Brevet FR2108901A1 — publié le 19720526

Cette invention concerne un système modulaire pour installations de liquéfaction des gaz et, notamment, du gaz naturel. Les éléments économiques déterminant la rentabilité des projets d'installations de liquéfaction conduisent à considérer des unités de production de plus en plus grosses capacités. Ceci a conduit la demanderesse à étudier des installations consistant en des modules indépendants et autonomes, chacun d1eux étant de préférence, mais non nécessairement, de grande capacité, la somme de ces module les constituant l'ensemble de l'installation. La conception modulaire de telles installations et, plus particulièrement, des installations de forte capacité présente de nombreux avantages par rapport aux installations connues, qui elles fonctionnent selon la conception de centralisation (ctest-à-dire que tous équipements identiques sont groupés avec leurs secours communs : production de puissance, pompage eau de mer, génération dlélectricité, station de compression du ou des fluides frigorigènes, etc...) des avantages aussi bien du point de vue fonctionnement proprement dit, de sécurité, de rendement, qu'en ce qui concerne le prix de revient et les frais d'exploitation. Succinctement, le système modulaire pour les installations de liquéfaction des gaz est remarquable en ce que l'installation totale consiste en un nombre de modules autonomes, complet et indépendants et identiques les uns aux autres, dont chacun comporte tous les éIéments nécessaires pour lui assurer son indépendance et son autonomie. Dans le cas d'une installation de liquéfaction du gaz naturel, ces éléments consistent essentiellement en les moyens pour la production de la puissance, de la génération d'électricité, pour la circulation doleau de refroidissement, et les ensembles ou ensemble uniquè de compression, les échangeurs cryogéniques et colonnes de distillation, ainsi que l'unité de purification du gaz naturel et de tout autre élément ou ensemble nécessaire pour lui assurer son autonomie et son indépendance. Le moyen pour la production de puissance est, généralement, une station thermo-électrique et de préférence à la vapeur. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce système modulaire est avantageusement applicable aux installations de liquéfaction du gaz naturel fonctionnant selon un cycle à cascade incorporée, clest-à-dire dans lequel un seul fluide frigorigène est utilisé. Conformément à l'invention, une installation conçue selon le système modulaire consiste, par exemple, en un certain nombre de modules autonomes. Ce nombre peut être quelconque. La demanderesse a fait des études et essais qui montrent que trois modules d'une puissance de 83.500 KW chacun constituent une installation totale satisfaisante. D'autres études effectuées par la demanderesse permettent de constater que la technologie actuelle autorise la réalisation des modules ayant des puissances de 160.000KW et même de 240. 000 KW. Ces modules sont groupés à 2, 3 ..... 48 et plus pour constituer une installation totale. Tous ces modules peuvent débiter dans un même réseau de stockage ou de transport. Lors de la construction de l'installation d'ensemble, un premier module - quand terminé - peut être mis en service grâce à son autonomie et indépendance, et il peut fonctionner normalement pendant que le travail de construction des autres modules se poursuit. L'exploitation partielle à bon rendement global de l'ensemble est alors rendue possible. La capacité de l'installation peut être augmentée sans perturbation. En effet, la construction des modules suivant le premier peut être faite dans des délais prédéterminés qui tiennent compte de la demande de gaz naturel liquéfié sur le marche de la nécessité de former du personnel compétent, et des impératifs de rentabilisation des investissements. Le premier module peut être réglé pour fonctionner avec le rendement optimum possible. L'expérience acquise, lors du réglage du premier module, facilite la mise en fonctionnement des suivants. Ainsi, l'installation d'ensemble terminée fonctionne à un rendement optimum. Pour obtenir une exploitation économique et rentable, il suffit de régler chacun des modules de façon à ce que son rendement soit un optimum , pour que l'installation d'ensemble ait un débit prédéterminé de gaz liquéfié : ainsi, par exemple, peut-on faire fonctionner un ou plusieurs modules à leur rendement optimal et faire fonctionner un module à un rendement plus faible et ayant un débit de gaz liquéfié différent du débit correspondant au rendement optimal, la somme des débits de tous les modules étant alors égale au débit souhaité de l'installation d'ensemble. Une installation fonctionnant selon le système de centralisation ne peut évidemment fonctionner qu'au seul rendement global correspondant au débit désiré. Les avantages du point de vue sécurité ne sont pas à prouver. En effet, il est possible d'isoler un module pour raisons de sécurité de fonctionnement et procéder aux mesures nécessaires sans interrompre la marche des autres modules. De même, est-il possible d'isoler un module pour réparations éventuelles ou pour l'entretien sans que les autres modules soient arrêtés. Les modules étant identiques les uns aux autres, l'équipement des modules d'un ensemble peut etre standardisé. Ceci permet de diminuer le prix de revient, mais également les frais de fonctionnement et d'entretien, par rapport à une installation du type "centralisé". En outre, les investissements ne sont effectués et le personnel n'est mis en place qu'au moment où ils sont requis, c'est-à-dire à la construction et à la mise en service de chaque module. A titre exemple, sont données ci-dessous les caractéristiques d'un module, dont la génération de la puissance steffectue par un groupe chaudière-turbine Puissance du groupe de turbo compression 83.500 KW Capacité de la chaudière ............ 350 T/HR Timbre de la chaudière .............. 82 Bars Température de surchauffe ........... 500 C Pompe d'eau de mer, capacité ........ 25.000 m3/HR Pompe d'eau de mer, puissance ....... 1.400 KW Capacité de liquéfaction exprimée en gaz naturel liquéfié brut 9.300 METRES CUBES PAR JOUR soit 56 MILLIONS de THERMIES par JOUR Ce module peut comporter si nécessaire tous les équipements d'extraction pour produire Ethane, Propane, Butane ; il fournit alors un gaz naturel liquéfié produit fini compatible avec les caractéristiques de combustion des réseaux de distribution. Comme il a déjà été mentionné plus haut, une installation à modules peut avantageusement être utilisée avec un procédé de liquéfaction de gaz naturel à cascade incorporée. A toutes fins utiles, dans le tableau suivant sont précisés les avantages du système à cascade incorporée par rapport au système à cascade classique, pour une puissance égale de 83.500 KW. On remarque que la quantité de matériel et d'équipements est moindre pour le procédé à cascade incorporée, que la surface au sol totale du module est inférieure et que le coût total est nettement plus faible. COMPARAISON DE PROCEDES DE LIQUEFACTION DE GAZ NATUREL CARACTERISTIQUES D'UNE UNITE MODULAIRE DE LIQUEFACTION CASCADE CASCADE INCORPOREE : CLASSIQUE C1, C2, C3 ECHANGEURS CRYOGENIQUES BOBINES TEAL Surface totale (mètres carrés) : 46. 000 48. 000 Nombre d'échangeurs : 9 28 Nombre de calandres : 9 : 11 ECHANGEURS EAU DE MER Surface totale (mètres carrés) : 11.000 : 20.000 Nombre d'échangeurs : 16 : 33 COMPRESSEURS - type : Axial : Centrifuge Nombre de casings : 2 : 9 Puissance requise en KW : KW : KW Compresseur fluide TEAL : 83.500 Compresseur Méthane : : 18.500 Compresseur Ethylène : : 31.800 Compresseur Propane : : 32.200 Compresseur Gaz Combustible ~~~~~~~~~ 1.000 PUISSANCE TOTALE REQUISE : 83.500 KW : 83.500 KW 93 POUR TROIS UNITES MODULAIRES : Capacité totale : 6 x 10 m/an COUT $ US : 80.000. 000 : 100.000. 000 SURFACE AU SOL en mètres carrés : 45. 000 : 72. 000 Comme on peut constater, l'invention réalise un système modulaire pour la liquéfaction des gaz qui est plus économique à meilleur rendement, possède une plus grande fiabilité de fonctionnement, a une plus grande sécu rité, et ceci pour un prix de revient plus faible, que dans les installations connues jusqu a présent. De nombreuses améliorations et modifications peuvent être apportées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. fl est, par exemple, possible de prévoir des modules fonctionnant totalement automatiquement avec contrôle programmé à partir d'une centrale unique et de façon telle que ltautonomie de chaque module soit assurée à tout instant. REVENDICATIONS 1. ) - Système modulaire pour les installations de liquéfaction des gaz, caractérisé en ce que l'installation d'ensemble consiste en un nombre de modules autonomes, complets et indépendants, et identiques les uns aux autres, dont chacun comporte tous les éléments nécessaires pour lui assurer son indépendance et son autonomie. 2.) - Système modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module est équipé pour la liquéfaction du gaz naturel, ledit équipement comprenant essentiellement un moyen de production de puissance, dtélectri cité, une station de compression, des échangeurs cryogéniques et des colonnes de distillation et les installations pour la préparation du gaz en vue de sa liquéfaction. 3.) - Système modulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce chaque module est équipé pour la liquéfaction du gaz naturel selon un cycle à cascade incorporée, un seul compresseur étant utilisé pour chaque module.