Brevet FR2692663A1 — publié le 19931224

La présente invention concerne les procédés de construction d'unités cryogéniques de séparation de gaz, typiquement de gaz de l'air, comportant au moins une colonne de distillation et comprenant les étapes de pré-assembler en atelier la colonne avec des éléments de tuyauteries adventices incluant des tuyauteries d'instrumentations pour constituer un sous-ensemble pré-équipé, de transporter et d'installer ce sous-ensemble sur site. Classiquement, les unités cryogéniques de séparation de gaz comprennent au moins une colonne de distillation qui est disposée dans une structure d'isolation appelée boîte froide présentant habituellement une configuration sensiblement parallélépipédique de façon à ménager autour de la colonne une épaisseur d'isolation déterminée Pour des questions de limitation de coûts de montage et surtout de qualité, la colonne est pré-assemblée avec des éléments de tuyauterie dans un atelier du constructeur avec un bâti correspondant à celui de la future boîte froide, et de section intégrant les futures épaisseurs d'isolation tout autour de la colonne avant transport et installation sur site de l'ensemble, appelé "paquet boîte froide". Outre leur poids, obérant sensiblement les coûts de transport, de tels ensembles complètement pré-assemblés se trouvent confrontés, essentiellement de par leur volume hors tout important, à des problèmes sérieux de transport (hauteur sous pont, virages), comme mentionné à la page 25 du Rapport Annuel 1989 de la société Linde, lorsque les dimensions de colonne deviennent importantes, comme c'est le cas aujourd'hui pour des productions massives de gaz. La présente invention a pour objet de proposer un procédé permettant de conserver les critères de qualité par pré-assemblage en usine des éléments nécessitant un contrôle de qualité poussée (typiquement toute la partie cryogénique), limitant grandement les problèmes et les coûts de transport vers le site d'utilisation et facilitant son installation in situ dans divers types de boîtes froides. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, le procédé de construction comprend les étapes de constituer le sous- -35 ensemble pré-équipé avec les éléments de tuyauteries disposés de façon à être inscrits dans au moins un, avantageusement un seul, volume allongé latéral à la colonne et de section réduite, ne prenant pas en compte l'épaisseur d'isolation requise pour le fonctionnement in situ de la colonne, ayant typiquement une largeur maximum n'excédant pas ou peu le diamètre de la colonne, de disposer le sous-ensemble sur au moins un berceau de transport, avantageusement un seul berceau de transport définissant un volume intérieur de section adaptée pour recevoir au moins un des volumes latéraux correspondant aux éléments de tuyauteries, de transporter le sous-ensemble et son berceau et de monter sur site le sous-ensemble dans une boîte froide, en reconstituant alors l'épaisseur d'isolation requise sur tout le pourtour du sous-ensemble. Selon d'autres caractéristiques de l'invention le procédé comporte l'étape de protéger les éléments de tuyauterie par un capotage; le sous- ensemble pré-équipé est disposé partiellement dans un berceau de transport définissant un volume intérieur de section adaptée pour recevoir au moins un des volumes latéraux des éléments de tuyauterie; les éléments de tuyauterie sont regroupés dans un volume latéral, le sous-ensemble étant disposé dans le berceau avec la colonne reposant sur la partie supérieure du berceau; le procédé comprend les étapes de monter sur site le sous- ensemble dans une enveloppe o est également disposé au moins un réservoir de liquide cryogénique et de remplir l'enveloppe avec un premier isolant; le sous-ensemble est disposé dans l'enveloppe avec le volume latéral jouxtant une paroi latérale de l'enveloppe à une distance de celle-ci suffisante pour restituer la distance d'isolation nécessaire. Un tel procédé, ne prenant plus en compte, pour le pré-assemblage et le transport, le volume d'isolation nécessaire de la colonne, permet d'augmenter les possibilités de transport d'un sous-ensemble d'unité cryogénique en quasi-ordre de marche, incluant éventuellement les fonctions de contrôle, de commande et de sécurité, en diminuant les dimensions hors tout, ainsi que le nombre d'éléments structurels du berceau, notamment pour les unités à grandes capacités avec des diamètres de colonne entre 2 et 5,5 mètres. La présente invention a également pour objet un sous- ensemble pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé en ce que la colonne est pré-assemblée avec des éléments de tuyauteries disposés de façon à être inscrits dans au moins un volume allongé latéral à la colonne, de section réduite, typiquement un seul volume latéral susceptible d'être reçu dans un berceau de transport et/ou de montage. La présente invention a pour autre objet un ensemble transportable comportant un tel sous-ensemble monté sur un berceau de transport, avantageusement disposé partiellement dans un berceau o O abritant le volume latéral des éléments de tuyauteries et supportant la colonne le long de génératrices de cette dernière. La présente invention a encore pour objet une nouvelle architecture d'unité cryogénique de production de gaz, notamment de l'air, comprenant un sous-ensemble tel que défini ci-dessus disposé au voisinage d'une paroi latérale d'une enveloppe, typiquement cylindrique ou éventuellement prismatique, dans laquelle est également disposé au moins un réservoir de gaz liquéfié, l'enveloppe étant remplie d'au moins un isolant, notamment un matériau particulaire ou fibreux. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un ensemble transportable d'un sous-ensemble de colonne pré-équipé et d'un berceau de transport selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale de l'ensemble de la figure 1; la figure 3 est une vue schématique en élévation d'une unité cryogénique selon l'invention comprenant un sous-ensemble de colonne pré-équipé selon les figures 1 et 2; et la figure 4 est une vue, analogue à la figure 2, d'une variante de réalisation d'ensemble transportable selon l'invention. Sur la figure 1, on reconnaît une colonne 1 de distillation de gaz de l'air dont le diamètre peut atteindre 5,5 mètres et la hauteur 50 mètres Comme on le voit mieux sur la figure 2, la colonne 1 est agencée et préassemblée de façon que les différents éléments de tuyauterie 2 qui s'y raccordent soient disposés sur un côté latéral de la colonne de façon à être inscrits dans un volume allongé latéral 3 dont la largeur maximum n'excède pas ou peu le diamètre maximum de la colonne et dont la hauteur h est indépendante de l'épaisseur d'isolation ultérieurement requise pour le fonctionnement in situ de la colonne 1 dans sa boîte froide Selon l'invention, une fois testés, la colonne 1 et ses éléments de tuyauterie 2 sont montés dans un berceau à configuration générale prismatique 4 et à section typiquement trapézoïdale pour offrir une surface de base accrue, comportant deux ailes latérales 5 A, 5 B, définissant un volume intérieur adapté pour recevoir le volume latéral 3 des éléments de tuyauterie 2, la colonne prenant appui, le long de génératrices, sensiblement au-dessous ou au niveau de son diamètre horizontal, sur les bords parallèles 6 A, 6 B, des ailes 5 A, 5 B et étant maintenue en position sur le berceau par exemple par des bandes de cerclage 7 Le berceau 4 a une armature constituée d'un treillis de profilés ou de tubes Dans un mode de réalisation préféré, le berceau 4 comporte des ailes latérales 5 A, 5 B pleines formées par des plaques métalliques, au moins une partie de la base 8 du berceau 4 étant constituée par des plaques métalliques 9. On voit ainsi, sur la figure 2, que, par rapport aux ensembles transportables actuels, l'encombrement de l'ensemble transportable selon l'invention, se limite en fait à celui du berceau 4 et à la partie cylindrique supérieure de la colonne 1. Comme on le voit sur la figure 3, selon un autre aspect de l'invention, au lieu d'être disposée dans une boîte froide parallélépipédique à distance de réservoirs isolés indépendants de gaz liquéfié, la colonne 1 est disposée verticalement dans un espace intérieur disponible d'une enveloppe 10 cylindrique ou polygonale, en métal ou en béton, dans laquelle sont disposés plusieurs réservoirs verticaux 11, 12 non isolés ou inviduellement isolés, de stockage de liquide cryogénique, typiquement d'azote liquide et d'oxygène liquide produits par la colonne 1 Cette dernière est disposée, avec son berceau 4, dans l'enveloppe 10 dans une position vis-à-vis de la paroi latérale de l'enveloppe 10 et des réservoirs 11, 12 permettant de retrouver la distance d'isolation nécessaire pour son bon fonctionnement Elle est alors positionnée sur le socle de l'enveloppe et les éléments de tuyauterie 2 sont raccordés à des circuits de fluides internes et externes à l'enveloppe 10, notamment pour le raccordement à des échangeurs de chaleur Le berceau 4 peut être démonté et réutilisé et, avant fermeture (par un couvercle) de l'enveloppe 10, le volume intérieur de cette dernière est rempli d'un isolant solide 13, typiquement de la perlite. Selon une variante de l'invention, le berceau 4 est conservé dans l'enveloppe et, dans le mode de réalisation o ses ailes latérales 5 A, 5 B sont pleines, le volume intérieur du berceau est rempli avec un deuxième isolant solide 14, par exemple en fibres de verre. En variante, et notamment pour les colonnes hautes mais de diamètre n'excédant pas 4,5 mètres, les éléments de tuyauteries adventices 2 peuvent être disposés en deux groupes inscrits dans deux volumes latéraux de sections réduites au maximum, notamment en épaisseur On a ainsi représenté sur la figure 4 un sous-ensemble o les éléments de tuyauteries, incluant les tuyauteries d'instrumentation, sont regroupés en deux groupes 21, 22 dissymétriques de part et d'autre d'un plan vertical (sur la figure 4) Les volumes latéraux dans lesquels sont inscrits les éléments de tuyauteries sont matérialisés ici par des capotages de protection 31 et 32, par exemple en tôles métalliques, montés sur la colonne et assurant leur protection lors du transport et de la mise en place in situ du sous-ensemble, après quoi les capotages sont démontés L'un de ces capotages peut être renforcé pour constituer un berceau de transport, comme vu précédemment en relation avec les figures 1 et 2. Toutefois, l'un des paramètres critiques pour le transport étant la hauteur hors tout (en particulier pour le passage sous des ponts ou des lignes électriques), on placera avantageusement, comme représenté sur la figure 4, le sous-ensemble pré-équipé et protégé 1, 21, 22, 31, 32 sur un berceau 4 ' de hauteur réduite au strict minimum et de forme adéquate. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée pour autant mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 Procédé de construction d'une unité cryogénique de séparation de gaz comportant au moins une colonne de distillation ( 1), comprenant les étapes de pré-assembler en atelier la colonne ( 1) avec des éléments de tuyauteries adventices ( 2) pour constituer un sous-ensemble pré-équipé, de transporter et d'installer le sous- ensemble sur site, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de constituer le sous-ensemble pré-équipé avec les éléments de tuyauteries disposés de façon à être inscrits dans au moins un volume allongé ( 3; 31 32) latéral à la colonne et de section réduite, et de disposer le sous-ensemble ( 1, 2) sur au moins un berceau de transport ( 4, 41), de transporter le sous-ensemble et son berceau et de monter sur site le sous-ensemble dans une boîte froide ( 10). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de protéger les éléments de tuyauterie par un capotage ( 4; 31 32) 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le sous-ensemble pré-équipé ( 1, 2) est disposé partiellement dans un berceau de transport ( 4) définissant un volume intérieur de section adaptée pour recevoir au moins un des volumes latéraux ( 3) d'éléments de tuyauterie ( 2 i). 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments de tuyauteries ( 2 i) sont regroupés dans un volume latéral ( 3), le sous-ensemble ( 1, 2) étant disposé dans le berceau ( 4) avec la colonne ( 1) reposant sur la partie supérieure du berceau ( 4). Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de monter sur site le sous-ensemble ( 1, 2) dans une enveloppe ( 10) o est également disposé au moins un réservoir de liquide cryogénique ( 11; 12), et de remplir l'enveloppe avec un premier isolant ( 13). 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le sousensemble ( 1, 2) est disposé dans l'enveloppe ( 10) avec le volume latéral ( 3) jouxtant une paroi latérale de l'enveloppe à une distance de celle-ci suffisante pour restituer la distance d'isolation nécessaire. 7 Procédé selon la revendication 4 et la revendication 6, caractérisé en ce que le sous-ensemble ( 1, 2) est monté dans l'enveloppe ( 10) avec son berceau ( 4). 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le berceau ( 4) comporte des ailes latérales sensiblement pleines ( 5 A,5 B) et en ce que le volume intérieur au berceau ( 4) est rempli, dans l'enveloppe, d'un deuxième isolant ( 14). 9 Sous-ensemble pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant une colonne de distillation ( 1) avec des éléments de tuyauteries adventices ( 2), caractérisé en ce que les éléments de tuyauterie ( 2) sont disposés de façon à être inscrits dans au moins un volume allongé ( 3), latéral à la colonne, et de section réduite. Sous-ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capotage ( 4; 31 32) de protection des éléments de tuyauterie ( 2; 21, 22) monté sur la colonne ( 1). 11 Sous-ensemble selon la revendication 9 ou la revendica- tion 10, caractérisé en ce que les éléments de tuyauteries ( 2) sont regroupés dans un seul volume allongé latéral ( 3) susceptible d'être reçu dans un berceau de transport ( 4). 12 Sous-ensemble selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la colonne ( 1) a un diamètre maximum compris entre 2 et 5,5 mètres. 13 Ensemble transportable comportant un sous-ensemble ( 1, 2) selon l'une des revendications 9 à 12 monté sur un berceau de transport ( 4; 4). 14 Ensemble transportable comportant un sous-ensemble ( 1, 2) selon la revendication 11 ou la revendication 12, disposé partiellement dans un berceau ( 4) abritant le volume latéral ( 3) et supportant la colonne le long de génératrices de cette dernière. Unité cryogénique de production de gaz de l'air comprenant au moins une colonne de distillation ( 1) disposée dans une boîte froide ( 10) et au moins un réservoir de gaz liquéfié ( 11; 12), caractérisée en ce qu'elle comprend un sous-ensemble ( 1, 2) selon l'une des revendications 9 à 12, disposé au voisinage d'une paroi latérale d'une enveloppe ( 10) à une distance suffisante pour restituer la distante d'isolation dans laquelle est également disposé le réservoir ( 11; 12), l'enveloppe ( 10) étant remplie d'au moins un isolant ( 13). 16 Unité cryogénique selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'enveloppe ( 10) est métallique. 17 Unité cryogénique selon la revendication 15 ou la reven- dication 16, caractérisé en ce que l'enveloppe ( 10) est sensiblement cylindrique et verticale. 18 Unité cryogénique selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que l'isolant ( 13) est en matériau particulaire ou fibreux.