FR2830322A1 - Detection and quantification of leaks in heat exchanger circuits, by introduction of a fluorescent dye into the high pressure circuit and measurement of dye concentration over time in the second low pressure circuit - Google Patents

Abstract

Method for determining the rate of contamination between two heat exchanger circuits and thus to quantify leak rates. According to the method a fluorescent dye is introduced into the first high-pressure circuit and the dye content in the clear water circulating in the second circuit is then measured using fluorimetry. The dye concentration in the second circuit can be monitored over time and as function of pressure conditions.

Description

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PROCEDE D'EVALUATION DU DEBIT DE CONTAMINATION
AU SEIN D'UNE INSTALLATION
TELLE QU'UN ECHANGEUR DE CHALEUR
DESCRIPTION
Domaine de l'invention
L'invention concerne un procédé d'évaluation du débit de contamination dans un échangeur de chaleur, l'opération ayant lieu in situ. Elle s'applique plus particulièrement aux échangeurs de chaleur à plaques ou échangeurs de chaleur tubulaires, dans lesquels se trouvent un premier circuit de fluide et un deuxième circuit de fluide séparés l'un de l'autre par une paroi par laquelle s'effectue l'échange de chaleur. METHOD OF EVALUATING THE CONTAMINATION RATE
WITHIN AN INSTALLATION
AS A HEAT EXCHANGER
DESCRIPTION
Field of the invention
The invention relates to a method for evaluating the contamination flow rate in a heat exchanger, the operation taking place in situ. It applies more particularly to plate heat exchangers or tubular heat exchangers, in which are located a first fluid circuit and a second fluid circuit separated from each other by a wall through which the l heat exchange.

L'objectif de la mesure du débit de contamination est, en fait, de détecter la présence de fuites entre ces deux circuits, le procédé selon l'invention permettant également de localiser et de quantifier ces éventuelles fissures ou défauts d'étanchéité entre les parois des deux circuits.  The objective of the measurement of the contamination flow rate is, in fact, to detect the presence of leaks between these two circuits, the method according to the invention also making it possible to locate and quantify these possible cracks or leaks between the walls. of the two circuits.

Art antérieur et problème posé
Dans les échangeurs de chaleur, que ce soit pour le refroidissement ou le chauffage de fluides, sont utilisés deux circuits de fluides qui doivent rester totalement étanches l'un par rapport à l'autre. Prior art and problem
In the heat exchangers, whether for cooling or heating fluids, two fluid circuits are used which must remain completely sealed with respect to one another.

Ce s'explique, non seulement au niveau du rendement thermique, mais également au niveau des constituants This is explained not only in terms of thermal efficiency, but also at the level of the constituents

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très diverses de ces deux fluides qui peuvent circuler dans les deux circuits. En conséquence, il est très important que des fuites, et d'autant plus des impuretés, ne puissent traverser les parois séparant ces deux circuits. En effet, dans certaines applications, de telles fuites peuvent provoquer la contamination du fluide d'un premier des deux circuits par le fluide du deuxième de ces deux circuits. Ce type d'anomalies, provoquées par des fuites ou une d'étanchéité non parfaite, ne doit pas pouvoir avoir lieu lors du fonctionnement de l'échangeur de chaleur.  very different of these two fluids that can flow in both circuits. Consequently, it is very important that leaks, and even more impurities, can not cross the walls separating these two circuits. Indeed, in some applications, such leaks can cause contamination of the fluid of a first of the two circuits by the fluid of the second of these two circuits. This type of anomaly, caused by leaks or a non-perfect seal, must not be able to take place during operation of the heat exchanger.

Or, le ou les circuits de fluides de différents types d'échangeurs de chaleur sous soumis à des pressions considérables qui mettent en contrainte les tuyauteries des circuits et leurs éléments d'étanchéité et de fixation. L'ensemble de cette installation doit donc être à l'écart de telles anomalies. Or the fluid circuit or circuits of different types of heat exchangers under considerable pressure that stress the piping circuits and their sealing and fixing elements. The whole of this installation must therefore be away from such anomalies.

Les procédés, actuellement utilisés, permettent de détecter la présence ou non d'une fuite, mais ne peuvent pas en préciser l'ampleur. Ces procédés utilisent la mesure de conductivité, la mesure de concentration de gaz, le ressuage des plaques par divers colorants et la mesure différentielle de pression entre les deux circuits de fluides.  The currently used methods can detect the presence or absence of a leak, but can not specify the extent. These methods use the conductivity measurement, the gas concentration measurement, the bleeding of the plates by various dyes and the differential pressure measurement between the two fluid circuits.

Le procédé, utilisant la mesure de conductivité, consiste à mettre sous pression une eau chargée en électrolyte dans un des circuits. S'il y a fuite entre les deux circuits, l'eau va aller contaminer l'autre circuit en polluant le fluide qu'il contient. Le procédé consiste ensuite à mesurer la conductivité du fluide ainsi pollué. Ce procédé fait  The method, using the conductivity measurement, consists in putting under pressure a water charged with electrolyte in one of the circuits. If there is a leak between the two circuits, the water will contaminate the other circuit polluting the fluid it contains. The method then consists in measuring the conductivity of the fluid thus polluted. This process makes

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apparaître des problèmes de stabilité dus, entre autre, aux variations de température, aux résidus acide-base stagnant dans le volume mort de l'installation. Qui plus est, la variation minimale de concentration en électrolyte dans le fluide pollué, permettant de conclure à une contamination, est importante. Ce procédé présente un seuil de détection, en termes de contamination, assez élevé, ne permettant pas un usage préventif.  appear stability problems due, among other things, to temperature variations, stagnant acid-base residues in the dead volume of the installation. Moreover, the minimum variation in electrolyte concentration in the polluted fluid, leading to the conclusion of contamination, is important. This method has a threshold of detection, in terms of contamination, high enough, not allowing a preventive use.

La mesure de concentration de gaz consiste à mettre en pression l'un des circuits des échangeurs avec un gaz, en particulier de l'hélium, qui peut ainsi franchir la plaque de séparation des deux circuits, si cette dernière est percée, et se mélanger à de l'air comprimé se trouvant dans le deuxième circuit.  The gas concentration measurement consists of pressurizing one of the exchanger circuits with a gas, in particular helium, which can thus cross the separation plate of the two circuits, if the latter is pierced, and mix to compressed air in the second circuit.

L'inconvénient de ce procédé est que l'eau qui stagne dans les volumes morts de l'installation doit être retirée pour permettre au gaz de franchir tous les éventuels trous. Or, cette opération est difficile à mettre en oeuvre. The disadvantage of this process is that the water that stagnates in the dead volumes of the installation must be removed to allow the gas to cross any holes. However, this operation is difficult to implement.

Le procédé utilisant le ressuage des plaques de l'installation est un procédé qui impose le démontage de celles-ci, puis le démontage de toutes les plaques et leur rigoureux nettoyage et séchage. Ensuite, un colorant est appliqué à chaque plaque pour qu'il traverse cette dernière et puisse être repéré visuellement de l'autre côté par éclairage aux rayons ultraviolets ou par formation d'une tâche de couleur différente à l'endroit de la fuite. Les produits utilisés sont généralement incompatibles avec l'industrie alimentaire, en raison de leur toxicité, ce  The process using the bleeding of the plates of the installation is a process which requires the disassembly thereof, then the dismantling of all the plates and their rigorous cleaning and drying. Then, a dye is applied to each plate so that it passes through the plate and can be visually marked on the other side by ultraviolet light or formation of a different color spot at the leak location. The products used are generally incompatible with the food industry because of their toxicity.

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qui limite l'usage d'un tel procédé sur le site. La mise en oeuvre d'un tel procédé est longue et coûteuse en termes de temps, de personnel et de produits.  which limits the use of such a process on the site. The implementation of such a method is long and expensive in terms of time, personnel and products.

Enfin, le procédé utilisant la mesure différentielle de pression consiste à mettre sous une pression déterminée un des circuits de l'installation et à observer, dans le temps, le comportement de ce dernier. Si la pression chute, l'installation présente donc une fuite interne. Mais, la chute de la pression peut être causée par une fuite externe, par exemple au travers d'un joint, ce qui réduit considérablement l'efficacité de ce procédé, en augmentant énormément la surface minimale détectable du trou.  Finally, the method using the differential pressure measurement is to put under a specific pressure one of the circuits of the installation and observe, in time, the behavior of the latter. If the pressure drops, the installation has an internal leak. But, the pressure drop can be caused by an external leakage, for example through a seal, which greatly reduces the efficiency of this process, greatly increasing the minimum detectable surface of the hole.

Le but de la présente invention est donc de proposer un procédé qui, tout en évitant les inconvénients susmentionnés, permet une évaluation quantitative de la fuite, c'est-à-dire de la contamination dans un des deux circuits d'un échangeur de chaleur.  The object of the present invention is therefore to propose a process which, while avoiding the aforementioned drawbacks, allows a quantitative evaluation of the leak, that is to say of the contamination in one of the two circuits of a heat exchanger .

Résumé de l'invention
A cet effet, l'objet principal de l'invention est un procédé d'évaluation du débit de contamination au sein d'une installation, par exemple un échangeur de chaleur, comprenant : - un premier circuit dans lequel circule un premier fluide ; et - un deuxième circuit dans lequel circule un deuxième fluide, les deux circuits étant séparés par une paroi. Summary of the invention
For this purpose, the main object of the invention is a method for evaluating the contamination flow rate within an installation, for example a heat exchanger, comprising: a first circuit in which a first fluid circulates; and a second circuit in which a second fluid circulates, the two circuits being separated by a wall.

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Selon l'invention, pendant que circule dans le premier des deux circuits, sous la plus haute pression possible de fonctionnement, une solution d'un colorant, le procédé utilise la mesure différentielle de concentration du même colorant dans un deuxième des deux circuits, sur un temps déterminé de tests.  According to the invention, while circulating in the first of the two circuits, under the highest possible operating pressure, a solution of a dye, the method uses the differential measurement of concentration of the same dye in a second of the two circuits, on a determined time of tests.

Dans la réalisation préférentielle de l'invention, on utilise la fluorescéine comme colorant.  In the preferred embodiment of the invention, fluorescein is used as a dye.

De même, il est avantageux d'utiliser comme mesure de concentration du colorant la fluorimétrie.  Likewise, it is advantageous to use fluorimetry as a measure of concentration of the dye.

Une manière intéressante d'effectuer la mesure sur un temps déterminé de tests, consiste à effectuer une mesure par échantillonnage régulier de cette concentration de colorants.  An interesting way of measuring over a set time of tests is to perform a regular sampling measurement of this dye concentration.

Cette mesure peut être effectuée dans chaque section du deuxième circuit.  This measurement can be performed in each section of the second circuit.

Enfin, le procédé peut également utiliser une variation progressive de pression statique dans le premier circuit de fluide jusqu'à atteindre la plus grande pression admissible par l'installation.  Finally, the method can also use a progressive variation of static pressure in the first fluid circuit to reach the greatest pressure permissible by the installation.

Description détaillée d'une réalisation de l'invention
Cette description du procédé selon l'invention est faite dans le cadre d'un échangeur de chaleur, à plaques ou tubulaires. D'autres applications restent possibles. Detailed description of an embodiment of the invention
This description of the process according to the invention is made in the context of a heat exchanger, plate or tubular. Other applications remain possible.

Comme énoncé ci-dessus, le principe général de l'invention consiste à mettre sous pression un premier des deux circuits de l'échangeur dans lequel a  As stated above, the general principle of the invention consists in putting under pressure a first of the two circuits of the exchanger in which a

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été introduite une solution de fluorescéine brute.  a solution of crude fluorescein was introduced.

Ainsi, un des deux circuits est mis en pression. Dans le deuxième circuit, doit circuler de l'eau claire. Le principe de la mesure consiste à suivre par fluorimétrie l'évolution de la concentration en fluorescéine de l'eau du deuxième circuit. Thus, one of the two circuits is pressurized. In the second circuit, must circulate clear water. The principle of the measurement consists in following fluorimetrically the evolution of the fluorescein concentration of the water of the second circuit.

La fluorimétrie permet une précision de lecture considérablement plus importante que celle obtenue avec une mesure effectuée au moyen de rayonnements ultraviolets, qui doit être corrigée en température et qui est extrêmement sélective. Cette précision peut être dix milles fois plus importante. De la sorte, l'augmentation éventuelle de la concentration de fluorescéine dans l'eau claire du deuxième circuit est repérée de manière très précise. Connaissant le volume et la section du deuxième circuit, il est donc possible de déterminer, de façon très précise, la concentration en colorant de l'eau claire polluée par la fluorescéine. Il est également possible de calculer un débit sur un temps donné, et ceci compte tenu de la différence des pressions régnant dans les deux circuits différents. A ce sujet, les systèmes utilisant le procédé selon l'invention peuvent être équipés d'un moyen de circulation dans chacun des deux circuits et d'une pompe haute pression permettant de ventiler le colorant, c'est-à-dire la fluorescéine, dans tout le premier circuit de l'échangeur.  Fluorometry allows considerably more reading accuracy than that obtained with ultraviolet, temperature-corrected and extremely selective measurements. This precision can be ten thousand times greater. In this way, the possible increase in the concentration of fluorescein in the clear water of the second circuit is identified very precisely. Knowing the volume and the section of the second circuit, it is therefore possible to determine, in a very precise manner, the dye concentration of the clear water polluted by fluorescein. It is also possible to calculate a flow over a given time, and this taking into account the difference in pressures prevailing in the two different circuits. In this regard, the systems using the method according to the invention can be equipped with a circulation means in each of the two circuits and a high pressure pump for ventilating the dye, that is to say fluorescein, in all the first circuit of the exchanger.

Bien évidemment, on comprend facilement que, du fait d'une étanchéité mal assurée ou de la présence d'une fissure, si une fuite a lieu, elle sera  Of course, it is easy to understand that, due to an unclear tightness or the presence of a crack, if a leak occurs, it will be

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directement détectée par la présence mesurée quantitativement dans l'eau du deuxième circuit.  directly detected by the presence measured quantitatively in the water of the second circuit.

Le procédé selon l'invention s'étale dans le temps durant une durée de tests déterminée. En effet, les différentes mesures peuvent être effectuées par échantillonnage régulier de la concentration de colorant, à savoir la fluorescéine, dans le deuxième circuit, et ceci à différents endroits déterminés, c'est-à-dire à différentes sections de ce deuxième circuit.  The method according to the invention is spread over time during a determined test period. Indeed, the different measurements can be performed by regular sampling of the concentration of dye, namely fluorescein, in the second circuit, and this at different locations, that is to say, to different sections of this second circuit.

Il est également prévu d'utiliser une variable supplémentaire, en augmentant petit à petit la pression statiquement ou dynamiquement dans le premier circuit, à partir duquel est introduit le colorant.  It is also intended to use an additional variable, gradually increasing the pressure statically or dynamically in the first circuit, from which the dye is introduced.

Dans un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les différentes phases sont les suivantes. In an exemplary implementation of the method according to the invention, the various phases are as follows.

Lorsque l'installation est importante, comme c'est le cas pour les échangeurs de chaleur utilisés dans le domaine de l'industrie agro-alimentaire, les premier et deuxième circuits comportent plusieurs sections qui peuvent faire l'objet chacune de tests déterminés et/ou différents.  When the installation is important, as is the case for heat exchangers used in the field of the food industry, the first and second circuits have several sections that can be subject to each specific tests and / or different.

1-Le deuxième circuit est rempli d'eau claire qui circule dans toutes ses sections.  1-The second circuit is filled with clear water circulating in all its sections.

2-Le premier circuit est également rempli d'eau claire qui circule dans toutes les sections de celui-ci.  2-The first circuit is also filled with clear water circulating in all sections of it.

3-Pour le deuxième circuit, un relevé est effectué, avant la montée en pression du premier circuit.  3-For the second circuit, a reading is made, before the pressure rise of the first circuit.

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4-Lorsqu'on ne connaît pas le volume exact d'un circuit, il est alors nécessaire d'étalonner celui-ci. Pour ce faire, une quantité déterminée de colorant, c'est-à-dire de fluorescéine, est injectée dans le circuit, de préférence dans chaque section. Un contrôle des concentrations introduites peut avoir lieu et permet de calculer les volumes d'eau dans les différentes sections de ce circuit.  4-When one does not know the exact volume of a circuit, it is then necessary to calibrate it. To do this, a determined amount of dye, that is to say fluorescein, is injected into the circuit, preferably in each section. A control of the introduced concentrations can take place and makes it possible to calculate the volumes of water in the various sections of this circuit.

5-Une forte dose de colorant est alors rajoutée dans le premier circuit dont le volume est connu du calculateur.  5-A high dose of dye is then added to the first circuit whose volume is known to the calculator.

6-Ce premier circuit contenant le colorant est alors monté en pression jusqu'à une pression déterminée qui est, de préférence, la pression maximale admissible par l'échangeur. La circulation de l'eau dans le premier circuit est alors stoppée et la pression devient entièrement statique. Le test démarre à ce moment précis.  6-This first circuit containing the dye is then mounted in pressure to a determined pressure which is preferably the maximum permissible pressure by the exchanger. The flow of water in the first circuit is then stopped and the pressure becomes completely static. The test starts at this precise moment.

7-On relève, à un intervalle régulier, la concentration de fluorescéine dans le deuxième circuit.  7-At a regular interval, the concentration of fluorescein in the second circuit is noted.

8-A la fin du test, les différentes valeurs de concentration obtenues permettent de calculer le débit de contamination sur le temps déterminé du test, connaissant les données obtenues aux étapes 4 et 5.  8-At the end of the test, the different concentration values obtained make it possible to calculate the contamination rate over the determined time of the test, knowing the data obtained in steps 4 and 5.

9-Les conclusions de ces mesures sont formulées en fonction du débit. Elles peuvent être amenées à une échelle de contamination s'étalant de un à cinq.  9-The conclusions of these measurements are formulated according to the flow. They can be brought to a scale of contamination ranging from one to five.

En effet, cinq niveaux de contamination sont usuellement déterminés et sont les suivants.  Indeed, five levels of contamination are usually determined and are as follows.

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Niveau 1 : contamination négligeable, en fonction des critères de qualité fixés par l'utilisateur.  Level 1: negligible contamination, according to the quality criteria set by the user.

Niveau 5 : grave contamination. Une intervention lourde doit être effectuée dans les plus brefs délais. Level 5: serious contamination. Heavy intervention must be made as soon as possible.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1. Procédé d'évaluation du débit de contamination au sein d'une installation comprenant : - un premier circuit dans lequel circule un premier fluide et - un deuxième circuit dans lequel circule un deuxième fluide, ces deux circuits étant séparés par une paroi, caractérisé en ce qu'on utilise la mesure différentielle de concentration de colorant d'un deuxième circuit sur un temps de tests, pendant que circule dans un premier circuit, sous haute pression, une solution du même colorant. 1. Method for evaluating the contamination flow rate in an installation comprising: a first circuit in which a first fluid circulates and a second circuit in which a second fluid circulates, these two circuits being separated by a wall, characterized in that the differential measurement of dye concentration of a second circuit over a test time is used while a solution of the same dye is circulating in a first circuit at high pressure. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le colorant est de la fluorescéine.  2. Method according to claim 1, characterized in that the dye is fluorescein. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure de concentration s'effectue en utilisant le principe de la fluorimétrie.  3. Method according to claim 1, characterized in that the concentration measurement is carried out using the principle of fluorimetry. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure différentielle de concentration s'effectue dans le temps, au moyen d'un échantillonnage régulier de la mesure de concentration.  4. Method according to claim 1, characterized in that the differential concentration measurement is carried out over time, by means of a regular sampling of the concentration measurement. 5. Procédé selon la revendication 1, le second circuit possédant différentes sections, caractérisé en ce que la mesure de concentration s'effectue dans toutes les sections du deuxième circuit.  5. Method according to claim 1, the second circuit having different sections, characterized in that the concentration measurement is performed in all sections of the second circuit. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier circuit est mis sous  6. Method according to claim 1, characterized in that the first circuit is put under <Desc/Clms Page number 11><Desc / Clms Page number 11> haute pression statique, de préférence la pression maximale admissible par l'installation.  high static pressure, preferably the maximum allowable pressure of the installation. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, appliqué à un échangeur de chaleur. 7. Method according to one of the preceding claims, applied to a heat exchanger.