Brevet FR2774308A1 — publié le 19990806

Quasiment toutes les industries disposent aujourd'hui d'au moins un réseau d'air comprimé pour fourniture d'air comprimé à toutes sortes de machines ou d'appareils. De nombreuses industries exploitent par ailleurs des gaz de l'air fournis par des réseaux de distribution, des réservoirs ou des installations de production sur site. En règle générale, les systèmes de production et de fourniture d'air comprimé et de gaz de l'air sont disjoints et indépendants, et mis en oeuvre par des opérateurs différents. Dans le domaine particulier de la métallurgie, il a été proposé, notamment dans les documents US-A-5 538 534 et US-A-5 244 489, au nom de la demanderesse, de mettre en oeuvre un groupe de compression commun pour la fourniture d'air comprimé à des appareils de traitement de métaux, d'une part, et à une unité de séparation de gaz de l'air, d'autre part. La présente invention a pour objet de proposer un procédé et une installation combinés de production et de fourniture d'air comprimé et d'au moins un gaz de l'air réalisant une synergie entre les systèmes de production et de fourniture de ces fluides et permettant de réduire les coûts d'investissement et d'exploitation tout en garantissant une sécurité de fourniture de gaz suffisante. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, le procédé comprend les étapes de générer, en mode de fonctionnement nominal, au moins un premier et un second flux d'air affectés respectivement à la fourniture d'air comprimé et à la production dudit gaz de l'air, et, en mode de fonctionnement temporaire, d'affecter au moins une partie du second flux d'air à la fourniture d'air comprimé. Selon l'invention, une installation combinée comprend un système de fourniture d'air comprimé, connecté à au moins une première source d'air sous pression, et au moins un système de production et de distribution d'au moins un gaz de l'air normalement connecté à au moins une deuxième source d'air sous pression, et des moyens pour commuter au moins temporairement la deuxième source d'air sous pression sur le système de fourniture d'air comprimé. Ainsi, selon l'invention, les réseaux d'air comprimé et de gaz de l'air sont interconnectables de manière à permettre une répartition des capacités d'air sous pression disponibles sur site en fonction des besoins en air comprimé et des besoins en gaz, en permettant de réduire les investissements des sources d'air sous pression, typiquement des unités de compression, ainsi que la puissance électrique installée et consommée, tout en assurant une flexibilité de production accrue. Selon l'invention, la priorité d'affectation de l'air sous pression est donnée au système de fourniture d'air comprimé dans la mesure o ce dernier est difficilement stockable pour la fourniture de débits importants ou prolongés alors que le gaz de l'air est facilement stockable, notamment dans des réserves de sécurité pré-existantes et que les systèmes utilisateurs peuvent fréquemment se contenter d'une production sous marche réduite du système de production du gaz de l'air, le cas échéant complémentée par lesdites réserves. Ainsi, selon une caractéristique particulière de l'invention, en mode de fonctionnement temporaire, le gaz de l'air est fourni au moins en partie par un réservoir dudit gaz, stocké typiquement sous forme liquide. Selon une caractéristique plus particulière de l'invention, en mode de fonctionnement temporaire, le second flux est affecté en totalité à la fourniture d'air comprimé, les moyens de commutation comprenant des moyens pour isoler le système de production de gaz de la deuxième source ainsi affectée au système de fourniture d'air. 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 d'un premier mode de réalisation d'une installation combinée selon l'invention; la Figure 2 est une vue schématique analogue d'un second mode de réalisation d'une installation combinée selon l'invention; et les Figures 3 et 4 illustrent respectivement les configurations des installations des Figures 1 et 2 en mode de fonctionnement temporaire. Dans l'exemple représenté sur la Figure 1 on reconnaît une ligne LA d'un réseau de distribution d'air comprimé fourni par deux sources d'air sous pression C02, C03 typiquement deux unités de compression en parallèle, identiques ou différenciées. On reconnaît également une ligne LG d'un réseau de distribution de gaz de l'air fourni, par séparation d'air comprimé en provenance d'une source d'air sous pression C01, typiquement une unité de compression d'air, dans une unité de séparation S et/ou au moins un réservoir R contenant ledit gaz, typiquement sous forme liquide, relié à la ligne LG par une vanne sensible à la pression V et/ou une autre vanne commandée. Typiquement, la pression de I'air fourni par la source C01 au système est supérieure à celui fourni par les sources C02 et C03 à la ligne LA. Selon l'invention, une ligne C, avantageusement munie d'une vanne de contrôle et de détente D, permet d'établir sélectivement une liaison entre les parties amont des lignes LG et LA. En fonctionnement normal ou nominal, la conduite LG est alimentée en gaz de l'air séparé dans l'unité S, elle-même alimentée en air sous pression en provenance de la source C01, le réservoir R n'étant pas normalement mis à contribution, sauf éventuellement en cas de pic de demande dans la conduite LG. Parallèlement, la ligne LA est alimentée en air sous pression en provenance d'au moins une des sources C02, CO3. En cas de défaillance de l'une de ces sources C02, C03, comme représenté sur la Figure 3, au moins une partie du flux d'air en provenance de la source C01 est adressée, détendue ou abaissée par contrôle de la source C01, via la ligne C, à la ligne LA pour conserver dans celle-ci le flux d'air comprimé requis. Si besoin est, I'unité de séparation S peut être au moins partiellement isolée en amont par une vanne de contrôle et/ou d'isolation V, le système S fonctionnant en ce cas en marche réduite, le gaz de l'air dans la ligne LG étant fourni en tout ou partie par la réserve de secours dans le réservoir R. La vanne V peut être à commande manuelle, synchronisée avec l'actionnement de la vanne D ou être actionnée en réponse à au moins un paramètre en sortie du système S, typiquement le débit et/ou la pression du gaz de l'air dans la ligne LG. Sur la Figure 2, on a représenté un mode de réalisation o l'unité de séparation S fonctionne avec une pression d'alimentation en air sous pression sensiblement identique à celle de l'air comprimé dans le réseau LA. Dans ce cas, les trois sources C01, C02, C03 débitent dans une même conduite T d'o io l'air sous pression est réparti vers le réseau d'air comprimé LA et vers l'unité de séparation S pour fourniture à la ligne LG. En cas de défaillance d'une des sources COi, typiquement en cas d'arrêt d'un compresseur (C01 sur la figure 4) les sources restantes C02, C03 sont totalement affectées à la fourniture d'air comprimé à la ligne LA, la vanne V étant fermée et isolant le système S, la réserve de gaz dans le réservoir R prenant le relai pour assurer la fourniture du gaz de l'air dans la ligne LG. L'installation de séparation S est au moins en partie du type à distillation cryogénique et/ou du type à membrane de perméation et/ou du type à adsorption à variation de pression pour la fourniture d'azote et/ou d'air enrichi en oxygène et/ou d'oxygène pur, et est capable de fonctionner, sur commande ou automatiquement selon la demande de gaz, en au moins une condition de marche réduite, permettant ainsi de réduire sa consommation en air comprimé. Dans le cas, le plus fréquent, o les sources d'air sous pression COi, sont des compresseurs indépendants, ceux-ci sont généralement pourvus de moyens m de contrôle et/ou de régulation automatique (marche à vide, arrêt, régulations de débit...) qui les fait s'adapter aux besoins momentanés de la ligne d'air LA et/ou du système de séparation S, permettant ainsi d'optimiser les consommations d'énergie. De plus, un couplage selon l'invention permet d'obtenir une marche réduite sur la production de gaz de l'air avec économie d'énergie car l'air excédentaire disponible pour la séparation peut être rebasculé sur le réseau d'air comprimé, avec réduction de la puissance consommée corrélative des compresseurs affectés normalement à ce réseau d'air comprimé. On prévoira avantageusement à cet effet un système de contrôle des sources d'air comprimé capable de moduler les débits d'air fournis en fonction de la pression et/ou du débit souhaités dans l'une ou l'autre des lignes, par exemple par mise à vide ou arrêt de certains compresseurs ou réduction de débit de ces derniers. A titre d'exemple, avec une unité S du type à distillation cryogénique pour la fourniture d'azote, une installation combinée suivant la Figure 1, avec un compresseur C01 capable de suppléer la défaillance ou la maintenance d'un des compresseurs de la paire C02, C03, permet de réduire l'investissement et la puissance installée pour la compression d'air de près de % et d'optimiser l'énergie spécifique lors des phases de production d'azote en marche réduite. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art, dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi, en place et lieu de deux sources en parallèle, on peut prévoir une source d'air unique, par exemple un compresseur à vitesse variable avec au moins une capacité de stockage, capable d'alimenter simultanément, le cas échéant avec détente partielle, les deux réseaux, ou un seul de ceux-ci, à la pression requise. De même, notamment lorsque les débits nécessaires pour les deux réseaux sont relativement proches l'un de l'autre, on peut, selon l'approche de la figure 2, installer un jeu de compresseurs surdimensionnés dont la pression maximale de service est supérieure à ce que nécessiterait le réseau d'air comprimé seul, un jeu de vannes permettant d'orienter la production d'air des divers compresseurs vers l'un ou l'autre des réseaux, permettant ainsi de réduire les coûts énergétiques et d'optimiser grandement la maintenance des matériels. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'air comprimé et d'au moins un gaz de l'air séparé dans au moins un appareil de séparation de l'air (S), comprenant les étapes de générer, en mode de fonctionnement nominal, au moins un premier et un second flux d'air sous pression affectés respectivement à la fourniture d'air et à la production dudit gaz de l'air, et, en mode de fonctionnement temporaire, d'affecter au moins une partie du second flux d'air à la fourniture d'air comprimé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en mode de fonctionnement temporaire, le gaz de l'air est fourni au moins en partie par un réservoir dudit gaz (R). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, en mode de fonctionnement temporaire, le second flux d'air est affecté en totalité à la fourniture d'air comprime. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second flux d'air est réglable en pression. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premier et second flux d'air sont sensiblement à la même pression. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième flux d'air est normalement à une pression supérieure à celle du premier flux d'air et modifiable sélectivement, au moins pour la fourniture du flux d'air comprimé en mode de fonctionnement femporaire. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on fait fonctionner au moins temporairement l'appareil de séparation d'air (S) en au moins une condition de marche réduite. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz de l'air est l'azote. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz de l'air est l'oxygène. 10. Installation combinée comprenant au moins un système de fourniture d'air comprimé (LA), connecté à au moins une première source d'air sous pression (C02, C03), et au moins un système (S) de production et de distribution d'au moins un gaz de l'air normalement connecté à au moins une deuxième source d'air sous pression (C01), et des moyens (V; D) pour commuter au moins temporairement la deuxième source (C01) sur le système de fourniture d'air (LA). 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que les moyens de commutation comprennent des moyens (V) pour isoler le système de production de gaz de l'air (S) de la deuxième source (C01). 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que les Io moyens d'isolation comprennent un moyen de vanne sensible à au moins un paramètre (x) en sortie du système (S) de production de gaz de l'air. 13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que le paramètre (x) est le débit de gaz de l'air produit. 14. Installation selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que le système de production (S) comprend en outre un réservoir (R) dudit gaz de l'air. 15. Installation selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (m) de contrôle des paramètres des flux d'air fournis par les sources (COi). 16. Installation selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisée en ce qu'au moins une des première et deuxième sources (C01, C02, C03) est constituée par une unité de compression. 17. Installation selon la revendication 15 et la revendication 16, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (m) de contrôle des unités de compression (COi). 18. Installation selon l'une des revendications 10 à 17, caractérisée en ce que l'unité de séparation (S) est au moins en partie du type à adsorption. 19. Installation selon l'une des revendications 10 à 18, caractérisée en ce que l'unité de séparation (S) est au moins en partie du type à perméation. 20. Installation selon l'une des revendications 10 à 19, caractérisée en ce que l'unité de séparation (S) est au moins en partie du type à distillation cryogénique.