BR112016025943B1

BR112016025943B1 - Processo de fabricação de uma linha de despressurização

Info

Publication number: BR112016025943B1
Application number: BR112016025943-2A
Authority: BR
Inventors: Guillaume Vaillant
Original assignee: Total Sa
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2022-06-21
Also published as: BR112016025943A2; FR3020861A1; WO2015170040A1; FR3020861B1

Abstract

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA LINHA DE DESPRESSURIZAÇÃO. A presente invenção refere-se a um processo de fabricação de uma linha de despressurização para uma despressurização de um recipiente (200) contendo uma mistura gasosa de uma primeira pressão P1 a uma segunda pressão P2, o processo comporta uma determinação de um diâmetro (d) de uma linha de despressurização (201), o diâmetro sendo determinado de tal modo que a velocidade de escoamento da mistura gasosa se escoando na referida linha de despressurização tendo o referido diâmetro e sob diferença de pressão P1-P2 seja apta a impedir o depósito (204,302) de uma espessura (e) de mais de 1 mm ou de 1% do diâmetro determinado de cristais do referido elemento gasoso sobre as paredes (301) da referida linha de despressurização e uma fabricação de uma linha de despressurização (201) tendo como diâmetro (d) o diâmetro determinado.

Description

[0001] A presente invenção refere-se ao domínio da despressurização rápida de uma mistura gasosa, por exemplo, durante uma situação de emergência, notadamente quando a mistura gasosa compreende CO2.

[0002] No caso de uma situação de urgência sendo declarada na proximidade de um recipiente, por exemplo parcialmente cheio com líquido em equilíbrio termodinâmico com uma mistura gasosa sob pressão (como a ocorrência de um fogo na proximidade do referido recipiente), pode ser útil, ou mesmo necessário, proceder a uma despressurização rápida deste recipiente a fim de evitar qualquer explosão.

[0003] Devido à despressurização, a mistura gasosa em saída do recipiente tem tendência a resfriar muito devido ao efeito Joule-Thomson.

[0004] Quando a mistura gasosa contém um elemento (por exemplo, CO2) susceptível de formar cristais (ou mais geralmente, um sólido) acima da temperatura mínima atingida na linha quando de despressurização, um risco de bloqueio ou de colmatagem da linha de despressurização devido ao depósito, da aderência e/ou da aglomeração dos referidos cristais sobre a referida linha pode ocorrer ou ainda devido ao destacamento brutal de blocos de cristais aderidos nas paredes da linha e seu acúmulo em uma zona de estreitamento do tubo (por exemplo, cotovelo, etc.)

[0005] Este risco é ainda mais elevado quando o elemento gasoso susceptível de formar cristais está em uma forte concentração na mistura gasosa. Com efeito, o risco de acúmulo de cristais até um bloqueio da linha de despressurização é bem presente desde que uma quantidade suficiente de cristais é formada durante a despressurização. Este acúmulo pode depender das características da referida linha (diâmetro, comprimento, metal utilizado, rugosidade, etc.).

[0006] Tal bloqueio pode ser problemático no contexto das instalações de petróleo ou de gás: um bloqueio da linha de despressurização aumenta, de modo significativo, os riscos de explosão sobre as instalações de superfícies.

[0007] Além disso, existem determinados padrões segundo os quais um recipiente (ou um navio) deve ser equipado com um dispositivo de despressurização de emergência. Este dispositivo faz parte integrante do projeto e da segurança do recipiente.

[0008] Por exemplo, de acordo com a norma API 521 (“Guide for pressurerelieving and depressuring systems”), este dispositivo de despressurização de emergência deve ser capaz de realizar uma despressurização a 7 bars em 15 minutos ou reduzir a pressão no recipiente pela metade em 15 minutos. No caso de bloqueio da linha de despressurização, tais padrões não podem ser respeitados.

[0009] É possível aquecer as linhas de despressurização a fim de evitar qualquer formação de gelo (isto é, cristais) sobre as paredes. No entanto, no caso de uma falha maior (como uma perda de energia), pode ser impossível aquecer tais linhas.

[0010] Assim, existe uma necessidade para evitar qualquer acúmulo de cristais nas linhas de despressurização quando de uma despressurização de um recipiente, por exemplo, parcialmente cheio com líquido em equilíbrio termodinâmico com uma mistura de gás sob pressão, de modo simples e de modo resiliente a um incidente maior.

[0011] O objetivo da presente invenção é assim evitar o bloqueio da linha durante uma despressurização por um sistema inovador.

[0012] A presente invenção visa assim um processo de fabricação de uma linha de despressurização para uma despressurização de um recipiente contendo uma mistura gasosa de uma primeira pressão P1 a uma segunda pressão P2, a mistura gasosa contendo um elemento gasoso susceptível de formar cristais quando de uma despressurização da mistura gasosa da primeira pressão para a segunda pressão.

[0013] O processo comporta: - determinação de um diâmetro d de uma linha de despressurização, o diâmetro sendo determinado de tal modo que a velocidade de escoamento da mistura gasosa se escoando na referida linha de despressurização tendo o referido diâmetro e sob diferença de pressão P1-P2 seja apta a impedir o depósito de uma espessura de mais de 1 mm ou 1% do diâmetro determinado de cristais do referido elemento gasoso sobre paredes da referida linha de despressurização; - fabricação de uma linha de despressurização tendo como diâmetro o diâmetro determinado.

[0014] O elemento gasoso mencionado acima é, por exemplo, CO2.

[0015] A determinação do referido diâmetro (isto é, o dimensionamento da linha de despressurização) pode ser feita por meio de cálculos (ver abaixo, as fórmulas e as modelizações propostas) ou com a ajuda de experiências em laboratório, por exemplo. Em condições reais, pode ser útil procurar, fazendo variar o diâmetro da linha de despressurização, o diâmetro além do qual depósitos de cristais (isto é, acúmulos de cristais) interferem com a circulação da mistura gasosa na linha. Esta interferência pode estar ligada ao fato de que a linha de despressurização é completamente obstruída (isto é, diâmetro eficaz reduzido a 0) ou que o diâmetro eficaz da linha de despressurização é reduzido de modo que o tempo “normal” (isto é, sem depósito de cristais) de despressurização necessária para diminuir a pressão no recipiente até um valor limiar (por exemplo, 7 bars, ou a metade do valor de pressão nominal) é sensivelmente modificado (por exemplo, variação do tempo de despressurização de mais de 3% ou 4%). É assim possível medir a espessura máxima (ou média sobre uma seção da linha, por exemplo) dos depósitos de cristais sobre as paredes da linha de despressurização e verificar que esta espessura não ultrapassa alguns milímetros (exemplo, 0,1 mm, 0,5 mm, 1 mm, 5 mm) ou certa porcentagem do diâmetro da linha (exemplo, 0,1%, 0,4%, 0,8%, 2%, 3%).

[0016] Se esta espessura ultrapassar o limite, considera-se que este depósito impactará de modo muito forte os tempos de despressurização alvo.

[0017] Em uma modalidade, o diâmetro determinado pode ser determinado de modo que a velocidade de escoamento U da mistura gasosa escoando na referida linha de despressurização tendo referido diâmetro e sob diferença de pressão P1-P2 seja superior à velocidade crítica, com c1 e c2 duas constantes determinadas para uma mistura gasosa dada.

[0018] Esta velocidade de escoamento U pode ser determinada com a ajuda de experiência em condições reais (ou próxima da realidade) ou com a ajuda de simulações/cálculos por instrumentos de simulação 1D comercializados, levando em conta, por exemplo, as equações da termodinâmica (ou modelos próximos) e as equações da mecânica dos líquidos (ou modelos próximos) aplicáveis à situação.

[0019] Como evidente, esta velocidade determinada pode ser a velocidade a mais baixa que permite ainda a existência e/ou a formação de cristais.

[0020] Se a velocidade U determinada for inferior à velocidade crítica Ucrit, é possível reduzir o diâmetro d da linha de despressurização a fim de aumentar esta velocidade U.

[0021] A título de exemplo, o valor c1 pode estar compreendido entre 12,1 e 14,9. Com vantagem, este valor está próximo de 13,5, mas estudos de sensibilidades demonstraram que a variação desse valor no intervalo mencionado possui um impacto pequeno sobre os resultados obtidos.

[0022] Do mesmo modo, o valor c2 pode estar compreendido entre 4,1 e 5,02. Com vantagem, este valor está próximo de 4,56, mas estudos de sensibilidades mostraram que a variação deste valor no intervalo mencionado possui um impacto pequeno sobre os resultados obtidos.

[0023] Em uma modalidade particular, a pressão P1 pode ser previamente determinada como sendo função de P2, de uma temperatura T1 no seio do recipiente e de uma temperatura TPT de um ponto triplo em um diagrama de mudança de estado.

[0024] Com efeito, a temperatura do ponto triplo TPT é potencialmente a temperatura a mais elevada na qual os cristais de gelo (por exemplo, cristais de CO2) podem ser formados.

[0025] Esta temperatura do ponto triplo TPT pode também ser substituída pela temperatura de sublimação para uma pressão P2 (TSubliP2).

[0026] Se a pressão P1 for, na prática, determinada pelas condições iniciais do recipiente, esta pressão pode variar em função do tempo (se t0 é, por exemplo, o momento a partir do qual uma despressurização é desencadeada).

[0027] O fato de fixar a pressão P1 na pressão acima permite colocar-se em uma situação a mais desfavorável relativa à formação dos cristais (isto é, a pressão a mais baixa na qual uma formação de cristais ocorre e, portanto, a velocidade a mais baixa na qual uma formação de cristais ocorre).

[0028] Como evidente, em função das condições iniciais, é possível que estas condições de pressão e de temperatura (P1, TPT) nunca sejam atingidas, mas esta fixação deste parâmetro P1 para a pressão permite simplesmente identificar a situação a mais desfavorável (isto é, identificação do limite alto para o diâmetro d).

[0029] Além disso, a pressão P1 pode ser função de μ, Ti, TPT e P2 ou ainda de com o coeficiente de Joule-Thomson para a referida mistura gasosa.

[0030] Esta temperatura do ponto triplo TPT pode ser igualmente substituída pela temperatura de sublimação para uma pressão P2 (TSubliP2).

[0031] Como evidente, a pressão P1 pode ser igualmente uma função da entalpia do elemento gasoso susceptível de formar cristais quando de uma despressurização.

[0032] A presente invenção visa igualmente um sistema apto a conter uma mistura gasosa, o referido sistema compreendendo: - um recipiente apto a conter referida mistura gasosa na primeira pressão P1; - pelo menos, uma linha de despressurização (podendo, por exemplo constituir uma ou várias redes de queimadores), apta para permitir uma despressurização da referida mistura gasosa da primeira pressão a uma segunda pressão P2 para reduzir a pressão no seio do recipiente de pelo menos 10% em menos de 15 min, a mistura gasosa contendo um elemento gasoso susceptível de formar cristais quando de uma despressurização da mistura gasosa da primeira pressão à segunda pressão.

[0033] Além disso, um diâmetro de uma linha de despressurização é inferior a um diâmetro limite tal que a velocidade de escoamento da mistura gasosa se escoando na referida linha de despressurização tendo o referido diâmetro limite e sob diferença de pressão P1-P2 seja apta a impedir o depósito de uma espessura de mais de 1 mm de cristais do referido elemento gasoso ou de 1% do referido diâmetro sobre paredes da referida linha de despressurização.

[0034] Outras características e vantagens da invenção aparecerão ainda na leitura da descrição seguinte. Esta é puramente ilustrativa e deve ser lida com relação aos desenhos em anexo, nos quais: - a figura 1 ilustra um exemplo de diagrama de fase do dióxido de carbono (CO2); - a figura 2 ilustra um exemplo de recipiente parcialmente cheio com um líquido em equilíbrio termodinâmico com um gás sob pressão conectado a uma linha de despressurização por uma válvula; - a figura 3 ilustra uma seção transversal de uma linha de despressurização quando de uma interação com um cristal de neve carbônica (ou qualquer outro tipo de cristal); - a figura 4 ilustra a queda de pressão em um recipiente contendo gás no caso de despressurização.

[0035] A figura 1 ilustra um exemplo de diagrama de fase 100 do dióxido de carbono.

[0036] Este diagrama de fase compreende uma zona 101 (isto é, condições de temperatura e de pressão) em que o CO2 está sob forma gasosa. Na zona 102, o CO2 está sob forma líquida. Na zona 103, o CO2 está sob forma sólida/cristalina.

[0037] O ponto 104 é chamado “um ponto triplo”. Este ponto 104 é um ponto do diagrama de fase 100 correspondendo à coexistência dos três estados mencionados acima. Para o CO2, o ponto 104 corresponde às condições seguintes: pressão PPT de 5,11 atm e temperatura TPT de -56,6°C.

[0038] Nenhuma fase líquida pode ser obtida para temperaturas inferiores a TPT. Para temperaturas superiores a TPT, é possível obter uma fase líquida diminuindo a temperatura (exemplo, seta 107).

[0039] O ponto 105 é o ponto de sublimação do CO2 para uma pressão de 1 atm.

[0040] Para temperaturas menores do que a temperatura TPT, se o CO2 está em um estado gasoso a P0 e que a temperatura é diminuída abaixo de T0 (exemplo, seta 106), o CO2 gasoso pode transformar-se em cristais sólidos: chama-se este fenômeno “sublimação inversa”.

[0041] A figura 2 ilustra um exemplo de recipiente parcialmente cheio com líquido em equilíbrio termodinâmico com um gás sob pressão munido de uma linha de despressurização.

[0042] O sistema de armazenamento da figura 2 compreende um recipiente 200 conectado a uma linha de despressurização 201.

[0043] O recipiente 200 é um recipiente parcialmente cheio com líquido em equilíbrio termodinâmico com um gás sob pressão contendo uma concentração grande de CO2 (eventualmente 100% de CO2). A linha 201, por exemplo, é conectada ao recipiente 200 via uma válvula ou um orifício 205 podendo ser aberto sob demanda ou automaticamente em caso de superpressão. Com efeito, pode ser útil despressurizar o recipiente 200 no contexto de uma superpressão, um procedimento de parada de emergência, etc. Esse é notadamente o caso se a pressão no recipiente atingir um nível de alerta no processo de segurança.

[0044] Como evidente, várias linhas de despressurização ou tubos de medições de pressões, de produção, de alimentação, etc. podem existir sobre este recipiente (não representados).

[0045] Quando de uma despressurização, a mistura gasosa contida no recipiente 200 toma emprestada a linha 201 (seta 202) e pode ser aberta, por exemplo, ao ar livre (seta 203) ou ser queimada.

[0046] Devido a esta brusca queda de pressão, notadamente quando da passagem na válvula 205, o CO2 pode produzir cristais de diferentes tamanhos (situação da seta 106 da figura 1) que podem atingir várias centenas de mícrons ao longo da linha de despressurização 201.

[0047] Alguns destes cristais podem depositar-se e aderir sobre as paredes da linha de despressurização 201 e/ou sobre uma camada de cristais de CO2 já fixados nas paredes. Foi constatado experimentalmente que esta adesão pode ser tal que a linha de despressurização fica obstruída ou que o diâmetro eficaz da linha de despressurização seja tão pequeno que os estudos teóricos de velocidade/tempo de despressurização de emergência fossem nulos e sem efeito.

[0048] Com maior frequência, quando se busca aumentar a velocidade de despressurização de um recipiente (isto é, diminuir o tempo de despressurização, a fim de respeitar notadamente certas normas ou regulações, por exemplo, diminuição 10%, 50% da pressão, ou ainda a 7 bar menos de 15 min), a solução que surge para o técnico consiste em aumentar o diâmetro das linhas de despressurização. Mas esta solução não é realmente desejável devido ao depósito descrito acima, o diâmetro eficaz da linha de despressurização (isto é, o diâmetro da linha “não obstruída” por cristais tendo aderido à parede ou a outros cristais) tendo, então, tendência a ser reduzido: as estimativas / cálculos / experimentações se tornando nulas e sem efeito, a relação do tempo estimado de despressurização do recipiente não podendo, então, ser respeitada e, pior ainda, a linha de despressurização da rede de queimadores pode ficar bloqueada (exemplo, por eventuais destacamentos de blocos de cristais de CO2), conduzindo a uma superpressão seguida por uma possível explosão.

[0049] Portanto, em relação às considerações do presente pedido, convém evitar que, para condições operacionais implicando a presença de cristais (de CO2 ou outro), a velocidade do líquido na linha de despressurização não seja inferior a uma velocidade crítica Ucrit, o que pode se traduzir pelo fato de que o diâmetro da linha de despressurização não ultrapasse um valor crítico, diâmetro que permite uma velocidade de escoamento do líquido suficiente para “desenganchar” qualquer cristal que viria a aderir a uma camada de CO2 solidária da parede da linha de despressurização.

[0050] Este diâmetro crítico pode ser determinado com a ajuda de modelizações físicas e matemática (ver abaixo) mas pode igualmente ser determinado graças a uma ou várias experimentações em condições reais (por exemplo, despressurização de um recipiente contendo uma mistura gasosa a uma pressão P1 dada a uma pressão P2 e variação do diâmetro da linha de despressurização).

[0051] A figura 3 ilustra uma seção transversal de uma linha de despressurização 201 quando de uma interação com um cristal 303 de neve carbônica.

[0052] Quando do transporte turbulento de um cristal 303 de CO2 na linha de despressurização 304, existe uma probabilidade não nula de que este cristal vem em contato com as paredes 301 desta linha de despressurização ou com uma camada 302 de CO2 solidificada e solidária da parede 301. Esta última camada é constituída, com maior frequência, por cristais de CO2 tendo aderido à parede 301 durante o transporte.

[0053] Esta adesão deve-se notadamente às interações físico-químicas entre o cristal de CO2 e a parede /a camada aderida.

[0054] A força de adesão dos cristais de CO2 com a parede (frequentemente metálica) pode ser maior que a força de adesão dos cristais de CO2 entre si. Assim, não se busca necessariamente impedir qualquer depósito de cristais de CO2 sobre as paredes 301 da linha de despressurização 304 (porque a força necessária para destacar um cristal aderindo a esta parede pode ser grande) mas busca-se impedir qualquer “crescimento” da camada 302 (esta camada pode existir mas deve ser limitada a algumas centenas de mícrons).

[0055] Os cristais 303 em contato com a parede 301 ou com uma camada 302 de cristais de CO2 fixados nas paredes sofrem forças

ligadas ao escoamento da mistura gasosa turbulenta na linha de despressurização bem como uma força de adesão físico-química

[0056] Se o comprimento da linha de despressurização é L, o seu diâmetro d, a velocidade média de escoamento do gás U, a densidade da mistura gasosa pf e a viscosidade cinemática v, é possível expressar o número Reynolds como sendo Re =

[0057] Ao comparar as forças de pressão que atuam sobre as seções de entrada e saída da linha de despressurização 304 (seções transversais de área de superfície

e a fricção na parede 301 (de superfície Lπd)), é possível estimar a tensão de cisalhamento a nível da parede utilizando a queda de pressão ΔP:

[0058] Além disso, por definição do fator de fricção f, tem-se igualmente a fórmula seguinte:

[0059] Assim, a tensão de cisalhamento médio pode ser escrita como:

[0060] O fator de fricção f pode ser expresso pela fórmula f = 0.3164 Re 1/4 para uma linha de despressurização com uma parede lisa, utilizando a lei de “Blasius”, ou pela fórmula

para uma linha de despressurização com uma parede rugosa, utilizando a equação de “Colebrook”, com

k a rugosidade absoluta, tipicamente 10 a 50 µm para linhas metálicas, ou ainda pela utilização do diagrama de “Moody” para qualquer tipo de parede.

[0061] Como indicado previamente, a presente invenção não busca necessariamente impedir qualquer depósito de cristais sobre as paredes da linha de despressurização, mas busca limitar o crescimento do depósito de cristais (isto é, buscar destacar um cristal 303 em contato com a camada 302).

[0062] A fim de destacar o cristal / a partícula 303 da camada 302 (isto é, superar a força

), vários efeitos podem ser conjugados: - um efeito de rolamento da partícula 303 (momento

induzido pelas tensões de superfície); - um efeito ligado à força de arrasto (força

); e - um efeito ligado à força de elevação (força

).

[0063] Estudos teóricos e experimentais sobre a aderência e destacamento de partículas de vidro esféricas a partir de uma superfície do vidro plano sugeriram que o mecanismo de rolamento fosse preponderante sobre as duas outras forças.

[0064] É possível escrever:

[0065] com rp o raio da partícula 303, FD a força de arrasto paralelamente à parede, I1 a distância do centro da partícula para a parede, FL a força de elevação, l2 o raio da zona de contato, FA a força físico-química de aderência rw a tensão de cisalhamento local.

[0066] As condições de destacamento da partícula são combinadas quando o torque relacionado com forças externas supera o torque de forças de adesão, definindo um cisalhamento crítico rcrit.

[0067] O critério de destacamento pode portanto também ser escrito

[0068] Em outros termos, as partículas fixadas podem ser colocadas de novo em suspensão no fluxo quando uma tensão de cisalhamento crítico devido ao escoamento de gases é atingida, permitindo superar a força de adesão FA (como a força Van Der Waals ou outras). A partícula pode então ser transportada pelo escoamento da mistura gasosa e pode eventualmente ser redepositada sobre a parede 301 ou sobre a camada 302.

[0069] O valor de rcrlt pode ser estimado em função: - da natureza física e/ou química das partículas, e - da natureza da interação partícula/parede (caso de adesão sobre a parede 301) ou a interação partícula/partícula (caso de adesão sobre a camada 302).

[0070] Após alguns desenvolvimentos físicos, e notadamente a utilização da equação de Colebrook, foi determinado que a relação entre o valor Tcrit e a velocidade crítica Ucrit da mistura gasosa permite obter um destacamento das partículas fixadas para um diâmetro d podendo ser escrita sob a forma:

[0071] A ideia é estimar o termo log10

notadamente para as condições específicas de densidade de gás e de viscosidade, de taxas de cisalhamento crítico previamente obtidas via medições experimentais, bem como para diferentes valores de rugosidades, a fim de avaliar seu impacto na estimativa da velocidade crítica para certo diâmetro da linha. Foi revelado que um estudo de sensibilidade mostra que este termo é mais ou menos constante e só impacta muito pouco (algumas porcentagens apenas) a estimativa da velocidade crítica - Cf. desenvolvimentos abaixo.

[0072] Chega-se, portanto, à fórmula simplificada seguinte: Ucrit~{Log10[d] - Cst}.

[0073] Além disso, utilizando resultados de testes experimentais permitindo uma medição da velocidade crítica Ucrit_test para um certo diâmetro dtest, pode-se escrever Ucrit_test~{lθg10[dtest] - Cst].

[0074] Consequentemente, obtém-se finalmente

[0075] ou de modo mais geral: Ucrit = Cl(lθg10d + C2)

[0076] com C1 e C2 constantes com relação ao diâmetro d que podem ser determinadas de acordo com as condições específicas de densidade de gás, viscosidade, rugosidade...

[0077] O que realmente tem o potencial é que se pode estimar a velocidade crítica Ucrit para certo diâmetro sem determinação precisa da taxa de cisalhamento crítico Tcrit:: A taxa de cisalhamento crítico é certamente essencial para estimar a velocidade crítica Ucrit dado que como mostrado na primeira equação do desenvolvimento acima,

com a função f levemente dependente de Tcrit.

[0078] Ora, é possível estimar a velocidade crítica para um tubo de determinado diâmetro via testes experimentais; elaborando a hipótese que a taxa de cisalhamento crítico Tcrit é constante (o que é válido porque depende de considerações físicas- químicas unicamente), então a determinação da velocidade crítica para um diâmetro diferente nas condições operacionais similares só é dependente de Tcrit que por intermédio da função f(rcrit,..., com f levemente dependente de Tcrit, - O que se traduz pela constância relativa do termo

[0079] Por consequência, com esta abordagem, a determinação exata da taxa de cisalhamento crítico rcrít não é necessária para estimar a velocidade crítica para um diâmetro dado.

[0080] Por via de consequência, é possível determinar o diâmetro d da linha de despressurização para que a velocidade U seja superior a Ucrit e as condições de destacamento mencionadas acima para a partícula 303 sejam atendidas.

[0081] Além disso, aplicando-se o teorema de Bernoulli entre os pontos A e B da figura 2, pode-se escrever:

[0082] com U a velocidade ao ponto B, sabendo-se que a velocidade ao ponto A é quase nula, e negligenciando as variações em dimensão z.

[0083] Assim,

[0084] A aplicação do teorema de Bernoulli elabora certas hipóteses (exemplo, a massa volúmica do gás p constante durante o trajeto A-B). Na prática, a utilização do teorema de Bernoulli para a avaliação da velocidade pode revelar-se não válida porque as hipóteses feitas podem ser muito fortes (a densidade do gás não continuando constante, as perdas de carga são negligenciadas, as transferências de calor são negligenciadas, etc.).

[0085] A fim de remediar este problema, é igualmente possível avaliar a velocidade de escoamento U com a ajuda de numerosos programas 1D de cálculo de escoamentos com consideração das leis termodinâmicas comercializadas. Eles permitem levar em conta o conjunto dos parâmetros do sistema e calcular de modo preciso esta velocidade. Assim, a velocidade U não é considerada como uma incógnita na presente situação, para um diâmetro d de linha fixado.

[0086] A figura 4 ilustra a queda de pressão 400 em um recipiente parcialmente cheio com líquido em equilíbrio termodinâmico com um gás no caso de despressurização.

[0087] Com efeito, a pressão P1(t) no recipiente, com hipótese de que nenhuma adição de gases é efetuada, diminui muito quando de uma despressurização com a ajuda de uma linha de despressurização.

[0088] Assim, se a válvula 205 está aberta a t=0, a pressão P1(t) 401 diminui rapidamente com o tempo t para tender para a pressão de equilíbrio P2 (pressão em saída da linha de despressurização, frequentemente próxima da pressão atmosférica no caso de “queima flare”).

[0089] Como evidente, o gás sofre uma expansão de Joule-Thomson na linha de despressurização da pressão P1(t) na pressão P2 de saída, notadamente quando da sua passagem através da válvula 205. Esta expansão induz (como explicado previamente) um resfriamento do líquido gasoso, que pode ser aproximado pela fórmula:

[0090] Com μ uma constante de Joule-Thomson própria da referida mistura gasosa, T1 a temperatura da mistura de gás no recipiente (considerada como constante), e T2 a temperatura do gás em saída da linha de despressurização.

[0091] Assim, é possível escrever:

[0092] Esta fórmula não leva em conta a sublimação inversa dos cristais de CO2 ou as trocas de temperatura com o exterior. Assim, esta modelização pode estar errada.

[0093] Como indicado acima, se a temperatura T2(t) for superior à temperatura de sublimação do CO2, o fenômeno de cristalização não ocorre mais na linha de despressurização e os problemas mencionados acima não são mais aparentes.

[0094] Assim, abaixo da pressão

(isto é, além do ponto 402, seta 403) ou mais exatamente abaixo da pressão P1min correspondendo à temperatura calculada por programas 1D, além do que não ocorre mais formação possível de cristais de CO2, nenhum cristal pode ser formado.

[0095] É assim útil, para a determinação do diâmetro crítico da linha de despressurização, considerar que a pressão do recipiente é a pressão Plmin. Assim, a velocidade da mistura gasosa é velocidade a mais baixa para a qual uma cristalização pode ocorrer. Se esta última velocidade for superior à velocidade crítica Ucrit apresentado acima, é então evidente que, para as condições de pressões superiores a Plmin, a velocidade de escoamento do fluido será igualmente superior à velocidade crítica necessária para limitar o depósito de cristais sobre a camada 302.

[0096] A temperatura TPT pode ser substituída pela temperatura de sublimação na pressão P2 do elemento gasoso susceptível de formar cristais quando da despressurização (ver ponto 105 da figura 1).

[0097] Como evidente, a presente invenção não se limita às modalidades descritas acima a título de exemplos; ela se estende a outras variantes.

[0098] Outras modalidades são possíveis.

[0099] Por exemplo, se a descrição faz referência ao dióxido de carbono ou CO2, outros elementos podem ser utilizados como elementos gasosos em temperatura e pressão comuns (exemplo, P=1 bar, T=25°C).

Claims

1. Processo de fabricação de uma linha de despressurização para uma despressurização de um recipiente (200) contendo uma mistura gasosa de uma primeira pressão P1 a uma segunda pressão P2, a mistura gasosa contendo um elemento gasoso susceptível a formar cristais (303) quando de uma despressurização da mistura gasosa da primeira pressão à segunda pressão; o processo caracterizado pelo fato de compreender: -a determinação de um diâmetro (d) de uma linha de despressurização (201), o diâmetro sendo determinado de tal modo que a velocidade de escoamento da mistura gasosa se escoando na referida linha de despressurização tendo o referido diâmetro e sob diferença de pressão P1-P2 seja apta a impedir o depósito (204,302) de uma espessura (e) de mais de 1 mm de cristais do referido elemento gasoso ou de 1% do diâmetro determinado sobre as paredes (301) da referida linha de despressurização; - a fabricação de uma linha de despressurização (201) tendo como diâmetro (d) o diâmetro determinado.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o diâmetro determinado (d) é determinado de modo que a velocidade de escoamento da mistura gasosa se escoando na referida linha de despressurização tendo o referido diâmetro e sob diferença de pressão P1-P2 seja superior à velocidade crítica Ucrit = elogio d + c2), com CI e c2 duas constantes determinadas para uma mistura gasosa dada.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que c1 está compreendido entre 12,1 e 14,9.

4. Processo de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que c2 está compreendido entre 4,1 e 5,02.

5. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a pressão P1 é previamente determinada como sendo função de P2, de uma temperatura T1 no núcleo do recipiente e de uma temperatura TPTde um ponto triplo em um diagrama de mudança de estado.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a pressão P1 é função de μ, TI, TPT e P2, com μ sendo o coeficiente de Joule- Thomson para a referida mistura gasosa.

7. Sistema apto a conter uma mistura gasosa, o referido sistema caracterizado pelo fato de compreender: - um recipiente (200) apto a conter a referida mistura gasosa na primeira pressão P1; - pelo menos uma linha de despressurização (201) apta a permitir uma despressurização da referida mistura gasosa da primeira pressão a uma segunda pressão P2 para reduzir a pressão no núcleo do recipiente (200) de pelo menos 10% em menos de 15 min, a mistura gasosa contendo um elemento gasoso susceptível de formar cristais quando de uma despressurização da mistura gasosa da primeira pressão à segunda pressão; em que um diâmetro de uma linha de despressurização é inferior a um diâmetro limite tal que a velocidade de escoamento da mistura gasosa se escoando na referida linha de despressurização (201) tendo o referido diâmetro limite e sob diferença de pressão P1-P2 seja apta a impedir o depósito (204, 302) de uma espessura (e) de mais de 1 mm de cristais do referido elemento gasoso ou de 1% do referido diâmetro sobre paredes da referida linha de despressurização (201).