Brevet FR3017183A1 — publié le 20150807

La présente invention concerne une installation de délivrance de liquide cryogénique. L'invention peut concerner tout type de liquide cryogénique, c'est-à-dire tout liquide obtenu en refroidissant à de très basses températures 5 (généralement inférieures à -100° C) des gaz (purs ou mélanges de gaz) comme par exemple de l'azote, de l'hélium ou du gaz naturel (méthane). Pour certaines utilisations de liquides cryogéniques, le liquide est stocké dans une cuve de relativement grande taille et des moyens sont prévus pour délivrer de relativement petites quantités de liquide dans des conteneurs, 10 comme par exemple un réservoir d'un camion ou une bonbonne de liquide cryogénique. On a ainsi une station de ravitaillement avec une cuve de stockage et des moyens de distribution sous pression adaptés au conteneur à remplir comportant généralement une pompe permettant de transférer du liquide cryogénique à partir de la cuve de stockage vers une bonbonne et/ou 15 d'effectuer un ravitaillement d'un véhicule. Dans la suite de la description, pour alléger la rédaction, on assimilera les transferts de liquide (de la cuve vers par exemple une bonbonne ou un dewar) à un ravitaillement (de la cuve vers un réservoir d'un véhicule). Lors de cette opération de délivrance (transfert ou ravitaillement), le liquide cryogénique peut subir un traitement qui modifiera 20 notamment sa pression et sa température. Dans une station de ravitaillement, des conduites sont utilisées entre la cuve de stockage et le conteneur à remplir. Une conduite présentant une surface importante par rapport à son volume intérieur, on réalise alors une surface d'échange relativement importante qui tend à réchauffer le liquide 25 cryogénique et à le vaporiser. Dans le cas d'une station de ravitaillement de gaz naturel liquéfié (ou GNL), le gaz sous forme gazeuse ne peut pas être rejeté à l'air libre et les stations de ravitaillement prévoient alors de le retourner dans la cuve de stockage. Ceci peut être vrai pour d'autres produits cryogéniques. 30 Le gaz que l'on vient introduire dans la cuve de stockage vient réchauffer le liquide dans cette cuve. La pression à l'intérieur de cette dernière augmente et lorsqu'elle atteint une limite prédéterminée, une soupape de sécurité s'ouvre pour laisser du gaz s'échapper. Ce gaz est généralement perdu. Il convient donc d'éviter d'atteindre la pression maximale admissible dans les cuves de stockage. Ce problème de vaporisation du liquide cryogénique entre la cuve de stockage et le conteneur à remplir est d'autant plus manifeste que l'installation de délivrance est peu utilisée. En effet, si les délivrances de liquide sont espacées dans le temps, tous les éléments se trouvant en aval de la cuve de stockage se réchauffent plus entre deux délivrances et il convient d'évacuer les calories qui sont rentrées dans le système. De plus, pour que la pompe (ou autre équipement de traitement du fluide) fonctionne dans de bonnes conditions, elle doit travailler en phase liquide. Il convient donc de la refroidir avant de délivrer du liquide cryogénique. Dans les stations de remplissage qui délivrent de façon aléatoire de petites quantités de liquide cryogénique, les conduites entre la cuve de stockage et le conteneur à remplir restent remplies de liquide qui petit à petit se vaporise. Plus les délivrances de liquide effectuées sont occasionnelles, plus les conduites et autres équipements (pompe, moyens utilisés pour la distribution, ...) se réchauffent entre deux opérations de délivrance. La figure 1 illustre une station de ravitaillement de l'art antérieur. Une cuve de stockage 2 alimente par exemple un réservoir 4 à remplir par l'intermédiaire d'un équipement cryogénique 6 comportant le plus souvent une pompe cryogénique et/ou un autre équipement de traitement du liquide. Une première conduite 8 alimente en liquide la station de distribution à partir de la cuve de stockage 2 à travers l'équipement cryogénique 6 pour venir remplir le réservoir 4. Une seconde conduite 10 est destinée à ramener vers la cuve de stockage 2 tout le liquide qui s'est vaporisé entre la cuve de stockage 2 et le réservoir 4 à remplir. Une vanne V1 permet de réguler le flux de liquide dans la première conduite 8 et une seconde vanne V2 est utilisée pour contrôler le retour de gaz vers la cuve de stockage 2. Dans une telle station de ravitaillement, lorsque plusieurs heures s'écoulent entre deux opérations de délivrance de liquide cryogénique, tout le liquide qui reste dans les conduites après la fin de la première opération de délivrance a le temps de se vaporiser avant le début de la seconde opération de délivrance. Ceci conduit à des retours importants de gaz en phase gazeuse dans la cuve de stockage 2. La présente invention a alors pour but de limiter les entrées sous forme gazeuse dans la cuve de stockage. À cet effet, la présente invention propose une installation de délivrance de liquide cryogénique à partir d'une cuve de stockage comportant : - un équipement cryogénique permettant de délivrer et/ou traiter du liquide cryogénique de la cuve de stockage vers un conteneur à remplir, - une première conduite destinée à alimenter en liquide le conteneur à remplir à partir de la cuve de stockage à travers l'équipement cryogénique, et - une seconde conduite permettant de ramener vers la cuve de stockage du liquide qui s'est vaporisé. Selon la présente invention, la première conduite comporte un point bas disposé entre la cuve de stockage cryogénique et l'équipement cryogénique, et une liaison est réalisée entre la première conduite et la seconde conduite, des moyens permettant de contrôler le passage d'un fluide dans ladite liaison. De cette manière, le système comporte un point bas vers lequel le liquide résiduel après une opération de délivrance de liquide vers un conteneur vient s'accumuler. Ce liquide est ensuite "naturellement" repoussé vers la cuve de stockage lorsque du fluide se vaporise faisant alors monter la pression dans l'installation jusqu'à refouler le liquide dans la cuve de stockage. Pour qu'un maximum de liquide puisse atteindre le point bas, la première conduite est réalisée de manière à présenter une inclinaison de même sens en aval du point bas. De cette manière, on évite de réaliser des pièges à liquide en aval du point bas. Pour faciliter le retour du liquide dans la cuve de stockage, la première conduite ne comporte de préférence aucune bifurcation entre le point bas et la cuve de stockage. Pour accélérer le retour de liquide dans la cuve de stockage, des 30 moyens permettant de vaporiser du liquide cryogénique sont prévus en aval de la première conduite. Le système étant fermé, on augmente la pression dans le système et on favorise le refoulement du liquide dans la cuve de stockage. L'équipement cryogénique de l'installation comporte par exemple une pompe cryogénique. Pour la gestion des flux dans l'installation, des moyens permettant de contrôler le passage de liquide entre la cuve de stockage et le point bas sont avantageusement prévus. De même, on peut prévoir des moyens permettant de contrôler le passage de fluide dans la seconde conduite entre la cuve de stockage et le raccord entre la seconde conduite et la liaison entre la première conduite et la seconde conduite. Dans une forme de réalisation préférée favorisant l'accumulation de liquide au niveau du point bas, la liaison entre la première conduite et la seconde conduite est réalisée en aval du point bas. La présente invention concerne également un procédé de délivrance d'un liquide cryogénique à partir d'une cuve de stockage vers un conteneur à remplir, à travers - un équipement cryogénique permettant de délivrer et/ou traiter du liquide cryogénique de la cuve de stockage vers le conteneur à remplir, - une première conduite pour alimenter en liquide le conteneur à remplir à partir de la cuve de stockage à travers l'équipement cryogénique, et - une seconde conduite permettant de ramener vers la cuve de stockage du liquide qui s'est vaporisé, qui comporte les étapes suivantes : a) passage de liquide par la première conduite en passant par un point bas, b) dégazage vers la cuve de stockage par l'intermédiaire de la seconde conduite, et c) purge de la première conduite, de la seconde conduite et de l'équipement cryogénique en fermant l'accès de la seconde conduite à la cuve de stockage et en reliant la seconde conduite à la première conduite. Ce procédé permet de limiter l'introduction de fluide sous phase gazeuse dans la cuve de stockage par rapport à un procédé de délivrance de liquide cryogénique de l'art antérieur. Dans une variante de réalisation d'un procédé selon la présente invention, l'étape de purge est par exemple arrêtée lorsque du fluide en phase gazeuse se trouve au niveau du point bas du système. Des détails et avantages de la présente invention apparaitront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel : La figure 1 illustre schématiquement une installation de délivrance de liquide cryogénique de l'art antérieur, et La figure 2 illustre schématiquement une installation de délivrance de liquide cryogénique selon la présente invention. On retrouve sur la figure 2 une installation présentant une structure similaire à celle de la figure 1. On retrouve ici des éléments similaires qui sont 10 alors désignés avec les mêmes références que sur cette figure 1. On reconnaît ainsi notamment sur la figure 2 une cuve de stockage 2 de liquide cryogénique qui alimente un conteneur à remplir (que l'on supposera être un réservoir 4 dans toute la suite de la présente description) par l'intermédiaire d'un équipement cryogénique 6 et d'une première conduite 8 qui 15 part de la cuve de stockage 2 et atteint le réservoir 4 via l'équipement cryogénique 6. Une seconde conduite 10 est prévue pour ramener vers la cuve de stockage 2 la partie de liquide qui se vaporise lors du transfert vers le réservoir 4 et par la suite, avant d'effectuer un nouveau transfert. La cuve de stockage 2 est une cuve cryogénique adaptée à contenir un 20 liquide à très basse température comme par exemple du gaz naturel liquéfié, ou bien un autre gaz sous forme liquide comme de l'azote ou de l'hydrogène. Des moyens connus de l'homme du métier et non décrits ici sont associés à cette cuve de stockage 2 pour éviter que la pression à l'intérieur de celle-ci ne dépasse une limite prédéfinie. Lorsque la cuve contient du gaz naturel liquéfié, 25 il convient de ne pas rejeter de gaz dans l'atmosphère et des moyens adaptés sont également prévus pour éviter tout rejet non désiré. Le réservoir 4 à remplir est ici par exemple un réservoir d'un véhicule tel un camion ou similaire mais il pourrait également s'agir par exemple d'un récipient tel un dewar ou une bonbonne. 30 L'équipement cryogénique 6 comporte notamment une pompe ainsi que des moyens de commande et de contrôle. Il est aussi prévu généralement des moyens permettant, d'une part, d'adapter la pression et/ou la température du liquide et, d'autre part, de s'assurer que la pompe n'admet que du liquide et qu'elle ne travaille pas partiellement en phase gazeuse. L'équipement cryogénique 6 est alimenté à partir de la cuve de stockage 2 par la première conduite 8 qui se prolonge au-delà vers le réservoir 4. L'extrémité distale 12 de la première conduite 8 est munie de moyens, de type clapet anti-retour, ainsi que de moyens d'étanchéité permettant d'assurer un transfert de liquide sous pression, sans rejet à l'atmosphère, vers le réservoir 4. La seconde conduite 10 est quant à elle prévue pour ramener vers la cuve de stockage 2 les vapeurs contenues initialement dans le réservoir 4 et celles issues de la vaporisation du liquide cryogénique en cours de transfert. L'extrémité distale de la seconde conduite 10 est munie de moyens permettant de réaliser un passage des gaz sous pression et de manière étanche. La figure 2 illustre un retour de la seconde conduite en partie basse de la cuve de stockage 2 mais on pourrait également prévoir un retour en partie haute de celle-ci. Comme illustré sur la figure 2, la première conduite 8 comporte un point bas 14 (illustré par une étoile) disposé entre la cuve de stockage 2 et l'équipement cryogénique 6. Une vanne V1 sur la première conduite 8, disposée ici entre la cuve de stockage 2 et le point bas 14, permet de contrôler le débit de liquide cryogénique dans la première conduite 8. Une telle vanne peut être par exemple disposée directement en sortie de la cuve de stockage 2. Le plus souvent, les cuves de stockage sont munies d'origine d'une telle vanne V1 qui peut être appelée par exemple vanne de sortie de la cuve. De préférence, le point bas 14 est relié directement, ou uniquement via la vanne V1, à la cuve de stockage 2. La première conduite 8 présente une pente constante, sans remontée, entre la cuve de stockage 2 et le point bas 14. Dans une forme de réalisation avantageuse (ne correspondant pas à la forme de réalisation illustrée), la première conduite 8 peut être une conduite verticale depuis la cuve jusqu'au point bas 14 qui se trouve alors sous la cuve de stockage 2. En aval du point bas 14 et jusqu'à son extrémité distale 12, la première conduite 8 ne présente de préférence aucun point bas relatif, c'est-à-dire qu'elle est toujours inclinée avec une pente de même sens, de telle sorte que tout le liquide contenu dans la première conduite 8 se retrouve attiré par gravité vers le point bas 14. Cette pente continue entre le point bas 14 et l'extrémité distale 12 est symbolisée par une flèche inclinée 16 sur la figure 2. Une vanne V2 est également prévue sur la seconde conduite 10 pour contrôler et réguler le débit gazeux vers la cuve de stockage 2. De manière habituelle, une telle vanne est disposée à proximité de la cuve de stockage 2 et équipe le plus souvent d'origine la cuve de stockage 2. Une liaison 18 est réalisée entre la première conduite 8 et la seconde conduite 10. Cette liaison 18 est réalisée en aval de la vanne V1 et de préférence en aval du point bas 14 pour éviter d'avoir une bifurcation de la première conduite 8 entre le point bas 14 et la cuve de stockage 2. Cette liaison 18 est munie de moyens permettant de contrôler le passage de fluide dans celle-ci, moyens illustrés sur la figure 2 par une vanne V3. Le fonctionnement de l'installation de délivrance d'un liquide cryogénique décrite ci-dessus est par exemple le suivant. Avant de réaliser une opération de ravitaillement (ou de transfert), comme évoqué plus haut, le système est refroidi selon une procédure connue de l'homme du métier, adaptée à l'équipement cryogénique 6 et indépendante de la présente invention. Cette procédure a notamment pour but de garantir un bon fonctionnement de la pompe (et/ou des autres équipements) intégrée dans l'équipement cryogénique. Lors d'une opération de ravitaillement, la vanne V1 est ouverte pour permettre la sortie de liquide cryogénique hors de la cuve de stockage 2. La vanne V2 est également ouverte pour permettre de réaliser un dégazage du système et du réservoir 4. La vanne V3 est fermée. Une fois le transfert effectué, la première conduite 8 est remplie de 25 liquide tandis que la seconde conduite 10 de dégazage contient un mélange de liquide et de gaz. L'invention a alors pour but de limiter autant que possible la vaporisation du liquide se trouvant dans le système après une opération de délivrance de liquide. Elle propose alors de réaliser une purge du système en 30 repoussant un maximum de liquide vers la cuve de stockage 2 avant que celui-ci ne se vaporise. Pour réaliser la purge, il est proposé, une fois le réservoir 4 rempli comme souhaité, de fermer la vanne V2 et d'ouvrir la vanne V3 (la vanne V1 restant ouverte). Dans de telles conditions, compte tenu de la configuration du système décrite plus haut, le liquide contenu dans la première conduite 8 descend par gravité vers le point bas 14. Il convient de remarquer ici que les extrémités distales de la première conduite 8 et de la seconde conduite 10 sont fermées. Dans la conception de la première conduite 8, il sera veillé de préférence à ne pas laisser subsister de "piège" à liquide de manière que tout le liquide puisse redescendre avantageusement vers le point bas 14. La seconde conduite 10 suit de préférence la première conduite 8. Dans ces conditions, le liquide contenu dans cette conduite sera également orienté vers le point bas 14 grâce à la liaison 18, la vanne V3 étant ouverte. La quantité de liquide dans la seconde conduite 10 est bien moindre que celle contenue dans la première conduite 8. Il est cependant souhaité de concevoir la seconde conduite 10 et la liaison 18 de telle sorte que le maximum de liquide se trouvant dans cette seconde conduite 10 soit dirigé par la gravité vers le point bas 14. Fatalement, du fait des pertes thermiques inévitables dans tout système, du liquide se trouvant dans le système va se vaporiser. Du fluide va donc passer de la phase liquide à la phase gazeuse. Le fluide en phase gazeuse va s'accumuler à partir des zones les plus hautes dans le système. Le système étant fermé, au fur et à mesure que du liquide se vaporise, la pression va augmenter et le fluide en phase liquide est repoussé à travers la vanne V1 dans la cuve de stockage 2. On peut prévoir que la phase de purge se termine lorsqu'il n'y a plus de fluide sous phase liquide au point bas 14 et que la phase gazeuse atteint donc le point bas 14. En option, pour accélérer la phase de purge, on peut prévoir d'injecter du fluide sous phase gazeuse dans le système, le plus haut possible. Pour ce faire, l'installation peut être par exemple équipée d'un évaporateur qui vient alimenter le système après une phase de délivrance de liquide. Le gaz ainsi généré est alors introduit en un point haut du système, par exemple en aval de l'équipement cryogénique 6. La présente invention permet ainsi de remplacer dans une installation de délivrance de fluide cryogénique, après une opération de délivrance de liquide depuis une cuve de stockage vers un conteneur, le liquide résiduel par du gaz. De la sorte, on limite l'introduction de gaz dans la cuve de stockage, le fluide résiduel étant réintroduit sous forme liquide dans la cuve de stockage. De cette manière, on limite la vaporisation de liquide cryogénique. Les entrées de chaleur dans le système sont ainsi limitées et le liquide dans la cuve de stockage reste assez froid pour garantir de bonnes conditions de stockage sur une plus longue période. Le système et/ou le procédé selon la présente invention permettent aussi, notamment dans le cas où le liquide cryogénique est du gaz naturel liquéfié, de limiter les pertes de gaz naturel en limitant l'augmentation de pression dans la cuve de stockage et de ce fait le nombre de déclenchements de la soupape de sécurité associée à cette cuve. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation de l'installation illustrée sur le dessin, aux variantes évoquées dans la description qui précède et au procédé décrit plus haut. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Installation de délivrance de liquide cryogénique à partir d'une cuve de stockage (2) comportant : - un équipement cryogénique (6) permettant de délivrer et/ou traiter du liquide cryogénique de la cuve de stockage (2) vers un conteneur (4) à remplir, - une première conduite (8) destinée à alimenter en liquide le conteneur (4) à remplir à partir de la cuve de stockage (2) à travers l'équipement cryogénique (6), et - une seconde conduite (10) permettant de ramener vers la cuve de stockage (2) du liquide qui s'est vaporisé, caractérisée en ce que la première conduite (8) comporte un point bas (14) disposé entre la cuve de stockage (2) cryogénique et l'équipement cryogénique (6), et en ce qu'une liaison (18) est réalisée entre la première conduite (8) et la seconde conduite (10), des moyens (V3) permettant de contrôler le passage d'un fluide dans ladite liaison (18). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première conduite (8) est réalisée de manière à présenter une inclinaison de même sens en aval du point bas. 3. Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la première conduite (8) ne comporte aucune bifurcation entre le point bas (14) et la cuve de stockage (2). 4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que des moyens permettant de vaporiser du liquide cryogénique sont prévus en aval de la première conduite. 5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'équipement cryogénique (6) comporte une pompe cryogénique. 6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que des moyens (V1) permettant de contrôler le passage de liquide entre la cuve de stockage (2) et le point bas (14) sont prévus. 7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que des moyens permettant de contrôler le passage de fluide dans la seconde conduite (10) sont prévus entre la cuve de stockage (2) et le raccord entre laseconde conduite (10) et la liaison (18) entre la première conduite (8) et la seconde conduite (10). 8. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la liaison (18) entre la première conduite (8) et la seconde conduite (10) est réalisée en aval du point bas (14). 9. Procédé de délivrance d'un liquide cryogénique à partir d'une cuve de stockage (2) vers un conteneur (4) à remplir, à travers - un équipement cryogénique (6) permettant de délivrer et/ou de traiter du liquide cryogénique de la cuve de stockage (2) vers le conteneur (4) à remplir, - une première conduite (8) pour alimenter en liquide le conteneur (4) à remplir à partir de la cuve de stockage (2) à travers l'équipement cryogénique (6), et - une seconde conduite (10) permettant de ramener vers la cuve de stockage (2) du liquide qui s'est vaporisé, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) passage de liquide par la première conduite (8) en passant par un point bas (14), b) dégazage vers la cuve de stockage (2) par l'intermédiaire de la seconde conduite (10), et c) purge de la première conduite (8), de la seconde conduite (10) et de l'équipement cryogénique (6) en fermant l'accès de la seconde conduite (10) à la cuve de stockage (2) et en reliant la seconde conduite (10) à la première conduite (8). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de purge est arrêtée lorsque du fluide en phase gazeuse se trouve au niveau du point bas (14) du système.