EP3631124B1 - Unite de separation ou de liquefaction d'un gaz - Google Patents

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EP3631124B1
EP3631124B1 EP18734866.9A EP18734866A EP3631124B1 EP 3631124 B1 EP3631124 B1 EP 3631124B1 EP 18734866 A EP18734866 A EP 18734866A EP 3631124 B1 EP3631124 B1 EP 3631124B1
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EP
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chamber
blocks
unit
unit according
ground
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Patrice Cavagne
Patrick Le Bot
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
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    • F25J3/04945—Details of internal structure; insulation and housing of the cold box

Definitions

  • the present invention relates to a unit for separating or liquefying a gas, which may optionally be mobile, and to a method for transporting and reassembling the unit.
  • Certain gas separation or liquefaction units and in particular small cryogenic nitrogen generators, are required to supply gas for a short period (a few years, for example less than 10 years).
  • the unit At the end of the gas supply period, the unit is if possible moved to serve another customer, in another location.
  • critical equipment To avoid these massive buried foundations, critical equipment (cold box) will be placed on a precast concrete block, and placed on the ground. Its function will only be to statically take over the load of the equipment placed on it according to the nature and bearing capacity of the soil. Resistance to meteorological or seismic attacks will be ensured by the presence of at least three stay cables which will each connect the cold box to at least one prefabricated concrete block and itself placed on the ground. Each of the N stay cables constituting the system will be arranged in such a way that they form between them an angle substantially equal to 360 / N degrees.
  • a unit for separating and / or liquefying a gas comprising at least one enclosure, optionally isolated, of slender shape, characterized in that the enclosure is arranged on a first block concrete and the enclosure is anchored to the ground by means of at least three stay cables, each connected to a second separate concrete block, the second concrete blocks connected to the stay cables being arranged on the ground at the angles of a polygon, the first and the second blocks having a depth below the ground reference level not exceeding 1m, preferably 0.7m, typically 0.5m.
  • a method of transporting and reassembling an enclosure of a unit for separating or liquefying a gas as described above in which the enclosure is transported and possibly the first and / or at least one of the second concrete blocks from one site to another and the enclosure is reassembled on a / the first block, using guy ropes attached to / the second blocks to keep the enclosure in square.
  • enclosure E is placed on a concrete block 1, here illustrated with a square section, (but any other geometry would be suitable, for example a rectangle or an octagon) placed on the ground and whose depth below the reference level of the ground does not exceed 1m, preferably 0.7m, typically 0.5m.
  • Block 1 is preferably prefabricated.
  • the enclosure E can be a distillation or washing column or a liquefaction device. It can be insulated by a vacuum space around the column or kept inside a cold box filled with powdery insulation.
  • the enclosure is held in place by three guy ropes 3 attached to three points of the enclosure at the same height preferably but at an angle of 120 ° around the periphery of the enclosure, if it is cylindrical.
  • the enclosure has a height H above the ground reference level and a perimeter P around the enclosure, in a direction perpendicular to the height, the ratio between H and P being greater than 1.5, or even greater than 2.
  • the stay cables are attached to three concrete blocks 2 placed on the ground, each at approximately the same distance from the block 1. However, to take into account the layout of a site or the prevailing winds, the stay cables can be of different lengths and blocks 2 can be at different distances from the block 1.
  • the blocks 2 are preferably prefabricated.
  • Other elements 4 of the separation or liquefaction apparatus are arranged near the blocks 1, 2, which may be a unit for compressing a gas intended for or coming from the enclosure, a unit for purifying a gas. gas intended for or coming from the enclosure, a heat exchanger for modifying the temperature of a gas intended for or coming from the enclosure.
  • the guys 3 are connected to points of the enclosure E located at a height above the ground of between 0.5H and 1H.
  • the blocks 2 are arranged on the ground forming the points of an equilateral triangle but for a more general case the second concrete blocks connected to the stays being arranged on the ground at the angles of a regular or irregular polygon.
  • This polygon can be for example an isosceles triangle, a square, a rectangle, a pentagon etc.
  • shrouds 3 form between them on the horizontal plane angles of 120 °.
  • the maximum dimension of each of the first and second blocks 1, 2 is less than the height of the enclosure E and the weight of each of the first and second blocks 1, 2 is less than the weight of the enclosure E.
  • At least one of the second blocks 2 serves as a support for an element of the separation and / or liquefaction unit other than the enclosure E.
  • a compressor for a gas intended for or coming from the enclosure a storage, a turbine for a gas intended for or coming from the enclosure, a unit for purifying a gas intended for or from the enclosure, a heat exchanger to modify the temperature of a gas intended for or coming from the enclosure, a weather station, an office etc.
  • At least one solid is transported, it is possible to choose its dimensions in order to be able to transport it (s) with the enclosure, for example in the same container.
  • Position marker systems will then be used to be able to position the various equipment, mainly including enclosure E, the compressor (s), the gas purification system, on their respective concrete blocks so that the concrete blocks are laid out in exactly the same way between the two sites.
  • the connection of pipes between the equipment is therefore identical from one site to another.
  • the way of securing the enclosure is of particular interest for a mobile unit but can also be an inexpensive technique for maintaining an enclosure permanently at a single site.
  • the enclosure can operate at a temperature below 0 ° C., for example at a cryogenic temperature.

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Description

  • La présente invention concerne une unité de séparation ou de liquéfaction d'un gaz, qui peut éventuellement être mobile et un procédé de transport et de remontage de l'unité.
  • Certaines unités de séparation ou de liquéfaction d'un gaz, et en particulier les petits générateurs d'azote par voie cryogénique sont amenés à fournir du gaz pour une durée courte (quelques années, par exemple moins que 10 ans).
  • A l'issue de la durée de fourniture de gaz, l'unité est si possible déménagée pour servir un autre client, dans un autre lieu.
  • Leur conception actuelle est basée sur l'utilisation de fondations classiques, composées de massifs de béton profonds enfouis, dimensionnées pour résister aux contraintes météorologiques (par exemple l'effort induit par une vitesse de vent) et sismiques locales.
  • Ces massifs sont généralement coulés sur place, après excavation du sol, nécessitant des fouilles, et coffrage, et les différents équipements qui composent l'unité de production sont posées sur ces massifs, et liaisonnés aux divers massifs par différents types de systèmes (boulons, tiges d'ancrages, ancrages chimiques, etc..). De telles unités disposées sur fondations classiques sont connues de l'état de la technique et décrites par exemple dans JP 2013 107653 A ou US 4 249 352 A .
  • Il est connu de WO 05028340 d'utiliser des blocs de béton préfabriqués posés au sol pour y poser des équipements industriels, tels que des petits stockages et leurs accessoires (pompes cryogéniques, vaporiseurs, clôture). Il est aussi connu de déposer des compresseurs d'air de petites puissances (< 1MW) sur des socles en béton. Mais ces différents systèmes s'avèrent inopérants pour les enceintes isolées appelées boites froides, qui intègrent notamment les colonnes de distillation.
  • En effet, celles-ci, de formes élancées (ayant une grande hauteur pour une section au sol réduite) sont soumises à des forces (moments) de renversement très importantes lors des agressions par le vent ou le séisme. Seule la solution d'un massif de béton enfoui de grande dimension, créant ainsi du lest, permet à ce jour d'assurer la stabilité de ce type d'équipement.
  • L'inconvénient d'un tel système réside dans son immobilisme. En effet, lors du déménagement de l'unité à l'issue de la période de production, ces massifs de béton enterrés restent dans le sol, et d'autres sont reconstruits sur le nouveau site. Cela constitue donc une perte sèche, puisque l'investissement et la construction de nouveaux massifs sont nécessaires.
  • Pour éviter ces fondations enfouies massives, l'équipement critique (boite froide) sera déposé sur un bloc de béton préfabriqué, et posé sur le sol. Sa fonction ne sera que de reprendre statiquement la charge de l'équipement posé dessus en fonction de la nature et la capacité portante du sol. La résistance aux agressions météorologiques ou sismiques sera assurée par la présence d'au moins trois haubans qui relieront chacun la boite froide à au moins un bloc de béton préfabriqué et lui-même déposé au sol. Chacun des N haubans constituant le système seront disposés de telle façon qu'ils formeront entre eux un angle sensiblement égal à 360/N degrés.
  • Selon un objet de l'invention, il est prévu une unité de séparation et/ou de liquéfaction d'un gaz comprenant au moins une enceinte, éventuellement isolée, de forme élancée, caractérisée en ce que l'enceinte est disposée sur un premier bloc de béton et l'enceinte est ancrée au sol au moyen d'au moins trois haubans, chacun relié à un deuxième bloc de béton distinct, les deuxièmes blocs de béton reliés aux haubans étant disposés au sol aux angles d'un polygone, le premier et les deuxième blocs ayant une profondeur en dessous du niveau de référence du sol n'excédant pas 1m, préférablement 0,7m, typiquement 0,5m.
  • Selon d'autres objets facultatifs, qui peuvent être chacun combiné avec chacun dans la limite des combinaisons logiquement possibles :
    • le premier et/ou les deuxièmes bloc(s) est/sont préfabriqué(s)
    • le polygone est un polygone régulier.
    • le polygone est un polygone irrégulier.
    • le polygone est un triangle, ou un quadrilatère.
    • le polygone un triangle isocèle, un triangle équilatéral, un carré, un rectangle, un pentagone.
    • l'enceinte est/contient une colonne de distillation ou de lavage, éventuellement capable d'opérer à une température cryogénique.
    • l'enceinte a une hauteur H au-dessus du niveau de référence du sol et les haubans sont reliés à des points de l'enceinte situés à une hauteur au-dessus du niveau de référence du sol d'entre 0,5H et 1H, préférablement entre 0,5H et 0,7H.
    • l'enceinte a une hauteur H au-dessus du niveau de référence du sol et un périmètre P autour de l'enceinte, suivant une direction perpendiculaire à la hauteur, le rapport entre H et P étant supérieur à 1,5, voire supérieur à 2.
    • la dimension maximale de chacun des premier et deuxième blocs est inférieure à la hauteur de l'enceinte.
    • le poids de chacun des premier et deuxième blocs est inférieur au poids de l'enceinte.
    • au moins un des deuxièmes blocs sert d'un support d'au moins un élément de l'unité de séparation et/ou de liquéfaction autre que l'enceinte.
    • l'au moins un élément de l'unité de séparation et/ou de liquéfaction autre que l'enceinte est une autre enceinte, un compresseur d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, un stockage, une turbine d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, un moteur, une unité de purification d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, un échangeur de chaleur pour modifier la température d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, une station météorologique ou un bureau.
    • l'unité comprend des repères de position pour au moins un des premier et deuxièmes blocs indiquant la disposition relative de l'enceinte et/ou des haubans et/ou d'un élément de l'unité.
  • Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de transport et de remontage d'une enceinte d'une unité de séparation ou de liquéfaction d'un gaz tel que décrit ci-dessus dans lequel on transporte l'enceinte et éventuellement le premier et/ou au moins un des deuxièmes blocs de béton d'un site à un autre et on remonte l'enceinte sur un/le premier bloc, utilisant des haubans rattachés à des/les deuxièmes blocs pour maintenir l'enceinte en place.
  • Il est donc possible de transporter au moins un bloc d'un site à l'autre ou sinon d'utiliser les blocs existants sur un site pour le remontage.
  • En utilisant les repères mentionnés ci-dessus, on peut avoir la même disposition du raccordement de tuyauteries entre les éléments et/ou entre une enceinte et un élément de l'unité sur les deux sites.
  • Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation et/ou de liquéfaction de gaz dans une unité selon une des revendications 1 et 10, la séparation et/ou la liquéfaction s'effectuant dans l'enceinte contenant un appareil de séparation et/ou de liquéfaction.
  • L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures, dont la Figure 1 est une vue schématique de dessus d'un appareil selon l'invention et la Figure 2 est une vue schématique d'un côté d'un appareil selon l'invention.
  • Dans la Figure 1, l'enceinte E est disposée sur un massif de béton 1, içi illustrée de section carrée, (mais toute autre géométrie conviendrait, par exemple un rectangle ou un octogone) posé sur le sol et dont la profondeur en dessous du niveau de référence du sol n'excède pas 1m, préférablement 0,7m, typiquement 0,5m. Le bloc 1 est de préférence préfabriqué. L'enceinte E peut être une colonne de distillation ou de lavage ou un appareil de liquéfaction. Elle peut être isolée par une espace sous vide autour de la colonne ou être maintenue à l'intérieur d'une boîte froide remplie d'isolant pulvérulent. L'enceinte est maintenue en place par trois haubans 3 attachée à trois points de l'enceinte à la même hauteur de préférence mais à un angle de 120° sur le pourtour de l'enceinte, si elle est cylindrique. L'enceinte a une hauteur H au-dessus du niveau de référence du sol et un périmètre P autour de l'enceinte, suivant une direction perpendiculaire à la hauteur, le rapport entre H et P étant supérieur à 1,5, voire supérieur à 2.
  • Les haubans sont attachés à trois massifs en béton 2 posés sur le sol, chacun à sensiblement la même distance du massif 1. Néanmoins pour tenir compte de la disposition d'un site ou des vents dominants, les haubans peuvent être de longueurs différentes et les massifs 2 peuvent être à distances différentes du massif 1. Les blocs 2 sont de préférence préfabriqués.
  • D'autres éléments 4 de l'appareil de séparation ou de liquéfaction sont disposés à proximité des blocs 1, 2, pouvant être une unité de compression d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, une unité de purification d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, un échangeur de chaleur pour modifier la température d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte.
  • Comme on voit à la Figure 2, si l'enceinte a une hauteur H au-dessus du sol, les haubans 3 sont reliés à des points de l'enceinte E situés à une hauteur au-dessus du sol d'entre 0,5H et 1H.
  • Ici les blocs 2 sont disposés au sol formant les points d'un triangle équilatéral mais pour un cas plus général les deuxièmes blocs de béton reliés aux haubans étant disposés au sol aux angles d'un polygone régulier ou irrégulier. Ce polygone peut être par exemple un triangle isocèle, un carré, un rectangle, un pentagone etc.
  • Ici les haubans 3 forment entre eux sur le plan horizontal des angles de 120°.
  • La dimension maximale de chacun des premier et deuxième blocs 1, 2 est inférieure à la hauteur de l'enceinte E et le poids chacun des premier et deuxièmes blocs 1, 2 est inférieure au poids de l'enceinte E.
  • Au moins un des deuxièmes blocs 2 sert d'un support d'un élément de l'unité de séparation et/ou de liquéfaction autre que l'enceinte E.
  • On peut par exemple y disposer un compresseur d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, un stockage, une turbine d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, une unité de purification d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, un échangeur de chaleur pour modifier la température d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, une station météorologique, un bureau etc.
  • Il est possible de transporter une enceinte d'un site à un autre et de remonter l'enceinte en utilisant les mêmes massifs transportés également sur l'autre site. Sinon les massifs peuvent être disponibles sur un ou plusieurs sites et l'enceinte arrive et est arrimée utilisant les massifs disponibles sur place.
  • Si au moins un massif est transporté, il est envisageable de choisir ses dimensions pour pouvoir le(s) transporter avec l'enceinte, par exemple dans le même conteneur.
  • Des systèmes de repères de position seront alors utilisés pour pouvoir positionner les différents équipements, incluant principalement l'enceinte E, le(s) compresseur(s), le système de purification de gaz, sur leurs blocs de béton respectifs de façon à ce que les blocs de béton soient disposés exactement de la même façon entre les deux sites. Le raccordement de tuyauteries entre les équipements est donc identique d'un site à un autre.
  • Ceci facilite le raccordement entre les éléments de l'unité et/ou entre une enceinte et un élément de l'unité sur site.
  • Parmi les différents systèmes de repères de position possibles, on pourra noter l'utilisation de gabarits de pose.
  • La façon d'arrimer l'enceinte est particulièrement intéressante pour une unité mobile mais peut également constituer une technique peu chère pour maintenir une enceinte de manière permanente sur un seul site.
  • L'enceinte peut opérer à une température en dessous de 0°C, par exemple à une température cryogénique.

Claims (13)

  1. Unité de séparation et/ou de liquéfaction d'un gaz comprenant au moins une enceinte (E), éventuellement isolée, de forme élancée, disposée sur des fondations et ancrée au sol au moyen de haubans, caractérisée en ce que l'enceinte est disposée sur un premier bloc de béton (1) et l'enceinte est ancrée au sol au moyen d'au moins trois haubans (3), chacun relié à un deuxième bloc de béton distinct (2), les deuxièmes blocs de béton reliés aux haubans étant disposés au sol aux angles d'un polygone, le premier et les deuxième blocs ayant une profondeur en dessous du niveau de référence du sol n'excédant pas 1m, préférablement 0,7m, typiquement 0,5m.
  2. Unité selon la revendication 1 dans laquelle le polygone est un polygone régulier.
  3. Unité selon la revendication 1 ou 2 dans laquelle le polygone est un triangle, ou un quadrilatère.
  4. Unité selon l'une des revendications précédentes dans laquelle l'enceinte (E) a une hauteur H au-dessus du niveau de référence du sol et les haubans (3) sont reliés à des points de l'enceinte situés à une hauteur au-dessus du niveau de référence du sol d'entre 0,5H et 1H, préférablement entre 0,5H et 0,7H
  5. Unité selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la dimension maximale de chacun des premier et deuxième blocs (1, 2) est inférieure à la hauteur de l'enceinte et le poids de chacun des premier et deuxième blocs est inférieur au poids de l'enceinte (E).
  6. Unité selon l'une des revendications précédentes dans laquelle au moins un des deuxièmes blocs sert d'un support d'au moins un élément (4) de l'unité de séparation et/ou de liquéfaction autre que l'enceinte (E).
  7. Unité selon la revendication 6 dans lequel l'élément est une autre enceinte, un compresseur d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, un stockage, une turbine d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, un moteur, une unité de purification d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, un échangeur de chaleur pour modifier la température d'un gaz destiné à ou provenant de l'enceinte, une station météorologique ou un bureau.
  8. Unité selon la revendication 6 ou 7 comprenant des repères de position pour au moins un des premier et deuxièmes blocs (1, 2) indiquant la disposition relative de l'enceinte et/ou des haubans et/ou d'un élément de l'unité.
  9. Unité selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le premier bloc (1) est préfabriqué et/ou les deuxième blocs (2) sont préfabriqués.
  10. Unité selon l'une des revendications précédentes dans laquelle l'enceinte est/contient une colonne de distillation ou de lavage, éventuellement capable d'opérer à une température cryogénique
  11. Procédé de transport et de remontage d'une enceinte (E) d'une unité de séparation ou de liquéfaction d'un gaz selon l'une des revendications précédentes dans laquelle on transporte l'enceinte et éventuellement le premier et/ou au moins un des deuxièmes blocs de béton (1, 2) d'un site à un autre et on remonte l'enceinte sur un/le premier bloc, utilisant des haubans (3) rattachés à des/les deuxièmes blocs pour maintenir l'enceinte en place.
  12. Procédé selon la revendication 11 de remontage d'une enceinte (E) selon la revendication 8 dans lequel on utilise les repères pour avoir la même disposition du raccordement de tuyauteries entre les éléments (4) et/ou entre une enceinte et un élément de l'unité sur les deux sites.
  13. Procédé de séparation et/ou de liquéfaction de gaz dans une unité selon une des revendications 1 et 10, la séparation et/ou la liquéfaction s'effectuant dans l'enceinte contenant un appareil de séparation et/ou de liquéfaction.
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