FR2924788A1 - METHOD FOR DETERMINING THE FLUID MASS IN A CRYOGENIC RESERVOIR AND MASS FLUID FLOW CONSUMED. - Google Patents

METHOD FOR DETERMINING THE FLUID MASS IN A CRYOGENIC RESERVOIR AND MASS FLUID FLOW CONSUMED. Download PDF

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Abstract

Procédé de détermination en temps réel de la masse de fluide dans un réservoir (1) cryogénique destiné à contenir un mélange diphasique liquide-gaz, le procédé comprenant :- une étape de mesure du différentiel de pression (DP) entre les parties haute et basse du réservoir (DP=PB-PH), la mesure étant réalisée via au moins un capteur (4) de pression déporté relié aux parties haute et basse du réservoir via des tuyaux (11, 12) de mesure respectifs dont un tuyau supérieur (11), une étape de calcul le niveau de liquide (hl) dans le réservoir (1) selon la formule généralehl = DP.R1-R2dans laquelle R1 est un premier coefficient correctif en pression tenant compte de l'influence de la pression dans les tuyaux (11, 12) de mesure, et R2 un second coefficient correctif tenant compte de l'influence de la pression dans les tuyaux (11, 12) de mesure et de la géométrie du réservoir (1).A method for real-time determination of the mass of fluid in a cryogenic tank (1) for containing a two-phase liquid-gas mixture, the method comprising: - a step of measuring the pressure differential (DP) between the high and low parts of the tank (DP = PB-PH), the measurement being carried out via at least one remote pressure sensor (4) connected to the upper and lower parts of the tank via respective measuring pipes (11, 12) including an upper pipe (11). ), a step of calculating the liquid level (hl) in the tank (1) according to the general formulahl = DP.R1-R2in which R1 is a first pressure correction coefficient taking into account the influence of the pressure in the pipes (11, 12), and R2 a second corrective coefficient taking into account the influence of the pressure in the pipes (11, 12) of measurement and the geometry of the reservoir (1).

Description

La présente invention concerne un procédé de détermination en temps réel de la masse de fluide dans un réservoir cryogénique ainsi que du débit massique de fluide consommé. L'invention concerne notamment l'estimation à chaque instant de la masse de liquide et de gaz contenue dans les réservoirs cryogéniques. Cette masse est importante pour le calcul du profil de consommation des clients reliés à ces réservoirs. Les réservoirs cryogéniques disposent en général de mesures de pression PH, PB et de la mesure de différence de pression DP=PH-PB entre le haut et le bas du réservoir. La mesure de masse peut être faite par des pesées mais la quasi totalité des réservoirs existants n'en sont pas dotés. Une méthode existe actuellement pour estimer la masse à partir des mesures du différentiel de pression DP mais avec une grande incertitude. L'invention propose une nouvelle méthode qui permet d'estimer d'une manière plus précise la masse du liquide et du gaz contenus dans le réservoir en se basant sur la mesure du différentiel de pression DP et de préférence également de la pression PH ou PB aux extrémités supérieure et inférieure du réservoir. Connaissant la masse à chaque instant, on peut ainsi calculer le profil de consommation du client. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des 20 inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, le procédé selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape de mesure du différentiel de pression entre les parties haute et 25 basse du réservoir, la mesure étant réalisée via au moins un capteur de pression déporté relié aux parties haute et basse du réservoir via des tuyaux de mesure respectifs dont un tuyau supérieur, une étape de calcul le niveau de liquide dans le réservoir selon la formule générale hl = DP.R1-R2 30 dans laquelle R1 est un premier coefficient correctif en pression tenant compte de l'influence de la pression dans les tuyaux de mesure, et R2 un second coefficient correctif tenant compte de l'influence de la pression dans les tuyaux de mesure et de la géométrie du réservoir, - une étape de calcul des volumes de liquide et de gaz dans le réservoir en fonction du niveau de liquide obtenu à l'étape précédente, - et une étape de calcul de la masse fluide dans le réservoir en fonction des volumes de liquide et de gaz obtenus à l'étape précédente. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'étape de calcul le niveau de liquide dans le réservoir utilise la formule 10 générale suivante hl = C.DP- (Pg pgg).G dans laquelle C est un premier coefficient constant déterminé, G un second coefficient déterminé fixe et représentatif de la géométrie du réservoir, pg la masse volumique du gaz dans le réservoir approximée à une valeur déterminée, pgg la masse volumique du gaz dans le tuyau supérieur et situé en face de la phase 15 gazeuse du réservoir, cette masse volumique pgg étant approximée à une température déterminée, p, la masse volumique du liquide dans le réservoir approximée à une moyenne déterminée, pg, la masse volumique du gaz dans le tuyau (11) supérieur et situé en face de la phase liquide du réservoir, cette masse volumique pg, étant approximée à une température déterminée, The present invention relates to a method for real-time determination of the mass of fluid in a cryogenic tank and the mass flow rate of fluid consumed. The invention particularly relates to the estimation at each instant of the mass of liquid and gas contained in the cryogenic tanks. This mass is important for calculating the consumption profile of customers connected to these tanks. Cryogenic tanks usually have pressure measurements of pH, PB and pressure difference measurement DP = PH-PB between the top and the bottom of the tank. Mass measurement can be done by weighing but almost all existing tanks do not have one. A method currently exists for estimating mass from DP differential pressure measurements but with great uncertainty. The invention proposes a new method that makes it possible to more accurately estimate the mass of the liquid and gas contained in the tank based on the measurement of the differential pressure DP and preferably also the pressure PH or PB at the upper and lower ends of the tank. Knowing the mass at every moment, we can calculate the customer's consumption profile. An object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above. To this end, the method according to the invention, moreover in conformity with the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that it comprises: a step of measuring the pressure differential between the parts; high and low tank, the measurement being carried out via at least one remote pressure sensor connected to the upper and lower parts of the tank via respective measuring pipes, including an upper pipe, a calculation step the liquid level in the tank according to the general formula H1 = DP.R1-R2 in which R1 is a first pressure correction coefficient taking into account the influence of the pressure in the measuring pipes, and R2 a second correction coefficient taking into account the influence of the pressure in the measuring pipes; pressure in the measuring pipes and the geometry of the reservoir, - a step of calculating the volumes of liquid and gas in the reservoir as a function of the level of liquid obtained in the preceding step and a step of calculating the fluid mass in the reservoir as a function of the volumes of liquid and gas obtained in the preceding step. Furthermore, embodiments of the invention may include one or more of the following features: - the step of calculating the level of liquid in the reservoir uses the following general formula hl = C.DP- (Pg pgg) Where C is a first determined constant coefficient, G is a fixed second fixed coefficient representative of the geometry of the reservoir, pg is the density of the gas in the reservoir approximated to a predetermined value, pgg is the density of the gas in the upper pipe and located in front of the gaseous phase of the tank, this density pgg being approximated at a determined temperature, p, the density of the liquid in the tank approximated to a determined average, pg, the density of the gas in the pipe (11) upper and located opposite the liquid phase of the reservoir, this density pg, being approximated at a predetermined temperature,

20 - la masse volumique du gaz dans le réservoir est calculée à la pression moyenne (PB+PH)/2 mesurée en temps réel dans le réservoir et à une température (Tg) déterminée supérieure à la température d'équilibre liquide-gaz dans le réservoir, - la masse volumique du gaz dans le tuyau supérieur et situé en vis-à-vis de 25 la phase gazeuse du réservoir est calculée à la pression mesurée moyenne (PB+PH)/2 du réservoir et à une température évaluée selon la formule Pl -Ag +Pgg -Pgl suivante Tgg = Tg +E. (Te11,b ûTg) dans laquelle E est un coefficient déterminé fonction d'une part de la distance entre le tuyau supérieur et le réservoir et d'autre part de l'épaisseur connue de l'isolation autour du réservoir intérieur, Tamb étant la température ambiante mesurée autour du réservoir, Tg étant la température déterminée du gaz dans le réservoir, - la masse volumique du liquide dans le réservoir est approximée comme étant égale à la moyenne entre d'une part la masse volumique du liquide déterminée avant un remplissage et, d'autre part, la masse volumique du liquide Pl before +P1 alter déterminée après remplissage selon la formule : pl = 2 - le procédé comprend au moins une étape de remplissage du réservoir réalisé à partir d'un stockage d'alimentation, notamment d'un camion de livraison, caractérisé en ce que la masse volumique du liquide après un remplissage est approximée comme étant la somme, pondérée en volume occupé, d'une part de la masse volumique du liquide à l'équilibre à la pression du stockage d'alimentation (p, ecLCrack) et, d'autre part, de la masse volumique à l'équilibre à la pression du réservoir (pl ecLtank) et en ce que le volume du liquide restant dans le réservoir avant remplissage est approximé à une fraction K déterminée du volume maximal du liquide dans le réservoir de sorte que Pl alter = (1ùK) p 1_ecLtruck + K. p 1_ecLtanlc avec 1>K>0, - la masse volumique du gaz dans le tuyau supérieur et situé en face de la phase liquide du réservoir est calculée à la pression mesurée moyenne (PB+PH)/2 25 du réservoir et à une température évaluée selon la formule suivante : Tg, = T, + E. (Tamb û Tl) dans laquelle E est un coefficient connu fonction d'une part de la distance entre le tuyau supérieur et le réservoir et, d'autre part, de l'épaisseur connue de l'isolation autour du réservoir intérieur, Tamb étant la température ambiante mesurée autour du réservoir T, étant la température connu ou estimée 30 du liquide dans le réservoir,20 - le second coefficient G est représentatif de la géométrie du réservoir et de préférence égal à la somme de la hauteur maximale du liquide dans le réservoir prise à partir du bas du réservoir et de la hauteur maximale du liquide dans le réservoir prise à partir du haut du réservoir, - le réservoir est cylindrique de rayon R et avec l'extrémité inférieure au moins de forme elliptique de hauteur F, l'étape de calcul de la masse fluide (mtot) dans le réservoir étant obtenue en additionnant la masse du liquide et la masse de gaz selon la formule : mtot = p1V1 + pgVg ; Vg étant le volume du gaz dans le réservoir et le complément du volume du liquide V, dans le réservoir par rapport au volume total du réservoir Vtot, et en ce que, lorsque la hauteur de liquide atteint ou excède la parte elliptique ( hl F), la masse de fluide (mtot) dans le réservoir est donnée par la formule : m101 = nR2 C.DP- 3 (p1+pg)+(pgl ùpgg)hi +pgg.G . - lorsque le tuyau de mesure supérieur est situé à l'extérieur du réservoir (à l'extérieur de l'inter-parois), la masse volumique du gaz dans le tuyau supérieur situé en face de la phase gazeuse du réservoir Pgg et la masse volumique pg, du gaz dans le tuyau supérieur situé en face de la phase liquide du réservoir sont chacune égales à la masse volumique pg(Tamb) du gaz calculée à la température ambiante extérieure autour du réservoir et à la pression moyenne du réservoir (PB+PH)/2 : Pgg = pg, = pg(Tamb). The density of the gas in the tank is calculated at the mean pressure (PB + PH) / 2 measured in real time in the tank and at a determined temperature (Tg) greater than the liquid-gas equilibrium temperature in the tank; the density of the gas in the upper pipe and situated opposite the gaseous phase of the tank is calculated at the mean measured pressure (PB + PH) / 2 of the tank and at a temperature evaluated according to the formula Pl -Ag + Pgg -Pgl following Tgg = Tg + E. (Te11, b ûTg) in which E is a determined coefficient function on the one hand of the distance between the upper pipe and the tank and on the other hand the known thickness of the insulation around the inner tank, Tamb being the ambient temperature measured around the tank, Tg being the determined temperature of the gas in the tank, the density of the liquid in the tank is approximated as being equal to the mean between the density of the liquid determined before filling and on the other hand, the density of the liquid Pl before + P1 alter determined after filling according to the formula: p1 = 2 - the method comprises at least one step of filling the reservoir made from a feed storage, in particular of a delivery truck, characterized in that the density of the liquid after filling is approximated as the sum, weighted in volume occupied, on the one hand of the mass volum liquid at equilibrium at the supply storage pressure (p, ecLCrack) and, on the other hand, the equilibrium density at the reservoir pressure (pl ecLtank) and in that the volume the liquid remaining in the reservoir before filling is approximated to a determined fraction K of the maximum volume of the liquid in the reservoir so that Pl alter = (1ùK) p 1_ecLtruck + K. p 1_ecltanlc with 1> K> 0, - the density gas in the upper pipe and situated in front of the liquid phase of the tank is calculated at the mean measured pressure (PB + PH) / 2 of the tank and at a temperature evaluated according to the following formula: Tg, = T, + E (Tamb-Tl) where E is a known coefficient, which is a function of the distance between the upper pipe and the tank and the known thickness of the insulation around the inner tank, Tamb being the ambient temperature measured around the tank T, being the temperature known or estimated 30 of the liquid in the tank, 20 - the second coefficient G is representative of the geometry of the reservoir and preferably equal to the sum of the maximum height of the liquid in the tank taken from the bottom of the tank and the height maximum of the liquid in the tank taken from the top of the tank, - the tank is cylindrical of radius R and with the lower end at least of elliptical shape of height F, the step of calculating the fluid mass (mtot) in the reservoir being obtained by adding the mass of the liquid and the mass of gas according to the formula: mtot = p1V1 + pgVg; Vg being the volume of the gas in the tank and the complement of the volume of the liquid V, in the tank relative to the total volume of the tank Vtot, and in that, when the liquid height reaches or exceeds the elliptical portion (hl F) , the mass of fluid (mtot) in the reservoir is given by the formula: m101 = nR2 C.DP- 3 (p1 + pg) + (pgl ùpgg) hi + pgg.G. - when the upper measuring pipe is located outside the tank (outside the inter-wall), the density of the gas in the upper pipe situated in front of the gas phase of the tank Pgg and the mass volume pg, gas in the upper pipe located opposite the liquid phase of the reservoir are each equal to the density pg (Tamb) of the gas calculated at the ambient ambient temperature around the reservoir and the mean pressure of the reservoir (PB + PH) / 2: Pgg = pg, = pg (Tamb).

L'invention concerne également un procédé de détermination du débit massique de fluide consommé dans un réservoir utilisant ou non l'une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessus ou ci-après. Selon une particularité, le procédé comprend une étape de mesure du différentiel de pression entre les parties haute et basse du réservoir, la mesure étant réalisée via au moins un capteur de pression déporté relié aux parties haute et basse du réservoir via des tuyaux de mesure respectifs dont un tuyau supérieur, caractérisé en ce que le débit massique de consommation mconso de fluide est calculé selon une formule du type : mconso = Y. dD P dans laquelle Y est un coefficient correctif tenant compte de l'influence de la pression dans les tuyaux de mesure et de la géométrie du réservoir. The invention also relates to a method for determining the mass flow rate of fluid consumed in a tank using or not one or more of the characteristics above or below. According to one feature, the method comprises a step of measuring the pressure differential between the upper and lower parts of the tank, the measurement being performed via at least one remote pressure sensor connected to the upper and lower parts of the tank via respective measuring pipes. including an upper pipe, characterized in that the mass flow rate of consumption mconso fluid is calculated according to a formula of the type: mconso = Y. dD P wherein Y is a correction coefficient taking into account the influence of the pressure in the pipes measuring and the geometry of the tank.

D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : -la figure 1 représente une vue schématique illustrant un premier exemple de réservoir cryogénique de mise en oeuvre de l'invention (conduits extérieurs aux parois du réservoir), Other features and advantages will become apparent on reading the description below, with reference to the figures in which: FIG. 1 represents a schematic view illustrating a first example of a cryogenic reservoir for implementing the invention (conduits outside the walls of the tank),

- la figure 2 représente une vue schématique illustrant un second exemple de réservoir cryogénique de mise en oeuvre de l'invention (conduits intérieurs aux parois du réservoir). FIG. 2 represents a schematic view illustrating a second example of a cryogenic reservoir for implementing the invention (conduits inside the walls of the tank).

La méthode d'estimation qui va être décrite ci-après peut être mise en oeuvre par un ordinateur d'un système de contrôle de réservoir (local ou déporté). Cette méthode comprend une mesure de pression (différentiel DP), une estimation ou un calcul et peut comprendre une transmission de données à distance. Les pressions en haut PH et/ou en bas PB du réservoir sont mesurées via des conduits 11, 12 qui peuvent être situés dans l'espace inter parois du réservoir (figure 2) ou à l'extérieur 11 (figure 1). The estimation method which will be described below may be implemented by a computer of a tank control system (local or remote). This method includes pressure measurement (differential DP), estimation or calculation and may include remote data transmission. The pressures at the top PH and / or at the bottom PB of the tank are measured via ducts 11, 12 which can be located in the inter-wall space of the tank (FIG. 2) or outside 11 (FIG. 1).

Le réservoir 1 peut comprendre un dispositif de pressurisation tel qu'un réchauffeur 3 de vaporisation apte à prélever du liquide pour le vaporiser et le réinjecter dans le réservoir. Ce réchauffeur 3 régule classiquement la pression au sein du réservoir 1. The reservoir 1 may comprise a pressurizing device such as a vaporization heater 3 capable of taking up liquid for vaporizing it and injecting it back into the reservoir. This heater 3 conventionally regulates the pressure within the tank 1.

Par souci de simplification, le réservoir intérieur qui stocke le fluide sera désigné ci-après uniquement par le terme réservoir . For the sake of simplicity, the inner tank which stores the fluid will hereinafter be referred to only as the tank.

Une méthode connue de calcul de masse à l'intérieur d'un réservoir cryogénique vertical (cf. figure 1) se base sur la détermination de la hauteur du liquide contenu dans le réservoir h, à partir de la mesure du différentiel de pression DP (en bar) selon la formule suivante : 105 DP h, = PI g dans laquelle pl est la masse volumique du liquide cryogénique à l'intérieur du réservoir supposée constante et g l'accélération terrestre. A known method of calculating mass inside a vertical cryogenic tank (see Figure 1) is based on the determination of the height of the liquid contained in the tank h, from the measurement of the differential pressure DP ( in bar) according to the following formula: ## EQU1 ## where p1 is the density of the cryogenic liquid inside the supposedly constant reservoir and the terrestrial acceleration.

Dans le cas d'un réservoir cylindrique de rayon R et d'extrémités elliptiques de hauteur F (cf. figures 1 et 2), connaissant la hauteur du liquide h, dans le réservoir 1, on peut calculer le volume V, occupé par ce liquide selon la formule suivante (équation 2): Si hl F V,=nR2 h,-3 a Sihl<F V,= nFR2-n(F-h,) R2-Rz(F-h,)2 3 3F La masse du liquide dans le réservoir m, sera déduite du volume V, en le multipliant par la masse volumique p, du liquide selon la formule qui suit (équation 3) : ml = P1VI 10 Le capteur 4 de différentiel de pression DP est installé par exemple de façon déportée au niveau d'une unité de télémétrie. Cette unité 4 peut de préférence permettre d'avoir un accès distant pour récupérer les données stockées et relevées localement. Les mesures de pression PH, PB et du différentiel DP au niveau du capteur 4 ne sont pas exactement égales aux valeurs réelles au niveau In the case of a cylindrical tank of radius R and elliptical ends of height F (see FIGS. 1 and 2), knowing the height of the liquid h, in the tank 1, it is possible to calculate the volume V, occupied by this liquid according to the following formula (equation 2): If hL FV, = nR2 h, -3 a Sihl <FV, = nFR2-n (Fh,) R2-Rz (Fh,) 2 3 3F The mass of the liquid in the reservoir m, will be deduced from the volume V, by multiplying it by the density p, of the liquid according to the following formula (equation 3): ml = P1VI The pressure differential sensor 4 DP is installed, for example, remotely at the a telemetry unit. This unit 4 may preferably allow remote access to retrieve the data stored and read locally. The pressure measurements PH, PB and the differential DP at the sensor 4 are not exactly equal to the actual values at the

15 du réservoir 1 puisque le capteur 4 est relié au réservoir par deux tuyaux 11, 12 faussant la mesure. Le premier tuyau supérieur 11 relie le capteur 4 à l'extrémité supérieure du réservoir 1. Le second tuyau 12 relie le capteur 4 au bas du réservoir 1. 15 of the reservoir 1 since the sensor 4 is connected to the reservoir by two pipes 11, 12 distorting the measurement. The first upper pipe 11 connects the sensor 4 to the upper end of the tank 1. The second pipe 12 connects the sensor 4 to the bottom of the tank 1.

La méthode actuelle pour l'estimation de la masse contenue dans le 20 réservoir 1 présente trois défauts : The present method for estimating the mass contained in reservoir 1 has three defects:

- elle ne prend pas en compte le poids du gaz contenu dans le réservoir, - it does not take into account the weight of the gas contained in the tank,

- elle néglige la correction de pression et du différentiel de pression DP liée aux tuyaux 11, 12 reliant l'unité 4 de mesure au réservoir 1, - elle considère que la masse volumique p, du liquide dans le réservoir 1 25 reste constante dans le temps. it neglects the pressure correction and the pressure differential DP connected to the pipes 11, 12 connecting the measurement unit 4 to the tank 1, it considers that the density p of the liquid in the tank 1 remains constant in the time.

Selon l'invention, on prend en compte la masse du gaz à l'intérieur de ce réservoir 1 ainsi que la correction de pression et du différentiel de pression due à la présence de tuyaux 11, 12 entre le capteur 4 et le réservoir 4. La masse5 volumique p, utilisée selon l'invention est de préférence une moyenne entre la masse volumique du liquide avant remplissage et la masse volumique du liquide après remplissage. According to the invention, account is taken of the mass of the gas inside this tank 1 as well as the pressure correction and the pressure differential due to the presence of pipes 11, 12 between the sensor 4 and the tank 4. The density p, used according to the invention is preferably an average between the density of the liquid before filling and the density of the liquid after filling.

Selon l'invention, le calcul de la masse totale contenue dans le réservoir 5 cryogénique se base d'abord sur le calcul de la hauteur h, du liquide dans le réservoir selon, par exemple, la formule suivante (équation 4): 105 DP ù (pg ù pgg ) (Hmax + ovlength) dans laquelle : - g est l'accélération terrestre en m.s-2, 10 - Hmax la hauteur maximale du liquide dans le réservoir prise à partir du bas du réservoir (en mètre), -ov_length est la hauteur maximale du liquide dans le réservoir prise à partir du haut du réservoir (en mètre), - pg est la masse volumique du gaz dans le réservoir approximée à une 15 valeur déterminée, - Pgg est la masse volumique du gaz dans le tuyau 11 supérieur situé en face de la phase gazeuse du réservoir, - p, est la masse volumique du liquide dans le réservoir approximée à une moyenne déterminée, 20 - pg, est la masse volumique du gaz dans le tuyau (11) supérieur situé en face de la phase liquide du réservoir. La masse volumique p, du liquide dans le réservoir est approximée comme étant égale à la moyenne entre d'une part la masse volumique du liquide avant remplissage P1 before et la masse volumique du liquide après remplissage 25 P1 afcer (équation 5) : hl = Pl -Pg +Pgg - Pgl g Pl before + Pl after P1 = 2 Par ailleurs, on peut approximer la masse volumique du liquide avant remplissage P1 beforecomme étant égale à la masse volumique à l'équilibre à la pression moyenne du réservoir (PH+PB) /2 (moyenne des pressions mesurées en haut PH et en bas PB) P1 ecLtank (équation 6) : P 1_before = P 1_eq_tank La masse volumique du liquide après remplissage pl after peut être approximée comme étant la moyenne pondérée par la fraction du volume occupé de: 1) la masse volumique du liquide à l'équilibre à la pression du stockage du camion de livraison P1_eq_truek et de 2) la masse volumique à l'équilibre à la pression moyenne du réservoir (PH+PB)/2 p ecLtank Le volume du liquide restant dans le réservoir avant remplissage est 15 approximé à une valeur déterminée(par exemple à 30% en moyenne du volume maximal du liquide dans le réservoir), cela conduit à l'équation 7 : Pl after = 0,7. p 1eci truck + 0, 3 .Pl eqtank La masse volumique du gaz dans le réservoir Pg sera calculée à la pression moyenne du réservoir Ptank (connue ou mesurée (PH+PB)/2) et pour 20 une température de gaz Tg dépassant de 20K la température d'équilibre dans le réservoir Teq_tank (cette température d'équilibre Teq_tank est déduite à partir de la pression moyenne du réservoir Ptank=(PH+PB)/2). On obtient ainsi l'expression suivante (équation 8) : Pg = Pg (Tg = Teq_tank + 20, Ptank 25 La masse volumique pgg du gaz dans le tuyau 11 supérieur reliant le haut du réservoir 1 au capteur 4 (portion en face de la partie gazeuse du réservoir) peut 8 être calculée à la pression du réservoir Ptank et à une température évaluée selon la formule suivante (équation 9) : = d-Pipe (T ùT l Tgg Tg + wlength \amb g / Dans laquelle d_pipe est la distance séparant le tuyau 11 de la paroi du réservoir (interne), w length est l'épaisseur de l'isolation autour du réservoir intérieur (non représentée) et Tamb est la température ambiante moyenne mesurée autour du réservoir. En effet, on peut considérer un profil linéaire de température dans l'isolant du réservoir entre la température du gaz Tg à l'intérieur du réservoir 1 et la température ambiante extérieur Tamb. According to the invention, the calculation of the total mass contained in the cryogenic tank 5 is based firstly on the calculation of the height h, of the liquid in the tank according to, for example, the following formula (equation 4): 105 DP where: - g is the terrestrial acceleration in ms-2, 10 - Hmax the maximum height of the liquid in the tank taken from the bottom of the tank (in meter), - ov_length is the maximum height of the liquid in the tank taken from the top of the tank (in meters), - pg is the density of the gas in the tank approximated to a given value, - Pgg is the density of the gas in the upper pipe 11 opposite the gaseous phase of the tank, - p, is the density of the liquid in the tank approximated to a determined average, 20 - pg, is the density of the gas in the upper pipe (11) located in face of the liquid phase of the tank. The density p of the liquid in the reservoir is approximated as being equal to the mean between the density of the liquid before filling P1 before and the density of the liquid after filling P1 afcer (equation 5): hl = Furthermore, the density of the liquid before filling P1 can be approximated as being equal to the equilibrium density at the mean pressure of the reservoir (PH +). PB) / 2 (average of the pressures measured at the top PH and at the bottom PB) P1 ecLtank (equation 6): P 1_before = P 1_eq_tank The density of the liquid after filling pl after can be approximated as the weighted average by the fraction of the occupied volume of: 1) the density of the liquid at equilibrium at the delivery truck storage pressure P1_eq_truek and 2) the equilibrium density at the mean tank pressure (PH + PB) / 2 p ecLtank The volume of the liqui remaining in the tank before filling is approximated to a determined value (for example 30% on average of the maximum volume of the liquid in the tank), this leads to equation 7: Pl after = 0.7. The density of the gas in the tank Pg will be calculated at the mean pressure of the tank Ptank (known or measured (PH + PB) / 2) and for a gas temperature Tg exceeding 20K the equilibrium temperature in the tank Teq_tank (this equilibrium temperature Teq_tank is deduced from the mean tank pressure Ptank = (PH + PB) / 2). The following expression is thus obtained (equation 8): Pg = Pg (Tg = Teq_tank + 20, Ptank) The density pgg of the gas in the upper pipe 11 connecting the top of the tank 1 to the sensor 4 (portion opposite the gaseous part of the tank) can be calculated at the pressure of the tank Ptank and at a temperature evaluated according to the following formula (equation 9): = d-Pipe (T ùT l Tgg Tg + wlength \ amb g / In which the pipe is the distance separating the pipe 11 from the tank wall (internal), w length is the thickness of the insulation around the inner tank (not shown) and Tamb is the average ambient temperature measured around the tank. a linear temperature profile in the tank insulation between the temperature of the gas Tg inside the tank 1 and the outside ambient temperature Tamb.

La masse volumique pgI du gaz dans le tuyau 11 supérieur situé en face de la phase liquide du réservoir peut être calculée à la pression du réservoir Ptank et à une température évaluée selon la formule suivante (équation 10) : _ d_pipe Tgt T1+ T wlength am- - T, De la même façon, on peut en effet considérer un profil de température linéaire dans l'isolant (autour de la phase liquide du réservoir) entre la température du liquide à l'intérieur du réservoir T, et la température ambiante Tamb. Le volume occupé par le liquide V, dans le réservoir cylindrique de rayon R et d'extrémités elliptiques de hauteur F est égal à (équation 11): Si hlF V1=nR2 hlù3 2 Sih1<F V1=3nFR2ùn(Fùht) R2ùRZ(Fùh1)2 Si on définit htot la hauteur totale du réservoir, on a la relation suivante (équation 12) : htot = Hmax + ov_length. The density pgI of the gas in the upper pipe 11 situated in front of the liquid phase of the reservoir can be calculated at the pressure of the tank Ptank and at a temperature evaluated according to the following formula (equation 10): Tgt T1 + T wlength am - - T, In the same way, one can indeed consider a linear temperature profile in the insulator (around the liquid phase of the tank) between the temperature of the liquid inside the tank T, and the ambient temperature Tamb . The volume occupied by the liquid V, in the cylindrical tank of radius R and elliptical ends of height F is equal to (equation 11): If hlF V1 = nR2 h1u3 2 Sih1 <F V1 = 3nFR2u (F11ht) R2uRZ (Fuh1 2 If we define the total height of the tank, we have the following relation (equation 12): htot = Hmax + ov_length.

Le volume du gaz dans le réservoir Vg est le complément du volume du liquide V, par rapport au volume total du réservoir Vtot = Vg + V,. Le volume total du réservoir Vtot est donné par (équation 13) : Vtot = 7[R 2 h tot Vg = Vtot V1 2F 3) La masse totale de fluide à l'intérieur du réservoir mtot est égale à la somme de la masse du liquide m, et de la masse de gaz mg selon la formule (équation 14) : mtot _ p1 V1 + P g Vg Dans le cas où le niveau de liquide atteint ou dépasse la partie elliptique (hl F) (ce qui est le cas le plus fréquent) et en utilisant les équations 4, 14 et 1, la formule de la masse totale mtot dans le réservoir 1 se simplifie selon l'équation 15 suivante: 2 105DP F ( mit=7[R g --(Pl +Pg)+1Pgl Pgg)hi+Pggh0 En dehors des périodes de remplissage du réservoir, le débit massique de consommation de l'utilisateur mconso est égal à la dérivée par rapport au temps dm de la masse totale à l'intérieur dt°t du réservoir (équation 16) : dm m tot rr- _ dV1 °°ns° - - dt W1 P dt Dans le cas où le niveau de liquide dépasse la partie elliptique (hl F), la formule précédente se simplifie à (équation 17) : 10521R' d(DP 1h COnso _ ù - dt r pgl Pgg ` pl Pg - ~- Dans ce qui précède, sauf indication contraire, les unités de dimension sont le mètre et l'unité de masse volumique est le kg/m3. La nouvelle méthode de calcul de masse dans le réservoir a été testée sur un réservoir de 10000 litres contenant de l'oxygène liquide. Pour évaluer l'erreur relative maximale sur l'estimation de la masse avec la méthode selon l'invention, la demanderesse a fait varier de façon déterminée la pression, le niveau du liquide et la température du liquide et du gaz dans le réservoir. Les g 1 résultats ont été comparés aux valeurs réelles connues de masse dans le réservoir. L'invention a été testée notamment sur un réservoir de rayon 0,73m de hauteur de fond de cuve F=0,5m de hauteur maximale de liquide Hmax =5,9m et de hauteur totale ht0 = 6,5m. La pression dans le réservoir a fait l'objet d'une variation entre 3 et 30 bar. Les températures de gaz et de liquide on été modifiées entre 97 et 182 K. Le niveau de liquide réel dans le réservoir a été modifié entre 30% et 100% du niveau de liquide maximal possible. La demanderesse a constaté que, selon l'invention, l'erreur relative maximale sur la masse totale calculée dans le réservoir reste inférieure à 1.5% quels que soient la pression, le niveau du liquide et les températures de liquide et de gaz dans le réservoir. Il est à noter que selon les techniques de l'art antérieur, l'erreur relative sur la masse totale dans le réservoir (par rapport à la masse réelle) peut atteindre 33% à des pressions de 30 bar environ.15 The volume of the gas in the tank Vg is the complement of the volume of the liquid V, with respect to the total volume of the tank Vtot = Vg + V ,. The total volume of the tank Vtot is given by (equation 13): Vtot = 7 [R 2 h tot Vg = Vtot V1 2F 3) The total mass of fluid inside the tank mtot is equal to the sum of the mass of the liquid m, and the mass of gas mg according to the formula (equation 14): mtot _ p1 V1 + P g Vg In the case where the liquid level reaches or exceeds the elliptical portion (hl F) (which is the case the most frequent) and using equations 4, 14 and 1, the formula of the total mass mtot in the tank 1 is simplified according to the following equation: 2 105DP F (mit = 7 [R g - (Pl + Pg) + 1Pgl Pgg) hi + Pggh0 Outside the filling periods of the tank, the mass flow rate of consumption of the user mconso is equal to the derivative with respect to the time dm of the total mass inside dt ° t of the tank (equation 16): dm m tot rr- _ dV1 °° ns ° - - dt W1 P dt In the case where the liquid level exceeds the elliptic part (hl F), the previous formula becomes simpler ie to (equation 17): 10521R 'd (DP 1h COnso _ ù - dt rpgl Pgg `pl Pg - ~ - In the above, unless otherwise stated, the dimension units are the meter and the unit of density is the kg / m3. The new mass calculation method in the tank was tested on a 10000 liter tank containing liquid oxygen. To evaluate the maximum relative error on the estimation of the mass with the method according to the invention, the Applicant has determinedly vary the pressure, the level of the liquid and the temperature of the liquid and the gas in the tank. The results were compared to the actual known mass values in the tank. The invention has been tested, in particular, on a tank having a radius of 0.73m of bottom of the tank F = 0.5m maximum height of liquid Hmax = 5.9m and a total height ht0 = 6.5m. The pressure in the tank has varied between 3 and 30 bar. The gas and liquid temperatures were changed between 97 and 182 K. The actual liquid level in the tank was changed between 30% and 100% of the maximum possible fluid level. The Applicant has found that, according to the invention, the maximum relative error on the total mass calculated in the tank remains less than 1.5% whatever the pressure, the liquid level and the liquid and gas temperatures in the reservoir. . It should be noted that according to the techniques of the prior art, the relative error on the total mass in the tank (relative to the actual mass) can reach 33% at pressures of approximately 30 bar.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination en temps réel de la masse de fluide dans un réservoir (1) cryogénique destiné à contenir un mélange diphasique liquide-gaz, le procédé comprenant : - une étape de mesure du différentiel de pression (DP) entre les parties haute et basse du réservoir (DP=PB-PH), la mesure étant réalisée via au moins un capteur (4) de pression déporté relié aux parties haute et basse du réservoir via des tuyaux (11, 12) de mesure respectifs dont un tuyau supérieur (11), une étape de calcul le niveau de liquide (hl) dans le réservoir (1) selon la formule générale hl = DP.R1-R2 dans laquelle R1 est un premier coefficient correctif en pression tenant compte de l'influence de la pression dans les tuyaux (11, 12) de mesure, et R2 un second coefficient correctif tenant compte de l'influence de la pression dans les tuyaux (11, 12) de mesure et de la géométrie du réservoir (1), - une étape de calcul des volumes de liquide (V,) et de gaz (Vg) dans le réservoir (1) en fonction du niveau de liquide (hl) obtenu à l'étape précédente, - et une étape de calcul de la masse fluide (mtot) dans le réservoir (1) en fonction des volumes de liquide (V,) et de gaz (Vg) obtenus à l'étape précédente. dans laquelle C est un premier coefficient constant déterminé, G un second coefficient déterminé fixe et représentatif de la géométrie du réservoir, pg la masse volumique du gaz dans le réservoir approximée à une valeur déterminée, Pgg la masse volumique du gaz dans le tuyau (11) supérieur et A method for real-time determination of the mass of fluid in a cryogenic tank (1) for containing a two-phase liquid-gas mixture, the method comprising: a step of measuring the pressure differential (DP) between the upper parts; and tank bottom (DP = PB-PH), the measurement being carried out via at least one remote pressure sensor (4) connected to the upper and lower parts of the tank via respective measuring pipes (11, 12) including a top pipe (11), a step of calculating the liquid level (hl) in the tank (1) according to the general formula hl = DP.R1-R2 in which R1 is a first pressure correction coefficient taking into account the influence of the pressure in the measurement pipes (11, 12), and R2 a second corrective coefficient taking into account the influence of the pressure in the measuring pipes (11, 12) and the geometry of the reservoir (1), - a step calculation of the volumes of liquid (V,) and gas (Vg) in the tank see (1) as a function of the liquid level (hl) obtained in the preceding step, - and a step of calculating the fluid mass (mtot) in the reservoir (1) as a function of the liquid volumes (V,) and of gas (Vg) obtained in the previous step. in which C is a first determined constant coefficient, G a fixed second fixed coefficient representative of the geometry of the reservoir, pg the density of the gas in the reservoir approximated to a determined value, Pgg the density of the gas in the pipe (11). ) superior and 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de calcul le niveau de liquide (hl) dans le réservoir (1) utilise la formule générale suivante hi = C.DP - (Pg pgg ).G P1 -Ag +Pgg -Agisitué en face de la phase gazeuse du réservoir, cette masse volumique Pgg étant approximée à une température déterminée, p, la masse volumique du liquide dans le réservoir approximée à une moyenne déterminée, pg, la masse volumique du gaz dans le tuyau (11) supérieur et situé en face de la phase liquide du réservoir, cette masse volumique pg, étant approximée à une température déterminée. 2. Method according to claim 1, characterized in that the step of calculating the liquid level (hl) in the tank (1) uses the following general formula hi = C.DP - (Pg pgg) .G P1 -Ag + Pgg -Agisitué in front of the gaseous phase of the reservoir, this density Pgg being approximated to a determined temperature, p, the density of the liquid in the reservoir approximated to a determined average, pg, the density of the gas in the pipe (11) higher and located in front of the liquid phase of the reservoir, the density pg, being approximated at a predetermined temperature. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la masse volumique (pg) du gaz dans le réservoir (1) est calculée à la pression moyenne (PB+PH)/2 mesurée en temps réel dans le réservoir et à une température (Tg) déterminée supérieure à la température d'équilibre liquide-gaz dans le réservoir. 3. Method according to claim 2, characterized in that the density (pg) of the gas in the tank (1) is calculated at the mean pressure (PB + PH) / 2 measured in real time in the tank and at a temperature (Tg) determined higher than the liquid-gas equilibrium temperature in the tank. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la masse volumique (pgg) du gaz dans le tuyau (11) supérieur et situé en vis-à- vis de la phase gazeuse du réservoir (1) est calculée à la pression mesurée moyenne (PB+PH)/2 du réservoir (1) et à une température (Tgg) évaluée selon la formule suivante Tgg = Tg +E. (T.b ûTg) dans laquelle E est un coefficient déterminé fonction d'une part de la distance (d_pipe) entre le tuyau (11) supérieur et le réservoir (1) et d'autre part de l'épaisseur connue de l'isolation autour du réservoir intérieur, Tamb étant la température ambiante mesurée autour du réservoir, Tg étant la température déterminée du gaz dans le réservoir. 4. Method according to claim 2 or 3, characterized in that the density (pgg) of the gas in the upper pipe (11) and situated opposite the gaseous phase of the tank (1) is calculated on the basis of average measured pressure (PB + PH) / 2 of the tank (1) and a temperature (Tgg) evaluated according to the following formula Tgg = Tg + E. (Tb ûTg) in which E is a determined coefficient function on the one hand of the distance (d_pipe) between the upper pipe (11) and the tank (1) and on the other hand the known thickness of the insulation around of the inner tank, Tamb being the ambient temperature measured around the tank, Tg being the determined temperature of the gas in the tank. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la masse volumique (p,) du liquide dans le réservoir est approximée comme étant égale à la moyenne entre d'une part la masse volumique du liquide déterminée avant un remplissage (pl before) et, d'autrepart, la masse volumique du liquide déterminée après remplissage (pl alter) Pl before + Pl alter selon la formule : P1 = 2 5. Method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the density (p,) of the liquid in the tank is approximated as being equal to the average between firstly the density of the liquid determined before a filling (pl before) and, on the other hand, the density of the liquid determined after filling (pl alter) Pl before + Pl alter according to the formula: P1 = 2 6. Procédé selon la revendication 5, comprenant au moins une étape de remplissage du réservoir (1) réalisé à partir d'un stockage d'alimentation, notamment d'un camion de livraison, caractérisé en ce que la masse volumique du liquide après un remplissage (pl alter) est approximée comme étant la somme, pondérée en volume occupé, d'une part de la masse volumique du liquide à l'équilibre à la pression du stockage d'alimentation (P1eq_track) et, d'autre part, de la masse volumique à l'équilibre à la pression du réservoir (pl ecLtank) et en ce que le volume du liquide restant dans le réservoir (1) avant remplissage est approximé à une fraction K déterminée du volume maximal du liquide dans le réservoir (1) de sorte que Pl after = (1ù K). P 1_ecLtruck + K. P 1_ecLtank avec 1>K>0 6. Method according to claim 5, comprising at least one step of filling the reservoir (1) made from a supply storage, including a delivery truck, characterized in that the density of the liquid after a fill (pl alter) is approximated as the sum, weighted in volume occupied, on the one hand of the density of the liquid at equilibrium at the pressure of the storage of feed (P1eq_track) and, on the other hand, of the equilibrium density at the reservoir pressure (pl ecltank) and in that the volume of the liquid remaining in the reservoir (1) before filling is approximated to a determined fraction K of the maximum volume of the liquid in the reservoir (1 ) so that Pl after = (1u K). P 1_ecLtruck + K. P 1_ecLtank with 1> K> 0 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la masse volumique (pg,) du gaz dans le tuyau (11) supérieur et situé en face de la phase liquide du réservoir est calculée à la pression mesurée moyenne (PB+PH)/2 du réservoir (1) et à une température Tg, évaluée selon la formule suivante : Tgl = Tl + E. (Tamb ù T1) dans laquelle E est un coefficient connu fonction d'une part de la distance (d_pipe) entre le tuyau (11) supérieur et le réservoir (1) et, d'autre part, de l'épaisseur connue de l'isolation autour du réservoir intérieur, Tamb étant la température ambiante mesurée autour du réservoir T, étant la température connu ou estimée du liquide dans le réservoir (1). 7. Method according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the density (pg,) of the gas in the upper pipe (11) and situated opposite the liquid phase of the reservoir is calculated at the measured pressure. average (PB + PH) / 2 of the reservoir (1) and at a temperature Tg, evaluated according to the following formula: Tgl = Tl + E. (Tamb ù T1) in which E is a known coefficient depending on the one hand of the distance (d_pipe) between the upper pipe (11) and the tank (1) and, on the other hand, the known thickness of the insulation around the inner tank, Tamb being the ambient temperature measured around the tank T, being the known or estimated temperature of the liquid in the tank (1). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le second coefficient G est représentatif de la géométrie du réservoir et de préférence égal à la somme de la hauteur maximale du liquide dans le réservoir prise à partir du bas du réservoir (Hmax) et de la hauteuret de la hauteur maximale du liquide dans le réservoir prise à partir du haut du réservoir (ov_length). 8. Method according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the second coefficient G is representative of the geometry of the reservoir and preferably equal to the sum of the maximum height of the liquid in the tank taken from the bottom the tank (Hmax) and the height and maximum height of the liquid in the tank taken from the top of the tank (ov_length). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le réservoir (1) est cylindrique de rayon R et avec l'extrémité inférieure au moins de forme elliptique de hauteur F, l'étape de calcul de la masse fluide (mtot) dans le réservoir (1) étant obtenue en additionnant la masse du liquide et la masse de gaz selon la formule : mtot = + pg Vg ; Vg étant le volume du gaz dans le réservoir (1) et le complément du volume du liquide V, dans le réservoir par rapport au volume total du réservoir Vtot, et en ce que, lorsque la hauteur de liquide atteint ou excède la parte elliptique ( h, F ), la masse de fluide (mtot) dans le réservoir est donnée par la formule : C.DP- 3 (p1 +pg)+(pg, -pjh, +pgg.G 9. Method according to any one of claims 2 to 8, characterized in that the reservoir (1) is cylindrical radius R and with the lower end at least elliptical shape of height F, the step of calculating the fluid mass (mtot) in the tank (1) being obtained by adding the mass of the liquid and the mass of gas according to the formula: mtot = + pg Vg; Vg being the volume of the gas in the tank (1) and the complement of the volume of the liquid V, in the tank relative to the total volume of the tank Vtot, and in that, when the liquid height reaches or exceeds the elliptical portion ( h, F), the mass of fluid (mtot) in the reservoir is given by the formula: C.DP- 3 (p1 + pg) + (pg, -pjh, + pgg.G 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que lorsque le tuyaux (11) de mesure supérieur est situé à l'extérieur du réservoir (à l'extérieur de l'inter-parois), la masse volumique du gaz dans le tuyau (11) supérieur situé en face de la phase gazeuse du réservoir p9g et la masse volumique p9, du gaz dans le tuyau (11) supérieur situé en face de la phase liquide du réservoir sont chacune égales à la masse volumique Pg(Tamb) du gaz calculée à la température ambiante extérieure autour du réservoir et à la pression moyenne du réservoir (PB+PH)/2 : P9g = p9, = pg(Tamb). m t.t = ?CR z 10. Method according to any one of claims 2 to 9, characterized in that when the pipe (11) of upper measurement is located outside the tank (outside the inter-wall), the mass volume of the gas in the upper pipe (11) facing the gaseous phase of the reservoir p9g and the density p9 of the gas in the upper pipe (11) facing the liquid phase of the reservoir are each equal to the mass volume Pg (Tamb) of the gas calculated at the ambient ambient temperature around the tank and at the mean tank pressure (PB + PH) / 2: P9g = p9, = pg (Tamb). m t.t =? CR z
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