Brevet FR2403955A1 — publié le 19790420

La présente invention est relative à un procédé d'exploi- tation d'un stockage de produit dont le point de figeage est supérieur à la température ambiante. Lorsqu'on exploite un stockage de ce type, selon la pratique courante, on envoie le produit à stocker dans une enceinte convenable, et, selon les circonstances, ou bien on le maintient à une température convenable pour permettre sa reprise à tout moment en vue de l'utilisation,ou bien on- laisse le produit se refroidir et se figer, puis, au moment où on désire l'utiliser,on procède à son réchauffage jusqu' cl une température permettants a ma- nutention. C es deux formes de la pratique courante sont onéreuses lorsqu'il s'agit de grandes masses de produit, telles que celles qui font l'objet de stockages souterrains. Pour éviter d' avoir à maintenir en température ou à réchauffer des masses de produit trop importantes, on est alors amené à fractionner le stockage en unités indépendantes, dont les unes SDBt maintenues figées à la température ambiante pour-des périodes relativement longues, cependant que les autres sont réchauffées en priorité ou maintenues en permanence à une température convenable pour la manipulation.Cette solution n'est pas complètement satisfaisante, car tout fractionnement du stockage entraîne une augmentation de la complication,des pertes thermiques et de l'investissement nécessaire, si bien qu'on ne peut opérer qu'avec un nombre relativement faible d'unités fractionnelles, et que celles-ci sont alors souvent d'une dimension encore trop importante pour qu'on puisse obtenir une température homogène. Si le produit est hétérogène en température, et donc en viscosité, les fractions les plus visqueuses risquent d'entraver le fonctionnement des pompes de circulation. I1 est donc nécessaire d'opérer une séparation des fractions suffisamment fluides et de celles qui ne le sont pas. Dans le brevet FR 7325 301, la demanderesse a décrit un procédé pour le défigeage progressif de produits lourds dans un stockage souterrain. Dans ce procédé, on fait circuler un fluide de réchauffage, qui est de préférence de l'eau,sur la surface du produit figé. En raison de la différence de densité,le produit fluidifié monte à la surface de l'eau pour- former une pellicule, et se trouve ainsi séparé du-produit=figé. Le critère de séparation est précisément une fluidité suffisante pour permettre au produit réchauffé de se séparer de la masse froide, sous l'action de la poussée d'Archimede. Il suffit ensuite de séparer le produit fluidifié et l'eau, au moyen d'un bac de décantation. Le procédé fournit donc une solution élégante au problème de l'obtention du produit à une fluidité suffisante pour son passage dans les pompes, mais cette solution impose quelques sujetions. D'un côté, le produit stocké doit être non miscible à l'eau, ne pas réagir avec elle, présenter avec elle une différence de densité suffisante et avoir une viscosité convenable au-dessous de 1000C. L'emploi d'un liquide auxiliaire autre que l'eau (saumure) augmenterait le prix de revient de façon importante. Le brevet propose aussi d'utiliser le produit stocké lui-meme après réchauffage, mais le problème de l'hétérogénéité de viscosité n'est pas résolu dans ce cas. D'un autre côté, les installations de dêcantation ne peuvent être logées dans le puits d'extration lui-même, à cause de leur encombrement. I1 faut donc disposer de galeries techniques à partir desquelles peut être faite la maintenance de ces installations. Le but de l'invention est de fournir un procédé de stockage qui permette d'échapper à ces suj1etions,- c'est-à-dire qui n'exige pas l'emploi d'un fluide auxiliaire pour amener le produit aux pompes avec une viscosité convenable, l'installation pouvant fonctionner en continu sans intervention humaine au fond. Dans un procédé de stockage selon l'invention, on maintient en permanence dans le stock une différence de température telle que seule une fraction de ce stock ait une viscosité assez faible pour que son extraction soit possible, et on sépare cette fraction du reste à l'aide d'un dispositif statique utilisant la relation entre la viscosité d'un fluide et sa vitesse d'écoulement à travers un orifice. Dans un stockage comportant un puits d'extraction commun à plusieurs galeries, il est possible d'employer un procédé selon l'invention pour exploiter le stock se trouvant dans une ou plusieurs de ces galeries, le stock des autres galeries étant maintenu hors circuit, par exemple à l'état complètement figé. La théorie classique de mécanique des fluides donnespour les écoulements à travers un orifice cylindrique: ces équations étant valables si avec : v = vitesse a'ecoulement q = débit à travers un' orifice cylindrique Re = nombre de Reynolds d = diamètre de l'orifice g = accélération de la pesanteur hm = charge motrice sur l'orifice considéré 9 = viscosité du Produit~ pour Le dispositif de séparation doit évidemment etre placé sur le trajet du produit stocké vers la pompe , et suffisamment près de celle-ci. Suivant une modalité préférée, il est constitué par un tube, percé d'orifices et placé dans le puits d'extraction lui-meme, de façon à pouvoir etre ramené en surface sans intervention manuelle au fond. Les orifices peuvent etre des trous circulaires, et,dans ce cas, le calcul montre que, pour obtenir un débit total de 56 /h d'un liquide ayant une viscosité de 200 cs, il est nécessaire de prévoir 100.000 trous de 0,8 imi de diamètre par mètre de hauteur du dispositif, ce qui est technologiquement difficile si on se souvient quewdans un puits, le niveau de stockage peut varier de 10 à 0 m. I1 faudrait donc un tube de cette hauteur, d'un diamètre qui pourrait etre de 0,80 m, et percé de 100 000 trous de 0,8 mm par mètre. On peut,il est vrai remplacer le tube ainsi perforé par un ou plusieurs grillages dont les passages auraient une section équivalente. Une autre solution serait d'utiliser des tubes en écoulement de Poiseuille,en choisissant un rapport longueur/diamètre aussi important çe possible. Des faisceaux de ces tubes seraient montés perpendiculairement sur les orifices prévus à cet effet du tubage vertical. Le nombre de ces tubes par mètre serait tel que le débit imposé soit assuré avec une perte de charge permettant la ségrégation désirée. -Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif de séparation est constitué par des passages annulaires superposés. Cette solution va être exposée plus en détail en s'aidant des figures parmi lesquelles: Fig.l est une coupe de l'ensemble d'un exemple non limitatif de réalisation du dispositif de séparation selon 1 t invention; Fig.2 est un schéma explicatif du fonctionnement de l'installation de la figure 1 et Fig.3 est un schéma d'ensemble de l'installation de stockage. Le dispositif décrit à la figure 1 comprend: -une pompe immergée (1) suspendue à son tube de refoulement (2), à la base de cette pompe, un carter de protection (3) du moteur. Cette pompe est enfermée dans un carter étanche (4) qui est fixé en (5) de façon étanche au carter (3) du moteur , -le dispositif séparateur à perte de charge (6),haut de 16 m et composé de 46 éléments annulaires (7) de longueur 23 cm et de largeur 1 cm. Ces éléments sont montés individuellement par moitié autour du tube de refoulement de la pompe; -la garde (8),d'une hauteur de 1 m,assurant le fonctionnement d'au moins 4 éléments. Cette garde, ainsi que le dispositif annulaire,sont fixés de façon étanche en (9) à l'enveloppe (4) de la pompe. Pour le cas d'un stockage souterrain,cet ensemble est placé à l'applomb du puisard, de façon à ce que les carters (3) et (4) soient entièrement dans le puisard. La garde (8) n'y est que partiellement, puisque son niveau supérieur (10) est situé légèrement au-dessus du niveau maximum de 11 eau d'exhaure. Le dispositif séparateur à perte de charge figure à plus grande échelle à la figure 2. Il est composé d'une série d'éléments annulaires cylindroconiques 7, dont un est représenté en entier sur la figure, les deux voisins étant représentés en partie. Chaque élément 7 comprend deux parties cylindriques 11, 12, de diamètres différents, reliées par une partie conique 13. Les éléments successifs sont emboîtées l'un dans autre, la partie cylindrique la plus large 11 d'un élément venant entourer la partie cylindrique étroite 12 de l'élément qui est placé sous elle.Entre deux éléments consécutifs est ainsi délimite un espace annulaire de longueur 1 et de largeur 2 I1 est facile, connaissant d'une part 1 et ainsi que le diamètre intérieur de la partie 11, et, d' autre part,la viscosité (ou la température) du produit à l'entrée de l'espace annulaire, ainsi que la différence de niveau entre l'extérieur et l'intérieur du séparateur, d'en déduire le débit de chaque espace annulaire, et donc le débit total du séparateur , et la viscosité (ou température) moyenne du flot qui traverse le dispositif séparateur. Dans un cas pratique, la viscosité du produit étant liée à la température selon letableau ci-dessous: température (OC) 20 40 60 80 viscosité (CS) 22000 2640 550 165 le débit de la pompe étant-de 680 m/h , la-riscosité admissible maximale était 440 cs. On a utilisé un dispositif dans lequel les diamètres extérieur et intérieur des espaces annulaires étaient 800 et 780 mm, soit une valeur de e = 10 ms, la longueur 1 était de 230 mm et la distance L entre deux espaces annulaires successifs était de 345 mm. On a également constaté que, pour obtenir le débit prévu pour la pompe, il est nécessaire qu'au moins quatre espaces annulaires soient en état de débiter; c'est la raison pour laquelle est prévueJvers la base du séparateur,unegarde 8, constituée par une virole cylindrique fixée de façon étanche sur le carter 4 de la pompe, et entourant la base du séparateur sur une hauteur correspondant à 4 espaces annulaires, soit un peu plus d'un mètre. Ainsi, la pompe est arretée de fonctionner quand le niveau du produit est au-dessous de celui de la garde. En fonctionnement,il se produit dans le produit, autour du séparateur,une zone à faible viscosité, et les surfaces d'égale viscosité prennent une forme conique avec la pointe en bas, si bien que la viscosité du produit arrivant à la pompe est pratiquement indépendante du niveau de celui-ci. Par exempletsi on se place dans les deux conditions théoriques suivantes, qui sont peu différentes de la réalité: 10)hauteur de produit 15,2 m, température : 800C sur une hauteur de 3 m à partir du haut, puis décroissant régulièrement jusqu'à 200C à la base, et 2 ) hauteur du produit 5,2ru, température 800C sur 1 m à partir du haut,décroissant régulièrement jusqu'à 21,4du à la base, on trouve dans le premier cas une température moyenne du fluide traversant le séparateur de 71,7oC ,alors que dans le second cas, elle est de 72,10C, Les éléments successifs 7 du séparateur sont en deux demi-éléments,en contact dlns un plan axial vertical.Chaque demiélément est formé d'une demi-coquille cylindroconique correspondant aux parties 11, 12 et 13, d'un demi-collier de diamètre sensiblement égal à celui du conduit de refoulement 2 de la pompe et des traverses reliant ces demi-colliers à la partie 12 de plus faible diamètre. Des moyens d'agrafage rapide serrent les deux demiéléments entre eux et autour du conduit de refoulement 2 qui leur sert de support. Le diamètre du séparateur,avec la garde 8, est choisi de façon qu'il soit possible de ramener l'ensemble en surface en le halant,avec la pompe, le long du puits ou dtun tubage placé dans celui-ci,sans avoir à descendre au fond. Si le dispositif est utilisé dans un stockage en surface, la pompe 1 peut etre disposée sous le fond du réservoir,Ie niveau de celui-ci correspondant soit à la base, soit au sommet de la garde 8. Si le conduit de refoulement 2 ne passe pas dans le réservoir,il est remplacé,pour soutenir les éléments du séparateur, par un support approprié. La figure 3 montre un schéma simplifié d'une installation de stockage souterrain selon l'invention. La pompe 1 et le séparateur 6 sont installés au fond d'un puits 14 qui communique avec une galerie de stockage 15 contenant le produit stocké. De façon symbolique,on a séparé par une ligne en trait mixte 16 le produit figé 17, en hachures obliques, et le produit défigé 18. I1 est clair que la séparation 16 est purement arbitraire; elle correspond à une surface isotherme qui est sensiblement horizontale dans l'en- semble de la galerie 15, et s incurve vers le bas au voisinage du séparateur 6 comme il a été dit plus haut. Le conduit de refoulement 2 de la pompe aboutit,en surface,à un répartiteur 19,qui reçoit également le produit provenant des installations productrices par une canalisation 20 .ie répartiteur 19 envoie une partie du produit pompé dans un conduit 21 relié aux installations utilisatrices , et le reste dans un conduit 22 relié à un réchauffeur 23 constitué, par exemple, par un échangeur alimenté à la vapeur. Le produit sortant du réchauffeur 23 est renvoyé par une sonde 24 dans la galerie de stockage 15, à son extrémité opposée au puits. La pompe 1 fonctionne à débit sensiblement constant. Si les installations productrices et utilisatrices sont à l'arrêt, tout le produit pompé est recyclé en permanence, et le réchauffeur 23 ne lui fournit que la quantité de chaleur nécessaire à compenser les pertes et à maintenir la proportion du produit défigé à une valeur convenable. Si du produit est envoyé vers le stockage, on diminue la quantité de chaleur véhiculée à travers le réchauffeur 23 pour tenir compte de la chaleur de figeage du produit ainsi envoyé par excès. Si, au contraire, on procède à un déstoX age, on augmente la quantité de chaleur envoyée par leréchauffeur/en proportion de la quantité té de produit à défiger. De cette façon, la quantité de produit à faible viscosité 18 qui surnage au-dessus du produit figé 17 n'a que de faibles variations et la pompe 1 continue à fonctionner dans de bonnes conditions malgré les variations du niveau du produit dans le stock. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'exploitation de stockage de produits dont le point de figeage est à une température supérieure à la température ambiante, caractérisé en ce qu'on maintient en permanence dans le stock une différence de température telle que seule une fraction de ce stock ait une viscosité assez faible pour que son extraction soit possible, et on sépare cette fraction du reste à laide d'un dispositif statique utilisant la relation entre la viscosité d'un fluide et sa vitesse d'écoulement à travers un orifice. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on extrait, à travers ledit dispositif séparateur statique, un volume sensiblement constant du produit, en ce qu'on sépare le volume extrait en deux fractions, dans un rapport variable, une de ces fractions étant recyclée en permanence apres avoir traversé un réchauffeur dans lequel on lui fournit la quantité de chaleur nécessaire au maintien dans le stockage des conditions permettant l'exploitation de ce dernier. 3/ Dispositif séparateur statique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une paroi qui, sur au moins la plus grande partie de la hauteur du stockage, comporte des passages que le produit traverse en écoulement principalement laminaire. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est constitué par une série d'éléments annulaires cylindroconiques à axe vertical s'emmanchant les uns dans les autres de façon à laisser entre deux éléments superposés un espace annulaire qui constitue un passage que le produit traverse en écoulement principalement laminaire. 5/ Dispositif selon la revendication 4, et spécialement adapté à un stockage souterrain, caractérisé en ce quil est monté au dessus d'une pompe d'extraction placée dans un puits, et en ce que les éléments sont fixés sur la conduite de refoulement de ladite pompe, et ont un diamètre extérieur assez faible pour permettre la remontée au jour de l'ensemble sans démontage.