EP0634603B1 - Installation de fourniture d'un gaz sous haute pression - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an installation for supplying gas under high pressure to at least one user station, of the type comprising an insulated tank for storing gas in at least partially liquid form having an upper part and a lower part, and a supply line comprising an evaporator extending between the lower part of the first tank and the user station, see for example US-A-4,961,325.
- gas sources In many industrial sectors, the current trend is to require gas sources at increasingly higher pressures. For industries consuming large quantities of gas, the latter is generally brought into the gas phase at high pressure by a compressor, the gas being produced in situ by a gas production unit, generally by cryogenic separation. For lower gas consumption, the latter is generally stored in liquid form at low pressure, vaporized and pressurized.
- the object of the present invention is therefore to propose a compact gas supply installation, of particularly simple and efficient design, with "static" operation, requiring no compression member or auxiliary energy and making it possible to supply instantaneously, possibly on request, a gas under high pressure, in particular at a super-critical pressure, in particular, but not exclusively, as backup for a main installation for supplying this gas under high pressure.
- the installation comprises a first fluid circuit starting from the lower part of the tank, comprising, in series, a pressure control valve and a first exchanger in heat exchange relationship with the fluid in the tank and ensuring that it is kept cold.
- the gas is maintained, typically in a super-critical state, at a pressure P s substantially less equal to the operating pressure P u and can thus be instantly supplied to said pressure at the user station.
- the installation for supplying a gas under high pressure, typically oxygen or nitrogen, to at least one user station A comprises a tank 1 thermally insulated internally or externally , from the lower part from which a supply line 2 extends to the user station A through a heater or evaporator 3.
- a first fluid circuit 4 comprising an inlet and closing valve 5 controlled by the pressure prevailing in the tank 1 and passing through a heat exchanger 6 in heat exchange relation with the fluid in the tank and arranged, as in the embodiment shown, inside the tank 1, in thermal contact with the fluid in the tank, possibly through the wall of the envelope.
- the circuit 4 extends, outside the tank 1, to an outlet 7 for venting or connection to a circuit for using gas under pressure low or medium, or recycling to a main production unit, as we will see later.
- a second circuit 8 joining the upper part of the tank 1 and comprising, in series, a heat exchanger 9, for example of the atmospheric type and a valve with control of pressure 10 sensitive to the pressure prevailing in the reservoir 1.
- the latter also comprises a filling pipe 11 connectable to a source of the gas under high pressure or to an assembly consisting for example of a reservoir of said liquefied gas under low pressure 12 and a low pressure high pressure pump 13.
- a non-return valve 14 is provided in the supply line 2, downstream of the vaporizer 3.
- the tank 1 is provided, at its upper part, with a pressure relief valve 15 .
- the first circuit 4 exploiting the non-expanded stored cold fluid makes it possible to recover the frigories of the fluid vaporized in the tank 1 by the heat inlets to cool the fluid in the tank and thus maintain it at the required low temperature and therefore at the desired pressure.
- the second circuit 8 maintains the required high pressure of the fluid in the reservoir 1. It will be understood that, the fluid being permanently in the reservoir 1, at a high storage pressure P s equal or slightly lower than the nominal pressure P u required for user station A, gas at substantially the same pressure can be sent instantly to user station A.
- the autonomous installation which has just been described finds a particularly advantageous installation as an emergency installation for a high-capacity gas production source 30, for example a cryogenic unit 31 producing, at one of its outputs 32, the gas of use under a medium pressure which is brought, by a compressor 33, to the pressure of use P u and conveyed, by a pipe 34, provided with a non-return valve 35, communicating with the downstream end of supply line 2, to user station A.
- a cryogenic unit 31 producing, at one of its outputs 32, the gas of use under a medium pressure which is brought, by a compressor 33, to the pressure of use P u and conveyed, by a pipe 34, provided with a non-return valve 35, communicating with the downstream end of supply line 2, to user station A.
- the working gas is typically nitrogen or oxygen, in which case the production unit 30 is a cryogenic air distillation unit.
- the installation according to the invention must have a useful quantity stored per m 3 of storage capacity under said pressure of approximately 820 kg / m 3 and at a temperature of approximately -150 ° C., i.e. a tank volume 1 of approximately 20 m 3 .
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Description
- La présente invention concerne une installation de fourniture d'un gaz sous pression élevée à au moins un poste utilisateur, du type comprenant un réservoir isolé de stockage du gaz sous forme au moins partiellement liquide ayant une partie supérieure et une partie inférieure, et au moins une ligne de fourniture comprenant un évaporateur s'étendant entre la partie inférieure du premier réservoir et le poste utilisateur, voir par exemple US-A-4 961 325.
- Dans de nombreux secteurs industriels, la tendance actuelle est de requérir des sources de gaz à des pressions de plus en plus élevées. Pour les industries consommatrices de grandes quantités de gaz, ce dernier est généralement porté en phase gazeuse à la haute pression par un compresseur, le gaz étant produit in situ par une unité de production du gaz, généralement par séparation cryogénique. Pour des consommations moindres en gaz, ce dernier est généralement stocké sous forme liquide à basse pression, vaporisé et mis sous pression.
- Même avec des pressions de gaz élevées au sens de la présente invention, c'est-à-dire supérieures à 10 × 105 Pa et pouvant dépasser 100 × 105 Pa, ces technologies ne posent pas de problèmes majeurs en fonctionnement continu. Il faut toutefois prévoir, en cas de dysfonctionnement de l'installation principale, une installation de secours capable de suppléer, pendant au moins un temps limité, à la production du gaz. Aux niveaux de pressions concernés, les installations de secours posent par contre des problèmes, notamment en ce qui concerne leur capacité à fournir immédiatement le gaz à la pression requise. A cet égard, l'établissement d'un régime nominal avec une pompe ou un compresseur est un handicap sérieux.
- La présente invention a donc pour objet de proposer une installation de fourniture de gaz compacte, de conception particulièrement simple et efficace, à fonctionnement "statique", ne nécessitant pas d'organe de compression ni d'énergie auxiliaire et permettant de fournir instantanément, éventuellement à la demande, un gaz sous pression élevée, notamment à une pression super-critique, en particulier, mais non exclusivement, en secours d'une installation principale de fourniture de ce gaz sous haute pression.
- Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, l'installation comporte un premier circuit de fluide partant de la partie inférieure du réservoir, comprenant, en série, une vanne à contrôle de pression et un premier échangeur en relation d'échange thermique avec le fluide dans le réservoir et assurant le maintien en froid de ce dernier.
- Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'installation comporte en outre :
- un deuxième circuit de fluide s'étendant à l'extérieur du réservoir entre les parties inférieure et supérieure de ce dernier, comprenant, en série, un deuxième échangeur et une deuxième vanne à contrôle de pression, et assurant le maintien du fluide dans le premier réservoir à une pression de stockage au moins égale à la pression de fourniture.
- Avec les dispositions selon l'invention, le gaz est maintenu, typiquement dans un état super-critique, à une pression Ps sensiblement moins égale à la pression d'utilisation Pu et peut être ainsi fourni instantanément à ladite pression au poste utilisateur.
- D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec le dessin annexé, sur lequel :
- la figure unique est une vue schématique d'une installation de fourniture de gaz sous haute pression selon l'invention utilisable en secours d'une unité principale de production de gaz.
- Dans le mode de réalisation représenté sur la figure, l'installation de fourniture d'un gaz sous haute pression, typiquement de l'oxygène ou de l'azote, à au moins un poste utilisateur A comprend un réservoir 1 thermiquement isolé intérieurement ou extérieurement, de la partie inférieure duquel part une ligne de fourniture 2 s'étendant jusqu'au poste utilisateur A en traversant un réchauffeur ou évaporateur 3. Selon un aspect de l'invention, de la partie inférieure du réservoir 1 part, indépendamment de la ligne 2, un premier circuit de fluide 4 comportant une vanne 5 d'admission et de fermeture pilotée par la pression régnant dans le réservoir 1 et traversant un échangeur de chaleur 6 en relation d'échange thermique avec le fluide dans le réservoir et disposé, comme dans le mode de réalisation représenté, à l'intérieur du réservoir 1, en contact thermique avec le fluide dans le réservoir, éventuellement à travers la paroi de l'enveloppe. Au-delà de l'échangeur 6, le circuit 4 se prolonge, à l'extérieur du réservoir 1, jusqu'à une sortie 7 de mise à l'air libre ou de raccordement à un circuit d'utilisation du gaz sous une pression basse ou moyenne, ou de recyclage vers une unité principale de production, comme on le verra plus avant.
- De la partie inférieure du réservoir 1 part également, indépendamment de la ligne 2, un deuxième circuit 8 rejoignant la partie supérieure du réservoir 1 et comprenant, en série, un échangeur de chaleur 9, par exemple du type atmosphérique et une vanne à contrôle de pression 10 sensible à la pression régnant dans le réservoir 1. Ce dernier comporte en outre une conduite de remplissage 11 connectable à une source du gaz sous haute pression ou à un ensemble constitué par exemple d'un réservoir dudit gaz liquéfié sous basse pression 12 et d'une pompe haute pression de faible débit 13. Un clapet anti-retour 14 est prévu dans la ligne de fourniture 2, en aval du vaporiseur 3. Le réservoir 1 est pourvu, à sa partie supérieure, d'une vanne de surpression 15.
- On comprendra que, dans l'agencement qui vient d'être décrit, le premier circuit 4, exploitant du fluide de froid stocké non détendu permet de récupérer les frigories du fluide vaporisé dans le réservoir 1 par les entrées de chaleur pour refroidir le fluide dans le réservoir et le maintenir ainsi à la basse température requise et donc à la pression désirée. D'autre part, le deuxième circuit 8 assure le maintien à la haute pression requise du fluide dans le réservoir 1. On comprendra que, le fluide se trouvant en permanence dans le réservoir 1, à une haute pression de stockage Ps égale ou légèrement inférieure à la pression nominale Pu requise pour le poste utilisateur A, du gaz sensiblement à la même pression peut être adressé instantanément au poste utilisateur A.
- Comme sus-mentionné, l'installation autonome qui vient d'être décrite trouve une installation particulièrement intéressante comme installation de secours d'une source de production de gaz à grande capacité 30, par exemple une unité cryogénique 31 produisant, en une de ses sorties 32, le gaz d'utilisation sous une moyenne pression qui est porté, par un compresseur 33, à la pression d'utilisation Pu et acheminé, par une conduite 34, pourvue d'un clapet anti-retour 35, communiquant avec l'extrémité aval de la ligne de fourniture 2, vers le poste utilisateur A.
- En fonctionnement normal de la source 30, la totalité du gaz est fournie au poste utilisateur A par cette dernière, le clapet 14 étant de ce fait fermé. L'installation comportant le réservoir 1 est en configuration d'attente. En cas de dysfonctionnement de la source 30, notamment de sa source de puissance électrique, la chute de pression dans la conduite 34 et entraîne l'ouverture automatique du clapet 14, l'installation prenant alors instantanément le relais pour fournir au poste utilisateur A le gaz à la pression Ps.
- Le gaz d'utilisation est typiquement de l'azote ou de l'oxygène, auquel cas l'unité de production 30 est une unité cryogénique de distillation de l'air. Dans le cas d'une unité 30 ayant une capacité de production de 1000 tonnes par jour d'oxygène fourni au poste utilisateur A, à une pression de l'ordre de 80 × 105 Pa, pour assurer une autonomie de secours de 20 minutes, au débit nominal de production, l'installation selon l'invention doit avoir une quantité utile stockée par m3 de capacité de stockage sous ladite pression d'environ 820 kg/m3 et à une température d'environ -150°C, soit un volume de réservoir 1 d'environ 20 m3.
- Quoique l'invention ait été décrite avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.
Claims (6)
- Installation de fourniture d'un gaz sous pression élevée (Pu) à au moins un poste utilisateur (A), comprenant un premier réservoir isolé (1) de stockage du gaz sous forme au moins partiellement liquide ayant une partie supérieure et une partie inférieure, et au moins une ligne de fourniture (2) comprenant un évaporateur (3) et s'étendant entre la partie inférieure du réservoir (1) et le poste utilisateur (A), caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un premier circuit de fluide (4) partant de la partie inférieure du réservoir (1), comprenant, en série, une vanne à contrôle de pression (5) et un premier échangeur (6) en relation d'échange thermique avec le fluide dans le premier réservoir, et assurant le maintien en froid du premier réservoir.
- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un deuxième circuit de fluide (8) s'étendant à l'extérieur du réservoir (1) entre les parties inférieure et supérieure de ce dernier, comprenant, en série, un deuxième échangeur (9) et une deuxième vanne à contrôle de pression (10), et assurant le maintien du fluide dans le premier réservoir (1) à une pression de stockage (Ps) sensiblement égale à la pression de fourniture (Pu).
- Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression de stockage (Ps) dans le réservoir (1) est supérieure à la pression critique du gaz.
- Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz est l'azote.
- Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le gaz est l'oxygène.
- Installation selon l'une des revendications précédentes, associée à une source (30) de production dudit gaz par séparation d'un mélange gazeux contenant ledit gaz comprenant au moins une conduite (34) de fourniture dudit gaz sous ladite pression élevée (Pu) communiquant avec la ligne de fourniture (2) de l'installation.
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