FR3069237B1 - Dispositif de production et de distribution d'azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquefie - Google Patents
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Abstract
Dispositif (110) de production et de distribution d'azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié, comportant : - des générateurs d'azote (112) comportant chacun une entrée d'air (112a) et une sortie d'azote (112b), - un réservoir tampon (114) de stockage d'azote, et - des moyens (116a, 116b) de distribution d'azote destinés à alimenter en azote au moins deux consommateurs (118, 120, 122) distincts, caractérisé en ce qu'il comprend : - des premiers moyens (116a) de distribution d'azote sortant dudit réservoir tampon (114) pour l'alimentation d'au moins un (118, 120) desdits consommateurs, et - des seconds moyens (116b) de distribution d'azote sortant d'au moins un (112) desdits générateurs, sans passer par ledit réservoir tampon, pour l'alimentation d'au moins un autre (122) desdits consommateurs.
Description
Dispositif de production et de distribution d’azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié
DOMAINE TECHNIQUE L’invention concerne un dispositif et un procédé de production et de distribution d’azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié.
ETAT DE L’ART
Un navire de transport de gaz liquéfié, tel que du gaz naturel liquéfié, est en général équipé d’un dispositif de production et de distribution d’azote, cet azote pouvant être utilisé par plusieurs consommateurs.
Dans la présente demande, on entend par « consommateur >>, en particulier d’azote, un système utilisant de l’azote pour fonctionner ou un système destiné à être alimenté en azote.
Un navire de transport est par exemple équipé de trois types de consommateur d’azote.
Un premier type (type I) de consommateur d’azote comprend des moyens d’alimentation en azote de joints d’étanchéité, par exemple de paliers de compresseurs du navire. Des compresseurs du navire, par exemple pour pomper du gaz d’évaporation, sont équipés de paliers lisses de guidage de pièces tournantes. Ces paliers sont logés dans des enceintes dont des joints d’étanchéité du type à labyrinthe sont alimentés en azote pour éviter que de l’air extérieur pollue l’enceinte et perturbe le fonctionnement des paliers.
Un second type (type II) de consommateur d’azote comprend des moyens de purge de lignes de circulation de fluide, telles qu’une ligne de circulation de gaz liquéfié du navire. Pour nettoyer une telle ligne et éviter que du gaz liquéfié reste dans celle-ci, il est connu de purger la ligne avec de l’azote.
Un troisième type (type III) de consommateur d’azote comprend des moyens d’alimentation en azote d’espaces d’isolation, par exemple de cuves de stockage de gaz liquéfié du navire. De telles cuves sont en effet équipées de double paroi qui définisse un espace d’isolation qui est alimenté en azote.
Le besoin en azote est différent selon le type de consommateur. Un consommateur de type I est alimenté en azote en continu avec un débit en général compris entre 25 et 70 Nm3/h, et une pression relativement importante de l’ordre de 5 barg. L’alimentation en continu est dû au fait que les joints doivent être alimentés en azote en continu.
Un consommateur type II est alimenté en azote avec un débit qui peut être important mais qui est en général ponctuel, à une pression relativement importante de l’ordre de 5 barg.
Un consommateur type III est alimenté en azote avec un débit important en général compris entre 100 et 200 Nm3/h, et à une pression relativement faible de l’ordre de quelques mbarg. L’alimentation a lieu sur des périodes courtes et peu fréquentes, notamment lors des opérations de mise en froid des cuves qui précèdent leur chargement en gaz liquéfié.
Dans la technique actuelle, un dispositif de production et de génération d’azote comprend deux générateurs d’azote comportant chacun une entrée d’air et une sortie d’azote, un réservoir tampon de stockage d’azote, et des moyens de distribution d’azote destinés à alimenter en azote des consommateurs.
Les générateurs sont disposés en parallèle et sont configurés pour fonctionner en mode tout ou rien (aussi appelé « start&stop »). Ils sont au nombre de deux, un générateur principal et un générateur relai, pour assurer une redondance et garantir le remplissage en azote du réservoir tampon lors des fortes demandes en azote des consommateurs. Les générateurs sont surdimensionnés, c’est-à-dire qu’ils sont configurés pour être chacun apte à fournir un débit d’azote suffisant pour alimenter le plus important consommateur d’azote, en terme de débit, c’est-à-dire le consommateur de type III.
Le réservoir tampon est destiné à stocker l’azote produit et à le délivrer aux consommateurs en fonction des besoins. Les générateurs sont en général commandés pour que la pression en azote dans le réservoir tampon atteigne une valeur maximale. Lorsque de l’azote est consommé et que la pression d’azote dans le réservoir tampon diminue, au moins un des générateurs est commandé pour produire de l’azote et augmenter la pression dans le réservoir tampon jusqu’à la valeur maximale de pression.
Cependant, cette technologie présente des inconvénients.
Le profil de consommation du consommateur de type I est stable et constant, comme vu dans ce qui précède, et n’est pas en adéquation avec le fonctionnement cyclique du réservoir tampon et des générateurs d’azote.
Ce fonctionnement impose aux générateurs de très nombreux cycles de fonctionnement « start&stop >> (environ 2000 par an pour un navire), ce qui réduit la durée de vie des générateurs et impose des opérations fréquentes de maintenance.
La présente invention propose un perfectionnement à la technique actuelle, qui est simple, efficace et économique.
EXPOSE DE L’INVENTION
Selon un premier aspect, l’invention propose un dispositif de production et de distribution d’azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié, comportant : des générateurs d’azote comportant chacun une entrée d’air et une sortie d’azote, un réservoir tampon de stockage d’azote, et des moyens de distribution d’azote destinés à alimenter en azote au moins deux consommateurs distincts, caractérisé en ce qu’il comprend : - des premiers moyens de distribution d’azote sortant dudit réservoir tampon pour l’alimentation d’au moins un desdits consommateurs, et - des seconds moyens de distribution d’azote sortant d’au moins un desdits générateurs, sans passer par ledit réservoir tampon, pour l’alimentation d’au moins un autre desdits consommateurs. L’invention propose ainsi que de l’azote produit par un ou des générateurs parvienne directement aux seconds moyens de distribution, sans passer par le réservoir. Les premiers moyens de distribution sont quant à eux alimentés en azote par le réservoir. On a donc deux façons d’alimenter les moyens de distribution, avec ou sans le réservoir tampon. Ce réservoir est ainsi utilisé différemment par rapport à la technique antérieure. Les générateurs ne sont pas forcément surdimensionnés, au contraire, et peuvent être moins souvent sollicités, ce qui réduit le nombre de cycles « start&stop >> et augmente leur durée de vie.
Dans la présente demande, on entend par « azote >>, de l’air enrichi en azote. L’air atmosphérique comprend, au niveau de la mer, près de 78% (en volume) d’azote, 21% (en volume) d’oxygène et des traces d’autres gaz. Dans la présente demande, de l’« azote >> signifie donc de l’air comportant plus de 78% en volume d’azote, et par exemple plus de 80 voire 90% en volume. Ce taux est de préférence d’au moins 97%.
Dans la présente demande, « des >> générateurs comprennent au moins deux et par exemple trois générateurs. Au moins certains des générateurs peuvent avoir des éléments en commun, tels qu’un séparateur et/ou un réchauffeur.
Le dispositif selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - lesdits seconds moyens de distribution d’azote sont reliées directement auxdites sorties d’au moins un desdits générateurs ; dans la présente demande, on entend par liaison « directe >>, une liaison uniquement par l’intermédiaire d’une conduite éventuellement équipée d’une vanne, - lesdites sorties desdits générateurs sont reliées ensemble par un collecteur comportant une première sortie reliée à une entrée dudit réservoir tampon, et une seconde sortie reliée auxdits seconds moyens de distribution, - ladite sortie d’au moins un desdits générateurs est reliée à une entrée dudit réservoir tampon, et ladite sortie d’au moins un autre desdits générateurs est reliée auxdits seconds moyens de distribution ; dans ce cas, il n’y a pas de communication fluidique entre les sorties de tous les générateurs, - lesdits premiers moyens de distribution sont reliés auxdits seconds moyens de distribution, de façon à ce que de l’azote stocké dans ledit réservoir tampon puisse alimenter ledit au moins un autre desdits consommateur, - ladite sortie d’au moins un desdits générateurs est reliée à une entrée dudit réservoir tampon par une vanne, - ladite vanne est configurée pour être toujours passante, et avoir un débit variable commandé en fonction d’une pression P1 à l’intérieur dudit réservoir tampon, et/ou d’une pression P2 en sortie d’au moins un desdits générateurs, et/ou d’une pression P3 d’alimentation desdits premiers et/ou seconds moyens de distribution, - au moins certaines desdites entrées desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique d’alimentation en air, et/ou au moins certaines desdites sorties desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique de sortie d’azote, - lesdits consommateurs comprennent des moyens d’alimentation en azote de joints d’étanchéité, en particulier de compresseurs dudit navire, des moyens d’alimentation d’espaces d’isolation, en particulier de cuves dudit navire, et des moyens de purge, en particulier de lignes d’alimentation dudit navire, - lesdits générateurs sont configurés pour fonctionner en mode tout ou rien, et - lesdits générateurs sont identiques et dimensionnés de façon à être chacun apte à alimenter seul un desdits consommateurs dont la consommation en termes de débit est destinée à être stable et continu.
La présente invention concerne également un procédé de production et de distribution d’azote au moyen d’un dispositif tel que décrit ci-dessus, comportant les étapes de : a) production d’azote par lesdits générateurs, et b) distribution d’azote à un des consommateurs, sans passer par le réservoir tampon.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le réservoir tampon est alimenté en azote lors des étapes a) et b), - le réservoir tampon est alimenté en azote à travers une vanne dont le débit est régulé en fonction d’une pression P1 à l’intérieur dudit réservoir tampon, et/ou d’une pression P2 en sortie d’au moins un desdits générateurs, et/ou d’une pression P3 d’alimentation desdits premiers et/ou seconds moyens de distribution, - la pression dans ledit réservoir tampon diminue lors des étapes a) et b).
Selon un second aspect, l’invention propose un dispositif de production et de distribution d’azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié, comportant : - des générateurs d’azote comportant chacun une entrée d’air et une sortie d’azote, - un réservoir tampon de stockage d’azote, et - des moyens de distribution d’azote destinés à alimenter en azote au moins deux consommateurs distincts, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une ligne de recirculation d’azote dont une entrée est reliée à une sortie d’azote dudit réservoir tampon, et dont une sortie est reliée à ladite entrée d’au moins un desdits générateurs.
La recirculation d’azote présente plusieurs avantages. Elle permet d’une part de ne pas gaspiller l’azote produit en excès, qui est donc réutilisé. Elle permet en outre d’optimiser le rendement de production d’azote en augmentant le niveau d’enrichissement en azote du gaz produit. En effet, les entrées d’air des générateurs reçoivent, en plus de l’air ambiant, de l’air déjà chargé en azote. La recirculation permet en outre de ne pas arrêter un générateur, et donc de limiter le nombre de cycles « start&stop >>, si le débit d’azote produit par ce générateur n’est pas très excessif. Autrement dit, on peut préférer faire fonctionner un générateur pour produire de l’azote et répondre à un besoin d’un consommateur, tout en produisant un excédent d’azote avec ce même générateur qui sera recirculé et donc recyclé, plutôt que d’arrêter ce générateur et alimenter le consommateur par de l’azote stocké dans le réservoir par exemple.
Le dispositif selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le dispositif est configuré pour faire recirculer de l’azote stocké dans le réservoir tampon, lorsque la pression dans ce dernier dépasse un certain seuil, - ladite ligne de recirculation comprend au moins une première vanne configurée pour avoir un débit variable commandé en fonction d’une pression P1 à l’intérieur dudit réservoir tampon, - ladite ligne de recirculation comprend au moins une vanne anti-retour, - ladite ligne de recirculation comprend au moins un débitmètre, - le dispositif comprend un système de commande configuré pour recevoir des informations dudit débitmètre et d’un capteur de pression dudit réservoir tampon, et pour commander en conséquence ladite première vanne ainsi que lesdits générateurs, - ladite sortie d’au moins un desdits générateurs est reliée à une entrée dudit réservoir tampon par une vanne, - ladite seconde vanne est configurée pour être toujours passante, et avoir un débit variable commandé en fonction d’une pression P1 à l’intérieur dudit réservoir tampon, et/ou d’une pression P2 en sortie d’au moins un desdits générateurs, et/ou d’une pression P3 d’alimentation desdits moyens de distribution, - ledit système de commande est en outre configuré pour commander ladite seconde vanne, - au moins certaines desdites entrées desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique d’alimentation en air reliée à ladite sortie de ladite ligne de circulation, et/ou au moins certaines desdites sorties desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique de sortie d’azote, - lesdits consommateurs comprennent des moyens d’alimentation en azote de joints d’étanchéité, en particulier de compresseurs dudit navire, des moyens d’alimentation d’espaces d’isolation, en particulier de cuves dudit navire, et des moyens de purge, en particulier de lignes d’alimentation dudit navire, - lesdits générateurs sont configurés pour fonctionner en mode tout ou rien, - lesdits générateurs sont identiques et dimensionnés de façon à être chacun apte à alimenter seul un desdits consommateurs dont la consommation en termes de débit est destinée à être stable et continu.
La présente invention concerne également un procédé de production et de distribution d’azote au moyen d’un dispositif tel que décrit ci-dessus, comportant les étapes de : a) production d’azote par lesdits générateurs, et b) recirculation d’azote à travers ladite ligne de recirculation.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - lesdits moyens de distribution sont alimentés en azote lors des étapes a) et b), - le débit de recirculation d’azote à travers ladite ligne de recirculation est surveillé et au moins un desdits générateurs est arrêté lorsque la valeur de ce débit dépasse un seuil prédéterminé.
Selon un troisième aspect, l’invention propose un dispositif de production et de distribution d’azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié, comportant : - des générateurs d’azote comportant chacun une entrée d’air et une sortie d’azote, au moins un de ces générateurs comportant un compresseur comportant un rotor de compression d’air, - un réservoir tampon de stockage d’azote, et - des moyens de distribution d’azote destinés à alimenter en azote au moins deux consommateurs distincts, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un système de variation de fréquence ou de vitesse dudit rotor.
La production d’azote d’un générateur est notamment fonction de la fréquence ou de la vitesse du rotor du compresseur de ce générateur, et est donc réglable en fonction des besoins des consommateurs. Pour limiter le nombre de cycles « start&stop >>, la fréquence du rotor d’un générateur peut être diminuée par exemple si le besoin en azote n’est pas important, plutôt que de recourir à l’arrêt complet du générateur.
Le dispositif selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - ledit système est configuré pour être commandé en fonction d’une pression P1 à l’intérieur dudit réservoir tampon, - au moins certains desdits générateurs comprennent, d’amont en aval, depuis l’entrée jusqu’à la sortie d’azote, ledit compresseur, un séparateur d’air de fluide(s), tels que de l’eau et/ou de l’huile, un réchauffeur d’air, et une membrane de filtration configurée pour séparer l’azote du reste de l’air, - ladite sortie d’au moins un desdits générateurs est reliée à une entrée dudit réservoir tampon, - au moins certaines desdites entrées desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique d’alimentation en air, et/ou au moins certaines desdites sorties desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique de sortie d’azote, - le dispositif comprend des premiers moyens de distribution d’azote sortant dudit réservoir tampon pour l’alimentation d’au moins un desdits consommateurs, et des seconds moyens de distribution d’azote sortant d’au moins un desdits générateurs, sans passer par ledit réservoir tampon, pour l’alimentation d’au moins un autre desdits consommateurs, - ledit système de variation est configuré pour faire varier la fréquence ou la vitesse dudit rotor dudit au moins un générateur destiné à alimenter lesdits seconds moyens de distribution, - lesdits consommateurs comprennent des moyens d’alimentation en azote de joints d’étanchéité, en particulier de compresseurs dudit navire, des moyens d’alimentation d’espaces d’isolation, en particulier de cuves dudit navire, et des moyens de purge, en particulier de lignes d’alimentation dudit navire, - lesdits générateurs sont configurés pour fonctionner en mode tout ou rien, et - lesdits générateurs sont identiques et dimensionnés de façon à être chacun apte à alimenter seul un desdits consommateurs dont la consommation en termes de débit est destinée à être stable et continu.
La présente invention concerne également un procédé de production et de distribution d’azote au moyen d’un dispositif tel que décrit ci-dessus, comportant les étapes de : a) production d’azote par lesdits générateurs, et b) variation de la fréquence ou de la vitesse du rotor d’au moins un desdits générateurs.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - ledit réservoir tampon et lesdits moyens de distribution sont simultanément alimentés en azote lors des étapes a) et b), - de l’azote est prélevé dudit réservoir tampon et utilisé pour alimenter lesdits moyens de distribution de l’ensemble des consommateurs.
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 dispositif de production et de distribution d’azote, - la figure 2 est une vue schématique d’un mode de réalisation d’un dispositif de production et de distribution d’azote selon l’invention, - les figures 3 à 5 sont des vues schématiques correspondant à la figure 1 et illustrant des étapes d’un procédé selon l’invention, - la figure 6 est une vue schématique d’une variante de réalisation d’un dispositif de production et de distribution d’azote selon l’invention, et - la figure 7 est une vue schématique d’une autre variante de réalisation d’un dispositif de production et de distribution d’azote selon l’invention.
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 dispositif 10 de production et de distribution d’azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié.
Le dispositif 10 comprend pour l’essentiel des générateurs d’azote 12 comportant chacun une entrée d’air 12a et une sortie d’azote 12b, un réservoir tampon 14 de stockage d’azote, et des moyens 16 de distribution d’azote destinés à alimenter en azote des consommateurs 18, 20 et 22.
Les générateurs 12 sont au nombre de deux et sont montés en parallèle, leurs entrées 12a étant reliées ensemble et raccordées à un port unique 24 d’alimentation en air des générateurs. Leurs sorties 12b sont reliées ensemble par un collecteur, et raccordées à une entrée 14a du réservoir tampon 14.
Chaque générateur 12 comprend, d’amont en aval, c’est-à-dire depuis l’entrée 12a jusqu’à la sortie 12b, un compresseur d’air 26, un séparateur 28 d’air de fluide(s), tels que de l’eau et/ou de l’huile, un réchauffeur 30 d’air, et une membrane 32 de filtration configurée pour séparer l’azote du reste de l’air. Le compresseur 26 de chaque générateur est par exemple du type à rotor de compression. Le rotor est par exemple à piston, à vis ou à aubes.
Le réservoir tampon 14 est équipé d’une vanne de surpression 34, configurée pour autoriser la libération d’azote contenu dans le réservoir 14 vers l’extérieur, lorsque la pression à l’intérieur du réservoir 14 dépasser une valeur seuil prédéterminée, par exemple 11 barg.
Le réservoir tampon 14 est en outre équipé d’un capteur de pression 36 configuré pour mesurer la pression d’azote, notée P1, à l’intérieur du réservoir 14.
Le réservoir tampon 14 comprend également une sortie d’azote 14b reliée par les moyens de distribution 16 aux consommateurs 18, 20 et 22. Les moyens de distribution 16 comprennent ici des vannes de détente 38, 38’ dont une entrée est reliée à la sortie 14b, et dont une sortie est reliée à un consommateur 18, 20, 22. Chaque vanne de détente est configurée pour être alimentée en amont en azote à une pression quelconque (via le réservoir 14) et à délivrer en aval une pression constante au consommateur correspondant. Les vannes 38 reliées aux consommateurs 20, 22 sont configurées pour délivrer de l’azote à une pression de consommation notée Pc1, qui est par exemple de 5 barg. La vanne 38’ reliée au consommateur 18 est configurée pour délivrer de l’azote à une pression de consommation notée Pc2, qui est par exemple de 0,5 barg.
Dans l’exemple représenté, le consommateur 18 est de type III et comprend par exemple des moyens d’alimentation en azote d’espaces d’isolation, par exemple de cuves de stockage de gaz liquéfié du navire. Le consommateur 20 est de type II et comprend par exemple des moyens de purge de lignes de circulation de fluide du navire. Le consommateur 22 est de type I et comprend des moyens d’alimentation en azote de joints d’étanchéité de paliers de compresseurs du navire. Les types I, Il et III ont été présentés dans ce qui précède.
Le dispositif 10 comprend en outre un système 40 de commande des générateurs 14, et en particulier des compresseurs 26 des générateurs, en fonction notamment de signaux émis par le capteur de pression 36. L’un des générateurs 12 est considéré comme un générateur principal et l’autre des générateurs est considéré comme un générateur relai. Chaque générateur est configuré pour fonctionner en mode tout ou rien, et est commandé par le système 40.
Le générateur principal est configuré pour produire de l’azote lorsque la pression dans le réservoir 14, mesurée par le capteur 36, est comprise entre 6 et 9 barg. Le générateur relai est configuré pour produire de l’azote lorsque la pression dans le réservoir 14, mesurée par le capteur 36, est comprise entre 5 et 8 barg. Le système 40 commande les générateurs 14 en fonction des besoins en azote des consommateurs de façon à ce que la pression P1 dans le réservoir tampon soit à une valeur maximale de 10 barg environ. Ainsi, lorsque la consommation en azote est telle que la pression P1 diminue en dessous de 9 bars, le système 40 actionne le générateur principal pour produire de l’azote et remplir le réservoir tampon 14. Lorsque la consommation en azote est telle que la pression P1 diminue en dessous de 8 bars, le système 40 actionne les générateurs principal et relai pour produire de l’azote et remplir le réservoir tampon 14. Ce mode de fonctionnement « start&stop >> permet de garantir une quantité maximale d’azote disponible dans le réservoir tampon 14 mais entraîne une usure accélérée des générateurs et donc une réduction de leur durée de vie. Ces générateurs sont par ailleurs coûteux car ils sont surdimensionnés (et identiques) pour qu’ils puissent chacun être suffisant pour alimenter le plus important consommateur d’azote, en terme de débit, à savoir le consommateur 18 de type III. Ils ont par exemple chacun une capacité de production d’azote de 150 Nm3/h à 10 barg.
Les figures 2 à 5 illustrent un premier mode de réalisation d’un dispositif 110 selon l’invention qui comprend pour l’essentiel les mêmes éléments que ceux du dispositif 10. La description qui précède en relation avec le dispositif 10 s’applique donc au dispositif 110 dans la mesure où elle ne contredit pas ce qui suit.
Dans la description qui suit, les éléments déjà décrits dans ce qui précède sont désignés par les mêmes chiffres de référence augmentés d’une centaine.
Le dispositif 110 comprend ici trois générateurs 112 mais pourrait en comprendre davantage. Les générateurs 112 sont montés en parallèle, leurs entrées 112a étant reliées ensemble et raccordées à un port unique 124 et leurs sorties 112b étant reliées ensemble et raccordées à une entrée 114a du réservoir tampon 114.
Contrairement à la technique antérieure, les générateurs 112 ne sont ici pas surdimensionnés. Ils sont identiques et configurés pour qu’ils soient aptes à alimenter seul le consommateur 22 de type I, qui a une consommation stable. En pratique, chaque générateur est de préférence dimensionné pour produire un débit d’azote légèrement supérieur au débit constant de consommation d’azote d’un consommateur de type I. Ils ont par exemple chacun une capacité de production d’azote de 50 Nm3/h à 6 barg.
Chaque générateur 112 comprend, d’amont en aval, c’est-à-dire depuis l’entrée 112a jusqu’à la sortie 112b, un compresseur d’air 126, un séparateur 128 d’air de fluide(s), tels que de l’eau et/ou de l’huile, un réchauffeur 130 d’air, et une membrane 132 de filtration configurée pour séparer l’azote du reste de l’air.
Certains éléments des générateurs 112 peuvent être communalisés. C’est le cas par exemple des séparateurs 128 et des réchauffeurs 130 des générateurs, comme cela est schématiquement représenté par des rectangles en traits pointillés à la figure 2. Ainsi, le dispositif 110 peut comprendre un séparateur 128 commun aux trois générateurs 112, ou à seulement deux d’entre eux. De la même façon, le dispositif 110 peut comprendre un réchauffeur 130 commun aux trois générateurs 112, ou à seulement deux d’entre eux.
Les sorties 112b des générateurs 112 sont reliées par une vanne 142 à l’entrée 14a du réservoir tampon 114. Un capteur de pression 144 est prévu en amont de la vanne 142 et permet de mesurer la pression d’azote, notée P2, en sortie des générateurs 112. Le réservoir tampon 114 est en outre équipé de deux capteurs de pression 136 et 146 configurés pour mesurer la pression P1 à l’intérieur du réservoir. Les capteurs 136, 146 peuvent être remplacés par un seul et même capteur. Les signaux émis par les capteurs 144 et 136 sont destinés à être reçus par le système 140 qui commande en fonction un moyen 148 de commande de la vanne 142. De la même façon, les signaux émis par le capteur 146 sont destinés à être reçus par le système 140 qui commande en fonction un moyen 150 de commande d’une vanne 152 de recirculation d’azote.
Le dispositif 110 comprend une ligne 154 de recirculation d’azote dont une extrémité amont est reliée à la ou une sortie 114b d’azote du réservoir 114, et dont une extrémité aval opposée est reliée aux entrées 112a des générateurs 112.
La ligne 154 est équipée de la vanne 152 ainsi que d’une vanne antiretour 156. Elle peut en outre être équipée d’un débitmètre 158 dont les signaux sont destinés à être transmis au système 140. Le débitmètre 158 permet de connaître la quantité d’azote produit en excès. Dans le cas où le débit d’azote produit en excès et circulant dans la ligne 154, est trop important, le système 140 peut commander l’arrêt d’un des générateurs 112 lorsque deux générateurs sont en cours de fonctionnement.
Le moyen 150 est configuré pour actionner la vanne 152 lorsque la pression dans le réservoir 114, mesurée par le capteur 146, dépasse un certain seuil, par exemple de l’ordre de 10 barg.
La ligne 154 permet, en cas de surproduction d’azote, de réutiliser l’azote produit en excès afin d’éviter d’arrêter les générateurs et donc de limiter le nombre de cycles « start&stop >>.
Le réservoir tampon 114 est équipé d’une vanne de surpression 134 et sa sortie 114b est reliée par des premiers moyens de distribution 116a aux consommateurs de type II et III, à savoir les consommateurs 118 et 120.
Les moyens de distribution 116a comprennent ici des vannes de détente 138, 138’ dont l’entrée est reliée à la sortie 114b, et dont une sortie est reliée à un consommateur 118,120.
Le dispositif 110 comprend en outre des seconds moyens 116b de distribution directe d’azote au consommateur de type I, à savoir le consommateur 122. Ces moyens de distribution 116b comprennent ici une vanne de détente 138 dont l’entrée est reliée aux sorties 112b des générateurs 112, et dont une sortie est reliée au consommateur 122.
Les sorties 112b des générateurs 112 sont donc reliées ensemble pour former une première branche d’un raccord en Y dont une seconde branche est reliée par la vanne 142 à l’entrée 114a du réservoir, et dont une troisième branche est reliée à la vanne 138 et au consommateur 122. L’alimentation directe du consommateur 122, qui demande un débit d’azote constant et sur une période relativement longue, permet d’éviter les nombreux cycles « start&stop >> de fonctionnement des générateurs et donc de limiter leur usure. Par ailleurs, le réservoir 114 peut adopter une fonction de stockage d’azote et avoir une pression de stockage qui varie entre une valeur minimale et une valeur maximale, et non pas seulement une fonction tampon pour laquelle une pression de fonctionnement doit être maintenue constante.
Dans une variante non représentée, le consommateur alimenté en direct par les générateurs 112 pourrait être le consommateur 120 de type II.
Les figures 3 à 5 illustrent des étapes de fonctionnement du dispositif 110 et en particulier d’un procédé de production et de distribution d’azote. L’étape représentée à la figure 3 représente l’alimentation directe en azote du consommateur 122 ainsi que la recirculation d’azote si nécessaire.
Un des générateurs 112 est actionné par le système 140 et produit de l’azote avec un débit et une pression suffisantes pour couvrir le besoin du consommateur 122 de type I. La pression en azote est égale à 5 barg en aval de la vanne 138 des moyens 116b et est supérieure à 5barg en amont de cette vanne. Le surplus d’azote produit par le générateur est envoyé au réservoir tampon 114, à travers la vanne 142 qui reste ouverte en permanence.
Dans le cas où la pression d’azote à l’intérieur du réservoir 114, mesurée par le capteur 146, dépasse un certain seuil, par exemple 10 barg, la vanne 152 est ouverte et de l’azote est évacué du réservoir pour en diminuer la pression et le renvoyer aux entrées 112a des générateurs. Cet azote va donc être retraité par les générateurs pour augmenter le rendement de production d’azote du dispositif, c’est-à-dire l’enrichissement en azote du gaz en sortie des générateurs. L’étape représentée à la figure 4 représente également l’alimentation directe en azote du consommateur 122 ainsi que la recirculation d’azote si nécessaire.
Deux des générateurs 112 sont actionnés par le système 140 et produisent de l’azote avec un débit et une pression suffisante pour couvrir le besoin du consommateur 122 de type I, voire d’autres consommateurs. La pression en azote est égale à 5 barg en aval de la vanne 138 des moyens 116a et est supérieure à 5barg en amont de cette vanne. Le surplus d’azote produit par le générateur est envoyé au réservoir tampon 114, à travers la vanne 142 qui est ouverte.
Dans le cas où la pression d’azote à l’intérieur du réservoir 114, mesurée par le capteur 146, dépasse le seuil précité, la vanne 152 est ouverte et de l’azote est évacué du réservoir pour en diminuer la pression et le renvoyer aux entrées 112a des générateurs.
Lorsque les consommateurs ne demandent pas d’azote ou demandent un débit d’azote inférieur au débit d’azote produit, la pression d’azote dans le réservoir 114 augmente. Au-delà du seuil de pression, le moyen 150 commande l’ouverture de la vanne 152 et donc la recirculation d’une partie de l’azote contenu dans le réservoir de façon à maintenir sa pression interne à 10 barg. Dans le cas où le débit d’azote qui recircule est inférieur à une valeur seuil, les générateurs sont maintenus en fonctionnement. Dans le cas où ce débit serait supérieur à cette valeur seuil, un des générateurs pourrait être arrêté par le système 140.
Lorsque les consommateurs demandent un débit d’azote supérieur au débit d’azote produit, la pression d’azote dans le réservoir 114 diminue. Le système peut alors commander l’activation du troisième générateur 112 pour éviter que la pression dans le réservoir atteigne une valeur minimale, par exemple de 1 barg. Le dispositif est toutefois configuré pour que la pression dans le réservoir puisse descendre aussi bas, ce qui n’était pas le cas dans la technique antérieure.
Avant l’activation d’un générateur, tel que le troisième, le système 140 peut commander l’activation du réchauffeur de ce générateur. Ceci permet de préchauffer le générateur en vue de son fonctionnement imminent. L’étape représentée à la figure 5 représente l’alimentation en azote des consommateurs 118 et 122. Le consommateur 118 nécessite un débit relativement important d’azote. C’est notamment le cas lors d’une mise en froid et de chargement d’une cuve de gaz liquéfié, l’espace d’isolation de cette cuve devant être alimenté en azote avec un fort débit et une faible pression.
Deux des générateurs 112 sont actionnés par le système 140 et produisent de l’azote, dont une partie alimente en direct le consommateur 122 et l’autre partie alimente le réservoir tampon 114. Dans les moyens de distribution 116b, la pression en azote est égale à 5 barg en aval de la vanne 138 et est supérieure ou égale à 5 barg en amont de cette vanne. Dans les moyens de distribution 116a, la pression en azote est égale à 0,5 barg en aval de la vanne 138’ et est supérieure à 0,5 barg en amont de cette vanne.
La vanne 142 est commandée de façon à s’assurer que la pression en amont de la vanne 138 des moyens de distribution 116b, soit toujours supérieure à 5barg. Pour cela, la vanne 138 peut être quasi fermée de façon à ce que la totalité ou la quasi-totalité de l’azote produit par les générateurs alimentent le consommateur 122.
De manière générale, quelles que soient les conditions opérationnelles du dispositif 110, la vanne 142 est de préférence maintenue passante. Cela permet au réservoir tampon 114 d’être alimenté en azote à tout moment et de rééquilibrer les pressions en amont et en aval de la vanne 142, c’est-à-dire dans le collecteur de sortie d’azote des générateurs 112 et dans le réservoir 114. Si le débit d’azote consommé est important et supérieur au débit d’azote produit par les générateurs 112, la pression dans le réservoir va diminuer. Si la consommation d’azote s’arrête ou si le débit consommé est inférieur au débit d’alimentation, alors la pression dans le réservoir augmentera jusqu’à atteindre une valeur maximale.
En particulier, la vanne 142 est configurée pour être complètement ouverte lorsque la pression à l’intérieur du réservoir est supérieure à 5 barg, et pour être partiellement ouverte lorsque la pression à l’intérieur du réservoir est inférieure à 5 barg, de façon à ce que la pression en amont de la vanne soit supérieure ou égale à 5 barg.
En variante, la vanne 142 pourrait être remplacée par une vanne à deux états, tout ou rien. Une conduite supplémentaire de liaison des sorties des générateurs à l’entrée du réservoir tampon serait alors nécessaire en parallèle de la vanne, de façon à assurer une communication fluidique entre les sorties des générateurs et l’entrée du réservoir tampon même lorsque la vanne est fermée.
La figure 6 illustre un second mode de réalisation d’un dispositif 210 selon l’invention qui comprend pour l’essentiel les mêmes éléments que ceux du dispositif 110. La description qui précède en relation avec le dispositif 110 s’applique donc au dispositif 210 dans la mesure où elle ne contredit pas ce qui suit.
Dans la description qui suit, les éléments déjà décrits dans ce qui précède sont désignés par les mêmes chiffres de référence augmentés d’au moins une centaine.
Le mode de réalisation de la figure 6 diffère de celui des figures 2 à 5 notamment en ce que les premiers moyens de distribution 216a sont reliés aux seconds moyens de distribution 216b par une ligne de dérivation 260 équipée d’une vanne 262 et/ou d’une vanne anti-retour.
La ligne de dérivation 260 est configurée pour autoriser le passage d’azote depuis les moyens de distribution 216a, et donc depuis le réservoir tampon 114, jusqu’au consommateur 122. La ligne 260 peut avoir une extrémité amont reliée aux moyens de distribution 216a, juste en amont des vannes 138, 138’, et une extrémité aval reliée aux moyens de distribution 216b, juste en amont de la vanne 138.
Les sorties 212b de deux des générateurs 212 sont ici reliées à l’entrée 214a du réservoir tampon 214 par une conduite dépourvue de vanne pour simplifier le dispositif 210. Le dispositif 210 est en outre dépourvu de ligne de recirculation même s’il pourrait en comprendre une.
De plus, le dispositif 210 comprend au moins un système 264 de variation de fréquence ou de vitesse du rotor d’un compresseur 226 d’au moins un des générateurs 212’. Le système 264 peut être commandé par le système 240. En variante, il peut être commandé manuellement, la fréquence ou la vitesse du rotor étant ajustée manuellement.
Dans l’exemple représenté, le système 264 est associé à un seul des compresseurs dont la sortie 212b’ est reliée directement aux moyens de distribution 216b et n’est pas reliée aux sorties 212b des autres générateurs. Les sorties 212b des deux autres générateurs sont reliés à l’entrée 214a du réservoir, comme évoqué dans ce qui précède.
La figure 7 illustre un troisième mode de réalisation d’un dispositif 310 selon l’invention qui comprend pour l’essentiel les mêmes éléments que ceux du dispositif 210. La description qui précède en relation avec le dispositif 210 s’applique donc au dispositif 310 dans la mesure où elle ne contredit pas ce qui suit.
Dans la description qui suit, les éléments déjà décrits dans ce qui précède sont désignés par les mêmes chiffres de référence augmentés d’au moins une centaine.
Le mode de réalisation de la figure 7 diffère de celui de la figure 6 notamment en ce que le dispositif 310 comprend seulement des premiers moyens de distribution 316a, et ne comprend donc pas des seconds moyens de distribution directe d’azote depuis les sorties 312a des générateurs 312. Les moyens de distribution 316a sont donc reliés à la sortie 314b du réservoir tampon 314 et à l’ensemble des consommateurs 318, 320 et 322, par les vannes de détente 338, 338’. Les sorties 312b des générateurs sont toutes reliées ensemble et à l’entrée 314a du réservoir tampon.
De plus, le dispositif 310 comprend un moyen 366 de commande du système 364 en fonction notamment de la pression dans le réservoir tampon 314, mesurée par le capteur de pression 346.
Dans le mode de réalisation de la figure 7, le générateur auquel est associé le système 364 peut être sous-dimensionné par rapport aux autres générateurs. Ce générateur est par exemple similaire à ceux 112, 212, 212 décrits dans ce qui précède, alors que les autres générateurs peuvent être du type de ceux utilisés dans la technique antérieure (qui sont en général surdimensionnés).
De manière générale, l’invention propose des solutions pour répondre au problème technique d’usure accélérée des générateurs d’azote du fait de leur mode de fonctionnement en tout ou rien ou « start&stop >>.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (110, 210) de production et de distribution d’azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié, comportant : - des générateurs d’azote (112, 212, 212’) comportant chacun une entrée d’air (112a) et une sortie d’azote (112b, 212b, 212b’), - un réservoir tampon (114, 214) de stockage d’azote, et - des moyens (116a, 116b, 216a, 216b) de distribution d’azote destinés à alimenter en azote au moins deux consommateurs (118, 120, 122, 218, 220, 222) distincts, caractérisé en ce qu’il comprend : - des premiers moyens (116a, 216a) de distribution d’azote sortant dudit réservoir tampon (114, 214) pour l’alimentation d’au moins un (118,120) desdits consommateurs, et - des seconds moyens (116b, 216b) de distribution d’azote sortant d’au moins un (112, 212, 212’) desdits générateurs, sans passer par ledit réservoir tampon, pour l’alimentation d’au moins un autre (122) desdits consommateurs.
- 2. Dispositif (110, 210) selon la revendication précédente, dans lequel lesdits seconds moyens (116b, 216b) de distribution d’azote sont reliées directement auxdites sorties (112b, 212b, 212b’) d’au moins un (112, 212) desdits générateurs.
- 3. Dispositif (110, 210) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdites sorties (112b, 212b, 212b’) desdits générateurs (112, 212, 212’) sont reliées ensemble par un collecteur comportant une première sortie reliée à une entrée (114a, 214a) dudit réservoir tampon (114, 214), et une seconde sortie reliée auxdits seconds moyens de distribution (116b, 216b).
- 4. Dispositif (110, 210) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite sortie (212b) d’au moins un desdits générateurs (212) est reliée à une entrée (214a) dudit réservoir tampon (114, 214), et ladite sortie (212b’) d’au moins un autre desdits générateurs (212’) est reliée auxdits seconds moyens de distribution (116b, 216b).
- 5. Dispositif (210) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdits premiers moyens de distribution (216a) sont reliés auxdits seconds moyens de distribution (216b), de façon à ce que de l’azote stocké dans ledit réservoir tampon (214) puisse alimenter ledit au moins un autre desdits consommateur (222).
- 6. Dispositif (110, 210) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite sortie (112b) d’au moins un desdits générateurs (112) est reliée à une entrée (114a) dudit réservoir tampon (114) par une vanne (142).
- 7. Dispositif (110, 210) selon la revendication précédente, dans lequel ladite vanne (142) est configurée pour être toujours passante, et avoir un débit variable commandé en fonction d’une pression P1 à l’intérieur dudit réservoir tampon (114), et/ou d’une pression P2 en sortie d’au moins un desdits générateurs (112), et/ou d’une pression P3 d’alimentation desdits premiers et/ou seconds moyens de distribution (116a, 116b).
- 8. Dispositif (110, 210) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins certaines desdites entrées (112a) desdits générateurs (112, 212) sont raccordées ensemble et à un port unique d’alimentation en air, et/ou au moins certaines desdites sorties (112b, 212b) desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique de sortie d’azote.
- 9. Dispositif (110, 210) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdits consommateurs (118, 120, 122, 218, 220, 222) comprennent des moyens (122, 222) d’alimentation en azote de joints d’étanchéité, en particulier de compresseurs dudit navire, des moyens (118, 218) d’alimentation d’espaces d’isolation, en particulier de cuves dudit navire, et des moyens de purge (120, 220), en particulier de lignes d’alimentation dudit navire.
- 10. Dispositif (110, 210) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdits générateurs (112, 212, 212’) sont configurés pour fonctionner en mode tout ou rien.
- 11. Dispositif (110, 210) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdits générateurs (112, 212, 212’) sont identiques et dimensionnés de façon à être chacun apte à alimenter seul un (122, 222) desdits consommateurs dont la consommation en terme de débit est destinée à être stable et continu.
- 12. Procédé de production et de distribution d’azote au moyen d’un dispositif (110, 210) selon l’une des revendications précédentes, comportant les étapes de : a) production d’azote par lesdits générateurs (112, 212), et b) distribution d’azote à un (122, 222) des consommateurs, sans passer par le réservoir tampon (114, 214).
- 13. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le réservoir tampon est alimenté en azote lors des étapes a) et b).
- 14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le réservoir tampon est alimenté en azote à travers une vanne (142) dont le débit est régulé en fonction d’une pression P1 à l’intérieur dudit réservoir tampon (114), et/ou d’une pression P2 en sortie d’au moins un desdits générateurs (112), et/ou d’une pression P3 d’alimentation desdits premiers et/ou seconds moyens de distribution (116a, 116b).
- 15. Procédé selon l’une des revendications 12 à 14, dans lequel la pression dans ledit réservoir tampon (114, 214) diminue lors des étapes a) et b).
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