Brevet FR2510718A1 — publié le 19830204

L'invention a pour objet une station de soutirage de gaz qui comprend un côté à haute pression raccordé à la canalisation à grande distance, un côté basse pression raccordé au réseau de distribution aux consommateurs et un organe réducteur de pression interposé entre ces deux cô- tés. Dans l'industrie du gaz naturel, on utilise dans une large mesure le transport du gaz par canalisations. Le transport de la quantité de gaz rncessaire par canalisa- tions ne peut être réalisé qu'avec utilisation d'énergie. Il est nécessaire de transmettre au gaz de l'énergie poten- tielle et de l'énergie cinétique afin que le gaz puisse circuler dans la canalisation d'une station à l'autre et également aux suivantes L'énergie nécessaire pour le transport de gaz est engendrée par l'utilisation de cortipres- seurs élévateurs de la pression L'énergie potentielle du gaz agit sur le milieu à transporter sous la forme d'une pression La valeur de la pression mise en jeu à ce moment, qui est la pression de mise en marche, est déterminée par la pression finale exigée au point d'arrivée de la canali- sation à longue distance, par la perte de pression admis- sible ainsi que par le diamètre des tubes. La pression d'arrivée du gaz transporté sur de grandes distances est beaucoup plus grande que la pression maximale admissible pour les consommateurs qui sont raccor- dés à la canalisation à longue distance sur la longueur de cette canalisation et même pour ceux qui se trouvent à l'extrémité de cette canalisation à longue distance La valeur de la pression d'arrivée oscille en général entre 20 et 35 atm de pression absolue, tandis que la pression admissible pour les consommateurs est comprise entre 3 et atm de pression absolue. La pression d'arrivée est réduite à la valeur de la pression nécessaire pour les consommateurs par des ré- ducteurs et par des régulateurs de pression. L'abaissement de la pression s'effectue dans les stations de soutirage du gaz Dans les solutions technolo- giques qui sont actuellement utilisées, cette réduction de pression est obtenue dans les stations de soutirage du gaz par l'utilisation de détendeurs à étranglement Dans cos détendeurs, le gaz qui cède son énergie potentielle ne fournit aucun travail Il en résulte que la quantité d'énergie investie est perdue dans une mesure importante. Le but de l'invention est de créer une station de soutirage de gaz dans laquelle l'énergie potentielle de la pression d'arrivée du gaz soit mise à profit. L'invention a donc pour objet une station de soutirage de gaz qui possède un côté haute pression rac- cordé à la canalisation à longue distance, un côté basse pression raccordé au réseau de distribution aux consomma- teurs ainsi qu'un organe réducteur de pression interposé entre ces deux côtés. L'essentiel de l'invention consiste en ce que l'organe réducteur de pression est constitué par une ma- chine travaillant par détente, qu'on appellera un dispo- sitif détendeur dans la suite, dont la sortie d'entraîne- ment est raccordée à l'entrée d'entraînement de machines utilisant un travail mécanique, tandis que sa tubulure de sortie est raccordée à une installation utilisant l'éner- gie frigorifique dont au moins un élément est réalisé sous la Forme d'un échangeur de chaleur servant à refroidir le gaz à haute pression et disposé en amont de la machine tra- vaillant par détente, et dont un deuxième élément est au contraire réalisé sous la forme d'un échangeur de chaleur qui refroidit le milieu de transmission de chaleur d'une batterie de réfrigérants. La station suivant l'invention transforme donc l'énergie potentielle du gaz en une énergie frigorifique et/ou en travail mécanique en excluant le détendeur à étranglement qui était utilisé jusqu'à présent L'énergie frigorifique de l'enthalpie liée au processus isentropique, c'est-à-dire la diminution de température, est exploitée dans des applications de l'industrie frigorifique C'est ainsi que, par exemple, les besoins en énergie frigorifique 10718 d'un entrepôt frigorifique possédant une puissance frigo- rifique de 300 000 kcal/h ou d'un atelier de surgélation peuvent être couverts par une station de soutirage de gaz suivant l'invention dans laquelle les besoins en gaz des consommateurs atteignent, si l'on tient compte de douze - heures de consommation par jour, la consommation de 20 000 Nm 3/h, et o l'amplitude de la diminution de pression pour le même intervalle de temps atteint la rapport de détente de 1: 3. En effet, à un rapport de détente de 1: 3, il ne se produit en général pas de condensation d'hydrocarbure liquide à la sortie du gaz de la canalisation à longue distance, ce qui perturberait le mode de travail de la machine travaillant par détente Ceci résulte du fait que le gaz de la canalisation à longue distance est déjà pré- paré au point d'injection et contient 94 à 98 % de méthane, dont la température de condensation dans cet intervalle de pression est d'environ -1000 C, et que, au contraire, compte tenu de la préparation, le gaz ne contient pas de compo- sants hydrocarbures lourds. L'énergie frigorifique produite dans le poste de soutirage peut être économiquement transportée dans un rayon de 5 à 10 km, c'est-à-dire que, en pratique, la sta- tion de soutirage de gaz et l'entrepôt frigorifique ne doivent pas nécessairement être édifiés l'un à proximité de l'autre. Suivant l'invention, la machine qui exploite le travail mécanique est un compresseur dont la tubulure d'en- trée est raccordée à la tubulure de sortie du dispositif détendeur à travers l'installation utilisant l'énergie frigorifique, tandis que la tubulure de sortie du com- presseur est reliée par l'intermédiaire d'un organe de distributeur, en partie au réseau de distribution aux consommateurs, et en partie à la tubulure d'entrée du dispositif détendeur Dans cette solution suivant l'inven- tion, en utilisant le travail mécanique développé par le dispositif détendeur pour effectuer une recompression, on peut augmenter le rapport de détente de la machine travail- lant par détente, parce que la détente dans le dispositif détendeur est réduite au-dessous de la pression de livrai- son Cette mesure technique augmente la puissance de refroi- dissement développée par le détendeur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le compresseur raccordé à la sortie du dispositif déten- deur peut également être réalisé sous la forme du compres- seur d'un circuit de réfrigération connu en soi à déten- deur à étranglement -Cette variante de réalisation offre en pratique une possibilité de réaliser deux circuits de réfrigération indépendants Dans le cadre de l'invention, la machine reliée au dispositif détendeur et qui développe un travail mécanique peut également être un générateur électrique, ce qui représente une sécurité, en particulier dans le cas de panne de l'alimentation en courant. Une autre caractéristique de l'invention, suivant laquelle le dispositif détendeur formant l'organe réduc- teur de pression est muni d'une conduite de dérivation contenant un détendeur à étranglement, est souhaitable pour des raisons de sécurité En cas de panne de fonction- nement liée au dispositif détendeur, ou dans tous les cas o l'entrepôt frigorifique ne demande pas d'énergie frigo- rifique, le dispositif détendeur peut alors être mis hors circuit. Un grand avantage de la station de soutirage de gaz suivant l'invention consiste en ce qu'elle transforme l'énergie potentielle du gaz arrivant en énergie frigori- fique et en énergie mécanique à l'aide d'un dispositif détendeur simple et facile à faire fonctionner En même temps, elle assure de la façon la plus simple l'utilisa- tion de l'énergie frigorifique développée. Un avantage particulier réside dans le fait que la construction des entrepôts frigorifiques et ateliers de surgélation est rendue beaucoup plus simple et beaucoup moins coûteuse de cette façon, puisque ces entrepôts et ateliers n'exigent pas de salles de compresseurs ni de compresseurs très coûteux En pratique, on n'a a monter dans l'entrepôt frigorifique que la pompe qui fait cir- culer l'agent réfrigérant et la batterie de réfrigérants. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, la figure 1 représente un schéma de principe d'une station de soutirage de gaz suivant l'invention; la figure 2 est un schéma de principe d'une autre station de soutirage de gaz suivant l'invention. Dans l'exemple de réalisation suivant la figure 1, le gaz qui arrive du réseau de canalisations de gaz à haute pression, non représenté, par l'intermédiaire de la conduite de dérivation 1, est introduit, à travers les deux séparateurs de poussières 2 a et 2 b branchés en paral- lèle, dans l'échangeur de chaleur 3 qui forme l'un des éléments de l'installation exploitant l'énergie frigori- fique L'échangeur de chaleur 3 est essentiellement réa- lisé sous la forme d'un échangeur de chaleur gaz-gaz, dans lequel le gaz sous haute pression arrivant est refroidi. Le condensat qui se forme dans le gaz à haute pression par suite du refroidissement est séparé dans le séparateur de gouttes 4 placé en aval de l'échangeur de chaleur 3 - Ensuite, le gaz sous haute pression est débarrassé de sa vapeur d'eau dans les dessiccateurs 5 a, 5 b, qui sont également branchés en parallèle l'un par rapport à l'au- tre Le gaz sous haute pression ainsi préparé est envoyé des dessiccateurs Sa et 5 b dans le dispositif détendeur 6, qui constitue la machine travaillant par détente, et il est détendu à une pression inférieure à la pression de soutirage Au cours de la détente, il se produit une diminution importante de l'enthalpie du gaz et, de ce fait, également une diminution importante de la tempéra- ture de ce gaz Dans le séparateur de gouttes 7,le conden- sat qui se sépare éventuellement du gaz qui sort par la tubulure de sortie du dispositif détendeur 6 est éliminé du gaz, qui présente déjà une basse pression On fait pas- ser le gaz froid à basse pression dans le côté primaire de l'échangeur de chaleur 8 qui forme l'un des éléments de l'installation d'exploitation de l'énergie frigorifique. La batterie de réfrigérants 10 est raccordée au côté secondaire de l'échangeur de chaleur par l'intermédiaire d'une conduite en boucle fermée transportant le milieu de transmission de la chaleur, laquelle est équipée de la pompe de circulation 9 La batterie de réfrigérants 10 est placée dans l'enceinte frigorifique 11-de l'entrepôt frigorifique non représenté. Dans l'échangeur de chaleur 8, le gaz, en se ré- chauffant, transmet une partie de son énergie frigorifique au milieu de transmission de la chaleur et refroidit ce dernier La mise en circulation du milieu de transmission de la chaleur par la pompe 9 garantit la continuité de la fourniture de froid de la batterie de réfrigérants. Le gaz à basse pression sortant de l'échangeur de chaleur 8 est ensuite renvoyé par une conduite tubulaire au côté primaire de l'échangeur de chaleur 3, o il refroi- dit le gaz sous haute pression envoyé à travers les sépa- rateurs de poussières 2 a et 2 b Le gaz à basse pression qui passe dans le côté primaire de l'échangeur de chaleur 3 est ensuite recomprimé à la pression de soutirage (ou pression de sortie) au moyen du compresseur 12, qui est relié (couplé) à la sortie du dispositif détendeur 6. Une partie du gaz réchauffé au cours de la com- pression et qui sort par la tubulure de sortie du compres- seur 12 est renvoyée à la tubulure d'entrée du dispositif détendeur 6 au moyen de l'organe distributeur, tandis que l'autre partie de ce gaz est envoyée au réseau de distri- bution 14 à travers le dessiccateur 5 a ou 5 b, qui travail- le périodiquement, ainsi qu'à travers le dispositif de mesure 13. Dans l'exemple de réalisation, et comme ceci est également indiqué par le schéma de principe, le gaz peut être envoyé aux consommateurs par la conduite tradition- nelle équipée du détendeur à étranglement 15, en prévision du cas o il se produirait une défaillance dans l'installa- tion technologique ainsi qu'au cas o l'entrepôt frigori- fique ne demanderait pas d'énergie frigorifique. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, le gaz arrivant par la conduite 1 piquée sur le réseau de canalisations de gaz à haute pression, non repré- senté, est envoyé, de la même façon que dans l'exemple pré- cédent, à travers les séparateurs de poussières 2 a ou 2 b ainsi qu'à travers l'échangeur de chaleur 3, le séparateur de goutte 4 et les dessiccateurs 5 a, 5 b et le gaz à haute pression ainsi préparé est détendu dans le dispositif dé- tendeur 6 puis passe, en traversant le séparateur de gout- tes 7, dans le côté primaire de l'échangeur de chaleur 8 de l'installation d'exploitation de l'énergie frigorifique du gaz froid Le côté secondaire de l'échangeur de chaleur 8 est équipé, de la même façon que dans l'exemple de réa- lisation précédent, d'une batterie de réfrigérants qui transporte le milieu de transmission de la chaleur et est équipée d'une pompe de circulation 9 La batterie de ré- frigérants 10 est agencée dans l'enceinte frigorifique 11, constituée par une installation de congélation, de l'entre- pôt frigorifique non représenté Le gaz à basse pression réchauffé qui sert du côté primaire de l'échangeur de chaleur 8 passe, de la même façon que dans l'exemple de réalisation précédent, à travers le côté primaire de l'é- changeur de chaleur 3, o il cède une autre partie de son énergie frigorifique au gaz à haute pression acheminé, qui est déjà débarrassé de la poussière Le gaz à basse pres- sion froid qui traverse l'échangeur de chaleur 3 passe ensuite dans le côté primaire d'un échangeur de chaleur 16 qui, à son côté secondaire, est raccordé par une con- duite à la tubulure de sortie du compresseur 12 et qui forme également un élément de l'installation d'exploita- tion de l'énergie frigorifique Ensuite, une partie du gaz à basse pression qui est maintenant réchauffé est* envoyée à la tubulure d'entrée du dispositif détendeur 6, 2510718- tandis que l'autre partie est envoyée au réseau de distri- bution 14 à travers les dessiccateurs 5 a, 5 b qui travail- lent périodiquement, et à travers le dispositif de mesure 13. Le compresseur 12 raccordé au dispositif détendeur est réalisé sous la forme du compresseur d'un circuit de réfrigération muni du détendeur à étranglement 17 et qui comporte la batterie de réfrigérants 18 Le milieu de re- froidissement gazeux réchauffé qui sort par la tubulure de sortie du compresseur 12 est condensé dans l'échangeur de chaleur 16 La batterie de réfrigérants 18 couvre les besoins en froid de la chambre de stockage frigorifique 19 de l'entrepôt frigorifique non représenté. L'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 peut avantageusement être utilisé à de plus faibles pressions de piquages de la canalisation à longue distance. L'exemple de réalisation représenté sur la figure 2 est en général à recommander dans le cas de pressions supérieures à 25 atm de pression absolue des canalisations à longue distance, et également dans le cas o il existe un besoin de congélation. REVENDICATIONS 1 Station de soutirage de gaz qui possède un côté à haute pression raccordé à la canalisation de gaz à longue distance, un côté basse pression raccordé au réseau de distribution aux consommateurs, ainsi qu'un organe réducteur de pression intercalé entre ces deux côtés, caractérisée en ce que l'organe réducteur de pres- sion est une machine travaillant pa 2 détente, appelée dans la suite un dispositif détendeur ( 6), dont la sortie d'entraînement est raccordée à l'enté-4 e d'entraînement d'une ou plusieurs machines ( 12) exploitant un travail mécanique, tandis que sa tubulure de sortie est raccordée à une installation ( 3, 8, 16) exploitant l'énergie frigo- rifique dont au moins un élément est réalisé sous la forme d'un échangeur de chaleur ( 3) servant à refroidir le gaz à haute pression et placé en amont de la machine travail- lant par détente et dont au moins un autre élément est réalisé sous la forme d'un échangeur de chaleur ( 8) qui refroidit le milieu de transmission de la chaleur d'une batterie de réfrigérants ( 10). 2 Station de soutirage de gaz suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce que la machine exploitant le travail mécanique qui est raccordée au dispositif dé- tendeur ( 6) est un compresseur ( 12) dont la tubulure d'en- trée est raccordée à la tubulure de sortie du dispositif détendeur ( 6) à travers l'installation ( 3, 8, 16) exploi- tant l'énergie frigorifique, la tubulure de sortie du compresseur ( 12) étant reliée par l'intermédiaire d'un organe distributeur, en partie au réseau de distribution aux consommateurs ( 14), et en partie à la tubulure d'en- trée du dispositif détendeur ( 6). 3 Station de soutirage de gaz suivant l'une des revendication 1 et 2, caractérisée en ce que le compres- seur ( 12) relié (couplé) à la sortie du dispositif déten- deur ( 5) est réalisé sous la forme du compresseur d'un circuit de réfrigération connu en soi équipé d'un déten- deur à étranglement ( 17) et d'une batterie de réfrigé- rants ( 18). 4 Station de soutirage de gaz suivant les reven- dications 1 et 3 prises ensemble, caractérisée en ce qu'elle comporte deux circuits de réfrigération indépen- dants l'un de l'autre, dont l'un comprend l'échangeur de chaleur ( 8) raccordé à la tubulure de sortie du dispositif détendeur ( 6) tandis que l'autre comprend le compresseur ( 12) relié à l'arbre de sortie du dispositif détendeur ( 6). Station de soutirage de gaz suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la machine reliée à l'arbre de sortie du dispositif déten- deur ( 6) et qui fournit un travail mécanique est un géné- rateur électrique. 6 Station de soutirage de gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dispositif détendeur ( 6) formant l'organe réducteur de pression est muni d'une conduite de dérivation conte- nant un détendeur à étranglement ( 15). 7 Station de soutirage de gaz suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la station est munie, suivant le besoin, de filtres dé- poussiéreurs ( 2 a, 2 b), de séparateurs de gouttes ( 4, 7), de dessiccateurs (Sa, 5 b) et d'une pompe de circulation ( 9).