EP4001753A1 - Procédé et appareil de vaporisation d'un liquide - Google Patents

Procédé et appareil de vaporisation d'un liquide Download PDF

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EP4001753A1
EP4001753A1 EP21205016.5A EP21205016A EP4001753A1 EP 4001753 A1 EP4001753 A1 EP 4001753A1 EP 21205016 A EP21205016 A EP 21205016A EP 4001753 A1 EP4001753 A1 EP 4001753A1
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EP
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valve
liquid
pipe
flow
exchanger
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EP21205016.5A
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Aurélie LUONG
Bhadri PRASAD
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F17C2265/031—Treating the boil-off by discharge

Definitions

  • the present invention relates to a process for the vaporization of a liquid, in particular the vaporization of methane or of another liquid which vaporizes at a temperature below 0°C.
  • a method of vaporizing a liquid in a heat exchanger in which a liquid vaporizes in the heat exchanger to form a gas which is sent to a user in normal operation at through a first pipe in which, if the speed of modification of the flow of liquid sent to the exchanger exceeds a threshold, the first pipe is closed and fluid, which may be vaporized gas, is sent into the heat exchanger and/or non-vaporized liquid in the exchanger, to the atmosphere or to the torch, through a second pipe and a valve, the opening of the valve being regulated by the flow rate of fluid measured in the second pipe.
  • an apparatus for vaporizing a liquid comprising a heat exchanger in which a liquid vaporizes to form a gas, a first conduit for sending the gas formed to a user in normal operation , a second pipe connected to the heat exchanger to send vaporized gas in the heat exchanger and/or non-vaporized liquid in the exchanger, to the atmosphere or to a torch, a detector for detecting whether the speed modification of the flow rate of liquid sent to the exchanger exceeds a threshold, first regulation means for regulating the opening of a valve in the second pipe as a function of the flow rate measured in the second pipe, second regulation means for regulating the opening of a valve in the second conduit as a function of the pressure of the gas formed downstream of the heat exchanger as well as means for making it possible to connect the valve selectively to the first and to the two th means of regulation.
  • FIG.1 illustrates a liquid vaporization process.
  • a heat exchanger 3 makes it possible to vaporize a liquid 5 by heat exchange with a fluid 1 in countercurrent.
  • the flow of liquid 5 is regulated by valve FV1, being controlled by FIC1.
  • the liquid 5 can be methane or any liquid which vaporizes at a temperature below 0°C. Liquid 5 vaporizes in exchanger 3 to form gas in line 7.
  • the gas line 7 is connected to the lines 9 and 11 which allow the gas to be sent to two different places, to a user for the line 9 and to the atmosphere or to a torch for the line 11.
  • the pressure in the line 7 9 is regulated by the PV1 valve controlled by the PIC A pressure controller.
  • valve FV1 or flowmeter FI 1 In the event of malfunction of valve FV1 or flowmeter FI 1, it is possible to send the vaporized gas to the atmosphere or to a torch through line 11 upstream of valve PV1 which regulates line 9 7. In this case the PV2 valve on line 11 is opened by the PIC B pressure controller, whose set point is a little higher than that of PIC A.
  • a flowmeter FI 3 measures the gas flow in the pipe 9 to know how much gas is sent to the user.
  • FIG. 2 shows a variant of the [ FIG. 1 ].
  • a heat exchanger 3 makes it possible to vaporize a liquid 5 by heat exchange with a fluid 1 in countercurrent.
  • the flow of liquid 5 is regulated by valve FV1, being controlled by FIC1.
  • the liquid 5 can be methane or any liquid which vaporizes at a temperature below 0°C. Liquid 5 vaporizes in exchanger 3 to form gas in line 7.
  • the gas line 7 is connected to the lines 9 and 11 which allow the gas to be sent to two different places, to a user for the line 9 and to the atmosphere or to the torch for the line 11.
  • the pressure in the line 7 is regulated by the PV1 valve controlled by the PIC A pressure controller.
  • valve PV1 In the event of malfunction of valve PV1, it is possible to send the vaporized gas to the atmosphere or to the torch via line 11 upstream of valve PV1 which regulates line 7.
  • the PV2 valve on line 11 is opened by the PIC B pressure controller, whose set point is a little higher than that of PIC A.
  • a flowmeter FI 3 measures the gas flow in the pipe 9 to know how much gas is sent to the user.
  • the pipe 9 is closed and the sending of fluid to the atmosphere or to the torch is regulated according to the flow of fluid in the pipe 11.
  • the valve FV 2 is sized to allow the nominal flow to pass.
  • valve PV2 is controlled by the pressure controller PIC B depending on the pressure in line 7 and the valve FV 2 is controlled by the flow controller FIC 2 depending on the flow in line 7 or 11.
  • the PV2 valve will be closed and the valve FV2 will be opened by FIC2, with a flow set point corresponding to that of FIC1.
  • valve FV1 This principle can be applied regardless of the control mode of valve FV1.
  • the flow controller FIC 1 is used but the valve on the pipe 5 can also or alternatively be regulated according to the pressure or according to a level. It can be regulated manually.
  • the presence of a flow meter is however necessary in order to detect the malfunction of the vaporization by noting that the flow rate 5 changes particularly quickly.

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Abstract

Dans un procédé de vaporisation d'un liquide (5) dans un échangeur de chaleur (3), un liquide se vaporise dans l'échangeur de chaleur pour former un gaz (7) qui est envoyé à un utilisateur via une première conduite (9) en fonctionnement normal dans lequel si la vitesse de modification du débit de liquide envoyé vers l'échangeur dépasse un seuil, on ferme la première conduite et on envoie du fluide, pouvant être du gaz vaporisé dans l'échangeur de chaleur et/ou du liquide non vaporisé dans l'échangeur, à l'atmosphère ou à une torche, à travers une deuxième conduite (11) et une vanne (PV2), l'ouverture de la vanne étant régulée par le débit de fluide mesuré dans la deuxième conduite.

Description

  • La présente invention est relative à un procédé de vaporisation d'un liquide, en particulier la vaporisation de méthane ou d'un autre liquide se vaporisant à une température en dessous de 0°C.
  • Dans le cas de la vaporisation d'un liquide cryogénique dans un échangeur, si la régulation de la vaporisation n'est pas suffisamment précise, le bout chaud de l'échangeur peut subir une fragilisation due à l'excès de froid, ce qui peut l'endommager.
  • Il est un objet de cette invention de réduire le risque de fragilisation en détectant la défaillance du système de régulation et en modifiant le système de régulation pour réduire le risque de fragilisation.
  • Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de vaporisation d'un liquide dans un échangeur de chaleur dans lequel un liquide se vaporise dans l'échangeur de chaleur pour former un gaz qui est envoyé à un utilisateur en fonctionnement normal à travers une première conduite dans lequel, si la vitesse de modification du débit de liquide envoyé vers l'échangeur dépasse un seuil, on ferme la première conduite et on envoie du fluide, pouvant être du gaz vaporisé dans l'échangeur de chaleur et/ou du liquide non vaporisé dans l'échangeur, à l'atmosphère ou à la torche, à travers une deuxième conduite et une vanne, l'ouverture de la vanne étant régulée par le débit de fluide mesuré dans la deuxième conduite.
  • Selon d'autres aspects facultatifs :
    • si la vitesse de modification du débit de liquide envoyé vers l'échangeur est en dessous d'un seuil
      1. i) du liquide vaporisé est envoyé à l'utilisateur et/ou
      2. ii) du liquide vaporisé est envoyé à l'atmosphère ou à la torche à travers la conduite et la vanne, l'ouverture de la vanne étant régulée par la pression du gaz vaporisé mesurée en aval de l'échangeur de chaleur.
    • si la vitesse de modification du débit de liquide envoyé vers l'échangeur dépasse un seuil, l'ouverture de la vanne n'est pas régulée par la pression du gaz vaporisé mesurée en aval de l'échangeur de chaleur.
    • la deuxième conduite est fermée en fonctionnement normal, par exemple en fermant la vanne.
  • Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un appareil de vaporisation d'un liquide comprenant un échangeur de chaleur dans lequel un liquide se vaporise pour former un gaz, une première conduite pour envoyer le gaz formé à un utilisateur en fonctionnement normal, une deuxième conduite reliée à l'échangeur de chaleur pour envoyer du gaz vaporisé dans l'échangeur de chaleur et/ou du liquide non vaporisé dans l'échangeur, à l'atmosphère ou à une torche, un détecteur pour détecter si la vitesse de modification du débit de liquide envoyé vers l'échangeur dépasse un seuil, des premiers moyens de régulation pour réguler l'ouverture d'une vanne dans la deuxième conduite en fonction du débit mesuré dans la deuxième conduite, des deuxième moyens de régulation pour réguler l'ouverture d'une vanne dans la deuxième conduite en fonction de la pression du gaz formé en aval de l'échangeur de chaleur ainsi que des moyens pour permettre de relier la vanne sélectivement aux premiers et aux deuxième moyens de régulation.
  • Selon d'autres aspects facultatifs :
    • les moyens pour permettre de relier la vanne sélectivement aux premiers et aux deuxième moyens de régulation sont adaptés pour relier la vanne aux premiers ou deuxièmes moyens de régulation en fonction de la vitesse de changement de débit du liquide rentrant dans l'échangeur.
    • l'appareil comprend une vanne auxiliaire reliée en parallèle avec la vanne dans la deuxième conduite.
    • l'appareil comprend un débitmètre pour mesurer le débit dans la deuxième conduite et pour ouvrir la vanne auxiliaire en fonction de ce débit.
    • l'appareil comprend une vanne pour ouvrir la première conduite et des moyens d'ouvrir cette vanne en fonction de la pression et/ou du débit de gaz vaporisé. L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures qui représentent des procédés de vaporisation selon l'invention.
  • [FIG.1] illustre un procédé de vaporisation de liquide. Un échangeur de chaleur 3 permet de vaporiser un liquide 5 par échange de chaleur avec un fluide 1 à contre-courant. Le débit du liquide 5 est régulé par la vanne FV1, étant commandé par FIC1. Le liquide 5 peut être du méthane ou n'importe lequel liquide qui se vaporise à une température en dessous de 0°C. Le liquide 5 se vaporise dans l'échangeur 3 pour former le gaz dans la conduite 7.
  • La conduite 7 de gaz est reliée aux conduites 9 et 11 qui permettent d'envoyer le gaz à deux endroits différent, vers un utilisateur pour la conduite 9 et vers l'atmosphère ou à une torche pour la conduite 11. La pression dans la conduite 7 9 est régulée par la vanne PV1 commandée par le contrôleur de pression PIC A.
  • En cas de mauvais fonctionnement de la vanne FV1 ou débitmètre FI 1, il est possible d'envoyer le gaz vaporisé à l'atmosphère ou à une torche par la conduite 11 en amont de la vanne PV1 qui régule la conduite 9 7. Dans ce cas la vanne PV2 sur la conduite 11 est ouverte par le contrôleur de pression PIC B, dont le point de consigne est un peu plus élevé que celui de PIC A.
  • Optionnellement un débitmètre FI 3 mesure le débit de gaz dans la conduite 9 pour savoir combien de gaz est envoyé à l'utilisateur.
  • Si le système de régulation est défaillant, un débit de liquide peut arriver au bout chaud de l'échangeur 3 risquant de le fragiliser. Cette arrivée de liquide au bout chaud peut augmenter la pression au bout chaud de l'échangeur 3 de sorte que les vannes PV1 et PV2 s'ouvrent, ainsi augmentant le risque de fragilisation par excès de froid.
  • [FIG. 2] montre une variante de la [FIG. 1].
  • Un échangeur de chaleur 3 permet de vaporiser un liquide 5 par échange de chaleur avec un fluide 1 à contre-courant. Le débit du liquide 5 est régulé par la vanne FV1, étant commandé par FIC1. Le liquide 5 peut être du méthane ou n'importe lequel liquide qui se vaporise à une température en dessous de 0°C. Le liquide 5 se vaporise dans l'échangeur 3 pour former le gaz dans la conduite 7.
  • La conduite 7 de gaz est reliée aux conduites 9 et 11 qui permettent d'envoyer le gaz à deux endroits différent, vers un utilisateur pour la conduite 9 et vers l'atmosphère ou à la torche pour la conduite 11. La pression dans la conduite 7 est régulée par la vanne PV1 commandée par le contrôleur de pression PIC A.
  • En cas de mauvais fonctionnement de la vanne PV1, il est possible d'envoyer le gaz vaporisé à l'atmosphère ou à la torche par la conduite 11 en amont de la vanne PV1 qui régule la conduite 7. Dans ce cas, en fonctionnement normal, la vanne PV2 sur la conduite 11 est ouverte par le contrôleur de pression PIC B, dont le point de consigne est un peu plus élevé que celui de PIC A.
  • Optionnellement un débitmètre FI 3 mesure le débit de gaz dans la conduite 9 pour savoir combien de gaz est envoyé à l'utilisateur.
  • Si le système de régulation FIC1 est défaillant, la vitesse de modification du débit de liquide 5 augmente au-delà d'un seuil. Cette modification de taux au-delà du seuil est détectée par le détecteur FDSHH qui est relié à la conduite de liquide 5.
  • Selon l'invention, si une vitesse de modification du débit 5 est constatée, on ferme la conduite 9 et on régule l'envoi de fluide à l'atmosphère ou à la torche en fonction du débit de fluide dans la conduite 11.
  • Une fois cette vitesse de modification particulièrement élevée constatée, le système peut opérer les changements suivants :
    • le système de régulation FIC1 est basculé en mode manuel et/ou l'entrée PV du système FIC1 est changé d'une valeur réelle à une moyenne mobile.
    • la vanne PV 1 se ferme, de préférence doucement avec une rampe, afin de réduire le débit envoyé à un utilisateur
    • la vanne PV 2 n'est plus commandée par le contrôleur de pression PIC B mais par le contrôleur de débit FIC2 relié à la conduite 11, de préférence de sorte que seul le contrôleur de débit FIC 2 pilote la vanne PV 2
    • modifie le point de consigne du contrôleur de débit FIC2 pour qu'elle devient celui du contrôleur de débit FIC1, de sorte que le débit passant dans la conduite 11 corresponde à celui de la conduite de liquide 5
  • Optionnellement, quand la vanne PV 1 est fermée, son solénoïde si présent est également fermé.
  • Si la valeur de FI 3 est utilisée dans les calculs, sa valeur est figée à celle mesurée en dernier et réduite ensuite à 0 pendant la fermeture de la vanne PV1.
  • Comme illustré dans la figure, il peut être nécessaire de prévoir une vanne FV 2 en parallèle de la vanne PV 2. Ceci est le cas quand la vanne PV2 serait autrement trop grande pour permettre une régulation fine du débit passant dans l'échangeur 3. La vanne FV 2 est dimensionnée pour laisser passer le débit nominal.
  • Dans ce cas, la vanne PV2 est commandée par le contrôleur de pression PIC B en fonction de la pression dans la conduite 7 et la vanne FV 2 est commandée par le contrôleur de débit FIC 2 en fonction du débit dans la conduite 7 ou 11.
  • Si la vitesse de modification du débit à un taux au niveau du seuil est détectée par le détecteur FDSHH, dans ce cas, au lieu de commander la vanne PV2 par le FIC2 plutôt que par le PIC B, la vanne PV2 sera fermée et la vanne FV2 sera ouverte par le FIC2, avec un point de consigne de débit correspondant à celui de FIC1.
  • Ce principe peut s'appliquer quel que soit le mode de contrôle de la vanne FV1. Dans l'exemple le contrôleur de débit FIC 1 est utilisé mais la vanne sur la conduite 5 peut être également ou en alternative régulée en fonction de la pression ou en fonction d'un niveau. Elle peut être régulée manuellement. La présence d'un débitmètre est toutefois nécessaire afin de détecter le mauvais fonctionnement de la vaporisation en constatant que le débit 5 modifie particulièrement rapidement.

Claims (9)

  1. Procédé de vaporisation d'un liquide (5) dans un échangeur de chaleur (3) dans lequel un liquide se vaporise dans l'échangeur de chaleur pour former un gaz (7) qui est envoyé à un utilisateur via une première conduite (9) en fonctionnement normal dans lequel si la vitesse de modification du débit de liquide envoyé vers l'échangeur dépasse un seuil, on ferme la première conduite et on envoie du fluide, pouvant être du gaz vaporisé dans l'échangeur de chaleur et/ou du liquide non vaporisé dans l'échangeur, à l'atmosphère ou à une torche, à travers une deuxième conduite (11) et une vanne (PV2), l'ouverture de la vanne étant régulée par le débit de fluide mesuré dans la deuxième conduite.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel si la vitesse de modification du débit de liquide envoyé vers l'échangeur (3) est en dessous d'un seuil
    i) du liquide vaporisé est envoyé à l'utilisateur et/ou
    ii) du liquide vaporisé est envoyé à l'atmosphère ou à la torche à travers la deuxième conduite (11) et la vanne (PV2), l'ouverture de la vanne étant régulée par la pression du gaz vaporisé mesurée en aval de l'échangeur de chaleur.
  3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel si la vitesse de modification du débit de liquide envoyé vers l'échangeur (3) dépasse un seuil, l'ouverture de la vanne (PV2) n'est pas régulée par la pression du gaz vaporisé mesurée en aval de l'échangeur de chaleur.
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la deuxième conduite (11) est fermée en fonctionnement normal.
  5. Appareil de vaporisation d'un liquide comprenant un échangeur de chaleur (3) dans lequel un liquide se vaporise pour former un gaz, une première conduite (9) pour envoyer le gaz formé à un utilisateur en fonctionnement normal, une deuxième conduite (11) reliée à l'échangeur de chaleur pour envoyer du gaz vaporisé dans l'échangeur de chaleur et/ou du liquide non vaporisé dans l'échangeur, à l'atmosphère ou à une torche, un détecteur (FDSHH) pour détecter si la vitesse de modification du débit de liquide envoyé vers l'échangeur dépasse un seuil, des premiers moyens de régulation (FIC2) pour réguler l'ouverture d'une vanne (PV2) dans la deuxième conduite en fonction du débit mesuré dans la deuxième conduite, des deuxième moyens de régulation (PIC B) pour réguler l'ouverture de la vanne dans la deuxième conduite en fonction de la pression du gaz formé en aval de l'échangeur de chaleur ainsi que des moyens (SEL) pour permettre de relier la vanne sélectivement aux premiers et aux deuxième moyens de régulation.
  6. Appareil selon la revendication 5 dans lequel les moyens (SEL) pour permettre de relier la vanne sélectivement aux premiers et aux deuxième moyens de régulation (FIC 2, PIC B) sont adaptés pour relier la vanne (PV2) aux premiers ou deuxièmes moyens de régulation en fonction de la vitesse de changement de débit du liquide rentrant dans l'échangeur.
  7. Appareil selon la revendication 5 ou 6 comprenant une vanne auxiliaire (FV2) reliée en parallèle avec la vanne (PV2) dans la deuxième conduite (11).
  8. Appareil selon la revendication 7 comprenant un débitmètre (FIC2) pour mesurer le débit dans la deuxième conduite (11) et pour ouvrir la vanne auxiliaire (FV2) en fonction de ce débit.
  9. Appareil selon l'une des revendications 5 à 8 comprenant une vanne (PV1) pour ouvrir la première conduite (9) et des moyens (PIC 1) d'ouvrir cette vanne en fonction de la pression et/ou du débit de gaz vaporisé.
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