EP3807569B1 - Installation de rebours mobile - Google Patents

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EP3807569B1
EP3807569B1 EP19745686.6A EP19745686A EP3807569B1 EP 3807569 B1 EP3807569 B1 EP 3807569B1 EP 19745686 A EP19745686 A EP 19745686A EP 3807569 B1 EP3807569 B1 EP 3807569B1
Authority
EP
European Patent Office
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compressor
gas
installation
pressure
module
Prior art date
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Active
Application number
EP19745686.6A
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German (de)
English (en)
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EP3807569A1 (fr
EP3807569C0 (fr
Inventor
Daniel Dufour
Francis BAINIER
Marc VANBALEGHEM
Alban SESMAT
Gérard CATTOEN
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GRTgaz SA
Original Assignee
GRTgaz SA
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Publication date
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Publication of EP3807569B1 publication Critical patent/EP3807569B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D3/00—Arrangements for supervising or controlling working operations
    • F17D3/01—Arrangements for supervising or controlling working operations for controlling, signalling, or supervising the conveyance of a product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/02—Pipe-line systems for gases or vapours
    • F17D1/04—Pipe-line systems for gases or vapours for distribution of gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/02—Pipe-line systems for gases or vapours
    • F17D1/065—Arrangements for producing propulsion of gases or vapours
    • F17D1/07—Arrangements for producing propulsion of gases or vapours by compression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D3/00—Arrangements for supervising or controlling working operations
    • F17D3/10—Arrangements for supervising or controlling working operations for taking out the product in the line

Definitions

  • the present invention relates to a mobile reverse installation. It applies, in particular, to gas transport networks for exporting excess renewable gas from a distribution network to a transport network, which has a much higher storage capacity.
  • biomethane defines the gas produced from raw biogas resulting from the anaerobic methanation of organic waste (biomass) or by high temperature gasification (followed by synthesis by methanation); purified and treated to make it interchangeable with network natural gas.
  • biomethane into the natural gas network is already carried out in Europe.
  • natural gas distributors are faced with situations of lack of outlet. Indeed, the consumption of domestic customers varies on average from 1 to 10 between winter and summer on public distribution.
  • the injection of biomethane is initially only possible if it is done at a flow rate lower than the minimum flow rate recorded during periods of lower consumption or if the biomethane is produced as close as possible to consumption. When production exceeds the quantities consumed, this tends to saturate the distribution networks during the hot seasons. This situation limits the development of the biomethane production sector by the congestion of the natural gas distribution networks.
  • the back-up station is a structure of the transport operator allowing the transfer of gas from the distribution network to the transport network having a large storage capacity, via a gas compressor station.
  • the countdown station can be located either near the regulator station, or at another location where the transmission and distribution networks intersect.
  • the reverse therefore incorporates a gas compression function to adapt it to the constraints imposed by the downstream of this compressor, that is to say the transport network.
  • Current backhauls are fixed installations in which the compressors are placed in buildings. Each compressor is driven by an electric motor connected to the electrical network.
  • the configurations of the distribution networks change, in particular when a biogas supplier is connected to them and injects biogas into them or disconnects from them.
  • gas consumption on this distribution network may increase or decrease, for example during the installation of a factory or a large consumer area or during its shutdown.
  • the reverse capacity can therefore find itself, temporarily or definitively, excess or insufficient.
  • a fixed reverse installation can easily be supplemented by a mobile module to increase its compression capacities or to replace a fixed element that is broken down or undergoing maintenance or updating.
  • a temporary increase in the capacity requirements of the reverse installation transient overcapacity of the biogas producers, temporary drop in consumption by the gas consumers
  • an additional mobile compressor module is added to the reverse installation. And we withdraw it once this temporary increase is completed.
  • all the modules of the backhaul installation are mobile, configured to be transported, fully and in working order by removable connection to the interconnection module and to an energy source, on a single vehicle.
  • the backhaul installation comprises a mobile autonomous electrical power source.
  • the mobile reverse installation does not need to be connected to the electrical network in order to operate.
  • the mobile electrical power source is a generator powered by a vehicle engine.
  • the same motor can be used to actuate different modules, or even to set the vehicle in motion.
  • the electrical power source is an engine supplied with gas at the first pressure.
  • the primary energy source is the gas which is to be compressed, which avoids having to transport this primary energy.
  • At least one module includes a gas detector and/or a fire detector.
  • At least one compressor is mechanically driven by a vehicle engine.
  • the same motor can be used to actuate the compressor and to set the vehicle in motion.
  • the controller is configured to control the operation of a plurality of compressors based on the compression capacity of the operating compressors.
  • the reverse installation further comprises at least one recycling circuit provided with a valve, configured to expand gas at the outlet of a compressor and inject it upstream or at the inlet of said compressor , the automaton being configured to control the operation of the valve of the recycling circuit according to the compression capacity of the operational compressors which are put into operation jointly.
  • At least one module of the reverse installation is integrated into a standard container.
  • At least one module of the reverse installation is mounted on a vehicle.
  • At least one compressor is mechanically driven by a vehicle engine.
  • At least one module of the reverse installation is supplied with electrical energy by a generator mounted on the vehicle.
  • the reverse installation comprises an air-conditioned mobile analysis laboratory protected from shocks and vibrations, this laboratory comprising a common chromatograph for measuring the THT and the composition of the gas.
  • the reverse installation comprises a correlation calorimeter implementing the composition of the gas obtained by a chromatograph.
  • the calorific value of the gas is measured indirectly and at a lower cost.
  • the reverse installation comprises a hygrometer, for example ceramic.
  • This hygrometer being less sensitive than other types of hygrometers to vibrations, the design of the mobile back-up installation is facilitated.
  • the reverse installation comprises a dehydration skid and a volumetric counter.
  • the reverse installation comprises a valve means in series downstream of at least one compressor.
  • the reverse installation comprises a backflow device in series, downstream of at least one compressor.
  • the valve means and the discharge valve facilitate the operation of the compressor, in particular when it is started up.
  • the backhaul installation comprises a bottled gas storage system and a gas sampling means at different times, for example with pneumatic valves.
  • the composition of the gas can be determined in a deferred manner, which reduces the cost price of the installation, compared with the incorporation of a chromatograph.
  • the reverse installation comprises a fire control panel, with detector and extinguisher, as well as a gas detection means.
  • the reverse installation comprises an electrical cabinet isolated from each compressor by a wall comprising watertight bulkhead passes.
  • the analysis of other compound contents is optional and is only carried out if there is a proven risk of contamination of the transport network 10 (example: backflow of a biomethane with a high CO 2 content without the possibility of dilution on the distribution 15 and transport 10 networks, or operated at a very high pressure).
  • the reverse installation is equipped with a metering chain consisting of a meter and a local or regional energy determination device in accordance with legal metrology.
  • the configuration is chosen by studying the various advantages and disadvantages in terms of cost, availability, size, and possibility of upgrading the compression unit.
  • the suction pressure to be considered is the service pressure of the distribution network 15, which depends in particular on the injection pressures of the biomethane producers 17.
  • the discharge construction pressure to be considered is the maximum service pressure (“PMS”) ) of the transport network, for example 67.7 bars.
  • PMS maximum service pressure
  • a recycling circuit 27 fitted with a valve 28 may be provided. The recycling circuit expands gas at the second pressure and injects it upstream or at the inlet of the compressor when at least one compressor is put into operation, under the control of the automaton 25.
  • Each compressor 21 can be sealed with oil or with dry packing. In the first case, certain filtration arrangements are put in place (see below).
  • a controller 25 performs the functions of piloting 24, of controlling each compressor and of regulation and stability 18 of the network 15. It is noted that, throughout the description, the term “the controller” means a controller or a computer system or a set of automata and/or computer systems (for example one automaton per function).
  • filtration is provided in the gas quality compliance function, upstream of the compression to recover any liquids and dust contained in the gas from the distribution network 15.
  • a coalescer filter 22 is installed at the outlet of compressor 21, for example with a manual drain and a visual level.
  • a cooling system 23 cools all or part of the compressed gas to maintain the temperature downstream, towards the transport network 10, at a value below 55° C. (equipment certification temperature). To ensure the operation of the cooling system 23, the latter is dimensioned on the basis of relevant ambient temperature values according to the meteorological histories.
  • the delivery station 12 is an installation, located at the downstream end of the transport network which allows the delivery of natural gas according to the needs expressed by the customer (pressure, flow rate, temperature, etc.). It is therefore the gas expansion interface from the transport network 10 to the distribution network 15 or to certain industrial installations.
  • the delivery station 12 therefore incorporates expansion valves to reduce the pressure to adapt to the conditions imposed downstream.
  • Data logging is performed to certify operating conditions.
  • the reverse installation In the event of an emergency, the reverse installation is isolated from the distribution network 15, by closing the valve 14. An “emergency stop” function makes it possible to stop and make the reverse installation safe.
  • the reverse installation is also equipped with pressure and temperature safety devices 26. There is no automatic venting unless contraindicated by safety studies.
  • the reverse installation is equipped with fire and gas detection systems 26. A means of protection against overflows is provided to protect the devices, in the form of a physical member such as a restriction orifice or by the intermediary of an automation.
  • the flow rate of a reverse can vary from a few hundred to a few thousand Nm 3 /h depending on the case.
  • module 34 supplies electrical energy to all the other modules that consume it.
  • each of these modules is preferably integrated into an autonomous container, as illustrated in picture 3 .
  • the six modules can be transported by truck or truck trailer and can be connected together so that they can form a complete mobile reverse installation.
  • Each module can also be connected to a fixed back-up installation to ensure its dedicated functionality in the event of failure of the fixed equipment.
  • Each module has its own safeties and its own automaton, which makes it autonomous and independent of the other modules, apart from the overall management of the reverse installation, energy and gas supply, if applicable.
  • an interconnection module 36 which distributes the gas between the compression modules 37.
  • the interconnection module 36 comprises valves and an interconnection grid (see figure 8 ), to connect the different modules.
  • the interconnection module 36 connects to the networks 10 and 15 via an existing flange with a quick connector.
  • the interconnect module 36 has flexible connectors.
  • a reverse installation 40 which comprises a fixed part in a building, in particular a support slab 41 for the various systems, a cabinet 42 comprising the automaton 33, at least one compressor 43, and a line 44 for electrical and computer connection various systems equipped with sensors and actuators (notably valves).
  • the reverse installation 40 comprises at least one reception space, or location, 49 dedicated for an additional compressor close to a free interface of the distribution unit and close to a free interface of the unit collection. The implementation of each additional compressor is thus facilitated.
  • the reception space 49 is provided with at least one gas inlet connector 83 at the first pressure, at least one gas outlet connector 81 at the second pressure and at least one energy supply 82 (gas from the distribution network 15 or electricity) for each additional mobile compressor 37.
  • This connector 82 can supply an electric or thermal motor for actuating the additional mobile compressor 37 or a generator of a vehicle with gas at the first pressure, generator supplying an electric motor actuating the additional mobile compressor 37.
  • the pipes and the electrical supplies are dimensioned for the simultaneous operation of each fixed compressor 43 and of each mobile compressor additional 37.
  • the reverse installation 40 can accommodate each additional compressor without the latter having to be associated with a power supply and/or with additional pipes.
  • the additional compressor 37 Thanks to the mobility of the additional compressor 37, during a temporary increase in the capacity requirements of the reverse installation 40 (failure or transient overcapacity of the biogas producers, transient drop in consumption by the gas consumers), it is added quickly and easily the mobile additional compressor 37 to the reverse installation 40. And it is removed once this temporary increase is complete.
  • the compressor module 37 is mounted on a vehicle 47 and, preferably integrated into a standard container, the transport of the compressor module 37 is facilitated.
  • the compressor module 37 is mechanically actuated by a motor of the vehicle 47, as explained opposite the figure 7 .
  • a mechanical connection for example with cardan joints, connects a shaft of the engine of the vehicle 47, for example its single engine, to a shaft of the compressor.
  • the motor driving the additional compressor 37 is an electric motor or a gas engine using gas from the lower pressure pipe of the distribution network 15.
  • At least one additional mobile compressor 37 is supplied with electrical energy by a generator mounted on the vehicle 47, preferably operating with gas from the lower pressure pipeline of the distribution network 15.
  • the actuation of the compressor 37 does not require oversizing of the energy supply of the reverse installation 40, compared to the supply of the stationary compressors 43 alone.
  • the automaton 33 for controlling the operation of each fixed compressor and of each additional mobile compressor 37 is configured to detect the operational fixed and additional compressors, to determine the compression capacity of the operational compressors and to control the operation of each fixed compressor and of each additional compressor according to the compression capacity of the operational fixed and additional compressors.
  • the reception space 49 of at least one additional compressor is configured to accommodate a vehicle carrying at least one additional compressor.
  • the installation 40 is configured so that the vehicle 47 accesses by driving from outside the installation to the reception area 49.
  • the modular nature of the mobile reverse installation that is the subject of the invention allows the transport network manager to only have to transport the faulty functionalities in the fixed reverse installation. Interventions are therefore simpler and system maintenance can be carried out on one part of the equipment, leaving the other parts functional.
  • each module is transported to the place of installation, for example close to a gas expansion station of the transport network and supply of the expanded gas to a distribution network.
  • a mobile reverse installation comprises at least the automation module 31, the interconnection module 36 and a compressor module 37.
  • the electrical power supply module 34 is preferred, but it can be replaced by a generator associated with a vehicle, as explained next to the figure 7 .
  • the modules are connected to each other via the interconnection module 36, and to the pipes of the transport 10 and distribution 15 networks.
  • electrical energy and computer modules comprising sensors and / or actuators, for example valves.
  • the automaton detects the presence of the additional compressor and its compression capacity. This detection can be automatic, for example by detecting the electrical connection between the automaton and the motor of the compressor, or manual, the installation of the compressor being declared by an operator on a user interface of the automaton.
  • the automaton controls the operation of the reverse installation.
  • the automaton receives physical quantities picked up by the sensors of the reverse installation, in particular the value of the pressure at the inlet of each compressor.
  • the automaton controls the recycling circuit according to the operational compression capacity.
  • the single or joint start-up of compressors causes a pressure peak and can cause problems of maximum operating pressure (“PMS”) and minimum pressure (2.5 bars). These risks are avoided by defining limit values and the recycling circuit (re-expanding) is implemented to produce a start-up ramp and break the transient.
  • PMS maximum operating pressure
  • minimum pressure 2.5 bars
  • the automaton receives physical quantities picked up by the sensors of the reverse installation, in particular the value of the pressure at the inlet of each compressor.
  • step 59 the automaton controls the stationary operation of the reverse installation, until the compressors stop (see figures 9 and 10 ). Then we return to step 56 for the next phase of putting at least one compressor into operation.
  • the compressor 37 and the electrical power supply module can be driven by an autonomous engine or the engine of a vehicle, in particular a truck or a tractor.
  • the power shaft of a tractor 60 drives the mobile compressor 37 and supplies the electricity necessary for the reverse installation.
  • a noise barrier (20 dB) and use of the tractor engine at medium power, to reduce noise pollution.
  • the power supply module 34 driven by a vehicle engine is, for example of the type described in the international application PCT WO2013182824 .
  • the mechanical actuation of the compression module 37 can also be carried out by the engine of this vehicle.
  • removable connection means are arranged on the compression module 37. These removable connection means are configured to temporarily connect the connecting shaft of a compressor to a power take-off 61 of a vehicle 60. The rotation of the power take-off causes the rotation of the connecting pin and therefore that of the shaft of the compressor 37, which allows the compressor 37 to operate. Of course, these removable connection means make it possible to quickly disconnect the compression module 37 from the vehicle power take-off 60.
  • the removable connection means consist of a transmission shaft fitted with universal joints and a torque limiter.
  • a first universal joint is assembled to the connecting axis and a second universal joint is assembled to the power take-off of the vehicle.
  • servo means comprise, for each vehicle, a potentiometer and a servomotor or an equivalent, which acts on the variation of the potentiometer according to a setpoint value calculated by the servo means, the potentiometer being configured to be electrically connected to a computer of the vehicle making it possible to control the speed of rotation of an engine of the vehicle.
  • the servo-control means comprise, for each vehicle, an actuation system configured to mechanically activate a speed pedal of the vehicle configured to modify the speed of rotation of an engine of said vehicle.
  • the automaton module 31 is connected by means of a servo cable to an adjustment device which acts on the engine of the vehicle, so as to regulate the speed of rotation of the engine and thus, to regulate the speed and, therefore, the rotational frequency of the power take-off, which makes it possible to regulate the compression carried out by the compression module 37.
  • the automaton module 31 is therefore programmed to transmit a setpoint to the adjustment device making it possible to achieve the servo-control of the motor.
  • this adjustment device consists of a servomotor or an equivalent system, powered by an external electrical source, such as a battery, and a potentiometer connected to the servomotor.
  • This servomotor makes it possible to modify the setting of the potentiometer in order to change the value of its resistance.
  • This servomotor is controlled by the alternator management module.
  • This potentiometer is connected by a connection cable to a computer arranged on the vehicle, the computer making it possible to modify the speed of rotation of the engine of the vehicle according to the adjustment of the resistance of the potentiometer.
  • the arrangement of such a computer on a vehicle is known to those skilled in the art of vehicles.
  • this adjustment device consists of an actuation system which comprises a support pillar comprising at its lower end a magnetic suction cup, or a strut fixed in the cabin or a sufficiently heavy support, allowing assembly temporary actuation system on the floor of the vehicle.
  • a control cylinder is mounted in a pivot connection at its rear end, on the support pillar.
  • the piston of the control cylinder has its end mounted in a pivot connection on a control lever, one of the ends of which is mounted in a pivot connection at the lower end of the support pillar.
  • the second end of the control lever is in contact with a pedal of the vehicle making it possible to modify the speed of rotation of the engine and, therefore, the speed of rotation of the power take-off.
  • the automation module therefore makes it possible, by means of the servo cable, to control the control cylinder in order to regulate the speed of the motor.
  • the removable connection means between the vehicle and the compressor module 37 may consist of an agricultural cardan transmission mechanism configured to be connected directly or indirectly via a torque to a driving axle of a vehicle of the truck, car or tractor type, for example. It may for example be two rollers capable of receiving a wheel of the vehicle. The rotation of the wheel drives that of the rollers which mesh and drive a power take-off connected to the compressor shaft by a cardan-type transmission.
  • the gas coming from the network 15 first flows through the buffer tank module 35 then through the module 32 of verification of gas and metering compliance, the dehydration module 33, a quick-attach hose 71 and a first part 36A of the interconnection module 36.
  • This first part 36A comprises inlet valves 72, a connection manifold for gas suction 73 and outlet valves 74.
  • Flanged hoses 75 connect each outlet valve 74 to the inlet of a compressor module 37.
  • Each outlet of a compressor module 37 is connected by a flanged hose 76 to a second part 36B of the interconnection module 36.
  • This second part 36B comprises inlet valves 77, a gas discharge connection manifold 78 and outlet valves 79.
  • a quick-attach hose 80 connects the one of the outlet valves 79 to the transport network 10.
  • the module 31 performs the functions of safety, control (in pressure or flow regulation) and stability of the network 15 and the module 34 performs the utility functions, in particular power supply .
  • Flow regulation means that the flow passing through the compressor is constant when the mobile reverse installation is operating. On the other hand, it is indeed the suction pressure (for example in a medium-pressure network) which triggers the starting and stopping of the compressor when this pressure reaches limit values fixed during step 54.
  • the figure 9 represents an example of evolution of the pressure 90 upstream of the compressor and of the flow 91 of the compressor, in a case where the compressor starting pressure limit value is at 4.2 bars and where the stopping pressure limit value of the compressor is at 2.5 bar.
  • the automaton regulates the operation of the compressor to have a constant flow rate of 700 Nm 3 /h.
  • FIG. 10 illustrates an example of the evolution of the pressure 90 upstream of the compressor and of the flow 91 of the compressor with a pressure setpoint value upstream of the compressor of 4 bars, as a function of the flow 92 of gas consumed by consumers on the distribution network , flow 93 of gas injected by biomethane producers into the distribution network.
  • the flow rate 94 of gas supplied by the transport network was also observed.
  • a first compressor operates the reverse installation up to its operating limit. If needed, the automaton controls the operation of a second compressor to complete the flow of gas passing through the reverse installation.
  • the compressor is driven by a gas engine from which is taken all the hydraulic power necessary to supply the auxiliaries. The installation is then completely independent and does not require connection to the electrical network.
  • air coolers are placed at the rear and not above the vehicle. Installation operations are thus reduced since there is no crane operation for the air coolers.
  • the reverse installation can be left as it is on site for long-term use or the reverse installation can remain mounted on the truck or trailer during operation.
  • the electrical cabinet at the front is isolated from the rest of the installation and notably includes a 3G industrial router for telecommunications.
  • a mobile analysis laboratory comprising a common chromatograph for measuring THT and gas components and a hygrometer, for example ceramic, is integrated into the reverse installation.
  • the reverse installation can also integrate a dehydration skid and a volumetric meter for invoicing.
  • the regulation can be done in flow.
  • the pressure on the medium pressure network is not regulated but limited between a minimum and maximum value. For the compressor this means operation where the engine speed is adapted for a fixed volume flow. If the distribution network does not tolerate pressure variations, pressure regulation is chosen. In all cases, it is considered that the pressure of the transport network is regulated elsewhere.
  • the compressor can be a horizontal reciprocating compressor, which is more reliable and less fragile than a “V” compressor. With this type of compressor, pressure regulation by variation of engine speed can easily be envisaged.
  • This engine can be an engine consuming gas taken from the distribution network at the first pressure.
  • Reciprocating compressors allow very high compression ratios and great flexibility in their use.
  • a reciprocating compressor can start and run at near zero flow.
  • Horizontal reciprocating compressors have, for example, pistons mounted in tandem.
  • the compression chamber has a smaller area which allows the compression ratio to be increased.
  • a double-acting piston compresses the gas on the way out and on the way back.
  • the compression chambers are of equal areas. This configuration is more complex because the segments must be sealed on both sides. Such an arrangement of pistons makes it possible to increase the compactness of a compressor by multiplying the compression chambers.
  • Small capacity compressors can be air-cooled, with a fan mounted directly on the shaft.
  • the gas is cooled in intermediate exchangers and a glycol water circuit passes through the cylinder liners to also cool the gas during compression.
  • valve in series downstream of the compressor in order to facilitate its start-up. Indeed, in the absence of throttling, the motor would have to overcome the back pressure of the network at a reduced speed and under these conditions the motor torque would skyrocket. Whatever the solution chosen for the regulation of the network, a relief valve or a valve downstream of the compressor is recommended for starting the machine.
  • a gas motorization makes it possible to guarantee the presence of a source of energy whatever the place considered.
  • the motors are of the industrial type.
  • Correlation calorimeters can only work for an already known type of gas (natural gas or biomethane), and must be preset accordingly. Indeed, the algorithm which deduces the PCS from the conductivity measurement and a calibration curve cannot operate over a wide range of composition covering natural gas and biomethane.
  • the gas is a mixture of natural gas and biomethane, so it is not possible to predict its composition.
  • the mobile reverse installation comprises a means of obtaining the composition of the gas.
  • the analysis of the gas composition is done by a chromatograph.
  • the device can be composed of a pneumatic analysis box, a separate electrical box comprising the electronic components for data processing.
  • the electrical box can be deported in the electrical cabinet while the pneumatic analysis box is integrated in an air-conditioned laboratory and protected from vibrations, mounted on the mobile reverse installation.
  • the trailer of the mobile reverse installation is equipped with a bottle storage system.
  • the gas is sampled at regular time intervals by an automated system (pneumatic valves).
  • a single analyzer equips the mobile reverse installation, downstream of the dehydrator.
  • the gas composition and THT (TetraHydroThiophene) content analyzer is preferably a single machine. This solution is currently being tested with a view to obtaining approval for the network.
  • the mobile reverse installation incorporates an air-conditioned laboratory protected from shocks and vibrations, a laboratory which comprises at least one chromatograph.
  • a quartz crystal hygrometer or a ceramic sensor is used.
  • Each compression stage is equipped with a valve. If these valves are connected to the distribution network, the influence of the back pressure is taken into account when calculating the coefficient of debt.
  • the pressure relief valve setting is PMS (67.7) + 6% maximum.
  • the suction valve setting is PS + 6%.
  • the reverse installation includes a fire control panel, with detector and extinguisher, as well as gas detection.
  • the electrical cabinet is isolated from the compressor by a wall comprising watertight bulkhead passes.
  • Vehicle 100 is a fitted, containerized, pre-assembled truck or trailer comprising all the functionalities (motor-compressor and its auxiliaries, cooling circuit with fan, transaction metering, instrumentation and industrial computer).
  • the gas engine is supplied by the gas network of lower pressure, in order to avoid expanding the gas that one seeks to compress using the reverse.
  • the rear part 101 comprises the air coolers.
  • the next part, 102 has the gas engine and an air filter.
  • the compressor is in part 103, with its auxiliaries.
  • the front part 104 comprises the other functions of the mobile reverse installation, in particular gas analysis, metering, dehydration, remote communication, fire control panel and automatic control).
  • a direct motor-compressor coupling there is a direct motor-compressor coupling, an insulated electrical cabinet (in part 104), a water cooling circuit, primary energy extraction on the compressor via a hydraulic system to supply the main consumers (in particular fans and pumps), a battery linked to the vehicle engine and to the compressor motor to supply the electronic auxiliaries (in particular sensors and electrical cabinets), fan included .
  • the main source of energy is natural gas.
  • the list of consumers includes compressor auxiliaries, fans, dry cooler, compressor water pump, engine auxiliaries, lubricating oil pump, electric oil heater, control-command, alternator 24 volts and control systems.
  • Small consumers in particular control cabinet, lighting, instrumentation, metering and gas quality
  • a 24V alternator connected to a battery.
  • This battery is powered by the gas engine. It is also connected to the truck engine so that the control devices are operational immediately after transport.
  • the engine's cooling system, fan and lubrication are supplied by a hydraulic system, the power of which is extracted directly from the engine.
  • the pressure regulation is done via the servomotors of the regulators.
  • the service valves are manual because it is not necessary to isolate the compressor from the network when the machine is shut down.
  • the installation does not have actuators, which reduces consumption.
  • actuators a hydraulic or pneumatic supply is preferred. Indeed, these actuators do not consume anything when stopped (unlike electric actuators which maintain a current at their terminals to fight against the closing of the spring).
  • the compressor makes it possible to automatically adapt the number of compression stages to the input conditions.
  • upstream pressure is high, all compressor stages are energized simultaneously to increase flow.
  • the compression is staged with possible intermediate cooling.
  • This system improves the adaptation of the compressor to the operating conditions. It makes it possible to avoid the use of a pre-expansion valve (which lowers the overall performance of the system) over a wider pressure range.
  • the compressor can quickly lower the pressure of the distribution network (if it is very high) by being in the first mode of operation. Once the pressure has been lowered to a certain predetermined value, the compressor switches to the second mode of operation, to ensure the required compression rate.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention concerne une installation de rebours mobile. Elle s'applique, en particulier, aux réseaux de transport de gaz pour exporter des excédents de gaz renouvelable d'un réseau de distribution vers un réseau de transport, qui a une capacité de stockage beaucoup plus élevée.
    • ÉTAT DE LA TECHNIQUE
  • La production de biogaz connaît une forte croissance en Europe et sa valorisation conditionne la création d'une filière de méthanisation pérenne. Dans la suite, le « biométhane » définit le gaz produit à partir du biogaz brut issu de la méthanisation anaérobique de déchets organiques (la biomasse) ou par gazéification haute température (suivie d'une synthèse par méthanation) ; épuré et traité de façon à le rendre interchangeable avec du gaz naturel de réseau.
  • Si la méthode de valorisation la plus courante est la production de chaleur et/ou d'électricité, la valorisation sous forme de carburant et l'injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel sont aussi en développement.
  • L'injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel est déjà réalisée en Europe. Dans un contexte de fort développement du biométhane, les distributeurs de gaz naturel se trouvent face à des situations de manque d'exutoire. En effet, les consommations des clients domestiques varient en moyenne de 1 à 10 entre l'hiver et l'été sur les distributions publiques. L'injection de biométhane n'est initialement possible que si elle se fait à un débit inférieur au débit minimal relevé pendant les périodes de plus faibles consommations ou si le biométhane est produit au plus proche des consommations. Lorsque la production dépasse les quantités consommées, cela tend à saturer les réseaux de distribution lors des saisons chaudes. Cette situation limite le développement de la filière de production de biométhane par la congestion des réseaux de distribution de gaz naturel. Plusieurs solutions ont été identifiées pour résoudre ce problème : le maillage des réseaux de distribution pour augmenter les capacités de consommation du biométhane produit par la multiplication des consommateurs raccordés, la modulation de la production de biométhane selon les saisons et les besoins de consommation, la micro-liquéfaction et compression pour stocker les productions de biométhane pendant les saisons de faible consommation, le développement d'usages du gaz (pour la mobilité, notamment), ainsi que la réalisation de postes de rebours entre les réseaux de distribution et de transport de gaz naturel.
  • Les installations de rebours sont ainsi une des solutions identifiées pour développer les capacités d'injection de biométhane. Ces installations permettent d'exporter des excédents de biométhane d'un réseau de distribution vers le réseau de transport, en les comprimant et les réinjectant dans ce réseau de transport pour ainsi bénéficier de sa plus grande capacité de stockage de gaz. Ainsi, les producteurs ne devraient plus limiter leurs productions et la rentabilité de leurs projets serait plus facilement assurée. Le poste de rebours est un ouvrage de l'opérateur de transport permettant le transfert de gaz depuis le réseau de distribution vers le réseau de transport disposant d'une grande capacité de stockage, par l'intermédiaire d'une station de compression de gaz. Le poste de rebours peut être localisé soit à proximité du poste de détente, soit à un autre endroit où les réseaux de transport et de distribution se croisent.
  • Le rebours intègre donc une fonction de compression du gaz pour l'adapter aux contraintes imposées par l'aval de ce compresseur, c'est-à-dire le réseau de transport. Les rebours actuels sont des installations fixes dans lesquelles les compresseurs sont placés dans des bâtiments. Chaque compresseur y est entrainé par un moteur électrique raccordé au réseau électrique.
  • Pour des questions économiques, certains rebours ne sont équipés que d'un compresseur assurant 100% du débit. Ces rebours ne garantissent donc pas un fonctionnement normal en cas de panne du seul compresseur. Mais l'installation d'un second compresseur assurant 100% du débit pour assurer un secours en cas de panne d'un rebours fixe est une solution onéreuse. En cas de panne d'un poste de rebours, les producteurs de biométhane ne peuvent ainsi plus fournir leur production de biométhane. De même, en cas de raccordement d'un nouveau fournisseur de biométhane sans installation préalable d'un poste de rebours qui devient nécessaire, les producteurs de biométhane sont pénalisés. De même, le besoin d'un poste de rebours peut être ponctuel ou un investissement dans un tel poste de rebours peut-il être différé, notamment dans l'attente d'autres raccordements de producteurs de biométhane, avec les mêmes conséquences pour cette filière.
  • Par ailleurs, les configurations des réseaux de distribution évoluent, notamment lorsqu'un fournisseur de biogaz y est relié et y injecte du biogaz ou s'en déconnecte. Parallèlement, la consommation de gaz sur ce réseau de distribution peut augmenter ou réduire, par exemple lors de l'installation d'une usine ou d'une grande surface consommatrice ou lors de son arrêt. La capacité du rebours peut donc se retrouver, transitoirement ou définitivement, excédentaire ou insuffisante.
  • Plus généralement, les installations de rebours existantes ne permettent pas une évolution de leur dimensionnement en fonction du besoin.
  • Les rebours actuels sont des installations fixes où les compresseurs sont placés dans des bâtiments. Les rebours actuels ne permettent donc pas une rapidité et une flexibilité d'intervention sur les réseaux.
  • On connaît le document DE 10 2009 038 128 qui divulgue une installation de rebours positionnée entre deux réseaux de gaz de pression différente.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. La présente invention vise une installation de rebours comportant :
    • des modules comportant les fonctions suivantes :
      • ∘ au moins un compresseur pour comprimer du gaz,
      • ∘ un automate de commande de fonctionnement d'au moins un compresseur,
      • ∘ au moins un capteur de conformité de qualité du gaz circulant dans le compresseur,
      • ∘ au moins un compteur pour compter un débit de gaz circulant dans le compresseur et
      • ∘ au moins un filtre pour filtrer le gaz circulant dans le compresseur ; et
    • un module d'interconnexion entre les autres modules et avec un réseau de gaz à une première pression et un réseau de gaz à une deuxième pression supérieure à la première pression ;
    dans lequel au moins un de ces modules est mobile, configuré pour être transporté, intégralement et en état de fonctionnement par connexion amovible au module d'interconnexion et à une source énergétique, sur un seul véhicule.
  • Grâce à ces dispositions, une installation de rebours fixe peut aisément être complétée par un module mobile pour augmenter ses capacités de compression ou pour suppléer un élément fixe en panne ou en cours de maintenance ou de mise à jour. Ainsi, pendant une augmentation temporaire des besoins en capacité de l'installation de rebours (surcapacité transitoire des producteurs de biogaz, baisse transitoire de la consommation par les consommateurs de gaz), on ajoute un module compresseur supplémentaire mobile à l'installation de rebours. Et on le retire une fois cette augmentation temporaire achevée.
  • L'installation de rebours mobile objet de l'invention a pour but d'adresser notamment les trois finalités suivantes :
    • assurer un secours mobile et un taux de disponibilité plus important en cas de panne d'une installation de rebours mobile déjà existante,
    • offrir la possibilité de différer un investissement dans une installation de rebours fixe,
    • d'offrir une solution temporaire en cas d'urgence (besoin ou retard) et
    • de répondre à des besoins ponctuels ou trop faibles pour justifier un investissement sur une installation de rebours fixe. Ce qui permet donc de renforcer le développement des capacités d'injection déjà initié par les installations de rebours fixes et donc de maximiser l'accueil des projets d'injection de biométhane.
  • Dans des modes de réalisation, tous les modules de l'installation de rebours sont mobiles, configurés pour être transportés, intégralement et en état de fonctionnement par connexion amovible au module d'interconnexion et à une source énergétique, sur un seul véhicule.
  • Grâce à ces dispositions, des besoins temporaires de rebours, par exemple dans l'attente de la mise en place d'une installation de rebours fixe, peuvent être comblés par une installation de rebours mobile.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte une source d'alimentation électrique autonome mobile.
  • Grâce à ces dispositions, l'installation de rebours mobile n'a pas besoin, pour fonctionner, d'être reliée au réseau électrique.
  • Dans des modes de réalisation, la source d'alimentation électrique mobile est une génératrice mise en fonctionnement par un moteur de véhicule.
  • Grâce à ces dispositions, un même moteur peut être utilisé pour actionner différents modules, voire pour mettre le véhicule en mouvement.
  • Dans des modes de réalisation, la source d'alimentation électrique est un moteur alimenté en gaz à la première pression.
  • Grâce à ces dispositions, la source d'énergie primaire est le gaz qui est à comprimer, ce qui évite d'avoir à transporter cette énergie primaire.
  • Dans des modes de réalisation, au moins un module comporte un détecteur de gaz et/ou un détecteur d'incendie.
  • Grâce à ces dispositions, la sécurité de l'installation de rebours mobile est assurée par au moins un des modules qu'elle comporte.
  • Dans des modes de réalisation, au moins un compresseur est mécaniquement actionné par un moteur de véhicule.
  • Grâce à ces dispositions, un même moteur peut être utilisé pour actionner le compresseur et pour mettre le véhicule en mouvement.
  • Dans des modes de réalisation,
    Dans des modes de réalisation, le module d'interconnexion comporte, de plus :
    • une unité mobile de distribution pour distribuer du gaz provenant d'un réseau de gaz à une première pression à plusieurs modules par une interface et
    • une unité mobile de collecte pour collecter le gaz provenant de chaque dit module à une deuxième interface.
  • Grâce à ces dispositions, les flux de gaz entre les différents modules sont aisément mis en place pour l'exploitation d'une installation de rebours.
  • Dans des modes de réalisation, l'automate est configuré pour commander le fonctionnement d'une pluralité de compresseurs en fonction de la capacité de compression des compresseurs opérationnels.
  • Grâce à ces dispositions, l'évolution des capacités de compression de l'installation de rebours est aisée. En effet, un module compresseur peut aisément être mis en service ou retiré dans cette installation.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte, de plus, au moins un circuit de recyclage muni d'une vanne, configuré pour détendre du gaz en sortie d'un compresseur et l'injecter en amont ou en entrée dudit compresseur, l'automate étant configuré pour commander le fonctionnement de la vanne du circuit de recyclage en fonction de la capacité de compression des compresseurs opérationnels qui sont mis en fonctionnement conjointement.
  • Grâce à ces dispositions, la stabilité du réseau de distribution est assurée, quelle que soit la capacité de compression opérationnelle des compresseurs mis en fonctionnement conjointement, c'est-à-dire simultanément ou avec un différé temporel réduit.
  • Dans des modes de réalisation, au moins un module de l'installation de rebours est intégré dans un container standard.
  • Dans des modes de réalisation, au moins un module de l'installation de rebours est monté sur un véhicule.
  • Grâce à chacune de ces dispositions, le transport de ce module est facilité.
  • Dans des modes de réalisation, au moins un compresseur est mécaniquement actionné par un moteur du véhicule.
  • Dans des modes de réalisation, au moins un module de l'installation de rebours est alimenté en énergie électrique par un générateur monté sur le véhicule.
  • Grâce à chacune de ces dispositions, l'actionnement du compresseur ne nécessite pas de surdimensionnement de l'alimentation électrique de l'installation de rebours, par rapport à l'alimentation des seuls compresseurs fixes.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte un laboratoire d'analyse mobile climatisé et protégé des chocs et vibrations, laboratoire comportant un chromatographe commun pour la mesure du THT et la composition du gaz.
  • Grâce à ces dispositions, un même chromatographe permet plusieurs mesures.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte un calorimètre à corrélation mettant en oeuvre la composition du gaz obtenue par un chromatographe.
  • Ainsi, le pouvoir calorifique du gaz est mesuré indirectement et à moindre coût.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte un hygromètre, par exemple à céramique.
  • Cet hygromètre étant moins sensible que d'autres types d'hygromètres aux vibrations, la conception de l'installation de rebours mobile est facilitée.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte un skid de déshydratation et un compteur volumétrique.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte un moyen de vannage en série à l'aval d'au moins un compresseur.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte un déverseur en série, à l'aval d'au moins un compresseur.
  • Le moyen de vannage et le déverseur facilitent le fonctionnement du compresseur, notamment lors de sa mise en marche.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte un système de stockage de gaz en bouteille et un moyen de prélèvement de gaz à différents instants, par exemple à vannes pneumatiques.
  • Grâce à ces dispositions, la composition du gaz peut être déterminée de manière différée, ce qui réduit le coût de revient de l'installation, par rapport à l'incorporation d'un chromatographe.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte une centrale à incendie, avec détecteur et extincteur, ainsi qu'un moyen de détection de gaz.
  • Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte un cabinet électrique isolé de chaque compresseur par une paroi comportant des passe-cloisons étanches.
  • Grâce à chacune de ces dispositions, la sécurité de l'installation est renforcée.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 représente, sous forme d'un schéma bloc, une installation de rebours connue dans l'art antérieur,
    • la figure 2 représente, sous forme d'un schéma bloc, une installation de rebours objet de l'invention,
    • la figure 3 représente, schématiquement, l'assemblage de différents modules d'une installation de rebours objet de l'invention,
    • la figure 4 représente, schématiquement, des modules d'un mode de réalisation mobile d'une installation de rebours,
    • la figure 5 représente, schématiquement, une installation de rebours fixe comportant un module mobile,
    • la figure 6 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes de mise en place et fonctionnement d'une installation de rebours objet de l'invention,
    • la figure 7 représente une interface mécanique entre un véhicule et un compresseur,
    • la figure 8 illustre les composants d'un module d'interconnexion dans une installation de rebours mobile complète,
    • la figure 9 représente des évolutions de débit et de pression lors de la régulation en débit du fonctionnement de l'installation de rebours,
    • la figure 10 représente des évolutions de débit et de pression lors de la régulation en pression du fonctionnement de l'installation de rebours et
    • la figure 11 représente une installation de rebours objet de l'invention, montée sur un véhicule.
    DESCRIPTION DE MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTION
  • La figure 1 représente schématiquement le principe d'une installation de rebours connue dans l'art antérieur. L'installation de rebours dispose d'un ensemble de fonctions techniques permettant de créer un flux de gaz en maîtrisant les conditions d'exploitation propres à un réseau de transport 10 et à un réseau de distribution 15. Ces fonctions comportent :
    • le traitement et le contrôle 19 de la conformité de la qualité du gaz aux prescriptions techniques de l'opérateur de transport,
    • le comptage 20 des quantités transférées,
    • la compression du gaz en provenance du réseau de distribution 15, par au moins un compresseur 21, il s'agit généralement de compresseurs à moteur électrique et à pistons, avec deux ou trois étages de compression,
    • la régulation 24 en pression ou en débit,
    • la filtration 22, amont et aval,
    • la gestion 18 de la stabilité du fonctionnement du réseau de distribution,
    • les organes de sécurité 26 et
    • les outils de pilotage 24 et de suivi de l'installation de rebours.
  • Ces différentes fonctions sont décrites ci-dessous. Il s'y ajoute des utilités (sources électriques, réseau de communication, etc.) nécessaires à la conduite d'une installation industrielle. L'installation de rebours est dimensionnée en tenant compte :
    • de la pression d'exploitation du réseau de transport 10 et de celle du réseau de distribution 15. La première doit être comprise entre 30 et 60 bars sur le réseau régional et peut atteindre 85 bars sur le réseau principal. La seconde est de l'ordre de 4 à 19 bars sur les réseaux MPC (Réseau Moyenne Pression de type C, soit une pression entre 4 et 25 bars) et inférieure à 4 bars sur les réseaux MPB (Réseau Moyenne Pression de type B, soit une pression entre 50 millibars et 4 bars),
    • de la capacité maximale de production des producteurs de biométhane 17 susceptibles d'injecter du biométhane dans le réseau de distribution 15, capacité qui varie de quelques dizaines de Nm3/h pour les plus petites unités, à plusieurs centaines de Nm3/h pour les plus grosses,
    • de la consommation des consommateurs 16 sur le réseau de distribution 15, notamment la consommation minimale et
    • de la faculté du réseau de distribution 15 à absorber des variations de pression (volume en eau).
  • L'ensemble de ces données permet de déterminer le débit maximal de l'installation de rebours et d'estimer sa durée de fonctionnement. Cette durée peut varier, selon les cas, d'un fonctionnement occasionnel (10 à 15 % du temps) jusqu'à un fonctionnement quasi-permanent. Cet exercice doit aussi intégrer le fait que les installations des producteurs 17 ne sont pas mises en service simultanément mais au fur et à mesure des années.
  • Concernant l'analyse 19 de la conformité du gaz, des écarts existent entre les spécifications de qualité de gaz appliquées aux réseaux de transport 10 et de distribution 15, du fait des différentes pressions d'exploitation, de l'infrastructure, des matériaux, des usages et des interfaces avec les stockages souterrains. Les spécifications des réseaux de transport 10 sont généralement les plus contraignantes que celles des réseaux de distribution 10. Ainsi, pour garantir que l'installation de rebours de gaz du réseau de distribution 15 vers le réseau de transport 10 s'insère dans le fonctionnement opérationnel du réseau de transport 10, les dispositions suivantes sont prévues :
    • une unité de déshydratation 29 à l'amont de la compression 21, pour réduire les risques de condensation sur le réseau haute pression de transport, de formation d'hydrates et de corrosion,
    • en option, un laboratoire d'analyse des paramètres de combustion (indice de Wobbe, pouvoir calorifique et densité de gaz) pour injecter les relevés dans le système de détermination des énergies de l'opérateur de transport.
  • À la discrétion de l'opérateur de transport, l'analyse d'autres teneurs de composés (CO2, H2O, THT, etc.) est optionnelle et n'est réalisée que s'il y a un risque avéré de contamination du réseau de transport 10 (exemple : rebours d'un biométhane avec une forte teneur en CO2 sans possibilité de dilution sur les réseaux de distribution 15 et de transport 10, ou opéré à une pression très élevée).
  • Concernant le comptage de gaz 20, l'installation de rebours est équipée d'une chaîne de comptage constituée d'un compteur et d'un dispositif de détermination de l'énergie local ou régional conformément à la métrologie légale.
  • Concernant la compression de gaz, l'unité de compression permet de comprimer le surplus de production de biométhane à la pression de service du réseau de transport 10. En fonction de critères économiques et de disponibilités de l'installation, plusieurs configurations sont possibles, par exemple
    • un compresseur 21 réalisant 100 % du besoin de rebours maximum,
    • deux compresseurs 21 réalisant chacun 100 % du besoin de rebours maximum où
    • deux compresseurs 21 réalisant chacun 50 % du besoin de rebours maximum.
  • La configuration est choisie par une étude des différents avantages et inconvénients en termes de coûts, de disponibilité, d'encombrement, et de possibilité d'évolution de l'unité de compression. La pression d'aspiration à considérer est la pression de service du réseau de distribution 15, qui dépend notamment des pressions d'injection des producteurs de biométhane 17. La pression de construction au refoulement à considérer est la pression maximale de service (« PMS ») du réseau de transport, par exemple 67,7 bars. Pour assurer le démarrage, la protection anti-pompage de chaque compresseur 21 (hors compresseur à pistons) ou le fonctionnement en recyclage stabilisé, un circuit de recyclage 27 muni d'une vanne 28 peut être prévu. Le circuit de recyclage détend du gaz à la deuxième pression et l'injecte en amont ou en entrée du compresseur lors de la mise en fonctionnement d'au moins un compresseur, sous la commande de l'automate 25.
  • L'étanchéité de chaque compresseur 21 peut être réalisée à l'huile ou à garniture sèche. Dans le premier cas, certaines dispositions de filtration sont mises en place (voir ci-dessous).
  • Un automate 25 réalise les fonctions de pilotage 24, de commande de chaque compresseur et de régulation et de stabilité 18 du réseau 15. On note que, dans toute la description, le terme « l'automate » signifie un automate ou un système informatique ou un ensemble d'automates et/ou de systèmes informatiques (par exemple un automate par fonction).
  • Concernant la régulation, l'évolution de la pression du réseau de distribution 15 à proximité de l'installation de rebours est corrélée au débit de gaz transitant par l'installation de rebours. Ces évolutions sont le résultat du fonctionnement dynamique des consommations de gaz sur le réseau de distribution 15, des capacités injectées de biométhane par les producteurs 17 et du fonctionnement de l'installation de livraison, par le biais d'une vanne 14, et de rebours. On intègre donc des possibilités d'adaptation de la plage de fonctionnement de la pression d'aspiration de l'installation de rebours, ainsi qu'une régulation des compresseurs 21 qui peut anticiper les contraintes s'exerçant sur le réseau de distribution 15, selon les configurations rencontrées. C'est une différence avec les postes de livraison sans rebours, pour lesquels la pression est régulée sur le point de livraison de façon à être fixe, quelles que soient les consommations par les consommateurs 16. En conséquence, le mode de régulation (pression ou débit) du flux en rebours vers le réseau de transport 10 est adapté au bon fonctionnement de l'installation de rebours.
  • Selon les spécifications des compresseurs et pour éviter leur détérioration ou du fait des contraintes liées au fonctionnement du réseau de transport 10, une filtration est prévue dans la fonction de conformité de qualité de gaz, en amont de la compression pour récupérer les éventuels liquides et les poussières contenues dans le gaz issu du réseau de distribution 15. De plus, dans le cas d'un compresseur 21 à étanchéité à l'huile, un filtre coalesceur 22 est installé en sortie du compresseur 21, par exemple avec une purge manuelle et un niveau visuel.
  • Un système de refroidissement 23 refroidit tout ou partie du gaz comprimé pour maintenir la température à l'aval, vers le réseau de transport 10, à une valeur inférieure à 55 °C (température de certification des équipements). Pour assurer le fonctionnement du système de refroidissement 23, celui-ci est dimensionné à partir de valeurs de température ambiante pertinentes selon les historiques météorologiques.
  • Le poste de livraison 12 est une installation, située à l'extrémité aval du réseau de transport qui permet la livraison du gaz naturel en fonction des besoins exprimés par le client (pression, débit, température...). Il s'agit donc de l'interface de détente du gaz du réseau de transport 10 vers le réseau de distribution 15 ou vers certaines installations industrielles. Le poste de livraison 12 intègre donc des vannes de détente pour diminuer la pression pour s'adapter aux conditions imposées par l'aval.
  • Pour éviter des phénomènes d'instabilité, l'installation de rebours ne doit pas fonctionner simultanément avec le poste 12 de détente et livraison du réseau de transport 10 vers le réseau de distribution 15. Des valeurs limites de démarrage et d'arrêt de l'installation de rebours sont fixées en conséquence et chaque automate 25 d'une installation combinant détente 12 et rebours est adapté de façon à interdire la simultanéité de ces deux fonctions. Les installations de rebours, lors de leur phase de démarrage, de fonctionnement et d'arrêt, limitent les perturbations du réseau amont (distribution 15) et du réseau aval (transport 10) en évitant notamment de déclencher des sécurités en pression du poste de livraison 12. Les paramètres suivants sont pris en compte :
    • nombre de cycles de démarrage et d'arrêt de chaque compresseur 21 et sa compatibilité avec les recommandations du fournisseur du compresseur 21,
    • le démarrage et l'arrêt de chaque compresseur 21 par une routine, faisant suite à une temporisation,
    • l'utilisation d'un volume tampon (non représenté) en amont de chaque compresseur 21, pour amortir les variations de pression et de débit du réseau de distribution 15.
  • Une fonction de pilotage et de supervision réalisée par l'automate 25 permet d'obtenir :
    • un mode de fonctionnement automatique,
    • une visualisation/supervision du fonctionnement de l'installation de rebours et
    • le démarrage de l'installation de rebours.
  • L'historisation des données est réalisée pour attester des conditions de fonctionnement.
  • En cas d'urgence, l'installation de rebours est isolée du réseau de distribution 15, par la fermeture de la vanne 14. Une fonction « arrêt d'urgence » permet d'arrêter et de mettre en sécurité l'installation de rebours. L'installation de rebours est aussi munie de dispositifs de sécurité en pression et en température 26. Il n'y a pas mise à l'évent automatique sauf contre-indication des études de sécurité. L'installation de rebours est équipée de systèmes de détection incendie et gaz 26. Un moyen de protection contre les sur-débits est prévu pour protéger les appareils, sous la forme d'un organe physique tel qu'un orifice de restriction ou par l'intermédiaire d'un automatisme.
  • On note que le débit d'un rebours peut varier de quelques centaines à quelques milliers de Nm3/h selon les cas.
  • La figure 2 représente un mode de réalisation particulier d'une installation 30 de rebours évolutive objet de l'invention. On y retrouve les fonctions illustrées en figure 1, regroupées dans des modules :
    • le module 37 regroupe les fonctions de compression 21, de filtration 22, de refroidissement 23 et recyclage 27 et 28,
    • le module 31 regroupe les fonctions de sécurité 26, de pilotage 24 et de stabilité du réseau 18,
    • le module 32 regroupe les fonctions de vérification de conformité de la qualité du gaz 19 et de comptage 20 et
    • le module 33 comporte la fonction de déshydratation 29.
  • Deux modules s'ajoutent à cet ensemble de modules :
    • un module 34 comporte les fonctions d'utilité, notamment d'alimentation électrique et
    • un module 35 comporte un réservoir tampon pour stocker du gaz issu du réseau de distribution en amont de la compression et limiter ainsi les effets transitoires lors du déclenchement de la compression.
  • Les relations du module 34 avec les autres modules ne sont pas représentées en figure 2, dans un but de clarté. On note, cependant, que le module 34 alimente en énergie électrique tous les autres modules qui en consomment.
  • Les six modules différents regroupent ainsi les composants d'une même fonctionnalité d'une installation de rebours :
    • le module de compression 37 pour la fonction de compression du gaz en cas de panne du compresseur fixe. Le compresseur est soit entrainé par le moteur du camion qui le transporte ou le tracte, soit entrainé par un moteur électrique alimenté par le module d'alimentation électrique ou le réseau électrique du site existant. Pour pouvoir s'adapter à une large gamme de débit, il est possible de raccorder plusieurs modules de compression en parallèle via un module d'interconnexion,
    • le module 31 d'automatisme contenant un automate programmable afin d'acquérir l'ensemble des données nécessaires à la surveillance des différents modules fonctionnels, avec une interface homme machine permettant de visualiser l'état des modules et de passer les commandes lorsque le rebours fonctionne en mode manuel,
    • le module 32 d'instrumentation contenant différents analyseurs de gaz en O2, H2O, CO2 et THT ainsi qu'une unité de comptage de type transactionnel. Ce module contient également un filtre permettant de séparer les particules solides et liquides potentiellement entrainées par le gaz naturel du réseau de distribution,
    • le module 33 de déshydratation (utilisation optionnelle) pour gérer les teneurs en eau différentes entre les réseaux de distribution et de transport,
    • le module 34 d'alimentation électrique contenant un groupe électrogène, pour alimenter le module de compression, et un système d'alimentation sans interruption (batteries avec leur chargeur et éventuellement onduleur) pour alimenter le contrôle-commande des différents modules et
    • le module 35 de ballon tampon grand volume (utilisation optionnelle) pour
      • o garantir un volume suffisamment important à l'aspiration de la compression, afin de respecter les temps de démarrage et d'arrêt du groupe de compression et
      • o avoir un volume suffisant pour absorber les surpressions en cas d'incident
  • En dehors du module 35 de ballon tampon grand volume, chacun de ces modules est préférentiellement intégré dans un container autonome, comme illustré en figure 3.
  • Les six modules sont transportables par un camion ou une remorque de camion et raccordables entre eux de manière à pouvoir former une installation de rebours mobile complet. Chaque module est également raccordable à une installation de rebours fixe pour assurer sa fonctionnalité dédiée en cas de panne du matériel fixe. Chaque module comporte ses propres sécurités et son propre automate, ce qui le rend autonome et indépendant des autres modules, en dehors du pilotage global de l'installation de rebours, de l'énergie et de l'arrivée de gaz, le cas échéant.
  • Ainsi la mise en exploitation d'une installation de rebours entièrement mobile ainsi que l'évolution des capacités d'une installation de rebours fixe ou mobile sont aisées. En effet, il suffit de raccorder les différents modules ou d'ajouter un module à une installation existante.
  • On observe, en figure 3, relié au réseau de transport 10 et au réseau de distribution 15, un module d'interconnexion 36 qui assure la répartition du gaz entre les modules de compression 37. Le module d'interconnexion 36 comporte des vannes et une grille d'interconnexion (voir figure 8), pour relier les différents modules. Le module d'interconnexion 36 se raccorde aux réseaux 10 et 15 par l'intermédiaire d'une bride existante avec un raccord rapide. Par exemple, le module d'interconnexion 36 comporte des raccords flexibles.
  • On observe, en figure 4, les différents modules illustrés en figure 2, sous forme de containers standards permettant leur transport sur des camions ou des remorques.
  • On observe, en figure 5, une installation de rebours 40, qui comporte une partie fixe dans un bâtiment, notamment une dalle 41 de support des différents systèmes, une armoire 42 comportant l'automate 33, au moins un compresseur 43, et une ligne 44 de raccordement électrique et informatique des différents systèmes munis de capteurs et d'actionneurs (notamment vannes).
  • Dans le mode de réalisation illustré en figure 5, l'installation de rebours 40 comporte au moins un espace d'accueil, ou emplacement, 49 dédié pour un compresseur supplémentaire à proximité d'une interface libre de l'unité de distribution et à proximité d'une interface libre de l'unité de collecte. La mise en oeuvre de chaque compresseur supplémentaire est ainsi facilitée.
  • L'espace d'accueil 49 est muni d'au moins un connecteur 83 d'entrée de gaz à la première pression, d'au moins un connecteur 81 de sortie de gaz à la deuxième pression et d'au moins un connecteur d'alimentation énergétique 82 (gaz provenant du réseau de distribution 15 ou électricité) de chaque compresseur mobile supplémentaire 37. Ce connecteur 82 peut alimenter un moteur électrique ou thermique d'actionnement du compresseur mobile supplémentaire 37 ou une génératrice d'un véhicule en gaz à la première pression, génératrice alimentant un moteur électrique actionnant le compresseur mobile supplémentaire 37.
  • Les canalisations et les alimentations électriques (non représentées) sont dimensionnées pour le fonctionnement simultané de chaque compresseur fixe 43 et de chaque compresseur mobile supplémentaire 37. Ainsi, l'installation de rebours 40 peut accueillir chaque compresseur supplémentaire sans que celui-ci ne doive être associé à une alimentation et/ou à des canalisations supplémentaires.
  • On observe, en figure 5, l'installation de rebours 40 après raccordement d'un module compresseur supplémentaire mobile 37 monté sur un véhicule 47 (ici un camion ou une remorque) et raccordé au réseau de distribution 15 par un raccord 48.
  • Grâce à la mobilité du compresseur supplémentaire 37, pendant une augmentation temporaire des besoins en capacité de l'installation de rebours 40 (panne ou surcapacité transitoire des producteurs de biogaz, baisse transitoire de la consommation par les consommateurs de gaz), on ajoute rapidement et aisément le compresseur supplémentaire mobile 37 à l'installation de rebours 40. Et on le retire une fois cette augmentation temporaire achevée.
  • Du fait que le module compresseur 37 est monté sur un véhicule 47 et, préférentiellement intégré dans un container standard, le transport du module compresseur 37 est facilité.
  • Dans des modes de réalisation, le module compresseur 37 est mécaniquement actionné par un moteur du véhicule 47, comme exposé en regard de la figure 7. À cet effet, une liaison mécanique, par exemple à cardans, relie un arbre du moteur du véhicule 47, par exemple son moteur unique, à un arbre du compresseur. Préférentiellement, le moteur actionnant le compresseur supplémentaire 37 est un moteur électrique ou un moteur à gaz utilisant du gaz issu de la canalisation à plus basse pression du réseau de distribution 15.
  • Dans des modes de réalisation, au moins un compresseur mobile supplémentaire 37 est alimenté en énergie électrique par un générateur monté sur le véhicule 47, fonctionnant préférentiellement avec du gaz issu de la canalisation à plus basse pression du réseau de distribution 15. Ainsi, l'actionnement du compresseur 37 ne nécessite pas de surdimensionnement de l'alimentation énergétique de l'installation de rebours 40, par rapport à l'alimentation des seuls compresseurs fixes 43.
  • Dans le mode de réalisation illustré en figure 5, l'installation 40 de rebours comporte :
    • au moins le compresseur fixe 43 entre le réseau de distribution de gaz 15 à une première pression, et le réseau de transport de gaz 10 à la deuxième pression et
    • l'espace d'accueil 49 d'au moins un compresseur supplémentaire, espace muni d'au moins un connecteur 83 d'entrée de gaz à la première pression, d'au moins un connecteur 81 de sortie de gaz à la deuxième pression et, optionnellement, d'au moins un connecteur d'alimentation énergétique 82 (gaz provenant du réseau de distribution 15 ou électricité) du compresseur mobile supplémentaire 37,
    • l'unité 31 de distribution pour distribuer du gaz provenant du réseau de gaz à la première pression à chaque compresseur fixe et au connecteur d'entrée de gaz à la première pression pour au moins un compresseur mobile supplémentaire 37 et
    • l'unité 32 de collecte pour collecter le gaz provenant de chaque compresseur fixe et du connecteur de sortie de gaz à la deuxième pression pour chaque compresseur mobile supplémentaire 37.
  • L'automate 33 de commande de fonctionnement de chaque compresseur fixe et de chaque compresseur mobile supplémentaire 37, est configuré pour détecter les compresseurs fixes et supplémentaires opérationnels, pour déterminer la capacité de compression des compresseurs opérationnels et commander le fonctionnement de chaque compresseur fixe et de chaque compresseur supplémentaire en fonction de la capacité de compression des compresseurs fixes et supplémentaires opérationnels.
  • En figure 5, l'espace d'accueil 49 d'au moins un compresseur supplémentaire est configuré pour accueillir un véhicule portant au moins un compresseur supplémentaire. L'installation 40 est configurée pour que le véhicule 47 accède en roulant de l'extérieur de l'installation à l'espace d'accueil 49.
  • La nature modulaire de l'installation de rebours mobile objet de l'invention permet au gestionnaire de réseau de transport de n'avoir à transporter que les fonctionnalités en panne dans l'installation de rebours fixe. Les interventions sont donc plus simples et la maintenance du système peut être réalisée sur une partie de l'équipement, laissant les autres parties fonctionnelles.
  • On observe, en figure 6, des étapes d'un procédé de mise en fonctionnement d'une installation de rebours mobile objet de l'invention.
  • Au cours d'une étape 51, on transporte chaque module au lieu d'implantation, par exemple à proximité d'un poste de détente de gaz du réseau de transport et de fourniture du gaz détendu à un réseau de distribution.
  • Une installation de rebours mobile comporte au moins le module d'automatisme 31, le module d'interconnexion 36 et un module compresseur 37. Le module d'alimentation électrique 34 est préférentiel, mais il peut être remplacé par une génératrice associée à un moteur de véhicule, comme exposé en regard de la figure 7.
  • Au cours d'une étape 52, on réalise le raccordement des modules, entre eux par l'intermédiaire du module d'interconnexion 36, et aux canalisations des réseaux de transport 10 et de distribution 15. On relie aussi électriquement les modules consommant de l'énergie électrique et informatiquement les modules comportant des capteurs et/ou des actionneurs, par exemple des vannes.
  • Au cours d'une étape 53, l'automate détecte la présence du compresseur supplémentaire et sa capacité de compression. Cette détection peut être automatique, par exemple par la détection de la liaison électrique entre l'automate et le moteur du compresseur, ou manuelle, l'installation du compresseur étant déclarée par un opérateur sur une interface utilisateur de l'automate.
  • Au cours d'une étape 54, l'automate définit le paramétrage du fonctionnement de l'installation de rebours mobile en fonction de la capacité de compression opérationnelle (c'est-à-dire y compris le module compresseur mais sans tenir compte des compresseurs en panne ou à l'arrêt, par exemple pour maintenance ou mise à jour). Le paramétrage du fonctionnement consiste essentiellement à fixer :
    • des valeurs limites de pression et d'autres grandeurs physiques mesurées par des capteurs intégrés aux différents appareils présents dans l'installation et
    • éventuellement, des valeurs de paramètres d'actionnement de vannes et d'autres appareils, telles que des durées de temporisation ou des courbes d'évolution.
  • Au cours d'une étape 55, l'automate commande la mise en fonctionnement de l'installation de rebours.
  • Au cours d'une étape 56, l'automate reçoit des grandeurs physiques captées par les capteurs de l'installation de rebours, notamment la valeur de la pression en entrée de chaque compresseur.
  • Au cours d'une étape 57, l'automate réalise un asservissement du circuit de recyclage en fonction de la capacité de compression opérationnelle. En effet, le démarrage unitaire ou conjoint de compresseurs provoque un pic de pression et peut engendrer des problèmes de pression maximale de service (« PMS ») et de pression minimale (2,5 bars). On évite ces risques en définissant des valeurs limites et on met en oeuvre le circuit de recyclage (re-détente) pour réaliser une rampe de démarrage et casser le transitoire.
  • Au cours d'une étape 58, l'automate reçoit des grandeurs physiques captées par les capteurs de l'installation de rebours, notamment la valeur de la pression en entrée de chaque compresseur.
  • Au cours d'une étape 59, l'automate réalise un asservissement du fonctionnement stationnaire de l'installation de rebours, jusqu'à l'arrêt des compresseurs (voir figures 9 et 10). Puis on retourne à l'étape 56 pour la prochaine phase de mise en fonctionnement d'au moins un compresseur.
  • Comme illustré en figure 7, le compresseur 37 et le module d'alimentation électrique peuvent être entraînés par un moteur autonome ou le moteur d'un véhicule, notamment un camion ou un tracteur. Dans le mode de réalisation illustré en figure 7, l'arbre de force d'un tracteur 60 entraîne le compresseur mobile 37 et fournit l'électricité nécessaire à l'installation de rebours.
  • Préférentiellement, on prévoit un écran anti-bruit (20dB) et une utilisation du moteur du tracteur à une puissance moyenne, pour réduire les nuisances sonores.
  • Le module d'alimentation électrique 34 animé par un moteur de véhicule est, par exemple du type décrit dans la demande internationale PCT WO2013182824 .
  • L'actionnement mécanique du module de compression 37 peut aussi être réalisé par le moteur de ce véhicule.
  • Comme on le constate sur la figure 7, des moyens de connexion amovible sont agencés sur le module de compression 37. Ces moyens de connexion amovible sont configurés pour connecter de manière temporaire l'axe de liaison d'un compresseur à une prise de force 61 d'un véhicule 60. La rotation de la prise de force entraîne la rotation de l'axe de liaison et donc celle de l'arbre du compresseur 37, ce qui permet au compresseur 37 de fonctionner. Bien entendu ces moyens de connexion amovible permettent de déconnecter rapidement le module de compression 37, de la prise de force du véhicule 60.
  • Comme illustré sur la figure 7, les moyens de connexion amovible sont constitués d'un arbre de transmission équipé de cardans et d'un limiteur de couple. Un premier cardan est assemblé à l'axe de liaison et un second cardan est assemblé à la prise de force du véhicule. Ces dispositions présentent l'avantage de pouvoir transmettre facilement la rotation de la prise de force du véhicule, à l'axe de liaison même en cas de désaxage entre ces éléments.
  • Dans des modes de réalisation, des moyens d'asservissement comprennent, pour chaque véhicule, un potentiomètre et un servomoteur ou un équivalent, qui agit sur la variation du potentiomètre en fonction d'une valeur de consigne calculée par les moyens d'asservissement, le potentiomètre étant configuré pour être raccordé électriquement à un calculateur du véhicule permettant de commander la vitesse de rotation d'un moteur du véhicule. Dans une variante de réalisation, les moyens d'asservissement comprennent, pour chaque véhicule, un système d'actionnement configuré pour activer mécaniquement une pédale de vitesse du véhicule configurée pour modifier la vitesse de rotation d'un moteur dudit véhicule.
  • Ainsi, le module d'automate 31 est raccordé par le biais d'un câble d'asservissement à un dispositif de réglage qui agit sur le moteur du véhicule, en sorte de réguler la vitesse de rotation du moteur et ainsi, de réguler la vitesse et, donc, la fréquence de rotation de la prise de force, ce qui permet de réguler la compression réalisée par le module de compression 37.
  • Le module d'automate 31 est donc programmé pour transmettre une consigne au dispositif de réglage permettant de réaliser l'asservissement du moteur. Dans un mode de réalisation, non illustré en détail sur les figures, ce dispositif de réglage est constitué d'un servomoteur ou d'un système équivalent, alimenté par une source électrique externe, telle qu'une batterie, et d'un potentiomètre connecté au servomoteur.
  • Ce servomoteur permet de modifier le réglage du potentiomètre afin de changer la valeur de sa résistance. Ce servomoteur est commandé par le module de gestion d'alternateur. Ce potentiomètre est raccordé par un câble de connexion à un calculateur agencé sur le véhicule, le calculateur permettant de modifier la vitesse de rotation du moteur du véhicule en fonction du réglage de la résistance du potentiomètre. L'agencement d'un tel calculateur sur un véhicule est connu de l'homme de métier du domaine des véhicules.
  • Dans une variante de réalisation, ce dispositif de réglage est constitué d'un système d'actionnement qui comprend un pilier support comprenant à son extrémité inférieure une ventouse magnétique, ou un étai fixé dans la cabine ou un support suffisamment lourd, permettant l'assemblage temporaire du système d'actionnement sur le plancher du véhicule. Un vérin de commande est monté en liaison pivot à son extrémité arrière, sur le pilier support. Le piston du vérin de commande a son extrémité montée en liaison pivot sur un levier de pilotage, dont une des extrémités est montée en liaison pivot à l'extrémité inférieure du pilier support. La seconde extrémité du levier de pilotage est en contact avec une pédale du véhicule permettant de modifier la vitesse de rotation du moteur et, donc, la vitesse de rotation de la prise de force. Le module d'automatisme permet donc, par le biais du câble d'asservissement, de commander le vérin de commande afin de réguler la vitesse du moteur.
  • Dans une variante de conception des moyens de connexion amovible entre le véhicule et le module compresseur 37, ceux-ci peuvent être constitués d'un mécanisme de transmission par cardan agricole configuré pour être raccordé directement ou indirectement par l'intermédiaire d'un limiteur de couple à un essieu moteur d'un véhicule du type camion, voiture ou tracteur, par exemple. Il peut par exemple s'agir de deux rouleaux capables de recevoir une roue du véhicule. La rotation de la roue entraîne celle des rouleaux qui engrènent et entraînent une prise de force raccordée à l'arbre du compresseur par une transmission de type cardan. On peut également prévoir une pièce configurée pour être engagée sur les gougeons ou sur les écrous de serrage de la roue d'un véhicule et un système de levage du véhicule permettant de lever les roues motrices, pour les positionner hors de contact du sol, ladite pièce constituant une prise de force qui est raccordée à l'arbre du compresseur par une transmission de type cardan.
  • On observe, en figure 8, une installation de rebours mobile 30, entre un réseau de transport de gaz 10 et un réseau de distribution de gaz 15. Le gaz provenant du réseau 15 circule d'abord à travers le module de réservoir tampon 35 puis à travers le module 32 de vérification de conformité du gaz et de comptage, le module 33 de déshydratation, un flexible à attache rapide 71 et une première partie 36A du module d'interconnexion 36. Cette première partie 36A comporte des vannes d'entrée 72, une nourrice de connexion d'aspiration de gaz 73 et des vannes de sortie 74. Des flexibles à bride 75 relient chaque vanne de sortie 74 à l'entrée d'un module compresseur 37. Chaque sortie d'un module compresseur 37 est reliée, par un flexible à bride 76 à une deuxième partie 36B du module d'interconnexion 36. Cette deuxième partie 36B comporte des vannes d'entrée 77, une nourrice de connexion de refoulement de gaz 78 et des vannes de sortie 79. Un flexible à attache rapide 80 relie l'une des vannes de sortie 79 au réseau de transport 10.
  • En dehors de ce circuit de gaz, le module 31 assure les fonctions de sécurité, de pilotage (en régulation de pression ou de débit) et de stabilité du réseau 15 et le module 34 assure les fonctions d'utilité, notamment d'alimentation électrique.
  • On décrit, ci-dessous, deux types de régulations envisagées pour le compresseur. La régulation en débit signifie que le débit qui transite par le compresseur est constant lorsque l'installation de rebours mobile fonctionne. En revanche c'est bien la pression d'aspiration (par exemple en réseau moyenne pression) qui déclenche le démarrage et l'arrêt du compresseur lorsque cette pression atteint des valeurs limites fixées au cours de l'étape 54. La figure 9 représente un exemple d'évolution de la pression 90 en amont du compresseur et du débit 91 du compresseur, dans un cas où la valeur limite de pression de démarrage du compresseur est à 4,2 bars et où la valeur limite de pression d'arrêt du compresseur est à 2,5 bars. Lorsque la pression décroît entre ces deux valeurs limites au cours du fonctionnement du compresseur, l'automate régule le fonctionnement du compresseur pour avoir un débit constant de 700 Nm3/h.
  • Dans le cas de la régulation en pression, le débit qui transite dans l'installation de rebours mobile évolue de façon à ce que la pression d'aspiration (par exemple en réseau moyenne pression) reste constante. La figure 10 illustre un exemple d'évolution de la pression 90 en amont du compresseur et du débit 91 du compresseur avec une valeur consigne de pression en amont du compresseur de 4 bars, en fonction du débit 92 de gaz consommé par les consommateurs sur le réseau de distribution, du débit 93 de gaz injecté par des producteurs de biométhane sur le réseau de distribution. On observe aussi, en figure 10, le débit 94 de gaz fourni par le réseau de transport.
  • On voit, en figure 10, que dès que le débit de la consommation sur le réseau de distribution est inférieur au débit d'injection de biométhane, le poste de livraison s'arrête d'injecter du gaz depuis le réseau de transport et l'automate régule le compresseur pour que la pression du réseau de distribution soit constante quelles que soient les variations de la consommation sur le réseau de distribution.
  • Dans le cas de la présence de deux compresseurs, un premier compresseur assure le fonctionnement de l'installation de rebours jusqu'à sa limite de fonctionnement. En cas de besoin, l'automate commande le fonctionnement d'un deuxième compresseur pour compléter le débit de gaz traversant l'installation de rebours.
  • Dans des modes de réalisation, l'entrainement du compresseur est fait par un moteur à gaz sur lequel est prélevée toute la puissance hydraulique nécessaire pour alimenter les auxiliaires. L'installation est alors complètement indépendante et ne nécessite pas de raccordement au réseau électrique.
  • Dans des modes de réalisation dans lesquels l'installation de rebours est transportée sur un camion ou une remorque, comme en figure 11, préférentiellement des aérorefroidisseurs sont placés à l'arrière et non dessus du véhicule. Les opérations d'installation sont ainsi réduites puisqu'il n'y a pas d'opération de grutage des aérorefroidisseurs. L'installation de rebours peut être déposée telle quelle sur le site pour une utilisation longue durée ou l'installation de rebours peut rester montée sur le camion ou la remorque pendant son fonctionnement.
  • Le cabinet électrique à l'avant est isolé du reste de l'installation et comprend notamment un routeur industriel 3G pour la télécommunication.
  • Un laboratoire d'analyse mobile, comprenant un chromatographe commun pour la mesure du THT et des composants du gaz et un hygromètre, par exemple à céramique, est intégré à l'installation de rebours. L'installation de rebours peut aussi intégrer un skid de déshydratation et un compteur volumétrique pour la facturation.
  • Plusieurs installations de rebours peuvent être installées en parallèle, notamment pour les cas de faible consommation de gaz et d'importante injection de biogaz sur le réseau de distribution.
  • Spécifications fonctionnelles de l'installation de rebours mobile :
    • F1 : Permettre la transmission d'un débit volumique fini de gaz depuis le réseau de distribution moyenne pression vers le réseau de transport à haute pression en période creuse,
    • F2 : Garantir l'autonomie complète de l'installation de rebours mobile,
    • F3 : Garantir une absence de variation en pression du réseau de distribution,
    • F4 : Respecter les spécifications de conformité des réseaux,
    • F5 : Respecter les spécifications de qualité des réseaux.
  • On note que la teneur en eau admissible sur le réseau de GRT GAZ et GRDF sont différentes. En effet, en dépit du fait que les deux réseaux ont le même point de rosée, le taux d'humidité absolu (exprimé en mg.Nm -3) varie avec la pression. Les teneurs admissibles en CO2 et O2 sont également différentes. Les spécifications sont résumées dans le tableau ci-dessous :
    Réseau de transport Réseau de distribution
    O2 < 0,7 % < 0,75 %
    H2O < 53,2 mg.Nm-3 < 800 mg.Nm-3
    CO2 < 2,5 % < 3,5 %
  • De plus, la température de sortie de l'installation de rebours mobile ne doit pas être inférieure aux préconisations applicables au réseau de transport. Le comptage transactionnel couvre le débit normal comprimé, exprimé en énergie (kWh), à partir du PCS.
  • Si la pression du réseau moyenne pression tolère une plage de pression importante (à priori plutôt des réseaux 8 barG ou 20 barG), la régulation peut se faire en débit. Dans ce cas, la pression sur le réseau moyenne pression n'est pas régulée mais bornée entre une valeur minimale et maximale. Pour le compresseur cela signifie un fonctionnement où le régime moteur est adapté pour un débit volumique fixe. Si le réseau de distribution ne tolère pas de variation de pression on opte pour une régulation en pression. Dans tous les cas, on considère que la pression du réseau de transport est régulée par ailleurs.
  • Deux solutions sont possibles. Dans le cas où l'on souhaite un régime fixe au compresseur, pour rester notamment dans sa plage de fonctionnement optimale, on met en oeuvre un dispositif de recyclage qui permet de garantir une pression haute (en sortie du compresseur) supérieure à la pression du réseau de transport. Le débit normal au compresseur est constant. La pression du réseau de distribution est régulée par un déverseur. Dans le cas où le compresseur accepte un régime variable, on va réguler la pression par le régime moteur du moteur qui actionne le compresseur. Cette solution nécessite l'emploi d'un variateur de fréquence qui pilote le moteur du compresseur.
  • Le compresseur peut être un compresseur alternatif horizontal, plus fiable et moins fragile qu'un compresseur en « V ». Avec ce type de compresseur, la régulation en pression par variation de régime moteur peut facilement être envisagée. Ce moteur peut être un moteur consommant du gaz prélevé sur le réseau de distribution à la première pression.
  • Les compresseurs alternatifs autorisent des taux de compression très élevés et une grande souplesse dans leur utilisation. Un compresseur alternatif peut démarrer et fonctionner à un débit proche de zéro. Les compresseurs alternatifs horizontaux ont, par exemple, des pistons montés en tandem. La chambre de compression à une aire plus petite ce qui permet d'augmenter le taux de compression. Un piston à double effet comprime le gaz à l'aller et au retour. Les chambres de compression sont d'aires égales. Cette configuration est plus complexe car les segments doivent être étanches des deux côtés. Un tel arrangement de pistons permet d'augmenter la compacité d'un compresseur en multipliant les chambres de compression.
  • Les compresseurs de faible capacité peuvent être refroidis à l'air, avec un ventilateur monté directement sur l'arbre. Pour les compresseurs de plus grosses capacités, le gaz est refroidi dans des échangeurs intermédiaires et un circuit d'eau glycolée passe dans les chemises des cylindres afin de refroidir le gaz également lors de la compression.
  • Il est préférable de vanner en série à l'aval du compresseur afin de faciliter son démarrage. En effet, en l'absence de vannage, le moteur devrait vaincre la contre-pression du réseau à une vitesse réduite et dans ces conditions le couple moteur grimperait en flèche. Quelle que soit la solution retenue pour la régulation du réseau, un déverseur ou une vanne en aval du compresseur est recommandé pour le démarrage de la machine.
  • Concernant la motorisation, une motorisation au gaz permet de garantir la présence d'une source d'énergie quel que soit l'endroit considéré. Les moteurs sont de type industriel.
  • Plusieurs alarmes sont implémentées sur l'installation de rebours :
    • Teneur en THT inférieur au seuil obligatoire en aval du déshydrateur,
    • Teneur en eau anormalement élevée en amont du déshydrateur,
    • Teneur en eau supérieure au seuil préconisé sur le réseau de transport en aval du déshydrateur,
    • Sur-qualité du gaz en amont.
  • Le comptage transactionnel se fait en énergie. Cette énergie est le produit du PCS (exprimé en kWh/Nm3) par le débit volumique normé.
  • Les instruments de mesure du débit volumique ne renvoient pas la mesure normée. Pour faire le lien, nous utiliserons la relation : D v , 0 = D v ⋅ Z 0 Z 1 ⋅ P 1 P 0 ⋅ T 0 T 1
    Figure imgb0001
     Où l'indice 0 représente les conditions à l'état de référence et l'indice 1 les conditions à l'aspiration.
  • Les calorimètres à corrélation ne peuvent fonctionner que pour un type de gaz déjà connu (gaz naturel ou biométhane), et doivent être préréglés en conséquence. En effet, l'algorithme qui déduit le PCS à partir de la mesure de la conductivité et d'une courbe d'étalonnage ne peut fonctionner sur une large plage de composition couvrant gaz naturel et biométhane.
  • Or, à l'endroit où l'installation de rebours mobile est utilisée, le gaz est un mélange de gaz naturel et de biométhane, il n'est donc pas possible de prédire sa composition. Préférentiellement, l'installation de rebours mobile comporte un moyen d'obtenir la composition du gaz. L'analyse de la composition du gaz se fait par un chromatographe.
  • L'appareil peut être composé d'un coffret d'analyse pneumatique d'un coffret électrique séparé comprenant les composants électroniques pour le traitement des données. Le coffret électrique pourra être déporté dans le cabinet électrique tandis que le coffret d'analyse pneumatique est intégré dans un laboratoire climatisé et protégé des vibrations, monté sur l'installation de rebours mobile.
  • L'intégration et l'utilisation d'un chromatographe sur un appareil mobile sont complexes. Pour s'affranchir du problème, on peut déporter l'analyse :
    • Au niveau du poste de détente ou du poste rebours s'il se trouve à proximité et qu'il est équipé où
    • En laboratoire, a posteriori.
  • Dans ce dernier cas, la remorque de l'installation de rebours mobile est équipée d'un système de stockage en bouteille. Le gaz est prélevé à intervalle de temps régulier par un système automatisé (vannes pneumatiques).
  • Concernant la mesure du THT, un seul analyseur équipe l'installation de rebours mobile, en aval du déshydrateur.
  • L'analyseur de composition du gaz et de teneur en THT (TetraHydroThiophène) est préférentiellement une machine unique. Cette solution est actuellement testée en vue d'obtenir l'agrément pour le réseau. Préférentiellement, l'installation de rebours mobile intègre un laboratoire climatisé et protégé des chocs et vibrations, laboratoire qui comporte au moins un chromatographe.
  • Préférentiellement, un hygromètre à cristal de Quartz ou un capteur céramique est mis en oeuvre.
  • Chaque étage de compression est équipé d'une soupape. Si ces soupapes sont raccordées au réseau de distribution, on tient compte de l'influence de la contrepression sur le calcul du coefficient de débit. Le tarage des soupapes au refoulement est de PMS (67,7) + 6% maximum. Le tarage des soupapes à l'aspiration est de PS + 6%.
  • L'installation de rebours comporte une centrale à incendie, avec détecteur et extincteur, ainsi qu'une détection gaz. Le cabinet électrique est isolé du compresseur par une paroi comportant des passe-cloisons étanches.
  • L'architecture d'une installation de rebours mobile montée sur un véhicule 100 est représentée en figure 11. Le véhicule 100 est un camion ou une remorque aménagée, conteneurisé, préassemblé et comprenant toutes les fonctionnalités (moto-compresseur et ses auxiliaires, circuit de refroidissement avec ventilateur, comptage transactionnel, instrumentation et ordinateur industriel).
  • Le moteur gaz est alimenté par le réseau gaz de plus petite pression, afin d'éviter de détendre du gaz que l'on cherche à comprimer à l'aide du rebours. La partie arrière 101 comporte les aérorefroidisseurs. La partie suivante, 102, comporte le moteur à gaz et un filtre d'air. Le compresseur se trouve dans la partie 103, avec ses auxiliaires. La partie avant 104 comporte les autres fonctions de l'installation de rebours mobile, notamment analyse de gaz, comptage, déshydratation, communication à distance, centrale incendie et automate de commande).
  • Dans ce mode de réalisation, on dispose d'un accouplement direct moteur - compresseur, d'un cabinet électrique isolé (dans la partie 104), d'un circuit de refroidissement à eau, d'une extraction d'énergie primaire sur le compresseur via un système hydraulique pour l'alimentation des principaux consommateurs (notamment fan et pompes), d'une batterie liée au moteur du véhicule et au moteur du compresseur pour l'alimentation des auxiliaires électroniques (notamment capteurs et armoires électriques), de fan inclus. La source principale d'énergie est le gaz naturel. La liste des consommateurs comporte les auxiliaires du compresseur, les ventilateurs, l'aéroréfrigérant, la pompe à eau du compresseur, les auxiliaires du moteur, la pompe à huile de lubrification, le chauffe-huile électrique, le contrôle-commande, l'alternateur 24 voltes et les systèmes de contrôles.
  • Les petits consommateurs (notamment armoire de commande, éclairage, instrumentation, comptage et qualité gaz) sont alimentés par un l'alternateur 24V relié à une batterie. Cette batterie est alimentée par le moteur à gaz. Elle est également reliée au moteur du camion pour que les organes de contrôle soient opérationnels tout de suite après le transport.
  • Le circuit de refroidissement, le fan et la lubrification du moteur sont alimentés par un système hydraulique dont la puissance est extraite directement au moteur.
  • La régulation en pression se fait via les servomoteurs des régulateurs. Les vannes de services sont manuelles car il n'est pas nécessaire d'isoler le compresseur du réseau lorsque la machine est mise à l'arrêt. L'installation ne possède pas d'actionneurs ce qui allège la consommation. Dans des modes de réalisation avec des actionneurs, on privilégie une alimentation hydraulique ou pneumatique. En effet, ces actionneurs ne consomment rien à l'arrêt (au contraire des actionneurs électriques qui maintiennent un courant à leurs bornes pour lutter contre la fermeture du ressort).
  • Préférentiellement, le compresseur permet d'adapter automatiquement le nombre d'étages de compression aux conditions en entrée. Lorsque la pression en amont est élevée, tous les étages du compresseur sont alimentés simultanément afin d'augmenter le débit. À l'inverse, lorsque la pression en amont est plus faible et que le taux de compression demandé est plus important, la compression est étagée avec un possible refroidissement intermédiaire. Ce système améliore l'adaptation du compresseur aux conditions de fonctionnement. Il permet d'éviter l'emploi d'une vanne de pré-détente (qui fait baisser les performances globales du système) sur une plus large plage de pression. Avec cette solution, le compresseur peut rapidement faire baisser la pression du réseau de distribution (si elle est très élevée) en étant dans le premier mode de fonctionnement. Une fois la pression abaissée à une certaine valeur prédéterminée, le compresseur passe dans le deuxième mode de fonctionnement, pour assurer le taux de compression demandé.

Claims (14)

  1. Installation de rebours (30, 40), qui comporte :
    - des modules (31 à 35 et 37) comportant les fonctions suivantes :
    ∘ au moins un compresseur pour comprimer du gaz,
    ∘ un automate de commande de fonctionnement d'au moins un compresseur,
    ∘ au moins un capteur de conformité de qualité du gaz circulant dans le compresseur,
    ∘ au moins un compteur pour compter un débit de gaz circulant dans le compresseur et
    ∘ au moins un filtre pour filtrer le gaz circulant dans le compresseur ; et
    - un module (36, 36A, 36B) d'interconnexion entre les autres modules et avec un réseau de gaz (15) à une première pression et un réseau de gaz (10) à une deuxième pression supérieure à la première pression ;
    caractérisée en ce que tous les modules (31 à 35, 37) de l'installation de rebours sont mobiles et préassemblés, configurés pour être transportés préassemblés, intégralement et en état de fonctionnement par connexion amovible au module d'interconnexion et à une source énergétique, sur un seul véhicule.
  2. Installation de rebours (30, 40), selon la revendications 1, qui comporte une source d'alimentation électrique autonome mobile.
  3. Installation de rebours (30, 40) selon la revendication 2, dans laquelle la source d'alimentation électrique mobile est une génératrice mise en fonctionnement par un moteur de véhicule.
  4. Installation de rebours (30, 40) selon l'une des revendications 2 ou 3, dans laquelle la source d'alimentation électrique est un moteur alimenté en gaz à la première pression.
  5. Installation de rebours (30, 40) selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle au moins un module comporte un détecteur de gaz et/ou un détecteur d'incendie.
  6. Installation (30, 40) de rebours selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle au moins un compresseur est mécaniquement actionné par un moteur de véhicule (47).
  7. Installation de rebours (30, 40) selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle le module d'interconnexion (36) comporte :
    - une unité mobile (36A) de distribution pour distribuer du gaz provenant d'un réseau de gaz à une première pression à plusieurs modules (31 à 35, 37) par une interface et
    - une unité mobile (36B) de collecte pour collecter le gaz provenant de chaque dit module à une deuxième interface.
  8. Installation de rebours (30, 40) selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle l'automate est configuré pour commander le fonctionnement d'une pluralité de compresseurs en fonction de la capacité de compression des compresseurs opérationnels.
  9. Installation de rebours (30, 40) selon l'une des revendications 1 à 8, qui comporte, de plus, au moins un circuit de recyclage (27, 28) muni d'une vanne (28), configuré pour détendre du gaz en sortie d'un compresseur et l'injecter en amont ou en entrée dudit compresseur lors de la mise en fonctionnement d'au moins un compresseur, l'automate étant configuré pour commander le fonctionnement de la vanne du circuit de recyclage en fonction de la capacité de compression des compresseurs opérationnels qui sont mis en fonctionnement conjointement.
  10. Installation de rebours (30, 40) selon l'une des revendications 1 à 9, qui comporte un moyen de vannage en série à l'aval d'au moins un compresseur.
  11. Installation de rebours (30, 40) selon l'une des revendications 1 à 10, qui comporte un déverseur en série, à l'aval d'au moins un compresseur.
  12. Installation de rebours (30, 40) selon l'une des revendications 1 à 11, qui comporte un système de stockage de gaz en bouteille et un moyen de prélèvement de gaz à différents instants, par exemple à vannes pneumatiques.
  13. Installation de rebours (30, 40) selon l'une des revendications 1 à 12, qui comporte une centrale à incendie, avec détecteur et extincteur, ainsi qu'un moyen de détection de gaz.
  14. Installation de rebours (30, 40) selon l'une des revendications 1 à 13, qui comporte un cabinet électrique isolé de chaque compresseur par une paroi comportant des passe-cloisons étanches.
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