Brevet FR2271499A1 — publié le 19751212

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé et un dispositif d'épuration du gaz inerte de balayage de ltespace d'isolation thermique d'une cuve de gaz liquéfié, tel que par exemple du gaz naturel liquéfié. Certaines cuves de gaz liquéfié, telles que par exemple celles qu'on rencontre dans certains navires de- transport du gaz naturel liquéfié, sont constituées d'une enveloppe primaire contenant le gaz liquéfié et dlune enveloppe secondaire transmettant les contraintes à travers un isolant thermique à une enveloppe rigide, pouvant être avantageusement dans le cas des navires précités la-coque même de eg leveres ladite barrière secondaire ayant essentiellement pour fonction d'éviter que les fuites de gaz liquéfié ne pawi=rent jusqu'à l'enveloppe rigide. Lesdites enveloppes primaire et secondaire délimitent un espace d'isol tion thermique. Il est impératif d'évacuer de cet espace toute traces de gaz provenant de la vaporisation de fuites dudit gaz liquéfié à travers l'enveloppe primaire, spécialement si ce gaz liquéfié est inflammable et susceptible de former un mélange détonnant avec l'air qui peut se trouver dans l'espace d'isolation. Une solution couramment utilisée consiste à faire circuler un gaz inerte de balayage dans ledit espace d'isolation thermique, ce gaz inerte pouvant être par exemple de l'azote. Be gaz de balayage éventuellement mélangé avec du gaz provenant de fuites dudit gaz liquéfié est généralement perdu à sa sortie de l'espace d'isolation.Il en - résulte une consommation importante de gaz de balayage, la nécessité de prévoir un réservoir important, encombrant et coûteux pour stocker ledit gaz de balayage et enfin la nécessité de s'approvisionner périodiquement en gaz de balayage. Ces deux derniers inconvénients sont particulièrement graves lorsque lesdites cuves de stockage sont celles d'un navire prévu pour le transport du gaz naturel liquéfié. Une méthode permettant d'éviter les inconvénients précités consiste à faire circuler ledit gaz de balayage en circuit fermé, en l'épurant du gaz de fuites qu'il contient. La présente invention a essentiellement pour objet un procédé d'épuration du gaz inerte de balayage de l'espace d'isolation d'une cuve renfermant du gaz liquéfié, délimité par une enveloppe primaire contenant ledit gaz liquéfié et une enveloppe secondaire, lequel gaz de balayage peut-être mélangé à du gaz provenant de la vaporisation de fuites dudit gaz liquéfié; caractérisé en ce qu'il consiste successivement à comprimer le mélange gasux é-entueIlement formé,à Bifaire subirun premrefroidissement en prélevant au moins une partie du froid nécessaire sur le gaz liquéfié stocké, à lui faire subir un deuxième refroidissement jusqu'à condensation du gaz de fuite , à séparer ledit gaz de fuite condensé du gaz inerte ainsi épuré, à détendre ledit gaz de fuite épuré et à utiliser le froid fourni par le condensat de gaz de fuite antérieurement formé et/ou par ladite détente de gaz inerte épuré pour ledit deuxième refroidissement; ledit gaz inerte étant ensuite renvoyé dans l'espace d'isolation. L'invention couvre également un dispositif pour l'exécution du procédé précité, caractérisé en ce qu'il comprend,d'une part un circuit refroidisseur à gaz liquéfié traversant successivement l'intérieur de la cuve de gaz liquéfié, une pompe de circulation et au moins un échangeur de chaleur, fonctionnant en réfrigérant, de prérefroidissement;; et d'autre part un circuit de gaz de balayage traversant successivement l'intérieur de l'espace d'isolation de ladite cuve, aubins un compresseur, au moins un échangeur de pré-refroidissement précité, un échangeur de chaleur principal, fonctionnant en réfrigérant, de préférence du type multifluide, un séparateur de condensat, une vanne de décompression commandée, et traversant une seconde fois, éventuellement à contre courant, ledit échangeur principal, pour utiliser le phénomène de détente du gaz comme source de froid, avant retour vers ledit espace d'isolation; le conduit de sortie de phase liquide dudit séparateur traversant, éventuellement à contre courant, ledit échangeur principal, pour utiliser le phénomène de vaporisation dudit condensat comme source de froid. L'invention apparaîtra plus clairement grâce à la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé, d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et où la figure unique: représente un schéma d'un dispositif pour la circulation en circuit fermé d'un gaz de balayage. Be dispositif selon l'invention, est destiné à assurer la maintenance d'un réservoir 1 renfermant par exemple du gaz liquéfié. 'ledit réservoir est formé d'une enveloppe primaire 2 enfer mant le gaz liquéfié 3, et d'une enveloppe secondaire 4 délimitant avec l'enveloppe 2 ledit espace d'isolation 5. Be dispositif selon l'invention pour la circulation et l'épu- ration du gaz de balayage en circuit fermé dans l'espace d'isolation 5, se compose d'une part, d'un premier échangeur de chaleur 6, appelé échangeur de prérefroidissement, dont le circuit de fluide réfrigérant 7 traverse l'intérieur de l'enveloppe primaire 2, renfermant le gaz naturel liquéfié, une pompe 8 pour la circulation du fluide réfrigérant qui est constitué par le gaz liquéfié 3 lui-même et ledit échangeur de pré-refroidissement 6, avant de retourner dans l'enveloppe primaire 2. Le dispositif selon l'invention se compose d'autre part d'un circuit de circulation du gaz de balayage, pour l'épuration dudit gaz, comprenant l'espace d'isolation 5 dont le gaz inerte qu'il contient est aspiré et comprimé par un compresseur 10, la pression absolue du gaz de balayage à la sortie du compresseur pouvant être par exemple égale à environ 14 atmosphères .Ledit gaz comprimé passe ensuite dans ledit échangeur deprérefroidissement6, où il est refroidi jusqu'à une température d'environ -155 C. La sortie il de fluide refroidi de l'échangeur de prérefroidissement 6 est avantageusement reliée à l'entrée 12 d'un séparateur auxiliaire de condensat 13 dont la sortie 14 est reliée à l'entrée de fluide chaud 15 d'un échangeur de chaleur pincipal 16, ledit échangeur 16 est du type multifluide, ce qui signifie qu'il utilise plusieurs sources de froid. Ledit séparateur auxiliaire de condensat 13 permet de séparer du gaz de balayage le condensat éventuel de gaz liquéfie qui a pu se former dans l'échangeur deprérefroidissement. La sortie de condensat 17 du séparateur auxiliaire 13 est avantageusement reliée à une des entrées 18 de fluide réfrigérant de l'échangeur principal 16, par l'intermédiaire d'une vanne 19.La vaporisation dudit condensat éventuel étant utilisée comme première source de froid pour ledit échangeur principal 16. Be gaz naturel provenant de la vaporisation du condensat du séparateur auxiliaire 13,aprèsson passage dans l'échangeur principal peut-être ensuite acheminé par exemple vers un brûleur pour y produire de la chaleur utilisable. le gaz de balayage, qui est supposé ici être de l'azote, pendant son passage dans ledit échangeur principal 16 est refroidi jusqu a une température de -1630C ; à cette température le gaz naturel mélan gé éventuellement avec le gaz inerte de balayage se condense et est ainsi séparé, dans un séparateur de condensat principal 20, du gaz inerte de balayage encore sous forme gazeuse àoette température. Ledit gaz de balayage se trouve ainsi épuré. La sortie de conden sat 21 dudit séparateur principal est avantageusement reliée à une seconde entrée de fluide réfrigérant 31 de l'échangeur principal 16 par l'intermédiaire d'une vanne 22, de façon à utili ser la vaporisation dudit condensat antérieurement formé dans ledit séparateur principal 20 comme deuxième source de froid pour ledit échangeur principal 16. Comme précédemment le gaz naturel, provenant de la vaporisation dudit condensait, peut être ensuite acheminé vers un brûleur pour produire de la chaleur utilisable, ou éventuelle ment reliquéfié et recyclé. Un capteur de débit 23 est branché sur la conduite de sortie de gaz de condensat, en aval de l'é- changeur principal 16.Ce capteur est utilisé pour piloter, par l'intermédiaire d'un premier système de servo commande non repré senté sur le schéma, une vanne de détente 24 insérée dans le cir cuit de gaz de balayage à la sortie 25 du séparateur de conden sat principal 20. La pression du gaz de balayage épuré est ainsi rampée à une valeur proche de la pression atmosphérique.La sor tie de la vanne 24 est reliée à une troisième entrée ~dqtluide réfrigérant 26 dudit échangeur principal 16. 'ledit gaz de balayage refroidi par la détente traverse ainsi une nouvelle fois l'échangeur principal 16 pour être utilisé comme troisième source de froid pour ledit échangeur. Be gaz de balayage traverse ensuite une vanne de détente auxiliaire commandée 27 avant d'être renvoyé vers ledit espace d'isolation 5. Cette vanne 27 insérée dans le circuit de gaz de balayage en aval dudit échangeur prin cipal 16 est commandée, par l'intermédiaire d'un deuxième système de servo- commande non représenté sur le schéma: par un capteur de pression 28, mesurant en permanence la pression du gaz de balayage circulant dans l'espace d'isolation 5.Ses deux systèmes de servocommande précités permettent la régulation duprocessus d'épuration dudit gaz de balayage. Ainsi sur la base d'un débit de balayage traité de 1m3/h avec une concentration de 2 (40% de LIE) de gaz naturel dilué dans l'azote constituant le gaz de balayage, on a calculé les valeurs suivante-s. Débit condensé total : 200 200- 1 /heure gaz naturel condensé : 13,6 1 /heure débit de gaz de balayage sortant : 1-m3/heure Concentration gaz naturel /azote : 0,64 % (13 % LIE) (LIE = limite inférieure d'explosivité) Avantageusement, pour compenser les pertes inévitables, du gaz de balayage d'appoint est stocké sous forme liquide dans un réservoir auxiliaire (non représenté sur le schéma) , et la sortie dudit réservoir est reliée à une quatrième entrée 29 de fluide réfrigérant dudit échangeur principal.Ledit gaz d'appoint, se vaporise en traversant ledit échangeur 16, est ainsi utilisé comme quatrième source de froid pour ledit échangeur, avant d'être mélangé en aval de ladlte vanne auxiliaire 27, audit gaz de balayage L'échangeur principal 16 est conçu de telle sorte que les fluides réfrigérants traversent avantageu- sement ledit échangeur principal à contre courant du fluide chaud. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit , cité uniquement à titre d'exemple. En particulier le même dispositif peut être adapté pour le balayage de l'espace d'isolation d'une cuve renfermant un autre gaz liquéfié que le gaz naturel ; le dispositif peut comporter plusieurs échangeurs de pré-refroidissement et l'échangeur principal multifluide peut être remplacé par plusieurs échan geursmonofluides branchés en série et traversés parle circuit de gaz de balayage. C'est dire que l'invention coure tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C :A: T I O N . 1. Procédé d'épuration du gaz inerte de balayage de l'espace d'isolation d'une cuve renfermant du gaz liquéfié, délimité par une enveloppe primaire contenant ledit gaz liquéfié et une enveloppe secondaire, lequel gaz de balayage est mélangé éventuellement à du gaz provenant de la vaporisation de fuites dudit gaz liquéfié, caractérisé en ce qu'il consiste successivement à comprimer le mélange gazeux éventuellement formé, à lui faire subir un premier refroidissement en prélévant au moins une partie du froid nécessaire sur le gaz liquéfié stocké, à lui faire subir un deuxième refroidissement jusqu'à condensation du gaz de fuite, à séparer ledit gaz de fuite condensé du gaz inerte ainsi épuré, à détendre ledit gaz inerte de balayage épuré et à utiliser le froid fourni par le condensat de gaz de fuite antérieurement formé et/ou par ladite détente de gaz inerte épuré pour ledit deuxième refroidissement, ledit gaz inerte étant ensuite renvoyé dans l'espace d'isolation. 2. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à séparer du mélange précité, avant ledit deuxième refroidissement, tout condensat éventuel de gaz de fuite provoqué par le premier refroidissement et à utiliser, le froid dudit condensat éventuel pour accroître, de préférence, le deuxième refroidissement 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter du gaz de balayage d'appoint audit gaz de balayage épuré, avant recyclage 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à conserver ledit gaz de balayage d'appoint sous forme liquide, à le vaporiser avant de l'ajouter audit gaz de balayage épuré et à utiliser au moins une partie du froid ainsi produit pour participer au deuxième refroidissement; 5.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, appliqué au stockage d'un gaz combustible, caractérisé en ce qu'il consiste à brûler le gaz de fuite-après son extraction du mélange, pour produire de la chaleur utilisable. 6.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à réduire automatiquement ladite détente du gaz de balayage épuré, par asservissement au débit actuel de gaz provenant de la vaporisation du condensat de gaz de fuite. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 6 caractérisé en ce qutil consiste à provoquer une détente supplémentaire dudit gaz de balayage épuré, après sa participation audit deuxième refroidissement , ladite détente supplémentaire pouvant être par exemple commandée automatiquement, par asservissement à la pression actuelle du gaz de balayage dans ledit espace d'isolation. 8.- -Dispositif pour l'exécution du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ee qu'il comprend ; d'une part, un circuit refroidisseur à gaz liquéfié traversant successivement l'intérieur de la cuve de gaz liquéfié, une pompe de circulation set au moins un échangeur de chaleur 6, fonctionnant en réfrigérant, de prérefroidissement; et d'autre part, un circuit de gaz de balayage traversant successivement l'intérieur de l'espace d'isolation de ladite cuve, au moins un compresseur 10 au moins un échangeur de prérefroidissement précité, un échangeur de chaleur principal 16, fonctionnant réfrigérant, de préférence du type multifluide, un séparateur de condensat 20, une valve de décompression commandée 24, et traversant une seconde fois, éventuellement à contre courant, ledit échangeur principal, pour utiliser le phénomène de détente du gaz comme source de froid, avant retour vers ledit espace d'isolation; le conduit de sortie de phase liquide dudit séparateur traversant, éventuellement à contre courant ,ledit échangeur principal, pour utiliser le phénomène de vaporisation dudit condensat comme source de froid. 9.- Dispositif selon la revendication 8 pour l'exécution du procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comprend un séparateur de condensat auxiliaire 13, inséré dans ledit circuit de gaz de balayage entre ledit échangeur de prérefroidissement et ledit échangeur principal, le conduit de sortie de phase liquide dudit séparateur auxiliaire traversant ledit échangeur principal, pour utiliser le phénomène de vaporisation dudit condensat éventuel comme source de froid. 10.- Dispositif selon la revendication 8 ou 9 pour l'exécution du procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir contenant du gaz de balayage d'appoint communiquant avec ledit circuit de gaz de balayage, en aval dudit échangeur principal, avant le retour dans ledit espace d'isolation. il. Dispositif selon la revendication 8 ou 9 pour l'exécution du procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir de gaz de balayage d'appoint liquéfié, dont le conduit de sortie traverse ledit échangeur principal, éventuellement à contre courant, pour utiliser le phénomène de vaporisation dudit gaz d'appoint liquéfié comme source de froid; avant & communiquer avec ledit circuit de gaz de balayage en aval dudit échangeur principal. 12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 11 pour l'exécution du procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le conduit de sortie de phase liquide dudit séparateur communique, en aval dudit échangeur principal, avec un brûleur. 13.- Dispositif selon-l'une quelconque des revendications 9 à Il pour l'exécution du procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le conduit de sortie de phase liquide dudit séparateur auxiliaire communique, en aval dudit échangeur principal, avec un brûleur. 14.- Dispositif sels %'une quelconque des revendications 8 à 13 pour l'exécution procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce qu il comprend un capteur de débit 29 branché sur le conduit de sortie de phase liquide dudit séparateur, en aval dudit échangeur principal, relié par un système de servocommande à ladite vanne de détente commandée. 15.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 14 pour l'exécution du procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comprend une vanne de détente auxiliaire commandée 27 ; insérée dans le circuit de gaz de balayage, entre ledit échangeur principal et le retour vers ledit espace d' isolation ; ladite vanne auxiliaire prouvant être reliée, par l'intermédiaire d'un système de servocommande à un capteur de pression 28 relié audit espace d'isolation.