Brevet FR3060707A1 — publié le 20180622

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention vise un dispositif, système et procédé de régulation de la pression pour un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié. Elle s'applique, notamment, au domaine du transport de gaz naturel liquéfié par un véhicule ou tout réservoir de stockage cryogénique notamment de type immobile. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Aujourd'hui, le gaz naturel liquéfié (ci-après « GNL ») est transporté par voie routière en utilisant des réservoirs de stockage cryogéniques pressurisés. Au cours de cette phase de transport, le GNL se vaporise sous l'effet des entrées de chaleur tout au long de la paroi externe du réservoir. On appelle le GNL vaporisé « gaz d'évaporation » (traduit de l'anglais « Boil- off gas », abrévié « BOG »). Ce gaz d'évaporation est également appelé « ciel gazeux » dans un réservoir de GNL. L'accumulation temporelle de gaz d'évaporation entraîne une augmentation de pression à l'intérieur du réservoir à mesure du transport du GNL. En cas de dépassement d'une valeur seuil maximale de pression, pour laquelle le réservoir a été dimensionné, le gaz d'évaporation contenu dans le réservoir, constitué d'azote et de méthane, est rejeté dans l'atmosphère afin d'éviter de dégrader l'intégrité mécanique du réservoir. Ces émissions sont dommageables pour l'environnement et posent un risque sécuritaire du fait du caractère inflammable du méthane. OBJET DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de régulation de la pression pour un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié, qui comporte : 3060707 2 - une conduite de transfert de gaz d'évaporation de gaz naturel liquéfié configurée pour être fixée à une sortie pour gaz d'évaporation du réservoir, cette conduite de transfert étant munie d'un premier déverseur activé lorsque la pression du gaz d'évaporation dans le réservoir est supérieure à une valeur 5 limite prédéterminée, dite « P1 », - une cuve de stockage d'un fluide froid, sous forme liquide, la pression dans la cuve dépendant de la pression du gaz d'évaporation dans la conduite de transfert, et - une conduite de transport de fluide froid, reliée à la cuve, pour transporter du 10 fluide froid sous forme liquide sous l'effet de l'augmentation de pression dans la cuve, la conduite de transport étant configurée pour être fixée à une entrée pour fluide froid du réservoir. Grâce à ces dispositions, il est possible de réguler la pression de stockage du GNL dans le réservoir sans relâcher, dans l'atmosphère, de composés nuisibles à 15 l'environnement. Dans des modes de réalisation, la conduite de transfert de gaz est reliée à la cuve, l'augmentation de la pression dans la cuve étant réalisée par accroissement de la quantité de gaz d'évaporation transféré depuis le réservoir jusqu'à l'intérieur de la cuve. 20 Dans ces modes de réalisation, l'accroissement de pression dans la cuve, dû à l'augmentation de la pression du gaz d'évaporation, pousse le fluide froid liquide vers la conduite de retour de sorte que plus la pression est grande dans le réservoir, plus la pression est grande dans la cuve et plus de fluide froid liquide est transporté vers le réservoir. La vaporisation du fluide froid transporté dans le réservoir réduit la 25 pression à l'intérieur de ce réservoir par condensation du ciel gazeux au contact du fluide froid. Dans des modes de réalisation, la conduite de transfert débouche sur une partie haute de la cuve. Le gaz d'évaporation du gaz naturel du réservoir présentant une densité inférieure au fluide froid liquide, ce mode de réalisation permet de forcer le passage du fluide froid liquide dans la conduite de transport. 3060707 3 Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte un multiplicateur de pression entre la pression à l'intérieur de la conduite de transfert et la cuve. Ces modes de réalisation permettent de ne pas transférer de gaz naturel 5 liquéfié dans la cuve. Dans des modes de réalisation, le fluide froid est de l'azote liquide ou un gaz inerte liquéfié. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, en aval de la cuve : 10 un deuxième déverseur configuré pour être activé lorsque la pression du gaz d'évaporation dans la cuve est supérieure à une valeur consigne prédéterminée, dite « P2 », P2 étant supérieure à P1, ou un détendeur, configuré pour être activé lorsque la pression du gaz d'évaporation dans le réservoir est inférieure à une valeur consigne 15 prédéterminée, dite « P3 », inférieure à P1. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, sur la conduite de transfert, un micro-compresseur configuré pour être activé lorsqu'une pression captée, par un capteur, à l'intérieur du réservoir ou dans la conduite de transfert atteint une valeur limite prédéterminée. 20 Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte une bombonne de fluide froid gazeux à haute pression, présentant une pression supérieure à la pression opératoire initiale du fluide froid liquide dans la cuve et 25 un détendeur, relié à la bombonne, pour détendre le fluide froid gazeux de la bombonne à une pression opératoire déterminée, le fluide froid gazeux détendu étant injecté dans la cuve pour en élever la pression. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un système de régulation de la pression pour un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié, qui 30 comporte : - un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié, comportant : - une sortie pour gaz d'évaporation du gaz naturel liquéfié et - une entrée pour fluide froid et 3060707 4 - un dispositif de régulation objet de la présente invention, dans lequel : - la conduite de transfert est fixée à la sortie du réservoir et - la conduire de transport est fixée à l'entrée du réservoir. Les buts, avantages et caractéristiques particulières du système objet de la 5 présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici. Dans des modes de réalisation, l'entrée pour fluide froid est positionnée dans une partie haute du réservoir. Ces modes de réalisation permettent de liquéfier le gaz d'évaporation au 10 contact du fluide froid entrant dans le réservoir. Selon un troisième aspect, la présente invention vise un procédé de régulation de la pression pour un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié, qui comporte : - une étape de comparaison entre la pression à l'intérieur du réservoir et une valeur limite prédéterminée, dite « P1 », 15 - lorsque la pression à l'intérieur du réservoir est supérieure à la valeur limite prédéterminée : - une étape de transfert de gaz d'évaporation de gaz naturel liquéfié sorti du réservoir dans une conduite de transfert, - une étape d'augmentation de la pression dans une cuve de stockage 20 d'un fluide froid sous forme liquide, la pression dans la cuve dépendant de la pression du gaz d'évaporation dans la conduite de transfert et - une étape de transport de fluide froid liquide vers le réservoir. Les buts, avantages et caractéristiques particulières du procédé objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, 25 ils ne sont pas rappelés ici. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l'invention ressortiront de la description non limitative qui suit d'au moins un mode de réalisation 30 particulier du dispositif, du système et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif et du système objets de la présente invention, 3060707 5 - la figure 2 représente, schématiquement et sous forme d'un logigramme, une succession d'étapes particulière du procédé objet de la présente invention, - la figure 3 représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif et du système objets de la présente invention et 5 - la figure 4 représente, schématiquement, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif et du système objets de la présente invention. DESCRIPTION D'EXEMPLES DE RÉALISATION DE L'INVENTION La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique 10 d'un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse. On note dès à présent que les figures ne sont pas à l'échelle. On appelle « déverseur » un appareil de robinetterie dont le but est de réguler une pression amont en maintenant une pression de consigne (pression de tarage du 15 déverseur). Un tel déverseur est monté en série entre la source de pression et le poste d'utilisation. Un déverseur ou réducteur de pression amont est destiné à limiter une pression dans une tuyauterie en cas de variations de pression. Il a la même fonction qu'une soupape de décharge. Un tel déverseur peut être remplacé par un ensemble formé d'une vanne, d'un 20 capteur de pression en amont de la vanne et d'un capteur de pression en aval de la vanne, la vanne étant activée lorsque la pression captée est supérieure à la valeur de pression limite correspondant à la pression opératoire du déverseur équivalent et lorsque la pression captée en aval est inférieure à la pression captée en amont de la vanne. 25 On appelle « fluide froid » un fluide dont la température est inférieure à la température du gaz naturel liquéfié à une pression donnée et susceptible de refroidir ou liquéfier partiellement ou totalement le gaz d'évaporation du gaz naturel liquéfié. On appelle « partie haute », du réservoir 200 ou de la cuve 115, une partie du réservoir 200 ou de la cuve 115 destinée à être positionnée au-dessus de l'interface 30 liquide-vapeur du ou des gaz stockés à l'intérieur du réservoir 200 ou de la cuve 115. Cette partie haute peut correspondre à une face supérieure du réservoir 200 ou de la cuve 115 ou à une partie supérieure d'une face latérale. 3060707 6 On appelle « partie basse », du réservoir 200 ou de la cuve 115, une partie du réservoir 200 ou de la cuve 115 destinée à être positionnée au-dessous de cette interface. On observe, sur la figure 1, qui n'est pas à l'échelle, une vue schématique 5 d'un mode de réalisation du dispositif 100 objet de la présente invention. Ce dispositif 100 de régulation de la pression pour un réservoir 200 de stockage de gaz naturel liquéfié comporte : - une conduite 105 de transfert de gaz d'évaporation de gaz naturel liquéfié configurée pour être fixée à une sortie 205 pour gaz d'évaporation du 10 réservoir, cette conduite de transfert étant munie d'un premier déverseur 110 activé lorsque la pression du gaz d'évaporation dans le réservoir est supérieure à une valeur limite prédéterminée, dite « P1 », - une cuve 115 de stockage d'un fluide froid, sous forme liquide, la pression dans la cuve dépendant de la pression du gaz d'évaporation dans la conduite 15 de transfert, et - une conduite 120 de transport de fluide froid, reliée à la cuve, pour transporter du fluide froid sous forme liquide sous l'effet de l'augmentation de pression dans la cuve, la conduite de transport étant configurée pour être fixée à une entrée 210 pour fluide froid du réservoir. 20 La fixation de la conduite de transfert 105 est réalisée, par exemple, par vissage de platines de fixation positionnées au contact l'une de l'autre et munies d'au moins un filetage pour le passage de vis. Dans des variantes, un joint d'étanchéité est positionné entre les deux platines, ce joint présentant une structure annulaire. Cette fixation peut être défaite. Cette fixation est amovible, ce qui permet un retrait 25 du dispositif 100 du réservoir 200. Cette conduite de transfert 105, et la fixation à la sortie 205, confèrent au dispositif 100 un caractère modulaire compatible avec tout type de réservoir 200. Le premier déverseur 110 est configuré pour laisser passer le gaz d'évaporation quand la pression dans le réservoir 200 est supérieure à P1. Cette 30 valeur limite prédéterminée est choisie de telle manière à correspondre à la pression maximale opératoire pour laquelle le réservoir 200 a été dimensionné et varie selon le réservoir 200 auquel est fixé le dispositif 100. 3060707 7 Le réservoir 200 comporte préférentiellement un évent 201 habituel pour toute capacité de gaz afin d'éviter les surpressions susceptibles d'endommager le réservoir 200. P1 est inférieure à la valeur d'activation de l'évent 201. Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 1, la 5 conduite 105 de transfert de gaz est reliée à la cuve 115, l'augmentation de la pression dans la cuve 115 étant réalisée par accroissement de la quantité de gaz d'évaporation transféré depuis le réservoir 200 jusqu'à l'intérieur de la cuve 115. Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 1, la conduite 105 de transfert débouche sur une partie haute de la cuve 115. 10 La cuve 115 est un volume fermé au moins partiellement rempli, préalablement à la mise en fonctionnement du dispositif 100 de fluide froid. Plus dense que le gaz d'évaporation, le fluide froid est situé sur une partie basse de la cuve 115 par rapport au gaz d'évaporation qui est situé sur une partie haute. La cuve 115 de stockage est dimensionnée pour supporter une pression 15 maximale opératoire supérieure à P1. Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 1, le fluide froid est de l'azote liquide ou un gaz inerte liquéfié. Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 4, le dispositif 600 objet de la présente invention comporte un multiplicateur de pression 20 605 entre la pression à l'intérieur de la conduite 105 de transfert et la cuve 115. Ce multiplicateur 605 de pression utilise le gaz d'évaporation présent dans la conduite 105 de transfert en tant que gaz moteur. Ceci permet, par rapport au mode de réalisation décrit en regard de la figure 1, d'éviter le contact entre le gaz d'évaporation et le fluide froid dans la cuve 115. 25 Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figures 1, 3 et 4, le dispositif 100 comporte en aval de la cuve : un deuxième déverseur 130 configuré pour être activé lorsque la pression du gaz d'évaporation dans la cuve est supérieure à une valeur consigne prédéterminée dite « P2 », P2 étant supérieure à P1, ou 30 un détendeur 520, configuré pour être activé lorsque la pression du gaz d'évaporation dans le réservoir est inférieure à une valeur consigne prédéterminée, dite « P3 », inférieure à P1. 3060707 8 Préférentiellement, pour être activé, le deuxième déverseur 130 doit détecter une pression supérieure à la somme de P2 déterminée en fonction de la pression du gaz d'évaporation à l'intérieur de la cuve 115 et de la pression exercée par le liquide à l'intérieur de la cuve 115 à un état initial du dispositif 100 une fois la cuve 115 5 remplie. Une marge, correspondant à la perte de charge estimée du circuit doit être ajoutée à cette somme pour garantir un débit d'injection suffisant à l'intérieur du réservoir 200. Dans le cas où le déverseur 130 est remplacé par une vanne commandée, cette valeur consigne prédéterminée peut être fixée lors de la fabrication du dispositif 10 100 ou lors de la fixation du dispositif 100 au réservoir 200 par un opérateur via une interface de commande du deuxième déverseur 130. Cette interface de commande peut-être mécanique ou numérique et, en fonction d'une interaction entre l'interface et l'opérateur, faire varier la valeur de la valeur consigne. La cuve 115 comporte préférentiellement un évent 116 habituel pour toute 15 capacité de gaz afin d'éviter les surpressions susceptibles d'endommager la cuve 115. La valeur consigne prédéterminée est inférieure à la valeur d'activation de l'évent 116. La fixation de la conduite de retour 120 est réalisée, par exemple, par vissage de platines de fixation positionnées au contact l'une de l'autre et munies d'au moins zo un filetage pour le passage de vis. Dans des variantes, un joint d'étanchéité est positionné entre les deux platines, ce joint présentant une structure annulaire. Cette fixation peut être défaite. Cette fixation est amovible, ce qui permet un retrait du dispositif 100 du réservoir 200. Cette conduite de retour 120, et la fixation à l'entrée 210, confèrent au 25 dispositif 100 un caractère modulaire compatible avec tout type de réservoir 200. Préférentiellement, le fluide froid liquide est nébulisé à l'intérieur du réservoir 200 par l'utilisation, par exemple, d'un brumisateur ou d'un maillage percé qui, sous l'effet de la pression du fluide froid liquide dans la conduite de retour 120, provoque la diffusion du flux de fluide froid liquide dans le ciel gazeux contenu dans le réservoir 30 200. On observe, également en figure 1, un mode de réalisation particulier du système 300 objet de la présente invention. Ce système 300 de régulation de la pression pour un réservoir 200 de stockage de gaz naturel liquéfié comporte : 3060707 9 - un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié, comportant : - une sortie 205 pour gaz d'évaporation du gaz naturel liquéfié et - une entrée 210 pour fluide froid et - un dispositif 100 de régulation tel que représenté en figure 1, dans lequel : 5 - la conduite 105 de transfert est fixée à la sortie du réservoir et - la conduire 120 de transport est fixée à l'entrée du réservoir. Dans des modes de réalisation, l'entrée 210 pour fluide froid est positionnée dans une partie haute du réservoir 200. On observe, en figure 3, un mode de réalisation particulier du dispositif 500 10 objet de la présente invention. Ce dispositif comporte, outre les caractéristiques du dispositif 100 tel que décrit en regard de la figure 1, un micro-compresseur 505 configuré pour être activé lorsqu'une pression captée, par un capteur, à l'intérieur du réservoir 200 ou dans la conduite de transfert 105 atteint à une valeur limite prédéterminée. Cette valeur limite prédéterminée peut correspondre à la pression 15 P1. Dans des variantes, cette valeur limite prédéterminée est inférieure à la valeur de pression d'activation du premier déverseur 110, ce qui permet un ajustement en continu de la pression à l'intérieur du réservoir 200. Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 3, le dispositif 500 comporte : 20 une bombonne 510 de fluide froid gazeux à haute pression, présentant une pression supérieure à la pression opératoire initiale du fluide froid liquide dans la cuve 115 et un détendeur 515, relié à la bombonne 510, pour détendre le fluide froid gazeux de la bombonne à une pression opératoire déterminée, le fluide froid 25 gazeux détendu étant injecté dans la cuve 115 pour en élever la pression. Dans le mode de réalisation représenté en figure 3, le dispositif 500 comporte à la fois un micro-compresseur 505 et une bombonne 510. Toutefois, dans des variantes, le dispositif 500 comporte le micro-compresseur 505 ou la bombonne 510. Dans d'autres variantes, le dispositif 500 comporte un moyen 525 d'échauffement 30 d'une partie du fluide froid liquide pour vaporiser ce fluide froid liquide et réinjecter le fluide froid vaporisé dans la cuve 115. Le moyen 525 d'échauffement est, par exemple, une résistance chauffante. 3060707 10 On observe, en figure 2, sous forme d'un logigramme, une succession d'étapes particulière du procédé 400 objet de la présente invention. Ce procédé 400 de régulation de la pression pour un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié, comporte : 5 - une étape 405 de comparaison entre la pression à l'intérieur du réservoir et une valeur limite prédéterminée, dite « P1 », - lorsque la pression à l'intérieur du réservoir est supérieure à la valeur limite prédéterminée : - une étape 410 de transfert de gaz d'évaporation de gaz naturel liquéfié 10 sorti du réservoir dans une conduite de transfert, - une étape 415 d'augmentation de la pression dans une cuve 115 de stockage d'un fluide froid sous forme liquide, la pression dans la cuve dépendant de la pression du gaz d'évaporation dans la conduite de transfert et 15 - une étape 420 de transport de fluide froid liquide vers le réservoir 200. Ce procédé 400 est réalisé, par exemple, par la mise en oeuvre du dispositif 100 tel que décrit en regard de la figure 1 ou du système 300 tel que décrit en regard de la figure 1. REVENDICATIONS1. Dispositif (100, 500, 600) de régulation de la pression pour un réservoir (200) de stockage de gaz naturel liquéfié, caractérisé en ce qu'il comporte : - une conduite (105) de transfert de gaz d'évaporation de gaz naturel liquéfié configurée pour être fixée à une sortie (205) pour gaz d'évaporation du réservoir, cette conduite de transfert étant munie d'un premier déverseur (110) activé lorsque la pression du gaz d'évaporation dans le réservoir est supérieure à une valeur limite prédéterminée, dite « P1 », - une cuve (115) de stockage d'un fluide froid, sous forme liquide, la pression dans la cuve dépendant de la pression du gaz d'évaporation dans la conduite de transfert, et - une conduite (120) de transport de fluide froid, reliée à la cuve, pour transporter du fluide froid sous forme liquide sous l'effet de l'augmentation de pression dans la cuve, la conduite de transport étant configurée pour être fixée à une entrée (210) pour fluide froid du réservoir. 2. Dispositif (100) selon la revendication 1, dans lequel la conduite (105) de transfert de gaz est reliée à la cuve (115), l'augmentation de la pression dans la cuve étant réalisée par accroissement de la quantité de gaz d'évaporation transféré depuis le réservoir jusqu'à l'intérieur de la cuve. 3. Dispositif (100, 500) selon la revendication 2, dans lequel la conduite (105) de transfert débouche sur une partie haute de la cuve (115). 4. Dispositif (600) selon la revendication 1, qui comporte un multiplicateur (605) de pression entre la pression à l'intérieur de la conduite (105) de transfert et la cuve (115). 5. Dispositif (100, 500) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le fluide froid est de l'azote liquide ou un gaz inerte liquéfié. 3060707 12 6. Dispositif (100, 500) selon l'une des revendications 1 à 5, qui comporte en aval de la cuve : un deuxième déverseur (130) configuré pour être activé lorsque la pression du gaz d'évaporation dans la cuve est supérieure à une valeur consigne 5 prédéterminée, dite « P2 », P2 étant supérieure à P1, ou un détendeur (520), configuré pour être activé lorsque la pression du gaz d'évaporation dans le réservoir est inférieure à une valeur consigne prédéterminée, dite « P3 », inférieure à P1. 10 7. Dispositif (500) selon l'une des revendications 1 à 6, qui comporte, sur la conduite (105) de transfert, un micro-compresseur (505) configuré pour être activé lorsqu'une pression captée, par un capteur, à l'intérieur du réservoir (200) ou dans la conduite de transfert (105) atteint une valeur limite prédéterminée. 15 8. Dispositif (500) selon l'une des revendications 1 à 7, qui comporte : une bombonne (510) de fluide froid gazeux à haute pression, présentant une pression supérieure à la pression opératoire initiale du fluide froid liquide dans la cuve (115) et un détendeur (515), relié à la bombonne (510), pour détendre le fluide froid 20 gazeux de la bombonne à une pression opératoire déterminée, le fluide froid gazeux détendu étant injecté dans la cuve (115) pour en élever le pression. 9. Système (300) de régulation de la pression pour un réservoir (200) de stockage de gaz naturel liquéfié, caractérisé en ce qu'il comporte : 25 - un réservoir (200) de stockage de gaz naturel liquéfié, comportant : - une sortie (205) pour gaz d'évaporation du gaz naturel liquéfié et - une entrée (210) pour fluide froid et - un dispositif (100) de régulation selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel : - la conduite (105) de transfert est fixée à la sortie du réservoir (200) et - la conduire (120) de transport est fixée à l'entrée du réservoir (200). 3060707 13 10. Système (300) selon la revendication 9, dans lequel l'entrée (210) pour fluide froid est positionnée dans une partie haute du réservoir (200). 11. Procédé (400) de régulation de la pression pour un réservoir (200) de stockage 5 de gaz naturel liquéfié, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape (405) de comparaison entre la pression à l'intérieur du réservoir (115) et une valeur limite prédéterminée, dite « P1 », - lorsque la pression à l'intérieur du réservoir est supérieure à la valeur limite prédéterminée : 10 - une étape (410) de transfert de gaz d'évaporation de gaz naturel liquéfié sorti du réservoir dans une conduite de transfert, - une étape (415) d'augmentation de la pression dans une cuve (115) de stockage d'un fluide froid sous forme liquide, la pression dans la cuve dépendant de la pression du gaz d'évaporation dans la conduite de 15 transfert et - une étape (420) de transport de fluide froid liquide vers le réservoir (200).