FR3066189A1 - Dispositif et procede d'alimentation en combustible d'une installation de production d'energie - Google Patents

Dispositif et procede d'alimentation en combustible d'une installation de production d'energie Download PDF

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Dispositif (10, 110, 210) d'alimentation en fluide combustible d'une installation (12) de production d'énergie, en particulier embarquée sur un navire (14), caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir principal (16) de gaz liquéfié, au moins un premier réservoir tampon (18) de gaz liquéfié, une première conduite (32) de transfert de gaz liquéfié depuis le premier réservoir tampon (18) à destination de ladite installation (12), dont une première extrémité (32a) débouche dans ledit premier réservoir tampon (18) et dont une seconde extrémité (32b) est reliée à ladite installation (12), afin d'alimenter en fluide combustible ladite installation, une deuxième conduite (22) de transfert de gaz liquéfié depuis le réservoir principal (16) jusqu'au premier réservoir tampon (18), ladite deuxième conduite (22) comportant une première extrémité (22a) destinée à être plongée dans le gaz liquéfié (24) contenu dans ledit réservoir principal (16), et une seconde extrémité (22b) débouchant dans ledit premier réservoir tampon (18), afin d'alimenter en gaz liquéfié ledit premier réservoir tampon, et des moyens (20, 36) de mise en dépression dudit premier réservoir tampon (18) par rapport audit réservoir principal (16).

Description

Dispositif et procédé d’alimentation en combustible d’une installation de production d’énergie
DOMAINE TECHNIQUE L’invention concerne un dispositif et un procédé d’alimentation en combustible d’une installation de production d’énergie, en particulier embarquée sur un navire.
ETAT DE L’ART
Afin de transporter plus facilement du gaz, tel que du gaz naturel, sur de longues distances, le gaz est généralement liquéfié (pour devenir du gaz naturel liquéfié - GNL) en le refroidissant à des températures cryogéniques, par exemple -163°C à la pression atmosphérique. Le gaz liquéfié est ensuite chargé dans des navires spécialisés.
Dans un navire de transport de gaz liquéfié, par exemple du type méthanier, une installation de production d'énergie est prévue pour pourvoir aux besoins énergétiques du fonctionnement du navire, notamment pour la propulsion du navire et/ou la production d'électricité pour les équipements de bord.
Une telle installation comprend couramment des machines thermiques consommant du gaz provenant d'un évaporateur que l'on alimente à partir de la cargaison de gaz liquéfié transportée dans le ou les réservoirs du navire.
Le document FR-A-2 837 783 prévoit d'alimenter un tel évaporateur et/ou d'autres systèmes nécessaires à la propulsion à l'aide d'une pompe immergée au fond d'un réservoir du navire.
Une pompe ainsi placée présente des inconvénients. Elle doit subir régulièrement des opérations d’inspection selon le code IACS (acronyme de l’anglais International Association of Classification Socletles). Une opération d’inspection de la pompe peut nécessiter l’ouverture du réservoir principal, ce qui entraîne une immobilisation du navire et risque d’endommager le réservoir.
Une solution à ce problème serait de prévoir une ouverture au fond du réservoir et d’évacuer le gaz liquéfié du réservoir principal depuis cette ouverture. Cependant, les codes IGF et IGC (acronyme de l’anglais
International Code for the Construction and Equlpment of Shlps Carrylng Llquefled Gases In Bulk) interdisent une telle ouverture dans les cuves de grand volume, ce qui est le cas du réservoir principal d’un navire.
La présente invention propose un perfectionnement à la technique actuelle, qui est simple, efficace et économique.
EXPOSE DE L'INVENTION L’invention propose un dispositif d’alimentation en fluide combustible d’une installation de production d’énergie, en particulier embarquée sur un navire, caractérisé en ce qu’il comprend : - un réservoir principal de gaz liquéfié, - au moins un premier réservoir tampon de gaz liquéfié, - une première conduite de transfert de fluide ou gaz liquéfié depuis le premier réservoir tampon à destination de ladite installation, dont une première extrémité débouche dans ledit premier réservoir tampon et dont une seconde extrémité est reliée à ladite installation, afin d’alimenter en fluide combustible ladite installation, - une deuxième conduite de transfert de gaz liquéfié depuis le réservoir principal jusqu'au premier réservoir tampon, ladite deuxième conduite comportant une première extrémité destinée à être plongée dans le gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal, et une seconde extrémité débouchant dans ledit premier réservoir tampon, afin d’alimenter en gaz liquéfié ledit premier réservoir tampon, et - des moyens de mise en dépression dudit premier réservoir tampon par rapport audit réservoir principal, qui sont configurés pour aspirer du fluide dans ledit premier réservoir tampon et pour appliquer dans ledit premier réservoir tampon une pression de fonctionnement inférieure à la pression dans ledit réservoir principal, de façon à ce que du gaz liquéfié provenant dudit réservoir principal soit transféré au moyen de ladite deuxième conduite et alimente ledit premier réservoir tampon.
Le dispositif selon l’invention permet ainsi de répondre au problème de la technique antérieure. Une pompe immergée dans le réservoir principal n’est ici pas indispensable pour acheminer du gaz liquéfié du réservoir principal jusqu’au réservoir tampon. La dépression dans le réservoir tampon, c’est-à-dire la différence de pression entre le réservoir tampon et le réservoir principal, est ici telle qu’elle permet d’alimenter en gaz liquéfié le réservoir tampon avec du gaz liquéfié contenu dans le réservoir principal. Le gaz liquéfié circule ainsi dans la deuxième conduite depuis le réservoir principal jusqu’au réservoir tampon. De manière classique, du BOG contenu dans le réservoir principal peut être utilisé pour alimenter l’installation d’un navire. Dans le cas présent, le dispositif permet d’ajouter à cette source de BOG du fluide additionnel, sous forme gazeuse ou liquide, disponible dans le réservoir tampon et pouvant être acheminé par la première conduite jusqu’à l’installation.
Le dispositif selon l’invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - lesdits moyens de mise en dépression comprennent une sortie destinée à être reliée à ladite installation ; - lesdits moyens de mise en dépression comprennent au moins un compresseur ; - une pompe est reliée à ladite première conduite et est configurée pour aspirer du gaz liquéfié depuis ledit premier réservoir tampon ; - ledit compresseur est relié à une troisième conduite de mise en dépression dudit premier réservoir tampon, dont une première extrémité débouche dans ledit premier réservoir tampon, et dont une seconde extrémité est reliée à une entrée dudit compresseur, ladite troisième conduite étant configurée pour aspirer du gaz d’évaporation dans ledit premier réservoir tampon et pour alimenter ledit compresseur en gaz d’évaporation ; - ledit compresseur comprend une sortie reliée à ladite installation en vue de l’alimentation en gaz combustible de ladite installation ; - ladite seconde extrémité de ladite troisième conduite est reliée audit compresseur par un premier circuit d’un échangeur de chaleur ; - le dispositif comprend une quatrième conduite de transfert de gaz depuis le réservoir principal jusqu’au compresseur ; - ladite quatrième conduite comporte une première extrémité débouchant dans ledit réservoir principal, et une seconde extrémité reliée audit compresseur ; - ladite seconde extrémité de ladite quatrième conduite est reliée avec ladite seconde conduite à une entrée dudit premier circuit de l’échangeur de chaleur, dont une sortie est reliée audit compresseur ; - ladite première extrémité de ladite deuxième conduite est dépourvue de pompe ; - ladite première conduite comprend au moins une pompe et/ou une vanne de dépressurisation et/ou un échangeur de chaleur ; cet échangeur de chaleur peut être configuré pour entraîner la vaporisation du gaz liquéfié circulant dans ladite première conduite, en vue de l’alimentation en gaz combustible de ladite installation ; - ladite pompe est configurée pour être commandée en fonction d’un besoin en gaz combustible de ladite installation ; - le dispositif comprend une cinquième conduite de renvoi de fluide depuis lesdits moyens de mise en dépression jusqu’au réservoir principal, dont une première extrémité est reliée à une sortie desdits moyens de mise en dépression et dont une seconde extrémité débouche dans ledit réservoir principal ; - le dispositif comprend un second réservoir tampon de gaz liquéfié ; - ledit second réservoir tampon est relié à : ladite première conduite qui comprend une troisième extrémité débouchant dans ledit second réservoir tampon, et ladite deuxième conduite qui comprend une troisième extrémité débouchant dans ledit second réservoir tampon ; - ledit second réservoir tampon est relié à ladite troisième conduite qui comprend une troisième extrémité débouchant dans ledit second réservoir tampon ; - le dispositif comprend une cinquième conduite d’alimentation en gaz dudit premier réservoir tampon et dudit second réservoir tampon, dont une première extrémité est reliée à une sortie desdits moyens de mise en dépression, une seconde extrémité débouche dans ledit premier réservoir tampon, et une troisième extrémité débouche dans ledit second réservoir tampon, ladite cinquième conduite étant configurée pour alimenter en gaz comprimé ledit premier réservoir tampon et/ou ledit second réservoir tampon ; - ladite première conduite est reliée par une sixième conduite à une rampe de pulvérisation de gaz liquéfié dans ledit réservoir principal, ladite rampe étant configurée pour pulvériser du gaz liquéfié sous forme de gouttelettes dans du gaz d’évaporation dudit réservoir principal afin de condenser au moins une partie de ce gaz d’évaporation ; - chacun desdits réservoirs est équipé d’un capteur de pression et/ou d’un capteur de niveau ; - le ou chaque réservoir tampon est situé en-dessous d’une extrémité supérieure dudit réservoir principal ; - le ou chaque réservoir tampon est situé à l’extérieur dudit réservoir principal ; - le ou chaque réservoir tampon peut avoir une fonction de détente et/ou de séparation ; au moins une partie du gaz liquéfié alimentant un réservoir tampon peut subir une vaporisation partielle et une séparation de phases dans le réservoir ; moins de la moitié ou moins de 10% du gaz liquéfié aspiré peut être vaporisé de cette façon ; les sorties de gaz, sous forme liquide et gazeuse, peuvent être reliées à ladite installation, sans (re)passer par le réservoir principal ; une faible partie (1 à 10%) du GNL prélevé est évaporé en amont du compresseur ce qui permet d’utiliser un compresseur de débit réduit ; on a en effet besoin (pour un besoin en GNL gazeux de l’installation de production d’énergie donné) d’aspirer moins que quand on aspire que du gaz (le volume de gaz est environ 600 fois plus important que le liquide) ; - ledit gaz liquéfié comprend au moins un gaz ou corps pur ; par exemple : - la première conduite transfère (éventuellement mélangé avec un autre gaz) au moins en partie ce gaz pur (sous forme liquide) depuis le réservoir tampon à destination de l’installation, et/ou - ledit compresseur aspire (éventuellement mélangé avec un autre gaz) au moins en partie ce gaz pur, et/ou - ledit compresseur alimente l’installation en gaz pur (éventuellement mélangé avec un autre gaz).
Dans la présente demande, on entend par « pur », un corps ou une espèce chimique unique, par opposition à un mélange de corps ou d’espèces. Un gaz pur est par exemple un léger ou un lourd.
Dans la présente demande, on entend par lourd et léger, respectivement un gaz lourd ou de masse molaire élevée et un gaz léger ou de masse molaire faible. Dans du gaz liquéfié, le gaz léger en général le méthane. Dans du gaz liquéfié, il peut aussi y avoir un peu d’azote dans la partie légère. La partie lourde minoritaire comporte, par exemple pour le gaz liquéfié du propane, du butane et de l'éthane (qui s'évapore donc à une température supérieure ou à une pression inférieure). Dans le gaz liquéfié, les lourds représentent entre 5,2% et 49.8% de la masse totale de gaz liquéfié. Les lourds ont par exemple des masses molaires entre 25 et 500% plus importantes que celles des légers).
La présente invention concerne encore un navire, en particulier de transport de gaz liquéfié, comportant au moins un dispositif tel que décrit ci-dessus. L’invention s’applique tout particulièrement à un navire propulsé par GNL (c’est un cas particulier des navires de transport de gaz liquéfié, si on considère qu’un réservoir de propulsion a aussi une fonction de transport).
La présente invention concerne encore un procédé d’alimentation en combustible d’une installation de production d’énergie, en particulier embarquée sur un navire, au moyen d’un dispositif tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comprend : - une étape A de remplissage dudit premier réservoir tampon, en créant une dépression dans ledit premier réservoir tampon par rapport audit réservoir principal, de façon à ce que du gaz liquéfié soit transféré du réservoir principal vers le premier réservoir tampon.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des étapes ou caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le procédé comprend une étape B1 d’alimentation de ladite installation au moyen dudit compresseur, par aspiration de gaz dans ledit premier réservoir tampon ; - lors de l’étape B1, ladite installation est alimentée au moyen dudit compresseur, par prélèvement de gaz dans ledit réservoir principal et ledit premier réservoir tampon ; - le procédé comprend une étape B2 d’alimentation de ladite installation au moyen dudit compresseur par alimentation en gaz dudit premier et/ou second réservoir tampon pour forcer du gaz liquéfié à circuler dans ladite première conduite ; - lors de l’étape B1 ou B2, ledit second réservoir tampon est alimenté en gaz liquéfié en créant au moyen dudit compresseur une dépression dans ledit second réservoir tampon par rapport audit réservoir principal, de façon à ce que du gaz liquéfié soit transféré du réservoir principal vers le second réservoir tampon ; - lors de l’étape A, la pression à l’intérieur dudit réservoir principal est maîtrisée en régulant le débit de gaz circulant dans ladite quatrième conduite et/ou dans ladite cinquième conduite ; - lors de l’étape A ou après l’étape A, la pompe de ladite première conduite est alimentée avec du gaz liquéfié provenant dudit premier réservoir tampon ; - le procédé comprend une étape B3 d’alimentation de ladite installation par l’intermédiaire de ladite première conduite, en actionnant ladite pompe ; - lors de l’étape A, la dépression est maintenue de manière continue pendant une durée prédéterminée ; - la dépression est réalisée en appliquant une différence de pression entre ledit réservoir tampon et ledit réservoir principal, qui est supérieure à une pression hydrostatique générée par une hauteur sensiblement rectiligne et verticale de ladite deuxième conduite, avec éventuellement une déduction des pertes de charge dans cette deuxième conduite ; - ladite pompe est commandée en fonction d’un besoin en gaz combustible de ladite installation ; - au moins certaines vannes qui équipent une ou plusieurs desdites conduites sont commandées en fonction d’un besoin en gaz combustible de ladite installation ; - la différence de pression entre le réservoir tampon et le réservoir principal est augmentée, afin d’augmenter le débit d’alimentation en gaz liquéfié du réservoir tampon, dès que le niveau de gaz liquéfié dans le réservoir tampon est en-dessous d’un certain niveau seuil ; - la différence de pression entre un des réservoirs tampon et le réservoir principal est ajustée en fonction de la vitesse de remplissage de l’autre des réservoirs tampon, par du gaz liquéfié provenant dudit réservoir principal ; - du gaz liquéfié contenu dans ledit premier réservoir tampon est acheminé par lesdites première et sixième conduites jusqu’à ladite rampe de pulvérisation.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d’un premier mode de réalisation d’un dispositif selon l’invention, qui équipe ici un navire, - les figures 2 à 6 sont des vues schématiques correspondant à la figure 1 et illustrant des étapes d’un procédé selon l’invention, - la figure 7 est une vue schématique d’un second mode de réalisation d’un dispositif selon l’invention, qui équipe ici un navire, - les figures 8 à 12 sont des vues schématiques correspondant à la figure 7 et illustrant des étapes d’un procédé selon l’invention, et - la figure 13 est une vue schématique d’un troisième mode de réalisation d’un dispositif selon l’invention, qui équipe ici un navire.
DESCRIPTION DETAILLEE
Dans la description qui suit, les termes « amont » et « aval » font référence à l’écoulement d’un fluide, tel qu’un gaz ou un liquide, dans une conduite ou un circuit.
La figure 1 montre un premier mode de réalisation d’un dispositif 10 selon l’invention qui peut être considéré comme permettant la fourniture de gaz combustible à un navire, tel qu’un navire de transport de gaz liquéfié. Le dispositif 10 peut ainsi être utilisé pour alimenter en gaz combustible une installation 12 de production d’énergie embarquée sur un navire 14.
Un navire 14 comporte un réservoir 16 ou plusieurs réservoirs 16 similaires de stockage de gaz liquéfié. Le gaz est par exemple du méthane ou un mélange de gaz comportant du méthane. Le ou chaque réservoir 16 peut contenir du gaz sous forme liquéfié à une pression et une température prédéterminées, par exemple à une pression atmosphérique et une température de l’ordre de -163°C. Un ou plusieurs des réservoirs 16 du navire peuvent être reliés à l’installation 12 par un dispositif 10 selon l’invention. Le nombre de réservoirs n’est ainsi pas limitatif. Il est par exemple compris entre 1 et 6. Chaque réservoir 16 peut avoir une capacité comprise entre 1 000 (voire 100) à 50 000m3.
Dans ce qui suit, l’expression « le réservoir 16 » devra être interprétée comme « le ou chaque réservoir 16 ».
Le réservoir 16 contient du gaz liquéfié 16aa ainsi que du gaz 16ab résultant d’une évaporation, en particulier naturelle, du gaz liquéfié 16aa dans le réservoir 16. Naturellement, le gaz liquéfié 16aa est stocké au fond du réservoir 16 tandis que le gaz d’évaporation 16ab est situé au-dessus du niveau de gaz liquéfié dans le réservoir, schématiquement représenté par la lettre N.
Dans ce qui suit, « GNL » désigne du gaz liquéfié, c'est-à-dire du gaz sous forme liquide, « BOG » désigne du gaz d’évaporation, « NBOG » désigne du gaz d’évaporation naturelle, et « FBOG » désigne du gaz d’évaporation forcée, ces acronymes étant connus de l’homme du métier car ils correspondent aux initiales des expressions anglaises associées.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, une extrémité 22a d’une conduite 22 est immergée dans le GNL 16aa du réservoir 16. Cette extrémité est de préférence dépourvue de pompe, pour en éviter la maintenance, et est située de préférence au fond du réservoir afin de s’assurer que la conduite ne soit alimentée qu’en GNL liquide même lorsque le réservoir est presque vide.
Dans la présente demande, on entend par « fond » de réservoir ou de cuve, une position située à moins d’un mètre d’une paroi de fond du réservoir, cette paroi de fond étant la paroi du réservoir la plus proche du centre de la terre en fonctionnement.
La conduite 22 comprend une dérivation et comprend deux extrémités situées à l’extérieur du réservoir 16. Une de ces extrémités 22d forme un port de remplissage en GNL du réservoir 16 et est donc accessible par un utilisateur, en particulier lors du chargement en GNL du réservoir 16 du navire. L’autre des extrémités 22b de la conduite est reliée à un réservoir tampon 18, situé également à l’extérieur du réservoir 16. Une vanne 23d, 23b est associée à chacune des extrémités 22d, 22b. La vanne 23d permet de bloquer la circulation de fluide dans la conduite 22 et donc l’alimentation en GNL du réservoir 16. La vanne 23d peut aussi former un clapet anti-retour. La vanne 23b permet de bloquer l’alimentation en fluide du réservoir tampon 18, en particulier lors du soutage du réservoir principal 16.
Une rampe 52 de pulvérisation de gouttelettes de GNL est située dans la partie haute du réservoir 16, au-dessus du niveau N. La rampe 52 est ainsi configurée pour pulvériser des gouttelettes de GNL dans le BOG du réservoir. Ceci permet de forcer la recondensation du BOG dans le réservoir 16.
Le réservoir 16 comprend en outre une entrée 16a de BOG et une sortie 16b de BOG. La sortie 16b est reliée à une extrémité 30a d’une conduite 30 qui comprend également une dérivation définissant deux extrémités situées à l’extérieur du réservoir 16. Une de ces extrémités 30c forme un port d’évacuation de BOG du réservoir 16, qui est accessible par un utilisateur, en particulier lors du chargement en GNL du réservoir 16 du navire. L’autre des extrémités 30b de la conduite 30 est reliée à une entrée 28aa d’un premier circuit 28a d’un échangeur de chaleur 28, dont une sortie 28ab est reliée à une entrée 20a d’un compresseur 20. Le premier circuit 28a est un circuit froid, le fluide circulant dans ce circuit 28a étant destiné à être réchauffé par un fluide circulant dans un second circuit 28b ou circuit chaud de l’échangeur 28.
Une vanne 31a, 31c est associée à chacune des extrémités 30a, 30c. La vanne 31a permet de bloquer la circulation de fluide dans la conduite 30 et donc l’évacuation de BOG du réservoir 16. La vanne 31a peut aussi former un clapet anti-retour. La vanne 31c permet de bloquer l’évacuation de BOG vers l’extrémité 30c et le port associé. L’entrée 16a du réservoir 16 est reliée à une extrémité 38b d’une conduite 38 dont l’autre extrémité 38a est reliée à une sortie 20b du compresseur 20. Une vanne 39 est associée à cette conduite 38 et bloque la circulation de fluide depuis la sortie du compresseur 20 vers le réservoir 16. La sortie 20b du compresseur 20 est en outre reliée par une vanne 41 à l’installation 12.
Le réservoir tampon 18 comprend trois ports, dont une entrée 18a reliée à l’extrémité 22b de la conduite 22, et deux sorties 18b et 18c. L’entrée 18a est configurée pour recevoir du GNL, le réservoir tampon 18 étant destiné à être alimenté en GNL provenant directement du réservoir 16.
La sortie 18b est une sortie de gaz et en particulier de BOG et la sortie 18c est une sortie de GNL. La sortie 18b est reliée à une extrémité 26a d’une conduite 26 dont l’extrémité opposée 26b est reliée à l’entrée 20a du compresseur 20. Dans l’exemple représenté, le BOG sortant du réservoir tampon 18 est préchauffé par l’échangeur 28 avant d’alimenter le compresseur 20. Pour cela, la conduite 26 est reliée à la conduite 30 en amont de l’échangeur 28, et plus particulièrement en amont du circuit 28a, de façon à ce que le BOG provenant à la fois du réservoir 16 et du réservoir tampon 18 puisse alimenter le circuit 28 et être réchauffé avant d’alimenter le compresseur 20.
La conduite 26 comprend une vanne 27 apte à bloquer la circulation de fluide dans la conduite 26 et en particulier l’évacuation de BOG depuis le réservoir tampon 18 jusqu’à l’échangeur 28.
La sortie 18c est reliée à une extrémité 32a d’une conduite 32 qui est reliée à l’installation 12 avec la sortie 20b du compresseur 20. Cette conduite 32 comprend ici ou est reliée à une pompe 36 et à un échangeur de chaleur 34. La conduite 32 comprend en outre deux vannes 33a, 33b, dont par exemple une vanne de dépressurisation 33b. Dans l’exemple représenté, d’amont en aval, c'est-à-dire depuis le réservoir 18 jusqu’à la sortie 20b du compresseur 20, sont disposés la pompe 36, la vanne 33b, l’échangeur 34, et la vanne 33a.
La conduite 32 est reliée à la sortie 20b du compresseur 20, juste en amont de la vanne 41. Par ailleurs, en sortie de la vanne 33a, la conduite 32 est reliée par une vanne 33c à la conduite 38, juste en aval de la vanne 39.
Dans l’exemple représenté, le GNL évacué du réservoir tampon 18 grâce à la pompe 36 est évaporé par l’échangeur 34 avant d’alimenter l’installation 12. Pour cela, la conduite 32 est reliée à une entrée 34aa d’un premier circuit 34a d’un échangeur de chaleur 34, dont une sortie 34ab est reliée à la vanne 33a. Le premier circuit 34a est un circuit froid, le fluide circulant dans ce circuit 34a étant destiné à être réchauffé par un fluide circulant dans un second circuit 34b ou circuit chaud de l’échangeur 34.
Dans le cas où la vanne 33b serait une vanne de dépressurisation et permettrait de vaporiser l’intégralité du GNL en FBOG, ce FBOG serait réchauffé par l’échangeur 34 avant d’alimenter l’installation 12. Ainsi, avantageusement, la vanne 33b est configurée pour que la pression du FBOG en sortie corresponde à la pression d’utilisation du gaz combustible dans l’installation 12.
Une conduite 50 équipée d’une vanne 51 relie la rampe de pulvérisation 52 à la conduite 32. Son extrémité amont est reliée à la conduite 32, entre la pompe 36 et la vanne 33b, c'est-à-dire juste en aval de la pompe 36, et son extrémité aval est reliée à la rampe 52. On comprend ainsi que du GNL contenu dans le réservoir tampon 18 pourra alimenter la rampe de pulvérisation 52, comme évoqué dans ce qui précède.
Le réservoir tampon 18 est destiné à être alimenté en GNL provenant du réservoir 16. La pression de fonctionnement à l’intérieur du réservoir tampon 18 est inférieure à la pression de stockage du GNL à l’intérieur du réservoir 16. L’alimentation du réservoir tampon 18 en GNL va donc entraîner une vaporisation partielle de ce GNL, se traduisant d’une part par la génération de FBOG dans le réservoir tampon 18, ainsi que le refroidissement du GNL restant dans le réservoir tampon 18, qui est appelé « gaz liquéfié sous-refroidi ». Le réservoir tampon 18 contient du gaz sous forme liquéfié à une pression et une température prédéterminées.
Le réservoir tampon 18 contient ainsi du gaz liquéfié sous-refroidi 18aa ainsi que du gaz 18ab résultant d’une évaporation, ici forcée, du gaz liquéfié 16aa provenant du réservoir 16. Naturellement, le gaz liquéfié sous-refroidi (ou GNLs) 18aa est stocké au fond du réservoir tampon 18 tandis que le gaz d’évaporation (ou FBOG) 18ab est situé au-dessus du niveau de gaz liquéfié dans le réservoir tampon 18, schématiquement représenté par la lettre L.
Le compresseur 20 est ici utilisé pour appliquer la pression de fonctionnement à l’intérieur du réservoir tampon 18. Il est ainsi configuré pour mettre en dépression le réservoir tampon 18 par rapport au réservoir 16. La différence de pression entre eux peut être telle qu’elle est suffisante pour forcer la circulation de GNL depuis le réservoir 16 jusqu’au réservoir tampon 18. Dans ce dernier cas, on comprend donc qu’une pompe immergée à l’extrémité 22a de la conduite 22 n’est pas nécessaire. Les conditions imposées par le compresseur 20 au réservoir tampon 18 sont déterminées pour générer du GNLs dans le réservoir tampon 18.
En variante ou en caractéristique additionnelle, la pompe 36 pourrait être configurée pour participer à la mise en dépression du réservoir tampon 18 vis-à-vis du réservoir principal 16.
Lorsque la quantité de GNLs dans le réservoir tampon 18 est trop importante et qu’un niveau seuil risque d’être atteint, du GNLs peut être transféré depuis la sortie de GNLs du réservoir tampon 18 vers l’installation 12 et/ou la rampe de pulvérisation 52 dans le réservoir 16.
Le GNLs forme une puissance frigorifique qui peut être stockée dans le réservoir tampon 18 lorsqu’il n’est pas nécessaire, par exemple lors de phases où la quantité de NBOG produite est insuffisante pour répondre à la demande.
Dans l’exemple représenté, la dépression dans le réservoir 18 doit être telle qu’elle permet la circulation de GNL dans la conduite 22. La conduite 22 a une partie verticale formant un plongeur et immergée dans le GNL du réservoir 16, son extrémité supérieure étant reliée par un T au reste de la conduite 22. La différence de pression entre les deux réservoirs 16, 18 doit de préférence être supérieure à la pression hydrostatique générée par la hauteur de la conduite 22 (plus précisément la hauteur de la partie verticale de 22 partant du fond de la cuve jusqu’au T - car, quand le réservoir 16 est vide, il faut pouvoir faire monter le GNL jusqu’à cette hauteur), moins la perte de charge dans la conduite 22. En variante, la différence de pression peut être plus faible si le réservoir 18 (et plus précisément la sortie 22b) est plus bas que cette hauteur, et si la conduite 22 est amorcée (par exemple par une différence de pression plus faible lorsque le réservoir 16 est presque plein).
La différence de pression peut être régulée de la manière suivante : le besoin en gaz pour l’installation 12 pilote la pompe 36 (le besoin en gaz étant déterminé par exemple par la différence entre le débit de gaz mesuré entre la sortie 32b et l’installation 12, et la consigne de l’installation 12), le réservoir 18 a un capteur de niveau ; dès que le niveau dans ce réservoir 18 est inférieur à un niveau seuil inférieur, la différence de pression est augmentée afin d’augmenter le débit dans le réservoir 18 (de la même façon, un niveau seuil supérieur peut être prévu, la différence de pression étant diminuée ou annulée dès qu’un tel niveau est atteint).
Un dispositif d'alimentation en gaz combustible a deux fonctions principales : - fournir du gaz combustible du réservoir principal 14 à l’installation du navire à un débit désiré (par exemple de 50 à 2000 kg/h), à une pression (par exemple de 6 à 300 bars) et à une température (par exemple 20°C) prédéterminées ; le gaz combustible peut être soit sous forme gazeuse (vapeurs) soit sous forme liquide ; - régler la pression à l'intérieur du réservoir principal 16 dans une plage acceptable (par exemple entre -100 et +700 mbarg ou entre -700 et 6000 mbarg).
Le dispositif 10 présenté est composé du réservoir principal 16 conçu pour contenir du liquide cryogénique par exemple à la pression atmosphérique (par exemple avec un volume de 1000 (voire 100) à 10 000 m3 et une pression autorisée de -100 à +700 mbarg ou entre -700 et 6000 mbarg) et le réservoir tampon 18 destiné à contenir des liquides cryogéniques (par exemple avec un volume de 1 à 20 m3 et avec une pression permise de -500 à 6000 mbarg). Une différence de pression est créée avec le compresseur 20 et/ou la pompe 36, entre le réservoir principal 16 et le réservoir tampon 18 (par exemple +500 mbarg dans le réservoir principal par rapport au réservoir tampon) afin de pouvoir transférer du liquide du réservoir principal 16 au réservoir tampon 18. Le liquide dans le réservoir tampon 18 est comprimé par la pompe 36 et envoyé à l’installation 12 par l'intermédiaire de la vanne de vaporisation 33b. Le niveau du liquide dans le réservoir tampon 18 est contrôlé avec une instrumentation appropriée entre, par exemple, 10% et 90% du volume du réservoir tampon. De cette façon, la pompe 36 est toujours alimentée en gaz 100% liquide (un mélange de gaz naturel liquide et gazeux endommagerait la pompe). Le contrôle du dispositif et l'instrumentation appropriée sont conçus pour maintenir la pression dans le réservoir principal 16 au niveau souhaité (par exemple entre -100 et 700 mbarg). Ainsi, chaque réservoir du dispositif 10 est avantageusement équipé d’un capteur de pression et/ou d’un capteur de niveau.
Les figures 2 à 6 illustrent des phases de fonctionnement du dispositif de la figure 1, qui peuvent correspondre à des phases de régime du navire équipé de ce dispositif.
Le procédé d’alimentation est ici décrit en trois phases : 1. Consommation minimale: l'évaporation naturelle couvre la demande d'énergie de l’installation (les moteurs de propulsion du navire sont arrêtés ou fonctionnent à faible charge, le gaz est principalement utilisé pour répondre aux besoins en électricité et en chauffage). 2. Consommation normale: l'évaporation naturelle ne couvre pas la demande énergétique du navire. 3. Pas de consommation (tous les consommateurs de gaz embarqués de l’installation 12 sont arrêtés à l'exception du compresseur de gaz). 4. Remplissage. 1. Consommation minimale (cf. figure 2)
Dans la phase de fonctionnement illustrée à la figure 2, le moteur principal du navire est arrêté et la consommation de puissance est inférieure à la capacité maximale de capacité du compresseur 20 (< 2 ~ 3 MW). L'évaporation du GNL 16aa dans le réservoir 16 entraîne une augmentation de la pression du BOG 16ab dans le réservoir 16. Le BOG 16ab est aspiré par le compresseur 20, réchauffé dans l’échangeur 28 puis envoyé à l’installation 12. Cela permet de maintenir la pression dans le réservoir 16 en deçà d’une valeur seuil admissible.
Afin de réguler la pression dans le réservoir 16, il est possible de: - régler le débit de BOG envoyé au compresseur 20 (si ce débit est supérieur au taux d'évaporation naturelle, la pression dans le réservoir 16 diminue, et si ce débit est inférieur au taux d'évaporation naturelle, la pression dans le réservoir augmente) ; - réinjecter une partie de gaz comprimé (sortant du compresseur 20) dans le réservoir principal 16 (par exemple, si les spécifications du compresseur 20 ne permettent pas de réduire le débit d'entrée du compresseur en dessous d'une certaine valeur (qui est ici supérieure à la vitesse naturelle d'évaporation), une partie du gaz comprimé est réinjectée dans le réservoir 16 par la conduite 38, pour régler la pression dans le réservoir 16).
Le dispositif 10 fournit ainsi les besoins de l’installation 12 de gaz provenant du réservoir 16, et maintient la pression à l'intérieur de ce réservoir au niveau souhaité (par exemple entre -100 et 700 mbarg). 2. Consommation normale
Dans la seconde phase de fonctionnement, la consommation est normale. L'évaporation naturelle dans le réservoir 16 est insuffisante pour répondre à la demande énergétique de l’installation 12. Une évaporation forcée est nécessaire pour répondre à la demande énergétique du navire. Cette phase inclut deux étapes : - Préparer l'évaporation forcée: remplir le réservoir tampon 18 et la pompe 36 avec du gaz naturel liquide. - Évaporation forcée: le liquide provenant du réservoir tampon 18 est envoyé à l’installation en forçant sa vaporisation. - Préparer l'évaporation forcée (figure 3)
La première étape consiste à créer une différence de pression entre le réservoir principal 16 et le réservoir tampon 18, par exemple de -500 mbar. En réduisant la pression dans le réservoir tampon 18 et/ou en augmentant la pression dans le réservoir 16. La pression dans le réservoir 16 peut être augmentée comme décrit ci-dessus, en y réinjectant du BOG comprimé. La pression dans le réservoir tampon 18 peut être réduite en aspirant du gaz naturel dans le réservoir tampon au moyen du compresseur 20. Avec cette différence de pression, il est possible d’aspirer le GNL contenu dans le réservoir 16, depuis une hauteur de 10m.
Si la pression est augmentée dans le réservoir 16, le BOG contenu dans le réservoir 16 a tendance à pousser le GNL en dehors du réservoir 16 et donc à forcer sa circulation dans la conduite 22 jusqu’au réservoir tampon 18. Si la pression diminue dans le réservoir tampon 18, du GNL est aspiré du réservoir 16 jusqu’au réservoir tampon 18. La différence de pression contribue à l'évaporation partielle (flash) et la formation de BOG dans le réservoir tampon 18. Ce BOG est aspiré par le compresseur 20 de façon à maintenir la différence de pression entre les réservoirs 16, 18.
La deuxième étape est de remplir la pompe 36 avec du gaz naturel liquide. Une fois le réservoir tampon 18 rempli de gaz naturel liquide au niveau souhaité, par exemple jusqu'à 90% de son volume, le GNLs est envoyé par gravité à la pompe 36. La pompe 36 doit être remplie complètement de liquide, sinon des bulles risquent d’apparaître et d’endommager la pompe. Le GNLs s’écoule dans la conduite 32 jusqu’à la pompe 36 et la traverse, en maintenant la pompe 36 arrêtée.
Ces opérations peuvent être combinées avec la première phase de fonctionnement, pour réguler la pression dans le réservoir principal 16. - Évaporation forcée (figure 4)
Le liquide provenant du réservoir tampon 18 est envoyé en forçant la circulation de fluide jusqu’à l’installation 12.
Du GNLs provenant du réservoir tampon 18 est envoyé jusqu’à l’installation 12 en passant par l’échangeur 34. Le débit de GNLs envoyé à l’installation 12 est régulé par la pompe 36. L’installation 12 accepte prioritairement le gaz issu du compresseur 20 (qui gère la pression dans les réservoirs 16, 18), le supplément de gaz étant obtenu par la pompe 36 qui est utilisée pour faire circuler le GNL jusqu’à la vanne 33b en vue de sa vaporisation, de préférence complète du GNL, avant son réchauffement dans l’échangeur 2. Comme décrit précédemment, l’alimentation en GNL du réservoir tampon 18 est obtenue par mise en dépression du réservoir 18 vis-à-vis du réservoir 16. La sortie de GNL du réservoir tampon 18 est régulée par la pompe 36. Le niveau de GNL dans le réservoir tampon 18 est régulé pour être maintenu au niveau désiré, par exemple entre 10% et 90% de son volume.
Ces opérations peuvent être combinées avec la première phase de fonctionnement, afin de réguler la pression dans le réservoir principal 16. 3. Pas de consommation (cf. figure 5)
Cette phase de fonctionnement est activée en cas d'urgence. L’installation 12 est fermée, c’est-à-dire qu’aucune consommation de gaz combustible intervient. L’échangeur 28, le compresseur 20 et la pompe 36 fonctionnent au moyen d’un générateur d'électricité d'urgence.
Pour cette phase, nous considérons que les réservoirs 16, 18 contiennent du GNL. La pompe 36 fait circuler du GNL depuis le réservoir tampon 18 jusqu’à la rampe 52. Comme il y a une différence de pression entre les réservoirs 16, 18, du GNL continue de circuler depuis le réservoir 16 jusqu’au réservoir tampon 18 et se vaporise dans ce dernier. Cela signifie que le GNL formé dans le réservoir tampon 18 est sous-refroidi par comparaison avec le GNL contenu dans le réservoir 16. La rampe 52 est alimentée en gaz liquéfié sous-refroidi provenant du réservoir tampon 18 et pulvérise des gouttelettes de ce gaz liquéfié dans le BOG du réservoir 16 Cela permet de condenser du BOG dans le réservoir 16, et ainsi participer à la réduction et au maintien de la pression dans le réservoir principal 16.
La pression dans le réservoir 16 est ainsi régulée par le débit de GNL provenant du réservoir tampon 18 et pulvérisé par la rampe 52. Cette phase de fonctionnement peut être combinée avec la première ou la seconde phase, pour réduire la pression dans le réservoir principal 16. 4. Remplissage (cf. figure 6)
La vanne 23d est ouverte. Le GNL d’une station de remplissage est envoyé dans le réservoir 16. Le BOG qui s’évapore lors du remplissage est évacué en ouvrant également les vannes 31a et 31c, de façon à créer un flux libre de BOG vers la station.
La figure 7 représente une variante de réalisation du dispositif 110 selon l’invention, qui diffère du dispositif 10 notamment par le fait qu’il comprend deux réservoirs tampons 18 et 40.
Les caractéristiques décrites dans ce qui précède en relation avec le dispositif 10 s’appliquent au dispositif 110 dans la mesure où elles ne contredisent pas ce qui suit.
La conduite 22 est reliée à chaque réservoir 18, 40 et comprend une extrémité 22b reliée à une entrée de GNL 18a du réservoir 18 et une extrémité 22c reliée à une entrée de GNL 40a du réservoir 40. Une vanne 23e, 23f est associée à chacun de ces extrémités 23b, 23d, en plus des vannes 23b, 23d précitées de la conduite 22.
Chaque réservoir tampon 18, 40 comprend ici quatre ports, dont deux entrées 18a, 40a, 18d, 40d et deux sorties 18b, 40b et 18c, 40c. Les entrées 18a, 40a sont reliées respectivement aux extrémités 22b, 22c de la conduite 22 et sont configurées pour recevoir du GNL, chaque réservoir tampon 18, 40 étant destiné à être alimenté en GNL provenant directement du réservoir 16.
Les sorties 18b, 40b sont des sorties de gaz et en particulier de BOG et les sorties 18c, 40c sont des sorties de GNL. Les sorties 18b, 40b sont reliées à des extrémités 26a, 26c, respectivement, de la conduite 26 dont l’extrémité opposée 26b est reliée à l’entrée 20a du compresseur 20 ou à l’entrée 28aa du circuit 28 de l’échangeur 28, comme évoqué dans ce qui précède.
En plus de la vanne 27, la conduite 26 comprend une vanne associée à chacune de ses extrémités 26a, 26b.
Une autre conduite 42 relie la sortie 20b du compresseur 20 aux entrées 18d, 40d des réservoirs. Il s’agit ici d’entrée de gaz, ou de BOG comprimé, les réservoirs 18, 40 pouvant être alimentés en BOG comprimé, comme cela sera décrit plus en détail dans ce qui suit. La conduite 42 comprend une vanne 43 pour bloquer la circulation de fluide depuis la sortie du compresseur 20 jusqu’aux réservoirs 18, 40. De plus, chaque entrée 18d, 40d est associée à une vanne permettant d’isoler les réservoirs l’un vis-à-vis de l’autre.
Les sorties 18c, 40c des réservoirs 18, 40 sont reliées à des extrémités 32a, 32c d’une conduite 32 qui est reliée à la sortie 20b du compresseur 20. Cette conduite 32 comprend ici ou est reliée à un échangeur de chaleur 34. La conduite comprend en outre deux vannes 33a, 33b, dont par exemple une vanne de dépressurisation 33b. Dans l’exemple représenté, d’amont en aval, c'est-à-dire depuis les réservoirs 18, 40 jusqu’à la sortie 20b du compresseur 20, sont disposés la vanne 33b, l’échangeur 34, et la vanne 33a. Des vannes sont en outre associées à chacune des sorties 18c, 40c.
La conduite 32 est reliée à la sortie 20b du compresseur 20, juste en amont de la vanne 41. Par ailleurs, en sortie de la vanne 33a, la conduite 32 est reliée par une vanne 33c à la conduite 38, juste en aval de la vanne 39.
Dans l’exemple représenté, le GNL évacué du réservoir tampon 18 est préchauffé par l’échangeur 34 avant d’alimenter l’installation 12. Pour cela, la conduite 32 est reliée à une entrée 34aa d’un premier circuit 34a d’un échangeur de chaleur 34, dont une sortie 34ab est reliée à la vanne 33a. Le premier circuit 34a est un circuit froid, le fluide circulant dans ce circuit 34a étant destiné à être réchauffé par un fluide circulant dans un second circuit 34b ou circuit chaud de l’échangeur 34.
Dans le cas où la vanne 33b serait une vanne de dépressurisation et permettrait de vaporiser l’intégralité du GNL en FBOG, ce FBOG serait réchauffé par l’échangeur avant d’alimenter l’installation 12. Ainsi, avantageusement, la vanne 33b est configurée pour que la pression du FBOG en sortie corresponde à la pression d’utilisation du gaz combustible dans l’installation.
Une conduite 50 relie la rampe de pulvérisation 52 à la conduite 32. Son extrémité amont est reliée à la conduite 32, en amont de la vanne 33b, et son extrémité aval est reliée à la rampe 52. On comprend ainsi que du GNL contenu dans les réservoirs tampon 18, 40 pourra alimenter la rampe de pulvérisation 52, comme évoqué dans ce qui précède.
Dans l’exemple représenté, la dépression dans le réservoir 18 doit être telle qu’elle permet la circulation de GNL dans la conduite 22. La conduite 22 a une partie verticale formant un plongeur et immergée dans le GNL du réservoir 16, son extrémité supérieure étant reliée par un coude au reste de la conduite 22. La différence de pression entre les deux réservoirs 16, 18 doit de préférence être supérieure à la pression hydrostatique générée par la hauteur de la conduite 22 (plus précisément la hauteur de la partie verticale de la conduite 22 partant du fond de la cuve jusqu’au coude - car, quand le réservoir 16 est vide, il faut pouvoir faire monter le GNL jusqu’à cette hauteur), moins la perte de charge dans la conduite 22. En variante, la différence de pression peut être plus faible si le réservoir 18 (et plus précisément la sortie 22b) est plus bas que cette hauteur, et si la conduite 22 est amorcée (par exemple par une différence de pression plus faible lorsque le réservoir 16 est presque plein).
La différence de pression peut être régulée de la manière suivante : le besoin en gaz pour l’installation 12 pilote les vannes associées aux sorties 18c, 40c des réservoirs 18, 40, la différence de pression est ajustée de manière à remplir suffisamment vite les réservoirs tampon (donc c’est asservi aussi au besoin en gaz pour l’installation 12).
Chaque réservoir 18, 40 fonctionne comme le réservoir 18 du dispositif 10. Les réservoirs 18, 40 ont en outre une fonction supplémentaire, du fait de leur liaison à la sortie 20b du compresseur 20. Le BOG comprimé sortant du compresseur 20 et alimentant les réservoirs 18, 40 permet de mettre sous pression ces réservoirs 18, 40 et de forcer le passage du GNL 18aa, 40aa à travers leurs sorties 18c, 40c. Il n’est donc pas nécessaire que ces sorties soient équipées d’une pompe, telle que celle 36 du dispositif 10, pour forcer du GNL à sortir des réservoirs tampons 18, 40.
Un dispositif d'alimentation en gaz combustible a deux fonctions principales : - fournir du gaz combustible du réservoir principal 14 à l’installation 12 du navire à un débit désiré (par exemple de 50 à 2000 kg / h), à une pression (par exemple de 6 à 300 bars) et à une température (par exemple 20°C) prédéterminées. Le gaz combustible peut être soit sous forme gazeuse (vapeurs) soit sous forme liquide ; - régler la pression à l'intérieur du réservoir principal 16 dans une plage acceptable (par exemple entre -100 et +700 mbar g).
Le dispositif 10 présenté est composé du réservoir principal 16 conçu pour contenir du liquide cryogénique par exemple à la pression atmosphérique (par exemple avec un volume de 1000 à 10 000 m3 et une pression autorisée de -100 à +700 mbarg) et les réservoirs tampon 18 destinés à contenir des liquides cryogéniques (par exemple avec un volume de 1 à 20 m3 et avec une pression permise de -500 à 6000 mbarg). Une différence de pression est créée avec le compresseur 20 entre le réservoir principal 16 et les réservoirs tampon 18, 40 (par exemple +500 mbarg dans le réservoir principal par rapport au réservoir tampon) afin de pouvoir transférer du liquide du réservoir principal 16 aux réservoirs tampon 18, 40. Le liquide dans les réservoirs tampon 18, 40 est envoyé à l’installation 12 par l'intermédiaire de la vanne de vaporisation 33b. Le niveau du liquide dans chaque réservoir tampon est contrôlé avec une instrumentation appropriée entre, par exemple, 10% et 90% du volume du réservoir tampon.
Le contrôle du dispositif et l'instrumentation appropriée sont conçus pour maintenir la pression dans le réservoir principal 16 au niveau souhaité (par exemple entre -100 et 700 mbarg). Ainsi, chaque réservoir du dispositif 110 est avantageusement équipé d’un capteur de pression et/ou d’un capteur de niveau.
Les figures 8 à 12 illustrent des phases de fonctionnement du dispositif de la figure 7, qui peuvent correspondre à des phases de régime du navire équipé de ce dispositif.
Le procédé de refroidissement de gaz liquéfié est ici décrit en trois phases : 1. Consommation minimale: l'évaporation naturelle couvre la demande d'énergie de l’installation 12 (les moteurs de propulsion du navire sont arrêtés ou fonctionnent à faible charge, le gaz est principalement utilisé pour répondre aux besoins en électricité et en chauffage). 2. Consommation normale: l'évaporation naturelle ne couvre pas la demande énergétique du navire. 3. Pas de consommation (tous les consommateurs de gaz embarqués de l’installation 12 sont arrêtés à l'exception du compresseur de gaz). 4. Remplissage.
Il s'agit d'un procédé séquentiel, dans lequel les réservoirs tampons 18 et 40 sont alternativement remplis et vidés. Cette description se concentrera uniquement sur le remplissage et la vidange du réservoir 18, le processus pour le réservoir 40 étant symétrique. 1. Consommation minimale (cf. figure 8)
Dans la phase de fonctionnement illustrée à la figure 8, le moteur principal du navire est arrêté et la consommation de puissance est inférieure à la capacité maximale du compresseur 20 (< 2 ~ 3 MW). L'évaporation du GNL 16aa dans le réservoir 16 entraîne une augmentation de la pression du BOG 16ab dans le réservoir 16. Le BOG 16ab est aspiré par le compresseur 20, réchauffé dans l’échangeur 28 puis envoyé à l’installation 12. Cela permet de maintenir la pression dans le réservoir 16 en deçà d’une valeur seuil admissible.
Afin de réguler la pression dans le réservoir 16, il est possible de: - régler le débit de BOG envoyé au compresseur 20 (si ce débit est supérieur au taux d'évaporation naturelle, la pression dans le réservoir 16 diminue, et si ce débit est inférieur au taux d'évaporation naturelle, la pression dans le réservoir augmente) ; - réinjecter une partie de gaz comprimé (sortant du compresseur 20) dans le réservoir principal 16 (par exemple, si les spécifications du compresseur 20 ne permettent pas de réduire le débit d'entrée du compresseur en dessous d'une certaine valeur (qui est ici supérieure à la vitesse naturelle d'évaporation), une partie du gaz comprimé est réinjectée dans le réservoir 16 par la conduite 38).
Le dispositif 10 fournit ainsi les besoins de l’installation 12 de gaz provenant du réservoir 16, et maintient la pression à l'intérieur de ce réservoir au niveau souhaité (par exemple entre -100 et 700 mbarg). 2. Consommation normale
Dans la seconde phase de fonctionnement, la consommation est normale. L'évaporation naturelle dans le réservoir 16 est insuffisante pour répondre à la demande énergétique de l’installation 12. Une évaporation forcée est nécessaire pour répondre à la demande énergétique du navire. Cette phase inclut deux étapes : - Préparer l'évaporation forcée: remplir le réservoir tampon 18 avec du gaz naturel liquide provenant du réservoir 16. - Évaporation forcée: le liquide provenant du réservoir tampon 18 est envoyé à l’échangeur puis à l’installation (tandis que l’autre réservoir tampon 40 est rempli de GNL). - Préparer l'évaporation forcée (cf. figure 9)
La première étape consiste à créer une différence de pression entre le réservoir principal 16 et le réservoir tampon 18, par exemple de -500 mbar, en réduisant la pression dans le réservoir 18 et/ou en augmentant la pression dans le réservoir 16. La pression dans le réservoir 16 peut être augmentée comme décrit dans la première phase. La pression dans le réservoir 18 peut être réduite en aspirant du gaz naturel dans ce réservoir, au moyen du compresseur 20. Avec cette différence de pression (-500 mbar), il est possible d’aspirer du GNL du réservoir principal 16, depuis une hauteur de 10m environ.
Si la pression est augmentée dans le réservoir 16, le BOG du réservoir 16 force la sortie du GNL de ce réservoir et sa circulation dans la conduite 22 jusqu’au réservoir 18. Si la pression diminue dans le réservoir tampon 18, du GNL contenu dans le réservoir 16 est aspiré jusqu’au réservoir 18. La différence de pression contribue à l’évaporation partielle du GNL dans le réservoir 18. Le gaz évaporé est aspiré par le compresseur 20, ce qui permet de maintenir une différence de pression entre les réservoirs 16, 18. Le réservoir 18 est rempli de gaz naturel liquide, par exemple jusqu'à 90% de son volume.
Ces opérations peuvent être combinées avec la première phase de fonctionnement, afin de réguler la pression dans le réservoir 16. - Évaporation forcée (figure 10)
La deuxième étape consiste à pressuriser le réservoir 18 avec le gaz naturel comprimé à la sortie du compresseur 20.
La conduite 22 et la vanne 23b utilisées pour remplir le réservoir 18 avec du liquide et aspirer le gaz naturel de ce réservoir sont fermés. Du gaz comprimé sortant du compresseur 20 est envoyé (partiellement si nécessaire) au réservoir 18 pour le mettre sous pression. Ceci permet de forcer la circulation de GNL depuis le réservoir 18 jusqu’à l’échangeur 34 et l’installation 12.
Alors que le réservoir 18 est utilisé pour fournir du GNL à l’installation 12, le réservoir 40 est rempli avec du GNL provenant du réservoir 16 (seules les vannes 23d et 23e sont alors fermées, les vannes 23b et 23f étant ouvertes). Le dispositif 110 est avantageusement conçu pour être en mesure de remplir le réservoir 40 à une vitesse supérieure à la vitesse d’évacuation du GNL du réservoir 18 avec le compresseur 20.
Le débit et la pression de GNL en sortie du réservoir tampon 18 sont régulés par la vanne 33b. Le réservoir 18 est utilisé jusqu'à ce que son niveau de GNL soit trop bas (5% du volume par exemple). A ce moment, le réservoir 40 est prêt à fournir du GNL, à son tour, à l’installation 12. Ensuite, le réservoir 16 est rempli de GNL, comme décrit dans la première étape.
Pendant cette phase, les réservoirs 18, 40 sont ainsi alternativement remplis de GNL et comprimés avec le compresseur 20 pour fournir du GNL à l’installation 12.
Ces opérations peuvent être combinées avec la première phase de fonctionnement, afin de réguler la pression dans le réservoir 16. 3. Pas de consommation (cf. figure 11)
Cette phase de fonctionnement est activée en cas d'urgence. L’installation 12 est fermée, c’est-à-dire qu’aucune consommation de gaz combustible intervient. L’échangeur 28 et le compresseur 20 fonctionnent au moyen d’un générateur d'électricité d'urgence.
Pour cette phase, nous considérons que les réservoirs 16, 18 contiennent du GNL. Le compresseur 20 est utilisé pour envoyer du gaz comprimé au réservoir 18 et augmenter la pression dans ce réservoir, ce qui force la sortie de GNL de ce réservoir jusqu’à la rampe 52 en vue de la pulvérisation de GNL dans le BOG du réservoir 16. Cela permet de condenser du BOG dans le réservoir 16, et ainsi participer à la réduction et au maintien de la pression dans le réservoir principal 16.
La pression dans le réservoir 16 est ainsi régulée par le débit de GNL provenant du réservoir tampon 18 et pulvérisé par la rampe 52.
Une fois que le réservoir 18 est vide, cette opération est répétée avec le réservoir 40 tandis que le réservoir 18 est rempli.
Cette phase de fonctionnement peut être combinée avec la première ou la seconde phase, pour réduire la pression dans le réservoir principal 16. 4. Remplissage (cf. figure 12)
La vanne 23d est ouverte. Le GNL de la station de remplissage est envoyé dans le réservoir 16. Le BOG qui s’évapore lors du remplissage est évacué en ouvrant également les vannes 31a et 31c, de façon à créer un flux libre de BOG vers la station.
La figure 13 représente une variante de réalisation du dispositif 210 selon l’invention, qui diffère du dispositif 110 notamment par le fait qu’il comprend en outre une pompe 36.
Les caractéristiques décrites dans ce qui précède en relation avec le dispositif 110 s’appliquent au dispositif 210 dans la mesure où elles ne contredisent pas ce qui suit.
La pompe 36 est située sur une conduite 54 dont une extrémité amont est reliée aux sorties 18c, 40c des réservoirs 18, 40, juste en aval de leurs vannes, et dont une extrémité aval est reliée à la conduite 32, juste en amont de la vanne 33b. Cette conduite 54 comprend une vanne 56 et s’étend en parallèle d’une portion de la conduite 32 qui comprend également une vanne 58 supplémentaire. Cette configuration offre la possibilité d’utiliser ou non la pompe 36 pour évacuer le GNL contenu dans les réservoirs 18, 40, vers la rampe de pulvérisation 525 et/ou l’installation 12.
Le dispositif a ainsi un fonctionnement hybride par rapport aux dispositifs 10, 110.

Claims (17)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif (10, 110, 210) d’alimentation en fluide combustible d’une installation (12) de production d’énergie, en particulier embarquée sur un navire (14), caractérisé en ce qu’il comprend : - un réservoir principal (16) de gaz liquéfié, - au moins un premier réservoir tampon (18) de gaz liquéfié, - une première conduite (32) de transfert de gaz liquéfié depuis le premier réservoir tampon (18) à destination de ladite installation (12), dont une première extrémité (32a) débouche dans ledit premier réservoir tampon (18) et dont une seconde extrémité (32b) est reliée à ladite installation (12), afin d’alimenter en fluide combustible ladite installation, - une deuxième conduite (22) de transfert de gaz liquéfié depuis le réservoir principal (16) jusqu'au premier réservoir tampon (18), ladite deuxième conduite (22) comportant une première extrémité (22a) destinée à être plongée dans le gaz liquéfié (24) contenu dans ledit réservoir principal (16), et une seconde extrémité (22b) débouchant dans ledit premier réservoir tampon (18), afin d’alimenter en gaz liquéfié ledit premier réservoir tampon, et - des moyens (20, 36) de mise en dépression dudit premier réservoir tampon (18) par rapport audit réservoir principal (16), qui sont configurés pour aspirer du fluide dans ledit premier réservoir tampon et pour appliquer dans ledit premier réservoir tampon une pression de fonctionnement inférieure à la pression dans ledit réservoir principal, de façon à ce que du gaz liquéfié provenant dudit réservoir principal (16) soit transféré au moyen de ladite deuxième conduite (22) et alimente ledit premier réservoir tampon (18).
  2. 2. Dispositif (10, 110, 210) selon la revendication précédente, dans lequel lesdits moyens de mise en dépression comprennent une sortie (20b) destinée à être reliée à ladite installation (12).
  3. 3. Dispositif (10, 110, 210) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de mise en dépression comprennent au moins un compresseur (20)
  4. 4. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel ledit compresseur (20) est relié à une troisième conduite (26) de mise en dépression dudit premier réservoir tampon (18), dont une première extrémité (26a) débouche dans ledit premier réservoir tampon (18), et dont une seconde extrémité (26b) est reliée à une entrée (20a) dudit compresseur, ladite troisième conduite étant configurée pour aspirer du gaz d’évaporation dans ledit premier réservoir tampon et pour alimenter ledit compresseur en gaz d’évaporation.
  5. 5. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel ledit compresseur (20) comprend une sortie (20b) reliée à ladite installation en vue de l’alimentation en gaz combustible de ladite installation.
  6. 6. Dispositif (10, 110, 210) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite première extrémité (22a) de ladite deuxième conduite (22) est dépourvue de pompe.
  7. 7. Dispositif (110, 210) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend un second réservoir tampon (40) de gaz liquéfié.
  8. 8. Dispositif (110, 210) selon la revendication précédente, dans lequel ledit second réservoir tampon (40) est relié à : - ladite première conduite (32) qui comprend une troisième extrémité (32c) débouchant dans ledit second réservoir tampon (40), et - ladite deuxième conduite (22) qui comprend une troisième extrémité (22c) débouchant dans ledit second réservoir tampon (40).
  9. 9. Dispositif (110, 210) selon la revendication précédente, en dépendance de la revendication 5 ou 6, dans lequel ledit second réservoir tampon (40) est relié à ladite troisième conduite (26) qui comprend une troisième extrémité (26c) débouchant dans ledit second réservoir tampon (40).
  10. 10. Dispositif (110, 210) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel il comprend une cinquième conduite (42) d’alimentation en gaz dudit premier réservoir tampon (18) et dudit second réservoir tampon (40), dont une première extrémité (42a) est reliée à une sortie (20b) desdits moyens de mise en dépression (20), une seconde extrémité (42b) débouche dans ledit premier réservoir tampon (18), et une troisième extrémité (42c) débouche dans ledit second réservoir tampon (40), ladite cinquième conduite étant configurée pour alimenter en gaz comprimé ledit premier réservoir tampon et/ou ledit second réservoir tampon.
  11. 11. Navire, en particulier de transport de gaz liquéfié, comportant au moins un dispositif (10, 110) selon l’une des revendications précédentes.
  12. 12. Procédé d’alimentation en combustible d’une installation (12) de production d’énergie, en particulier embarquée sur un navire (14), au moyen d’un dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend : - une étape A de remplissage dudit premier réservoir tampon (18), en créant une dépression dans ledit premier réservoir tampon (18) par rapport audit réservoir principal (16), de façon à ce que du gaz liquéfié soit transféré du réservoir principal (16) vers le premier réservoir tampon (18).
  13. 13. Procédé selon la revendication précédente, le dispositif étant tel que défini à la revendication 5, comprenant : - une étape B1 d’alimentation de ladite installation (12) au moyen dudit compresseur (20), par aspiration de gaz dans ledit premier réservoir tampon (18).
  14. 14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, le dispositif (10) étant en outre tel que défini à la revendication 10, comprenant : - une étape B2 d’alimentation de ladite installation (12) au moyen dudit compresseur (20) par alimentation en gaz dudit premier et/ou second réservoir tampon (18, 40) pour forcer du gaz liquéfié à circuler dans ladite première conduite (32).
  15. 15. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, lors de l’étape B1 ou B2, ledit second réservoir tampon (40) est alimenté en gaz liquéfié en créant au moyen dudit compresseur (20) une dépression dans ledit second réservoir tampon (40) par rapport audit réservoir principal (16), de façon à ce que du gaz liquéfié soit transféré du réservoir principal (16) vers le second réservoir tampon (40)
  16. 16. Procédé selon l’une des revendications 12 à 15, dans lequel, lors de l’étape A, la dépression est maintenue de manière continue pendant une durée prédéterminée.
  17. 17. Procédé selon l’une des revendications 12 à 16, dans lequel la dépression est réalisée en appliquant une différence de pression entre ledit réservoir tampon (18) et ledit réservoir principal (16), qui est supérieure à une pression hydrostatique générée par une hauteur sensiblement rectiligne et verticale de ladite deuxième conduite, avec éventuellement une déduction des pertes de charge dans cette deuxième conduite.
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