INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Lorsque la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve est supérieur à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison, le cinquième mode d’opération est mis en œuvre pour réduire la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve, de manière à ce que ce dernier soit à en dessous de la température d’acceptation du lieu de livraison de la cargaison.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le cinquième mode d’opération est mis en œuvre simultanément avec l’un quelconque du premier mode d’opération, du deuxième mode d’opération ou du quatrième mode d’opération. On comprend ici que la boucle de refroidissement contribue avec ces modes à amener la température de la cargaison en-dessous de la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison.
L’ouvrage flottant peut, dans certaines situations, évoluer à une vitesse appelée vitesse de croisement qui correspond à la vitesse où l’intégralité de la phase gazeuse est consommée par le ou les consommateurs, sans nécessiter la génération de phase gazeuse supplémentaire. Lorsque l’ouvrage flottant évolue à la vitesse de croisement, aucun des modes d’opérations n’est mis en œuvre.
L’invention concerne également un système d’alimentation en carburant d’au moins un consommateur équipant un ouvrage flottant, configuré pour mettre en œuvre le procédé de gestion tel qu’il est décrit dans le présent document.
L’invention concerne également un ouvrage flottant de transport et/ou de stockage de fluide sous forme liquide comprenant un système d’alimentation selon la revendication précédente.
est un premier mode de réalisation d’un système d’alimentation d’un ouvrage flottant ;
est un deuxième mode de réalisation d’un système d’alimentation d’un ouvrage flottant ;
est un logigramme représentant le procédé de gestion d’un fluide sous forme liquide contenu dans une cuve d’un ouvrage flottant ;
représente, selon une vue écorchée, un ouvrage flottant comprenant le système d’alimentation des figures 1 ou 2.
La illustre un premier mode de réalisation d’un système d’alimentation 1 selon l’invention. Le système d’alimentation 1 peut être intégré au sein d’un ouvrage flottant, par exemple un navire de stockage et/ou de transport d’un gaz à l’état liquide contenu dans au moins une cuve 2 qui équipe l’ouvrage flottant. Le gaz à l’état liquide peut de manière naturelle s’évaporer partiellement et former une phase gazeuse, autrement appelée gaz évaporé, qui se stocke au sein d’un ciel 3 de la cuve 2.
Afin de gérer la pression dans la cuve 2 qui augmente du fait de la présence de la phase gazeuse au sein du ciel 3, le système d’alimentation 1 peut utiliser cette phase gazeuse pour alimenter en carburant au moins un appareil consommateur de gaz. Sur la , le système d’alimentation 1 est configuré pour pouvoir alimenter un appareil consommateur de gaz à haute pression 4 et un appareil consommateur de gaz à basse pression 5. L’appareil consommateur de gaz à haute pression 4 peut par exemple être un moteur assurant la propulsion de l’ouvrage flottant. L’appareil consommateur de gaz à basse pression 5 peut quant à lui être un générateur alimentant l’ouvrage flottant en électricité.
Afin d’assurer une alimentation des appareils consommateurs de gaz 4, 5, le système d’alimentation 1 comprend un circuit d’alimentation s’étendant entre la cuve 2 et les appareils consommateurs de gaz 4, 5. Le circuit d’alimentation 6 comprend un dispositif de compression 7 permettant d’aspirer la phase gazeuse contenue dans le ciel 3 et la cuve 2 et de comprimer celui-ci jusqu’à une pression compatible avec les besoins de l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4, par exemple au-delà de 250 bars, ou de l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5, notamment entre 7 et 20 bars.
Sur la , le dispositif de compression 7 est illustré par une série de compresseurs, mais le dispositif de compression 7 peut également être un unique compresseur multi-étagé. Ainsi, le dispositif de compression 7 présente plusieurs étages de compression afin de comprimer le gaz à une pression plus ou moins élevée, un tel dispositif de compression 7 comprenant au moins trois sorties dont au moins deux sont disposées entre deux étages de compression. Plus le gaz traverse d’étages de compression, plus la pression de celui-ci est augmentée.
Le dispositif de compression 7 représenté sur la comprend ainsi au moins un premier étage de compression 11, un deuxième étage de compression 12 et un troisième étage de compression 13. Le dispositif de compression 7 comprend aussi une première sortie 56 disposée entre le premier étage de compression 11 et le deuxième étage de compression 12, une deuxième sortie 57 disposée entre le deuxième étage de compression 12 et le troisième étage de compression 13 et une troisième sortie 58 après le troisième étage de compression 13.
Ces trois sorties 56, 57, 58 assurent chacune une sortie de la phase gazeuse hors du dispositif de compression 7. Cette phase gazeuse traverse l’ensemble du dispositif de compression 7 et sort par la troisième sortie 58 pour atteindre la pression compatible à l’alimentation de l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4. En sortie du troisième étage de compression 13 du dispositif de compression 7, la phase gazeuse peut atteindre une pression comprise entre 250 et 400 bars.
Au sein de l’échangeur de chaleur, la phase gazeuse qui a parcouru la deuxième portion du circuit de retour opère un échange de chaleur avec le circuit de refroidissement. Selon ce troisième mode d'opération, la boucle de refroidissement est active en ce sens qu’elle participe à la liquéfaction de la phase gazeuse qui provient du dispositif de compression. Selon un exemple, la boucle de refroidissement sous-refroidit le fluide à l’état liquide qui provient de la cuve et qui circule au sein du circuit de refroidissement. Selon un autre exemple, la boucle de refroidissement fait partie d’une ligne de liquéfaction qui prélève la phase gazeuse au niveau de la première sortie du dispositif de compression, la liquéfie via la boucle de refroidissement, puis l’injecte en fond de cuve.
Selon un aspect, le procédé de gestion comprend une étape de pré-refroidissement de la phase vapeur et qui est mise en œuvre au moyen de l’échangeur thermique.
Selon une autre caractéristique de l’invention, les modes d’opérations sont mis en œuvre en fonction de paramètres parmi lesquels on trouve au moins une quantité de gaz évaporé présent dans la cuve, une température maximale autorisée à l’arrivée sur un lieu de livraison et/ou une température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve.
Certains de ces paramètres sont relatifs au gaz contenu dans la cuve tandis que d’autres dépendent de contraintes externes à la cuve.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la quantité de gaz évaporé présent dans la cuve est déterminée par variation d’une pression dans le ciel de la cuve sur un temps donné.
Selon un exemple, la pression dans la cuve est relevée via un capteur de pression et à intervalles connus.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la quantité de gaz évaporé présent dans la cuve est déterminée par la consommation du consommateur entre le lieu de chargement et le lieu de livraison et par une estimation de génération de la phase gazeuse de la cuve en fonction de caractéristiques de conception de la cuve. Dit autrement, les entrées de chaleur dans la cuve génèrent la phase gazeuse. En fonction des caractéristiques de la cuve, il est possible de déterminer la quantité de gaz évaporé générée en fonction de la température extérieure à la cuve et/ou en fonction de la température de l’eau dans laquelle navigue l’ouvrage flottant. Parallèlement, la consommation de la phase gazeuse par le ou les consommateurs est connue. La combination de ces deux données permet de déterminer la quantité de gaz évaporé présent dans le ciel de la cuve.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le premier mode d’opération est mis en œuvre quand la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve est inférieure ou égale à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison et que la quantité de gaz évaporé à reliquéfier est supérieure à un seuil initial, par exemple égal à 0 kg/h.
Le premier mode d’opération est le mode d’opération préférentiel, ce mode d’opération permet de reliquéfier la phase gazeuse du ciel de cuve en utilisant moins de ressources que les autres modes d’opérations. L’invention permet d’utiliser le froid emmagasiné par la cargaisons pour condenser la phase gazeuse qui circule dans le circuit de retour en provenance de la première sortie du dispositif de compression via la première portion.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le deuxième mode d’opération est mis en œuvre moyen de détente la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve est supérieure à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison et que la quantité de gaz évaporé à reliquéfier est inférieure à un premier seuil, ledit premier seuil étant supérieur au seuil initial, en étant par exemple compris entre 500 kg/h et 2000 kg/h, avantageusement compris entre 500 kg/h et 1250 kg/h ou encore plus avantageusement égal à 750 kg/h.
Le deuxième mode d’opération permet la condensation d’une quantité limitée de phase gazeuse, sans néanmoins ajouter de chaleur au fluide sous forme liquide contenu dans la cuve.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le troisième mode d’opération est mis en œuvre quand la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve est supérieure à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison et que la quantité de gaz évaporé à reliquéfier est supérieure au premier seuil.
Le troisième mode d’opération est mis en œuvre quand une quantité importante de phase gazeuse doit être condenser. Pour se faire, la boucle de refroidissement est activée.
Selon une autre caractéristique de l’invention, un quatrième mode d’opération où le ciel de cuve est aspiré par le dispositif de compression jusqu’à ce que la pression dans le ciel de cuve soit inférieure à une pression de saturation du fluide sous forme liquide présent dans le cuve, ce quatrième mode d’opération étant mis en œuvre lorsque la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve est supérieure à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison d’une valeur comprise entre 0°C et 1°C et que la quantité de gaz évaporé est inférieure à la quantité de gaz consommée par le consommateur.
Le quatrième mode d’opération est activé lorsque le consommateur consomme plus que la quantité de gaz évaporé présent dans le ciel de cuve. Dans un telle quatrième mode, la pression au sein de la cuve est abaissé par le dispositif de compression, ce qui favorise une vaporisation du fluide à l’état liquide, permettant ainsi de créer la phase gazeuse nécessaire à la consommation du consommateur de l’ouvrage flottant.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le procédé comprend un cinquième mode d’opération au cours duquel la boucle de refroidissement est activée, ce cinquième mode d’opération étant mis en œuvre lorsque la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve est supérieure à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison d’une valeur comprise entre 0 °C et 1,5°C.
Afin de sous-refroidir le fluide à l’état liquide, le système d’alimentation 1 comprend une boucle de refroidissement 20 qui traverse le deuxième échangeur de chaleur 19, une telle boucle de refroidissement 20 étant parcourue par un fluide réfrigérant assurant le sous-refroidissement du fluide à l’état liquide. Le fluide réfrigérant circulant dans la boucle de refroidissement 20 peut par exemple être de l’azote.
En sortie du premier échangeur de chaleur 16, le phase gazeuse ainsi condensée rejoint le circuit de refroidissement 17, également en sortie du premier échangeur de chaleur 16, en se mélangeant au niveau du point de mélange 39. Le circuit de refroidissement 17 s’étend jusqu’à la cuve 2 afin que le retour du fluide à l’état liquide puisse se faire au sein de celle-ci. Le circuit de refroidissement 17 comprend à ce titre au moins une terminaison 29 pouvant être un orifice 30 agencée au fond de la cuve 2.
Lorsque la quantité de gaz évaporé dans le ciel 3 de la cuve 2 n’est pas suffisante pour satisfaire la consommation de l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4, le système d’alimentation 1 peut être configuré pour fournir cette phase gazeuse à ce dernier. Ainsi, le système d’alimentation 1 peut comprendre un circuit d’alimentation supplémentaire 33. Le circuit d’alimentation supplémentaire 33 comprend une pompe additionnelle 35, une pompe haute pression 36 et un vaporiseur 37. La pompe additionnelle 35 permet de prélever le fluide à l’état liquide dans la cuve 2, puis la pompe haute pression 36 pompe le fluide à l’état liquide jusqu’à une pression compatible avec la pression requise par l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4. Le vaporiseur 37 permet d’évaporer le fluide à l’état liquide mis sous haute pression afin que ce fluide passe à l’état vapeur et puisse être consommé par l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4.
Comme illustré sur les figures 1 ou 2, la pompe additionnelle 35 et la pompe 18 du circuit de refroidissement 17 sont des pompes séparées et distinctes. Selon une alternative, le système est dépourvu d’un pompe additionnelle dédiée au circuit d’alimentation supplémentaire 33. Dans un tel cas, le circuit d’alimentation supplémentaire 33 est raccordé au circuit de refroidissement 17, entre une sortie de la pompe 18 et une entrée de l’échangeur de chaleur 16 et c’est la pompe 18 qui, en plus de sa fonction initiale, prélève du gaz à l’état liquide dans la cuve 2 pour le fournir à la pompe haute pression 36.
La représente une variante du système d’alimentation illustré à la . Seules les différences structurelles et fonctionnelles par rapport à ce qui a été évoquées précédemment seront décrites. On se réfèrera donc à la description de la pour toutes les caractéristiques non détaillées ci-dessous.
La se distingue de ce qui a été décrit précédemment notamment par l’absence du deuxième échangeur de chaleur permettant de sous-refroidir le fluide à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement 17.
A la place, le système d’alimentation 1 comprend une branche additionnelle 48 connectée à la première sortie 56 du dispositif de compression 7, en parallèle de la première branche 9, et qui s’étend jusqu’à la cuve 2.
Le système d’alimentation 1 comprend une boucle de refroidissement 50 qui peut être activée ou désactivée en fonction du mode d’opération sélectionné. Cette branche additionnelle 48 conduit la phase gazeuse à travers un deuxième échangeur thermique 49, qui est configuré pour opérer un échange de chaleur entre la phase gazeuse qui provient du dispositif de compression 7 et un fluide réfrigérant circulant dans la boucle de refroidissement 50. En sortie du deuxième échangeur thermique 49, le phase gazeuse condensée circule dans la branche additionnelle 48 jusqu’à retourner dans la cuve 2.
Tel qu’illustré sur le logigramme présent sur la , le procédé de gestion 64 de la phase gazeuse débute par une récupération 68 des paramètres de navigation de l’ouvrage flottant 70. Ces paramètres peuvent intervenir dans le choix du mode d’opération préférable pour la condensation gaz évaporé présent dans le ciel 3 de la cuve 2.
Selon l’invention, le procédé met en œuvre au moins trois modes d’opération du système d’alimentation 1, ces modes étant mis en œuvre dans un objectif de réduction de la consommation globale de l’ouvrage flottant.
Un premier mode d’opération illustré par la référence 94 correspond à un raccordement du circuit de retour 8 à la première sortie 56 du dispositif de compression 7 et à une circulation de la phase gazeuse au travers de la première portion 51, l’échangeur de chaleur 16 opérant un échange thermique entre le fluide sous forme liquide circulant dans le circuit de refroidissement 17, sans que ce dernier ne soit sous-refroidi, et la phase gazeuse circulant dans le circuit de retour 8. Dans un tel cas, la première valve 43 est ouverte et la deuxième valve 44 est fermée, la phase gazeuse débutant ainsi son parcours dans le circuit de retour 8 par la première branche 9. Après l’échangeur thermique 14, la circulation de la phase gazeuse se poursuit dans le circuit de retour 8 en empruntant la première branche 51, c’est-à-dire celle qui est dépourvue de moyen de détente. Pour ce faire, la première vanne 41 est ouverte et la deuxième vanne 42 est fermée.
Ce premier mode d’opération 94 est mis en œuvre lorsqu’il est déterminé à l’étape 84 que la quantité de gaz évaporé dans le ciel de la cuve est supérieure à un seuil initial par exemple égal à 0 kg/h et qu’il est déterminé à l’étape 82 que la température du fluide sous forme liquide présent dans la cuve est inférieure à une température maximale du fluide à l’état liquide autorisée sur le lieu de livraison. Ce premier mode d’opération 94 est celui qui consomme le moins d’énergie pour condenser la phase gazeuse qui transite dans le circuit de retour et l’invention privilégie la mise en œuvre de ce premier mode d’opération comparativement au deuxième mode 100 ou au troisième mode d’opération 98.
Le deuxième mode d’opération illustré par la référence 100 correspond à un raccordement du circuit de retour 8 à la deuxième sortie 57 du dispositif de compression 7 et à une circulation de la phase gazeuse au travers de la deuxième portion 52 et au travers du moyen de détente 15, l’échangeur de chaleur 16 opérant un échange thermique entre le fluide sous forme liquide circulant dans le circuit de refroidissement 17, sans que ce dernier ne soit sous-refroidit, et la phase gazeuse circulant dans le circuit de retour 8 après détente de celle-ci. Dans un tel cas, la première valve 43 est fermée et la deuxième valve 44 est ouverte, la phase gazeuse débutant ainsi son parcours dans le circuit de retour 8 par la deuxième branche 10. Après l’échangeur thermique 14, la circulation de la phase gazeuse se poursuit dans le circuit de retour 8 en empruntant la deuxième branche 52, c’est-à-dire celle qui est pourvue du moyen de détente 15. Pour ce faire, la première vanne 41 est fermée et la deuxième vanne 42 est ouverte.
Ce deuxième mode d’opération 100 est mis en œuvre lorsqu’il est déterminé à l’étape 96 que la quantité de gaz évaporé dans le ciel de la cuve est comprise entre le seuil initial et un premier seuil, le premier seuil pouvant prendre toute valeur comprise entre 1 kg/h et 750 kg/h, et qu’il est déterminé à l’étape 82 que la température du fluide sous forme liquide présent dans la cuve est supérieure à la température maximale autorisée sur le lieu de livraison. Dans un tel cas, la première valve 43 est fermée et la deuxième valve 44 est ouverte, la phase gazeuse débutant ainsi son parcours dans le circuit de retour 8 par la deuxième branche 10. Après l’échangeur thermique 14, la circulation de la phase gazeuse se poursuit dans le circuit de retour 8 en empruntant la deuxième branche 52, c’est-à-dire celle qui est pourvue de moyen de détente 15. Pour ce faire, la première vanne 41 est fermée et la deuxième vanne 42 est ouverte. Ce deuxième mode d’opération 100 consomme moins d’énergie pour condenser la phase gazeuse qui transite dans le circuit de retour que le troisième mode d’opération 98 car la boucle de refroidissement, quelle que soit son mode de réalisation, est inactive.
Le troisième mode d’opération illustré par la référence 98 correspond à un raccordement du circuit de retour 8 à la deuxième sortie 57 du dispositif de compression 7 et à une circulation de la phase gazeuse au travers de la deuxième portion 52 et au travers du moyen de détente 15, l’échangeur de chaleur 16 opérant un échange thermique entre le fluide sous forme liquide circulant dans le circuit de refroidissement 17 et la phase gazeuse circulant dans le circuit de retour 8 après détente de celle-ci. Dans ce mode, la boucle de refroidissement est active ce qui permet soit de sous-refroidir le fluide à l’état liquide qui circule dans le circuit de refroidissement 17, soit de liquéfier la phase gazeuse qui circule dans la branche additionnelle 48.
Ce troisième mode d’opération 98 est mis en œuvre lorsqu’il est déterminé à l’étape 96 que la quantité de gaz évaporé dans le ciel de la cuve est supérieure au premier seuil évoqué ci-dessus, par exemple 750 kg/h, et qu’il est déterminé à l’étape 82 que la température du fluide sous forme liquide présent dans la cuve est supérieure à la température maximale autorisée sur le lieu de livraison. Ce troisième mode d’opération abaisse la température du fluide à l’état liquide présent dans la cuve de sorte à ramener cette dernière en dessous de la température maximale autorisée au point de livraison.
Comme huiles hydrocarbonées non volatiles utilisables selon l’invention, on peut notamment citer : (i) les huiles hydrocarbonées d'origine végétale telles que les triesters de glycérides qui sont en général des triesters d’acides gras et de glycérol dont les acides gras peuvent avoir des longueurs de chaînes variées de C 4 à C 24 , ces dernières pouvant être linéaires ou ramifiées, saturées ou insaturées ; ces huiles sont notamment les huiles de germe de blé, de tournesol, de pépins de raisin, de sésame, de maïs, d'abricot, de ricin, de karité, d'avocat, d'olive, de soja, l'huile d'amande douce, de palme, de colza, de coton, de noisette, de macadamia, de jojoba, de luzerne, de pavot, de potimarron, de sésame, de courge, de colza, de cassis, d’onagre, de millet, d’orge, de quinoa, de seigle, de carthame, de bancoulier, de passiflore, de rosier muscat ; ou encore les triglycérides des acides caprylique/caprique comme ceux vendus par la société Stéarineries Dubois ou ceux vendus sous les dénominations Miglyol 810®, 812® et 818® par la société Dynamit Nobel ; (ii) les éthers de synthèse ayant de 10 à 40 atomes de carbone ; (iii) les hydrocarbures linéaires ou ramifiés, d'origine minérale ou synthétique tels que la vaseline, les polydécènes, le polyisobutène hydrogéné tel que le parléam, le squalane, et leurs mélanges ; (iv) les esters de synthèse comme les huiles de formule RCOOR’ dans laquelle R représente le reste d’un acide gras linéaire ou ramifié comportant de 1 à 40 atomes de carbone et R’ représente une chaîne hydrocarbonée notamment ramifiée contenant de 1 à 40 atomes de carbone à condition que R + R’ soit ≥ 10, comme par exemple l'huile de Purcellin (octanoate de cétostéaryle), le myristate d’isopropyle, le palmitate d’isopropyle, le benzoate d'alcools en C12-C15 comme le produit vendu sous la dénomination commerciale « Finsolv TN® » ou « Witconol TN® » par la société WITCO ou « TEGOSOFT TN ®» par la société EVONIK GOLDSCHMIDT , le Benzoate de 2-éthylphenyle comme le produit commercial vendu sous le nom « X-TEND 226®» par la société ISP, le lanolate d'isopropyle, le laurate d’hexyle, l’adipate de diisopropyle, l’isononanoate d’isononyle, l’érucate d’oléyle, le palmitate de 2-éthyl-hexyle, l'isostéarate d'isostéaryle, , le sebacate de diisopropyle comme le produit vendu sous la dénomination de « Dub Dis » par la société Stearinerie Dubois, des octanoates, décanoates ou ricinoléates d'alcools ou de polyalcools comme le dioctanoate de propylène glycol ; les esters hydroxylés comme le lactate d'isostéaryle, le malate de di-isostéaryle ; et les esters du pentaérythritol ; les citrates ou tartrates comme les tartrates de di-alkyle linéaire en C12-C13 tels que ceux vendus sous le nom COSMACOL ETI® par la Société ENICHEM AUGUSTA INDUSTRIALE ainsi que les tartrates de di-alkyle linéaire en C14-C15 tels que ceux vendus sous le nom COSMACOL ETL® par la même société ; les acétates ;