EP1034409B1 - Boite froide pour unite de distillation cryogenique - Google Patents

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EP1034409B1 EP98954540A EP98954540A EP1034409B1 EP 1034409 B1 EP1034409 B1 EP 1034409B1 EP 98954540 A EP98954540 A EP 98954540A EP 98954540 A EP98954540 A EP 98954540A EP 1034409 B1 EP1034409 B1 EP 1034409B1
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    • F25J3/04987—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the air fractionation unit, e.g. transportable devices by truck or small scale use for offshore use

Definitions

  • the present invention relates to a cryogenic distillation unit, in particular air distillation of the type comprising on the one hand a distillation apparatus comprising at least one cryogenic distillation column and at least one exchanger heat, and on the other hand means of thermal insulation of this device, the distillation device being arranged in a double-walled enclosure whose inter-wall contains a solid insulator.
  • a cryogenic distillation unit in particular air distillation of the type comprising on the one hand a distillation apparatus comprising at least one cryogenic distillation column and at least one exchanger heat, and on the other hand means of thermal insulation of this device, the distillation device being arranged in a double-walled enclosure whose inter-wall contains a solid insulator.
  • Such a unit is known from US-A-4 038 060. It applies for example to oxygen production units on board platforms oil at sea or on barges.
  • US-A-4038060 describes an apparatus for the cryogenic distillation of a radioactive gas which prevents dangerous leaks by surrounding the device with a filled double wall of perlite and using an adsorbent inside the inner shell to adsorb radioactive gases in the event of an accident.
  • cryogenic distillation columns and all associated equipment (heat exchangers, cryogenic pumps, cryogenic valves, connecting pipes, etc.) operating at low temperature are arranged in a "cold box", generally of rectangular shape, filled with loose insulation such as expanded perlite.
  • This insulation protects thermally each constituent both of the outside temperature and that of the other constituents having a different temperature.
  • This type of material holds its insulation qualities with both a low thermal conductivity ( ⁇ 0.05 w / m ° C) and a high pressure drop, favorable towards the convection phenomenon.
  • Offshore oil platforms produce waste gases. For some economic and environmental reasons, it becomes more and more necessary to recover these gases.
  • One method is to convert them to more hydrocarbons. heavy, in liquid form and therefore more easily transportable, by the process Fischer-Tropsch, which consumes large amounts of oxygen.
  • the invention therefore aims to provide a cryogenic distillation unit including effective protection against cryogenic fluid leakage.
  • the invention relates to a cryogenic distillation unit according to the claim 1.
  • the air distillation unit 1 shown in the Figures 1 and 2 essentially comprises an enclosure 2 to double wall in the interior space 3 of which are arranged a double air distillation column 4, heat exchangers 5, connecting pipes 6 and cryogenic accessories such as cryogenic pumps 7, cryogenic valves 8, etc.
  • Column 4 consists of two columns of distillation, medium pressure and low respectively pressure, as is well known in the art. These two columns 4A and 4B are arranged side by side, as shown see it in Figure 2, but they were brought back in the median plane in Figure 1 for clarity of the drawing. Of more, the distillation unit includes of course all the usual accessories and equipment.
  • Enclosure 2 has a double envelope.
  • the envelope interior 9 includes a flat bottom 10, a side wall cylindrical 11 and a domed roof 12, and is made of steel stainless.
  • the outer casing 13 includes a flat bottom 14, a cylindrical side wall 15 and a domed roof 16, and is made of carbon steel.
  • the bottom 14 can also be made of stainless steel.
  • the components arranged in space 3 are carried by feet 19 which cross with a watertight seal bottom 10 and rest on bottom 14.
  • the insulator 17 supports the inner envelope 9, but it is the bottom 14, and therefore the base 20, for example consisting of a frame steel, on which this base is placed, which support the weight of the components of the unit located inside enclosure 2.
  • this base 20 is fixed to the support structure 21, for example a metal bridge of oil or barge platform, through piles 22 which provide an air gap 23 between them.
  • An access chimney 24, closed by a plug removable 25, passes through the flysheet 12, 16 of the enclosure 2 and leads to components requiring maintenance, such as pumps 7 and valves 8.
  • Each component operating at a temperature different from that of column 4 is provided with insulation additional 26 in the form of swaddling with a glass wool or the like.
  • insulation additional 26 in the form of swaddling with a glass wool or the like.
  • a pipe 27 for supplying dry nitrogen gas to the room temperature, fitted with control valves 28, allows maintain space 3 and the inter-wall under a slight overpressure of the enclosure. This allows on the one hand to inert these volumes, and on the other hand to avoid in them the appearance condensation phenomena likely to put them in depression.
  • the roofs 12 and 16 are each equipped with a valve 29 of pressure limitation. Note that the cylindrical shape and dome of the enclosure promotes its resistance to overpressure.

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Abstract

L'appareil de distillation cryogénique (4 à 8), comprenant au moins une colonne de distillation cryogénique (4) et au moins un échangeur de chaleur (5), est disposé dans une enceinte (2) à double enveloppe dont l'inter-paroi contient un isolant solide (17, 18). Application aux unités de distillation d'air embarquées sur des plates-formes pétrolières en mer ou sur des barges.

Description

La présente invention est relative à une unité de distillation cryogénique, notamment de distillation d'air du type comprenant d'une part un appareil de distillation comportant au moins une colonne de distillation cryogénique et au moins un échangeur de chaleur, et d'autre part des moyens d'isolation thermique de cet appareil, l'appareil de distillation étant disposé dans une enceinte à double enveloppe dont l'inter-paroi contient un isolant solide. Une telle unité est connue par le US-A-4 038 060. Elle s'applique par exemple aux unités de production d'oxygène embarqués sur des plates-formes pétrolières en mer ou sur des barges.
US-A-4038060 décrit un appareil de distillation cryogénique d'un gaz radioactif qui empêche les fuites dangereuses en entourant l'appareil d'une double paroi remplie de perlite et en utilisant un adsorbant à l'intérieur de l'enveloppe intérieure pour adsorber des gaz radioactifs en cas d'accident.
Dans la technique classique, les colonnes de distillation cryogénique et l'ensemble des équipements associés (échangeurs de chaleur, pompes cryogéniques, vannes cryogéniques, conduites de liaison, etc...) fonctionnant à basse température sont disposés dans une « boíte froide », généralement de forme parallélépipédique, emplie d'un isolant en vrac tel que de la perlite expansée. Cet isolant protège thermiquement chaque constituant à la fois de la température extérieure et de celle des autres constituants ayant une température différente. Ce type de matériau tient ses qualités d'isolant à la fois d'une conductivité thermique faible (<0.05 w/m°C) et d'une perte de charge élevée, favorable vis-à-vis du phénomène de convection.
Cette technique présente cependant un inconvénient du point de vue de la sécurité. En effet, en cas de fuite importante de gaz ou de liquide cryogénique, résultant par exemple d'une rupture accidentelle de tuyauterie, la forte perte de charge de la perlite s'oppose à l'évacuation de ce fluide vers l'atmosphère. Il s'ensuit une mise en froid brutale de l'enveloppe de la boíte froide et de la structure qui la supporte, ce qui peut conduire à des ruptures par fragilisation et à l'envahissement de l'environnement par du fluide cryogénique, ce qui est dangereux pour le personnel.
Les plates-formes pétrolières en mer produisent des gaz résiduaires. Pour des raisons économiques et environnementales, il devient de plus en plus nécessaire de récupérer ces gaz. Une méthode consiste en leur conversion en hydrocarbures plus lourds, sous forme liquide et donc plus facilement transportables, par le procédé Fischer-Tropsch, lequel consomme de grandes quantités d'oxygène.
Il serait donc intéressant de pouvoir embarquer une colonne de distillation d'air sur une plate-forme ou une barge, mais le problème de sécurité expliqué ci-dessus doit être résolu, car l'unité de distillation est alors fixée sur une structure métallique, et, de plus, le personnel ne peut pas évacuer rapidement les environs de cette unité.
L'invention a donc pour but de fournir une unité de distillation cryogénique comprenant une protection efficace contre les fuites de fluide cryogénique.
A cet effet, l'invention a pour objet une unité de distillation cryogénique selon la revendication 1.
Des modes de réalisation préférés de l'unité de distillation suivant l'invention peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • l'enveloppe intérieure de l'enceinte est constituée, au moins dans sa partie inférieure, d'un métal résilient, notamment d'acier inoxydable ou d'aluminium ;
  • l'isolant solide situé autour et au-dessus de l'appareil de distillation entre les parois des enveloppes est un isolant en vrac, notamment de la perlite expansée ;
  • un isolant solide supportant l'enveloppe intérieure de l'enceinte est interposé entre les fonds des deux enveloppes ;
  • la colonne de distillation et l'échangeur de chaleur sont supportés par des pieds qui traversent à joint étanche le fond de l'enveloppe intérieure et s'appuient sur celui de l'enveloppe extérieure ;
  • il est prévu au moins une cheminée d'accès à des équipements auxiliaires de l'appareil de distillation tels que des pompes ou des vannes, cette cheminée traversant la double enveloppe et étant obturée par un tampon amovible ;
  • l'enveloppe intérieure est équipée d'une soupape de limitation de sa pression intérieure;
  • l'enceinte est munie de moyens d'introduction d'un gaz sec, notamment inerte, dans l'enveloppe intérieure et/ou dans l'inter-paroi;
  • l'inter-paroi est équipée d'une soupape de limitation de sa pression intérieure;
  • l'enceinte est fixée à une structure en mer telle qu'une plate-forme pétrolière ou une barge;
  • l'enceinte est fixée à une embase elle-même fixée à un socle de ladite structure par l'intermédiaire de pilotis.
Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, sur lequel :
  • la Figure 1 représente schématiquement, en coupe verticale, une unité de distillation conforme à l'invention; et
  • la Figure 2 est une vue prise en coupe suivant la ligne II-II de la Figure 1.
L'unité de distillation d'air 1 représentée sur les Figures 1 et 2 comprend essentiellement une enceinte 2 à double paroi dans l'espace intérieur 3 de laquelle sont disposés une double colonne de distillation d'air 4, des échangeurs de chaleur 5, des conduites de liaison 6 et des accessoires cryogéniques tels que des pompes cryogéniques 7, des vannes cryogéniques 8, etc.
La colonne 4 est constituée de deux colonnes de distillation, respectivement moyenne pression et basse pression, comme il est bien connu dans la technique. Ces deux colonnes 4A et 4B sont disposées côte-à-côte, comme on le voit sur la Figure 2, mais elles ont été ramenées dans le plan médian sur la Figure 1 pour la clarté du dessin. De plus, l'unité de distillation comporte bien entendu l'ensemble des accessoires et équipements habituels.
L'enceinte 2 est à double enveloppe. L'enveloppe intérieure 9 comprend un fond plat 10, une paroi latérale cylindrique 11 et un toit 12 en dôme, et est en acier inoxydable. L'enveloppe extérieure 13 comprend un fond plat 14, une paroi latérale cylindrique 15 et un toit 16 en dôme, et est en acier au carbone. Toutefois, le fond 14 peut également être en acier inoxydable.
Un premier isolant solide 17, constitué de blocs d'une matière isolante, telle que le "Foam Glass", est disposé sur toute la surface du fond 10, entre celui-ci et le fond 14. Un second isolant solide 18, constitué par de la perlite expansée en vrac, emplit le reste de l'inter-paroi de l'enceinte, autour et au-dessus des constituants de l'unité 1 disposés dans l'espace 3, lequel est dépourvu de tout isolant solide.
Les constituants disposés dans l'espace 3 sont portés par des pieds 19 qui traversent à joint étanche le fond 10 et s'appuient sur le fond 14. Ainsi, l'isolant 17 supporte l'enveloppe intérieure 9, mais c'est le fond 14, et donc l'embase 20, par exemple constituée d'une ossature en acier, sur laquelle ce fond est posé, qui supportent le poids des constituants de l'unité située à l'intérieur de l'enceinte 2. A son tour, cette embase 20 est fixée à la structure de support 21, par exemple un pont métallique de plate-forme pétrolière ou de barge, par l'intermédiaire de pilotis 22 qui ménagent un intervalle d'air 23 entre elles.
Une cheminée d'accès 24, obturée par un tampon amovible 25, traverse le double toit 12, 16 de l'enceinte 2 et mène aux constituants nécessitant un entretien, tels que les pompes 7 et les vannes 8.
Chaque constituant fonctionnant à une température différente de celle de la colonne 4 est muni d'une isolation supplémentaire 26 sous forme d'un emmaillotage avec une laine de verre ou analogue. Il s'agit en particulier des échangeurs de chaleur 5, des conduites 6 reliées au bout chaud de ces derniers, et de la cheminée 24. Ainsi, les phénomènes de convection sont rendus minimaux.
Une conduite 27 d'amenée d'azote gazeux sec à la température ambiante, munie de vannes de réglage 28, permet maintenir sous une légère surpression l'espace 3 et l'inter-paroi de l'enceinte. Ceci permet d'une part d'inerter ces volumes, et d'autre part d'éviter dans ceux-ci l'apparition de phénomènes de condensation risquant de les mettre en dépression.
Pour éviter tout risque de surpression excessive, les toits 12 et 16 sont équipés chacun d'une soupape 29 de limitation de pression. On notera que la forme cylindrique et en dôme de l'enceinte favorise sa tenue à la surpression.
En cas de fuite importante de fluide cryogénique, ce fluide est retenu efficacement par l'enveloppe interne 9 en acier inoxydable, qui est un métal résilient, et le gaz résultant de l'éventuelle vaporisation de liquide est évacué via la soupape 29 du toit 12.
De plus, le froid ne se transmet pratiquement pas à l'enveloppe extérieure, et a fortiori à l'embase 20 ni à la structure métallique sous-jacente 21. Les risques de rupture d'éléments par fragilisation sont ainsi écartés.
On notera que grâce à la présence de la cheminée 24, on peut accéder aux organes tels les organes 7 et 8 sans avoir à retirer la perlite 18 à chaque intervention.

Claims (11)

  1. Unité de distillation cryogénique, notamment de distillation d'air, du type comprenant d'une part un appareil de distillation (4 à 8) comportant au moins une colonne de distillation cryogénique (4) et au moins un échangeur de chaleur (5), et d'autre part des moyens (2) d'isolation thermique de cet appareil, l'appareil de distillation (4 à 8) étant disposé dans une enceinte (2) à double enveloppe dont l'inter-paroi contient un isolant solide (17, 18), caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (5), et éventuellement d'autres équipements (6, 24) intérieurs à l'enceinte (2) et dont la température de fonctionnement est différente de celle de la colonne de distillation (4), sont pourvus d'une isolation additionnelle (26), notamment par emmaillotage avec un isolant en feuille ou en bande.
  2. Unité suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe intérieure (9) de l'enceinte (2) est constituée, au moins dans sa partie inférieure, d'un métal résilient, notamment d'acier inoxydable ou d'aluminium.
  3. Unité suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'isolant solide (18) situé autour et au-dessus de l'appareil de distillation (4 à 8) est un isolant en vrac, notamment de la perlite expansée.
  4. Unité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'un isolant solide (17) supportant l'enveloppe intérieure (9) de l'enceinte (2) est interposé entre les fonds (10, 14) des deux enveloppes (9, 13).
  5. Unité suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la colonne de distillation (4) et l'échangeur de chaleur (5) sont supportés par des pieds (19) qui traversent à joint étanche le fond (10) de l'enveloppe intérieure (9) et s'appuient sur celui (14) de l'enveloppe extérieure (13).
  6. Unité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'il est prévu au moins une cheminée (24) d'accès à des équipements auxiliaires (7, 8) de l'appareil de distillation (4 à 8) tels que des pompes ou des vannes, cette cheminée traversant la double enveloppe (9, 13) et étant obturée par un tampon amovible (25).
  7. Unité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'enveloppe intérieure (9) est équipée d'une soupape (29) de limitation de sa pression intérieure.
  8. Unité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'enceinte (2) est munie de moyens (27, 28) d'introduction d'un gaz sec, notamment inerte, dans l'enveloppe intérieure (9) et/ou dans l'inter-paroi.
  9. Unité suivant la revendication 8, caractérisée en ce que l'inter-paroi est équipée d'une soupape (29) de limitation de sa pression intérieure.
  10. Unité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'enceinte (2) est fixée à une structure en mer telle qu'une plate-forme pétrolière ou une barge.
  11. Unité suivant la revendication 10, caractérisée en ce que l'enceinte (2) est fixée à une embase (20) elle-même fixée à un socle (21) de ladite structure par l'intermédiaire de pilotis (22).
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