Brevet FR2582747A1 — publié le 19861205

Procédé et dispositifs pour comprimer un fluide diphasique La présente invention concerne un procédé et des dispositifs pour comprimer un fluide diphasique. En particulier, l'invention vise à la compression d'hydrocarbures pour les véhiculer sur de longues distances dans une conduite de transport. D'une manière générale, l'invention s'applique donc à un fluide diphasique composé d'une phase gazeuse A et d'une phase liquide B de composition chimique différente. Dans ce cas, l'utilisation d'une turbomachine classique pour comprimer un tel fluide se présentant sous la forme d'un brouillard diphasique entrasse les conséquences suivantes - érosion des ailettes de roue. En effet, les parties tournantes subissent un bombardement de gouttelettes qui est préjudiciable à la durée de vie des machines, - séparation des phases. Dans ces mêmes parties tournantes, les gouttelettes sont collectées puis regroupées à la périphérie par effet centrifuge, - dessin des pales : du fait de cette structure probable de ltécoulement en sortie des roues, la réalisation du même niveau d'énergie pour les deux phases exige une épure particulière des pales des roues, ceci à cause principalement de leur différence de densité.Cette contrainte entrain des concessions inadmissibles sur le rendement de la machine. Pour améliorer le fonctionnement des appareils existants, une solution simple consiste à séparer les deux phases et à effectuer séparé- ment les compressions. La mise en oeuvre de circuits séparés soulève des problèmes d'encombrement disponible et de multiplicité de machines. La présente invention a pour but de pallier les difficultés énumérées ci-dessus et a pour objet un procédé pour comprimer un fluide diphasique dans lequel on commence par séparer en tout ou partie la phase liquide de la phase gazeuse, caractérisé en ce que la phase gazeuse séparée est ensuite comprimée en utilisant l'énergie délivrée par la vapeur produite au cours d'un cycle de Rankine subi par la phase liquide dudit fluide diphasique. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé comprenant un séparateur de phases recevant le fluide diphasique à une pression P1 à comprimer jusqu'à une pression P2, caractérisé en ce que la sortie liquide du séparateur est envoyée par une pompe élevant sa pression à une valeur P3 > P1, dans un évaporateur alimentant un système statique d'éjection recevant en outre la phase gazeuse en sortie du séparateur de phases, la sortie dudit système statique alimentant, sous forme diphasique, une conduite de sortie à la pression P2 telle que P1 Selon une première réalisation, le système statique d'éjection comprend un éjecteur recevant en entrée la phase gazeuse en sortie du séparateur de phases et ledit évaporateur alimentant une buse d'injection située dans l'axe dudit éjecteur. Selon une deuxième réalisation, le système statique d'éjection comprend plusieurs éjecteurs, ledit évaporateur alimentant chacun des éjecteurs par une buse d'injection située dans l'axe de chaque éjecteur, lesdits éjecteurs étant disposés soit en série, soit en parallèle. Selon une autre caractéristique, un condenseur est en outre disposé entre la sortie dudit système statique d'éjection et ladite conduite de sortie, le fluide en sortie dudit système statique d'éjec- tion se condensant partiellement dans ce condenseur. Selon une autre caractéristique, ledit évaporateur est en outre alimenté par un prélèvement liquide soutiré dans ledit condenseur. Selon une autre forme de mise en oeuvre du procédé, l'invention a pour objet un dispositif comprenant un séparateur de phases recevant le fluide diphasique à une pression P1 à comprimer jusqu'à une pression P2, et est caractérisé en ce qu'il comprend un évaporateur alimenté par la sortie liquide du séparateur de phases, par l'intermédiaire d'une pompe élevant la pression de la phase liquide à une valeur P3 7 P1, la vapeur en sortie dudit évaporateur alimentant une turbine de détente dont l'échappement est relié à un condenseur dont la sortie, à la pression P2, alimente une conduite de sortie recevant en outre la sortie > à la même pression P2, d'un compresseur alimenté en entrée par la phase gazeuse dudit séparateur et entratné en rotation par ladite turbine de détente. Selon une autre caractéristique, ledit évaporateur est en outre alimenté par un prélèvement liquide soutiré dans ledit condenseur. L'invention va maintenant être décrite en référence au dessin annexé dans lequel La figure 1 est un diagramme de principe illustrant le procédé de l'invention. La figure 2 représente schématiquement selon une première forme de réalisation, un dispositif de mise en oeuvre du procédé. La figure 3 représente une variante de la figure 2. La figure 4 représente schématiquement, selon une deuxième forme de réalisation, un dispositif de mise en oeuvre du procédé. Le schéma de la figure 1 illustre le procédé de l'invention. Le fluide diphasique, par exemple un brouillard d'hydrocarbures, à une pression P1 de 30 bars et à une température de 800C est envoyé dans un séparateur 1. La phase liquide B séparée est pompée au moyen d'une pompe 2 élevant sa pression à une valeur P3 par exemple 180 bars et l'envoyant dans un évaporateur 3 dont la source chaude de chauffage est représentée par une flèche 4 et qui peut consister en tout moyens disponibles sur le site de fonctionnement : énergie électrique, combustion de produits pétroliers etc... La phase gazeuse A séparée dans le séparateur 1 est envoyée dans une unité 5 de compression et de conditionnement utilisant l'énergie délivrée par la vapeur produite dans l'évaporateur 3. Cette unité de compression et de conditionnement comprend un condenseur 6 refroidi par une source froide représentée par une flèche 7. En sortie de l'unité 5, le fluide est sous forme diphasique à une pression P2 apte à le véhiculer dans une conduite de sortie 8 pour son transport sur une longue distance. Dans l'exemple non limitatif donné, cette pression P2 est par exemple de 100 bars et la température de 180oC. La figure 2 représente un dispositif montrant une réalisation de l'unité 5. Il s'agit ici d'un système statique comprenant un éjecteur 10 alimenté par la phase gazeuse A sortant du séparateur 1. Par ailleurs, les gaz B sortant de l'évaporateur 3 à la pression P3 alimentent une 3 buse d'injection 11 située dans l'axe de ltéjecteur 10. L'éjecteur 10 a un profil convergent-divergent dont la sortie alimente directement, sous forme diphasique, à la pression P2 désirée (100 bars dans l'exemple décrit) une conduite de sortie 8. Eventuellement, comme représenté sur la figure, si la détente dans l'éjecteur ne suffit pas, la sortie de l'éjecteur 10 alimente un condenseur 6 refroidi par un circuit 12 parcouru , par exemple par de l'eau de mer au moyen d'une pompe 13. C'est alors la sortie du condenseur 6 qui alimente la conduite de sortie 8.Le condenseur permet de condenser partiellement le fluide en provenance de l'éjecteur. Dans cette réalisation, la vapeur générée par l'évaporateur 3 constitue le fluide moteur du système éjecteur, le fluide entrarné étant le gaz A p~ venant du séparateur 1. La figure 3 montre une variante de la figure 2 dans laquelle le système d'éjection comprend deux électeurs 10 et 10A. Dans l'exemple représenté, ces deux éjecteurs sont disposés en série, ils pourraient également etre alimentés en parallèle par la phase gazeuse A en prove nuance du séparateur 1. Le fluide moteur, constitué par le gaz B produit dans l'évaporateur 3, alimente deux buses d'inJection Il et 11A situées respectivement dans l'axe des éjecteurs 10 et 10A. Les raisons qui conduisent au choix de l'utilisation d'un seul éjecteur ou bien au contraire de plusieurs, disposés soit en parallèle, soit en série dependent des valeurs des rapports entre les caractéristiques des flux gazeux A et B : débit massique, température, pression, et de la température de stabilité chimique du fluide B. Cette dernière impose la température limite du gaz B pouvant être produit. La figure 4 représente une autre forme de mise en oeuvre du procédé. Dans cette figure, le gaz B à la pression P3 en sortie de ltévapo- rateur 3 est dirigé vers une turbine de détente 14 dont l'échappement, à la pression P2 alimente le condenseur 6, tandis que le gaz A en sortie du séparateur 1 est comprimé dans un compresseur 15, entraîné en rotation par la turbine 14, et dont la sortie, à la pression P2, est mélangée en 16 avec la sortie du condenseur 6, l'ensemble étant envoyé dans la conduite 8 à la pression P2. Dans le procédé selon l'invention, et pour son bon fonctionnement, on suppose que le rapport volumétrique entre le gaz A et le liquide B à la sortie du séparateur 1, dans les conditions d'aspiration, est égal à une valeur précise dépendante des propriétés des composants A et B et de la quantité d'énergie pouvant être communiquée au fluide B au niveau de l'évaporateur 3. Dans le cas ou la quantité B serait en surabondance, le surplus peut être injecté dans le circuit à la sortie du dispositif à l'aide d'un gicleur. Dans l'éventualité contraire, le complément nécessaire est fourni par prélèvement au niveau du condenseur 6 c'est ce qui est montré sur les figures 2 et 4. Dans ces figures, l'évaporateur 3 est en outre alimenté par un soutirage de liquide dans le condenseur 6 au moyen d'une conduite 17 et d'une pompe 18. Dans ce cas, en régime permanent de fonctionnement, et pour un débit donné de fluide diphasique, tous se passe comme si une certaine quantité de fluide B assurait le fonctionnement de l'ensemble et restait cantonné dans le dispositif. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour comprimer un fluide diphasique dans lequel on commence par séparer en tout ou partie la phase liquide de la phase gazeuse, caractérisé en ce que la phase gazeuse séparée est ensuite comprimée en utilisant l'énergie délivrée par la vapeur produite au cours d'un cycle de Rankine subi par la phase liquide dudit fluide diphasique. 2/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un séparateur de phases (1) recevant le fluide diphasique à une pression P1 à comprimer jusqu'à une pression P2, caractérisé en ce que la sortie liquide du séparateur est envoyée, par une pompe (2) élevant sa pression à une valeur P3 > P1, dans un évaporateur (3) alimentant un système statique d'éjection recevant en outre la phase gazeuse en sortie du séparateur de phases, la sortie dudit système statique alimentant sous forme diphasique une conduite de sortie 8 à la pression P2 telle que P 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit système statique d'éjection comprend un éjecteur (10) recevant en entrée la phase gazeuse (A) en sortie du séparateur de phases et ledit évaporateur (3) alimentant une buse d'injection (11) située dans l'axe dudit éjecteur. 4/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit système statique d'éjection comprend plusieurs éjecteurs (10, 10A), ledit évaporateur alimentant chacun des éjecteurs par une buse d'injection (11, 11A) située dans l'axe de chaque éjecteur, lesdits éjecteurs étant disposés en série ou en parallèle. 5/ Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'un condenseur (6) est en outre disposé entre la sortie dudit système statique d'éjection et ladite conduite de sortie (8), le fluide en sortie dudit système statique d'éjection se condensant partiellement dans ce condenseur. 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit évaporateur (3), est en outre alimenté par un prélèvement (17, 18) liquide soutiré dans ledit condenseur (6). 7/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un séparateur de phases (1) recevant le fluide diphasique à pression P1 à comprimer jusqu'à une pression P2, caractérisé en ce qu'il comprend un évaporateur (3) alimenté par la sortie liquide (B) du séparateur de phases, par l'intermédiaire d'une pompe (2) élevant la pression de la phase liquide à une valeur P3, P1, la vapeur (B) en sortie dudit évaporateur alimentant une turbine de détente (14) dont l'échappement est relié à un condenseur (6) dont la sortie, à la pression P2, alimente une conduite de sortie (8) recevant en outre la sortie, à la meme pression P2, d'un compresseur (15) alimenté en entrée par la phase gazeuse (A) dudit séparateur (1) et entrainé en rotation par ladite turbine de détente. 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit évaporateur est en outre alimenté par un prélèvement liquide (17, 18) soutiré dans ledit condenseur (6).