ES2267473T3 - Procedimiento y dispositivo de mantenimiento en frio de depositos de almacenado o de transporte de un gas licuado. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo de mantenimiento en frio de depositos de almacenado o de transporte de un gas licuado. Download PDF

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Abstract

Procedimiento de mantenimiento en frío de por lo menos un depósito de almacenado o de transporte de un gas licuado, en el cual se extrae por bombeo (18) una parte de este gas licuado en el depósito (10) y después se subenfría el gas licuado así extraído en un sistema de intercambio de calor (22) y se reinyecta selectivamente en el depósito el gas licuado así subenfriado, caracterizado porque se extrae además por intermitencia una parte de un gas de evaporación (16) de este depósito, se comprime el gas de evaporación así extraído en un compresor (36) y se inyecta este gas de evaporación extraído así comprimido en el gas licuado extraído para formar una mezcla que está entonces plenamente licuada y subenfriada en el sistema de intercambio de calor.

Description

Procedimiento y dispositivo de mantenimiento en frío de depósitos de almacenado o de transporte de un gas licuado.
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo general del almacenado y del transporte de gases licuados y se refiere más particularmente a un procedimiento para el mantenimiento en frío de los depósitos que contienen estos gases licuados y al dispositivo correspondiente para su realización.
Técnica anterior
Es conocido efectuar el almacenado y el transporte de algunos gases en una forma líquida a muy baja temperatura y a una presión próxima a la presión atmosférica. Ahora bien, los depósitos en los cuales estos gases licuados son almacenados y transportados no pueden estar completamente y perfectamente aislados y soportan por tanto unas pérdidas térmicas. Resulta de ello una evaporación del líquido que pasa a generar una sobrepresión en los depósitos, la cual resulta rápidamente inaceptable y obliga a una evacuación del gas evaporado.
Diferentes soluciones a este problema de evaporación han debido ser por tanto previstas en particular cuando tiene lugar el transporte de este gas licuado. Así, en los buques metaneros equipados con una propulsión a vapor, el gas de evaporación es evacuado de los depósitos de almacenado, calentado y quemado en unas calderas que alimentan directamente un circuito de vapor que arrastra la hélice de propulsión del buque a través de un reductor apropiado.
Desgraciadamente, la propulsión a vapor tiende actualmente a desaparecer y es remplazada cada vez más por unos modos de propulsión que presentan un mayor rendimiento energético, como la propulsión diesel. También, existen diferentes proyectos que prevén efectuar el tratamiento de los gases de evaporación independientemente de la propulsión del buque por unos dispositivos que tienden a suprimir estas evaporaciones por otros medios.
Por ejemplo, es conocido licuar de nuevo los gases de evaporación y reinyectarlos a continuación en el depósito de donde han salido. Sin embargo, este procedimiento supone el empleo de una unidad de relicuación mucho más compleja y costosa puesto que los gases licuados almacenados y transportados no son generalmente puros y que sus vapores contienen unos componentes incondensables que deben constituir el objeto de un tratamiento específico y de una purga a la atmósfera que presenta inconvenientes desde el punto de vista de la seguridad y de la protección del entorno.
Otra solución consiste no ya en licuar de nuevo el gas evaporado sino en refrigerar ligeramente directamente el gas licuado. La patente US nº 3.918.265, considerada como que refleja la técnica anterior más próxima, ilustra un dispositivo susceptible de permitir este mantenimiento en frío de los depósitos como se ha representado en la figura 3. Si se hace referencia a la figura 3, se ve un sistema en el cual se extrae por bombeo el gas licuado de un depósito 50 y después se subenfría el gas licuado así extraído en uno o varios intercambiadores de calor 54, 56 y se inyecta de nuevo en el depósito 50 y eventualmente en otros depósitos 52 el gas licuado extraído así subenfriado. Unas válvulas 58, 60, 62, 64 aseguran una regulación de los diferentes fluidos que circulan en el
dispositivo.
Esta solución puede resultar satisfactoria para asegurar un control de las subidas lentas de presión del gas licuado, es decir a largo plazo (que pueden ser evaluadas del orden de 10 mbar/h en el caso del GNL). Sin embargo, resulta que no es suficiente para tener garantías contra unas subidas rápidas de presión debidas, por ejemplo, a un mal estado de equilibrio termodinámico inicial del gas licuado introducido en la cuba o un mal estado de enfriado del depósito. Más particularmente, cuando tiene lugar el transporte de gas licuado por mar (por ejemplo a bordo de un buque metanero para el GNL), unas condiciones de navegación difíciles pueden conducir a unas evaporaciones instantáneas que se traducen por unas subidas rápidas de presión que pueden ir hasta 10 mbar/min por unas duraciones que pueden ir hasta varios mi-
nutos.
Objeto y definición de la invención
La presente invención se propone por tanto evitar los inconvenientes citados proponiendo un procedimiento de mantenimiento en frío de depósitos de almacenado y de transporte de gas licuado que asegura una perfecta gestión de las subidas de presión lentas y rápidas. Un objetivo de la invención es también proponer un dispositivo para realizar este procedimiento que sea simple y económico y que responda en particular mejor a las normas actuales en materia de polución que los actualmente conocidos.
A este fin, la invención tiene por objeto un procedimiento de mantenimiento en frío de por lo menos un depósito de almacenado o de transporte de un gas licuado en el cual se extrae por bombeo una parte de este gas licuado en el depósito y después se subenfría el gas licuado así extraído en un sistema de intercambio de calor y se reinyecta selectivamente en el depósito el gas licuado así subenfriado, caracterizado porque se extrae además por intermitencias una parte de un gas de evaporación de este depósito, se comprime el gas de evaporación así extraído en un compresor y se inyecta este gas de evaporación extraído así comprimido en el gas licuado extraído para formar una mezcla que está entonces plenamente licuada y subenfriada en el sistema de intercambio de calor. Según la invención, se utiliza un sistema de intercambio de calor ideado para tratar un fluido a enfriar principalmente líquido de entrada.
La mezcla líquido/gas comprimida e inyectada en el sistema de intercambio de calor presenta un título líquido molar de 50% a 100%, preferentemente de 70% a 100%.
La inyección después de compresión del gas de evaporación en el flujo del gas licuado permite una mejor gestión de las subidas de presión cualesquiera ya sean lentas o rápidas.
El procedimiento según la invención puede ser aplicado a un conjunto de varios depósitos. En este caso, la mezcla líquido/gas comprimida es extraída de por lo menos un depósito y después de haber sido plenamente licuada y subenfriada en el sistema de intercambio de calor es reinyectada en por lo menos uno de los depósitos.
La invención se refiere también a un dispositivo para la realización del procedimiento que comprende, por una parte, por lo menos un depósito de un gas licuado que contiene una fase líquida (LIQ) y una fase gaseosa (BOG) y, por otra parte, un sistema intercambiador de calor cuya entrada comunica con el depósito a nivel de su fase líquida a través de un sistema de bombeo y una conducción de extracción de líquido, y cuya salida comunica con el depósito después de paso a través de una válvula de regulación, caracterizado porque comprende además un compresor del que una entrada comunica con el depósito a nivel de su fase gaseosa y cuya salida comunica con la conducción de extracción del líquido a través del sistema de inyección con la entrada del sistema del intercambiador de calor, de tal manera que una mezcla plenamente licuada y subenfriada sea reintroducida en el depósito para enfriar su contenido y así controlar las subidas de presión.
Ventajosamente, este sistema de intercambiador de calor comprende un intercambiador de calor ideado para tratar un fluido a enfriar, principalmente líquido de entrada.
Preferentemente, la mezcla líquido/gas comprimida e inyectada en el sistema de intercambiador de calor presenta un título líquido molar de 50% a 100%, preferentemente de 70% a 100%.
El sistema de intercambiador de calor puede ser atravesado por un fluido de enfriado, tal como nitrógeno gaseoso o una mezcla de productos salidos del depósito. Está ventajosamente configurado para asegurar un enfriado de la mezcla líquido/gas comprimida e inyectada de 1ºC a 20ºC, preferentemente de 3ºC a 17ºC.
La mezcla plenamente licuada y subenfriada salida del sistema de intercambiador de calor es reinyectada en el depósito al nivel de la fase gaseosa (BOG) y/o al nivel de la fase líquida (LIQ).
Según una variante ventajosa del dispositivo según la invención, este comprende además una capacidad de almacenado intermedia dispuesta sobre una conducción de retorno hacia el depósito de la mezcla plenamente licuada y subenfriada, entre la salida del sistema de intercambiador de calor y la válvula de regulación.
Se observará que el gas licuado al cual se aplica la invención puede estar constituido por un gas disponible en una forma líquida por debajo de la temperatura ambiente, como el gas natural licuado (GNL), el gas de petróleo licuado (GPL), el amoníaco, el hidrógeno, etc. La invención se aplica de forma particularmente ventajosa a los gases no disponibles en una forma líquida, cualquiera que sea la presión, a la temperatura estándar de 15º, como el gas natural o el hidrógeno, por ejemplo.
En el caso en que el gas licuado está constituido por gas de petróleo licuado (GPL), el sistema de intercambiador de calor puede ser atravesado por un fluido de enfriado tal como propileno, un freón, un HCFC o unos productos salidos del depósito.
Breve descripción de los dibujos
Las características y ventajas de la presente invención resaltarán mejor de la descripción siguiente, dada a título indicativo y no limitativo, con respecto a los planos anexos, en los que:
- la figura 1 es un esquema de principio de un dispositivo de almacenado o de transporte de gas licuado según la invención,
- la figura 2 es una variante de realización del dispositivo de la figura 1, y
- la figura 3 muestra un dispositivo de la técnica anterior que permite el control de las subidas lentas de presión de los depósitos de gases licuados.
Descripción detallada de un modo de realización preferido
La figura 1 ilustra un dispositivo de almacenado o de transporte de un gas licuado, tal como gas natural licuado (GNL), de acuerdo con la invención. Este dispositivo comprende un depósito o cuba 10 que contiene una fase líquida (LIQ) 12 y una fase gaseosa. De manera conocida, este depósito está provisto de diferentes estructuras de aislamiento térmico no representadas que permiten limitar las pérdidas térmicas a las cuales son sometidos el líquido y el gas que están almacenados en el mismo. Por encima de la superficie de separación del líquido 14 existe un espacio complementario 16 que contiene la fase gaseosa del almacenado constituida por gas de evaporación (Boil Off Gas BOG). Un sistema de bombeo 18, dispuesto en el interior de este depósito al nivel de su fase líquida 12, sensiblemente en su parte inferior (el fondo de la cuba), pero que puede eventualmente estar también dispuesto en otro punto, incluido en el exterior del depósito 10, está conectado a un primer extremo de una conducción de ida 20 de extracción de líquido cuyo otro extremo está conectado a una primera entrada de un intercambiador de calor 22 que es atravesado entre una segunda entrada y una segunda salida por un fluido de enfriado (fluido frigorígeno), por ejemplo nitrógeno gaseoso o una mezcla de productos salidos de la cuba. Una primera salida de este intercambiador 22 está conectada a un primer extremo de una conducción de retorno 24 cuyo segundo extremo está sumergido en el depósito 10 (al nivel del LIQ y/o al nivel del BOG según en particular el nivel de llenado del depósito) después de paso a través de una válvula de regulación 26.
Según la invención, el dispositivo comprende además una segunda conducción 34, de la que un extremo está en comunicación con el interior del depósito 10 al nivel de su fase gaseosa 16, sensiblemente en su parte superior (la parte superior de la cuba), estando el otro extremo conectado con la entrada de un compresor 36 después de paso a través de una válvula 31. El compresor 36 puede estar asociado a unos sistemas de enfriado. La salida del compresor 36 comunica con la conducción 20 de extracción de líquido a través de un sistema de inyección 35.
El mando de las válvulas de regulación 26 y 31, y del compresor 36 está asegurado por un dispositivo de mando apropiado 28 de tal manera que el líquido reintroducido en el depósito y la aspiración intermitente de la fase gaseosa 16 permiten controlar en el tiempo la presión del depósito, el subenfriado del líquido reintroducido que se opone a las pérdidas térmicas en el origen del calentamiento del líquido 12 y del vapor 16. Una capacidad de almacenado intermedia 30 puede estar dispuesta sobre la conducción de retorno 24 hacia el depósito 10 entre la salida del intercambiador 22 y la válvula de regulación 26 para, asegurando una reserva calorífica de líquido enfriado, proporcionar una mayor flexibilidad de explotación al dispositivo. En particular, la adiciónde una válvula 32 permitirá la extracción eventual de la fase vapor contenida en la capacidad de almacenado intermedia 30.
El procedimiento utilizado en el dispositivo según la invención consiste en primer lugar en extraer con la bomba 18 una parte del LIQ 12 que es dirigida por la conducción de ida 20 hacia el intercambiador de calor 22 al nivel del cual es subenfriada por el paso del fluido de enfriado que proviene del sistema de refrigeración externo. A la salida de este intercambiador, el líquido subenfriado es dirigido por la conducción de retorno 24 hacia el depósito 10 en el cual es reinyectado selectivamente, directamente o después de un eventual almacenado intermedio en la capacidad 30. Esta sola circulación de líquido enfriado permite controlar muy simplemente las subidas de presión lentas. Así, por ejemplo, para un buque metanero de 135.000 m^{3} que transporta GNL relativamente cargado de nitrógeno (aproximadamente 1,2% moles en el líquido), un mantenimiento en frío puede estar asegurado por un caudal de GNL de algunos centenares de m^{3}/h subenfriado en un valor comprendido entre 1ºC y 20ºC (preferentemente entre 3ºC y 17ºC). Más precisamente, un caudal de GNL de 150 m^{3}/h y un subenfriado de 11ºC antes de la reinyección del líquido en el depósito aseguran perfectamente esta función de mantenimiento en frío a largo plazo sin ninguna expulsión a la atmósfera. Este caudal de circulación de GNL puede obtenerse simplemente por una o varias bombas de recirculación (bombas de spray) o eventualmente una bomba de descarga que clásicamente equipa un buque metanero.
Por el contrario, esta recirculación de líquido no permite por sí sola evitar las subidas de presión rápidas. A este fin, el procedimiento descrito anteriormente es mejorado porque puede ser realizado por intermitencia a la extracción de una parte del BOG 16 que es a continuación inyectado después de compresión (al nivel del compresor 36) a través del sistema de inyección 35 en el flujo del GNL que circula en la conducción de ida 20 y sometido al enfriado del intercambiador de calor 22. El flujo de entrada del intercambiador es o bien un flujo líquido en caso de dilución total del caudal de BOG en el flujo de GNL, o bien más generalmente un flujo líquido/vapor mayoritariamente líquido, con un título molar comprendido entre 50% y 100%, preferentemente entre 70% y 100%. En este último caso, el intercambiador será desde luego un intercambiador térmico difásico, sin embargo de estructura simplificada debido a la baja presencia de vapor. Así, si se toma de nuevo el ejemplo del metanero anterior, se puede demostrar que evitar una subida de presión de 10 mbar/min resulta en reinyectar un caudal de BOG de 2800 kg/h en el flujo líquido de 150 m3/h. Esta mezcla, cuyo título líquido molar es entonces de 98%, es inyectada en el intercambiador en el que es plenamente licuada y enfriada 13ºC, y después reinyectada en el depósito a una temperatura de -177ºC, o sea una temperatura superior a la temperatura de cristalización del metano a presión atmosférica que es de aproximadamente -182,6ºC.
Con la estructura de la invención, se obtiene un excelente intercambio con el conjunto líquido/gas evaporado (el "bulk") del depósito sin expulsiones a la atmósfera perjudiciales. Además, en el marco de una utilización a bordo de un buque, los equipos utilizados resultan poco costosos debido a la posibilidad de recurrir, como se ha mencionado anteriormente, a unos elementos existentes, en particular las bombas o los compresores, del buque.
La figura 2 es una variante del dispositivo de la figura 1 que muestra que el procedimiento de la invención puede ser aplicado también a un conjunto de depósitos. En efecto, al lado del primer depósito 10 muy lleno (al 98% por ejemplo), se observa un segundo depósito 40 poco lleno con su zona en fase líquida o LIQ 42, su superficie de separación líquida/gas evaporado 44 y su zona en fase gaseosa o BOG 46. Entre estos dos depósitos, un conducto 48 permite una comunicación de las dos zonas en fase gaseosa. Se observará, que debido al bajo llenado del segundo depósito, la reinyección de la mezcla líquido/gas comprimido subenfriado se efectúa necesariamente en el gas para este depósito 40.
Se observará que si bien los dos ejemplos de realización ilustrados se refieren más particularmente al almacenado de gas natural licuado (GNL), es evidente que la invención puede ser utilizada para cualquier tipo de gas disponible en una forma líquida por debajo de la temperatura ambiente, como el gas de petróleo licuado (GPL), el amoniaco, el hidrógeno, etc.

Claims (14)

1. Procedimiento de mantenimiento en frío de por lo menos un depósito de almacenado o de transporte de un gas licuado, en el cual se extrae por bombeo (18) una parte de este gas licuado en el depósito (10) y después se subenfria el gas licuado así extraído en un sistema de intercambio de calor (22) y se reinyecta selectivamente en el depósito el gas licuado así subenfriado, caracterizado porque se extrae además por intermitencia una parte de un gas de evaporación (16) de este depósito, se comprime el gas de evaporación así extraído en un compresor (36) y se inyecta este gas de evaporación extraído así comprimido en el gas licuado extraído para formar una mezcla que está entonces plenamente licuada y subenfriada en el sistema de intercambio de calor.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza un sistema de intercambio de calor (22) ideado para tratar un fluido a enfriar principalmente líquido de entrada.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la mezcla líquido/gas comprimida inyectada en el sistema de intercambio de calor (22) presenta un título líquido molar de 50% a 100%, preferentemente de 70% a 100%.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque es aplicado a un conjunto de varios depósitos (10, 40), porque la mezcla líquido/gas comprimida es extraída de por lo menos un depósito (10) y después de haber sido previamente licuada y subenfriada en el sistema de intercambio de calor (22) es reinyectada en por lo menos uno de los depósitos (10, 40).
5. Dispositivo para la realización del procedimiento según la reivindicación 1, que comprende, por una parte, por lo menos un depósito de un gas licuado (10, 40) que contiene una fase líquida (LIQ 12) y una fase gaseosa (BOG 16) y, por otra parte, un sistema de intercambiador de calor (22) cuya entrada comunica con el depósito a nivel de su fase líquida (LIQ 12) a través de un sistema de bombeo (18) y una conducción (20) de extracción de líquido y cuya salida comunica con el depósito (10) después de paso a través de una válvula de regulación (26), caracterizado porque comprende además un compresor (36) del que una entrada comunica con el depósito (10) a nivel de su fase gaseosa (BOG16) y cuya salida comunica con la conducción (20) de extracción del líquido a través de un sistema de inyección (35) con la entrada del intercambiador de calor (22), de tal manera que una mezcla plenamente licuada y subenfriada sea reintroducida en el depósito para enfriar en el mismo el contenido y controlar así las subidas de presión.
6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el sistema de intercambiador de calor (22) comprende un intercambiador de calor ideado para tratar un fluido a enfriar principalmente líquido de entrada.
7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque la mezcla líquido/gas comprimida inyectada en el sistema de intercambiador de calor (22) presenta un título líquido molar de 50% a 100%, preferentemente de 70% a 100%.
8. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el sistema de intercambiador de calor (22) es atravesado por un fluido de enfriado, tal como el nitrógeno gaseoso o unos productos salidos del depósito.
9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el sistema de intercambiador de calor (22) está configurado para asegurar un enfriado de la mezcla líquido/gas comprimida inyectada de 1ºC a 20ºC, preferentemente de 3ºC a 17ºC.
10. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque comprende además una capacidad de almacenado intermedia (30) dispuesta sobre una conducción de retorno (24) hacia el depósito (10) de la mezcla plenamente licuada y subenfriada, entre la salida del sistema de intercambiador de calor (22) y la válvula de regulación (26).
11. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque la mezcla plenamente licuada y subenfriada salida del sistema de intercambiador de calor (22) es reinyectada en el depósito (10, 40) a nivel de su fase líquida (LIQ 12) y/o a nivel de su fase gaseosa (BOG 16).
12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque dicho gas licuado está constituido por un gas no disponible en una forma líquida, cualquiera que sea la presión, a la temperatura estándar de 15ºC, como el gas natural licuado (GNL) o el hidrógeno.
13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7 y 10, 11, caracterizado porque el gas licuado está constituido por gas de petróleo licuado (GPL).
14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque el sistema de intercambiador de calor (22) es atravesado por un fluido de enfriado tal como propileno, un freón, un HCFC o unos productos salidos del depósito.
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