Brevet FR3087890A1 — publié le 20200501

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention vise, d'une part, un dispositif amovible de prélèvement d'un échantillon de gaz liquéfié configuré pour être fixé à une canalisation de transfert de gaz liquéfié et, d'autre part, une canalisation de transfert de gaz liquéfié. Elle s'applique, notamment, à métrologie du gaz liquéfié. ÉTAT DE LA TECHNIQUE La détermination de la quantité d'énergie exportée ou importée sous forme de gaz liquéfié impose de procéder, lors du déchargement ou du chargement du navire méthanier, à l'échantillonnage du gaz liquéfié pour en déterminer la composition. Différentes technologies existent pour l'échantillonnage et fournissent des résultats précis au-delà d'une certaine valeur limite de pression (supérieur à 1 barg). Cependant, à des pressions inférieures, les mesures deviennent instables et moins fiables, pouvant engendrer des doutes sur la parfaite composition de l'échantillon de 15 gaz liquéfié prélevé. Les nouvelles applications développées aujourd'hui (déchargement navire lors d'un transbordement, par exemple) peuvent conduire à atteindre ce niveau bas de pression, et de nouvelles applications pourraient conduire à opérer à des pressions inférieures. 20 Le préleveur de gaz liquéfié est un appareil qui permet, couplé à un chromatographe, d'analyser de manière discontinue le gaz liquéfié circulant dans une conduite. Il est principalement constitué de deux sous-ensembles : la canne de prélèvement isolée sous-vide ou immergée dans du gaz liquéfié 25 pour maintenir l'échantillon prélevé en froid ; avec laquelle le piquage est réalisé sur la partie haute de la canalisation et le vaporiseur électrique, généralement à proximité de la canne de prélèvement, qui regazéifie brutalement le gaz liquéfié prélevé ; le débit de gaz en sortie du vaporiseur est transféré au laboratoire d'analyses. 2 Ces systèmes présentent plusieurs inconvénients : la vaporisation partielle possible du gaz liquéfié dans la canne de prélèvement qui engendre un écoulement diphasique gaz liquide dans la conduite ; puisque les phases liquides et vapeur ne s'écoulent pas à la même vitesse, la composition de l'échantillon gazeux analysé n'est pas représentative de l'échantillon gaz liquéfié prélevé, de plus, la vaporisation partielle du gaz liquéfié conduit également à observer des résultats instables et des mesures qui ne sont pas répétables, cette vaporisation partielle peut avoir, par exemple, comme causes : so la rupture de l'isolation sous vide ou le prélèvement d'un gaz liquéfié déjà saturé circulant dans la conduite, couplé à une diminution de la pression lors de son transfert (verticalement et vers le haut) entrainant sa vaporisation partielle, dans le cas où la sonde de prélèvement est isolée en étant immergée dans un 15 « bain » de gaz liquéfié, le gaz liquéfié contenu dans ce bain s'évapore avec le temps, conséquence des entrées de chaleur ; Les évaporations sont ensuite émises à l'atmosphère pouvant créer localement, en plus des conséquences environnementales, une zone à risque d'inflammabilité ou d'explosivité et pour ces technologies, le gaz liquéfié prélevé doit être généralement à une 20 pression supérieure à 1 barg. 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 amovible de prélèvement d'un échantillon de gaz liquéfié configuré pour être fixé à 25 une canalisation de transfert de gaz liquéfié, qui comporte : - un tube de Pitot configuré pour être fixé à une partie inférieure de la canalisation, ledit tube comportant une ouverture de sorte l'ouverture soit positionnée au contact d'un flux de gaz liquéfié s'écoulant dans la canalisation, le tube étant également configuré pour que le gaz liquéfié 30 s'écoule gravitairement, un moyen d'isolation thermique du tube de Pitot, 3 une pompe, raccordée au tube de Pitot, configurée pour comprimer le gaz liquéfié à haute pression, un vaporisateur du gaz issu de la pompe associé à un réchauffeur du gaz comprimé et 5 un moyen de détente du gaz vaporisé. Grâce à ces dispositions, le prélèvement en point bas de la canalisation permet de transférer un gaz liquéfié sous-refroidi à la pompe. De plus, la compression du gaz, préférentiellement à l'état supercritique, permet de garantir une vaporisation totale et brutale de l'échantillon de gaz liquéfié, permettant d'analyser par chromatographie un échantillon gazeux parfaitement représentatif dudit gaz liquéfié. Ceci permet d'éviter une vaporisation partielle du gaz liquéfié avant regazéification et de prélever du gaz liquéfié à une pression inférieure à 1 barg. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention 15 comporte un chromatographe en sortie du moyen de détente. Ces modes de réalisation permettent de déterminer la composition du gaz liquéfié directement in-situ. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte un moyen de stockage du gaz vaporisé en sortie du moyen de détente. 20 Ces modes de réalisation permettent de stocker le gaz en vue d'en déterminer la composition du gaz liquéfié ultérieurement. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, en amont de la pompe le long du chemin d'écoulement du gaz liquéfié, un clapet anti-retour. 25 Ces modes de réalisation permettent d'éviter un retour du gaz dans la canalisation. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte une électrovanne en amont de la pompe le long du chemin d'écoulement du gaz liquéfié. 30 Dans ces modes de réalisation, l'électrovanne s'ouvre préférentiellement uniquement lors de la prise d'échantillon, pour envoyer l'échantillon vers la pompe et le vaporiseur. Une vanne automatique est préférentiellement utilisée. Dans des variantes plus primaires, une vanne manuelle est utilisée. 4 Dans des modes de réalisation, la pompe est configurée pour comprimer le gaz au-delà de la pression critique dudit gaz. Dans des modes de réalisation, le réchauffeur est configuré pour réchauffer le gaz à une température supérieure à 50°C. 5 Ces modes de réalisation permettent de garantir une vaporisation totale de l'échantillon. Dans des modes de réalisation, le moyen d'isolation est un moyen d'isolation sous vide du tube de Pitot. Ces modes de réalisation permettent d'éviter toute vaporisation partielle du w gaz liquéfié transitant dans le tube de Pitot. Dans des modes de réalisation, le gaz liquéfié est du gaz naturel liquéfié. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise une canalisation de transfert de gaz liquéfié, qui comporte : un tube de Pitot fixé à une partie inférieure de la conduite, ledit tube comportant une ouverture positionnée au contact d'un flux de gaz liquéfié s'écoulant dans la canalisation, le tube étant également configuré pour que le gaz liquéfié s'écoule gravitairement, un moyen d'isolation thermique du tube de Pitot, - une pompe, raccordée au tube de Pitot, configurée pour comprimer le gaz liquéfié à haute pression, un vaporisateur du gaz issu de la pompe associé à un réchauffeur du gaz comprimé et un moyen de détente du gaz vaporisé. Les buts, avantages et caractéristiques particulières de la canalisation objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, 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 particulier du dispositif et de la canalisation objets de la présente invention, en regard du dessin annexé, dans lequel la figure 1 représente, schématiquement, un mode de 5 réalisation particulier du dispositif et de la canalisation objets de la présente invention. DESCRIPTION D'EXEMPLES DE RÉALISATION DE L'INVENTION 5 La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique 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 la figure n'est pas à l'échelle. On appelle « gaz liquéfié », notamment, du liquéfié ou tout autre gaz w susceptible d'être liquéfié dans des conditions similaires. On note que la canalisation décrite ci-après présente préférentiellement une pression opératoire de fonctionnement inférieure à 1 barg et préférentiellement supérieure à 0.3 barg. On observe, sur la figure 1, qui n'est pas à l'échelle, une vue schématique 15 d'un mode de réalisation du dispositif 100 objet de la présente invention. Ce dispositif 100 amovible de prélèvement d'un échantillon de gaz liquéfié configuré pour être fixé à une canalisation de transfert de gaz liquéfié, comporte : un tube 105 de Pitot configuré pour être fixé à une partie inférieure de la canalisation, ledit tube comportant une ouverture 110 de sorte que l'ouverture 20 soit positionnée au contact d'un flux de gaz liquéfié s'écoulant dans la canalisation, le tube étant également configuré pour que le gaz liquéfié s'écoule gravitairement, un moyen 115 d'isolation thermique du tube de Pitot, une pompe 120, raccordée au tube de Pitot, configurée pour comprimer le gaz 25 liquéfié à haute pression, un vaporisateur 125 du gaz issu de la pompe associé à un réchauffeur 130 du gaz comprimé et - un moyen 135 de détente du gaz vaporisé. La fixation du tube 105 de Pitot est réalisée, par exemple, par la création 30 d'une ouverture dans la canalisation alors préférentiellement hors de fonctionnement. Cette ouverture permet l'insertion d'une partie du tube 105 de Pitot de manière que l'ouverture 110 s'insère dans la partie de la canalisation permettant le transfert de gaz liquéfié. 6 La fixation du tube 105 est réalisée en partie basse de la canalisation. Par « partie basse », on entend la partie de la canalisation où le gaz liquéfié qui s'écoule subit une pression hydrostatique la plus forte, c'est-à-dire la partie qui, est la plus proche du sol à proximité de la canalisation. 5 La fixation du dispositif 100 peut-être définitive ou temporaire, conférant au dispositif 100 un caractère amovible ou inamovible. Tout type de fixation, amovible ou non, connu de l'homme du métier pour réaliser un piquage dans une canalisation peut être utilisé ici. En partie basse, le gaz liquéfié a la même température que le gaz liquéfié en 10 partie haute. Toutefois en partie basse, la pression étant supérieure, le gaz liquéfié est dans un état sous-refroidi un peu plus important. L'état sous refroidi se définit par l'écart entre la température observée du liquide et la température de bulle de ce même liquide à la pression d'opération (la température de bulle marque le début du changement de phase). 15 L'avantage d'opérer en sous refroidi repose sur le fait qu'une entrée de chaleur agit d'abord sur la chaleur sensible du liquide avant d'agir sur la chaleur latente, permettant ainsi de retarder l'évaporation du liquide. Le tube 105 de Pitot est positionné de manière verticale, horizontale ou inclinée. 20 Le moyen 115 d'isolation thermique du tube 105 de Pitot est, par exemple, de tout type connu de l'homme du métier et apte à isoler thermiquement une conduite telle le tube 105. Dans des variantes préférentielles, le moyen 115 d'isolation thermique est un moyen d'isolation sous vide du tube 105 de Pitot. Ce moyen 115 d'isolation 25 thermique peut être une double enveloppe sous vide 160 entourant un conduit 165 de passage de gaz liquéfié. Cette isolation évite toute vaporisation partielle du gaz liquéfié lors de son transfert vers le vaporisateur 125. La pompe 120 est, par exemple, une pompe volumétrique. Préférentiellement, cette pompe 120 est configurée pour comprimer le gaz liquéfié au-delà de la 30 pression critique dudit gaz liquéfié. Le vaporisateur 125 est, par exemple, formé de l'application d'une résistance électrique via l'utilisation d'un serpentin installé autour du tube traversé par le gaz 7 liquéfié, sur lequel la résistance électrique est appliquée pour assurer l'apport de chaleur. Préférentiellement, la vaporisation ayant lieu au niveau du vaporisateur 125 est brutale. Par « brutale », on entend une vaporisation instantanée, c'est-à-dire dont 5 l'apport de chaleur est suffisant pour garantir une vaporisation totale et continue du gaz liquéfié pour un débit opératoire donné. L'apport calorifique est ici assuré par le réchauffeur 130. Ce réchauffeur 130 est, par exemple, une résistance électrique appliquée sur le tube dans lequel est introduit le gaz liquéfié à vaporiser. 10 Dans des modes de réalisation, le réchauffeur 130 est configuré pour réchauffer le gaz à une température supérieure à 50°C. Dans des variantes, le réchauffeur 130 est configuré pour réchauffer le gaz à une température supérieure ou égale à 70°C. Le moyen 135 de détente est, par exemple, une vanne Joule-Thomson. 15 Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 1, le dispositif 100 comporte un chromatographe 140 en sortie du moyen 135 de détente. Ce chromatographe 140 peut être de tout type connu de l'homme du métier pour déterminer la composition du gaz transitant dans la canalisation. Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 1, le 20 dispositif 100 comporte un moyen 145 de stockage du gaz vaporisé en sortie du moyen 135 de détente. Ce moyen 145 de stockage est, par exemple, une cartouche de stockage de gaz. Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 1, le 25 dispositif 100 comporte, en amont de la pompe 120 le long du chemin d'écoulement du gaz liquéfié, un clapet 150 anti-retour. Le clapet 150 anti-retour peut être de tout type connu de l'homme du métier en matière de gaz liquéfié. Ce clapet 150 est configuré pour que le gaz circule depuis la canalisation vers la pompe 120 mais ne circule pas en sens inverse. 30 Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 1, le dispositif 100 comporte une électrovanne 155 en amont de la pompe 120 le long du chemin d'écoulement du gaz liquéfié. 8 Cette électrovanne 155 est commandée par la réception d'une commande émise par un interrupteur commandé manuellement, par exemple, ou par la réception d'une commande émise par un terminal distant via un moyen de communication filaire ou sans-fil de données. 5 On observe également, sur la figure 1, qui n'est pas à l'échelle, une vue schématique d'un mode de réalisation de la canalisation 200 objet de la présente invention. Cette canalisation 200 de transfert de gaz liquéfié, comporte - un tube 105 de Pitot fixé à une partie inférieure de la canalisation, ledit tube comportant une ouverture 110 positionnée au contact d'un flux de gaz liquéfié 113 s'écoulant dans la canalisation, le tube étant également configuré pour que le gaz liquéfié s'écoule gravitairement, - un moyen 115 d'isolation thermique du tube de Pitot, - une pompe 120, raccordée au tube de Pitot, configurée pour comprimer le gaz liquéfié à haute pression, REVENDICATIONS1. Dispositif (100) amovible de prélèvement d'un échantillon de gaz liquéfié configuré pour être fixé à une canalisation de transfert de gaz liquéfié, caractérisé en ce qu'il comporte : - un tube (105) de Pitot configuré pour être fixé à une partie inférieure de la canalisation, ledit tube comportant une ouverture (110) de sorte que l'ouverture soit positionnée au contact d'un flux de gaz liquéfié s'écoulant dans la canalisation, le tube étant également configuré pour que le gaz liquéfié s'écoule gravitairement, un moyen (115) d'isolation thermique du tube de Pitot, une pompe (120), raccordée au tube de Pitot, configurée pour comprimer le gaz liquéfié à haute pression, un vaporisateur (125) du gaz issu de la pompe associé à un réchauffeur (130) du gaz comprimé et - un moyen (135) de détente du gaz vaporisé. 2. Dispositif (100) selon la revendication 1, qui comporte un chromatographe (140) en sortie du moyen (135) de détente. 3. Dispositif (100) selon l'une des revendications 1 ou 2, qui comporte un moyen (145) de stockage du gaz vaporisé en sortie du moyen (135) de détente. 4. Dispositif (100) selon l'une des revendications 1 à 3, qui comporte, en amont de la pompe (120) le long du chemin d'écoulement du gaz liquéfié, un clapet (150) antiretour. 5. Dispositif (100) selon l'une des revendications 1 à 4, qui comporte une électrovanne (155) en amont de la pompe (120) le long du chemin d'écoulement du gaz liquéfié. 10 6. Dispositif (100) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la pompe (120) est configurée pour comprimer le gaz au-delà de la pression critique dudit gaz. 7. Dispositif (100) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le réchauffeur 5 (130) est configuré pour réchauffer le gaz à une température supérieure à 50°C. 8. Dispositif (100) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le moyen d'isolation (115) thermique est un moyen d'isolation sous vide du tube (105) de Pitot. 10 9. Dispositif (100) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le gaz liquéfié est du gaz naturel liquéfié. 10. Canalisation (200) de transfert de gaz liquéfié, caractérisé en ce qu'elle comporte : 15 un tube (105) de Pitot fixé à une partie inférieure de la canalisation, ledit tube comportant une ouverture (110) positionnée au contact d'un flux de gaz liquéfié s'écoulant dans la canalisation, le tube étant également configuré pour que le gaz liquéfié s'écoule gravitairement, - un moyen (115) d'isolation thermique du tube de Pitot, 20 - une pompe (120), raccordée au tube de Pitot, configurée pour comprimer le gaz liquéfié à haute pression, - un vaporisateur (125) du gaz issu de la pompe associé à un réchauffeur (130) du gaz comprimé et un moyen (135) de détente du gaz vaporisé.