Brevet FR3108647A1 — publié le 20211001

Titre : Appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un gaz capable d’opérer à de basses températures Un appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un gaz capable d’opérer à de basses températures comprend une enceinte isolée thermiquement (1) contenant de la perlite et des éléments à isoler entourés par la perlite, l’enceinte ayant une toiture (2), celle-ci comprenant une fenêtre transparente (3) permettant de vérifier que la perlite remplit bien l’ensemble de l’enceinte jusqu’à son sommet. Figure unique Appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un gaz capable d’opérer à de basses températures La présente invention concerne un appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un gaz capable d’opérer à de basses températures. Une température est basse si elle est inférieure à 0°C, voire inférieure à -100°C. De tels appareils comprennent au moins un séparateur de phases et/ou au moins une colonne de distillation et/ou au moins un cycle de liquéfaction contenu dans une enceinte isolée thermiquement, généralement remplie presque entièrement de perlite. La perlite est une roche volcanique siliceuse d'origine naturelle qui se dilate jusqu'à 4 à 20 fois son volume d'origine lorsqu'elle est chauffée, et qui constitue un isolant très efficace contre le transfert thermique par conduction, convection et radiation. Étant donné qu'il est crucial de maintenir la perlite au sec au cours de l'installation et du fonctionnement, la perlite est maintenue sous une atmosphère d'azote d'inertage à une pression positive légèrement au-dessus de la pression atmosphérique (aux environs de 10 mbar) pour s'assurer qu'aucune humidité ne pénètre dans l'espace d'isolation et que de la glace ne s'accumule pas autour de l'équipement cryogénique. L’enceinte est constituée par une boîte cylindrique ou parallélépipédique surmontée d’une toiture respectivement circulaire ou rectangulaire. L’azote d’inertage permet d’évacuer toute fuite de fluide provenant des éléments isolés dans l’enceinte et toute entrée d’eau qui provient de l’extérieur de la boîte froide. L’azote d’inertage est évacué à travers une ouverture dans la toiture de l’enceinte. Les enceintes ne sont pas prévues en tant que récipient sous pression et à ce titre ne peuvent pas résister à une pression interne au-delà de 100 mbar. Toutefois, une pressurisation du volume interne au-dessus de la pression de purge normale peut avoir lieu pour de nombreuses raisons. Par exemple, elle peut se produire du fait d'un excès de gaz de purge, d'une fuite de fluides de procédé, ou d'une vaporisation rapide de bains cryogéniques et de fuites. Une sur-pressurisation peut se produire rapidement et conduire à une rupture de l'enceinte. Les ruptures de boîtes froides peuvent avoir des conséquences catastrophiques telles qu'une explosion majeure, un incendie majeur, des libérations de liquides ou de gaz toxiques et/ou des déversements de perlite. Ces événements sont extrêmement perturbateurs pour le fonctionnement de l'usine et nécessitent typiquement une fermeture complète de l'installation pendant plusieurs jours pour permettre d'effectuer des réparations. La perlite est introduite dans l’enceinte avant le premier démarrage de l’appareil. Comme signalé dans « Process Utility Systems », IChemE, 1994 de Broughton, la perlite se tasse avec le temps, ce qui peut provoquer une mauvaise isolation des éléments présents dans l’enceinte. L’enceinte étant hermétiquement fermée, l’inspection nécessite d’ouvrir l’enceinte en toiture, opération particulièrement dangereuse, comme signalée dans « Perlite Management », AIGA 032/12 de 2012. Selon un objet de l’invention, il est prévu un appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un gaz capable d’opérer à de basses températures comprenant une enceinte isolée thermiquement contenant de la perlite et des éléments à isoler entourés par la perlite, l’enceinte ayant une toiture caractérisé en ce que la toiture comprend une fenêtre transparente permettant de vérifier que la perlite remplit bien l’ensemble de l’enceinte jusqu’à son sommet. Selon d’autres aspects facultatifs : la toiture a une longueur a et une largeur b et la fenêtre transparente est située dans une zone rectangulaire comprenant le point de croisement des axes de symétrie de la toiture, de longueur a/3 et de largeur b/3. la fenêtre transparente est située au croisement des axes de symétrie de la toiture. la fenêtre transparente est capable de supporter une pression à l’intérieur de l’enceinte d’au moins1,01 bar absolu, voire d’au moins 1,1 bar absolu. la surface de la toiture est supérieure à 4 m 2 et la surface de la fenêtre est inférieure à 0,25 m 2 . la toiture comprend également une trappe permettant de remplir l’enceinte avec de la perlite. la surface de la trappe est supérieure à celle de la fenêtre. l’appareil comprend des moyens de mise à l’air de gaz circulant dans l’enceinte. l’au moins un des éléments à isoler est choisi dans le groupe : colonne de distillation, séparateur de phases, échangeur de chaleur, cycle de liquéfaction. L’usage d’une fenêtre d’observation dans la toiture de la boîte froide permet de vérifier que le niveau de perlite dans l’enceinte est suffisamment élevé, sans avoir à ouvrir l’enceinte avec les risques d’anoxie pour les opérateurs que cela implique. L’invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant à la figure qui représente une enceinte d’un appareil selon l’invention, vue de dessus. illustre la toiture de l’enceinte d’un appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un gaz capable d’opérer à de basses températures, par exemple un appareil de séparation d’air ou de gaz de synthèse. L’enceinte 1 est une boîte étanche parallélépipédique ayant une toiture rectangulaire 2 reliée à quatre parois verticales. L’enceinte contient au moins une colonne de distillation et/ou au moins un séparateur de phases et/ou un cycle de liquéfaction. Elle peut également contenir au moins un échangeur de chaleur, au moins un stockage, au moins une machine tournante. L’au moins une colonne de distillation et/ou au moins un séparateur de phases et/ou un cycle de liquéfaction opère normalement à une température inférieure à 0°C, voire inférieure à -100°C, voire inférieure à -150°C. L’appareil peut servir par exemple à séparer de l’air pour produire de l’azote et/ou de l’oxygène et/ou de l’argon, sous forme gazeuse ou liquide. Pour isoler l’enceinte thermiquement, elle est remplie entièrement de perlite, par exemple à travers la trappe 5. La perlite est balayée, en marche de l’appareil, par de l’azote gazeux qui est rejeté à l’atmosphère à travers un moyen de mise à l’air 6. Pour vérifier que la perlite est à la hauteur optimale, couvrant tous les éléments à isoler, une fenêtre 3 est ménagée dans la toiture 2 permettant de voir la perlite à l’intérieur de l’enceinte 1 même si l’appareil est en marche. Ainsi si le niveau est trop bas, de la perlite peut être rajoutée dans l’enceinte à travers la trappe 5. La fenêtre 3 est en matériau transparent, par exemple une plaque de 10mm d’épaisseur en poly(méthacrylate de méthyle), et peut supporter une pression à l’intérieur de l’enceinte d’au moins 1,01 bar absolu, voire d’au moins 1,1 bar absolu. La surface de la toiture 2 est supérieure à 4 m 2 et la surface de la fenêtre 3 est inférieure à 0,25 m 2 . La fenêtre 3 est maintenue en place par un cadre boulonné 4. La surface de la fenêtre 3 est sensiblement plus petite que la surface de la trappe 5 et la trappe est positionnée dans un coin de la toiture alors que la fenêtre se trouve au milieu de la toiture 2. Si la toiture 2 a une longueur a et une largeur b, la fenêtre transparente 3 est située dans une zone rectangulaire comprenant le point de croisement des axes de symétrie de la toiture 2, de longueur a/3 et de largeur b/3. Cette position au milieu de la toiture permet de détecter le niveau le plus bas de la perlite qui a tendance à avoir un niveau plus élevé à proximité des parois de l’enceinte. La fenêtre 3 ne sert pas à remplir l’enceinte de perlite. La fenêtre permet l’inspection par une personne présente sur la toiture ou par une caméra qui envoie les images à un opérateur distant. La toiture 2 a une longueur a et une largeur b et la fenêtre transparente 3 est située dans une zone rectangulaire comprenant le point de croisement des axes de symétrie de la toiture, de longueur a/3 et de largeur b/3. De préférence, la fenêtre transparente 3 est située au croisement des axes de symétrie de la toiture 2. De cette façon, le point d’observation est situé là où la perlite se tasse le plus. La surface de la toiture 2 est supérieure à 4 m 2 et la surface de la fenêtre 3 est inférieure à 0,25 m 2 . La surface de la trappe 5 est supérieure à celle de la fenêtre 3. Appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un gaz capable d’opérer à de basses températures comprenant une enceinte isolée thermiquement (1) contenant de la perlite et des éléments à isoler entourés par la perlite, l’enceinte ayant une toiture (2) caractérisé en ce que la toiture comprend une fenêtre transparente (3) permettant de vérifier que la perlite remplit bien l’ensemble de l’enceinte jusqu’à son sommet. Appareil selon la revendication 1 dans lequel la toiture (2) a une longueur a et une largeur b et la fenêtre transparente (3) est située dans une zone rectangulaire comprenant le point de croisement des axes de symétrie de la toiture, de longueur a/3 et de largeur b/3. Appareil selon la revendication 2 dans lequel la fenêtre transparente (3) est située au croisement des axes de symétrie de la toiture (2). Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel la fenêtre transparente (3) est capable de supporter une pression à l’intérieur de l’enceinte (1) d’au moins1,01 bar absolu, voire d’au moins 1,1 bar absolu. Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel la surface de la toiture (2) est supérieure à 4 m 2 et la surface de la fenêtre (3) est inférieure à 0,25 m 2 . Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel la toiture (2) comprend également une trappe (5) permettant de remplir l’enceinte avec de la perlite. Appareil selon la revendication 6 dans lequel la surface de la trappe (5) est supérieure à celle de la fenêtre (3). Appareil selon l’une des revendications précédentes comprenant des moyens de mise à l’air (6) de gaz circulant dans l’enceinte. Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’au moins un des éléments à isoler est choisi dans le groupe : colonne de distillation, séparateur de phases, échangeur de chaleur, cycle de liquéfaction.