EP3171071A1 - Procédé de nettoyage et de déshumidification par soufflage des raccords de transfert de fluide cryogénique appliqué au transport frigorifique - Google Patents

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EP3171071A1
EP3171071A1 EP16306413.2A EP16306413A EP3171071A1 EP 3171071 A1 EP3171071 A1 EP 3171071A1 EP 16306413 A EP16306413 A EP 16306413A EP 3171071 A1 EP3171071 A1 EP 3171071A1
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Jean-Patrice Quenedey
Sylvain Fourage
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F17C2265/06—Fluid distribution

Definitions

  • the present invention relates to the field of refrigerated transport of foodstuffs and other heat-sensitive products and more particularly the transport using cold production solutions which use a cryogenic fluid such as liquid nitrogen.
  • cryogenic fluid refueling
  • a fixed storage or semi-mobile as can be a mobile tank
  • This transfer function is an essential step to ensure the proper operation of the cold production to ensure the smooth running of the delivery tour of the vehicle.
  • the cryogenic tank is thus traditionally filled at least once a day before the delivery round.
  • the filling device is traditionally made up of two parts: a male connector, often located on the tank side under the truck, and a female connector, often located on the side of the fixed tanker tank (but of course the reverse situation is also encountered in this technical field) .
  • valves When connecting the fittings, a system of valves oppose and repel, this creates an opening for the circulation of fluid by pressure difference.
  • the female part of the fitting is provided with lip seals which seals the joint. Once connected, this junction is then a sealed assembly and the fluid can be transferred via this connection from one tank to another safely and without effusion of cryogenic liquid.
  • cryogenic fluids liquid nitrogen, liquid CO 2 , or LNG .
  • the transfer of cryogenic fluids is done at very low temperatures, usually between -20 ° C and -269 ° C. At these temperatures, the humidity contained in the ambient air condenses and frosts very quickly. A layer of frost then forms on all cooled parts and in contact with the open air.
  • the phenomenon of condensation is, as is known, present even at non-cryogenic temperatures. Indeed, as soon as the dew point temperature is reached, the moisture in the form of vapor suspended in the air, condenses on the elements exposed to the open air.
  • the gap between the male connector and the female connector is very small, usually less than 5 mm, or even 1 mm.
  • the liquid water increases in volume, this causes jamming and blocking of the parts between them.
  • the force is such that it becomes very difficult, if not impossible, to disconnect the female connector at the end of the transfer (or the male connector in the opposite situation) when the on-board tank is full.
  • the seals are also very damaged during this maneuver by the abrasion that oppose the ice.
  • the deterioration of the seals decreases the service life of the device. More frequent maintenance must be done to restore the device and ensure its optimum operation.
  • Another way is to heat the parts taken in ice using a heat source torch type or other hot air blast gun. This method is also harmful for the personnel and the equipment.
  • the localized supply of a large source of heat can cause a thermal shock that can lead to the rupture of one of the parts of the device.
  • Non-metallic materials such as seals are sensitive to heat, excessive heating can damage them. As a result, cryogenic liquid leakage may occur, rendering the device ineffective and dangerous.
  • One of the objectives of the present invention is then to propose another technical solution for easily disconnecting the connectors.
  • the present invention proposes to eliminate the liquid water present on the sensitive elements before each connection of the filling device. Indeed, when the parts put in contact are dry or substantially dry, during a transfer of cryogenic fluid there is no risk of catching ice and thus jamming.
  • a blowing action is exerted on one or each of the two male / female connections, and particularly preferably on the female coupling, blowing which consists in driving the any water present on the part or parts concerned, with a pneumatic device, such as compressed air, compressed nitrogen or any other compressed or non-compressed gas, neutral, dry and deoiled, such as argon gas if we have it.
  • a pneumatic device such as compressed air, compressed nitrogen or any other compressed or non-compressed gas, neutral, dry and deoiled, such as argon gas if we have it.
  • dry gas In the gas industry, the notion of "dry” gas is generally understood to mean that its water content is less than 10 or even 5 ppm.
  • the pressurized gas may also come from a mechanical compressor installed in the vicinity (that a nozzle for implementing this air is available on the compressor or that, for example, the driver can use a device of "blower” type which takes compressed air thus generated).
  • the pressurized gas may also come from the supply tank of fixed liquid nitrogen (or semi-mobile) under pressure, itself, by connecting a pipe directly to the gas head, or by vaporizing the liquid nitrogen of this fixed tank in a buffer capacity under pressure.
  • blowing is more preferably carried out according to the invention on the female part of the fitting because this hollow and blind piece becomes a real reservoir when the frost melts, and it is this residual moisture which takes in ice and provokes the jamming of the connection during the transfer of cryogenic fluid. Blowing is therefore particularly desirable for flushing the water and drying the inside of the female end.
  • a pneumatic blowing nozzle ideally dimensioned, penetrates inside the female end when the fitting is placed on its rest support (before a transfer, between two transfers).
  • the shape of the jet of the pneumatic nozzle is for example of the flat jet type, particularly suitable for the evacuation of liquid water is effective.
  • Other forms of jets, for example of the solid cone type, may be considered less effective.
  • the flow rate of gas passing through the orifice must be sufficient, which requires a supply pressure preferably of between 5 and 10 bar, and even more preferentially of between 6 and 8 bar. .

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Abstract

Un procédé de remplissage en liquide cryogénique d'un réservoir aval, à partir d'un stockage amont, stockage amont qui contient, sous une pression de stockage supérieure à la pression atmosphérique, le fluide cryogénique en phase liquide au fond du stockage et en phase gazeuse au sommet du stockage, ledit stockage amont étant adapté pour alimenter le réservoir aval en liquide soutiré à partir du fond du stockage, ainsi que pour être approvisionné depuis l'extérieur en fluide, le procédé mettant en oeuvre un dispositif de remplissage comportant deux raccords mâle et femelle, un de ces raccords étant situé coté réservoir aval à remplir tandis que le second raccord est situé coté stockage amont, le transfert du fluide cryogénique n'intervenant que lorsque les deux raccords sont en contact et verrouillés, se caractérisant en ce que l'on procède, avant toute opération de remplissage, à une action de soufflage, exercée sur l'un ou chacun des deux raccords mâle/femelle, et notamment préférentiellement sur le raccord femelle, action de soufflage qui permet de chasser l'eau éventuellement présente sur le ou les raccords visés, et qui est exercée à l'aide d'un gaz sec et déshuilé tel que de l'air comprimé, de l'azote comprimé ou tout autre gaz comprimé ou non, neutre, sec et déshuilé, tel de l'argon gazeux ou du CO 2 gazeux.

Description

  • La présente invention concerne le domaine du transport frigorifique de denrées alimentaires et autres produits thermosensibles et plus particulièrement le transport mettant en oeuvre des solutions de production de froid qui utilisent un fluide cryogénique tel que l'azote liquide.
  • On s'intéresse selon l'invention en particulier à la phase de transfert du fluide cryogénique (ravitaillement), d'un stockage fixe (ou semi-mobile comme peut l'être une citerne mobile) vers le réservoir embarqué sur le véhicule roulant.
  • Cette fonction de transfert est une étape essentielle pour assurer le bon fonctionnement de la production de froid afin de garantir le bon déroulement de la tournée de livraison du véhicule considéré. Le réservoir cryogénique est ainsi traditionnellement rempli au moins une fois par jour avant la tournée de livraison.
  • Le dispositif de remplissage est traditionnellement constitué de deux parties : un raccord mâle, souvent situé coté réservoir embarqué sous le camion, et un raccord femelle, souvent situé coté réservoir ravitailleur fixe (mais bien entendu la situation inverse se rencontre aussi dans ce domaine technique).
  • Le transfert du fluide cryogénique n'est possible que lorsque les deux pièces sont en contact et verrouillées.
  • Lors de la connexion des raccords, un système de clapets s'opposent et se repoussent, cela crée une ouverture permettant la circulation du fluide par différence de pression.
  • La partie femelle du raccord est munie de joints à lèvre qui assure l'étanchéité de la jonction. Une fois connectée, cette jonction constitue alors un assemblage étanche et le fluide peut être transféré via cette liaison d'un réservoir à l'autre en toute sécurité et sans épanchement de liquide cryogénique.
  • Le transfert des fluides cryogéniques (azote liquide, CO2 liquide, ou encore LNG...) se fait à des températures très basses, généralement situées entre -20°C et -269°C. A ces températures, l'humidité contenue dans l'air ambiant se condense et givre très rapidement. Se forme alors une couche de givre sur toutes les pièces refroidies et en contact avec l'air libre. Le phénomène de condensation est comme on le sait présent même à des températures non cryogéniques. En effet dès que la température de rosée est atteinte, l'humidité sous forme de vapeur en suspension dans l'air, se condense sur les éléments exposés à l'air libre.
  • Ainsi, lorsque de l'eau liquide est présente sur les ou certaines parties du raccord de remplissage et dès que le fluide circule au travers de la jonction, la température très basse des fluides cryogéniques provoque un gèle instantané de l'eau liquide.
  • Or, l'interstice entre le raccord mâle et le raccord femelle est très faible, le plus souvent inférieur à 5 mm, voire à 1 mm. En gelant, l'eau liquide augmente de volume, ceci provoque un coincement et un blocage des pièces entre elles. La force est telle qu'il devient très difficile, voire impossible, de déconnecter le raccord femelle à la fin du transfert (ou le raccord mâle dans la situation inverse) quand le réservoir embarqué est plein.
  • Une des solutions bien connue consiste à attendre le réchauffement naturel de la jonction, c'est-à-dire le dégel de la glace. Mais le temps nécessaire pour que la glace se transforme en eau est très long, généralement une à deux heures. Quand le dégel a commencé, il devient alors possible de déconnecter le raccord. Cette situation est clairement incompatible avec les contraintes attachées à l'exploitation de la logistique frigorifique, logistique déjà tendue. Le remplissage du réservoir cryogénique doit être le plus court possible et s'affranchir des conditions climatiques.
  • Parmi les autres solutions utilisées par les conducteurs de tels camions, on peut citer le fait d'exercer une force mécanique pour déverrouiller le crochet de maintien du raccord. Le plus souvent un levier est utilisé pour escamoter le crochet et faire coulisser la partie femelle emboitée et prise en glace. Cette méthode « en force » est très dommageable pour le matériel. L'excès de contraintes endommage les pièces métalliques de façon irréversible et peut même conduire à la rupture d'une d'entre elles, rendant le dispositif ultérieurement inopérant.
  • Les joints d'étanchéité sont également très endommagés lors de cette manoeuvre par l'abrasion qu'oppose la glace. La détérioration des joints diminue la durée de vie du dispositif. Une maintenance plus fréquente doit être faite pour remettre en état le dispositif et assurer son fonctionnement optimum.
  • D'autre part l'usure prématurée d'une des pièces du raccord est source de dysfonctionnement et notamment source de fuites de liquide cryogénique, qui sont potentiellement dangereuses pour le personnel qui s'expose à des brûlures cryogéniques. Le matériel peut également être endommagé en cas de fuite importante.
  • Un autre moyen consiste à réchauffer les pièces prises en glace en utilisant une source de chaleur de type chalumeau ou autre pistolet de soufflage d'air chaud. Cette méthode est également dommageable pour le personnel et le matériel. L'apport localisé d'une source de chaleur importante peut provoquer un choc thermique qui peut conduire à la rupture d'une des pièces du dispositif. Les matières non métalliques comme les joints d'étanchéité sont sensibles à la chaleur, un chauffage excessif peut les endommager. En conséquence une fuite de liquide cryogénique peut apparaitre, rendant le dispositif inefficace et dangereux.
  • Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer une autre solution technique permettant de déconnecter aisément les raccords.
  • Comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, la présente invention propose d'éliminer l'eau liquide présente sur les éléments sensibles avant chaque connexion du dispositif de remplissage. En effet quand les parties mises en contact sont sèches ou substantiellement sèches, lors d'un transfert de fluide cryogénique il n'y a pas de risque de prise en glace et donc de coincement.
  • Les situations qui favorisent la présence d'eau liquide sur les raccords sont essentiellement les suivantes :
    • Les conditions météorologiques propices à la condensation de l'humidité de l'air (point de rosée).
    • Les cas de ruissèlement d'eau, notamment les jours de pluie, même si un capotage protège les différents éléments.
    • Après un remplissage, le givre formé sur les parties froides du dispositif de remplissage fond et se transforme en eau liquide, cas dont les conséquences vont dépendre de l'intervalle de temps avant le remplissage suivant.
  • Conformément à l'invention, on procède, avant toute opération de remplissage, à une action de soufflage, exercée sur l'un ou chacun des deux raccords mâle/femelle, et notamment préférentiellement sur le raccord femelle, soufflage qui consiste à chasser l'eau éventuellement présente sur la ou les parties visées, avec un dispositif pneumatique, tel que de l'air comprimé, de l'azote comprimé ou tout autre gaz comprimé ou non, neutre, sec et déshuilé, tel de l'argon gazeux si l'on en dispose.
  • On entend généralement dans l'industrie des gaz par la notion de gaz « sec » le fait que sa teneur en eau est inférieure à 10 voire 5 ppm.
  • Mais le gaz sous pression peut également provenir d'un compresseur mécanique installé à proximité (qu'une buse de mise en oeuvre de cet air soit disponible sur le compresseur ou que par exemple le conducteur puisse utiliser un dispositif de type « soufflette » qui prend de l'air comprimé ainsi généré).
  • Le gaz sous pression peut également provenir du réservoir ravitailleur d'azote liquide fixe (ou semi-mobile) sous pression, lui même, en branchant une tuyauterie directement sur le ciel gazeux, ou en vaporisant l'azote liquide de ce réservoir fixe dans une capacité tampon sous pression.
  • Le soufflage est en effet plus préférentiellement effectué selon l'invention sur la partie femelle du raccord car cette pièce creuse et borgne devient un véritable réservoir lorsque que le givre fond, et c'est ce résidu d'humidité qui prend en glace et provoque le coincement du raccord lors du transfert de fluide cryogénique. Le soufflage est donc tout particulièrement souhaitable pour chasser l'eau et sécher l'intérieur de l'about femelle.
  • Une buse de soufflage pneumatique, idéalement dimensionnée, pénètre à l'intérieur de l'about femelle quand le raccord est posé sur son support de repos (avant un transfert, entre deux transferts). La forme du jet de la buse pneumatique est par exemple de type jet plat, particulièrement adaptée pour que l'évacuation de l'eau liquide soit efficace. D'autres forme de jets, par exemple de type cône plein, peuvent être considérés comme moins efficaces.
  • Pour que le jet en sortie de buse soit complètement formé, le débit de gaz passant dans l'orifice doit être suffisant, ce qui nécessite une pression d'alimentation préférentiellement comprise entre 5 et 10bar, et encore plus préférentiellement comprise entre 6 et 8 bar.
  • Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention on conjugue le soufflage comme expliqué dans ce qui précède, et un apport de chauffage :
    • soit en chauffant le gaz de soufflage mise en oeuvre ;
    • soit en implantant un dispositif de chauffage (par exemple des résistances électriques) au voisinage du support de repos du (ou des) raccord(s) qui doit être séché (s).
  • La combinaison du chauffage et du séchage permet en effet d'augmenter l'efficacité de la solution.

Claims (8)

  1. Procédé de remplissage en liquide cryogénique d'un réservoir aval, à partir d'un stockage amont, stockage amont qui contient, sous une pression de stockage supérieure à la pression atmosphérique, le fluide cryogénique en phase liquide au fond du stockage et en phase gazeuse au sommet du stockage, ledit stockage amont étant adapté pour alimenter le réservoir aval en liquide soutiré à partir du fond du stockage, ainsi que pour être approvisionné depuis l'extérieur en fluide, le procédé mettant en oeuvre un dispositif de remplissage comportant deux raccords mâle et femelle, un de ces raccord étant situé coté réservoir aval à remplir tandis que le second raccord est situé coté stockage amont, le transfert du fluide cryogénique n'intervenant que lorsque les deux raccords sont en contact et verrouillés, se caractérisant en ce que l'on procède, avant toute opération de remplissage, à une action de soufflage, exercée sur l'un ou chacun des deux raccords mâle/femelle, et préférentiellement sur le raccord femelle, action de soufflage qui permet de chasser l'eau éventuellement présente sur le ou les raccords visés, et qui est exercée à l'aide d'un gaz sec et déshuilé tel que de l'air comprimé, de l'azote comprimé ou tout autre gaz comprimé ou non, neutre, sec et déshuilé, tel de l'argon gazeux ou du CO2 gazeux.
  2. Procédé de remplissage selon la revendication 1, se caractérisant en ce que le gaz utilisé pour le soufflage provient d'un compresseur mécanique installé sur le site du réservoir aval, ou sur le site du stockage amont.
  3. Procédé de remplissage selon la revendication 1, se caractérisant en ce que le gaz utilisé pour le soufflage provient du stockage amont lui-même, en branchant une tuyauterie directement sur ladite phase gazeuse présente en sommet de stockage ou bien en vaporisant du liquide cryogénique à partir du fond du stockage dans une capacité tampon sous pression.
  4. Procédé de remplissage selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que le raccord mâle est situé coté réservoir aval, tandis que le raccord femelle est présent coté stockage amont.
  5. Procédé de remplissage selon l'une des revendications 1 à 3, se caractérisant en ce que le raccord mâle est situé coté stockage amont, tandis que le raccord femelle est présent coté réservoir aval.
  6. Procédé de remplissage selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que la forme du jet de gaz soufflé est un jet plat.
  7. Procédé de remplissage selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que l'on procède, outre audit soufflage, à un apport de chaleur, selon un des modes de mise en oeuvre suivants :
    - soit en chauffant le gaz de soufflage mise en oeuvre ;
    - soit en implantant un dispositif de chauffage, par exemple des résistances électriques, au voisinage d'un support de repos du raccord qui doit être séché.
  8. Procédé de remplissage selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que le réservoir aval à remplir est un réservoir embarqué sur un véhicule de transport frigorifique de produits alimentaires et autres produits thermosensibles, tandis que le stockage amont est un stockage fixe, ou semi mobile tel une citerne mobile.
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