Comment surveiller le niveau des réservoirs de gaz liquéfiés ?

Hautes pressions et très basse pression différentielle

Dans l’industrie, mais aussi dans les installations médicales, les gaz tels que l’oxygène, l’azote, l’argon, le dioxyde de carbone et le protoxyde d’azote sont des fluides d’exploitation élémentaires. Ils sont stockés sous forme liquide dans des réservoirs. Les manomètres de pression différentielle constituent une solution idéale pour la surveillance du niveau dans les cuves fermées. Cependant, la plupart de ces instruments ont leurs limites lorsqu’il s’agit du niveau dans les réservoirs de gaz liquéfié. D’une part, ils doivent être suffisamment robustes pour supporter des pressions élevées et d’autre part, ils doivent être suffisamment sensibles pour indiquer une pression différentielle très faible.

De plus, les manomètres différentiels sont généralement limités à une plage de pression et ne peuvent donc être étalonnés que pour un gaz spécifique sur l’ensemble de la plage. La conséquence de cette limitation est illustrée ici par l’exemple de l’azote, de l’oxygène et de l’argon : Le N2 est plus léger que l’O2, qui est lui-même plus léger que l’Ar. Si les trois gaz se trouvaient dans des réservoirs de même taille et aussi pleins l’un que l’autre, l’échelle de l’instrument de mesure indiquerait 100 % de remplissage pour le N2, et seulement 70 % et 57 % pour l’O2 et l’Ar. Par conséquent, un fabricant de réservoirs devrait installer un manomètre différentiel différent pour chaque gaz. Ou bien il devrait utiliser un manomètre avec trois échelles de gaz, dont seule l’échelle de l’argon couvrirait la totalité de la plage de mesure.

Indiquer plus que le niveau de remplissage des réservoirs de gaz liquide

Dans le cas des réservoirs de gaz liquide, il ne suffit pas de connaître le niveau de remplissage. Les réservoirs ont également besoin d’un manomètre pour indiquer la pression de fonctionnement et d’une soupape de compensation pour mettre le point à zéro lors des tests de routine. Avant que le « Cryo gauge » WIKA n’apparaisse sur le marché, les fabricants d’équipements pour réservoirs devaient se procurer des manomètres différentiels et de pression de travail, des vannes, des raccords et de la tuyauterie. A partir de là, ils construisaient un système de mesure avec plusieurs raccords (= points de fuite potentiels) et le testait ensuite pour en vérifier l’étanchéité. Dans le cas de l’oxygène, la purification nécessaire entrait également en ligne de compte.

Une conception innovante

Représentation schématique de l’ensemble Cryo Gauge

La conception de cette solution technique est simple mais innovante : Deux chambres de mesure, ⊕ et ⊖, mesurent la pression des gaz (P1) et des liquides (P2). Une membrane élastique (1) sépare les deux chambres. La pression différentielle (P1 moins P2) entraîne une déflexion de la membrane contre le ressort de la plage de mesure (2). Ce mouvement est proportionnel à la pression différentielle. Il agit sur un mécanisme à levier à faible friction (3) dans le boîtier de l’indicateur (4) afin de transmettre l’information de pression au mouvement (5). Des traverses métalliques (6) situées de part et d’autre de la membrane protègent les instruments contre les surpressions et les pics de pression. Les cellules de mesure sont en alliage de cuivre (modèles 712.15.100/160) ou en acier inoxydable 316 (modèles 732.15.100/160). Les autres pièces en contact avec le fluide et la plupart des pièces sans contact sont également en acier inoxydable résistant à la corrosion.

Les manomètres Cryo offrent de nombreux avantages

La surveillance du niveau de remplissage des réservoirs de gaz liquide avec les cellules « Cryo gauge » WIKA présente de nombreux avantages :

• Conception robuste : Les instruments de mesure sont insensibles aux pics de pression. Ils sont protégés contre les surpressions jusqu’à 50 bar (725 psi) de chaque côté. Une « Cryo gauge » ne subira donc aucun dommage, même si les plages de pression sont dépassées ou si les vannes sont ouvertes dans le mauvais sens. Les manomètres sont également dotés d’un voyant anti-buée.
  
  
• Large gamme de pressions : Malgré leur robustesse, les cellules « Cryo gauge » sont suffisamment sensibles pour mesurer des pressions très basses, jusqu’à 400 mmCE (400 millimètres de colonne d’eau. La plage de mesure est comprise entre 400 mm et 40 m de colonne d’eau (ce qui correspond à 40 mbar et 4 000 mbar). La plupart des manomètres différentiels du marché ont des limites beaucoup plus étroites.
  
  
•  Réglage facile de l’échelle de mesure : Les « Cryo gauge » permettent de régler l’échelle sur place sans avoir à démonter l’ensemble de l’assemblage. Pour ce faire, il suffit de retirer le bouchon d’étanchéité en caoutchouc, d’insérer la clé Allen (fournie) dans l’orifice d’accès, de la tourner et de remettre le bouchon en place. Aucun réglage du point zéro n’est nécessaire pour les ajustements mineurs. Ceci est particulièrement utile dans les applications où la pleine échelle indique un réservoir plein, comme le stockage en vrac de dioxyde de carbone liquide. A titre d’exemple : L’échelle d’un réservoir de six tonnes indique 12 000 livres de CO2 liquide. Lorsque le réservoir est plein, l’utilisateur s’attend à ce que le manomètre indique cette quantité. Malgré un calcul très minutieux du réservoir, de nombreuses variables peuvent affecter le comportement du gaz, ce qui se traduit par une lecture indiquant que le réservoir n’est pas plein. Avec les manomètres Cryo, après avoir rempli le réservoir, l’utilisateur peut procéder à un réglage final de l’échelle pour qu’elle corresponde au réservoir plein.
  
  
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  Manomètres Cryo Modèle 712.15.160 avec indicateur de pression de fonctionnement en option

  Conception modulaire : La conception modulaire unique des cellules « Cryo gauge » permet d’assembler des systèmes de mesure individuels dotés de fonctions différentes. En partant de l’unité de mesure de niveau, les utilisateurs peuvent ensuite ajouter un bloc manifold avec un manomètre ou même un capteur pour la pression de fonctionnement, sur site. D’autres options sont un signal de sortie 4 … 20 mA intégré pour le niveau, un transmetteur de pression de fonctionnement séparé, des indicateurs de niveau intégrés, des indicateurs de pression de fonctionnement et un grand nombre de supports de montage.
• Mise en service facile : Les systèmes de mesure « Cryo gauge » peuvent être mis en service sans problème, presque « prêts à l’emploi ». Indépendamment des fonctions intégrées, l’ensemble compact ne comporte que deux points de raccordement : un pour la phase liquide et un pour la phase gazeuse.
  
  
• Nettoyé à l’O2 et testé pour l’étanchéité : Les équipements destinés aux applications oxygène doivent être spécialement nettoyés pour éliminer les contaminants tels que les hydrocarbures (huiles), les particules et l’humidité. WIKA fournit des cellules « Cryo gauge » déjà nettoyées à l’O2 pour de telles applications. Cela permet aux fabricants de réservoirs d’économiser un process de travail. Il en va de même pour les tests d’étanchéité. WIKA soumet chaque assemblage à un test complet à l’hélium pour s’assurer qu’il n’y a pas de fuites.
  
  
• Équipé pour la télémétrie : Les fournisseurs de gaz liquéfié se chargent de plus en plus de surveiller la consommation de leurs clients. Ces services à distance améliorent la sécurité et l’efficacité des livraisons. L’indicateur de niveau des « Cryo gauge » peut être équipé d’un transmetteur de pression intégré qui est connecté à l’unité de télémétrie. Il n’est donc pas nécessaire de disposer d’une source de pression distincte pour le module de transmission, ce qui pourrait entraîner des valeurs mesurées différentes.

Remarque

Vous trouverez d’autres détails techniques sur les cellules « Cryo gauge » modèles 7×2.15.100 et 7×2.15.160 sur le site Internet WIKA. Vous y trouverez également des informations sur d’autres solutions de mesure pour les réservoirs cryogéniques. Si vous avez des questions, votre contact se fera un plaisir de vous aider.