FR2929369A1 - METHOD FOR VAPORIZING A CRYOGENIC LIQUID BY EXCHANGING HEAT WITH A CALORIGENE FLUID - Google Patents

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Abstract

A method of vaporizing cryogenic liquid, for example liquefied natural gas, by heat exchange with a calorigenic fluid, for example gaseous nitrogen is provided.

Description

2929369 La présente invention est relative à un procédé de vaporisation d'un liquide cryogénique, par exemple du gaz naturel liquéfié, par échange de chaleur avec un fluide calorigène, par exemple de l'azote gazeux. Pour réchauffer et vaporiser des liquides cryogéniques de type gaz naturel liquéfié (GNL) ou équivalent contre un fluide calorigène, afin de récupérer les frigories du GNL, on a utilisé dans le passé l'une des trois possibilités suivantes : • une technologie consistant à enrouler sous forme de galettes un système de deux tubes reliés entre eux par un ligament. Les tubes sont io soudés ou dudgeonnés sur des collecteurs transversaux aux galettes ; • des échangeurs brasés à plaques et ailettes ; • des échangeurs tubulaires bobinés. Dans le cas où l'on veut récupérer les frigories pour liquéfier des gaz de l'air, on veut absolument éviter une pollution accidentelle de l'azote ou de 15 l'oxygène par un gaz hydrocarbure en particulier quand le gaz naturel circule dans l'échangeur à une pression supérieure à celle du gaz de l'air. Les géométries tubulaires ne sont pas très efficaces thermiquement et conduisent souvent à un surdimensionnement coûteux. Par ailleurs les terminaux méthaniers ainsi que les installations de 20 séparation d'air existantes n'ont pas toujours les équipements permettant d'éviter des transitoires thermiques brutales lors des arrêts et du redémarrage, ce qui conduit à des chocs thermiques et donc des endommagements des échangeurs. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de réchauffement 25 d'un premier fluide par échange de chaleur avec un deuxième fluide dans un échangeur à plaques et à ailettes dans lequel le premier fluide se réchauffe dans une première série de passages séparés et le deuxième fluide se refroidit dans une deuxième série de passages séparés caractérisé en ce que chaque passage de la première série est séparé du passage le plus 30 proche de la deuxième série par un passage auxiliaire contenant des ailettes où circule un gaz inerte . Optionnellement : - le premier fluide est constitué par du gaz naturel liquéfié qui se vaporise ou se réchauffe dans la première série de passages séparés ; 2 2929369 - le deuxième fluide est constitué par de l'azote gazeux qui se refroidit ou se liquéfie dans la deuxième série de passages séparés ; - le gaz inerte est à une pression au moins 0,1, voire au moins 0.5 bars supérieure à celles du premier fluide et du deuxième fluide ; 5 - le gaz inerte est à une pression au moins 0,1 voire au moins 0.5 bars inférieure à celles du premier fluide et du deuxième fluide ; - le gaz inerte est de l'azote gazeux ; - le gaz inerte envoyé dans au moins certains passages auxiliaires est envoyé ensuite à l'atmosphère ou torché ; io - au moins une boîte d'entrée et/ou de sortie d'un des premier et deuxième fluides est séparée des passages où circule l'autre des premier et deuxième fluides au moyen d'un système de double barres, les barres étant éventuellement séparées par une zone morte ; - le premier fluide se réchauffe à une pression d'au moins 60 bars abs.The present invention relates to a method for vaporizing a cryogenic liquid, for example liquefied natural gas, by heat exchange with a heat-generating fluid, for example nitrogen gas. In order to heat and vaporize liquefied natural gas (LNG) or equivalent cryogenic liquids against a circulating fluid, in order to recover the LNG frigories, one of the three following possibilities has been used in the past: • a technology of winding up in the form of pancakes a system of two tubes interconnected by a ligament. The tubes are welded or dug on collectors transverse to the slabs; • brazed heat exchangers with plates and fins; • coiled tubular exchangers. In the case where it is desired to recover the frigories for liquefying gases from the air, it is absolutely necessary to avoid accidental pollution of nitrogen or oxygen by a hydrocarbon gas, in particular when natural gas circulates in the atmosphere. exchanger at a pressure greater than that of the air gas. Tubular geometries are not very thermally efficient and often lead to expensive oversizing. Furthermore, the LNG terminals as well as the existing air separation plants do not always have the equipment to avoid sudden thermal transients during shutdowns and restart, which leads to thermal shocks and therefore damage to the air. exchangers. According to one object of the invention, there is provided a method of heating a first fluid by heat exchange with a second fluid in a plate and fin heat exchanger in which the first fluid is heated in a first series of passages. separated and the second fluid cools in a second series of separate passages characterized in that each passage of the first series is separated from the passage closest to the second series by an auxiliary passage containing fins which circulates an inert gas. Optionally: the first fluid is liquefied natural gas that vaporizes or heats in the first series of separate passages; 2929369 - the second fluid consists of nitrogen gas which cools or liquefies in the second series of separate passages; the inert gas is at a pressure at least 0.1, or even at least 0.5 bars greater than that of the first fluid and the second fluid; The inert gas is at a pressure at least 0.1 or at least 0.5 bar lower than that of the first fluid and the second fluid; the inert gas is nitrogen gas; the inert gas sent to at least some auxiliary passages is then sent to the atmosphere or flared; at least one inlet and / or outlet box of one of the first and second fluids is separated from the passages in which the other of the first and second fluids circulates by means of a system of double bars, the bars possibly being separated by a dead zone; the first fluid is heated to a pressure of at least 60 bar abs.

15 Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de démarrage d'un échangeur à plaques et à ailettes dans lequel en plein régime un premier fluide se réchauffe par échange de chaleur avec un deuxième fluide dans un échangeur à plaques et à ailettes, le premier fluide se réchauffant dans une première série de passages séparés et le deuxième 20 fluide se refroidissant dans une deuxième série de passages séparés caractérisé en ce que chaque passage de la première série est séparé du passage le plus proche de la deuxième série par un passage auxiliaire contenant des ailettes et dans lequel pendant le démarrage un gaz inerte à une température inférieur à la température ambiante, éventuellement à 25 température cryogénique, est envoyé à au moins un passage auxiliaire pour accélérer la mise en froid. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures. Les figures 1 à 3 montrent une section prise dans le sens de la longueur de l'échangeur de chaque type de passage pour un échangeur 30 opérant selon l'invention. La Figure 1 représente un passage auxiliaire de gaz inerte, la Figure 2 un passage de GNL et la Figure 3 un passage d'azote à chauffer. Les figures 4 à 6 représentent un autre échangeur opérant selon l'invention. La Figure 4 montre une coupe à travers les passages parallèles 3 2929369 de l'échangeur dans le sens de la largeur de l'échangeur, la Figure 5 montre un passage d'azote basse pression coupé dans le sens de sa longueur et la Figure 5 montre un passage de GNL coupé dans le sens de sa longueur. Selon l'invention, un passage du type de la Figure 1 sera placé entre chaque 5 passage du type de la Figure 2 et chaque type de la Figure 3. Ainsi chaque passage de séries du type de la Figure 2 est séparé de chaque passage de la série de type de la Figure 3 par un passage du type de la Figure 1 pour former un échangeur à plaque et ailettes brasé en aluminium, ou autre matériau. Les ailettes ne sont pas illustrées pour simplifier le dessin. io La Figure 1 est le passage auxiliaire d'azote gazeux basse pression de inerte dont l'entrée 9 est en bas à droite et la sortie 11 en haut à gauche. Dans la Figure 2 est illustré un passage de réchauffement de gaz naturel liquéfié (GNL) qui entre dans le passage en bas à gauche 1 et sort en haut à droite 3. Une double barre isole le haut et le bas du passage de GNL 15 du passage d'azote inerte. La Figure 3 montre un passage de refroidissement d'azote gazeux haute pression qui entre en haut du passage par l'entrée 7 et sort en bas par la sortie 5. Le passage d'azote gazeux haute pression est moins large que les passages d'azote basse pression de la Figure 1 et de gaz naturel liquéfié 20 de la Figure 2. Pour éviter une pollution de l'azote par le gaz naturel liquéfié, on interpose entre chaque couple de passages d'azote et d'LNG un passage auxiliaire. L'échange thermique entre les passages d'azote et de GNL se fera au travers des ailettes du passage auxiliaire par conduction. Evidemment 25 l'onde choisie pour le passage auxiliaire aura un rapport hauteur / épaisseur optimal. Dans le cas illustré, les passages auxiliaires seront balayés à l'azote gazeux basse pression (pression inférieure à celle du GNL de la Figure 2 et à celle de l'azote de la Figure 3) et collectés vers l'atmosphère ou 30 éventuellement une torche. Les boites qui couvrent l'empilage et peuvent donc être sources de pollution seront donc isolées de l'autre fluide au moyen de zones mortes Z. Les zones mortes Z seront collectées et éventuellement balayées à l'azote basse pression.According to another object of the invention, there is provided a method for starting a plate and fin heat exchanger in which at full speed a first fluid is heated by heat exchange with a second fluid in a plate heat exchanger and with fins, the first fluid heating in a first series of separate passages and the second fluid cooling in a second series of separate passages characterized in that each passage of the first series is separated from the passage closest to the second series by an auxiliary passage containing fins and wherein during start-up an inert gas at a temperature below room temperature, optionally at cryogenic temperature, is sent to at least one auxiliary passage to accelerate the cold setting. The invention will be described in more detail with reference to the figures. Figures 1 to 3 show a section taken in the direction of the length of the exchanger of each type of passage for an exchanger 30 operating according to the invention. Figure 1 shows an auxiliary passage of inert gas, Figure 2 a passage of LNG and Figure 3 a passage of nitrogen to be heated. Figures 4 to 6 show another exchanger operating according to the invention. Fig. 4 shows a section through the exchanger parallel passages 299369 in the width direction of the exchanger, Fig. 5 shows a passage of low pressure nitrogen cut along its length and Fig. 5 shows a passage of LNG cut in the direction of its length. According to the invention, a passage of the type of FIG. 1 will be placed between each passage of the type of FIG. 2 and each type of FIG. 3. Thus each passage of series of the type of FIG. 2 is separated from each passage of FIG. the type series of Figure 3 by a passage of the type of Figure 1 to form a brazed plate and fin exchanger made of aluminum, or other material. The fins are not illustrated to simplify the drawing. Figure 1 is the auxiliary passage of low pressure nitrogen gas inert whose inlet 9 is bottom right and outlet 11 in the upper left. In Figure 2 is illustrated a liquefied natural gas (LNG) warming passage that enters the lower left passage 1 and exits at the top right 3. A double bar isolates the top and bottom of the LNG passage 15 from the passage of inert nitrogen. Figure 3 shows a high pressure nitrogen gas cooling passage that enters the top of the passage through the inlet 7 and exits at the bottom through the outlet 5. The passage of high pressure nitrogen gas is narrower than the passages of FIG. 2 shows the low pressure nitrogen of FIG. 1 and of liquefied natural gas. In order to avoid nitrogen pollution by the liquefied natural gas, an auxiliary passage is interposed between each pair of nitrogen and LNG passages. The thermal exchange between the nitrogen and LNG passages will be through the fins of the auxiliary passage by conduction. Obviously the wave chosen for the auxiliary passage will have an optimum height / thickness ratio. In the illustrated case, the auxiliary passages will be swept with low pressure nitrogen gas (lower pressure than that of the LNG of Figure 2 and that of the nitrogen of Figure 3) and collected to the atmosphere or possibly a torch. The boxes that cover the stack and can therefore be sources of pollution will therefore be isolated from the other fluid by means of dead zones Z. Dead zones Z will be collected and possibly flushed with low pressure nitrogen.

4 2929369 Les zones mortes ci-dessus peuvent être isolées des circuits de GNL et d'azote au moyen d'un système de doubles barres 2 afin de parfaire l'étanchéité. Le jeu entre les doubles barres 2 peut lui-même être collecté afin de renforcer la sécurité intrinsèque. Ceci est expliqué en plus de détail 5 pour le procédé des Figures 5 et 6 mais s'applique également au procédé des Figures 1 à 3. Les passages de la Figure 1 sont utilisés lors des démarrages pour mettre en froid l'échangeur de manière progressive et contrôlée au moyen d'un débit d'azote basse pression venant d'une capacité annexe. io Selon un autre aspect de l'invention, illustré aux Figures 4, chaque passage d'azote à réchauffer (N2 BP) est isolé des passages de GNL à vaporiser par un passage contenant un gaz de procédé inerte à pression élevée (N2 HP), dans ce cas de l'azote à plus haute pression que l'azote à réchauffer (35 bars) et que le gaz naturel liquéfié à vaporiser (15 bars).4 2929369 The above dead zones can be isolated from the LNG and nitrogen circuits by means of a double bar system 2 in order to perfect the watertightness. The play between the double bars 2 can itself be collected to enhance the intrinsic safety. This is explained in more detail for the process of Figures 5 and 6 but also applies to the process of Figures 1 to 3. The passages of Figure 1 are used during starts to cool the heat exchanger in a progressive manner and controlled by means of a low pressure nitrogen flow from an auxiliary capacity. According to another aspect of the invention, illustrated in FIG. 4, each passage of nitrogen to be heated (N2 BP) is isolated from the LNG passages to be vaporized by a passage containing an inert process gas at high pressure (N 2 HP). in this case nitrogen at higher pressure than nitrogen to be heated (35 bar) and liquefied natural gas to vaporize (15 bar).

15 Comme on voit aux figures 5 et 6, les barres qui séparent un circuit d'azote à réchauffer d'un circuit GNL sont doublées, de sorte que l'espace entre elles forme une zone morte Z ouverte à l'atmosphère par un évent V, de sorte que toute fuite de gaz naturel liquéfié puisse s'y échapper. Les passages des Figures 5 et 6 sont séparés pas un passage de gaz inerte à 20 haute pression. 5 As can be seen in FIGS. 5 and 6, the bars which separate a nitrogen circuit to be heated from an LNG circuit are doubled, so that the space between them forms a dead zone Z open to the atmosphere by a vent V, so that any leakage of liquefied natural gas can escape. The passages of Figures 5 and 6 are separated by a high pressure inert gas passage. 5

Claims (10)

REVENDICATIONS1. Procédé de réchauffement d'un premier fluide par échange de chaleur avec un deuxième fluide dans un échangeur à plaques et à ailettes dans lequel le premier fluide se réchauffe dans une première série de passages séparés et le deuxième fluide se refroidit dans une deuxième série de passages séparés caractérisé en ce que chaque passage de la première série est séparé du passage le plus proche de la deuxième série par un passage auxiliaire contenant des ailettes où circule un gaz inerte . io REVENDICATIONS1. A method of heating a first fluid by exchanging heat with a second fluid in a plate and fin heat exchanger in which the first fluid is heated in a first series of separate passages and the second fluid is cooled in a second series of passages characterized in that each passage of the first series is separated from the passage closest to the second series by an auxiliary passage containing fins in which circulates an inert gas. io 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le premier fluide est constitué par du gaz naturel liquéfié qui se vaporise ou se réchauffe dans la première série de passages séparés. The method of claim 1 wherein the first fluid is liquefied natural gas that vaporizes or heats in the first series of separate passages. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le deuxième fluide est constitué par de l'azote gazeux qui se refroidit ou se liquéfie dans 15 la deuxième série de passages séparés. 3. A process according to claim 1 or 2 wherein the second fluid is nitrogen gas which cools or liquefies in the second series of separate passages. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le gaz inerte est à une pression au moins 0,1, voire au moins 0.5 bars supérieure à celles du premier fluide et du deuxième fluide. 4. Method according to one of claims 1 to 3 wherein the inert gas is at a pressure at least 0.1 or even at least 0.5 bars greater than those of the first fluid and the second fluid. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le gaz 20 inerte est à une pression au moins 0,1 voire au moins 0.5 bars inférieure à celles du premier fluide et du deuxième fluide. 5. Method according to one of claims 1 to 3 wherein the inert gas is at a pressure at least 0.1 or at least 0.5 bar lower than that of the first fluid and the second fluid. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le gaz inerte est de l'azote gazeux. 6. Method according to one of the preceding claims wherein the inert gas is nitrogen gas. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans 25 lequel le gaz inerte envoyé dans au moins certains passages auxiliaires est envoyé ensuite à l'atmosphère ou torché. 7. Method according to one of the preceding claims wherein the inert gas fed into at least some auxiliary passages is then sent to the atmosphere or flared. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une boîte d'entrée et/ou de sortie d'un des premier et deuxième fluides est séparée des passages où circule l'autre des premier et 30 deuxième fluides au moyen d'un système de double barres (2), les barres étant éventuellement séparées par une zone morte (Z). 8. Method according to one of the preceding claims wherein at least one inlet and / or outlet box of one of the first and second fluids is separated from the passages in which the other of the first and second fluids circulates by means of a system of double bars (2), the bars optionally being separated by a dead zone (Z). 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le premier fluide se réchauffe à une pression d'au moins 60 bars abs. 6 2929369 9. Method according to one of the preceding claims wherein the first fluid is heated to a pressure of at least 60 bar abs. 6 2929369 10. Procédé de démarrage d'un échangeur à plaques et à ailettes dans lequel en plein régime un premier fluide se réchauffe par échange de chaleur avec un deuxième fluide dans un échangeur à plaques et à ailettes, le premier fluide se réchauffant dans une première série de passages 5 séparés et le deuxième fluide se refroidissant dans une deuxième série de passages séparés caractérisé en ce que chaque passage de la première série est séparé du passage le plus proche de la deuxième série par un passage auxiliaire contenant des ailettes et dans lequel pendant le démarrage un gaz inerte à une température inférieur à la température io ambiante, éventuellement à température cryogénique, est envoyé à au moins un passage auxiliaire pour accélérer la mise en froid. 10. A method of starting a plate and fin heat exchanger wherein in full speed a first fluid is heated by heat exchange with a second fluid in a plate heat exchanger and fins, the first fluid heating in a first series of separate passages and the second fluid cooling in a second series of separate passages characterized in that each passage of the first series is separated from the passage closest to the second series by an auxiliary passage containing fins and wherein during Starting an inert gas at a temperature lower than the ambient temperature, optionally at cryogenic temperature, is sent to at least one auxiliary passage to accelerate the cold setting.
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