Brevet FR3101141A1 — publié le 20210326

ECHANGEUR DE CHALEUR, SYSTÈME DE LIQUÉFACTION À DOUBLE CYCLE DE REFRIGÉRATION COMPORTANT LEDIT ECHANGEUR DE CHALEUR Un aspect de l’invention concerne un échangeur de chaleur (100) comprenant : des corps d’échange (110) comprenant chacun: une première entrée (111) pour recevoir un premier fluide (F1), une première sortie (112) pour évacuer un deuxième fluide (F2), des premiers moyens de distribution (10) du premier fluide, raccordés aux premières entrées des corps d’échange et comprenant au moins un conduit de distribution principal (11), des premiers moyens d’évacuation (20) du deuxième fluide, raccordés aux premières sorties des corps d’échange et comprenant au moins un conduit d’évacuation principal (21), les corps d’échange comprenant une première série (S1) de corps d’échange montés en parallèle et une deuxième série (S2) de corps d’échange montés en parallèle, la première série et la deuxième série de corps d’échange étant disposées de manière symétrique par rapport audit au moins conduit de distribution principal ou par rapport audit au moins un conduit d’évacuation principal. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2 ECHANGEUR DE CHALEUR, SYSTÈME DE LIQUÉFACTION À DOUBLE CYCLE DE REFRIGÉRATION COMPORTANT LEDIT ECHANGEUR DE CHALEUR Le domaine technique de l’invention est celui de la liquéfaction d’un mélange gazeux. La présente invention concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur particulièrement adapté pour la liquéfaction d’un mélange gazeux. En outre, l’invention se rapporte à un système de liquéfaction à double cycle de réfrigération comprenant un tel échangeur de chaleur. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Il est connu de liquéfier le gaz naturel afin de pouvoir le stocker et le transporter sur de longues distances. Le gaz naturel est un mélange gazeux composé principalement de méthane mais aussi de butane, de propane, d’éthylène, d’éthane ou encore d’azote. Parmi les techniques utilisées pour liquéfier le gaz naturel, le procédé de liquéfaction à double cycle de réfrigération, que l’on nomme DMR pour «Dual Mixed Refrigerant», est particulièrement intéressant en termes de rendement énergétique. En particulier, le procédé DMR consiste à réaliser un premier cycle de réfrigération à une température avoisinant -60°C afin de condenser les composés les plus lourds puis un deuxième cycle de réfrigération à une température comprise entre -60°C et -170°C afin de liquéfier les composés les plus légers. La figure 1 est une représentation schématique d’un système de liquéfaction 1 à double cycle de réfrigération permettant la mise en œuvre du procédé DMR. En référence à la figure 1, le système de liquéfaction 1 comprend un conduit de distribution 2 par lequel est introduit le gaz naturel à liquéfier, un échangeur de pré-refroidissement 3 qui assure le premier cycle de réfrigération, un échangeur de liquéfaction 4 qui assure le deuxième cycle de réfrigération ainsi qu’un conduit d’évacuation 5, qui assure l’évacuation du gaz liquéfié. Chaque échangeur, i.e. de pré-refroidissement et de liquéfaction, comprend plusieurs corps d’échange montés en parallèle, les uns à la suite des autres, qui assurent le transfert de chaleur entre le fluide de refroidissement et le fluide à réfrigérer, à travers une surface d’échange. Cependant, les corps d’échange présentent des différences qui sont dues notamment aux tolérances de fabrication des corps d’échange et/ou à la distribution entre les corps d’échange dans l’échangeur de chaleur. Or, ces différences entrainent une hétérogénéité au niveau des débits, des températures et des pressions des fluides circulant dans les corps d’échange. L’état, i.e. gaz/liquide, du fluide en sortie des corps d’échange varie alors d’un corps d’échange à l’autre ce qui peut rendre la liquéfaction du gaz naturel instable et/ou partielle. Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. montre une représentation schématique générale d’un système de liquéfaction à double cycle de réfrigération selon l’art antérieur. est schéma illustrant une vue de dessus d’un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de l’invention. est schéma illustrant une vue de dessus d’un échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. est schéma illustrant une vue de dessus d’un échangeur de chaleur selon un troisième mode de réalisation de l’invention. est schéma illustrant une vue de dessus d’un échangeur de chaleur selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. est un schéma illustrant une vue latérale d’un échangeur de chaleur selon un cinquième mode de réalisation de l’invention est un schéma illustrant une vue latérale d’un système de liquéfaction à double cycle de réfrigération selon un mode de réalisation de l’invention. Echangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) comprenant : une pluralité de corps d’échange (110, 210, 310, 410, 510), chaque corps d’échange (110, 210, 310, 410, 510) comprenant : une première entrée (111, 211, 311, 411) configurée pour recevoir un premier fluide (F1), une première sortie (112, 212, 312, 412) configurée pour évacuer un deuxième fluide (F2), des premiers moyens de distribution (10, 30, 50, 70) du premier fluide (F1), raccordés aux premières entrées (111, 211, 311, 411) des corps d’échange (110, 210, 310, 410, 510), les premiers moyens de distribution (10, 30, 50, 70) comprenant au moins un conduit de distribution principal (11, 31, 33, 51, 71, 73), des premiers moyens d’évacuation (20, 40, 60, 80) du deuxième fluide (F2), raccordés aux premières sorties (112, 212, 312, 412) des corps d’échange (110, 210, 310, 410, 510), les premiers moyens d’évacuation (20, 40, 60, 80) comprenant au moins un conduit d’évacuation principal (21, 23, 41, 61, 63, 81), caractérisé en ce que la pluralité de corps d’échange (110, 210, 310, 410, 510) comprend une première série (S1) de corps d’échange (110, 210, 310, 410, 510) montés en parallèle et une deuxième série (S2) de corps d’échange (110, 210, 310, 410, 510) montés en parallèle, la première série (S1) de corps d’échange (110, 210, 310, 410, 510) et la deuxième série (S2) de corps d’échange (110, 210, 310, 410, 510) étant disposées de manière symétrique par rapport audit au moins conduit de distribution principal (11, 31, 33, 51, 71, 73) des premiers moyens de distribution (10, 30, 50, 70) ou par rapport audit au moins un conduit d’évacuation principal (21, 23, 41, 61, 63, 81) des premiers moyens d’évacuation (20, 40, 60, 80). Echangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que : les premiers moyens de distribution (10, 50) comportent un conduit de distribution principal (11, 51) raccordé aux premières entrées (111, 311) de la première série (S1) et aux premières entrées (111, 311) de la deuxième série (S2) de corps d’échange (110, 310), les premiers moyens d’évacuation (20, 60) comportent: un premier conduit d’évacuation principal (21, 61) raccordé aux premières sorties (112, 312) de la première série (S1) de corps d’échange (110, 310), un deuxième conduit d’évacuation principal (23, 63) raccordé aux premières sorties (112, 312) de la deuxième série (S2) de corps d’échange (110, 310), la première série (S1) de corps d’échange (110, 310) et la deuxième série (S2) de corps d’échange (110, 310) étant agencées symétriquement par rapport au conduit de distribution principal (11, 51). Echangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) selon la revendication 1, caractérisé en ce que : les moyens de distribution (30, 70) comportent: un premier conduit de distribution principal (31, 71) raccordé aux premières entrées ( 211, 411) de la première série (S1) de corps d’échange (210, 410, 510), un deuxième conduit de distribution principal (33, 73) raccordé aux premières entrées (211, 411) de la deuxième série (S2) de corps d’échange (210, 410), les premiers moyens d’évacuation (40, 80) comportent un conduit d’évacuation principal (41, 81) raccordé aux premières sorties (212, 412) de la première série (S1) et aux premières sorties (212, 412) de la deuxième série (S2) de corps d’échange (210, 410), la première série (S1) de corps d’échange (210, 410) et la deuxième série (S2) de corps d’échange (210, 410) étant agencées symétriquement par rapport au conduit d’évacuation principal (41, 81). Echangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les corps d’échange (110, 210, 310, 410, 510) sont identiques. Echangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première série (S1) et la deuxième série (S2) comportent le même nombre de corps d’échange (110, 210, 310, 410, 510). Echangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour un corps d’échange (110, 210) de la première série (S1) et un corps d’échange (110, 210) de la deuxième série (S2) symétriques, la première entrée (111, 211) et la première sortie (112, 212) de chaque corps d’échange (110, 210) sont ménagées dans des parois opposées dudit corps d’échange (110, 210), en regard l’une de l’autre, dans un plan médian (P 1 ) dudit corps d’échange (110, 210), ledit plan médian (P 1 ) étant perpendiculaire à l’axe (X1, X3, X3’) selon lequel s’étend ledit au moins un conduit de distribution principal (11, 31, 33) ou à l’axe (X2, X2’, X4) selon lequel s’étend ledit au moins un conduit d’évacuation principal (21, 23, 41) Echangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour un corps d’échange (310, 410) de la première série (S1) et un corps d’échange (310, 410) de la deuxième série (S2) symétriques, la première entrée (311, 411) et la première sortie (312, 412) de chaque corps d’échange (310, 410) sont ménagées dans des parois opposées dudit corps d’échange (310, 410), décalées axialement l’une de l’autre, agencées à une même distance de part et d’autre d’un plan médian (P 1 ) dudit corps d’échange (310, 410), ledit plan médian (P 1 ) étant perpendiculaire à l’axe (X5, X7, X7’) selon lequel s’étend ledit au moins un conduit de distribution principal (51, 71, 73) ou à l’axe (X6, X6’, X8) selon lequel s’étend ledit au moins un conduit d’évacuation principal (61, 63, 81). Echangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un conduit de distribution principal (11, 31, 33, 51, 71, 73) des premiers moyens de distribution (10, 30, 50, 70) et ledit au moins un conduit d’évacuation principal (21, 23, 41, 61, 63, 81) des premiers moyens d’évacuation (20, 40, 60, 80) sont configurés pour assurer une circulation, respectivement, du premier fluide (F1) et du deuxième fluide (F2) dans des sens inverses. Echangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers moyens de distribution (10, 30, 50, 70) et les premiers moyens d’évacuation (20, 40, 60, 80) sont disposés dans un même plan horizontal. Echangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : chaque corps d’échange (510) comporte : une deuxième entrée (511) configurée pour recevoir le premier fluide (F1) et, une deuxième sortie (512) configurée pour évacuer le deuxième fluide (F2) et en ce qu’il comporte : des deuxièmes moyens de distribution (90) du premier fluide (F1) raccordés aux deuxièmes entrées (511) des corps d’échange (510), les deuxièmes moyens de distribution (90) comprenant au moins un conduit de distribution principal (91), des deuxièmes moyens d’évacuation (95) du deuxième fluide (F2) raccordés aux deuxièmes sorties (512) des corps d’échange (510), les deuxièmes moyens d’évacuation (95) comprenant au moins un conduit d’évacuation principal (96). Echangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens de distribution (90) et les deuxièmes moyens d’évacuation (95) sont disposés dans un même plan vertical. Echangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) selon l’une quelconque des revendications 10 à 11, caractérisé en ce que ledit au moins un conduit de distribution principal (91) des deuxièmes moyens de distribution (90) et le conduit d’évacuation principal (96) des deuxièmes moyens d’évacuation (95) sont configurés pour assurer une circulation, respectivement, du premier fluide (F1) et du deuxième fluide (F2) dans des sens inverses. Système de liquéfaction (600) d’un flux de gaz à double cycle de réfrigération comprenant : un échangeur de pré-refroidissement (610), un échangeur de liquéfaction (620) raccordé à l’échangeur de pré-refroidissement (610), caractérisé en ce que l’échangeur de pré-refroidissement (610) et/ou l’échangeur de liquéfaction (620) est un échangeur de chaleur (100, 200, 300, 400, 500) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Système de liquéfaction (600) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’un collecteur de mélange (650) est agencé entre l’échangeur de pré-refroidissement (610) et l’échangeur de liquéfaction (620), le collecteur de mélange (650) étant configuré pour assurer le mélange d’un fluide intermédiaire (F1’’) en sortie de l’échangeur de pré-refroidissement (610) avant de l’introduire dans l’échangeur de liquéfaction (620).