Qu’est-ce que l’échantillonnage des fluides visqueux et pourquoi est-ce si difficile à réaliser ?

KEVIN MCCLELLAND:
Bon retour dans notre série « Demandez à Swagelok ». Je m’appelle Kevin McClelland. Je suis avec Matt Dixon, responsable technique mondial de Swagelok. Nous nous trouvons aujourd’hui à Solon dans le bâtiment des solutions sur mesure pour parler de l’échantillonnage des fluides visqueux et notamment de certains points liés à la conception des systèmes.

KEVIN MCCLELLAND:
Alors, Matt, pouvez-vous nous présenter l’échantillonnage des fluides visqueux et nous expliquer pourquoi l’opération est complexe ?

MATT DIXON:
OK. Tout d’abord, plusieurs noms différents sont utilisés pour désigner l’échantillonnage des fluides visqueux. On parle d’échantillonnage des résidus ou d’échantillonnage de résines ou, plus communément, d’échantillonnage de fond. Cela vient du secteur du raffinage dans lequel on prélève le pétrole lourd issu des tours de distillation.

Or, ce pétrole sort à des températures très élevées, 260, 315 voire 370 degrés. Évidemment, de telles températures posent de très gros problèmes de sécurité. On ne peut même pas laisser refroidir ce pétrole, car le risque est qu’il commence à se solidifier, ce qui peut obstruer le système.

Nous devons le maintenir à ces températures. En général, il est nécessaire qu’il continue à s’écouler. Mais, surtout, il faut garantir la sécurité des personnes à tout moment. Ces problèmes de sécurité vont donc être d’une importance capitale. D’autant plus que, très souvent, ces échantillons visqueux contiennent des bulles de gaz emprisonnées dans le liquide. Or, ces bulles pourraient éclater pendant le prélèvement et éclabousser l’opérateur. Donc, encore une fois, cela pose de gros problèmes de sécurité.

KEVIN MCCLELLAND:
Que faut-il garder à l’esprit quand on conçoit un échantillonneur pour ces liquides visqueux ?

MATT DIXON:
Le premier aspect à prendre en compte est la sécurité. On veut s’assurer que l’opérateur est en sécurité lorsqu’il procède au prélèvement. On va donc veiller à bien isoler les surfaces chaudes de sorte que personne ne puisse par mégarde entrer en contact avec ces surfaces. On cherchera à protéger l’opérateur des éclaboussures, donc on placera l’échantillonneur dans une enceinte pour éviter ces situations.

On voudra aussi s’assurer que l’échantillon reste chaud pendant son déplacement. Donc, normalement, on prévoira une sorte de boucle rapide pour prélever l’échantillon du process et l’acheminer dans un tuyau ou un tube de 25 mm de diamètre jusqu’à la station d’échantillonnage, avant de le renvoyer dans le process en un point du système où la pression est plus basse.

On peut donc ainsi garder la ligne à température avec un dispositif de traçage à la vapeur et maintenir le fluide en mouvement car on ne veut pas qu’il stagne, se refroidisse et finisse par former un bouchon.

Enfin, on veut s’assurer que tout reste relativement simple dans ces systèmes d’échantillonnage. Avec des fluides visqueux, on évitera autant que possible les coudes dans le système, ce qui facilite un peu la vie. La raison est que, moins il y a de coudes, moins il y a de chances de voir l’échantillon rester bloqué, se refroidir et commencer à se solidifier, et boucher tout le système. On préférera donc de beaux tubes cintrés à la place des raccords coudés.

KEVIN MCCLELLAND:
Vous avez mentionné les vannes. Quelles sont les principales caractéristiques d’une vanne conçue pour l’échantillonnage des fluides visqueux ?

MATT DIXON:
Tout d’abord, la vanne doit être adaptée à la température. Encore une fois, avec les températures élevées de l’échantillon, il nous faut des vannes qui vont supporter ces températures. Ensuite, le diamètre du passage d’écoulement doit être relativement important à cause de la viscosité du liquide. On prévoira donc un diamètre d’au moins 6 mm pour faire en sorte que le liquide ne finisse pas par obstruer la ligne.

Chaque fois qu’il y a une boucle rapide, il est préférable d’avoir une vanne d’échantillonnage en ligne. De cette façon, le liquide chaud et visqueux peut s’écouler à travers la vanne d’échantillonnage elle-même, ce qui aide à garder la vanne à température, à éviter les points froids et à empêcher que de la matière ne s’accumule dans la vanne et forme un bouchon.

Par ailleurs, cela permet également de réduire au minimum le bras mort entre l’échantillon qui s’écoule dans la boucle rapide et le point de prélèvement. C’est donc un double avantage dans cette situation.

En plus de cela, il nous faut une vanne que l’on puisse purger pour qu’elle reste propre. Utiliser de la vapeur par exemple pour purger la vanne après avoir prélevé l’échantillon va éliminer une partie des résidus et les empêcher de s’accumuler, ce qui pourrait former un bouchon au fil du temps.

KEVIN MCCLELLAND:
Y a-t-il des exigences particulières de manipulation pour ces échantillons visqueux ?

MATT DIXON:
Oui. Une fois que l’échantillon a traversé la vanne, il faut le recueillir dans une sorte de récipient. Habituellement, avec un liquide, on recueille l’échantillon dans une sorte de bouteille en verre ou matière plastique. Ici, on ne peut pas le faire à cause des températures élevées. On va donc généralement utiliser une sorte de récipient métallique.

Aux États-Unis, celui que j’ai vu plus souvent est en fait une sorte de pot de peinture métallique que vous pouvez vous procurer à la quincaillerie locale. C’est relativement bon marché et on en trouve partout.

Un autre récipient fréquemment utilisé est une bouteille à bouchon vissé en acier inoxydable. Il y a donc beaucoup de possibilités différentes. Cela étant, tous les modèles utilisés sont généralement en métal.

Maintenant, pour transférer le liquide dans ce récipient, il y aura généralement une sorte d’embout. Cela peut se limiter à un petit morceau de tube placé à la sortie de la vanne par lequel l’échantillon s’écoulera dans le récipient.

Cependant, s’il ne s’agit que d’un simple tube, le risque existe de voir le tube se boucher parce qu’il n’est pas chauffé. C’est pourquoi on fabrique parfois une buse en pointe. On utilise en fait ce même bout de tube, mais on lui ajoute une enveloppe de vapeur. Cela permet de maintenir le liquide à température jusqu’à la pointe. Il n’y a pas de points froids. Il n’y a aucun endroit où le liquide peut se refroidir, commencer à se solidifier et boucher tout le système.

Ensuite, purger le système une fois le prélèvement terminé est un aspect essentiel. Cette purge permet d’éliminer tous les résidus, ce qui est vraiment bénéfique si on pense à la pureté des échantillons mais aussi à l’exploitation et la maintenance du système, parce qu’on va éviter de boucher le système.

KEVIN MCCLELLAND:
Je tiens une fois encore à remercier Matt pour sa formidable expertise technique. C’était un nouvel épisode de notre série « Demandez à Swagelok ». À la prochaine fois.