Brevet FR2569468A1 — publié le 19860228

PROCEDE DE TRANSPORT D'HYDROCARBURES, EN PARTICULIER DE PETROLE ET DE GAZ NATUREL ET UNE STATION DE COMPRESSION POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE L'invention concerne un procédé de transport d'hydrocarbures liquides et gazeux, en particulier de pétrole et de gaz naturel et une station de compression pour la mise en oeuvre du procédé. Le procédé et la station de compression selon l'invention rendent possible une coopération efficace entre un réseau public de distribution électrique et un systeme de transport d'hydrocarbures de façon à réaliser d'importantes économies: et à ce que les rendements aussi bien du premier que du second soient améliorés. Dans les systèmes de pipe-line pour le transport d'hydrocarb;rns liquides et gazeux, en particulier de pétrole et de gaz naturel, des pressions élevées sont requises pour le transport par tube. Le transport dans les canalisations s'accompagne toujours de pertes de charge. Ces pertes doivent être compensées et donc, des stations de compression comprenant des dispositifs élevateurs de pression tels que des compresseurs ou des pompes sont construits le long du pipe-line. Pour ltentraine- ment de ces dispositifs élevateurs de pression, on utilise des machines motrices et la source d'énergie de ces machines consiste en prélèvements sur les hydrocarbures à transporter.Dans les régions dans lesquelles un approvisionnement sûr en énergie électrique est assuré, il existe des stations de compression dont les machines motrices sont des moteurs électriques. Comme proposition, un projet a été élaboré selon lequel une centrale électrique séparée avec réseau connecté est construite pour la fourniture en énergie du pipe-line et de ses unités de puissance, c"est-à-dire les dispositifs élevateurs de pression. Une centrale électrique séparée avec un réseau électrique sera appelé par la suite système de fourniture d'énergie électrique au pipe-line. Un. tel système sera av!àgtag-eux si le long du pipe-line ou dans son voisinage, il existe une source d'énergie relativement peu onéreuse comme une chute d'eau ou un gisement de charbon facilement exploitable permettant la production d'énergie qui sera fournie aux machines motrices en substitution aux hydrocarbures prélevés pendant leur transport.Un système de fourniture d'energie électrique au pipe-line sera également avantageux dans les régions dans lesquelles un développement futur est prévu. La forte augmentation du prix des hydrocarbures entrain une augmentation des coûts de transport du fait de Y'utilisation d'hydrocarbures pour assurer celui-ci. Ceci est la raison principale pour laquelle des efforts ont été entrepris pour améliorer le rendement des systèmes de transport par pipe-line. Il semble que deux voies aient été suivies simultanément. La première de celle-ci consiste à augmenter le diametre des pipes-lines et la pression qui leur est appliquée (les valeurs maximales actuellement atteintes sont respectivement environ 1400 mm et 7,5 MPa). Par la seconde voie, on cherche à augmenter le rendement des machines motrices.Malgré ces efforts, une grande partie des hydrocarbures à transporter doit cependant être utilisée pour l'approvisionnement en énergie des dispositifs élevateurs de pression et autres équipements du pipe-line. Cette part se monte à 4 ou 5% du gaz naturel par 1000 km de pipe-line, même en utilisant les meilleurs équipements. Cependant, dans ces efforts d'amélioration du rendement, on fait face à des difficultés croissantes: augmenter la pression et le diamètre, améliorer le rendement signifie le recours à des matériaux et des solutions techniques d'autant meilleurs que le resultat cherché est meilleur, alors que les coûts ne sont pas ou seulement faiblement diminués. Il est clair que les améliorations obtenues de cette manière augmentent également. Le but de la présente invention consiste à remplacer une partie, autant que possible grande, des hydrocarbures utilisés selon les procédés connus de transport par une autre type d'énergie, c'est-à-dire par l'électricité. L'invention est fondée sur le point de vue que le réseau public de distribution électrique peut contribuer au travail du système de pipeline demandant un approvisionnement relativement stable en énergie et bénéficiera ainsi qu'un certain nombre d'avantages économiques d'une collaboration si les stations de compression sont équipees de machines motrices electriques en plus des machines motrices approvisionnées en énergie par des prélèvements sur les hydrocarbures transportés. Un autre point de vue est qu'un systeme de fourniture d'énergie électrique au pipe-line peut être plus avantageux qu'il a été estimé jusqu'ici, s'il est connecté au réseau public de distribution électrique. L'objet de la présente invention est donc la création -en tenant compte des points de vue ci-dessus- d'un procédé et d'une station de compression par lesquels une grande partie. de l'énergie requise par le pipe-line pour assurer le transport peut être fournie sous forme d'énergie électrique en substitution aux hydrocarbures et rendant possible l'amélioration de l'économie du transport et le rendement de fonctionnement d'un réseau public de distribution électrique connecté au pipeline. Le procédé selon l'invention a été créé pour le transport d'hydrocarbures liquides ou gazeux, en particulier de pétrole et de gaz naturel, et consiste à connecter des dispositifs élevateurs de pression à un pipe-line transportant des hydrocarbures, engendrant ainsi la pression requise dans le pipe-line pour le transport et, conformémenta l'invention, à connecter en outre une partie des dispositifs élevateurs de pression à une source d'énergie, par exemple à une centrale électrique et/ou directement à un réseau public de distribution électrique, d'enregistrer les variations de charge dans le réseau public de distribution électrique et d'approvisionner les dispositifs élevateurs de pression en énergie prélevée sur les hydrocarbures transportés pendant les pointes du réseau public de distribution électrique, et au moins partiellement en énergie provenant d'un reseau électrique pendant les periodes durant lesquelles la charge est inférieure à un niveau minimum caractérisant la période de pointe et avantageusement, leur durée est supérieure à une durée minimale, pour le maintien de la pression requise. Un mode de réalisation avantageux du procédé proposé consiste à soutirer de l'énergie électrique du réseau public de distribution électrique et/ou du système de fourniture en énergie électrique au pipe-line construit près de celui-ci et à transférer l'énergie produite par le système de fourniture d'énergie électrique au pipe-line au réseau public de distribution électrique pendant les périodes de pointe. L'énergie électrique sera avantageusement fournie à l'entrée de moteurs synchrones et ainsi sera-t-il possible de fournir au reseau public de distribution électrique une puissance pendant le fonctionnement des moteurs. Les dispositifs élevateurs de pression approvisionnes en energie électrique et connectés au réseau public de distribution électrique peuvent être utilisés avantageusement en les branchant et en les débran- chant de manière a restreindre le taux des variations de la charge du réseau public de distribution électrique. La liaison entre le système énergétique du pipe-line et le reseau public de distribution électrique sera avantageusement contrôlée à l'aide d'une unité à microprocesseur, permettant au moteur d'être automatiquement branché et débranché quand on le désire sans participation d'un opérateur. Dans cette procédure, on pourra tenir compte du paramètre de charge reel et des estimations du paramètre de charge obtenue par prévision, par les tendances du parametre réel et par leurs différences avec les valeurs prévues. L'invention a d'autre part pour objet une station de compression particulièrement adaptee à la mise en oeuvre du procédé proposé et comprenant un premier groupe de dispositifs élevateurs de pression, notamment des compresseurs ou des pompes, pour le transport d'hydrocarbures, approvisionnés en énergie par des prélèvements sur les hydrocarbures transportes et assurant une puissance cumulée au moins égale à la puissance nécessaire au transport, et comprenant selon l'invention un second groupe de dispositifs élevateurs de pression approvisionnés en énergie electrique, la puissance- cumulée des dispositifs du second groupe étant au plus égale à celle nécessaire au transport. Les révisions générales, le démontage des dispositifs peuvent être facilités en prévoyant dans la station de compression un dispositif élévateur de pression auxiliaire relie à une machine motrice recevant son énergie de prélèvements sur les hydrocarbures transportés. Le procédé propose et la station de compression pour sa mise en oeuvre permettent de diminuer les coûts du transport par pipe-line et en même temps d'améliorer le coefficient de charge du réseau.public de distribution améliorée ainsi que les coûts diminués. L'objet de l'invention est decrite plus en détail ci-dessous, seulement à titre d'exemple, en se référant a un mode de réalisation préféré et à l'aide d'un dessin annexé représentant le schéma d'une station de compression. Le procédé selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre par un nouvel arrangement de dispositifs dans les stations de compression travaillant le long d'un pipe-line F pour le transport de gaz naturel sous haute pression (voir figure). Le gaz naturel s'écoulant dans le pipe-line passe par les dispositifs élevateurs de pression C1, C2, C3, C4 et C5 (des compresseurs dans le cas présent). Les compresseurs renvoient le gaz naturel dans le pipe-line F au travers d'un refroidisseur H, assurant ainsi la puissance nécessaire au transport. Les dispositifs élevateurs de pression C1, C2, C3, C4 et C5 sont divisés en deux groupes. Le premier groupe comprend les dispositifs C1, C2 et C3 reliés aux machines motrices G1, G2 et G3 dont la puissance cumulee et au moins égale à celle nécessaire au transport.Les machines motrices G1, G2 et G3 sont approvisionnées par prélèvement de gaz naturel -ce sont par exemple des turbines à gaz. Le second groupe comprend les dispositifs élevateurs de pression C4 et C5, reliés aux moteurs électriques E4 et E5 servant de machines motrices, et dont la puissance cumulée est au moins plus egale à celle nécessaire au transport Ces moteurs sont connectés à un réseau électrique, par exemple à un réseau public de distribution électrique et ce sont avantageusement des moteurs synchrones.L'une des machines motrices, par exemple celle désignée par G3 et le dispositif elevateur de pression-correspondant C3 sont des dispositifs de réserve qui sont toujours utilisés dans ces stations de compression dans lesquelles, le long du pipe-line, une révision générale, demontage et montage d'un dispositif doivent être effectues et dans lesquelles donc, un dispositif élévateur de pression doit être remplacé par un autre.La puissance cumulée du second groupe de dispositifs élevateurs de pression, c'est-à-dire des dispositifs C4 et C5, peut être plus faible que celle des dispositifs du premier groupe, c'est-à-dire des dispositifs entra;- nés par les machines motrices marchant au gaz naturel, et dans ce cas, une ou plusieurs des machines motrices du premier groupe peut couvrir le défaut de puissance. Selon l'invention, les moteurs électriques de la station de compression peuvent être connectés à un réseau électrique des manières suivantes: 1. Si le pipe-line possède son propre système d'approvisionne ment en énergie électrique, ils seront connectés au réseau de ce système, et la centrale électrique servira, si on le veut, à la fourniture d'énergie au réseau public de distribution électrique. 2. Les moteurs électriques fonctionnant auprès des pipe-line de construction traditionnelle, c'est-à-dire marchant par prélèvements sur les hydrocarbures transportés, seront reliés au réseau public de distribution électrique. Il serait avantageux qu'un réseau public de distribution électrique puisse être atteint sans difficultés, auquel cas les connec tions seraient réalisées de manière connue. Si l'on veut appliquer le procédé selon l'invention, la charge dans le réseau public de distribution électrique devra être suivie et déterminée. Il est également connu que les variations de charge dans un reseau de distribution peuvent être prévues sur la base des donnees antérieures et ceci est la pratique générale. Lorsque la charge atteint les valeurs caractéristiques des périodes de pointe, les machines motrices G1, G2 et G3 alimentés en énergie par des prélèvements sur les hydrocarbures transportés, c'est-à-dire le premier groupe de dispositifs élevateurs de pression C1, C2 et C3, seront branches avec une certaine avance, simultanément ou successivement en fonction des variations de charge.Pendant l'augmentation de la charge, les moteurs électriques E4 et E5, et donc le second groupe des dispositifs élevateurs de pression, c'est-à-dire les dispositifs C4 et C5, seront mis hors service et le transport des hydrocarbures sera pr-is en charge progressivement par les dispositifs élevateurs de pression du premier groupe. A la fin des heures pendant lesquelles les pointes peuvent se produire et après que la charge est restée en permanence inférieure à une valeur donnée, les moteurs électriques E4 et E5 seront rebranchés dans un ordre inverse. Si la puissance cumulée du second groupe de dispositifs élevateurs de pression est plus faible que la puissance requise pour le transport, la différence pourra être prise en charge par un ou plusieurs dispositifs du premier groupe. Dans le cas d'un pipe-line avec un système de fourniture d'énergie électrique propre, le procédé pourra être applique de même en tenant compte des variations de la charge, mais en même temps que l'on met en service les machines motrices alimentées en énergie par prélèvement sur les hydrocarbures transportés, la part correspondante de puissance produite par le système de fourniture d'energie électrique au pipe-line est élivree à un système public de distribution électrique.Ainsi, pendant les pointes, le système de fourniture d'énergie électrique au pipe-line pourra être utilise comme une centrale électrique de pointes Pendant les heures hors pointes, les moteurs électriques E4 et E5 seront utilisés pour l'entraînement des dispositifs élevateurs de pression C4 et C5 appartenant au second groupe Les moteurs électriques connectés au réseau public de distribution électrique améliore les conditions de charge du réseau, ils égalisent le niveau de charge et, si ce sont des moteurs synchrones, ils sont capables de fournir de la puissance déwattée au réseau public. L'avantage principal est cependant de permettre de cette manière la réalisation d'importantes économies élevees d'hydrocarbures. Les pointes de charge dans un réseau public de distribution électrique ont lieu à des heures qui peuvent être prévues avec une grande précision sur la base de données antérieures. Les méthodes de prevision sont bien connues en soi. Pendant les pointes, les stations de compression considérées comme étant de grandes consommatrices d'énergie doivent être débranchées du réseau, mais il est nécessaire d'assurer le fonctionnement ininterrompu du pipe-line. Lorsqu'il parait nécessaire de débrancher les moteurs électriques ou qu'il semble possible de les brancher, il faut tenir compte du fait que les machines motrices alimentees en énergie par prélèvements sur les hydrocarbures exigent un délai et un excès de carburant pour atteindre leur régime après leur démarrage.Il est également important de considérer qu'un nombre augmenté de démarrages entraine un raccourcissement des intervalles de temps entre les révisions génerales des machines motrices et donc une diminution de leur durée de vie. Par conséquent, il est avantageux de faire démarrer et fonctionner les machines motrices des dispositifs élevateurs de pression du premier groupe en tenant compte des prévisions de charge, de la valeur réelle de la charge, et des tendances qui peuvent étre déterminées sur la base des valeurs réelles de la charge et de leurs différences avec les prévisions.Par conséquent, le démarrage des machines motrices devra avoir lieu à des heures choisies de inani & e à ce qu'elles atteignent la puissance nécessaire au moment précis des pointes, et après une pointe, elles devront fonctionner sans diminution de puissance s'il faut s'attendre à une nouvelle pointe après l'écoulement d'un temps inférieur à un minimum donne. Dans ce but, il sera avantageux d'utiliser une unité à microprocesseur constituée selon les principes bien connus, cette unité étant capable d'effectuer automatiquement les opérations de mise en et hors service et d'analyser et traiter les données. L'unité à microprocesseur est également avantageuse en ce que le traitement des données pourra se faire à grande vitesse et en ce qu'il sera possible de conserver les données. Les moteurs des stations de compression peuvent diminuer le taux caractérisant les variations de charge aussi bien pendant l'augmentation que la diminution de la charge. Par la mise en service des moteurs, il est possible de diminuer le taux pendant les décroissements de charge, et par leur mise hors service, d'améliorer les conditions de charge du réseau pendant les accroissements de charge. Cette influence diminuée est tres avantageuse pour le fonctionnement du réseau public de distribution électrique puisqu'ainsi il est possible d'éviter l'utilisation et l'installation d'équipements coûteux pouvant être démarrés rapidement et pouvant diminuer le taux élevé caractérisant les variations. Les avantages principaux du procédé proposé et de la station de compression correspondante sont les suivants: - l'économie et la fiabilité sont améliorées en ce qui concerne aussi bien le pipe-l-ine de transport d'hydrocarbures que le réseau public de distribution électrique; - de grandes quantités d'hydrocarbures peuvent être économisées par l'utilisation d'électricité; - la capacité de transport du pipe-line est augmentée. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour le transport d'hydrocarbures, en particulier de pétrole ou de gaz naturel, consistant en l'utilisation de dispositifs élevateurs de pression connectés à un pipe-line pour le transport d'hydrocarbures liquides ou gazeux, tels que pétrole et gaz naturel, et engendrant ainsi la pression requise pour le transport, caractérisé en ce qu'il consiste en outre a connecter les dispositifs élevateurs de pression pour la production de pression à un réseau public de distribution électrique, a enregistrer les variations de charge du réseau public de distribution électrique et à approvisionner les dispositifs élevateurs de pression en énergie par prélèvements sur les hydrocarbures transportés pendant les pointes du réseau public de distribution electrique et au moins partiellement en énergie électrique pendant les périodes où la charge est plus faible que-durant les périodes de pointes. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il consiste à connecter les dispositifs élevateurs de pression à une source électrique, par exemple à une centrale électrique connectée au réseau public de distribution électrique. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'énergie électrique est obtenue a partir d'un réseau construit auprès du pipe-line pour le transport d'hydrocarbure sur la base d'une centrale électrique et que l'énergie électrique de la centrale est fournie pendant les heures de pointe au réseau public de distribution électrique. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'énergie électrique est obtenue à partir du réseau public de distribution électrique. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que de la puissance déwattee est fournie au réseau public de distribution électrique pendant la consommation d'énergie électrique. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le taux des variations de la charge du réseau public de distribution électrique est diminué pendant la consommation d'énergie électrique en abaissant la consommation pendant les périodes de charge croissante et en augmentant la consommation pendant les périodes de consommation décroissante. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les dispositifs élevateurs de pression sont mis en et hors service en se basant sur les données de: la charge celle, les prévisions de charge pour le réseau public de distribution électrique, les tendances des valeurs réelles et les tendances des différences entre les valeurs réelles et les prévisions, en particulier à l'aide d'une analyse par ordinateur des données et des tendances. 8.- Station de compression, en particulier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour le transport par tube dthydrocarbures liquides ou gazeux, tels que pétrole ou gaz naturel, comprenant un premier groupe de dispositifs élévateurs de pression, tels que pompes ou compresseurs, entrainés par des machines motrices tirant leur énergie de prélèvements sur les hydrocarbures transportés, caractérisée en ce qu'elle comporte un second groupe de dispositifs élévateurs de pression (C4, C5) reliés à des moteurs électriques faisant fonction de machines motrices, et en ce que la puissance Iée des dispositifs élévateurs de pression (C1,C2,C3) du premier groupe est au moins égale à la puissance nécessaire au transport, par le pipe-line, tandis que la puissance cumulée des dispositifs élevateurs de pression (C4, C5) du second groupe est egale au plus à la puissance nécessaire au transport par le pipe-line. 9.- Station de pression selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moteurs électriques (E4, E5) sont des moteurs synchrones. 10.- Station de pression selon les revendications 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif élevateur de pression auxiliaire (C3) relie à une machine motrice (G3) alimentée en énergie par des prélèvements sur les hydrocarbures transportés.