième face 6 du capteur 5, dont la puissance de chauffage est commandable par application d'un signal électrique sur une entrée 31 de commande pour régler la température de la face 6 du capteur 5.
- un régulateur 32 qui comporte une entrée de mesure raccordée à la sortie 15 des moyens de mesure de la différence de température ΔT, une sortie reliée à l'entrée 31 de commande de l'élément 30 chauffant et une mémoire 33 de stockage d'une valeur de consigne ΔTc. Le régulateur 32 calcule l'écart entre la différence ΔT de température mesurée et la valeur de consigne ΔTc stockée et détermine par application d'un algorithme du type PID la valeur du signal de commande de l'élément 30 chauffant et délivre sur sa sortie un signal égal à cette valeur.
Selon le troisième mode de réalisation de la méthode de l'invention, la différence de température ΔT entre la température T2 du fluide 3 et la température
T1 de la face 6 du capteur 5 de flux thermique est maintenue constante grâce au régulateur 32 qui agit sur l'élément chauffant 30. Elle est égale à la consigne du régulateur soit par exemple ΔTc = -5°C.
Pour une pression donnée du fluide, la formation de carbonate de calcium étant favorisée par une augmentation de température la différence de température
ΔT = T2 - T1 doit être négative. Sa valeur absolue est déterminée expérimentalement en fonction de la conductibilité thermique du carbonate de calcium et de la sensibilité de détection souhaitée.
En l'absence de dépôt sur la face 4 du capteur 5, du fait de la différence de température ΔT, un flux thermique de référence Fref s'établit entre les deux faces 4 et 6 du capteur 5 de flux. Fref peut être soit calculé, soit mesuré en laboratoire, soit mesuré à la mise en service du dispositif avant formation d'un dépôt de carbonate de calcium ou en créant dans la conduite des conditions qui garantissent l'absence de dépôt, par exemple en injectant dans la conduite un solvant du carbonate de calcium par exemple un acide.
La valeur de Fref lue sur l'indicateur 23 en l'absence de dépôt est introduite dans le module 19 de calcul par des moyens conventionnels non représentés sur la figure 3 et stockée dans ce module.
Le module 19 de calcul détermine la valeur de la différence entre le flux thermique mesuré par le capteur 5 et la valeur Fref de référence.
Cette différence est évidemment nulle en l'absence de dépôt sur la face 4 du capteur 5. Lorsqu'un dépôt de carbonate de calcium se forme sur la face 6 du capteur 5 en contact avec le fluide, les conditions d'échange thermique entre le fluide 3 et la face 4 sont modifiées. Plus précisément la couche de carbonate de calcium formée sur la face 6 du capteur 5 se comporte comme une résistance thermique qui s'insère dans le circuit d'échange de chaleur entre le fluide 3 et la face 4 du capteur 5. Etant donné que la différence de température ΔT est maintenue constante par l'action du régulateur l'augmentation de résistance thermique du circuit d'échange de chaleur entre le fluide 3 et la face 4 du capteur 5 résultant du dépôt de carbonate de calcium, entraîne une diminution du flux thermique qui circule dans ce circuit, lequel est mesuré par le capteur 5. Le module 19 de calcul délivre sur sa sortie 20 un signal représentatif de la valeur de la différence entre le flux thermique mesuré et la valeur du flux thermique de référence, donc aussi représentatif de la formation d'un dépôt sur la face 4 du capteur 5.
Le détecteur 21 compare le signal délivré par le module 19 de calcul à un seuil prédéterminé et en cas de dépassement délivre sur sa sortie 22 un signal électrique significatif de la formation d'un dépôt de carbonate de calcium sur la face 4 du capteur 5.
Le seuil auquel est comparé le signal délivré par le module 19 est, soit calculé, soit déterminé expérimentalement en fonction de la sensibilité de détection recherchée c'est à dire la plus petite épaisseur détectable d'un dépôt. Ce seuil est fonction de la conductibilité thermique du carbonate de calcium formé et de la valeur de la consigne ΔTc, pour un fluide et un capteur de flux thermique donnés.
La méthode et le dispositif de l'invention sont très peu sensibles aux particules solides en suspension dans le fluide et permettent la détection de dépôts à partir de fluides en mouvement ou immobiles.
Le capteur de flux thermique utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention étant de petite taille il est facile à installer et perturbe très peu l'écoulement du fluide.
Enfin un autre avantage de l'invention est que l'amplitude de la variation du flux thermique mesuré donne des indications sur la nature du dépôt et sur son épaisseur.
EXEMPLE :
Détection de la formation d'un dépôt d'hydrates sur une face d'un capteur de flux thermique placé dans une conduite de transport d'un fluide constitué par des hydrocarbures gazeux contenant de la vapeur d'eau.
Le présent exemple chiffré est destiné à mieux faire comprendre la méthode de l'invention.
Le capteur de flux thermique, comporte : - une partie active constituée de 40 000 paires de micro-thermocouples répartis sur une surface de 25 cm2, reliés en série, qui délivrent sur une sortie un signal électrique dont l'amplitude est proportionnelle au flux thermique qui la traverse et dont le signe indique le sens du flux thermique, - un élément protecteur constitué par un parallélépipède en acier de 2 mm d'épaisseur présentant deux faces parallèles de 25 cm2 de surface, sur une desquelles est collée la partie active, l'autre étant destinée à être en contact avec le fluide transporté par la conduite.
Le capteur ainsi constitué comporte une première face en contact avec le fluide transporté par la conduite et une deuxième face collée sur un élément refroidisseur du type à effet Peltier. L'ensemble capteur-élément refroidisseur est installé dans la conduite au moyen d'un support adapté.
Un premier thermocouple de type E est placé entre la deuxième face du capteur et l'élément refroidisseur pour mesurer la température T1 de la deuxième face du capteur.
Un deuxième thermocouple de type E est placé dans la conduite pour mesurer la température T2 du fluide transporté.
Les caractéristiques du capteur de flux thermique données par son constructeur sont les suivantes :
- Surface active : S = 0,0025 m2 - Epaisseur : 0,53 mm
- Résistance thermique : Rcapt = 0,04 K/W
- Sensibilité : A = 0,006 mV / (W/m2)
La quantité de chaleur qui traverse le capteur de flux thermique par unité de temps est donnée par la formule suivante :.
Q = (T2 - T1 ) / Rtot
Dans laquelle :
Q représente la quantité de chaleur qui traverse le capteur par unité de temps, T2 représente la température du fluide transporté,
T1 représente la température de la deuxième face du capteur,
Rtot représente la résistance thermique total du circuit thermique qui relie le fluide transporté et l'élément refroidisseur.
Rtot = Rfl + Rd + Rp + Rcapt Dans laquelle :
Rfl représente la résistance thermique du fluide transporté,
Rd représente la résistance thermique du dépôt d'hydrates sur la première face du capteur de flux thermique,
Rp représente la résistance thermique de l'élément protecteur, Rcapt représente la résistance thermique du capteur
Chacun de ces termes est déterminé par les formules suivantes •
Rfl = 1 / h.S. Rd = Ed/S.λd, Rp = Ep/S.λp h représente le coefficient d'échange thermique entre le fluide transporté et la première face du capteur, λd représente la conductivité thermique des hydrates, λp représente la conductivité thermique de l'acier constituant l'élément protecteur,
S représente la surface du capteur Ed représente l'épaisseur du dépôt d'hydrates
Ep représente l'épaisseur de l'élément protecteur
D'où l'expression de Q :
Q = (T2 - T1 ) / [(1/S.h) + (Ed/S.λd) + (Ep/S.λp) + (Rcapt)]
Si on pose R1 = (1/S)[(1/h) + (Ep/λp) + S.(Rcapt)] on a Q = (T2 - T1 ).S / (R1 + Ed/λd)
Pour un fluide donné h est une constante.
Pour un capteur donné Ep, λp, S et Rcapt sont des constantes.
R1 est donc aussi une constante.
Le flux thermique au travers du capteur étant par définition la quantité de chaleur qui circule au travers du capteur par unité de temps et par unité de surface, ce flux est égal à Q / S.
La tension U du signal électrique délivré par le capteur étant proportionnelle à ce flux thermique elle s'exprime par la formule suivante :
U = A.Q/S = A(T2 - T1 ) / (R1 + Ed/λd) Etant donné que selon la méthode de l'invention on maintient la valeur de
T2 - T1 constante, la valeur de A étant constante pour un capteur donné, la valeur λd étant constante pour un type dépôt donné, la tension U ne dépend que de l'épaisseur Ed du dépôt sur la face en contact avec le fluide du capteur protégé.
Pour des températures T2 = 45 °C et T1 = 30 °C soit une différence de température égale à 15 K, pour des hydrates λd = 0,6 W/m/K, pour le fluide choisi h = 500 W/m2K avec un élément protecteur en acier d'épaisseur Ep = 2 mm, λp = 60 W/m/K on obtient les résultats suivants pour un dépôt d'hydrates d'épaisseur 1 mm :
Rfl = 1 / hS = 1/(500x0,0025) = 0,8 K/W
Rp = Ep / S.λp = 0,002 / 0,0025.60 = 0,013 K/W Rd = Ed / S. λd = 0,001 / 0,0025.0,6 = 0,67 K/W
Rtot = 0,8 + 0,67 + 0,13 + 0,04 = 1 ,52 K/W
Q = (T2 - T1 ) / Rtot = (45 - 15) / 1 ,52 = 9,87 W
Q / S = 9,87 / 0,002 5 = 3 947 W / m2 soit 0,394 7 W/cm2
U = A.Q/S = 0,006x3 947 = 23,68 mV Les valeurs de Rd, Rtot, Q et Q/S en fonction de l'épaisseur Ed du dépôt d'hydrates sont consignées dans le tableau 1 suivant :
Tableau 1
Figure imgf000017_0001
On déduit de ce tableau la valeur de référence du flux thermique qui correspond au flux en l'absence de dépôt d'hydrates, soit Fref = 0,70 W/cm2 pour lequel le capteur de flux thermique délivre une tension de 42,2 mV.
Si l'on souhaite détecter la formation d'un dépôt d'hydrates d'épaisseur supérieure à 1 mm on règle la valeur du seuil de comparaison des variations du flux à 42,2 - 23,7 soit 18,5 mV, la valeur 23,7 correspondant à la valeur représentative du flux thermique pour une épaisseur d'hydrates d'environ 1 mm.

Claims

REVENDICATIONS
- Procédé de détection de la formation d'un dépôt (1 ) de matière contenue dans un fluide (3), sur une première face (4) d'un capteur (5) de flux thermique en contact avec le fluide (3), ledit capteur (5) comportant une deuxième face (6) séparée du fluide (3), lequel procédé est caractérisé en ce qu'il consiste : à maintenir une différence de température ΔT constante entre le fluide (3) et la deuxième face (6) du capteur (5), - à déterminer un flux thermique de référence égal au flux thermique qui circule entre la première et la deuxième face du capteur (5) en l'absence de dépôt de matière sur la première face (4), la différence de température entre la première et la deuxième face (6) du capteur (5) étant égale à ΔT, à mesurer en continu la valeur du flux thermique qui circule entre la première et la deuxième face (6) du capteur (5), à détecter des variations supérieures à un seuil, de la valeur du flux thermique mesuré en continu, par rapport au flux thermique de référence, lesdites variations traduisant la formation d'un dépôt (1 ) de matière sur la première face (4) du capteur (5) de mesure de flux thermique. - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la différence de température ΔT entre le fluide (3) et la deuxième face (6) du capteur (5) a une valeur absolue comprise entre 0,5 et 25°C et son signe est choisi de manière à favoriser thermodynamiquement la formation du dépôt (1 ). - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dépôt (1 ) formé étant un hydrate et le fluide (3) comprenant des hydrocarbures, la différence de température ΔT entre le fluide (3) et la deuxième face (6) du capteur (5) est comprise entre +0,5 et +20°C. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dépôt (1 ) formé étant une paraffine et le fluide (3) comprenant des hydrocarbures sous forme liquide, la différence de température ΔT entre le fluide (3) et la deuxième face (6) du capteur (5) est comprise entre +1 et +20°C. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dépôt (1 ) formé étant de la glace et le fluide (3) étant un gaz contenant de l'eau, la différence de température ΔT entre le fluide (3) et la deuxième face (6) du capteur (5) est comprise entre +0,5 et +2°C. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dépôt (1 ) formé étant un produit solide du type présentant une solubilité inverse dans l'eau et le fluide (3) contenant de l'eau, la différence de température ΔT entre le fluide (3) et la deuxième face (6) du capteur (5) est comprise entre -0,5 et -20°C. / - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérise en ce que le flux thermique de référence est déterminé par calcul.
8- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 6. caractérisé en ce que le flux thermique de référence est déterminé expérimentalement par mesure dans les conditions d'écoulement du fluide (3). - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il consiste en plus après détection de la formation d'un dépôt de matière sur la première face (4) du capteur (5) de flux thermique à éliminer ledit dépôt en maintenant une différence de température entre le fluide (3) et la deuxième face (6) du capteur (5), de signe opposé à la différence de température ΔT pendant un temps prédéterminé expérimentalement.
10- Dispositif pour détecter la formation d'un dépôt (1) de matière contenue dans un fluide (3), sur une première face (4) d'un capteur (5) de flux thermique en contact avec le fluide (3), ledit capteur (5) comportant une deuxième face (6) séparée du fluide (3) et délivrant sur une sortie (7) un signal représentatif du flux thermique circulant entre ses deux faces, lequel dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte en plus :
- des moyens (14) de mesure de la différence de température ΔT entre le fluide (3) et la deuxième face (6) du capteur (5) de flux thermique fournissant sur une sortie (15) un signal électronique représentatif de ladite différence de température,
- des moyens (8) de réglage de la température de la deuxième face (6) du capteur (5) de mesure de flux thermique comportant une entrée (9) de commande, - un régulateur (16) comportant une entrée de mesure raccordée à la sortie
(15) des moyens de mesure de la différence de température ΔT et une sortie reliée à l'entrée (9) de commande des moyens (8) de réglage de la température de la deuxième face (6) du capteur (5) de flux thermique, pour maintenir à une valeur constante de consigne la différence de température ΔT,
- des moyens (17) de traitement du signal délivré par le capteur (5) de flux thermique, raccordés à la sortie (7) du dit capteur (5), qui comprennent :
. un module (19) de calcul pour calculer les variations du flux thermique circulant entre les deux faces du capteur (5) de flux thermique, par rapport à un flux thermique de référence égal au flux thermique qui circule entre les deux faces du capteur (5) en l'absence de dépôt de matière sur la première face (4), la différence de température entre la première et la deuxième face (6) du capteur (5) étant égale à ΔT,
. un module (21 ) de détection pour détecter les variations calculées supérieures à un seuil, lesdites variations traduisant la formation d'un dépôt (1 ) de matière sur la première face (4) du capteur (5) de flux thermique et délivrer sur une sortie (22) un signal indicatif de la formation d'un dépôt (1 ). - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la consigne du régulateur (16) de la différence de température ΔT entre le fluide (3) et la deuxième face (6) du capteur (5) a une valeur absolue comprise entre 0,5 et 25°C et son signe est choisi de manière à favoriser thermodynamiquement la formation du dépôt (1 ). - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dépôt (1 ) formé étant un hydrate et le fluide (3) comprenant des hydrocarbures et de l'eau, la valeur de la consigne du régulateur (16) est comprise entre +0,5 et +20°C. - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dépôt (1 ) formé étant une paraffine et le fluide (3) comprenant des hydrocarbures sous forme liquide, la valeur de la consigne du régulateur (16) est comprise entre +1 et +20°C. - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dépôt (1 ) formé étant de la glace et le fluide (3) étant un gaz contenant de l'eau, la valeur de la consigne du régulateur (16) est comprise entre +0,5 et +2°C. - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dépôt (1 ) formé étant un produit solide du type présentant une solubilité inverse dans l'eau et le fluide (3) contenant de l'eau, la valeur de la consigne du régulateur (16) est comprise entre -0,5 et -20°C. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que les moyens (8) de réglage de la température de la deuxième face (6) du capteur (5) de mesure de flux thermique sont du type frigorifique. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mémorisation de la valeur du flux thermique de référence. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 17, caractérisé en ce que le flux thermique de référence est déterminé par calcul. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 17, caractérisé en ce que le flux thermique de référence est déterminé expérimentalement par mesure dans les conditions d'écoulement du fluide (3). - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 19, caractérisé en ce qu'il comporte en plus des moyens (26) de maintien d'une différence de température entre le fluide (3) et la deuxième face (6) du capteur (5) de signe opposé à la différence de température ΔT pendant un temps prédéterminé, pour éliminer ie dépôt (1) formé sur la première face (4) du capteur (5) de flux thermique.
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