FR3082598A1 - Installation de rebours mobile - Google Patents
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Abstract
L'installation de rebours (30) comporte : - des modules (31 à 35 et 37) comportant les fonctions suivantes : ○ au moins un compresseur pour comprimer du gaz, ○ un automate de commande de fonctionnement d'au moins un compresseur, ○ au moins un capteur de conformité de qualité du gaz circulant dans le compresseur, ○ au moins un compteur pour compter un débit de gaz circulant dans le compresseur et ○ au moins un filtre pour filtrer le gaz circulant dans le compresseur ; et - un module (36A, 36B) d'interconnexion entre les autres modules et avec un réseau de gaz (15) à une première pression et un réseau de gaz (10) à une deuxième pression supérieure à la première pression. Au moins un de ces modules est mobile.
Description
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne une installation de rebours mobile. Elle s’applique, en particulier, aux réseaux de transport de gaz pour exporter des excédents de gaz renouvelable d’un réseau de distribution vers un réseau de transport, qui a une capacité de stockage beaucoup plus élevée.
ETAT DE LA TECHNIQUE
La production de biogaz connaît une forte croissance en Europe et sa valorisation conditionne la création d’une filière de méthanisation pérenne. Dans la suite, le « biométhane >> définit le gaz produit à partir du biogaz brut issu de la méthanisation anaérobique de déchets organiques (la biomasse) ou par gazéification haute température (suivie d’une synthèse par méthanation) ; épuré et traité de façon à le rendre interchangeable avec du gaz naturel de réseau.
Si la méthode de valorisation la plus courante est la production de chaleur et/ou d’électricité, la valorisation sous forme de carburant et l’injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel sont aussi en développement.
L’injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel est déjà réalisée en Europe. Dans un contexte de fort développement du biométhane, les distributeurs de gaz naturel se trouvent face à des situations de manque d’exutoire. En effet, les consommations des clients domestiques varient en moyenne de 1 à 10 entre l’hiver et l’été sur les distributions publiques. L’injection de biométhane n’est initialement possible que si elle se fait à un débit inférieur au débit minimal relevé pendant les périodes de plus faibles consommations ou si le biométhane est produit au plus proche des consommations. Lorsque la production dépasse les quantités consommées, cela tend à saturer les réseaux de distribution lors des saisons chaudes. Cette situation limite le développement de la filière de production de biométhane par la congestion des réseaux de distribution de gaz naturel. Plusieurs solutions ont été identifiées pour résoudre ce problème : le maillage des réseaux de distribution pour augmenter les capacités de consommation du biométhane produit par la multiplication des consommateurs raccordés, la modulation de la production de biométhane selon les saisons et les besoins de consommation, la micro-liquéfaction et compression pour stocker les productions de biométhane pendant les saisons de faible consommation, le développement d’usages du gaz (pour la mobilité, notamment), ainsi que la réalisation de postes de rebours entre les réseaux de distribution et de transport de gaz naturel.
Les installations de rebours sont ainsi une des solutions identifiées pour développer les capacités d’injection de biométhane. Ces installations permettent d’exporter des excédents de biométhane d’un réseau de distribution vers le réseau de transport, en les comprimant et les réinjectant dans ce réseau de transport pour ainsi bénéficier de sa plus grande capacité de stockage de gaz. Ainsi, les producteurs ne devraient plus limiter leurs productions et la rentabilité de leurs projets serait plus facilement assurée. Le poste de rebours est un ouvrage de l’opérateur de transport permettant le transfert de gaz depuis le réseau de distribution vers le réseau de transport disposant d’une grande capacité de stockage, par l’intermédiaire d’une station de compression de gaz. Le poste de rebours peut être localisé soit à proximité du poste de détente, soit à un autre endroit où les réseaux de transport et de distribution se croisent.
Le rebours intègre donc une fonction de compression du gaz pour l’adapter aux contraintes imposées par l’aval de ce compresseur, c’est-à-dire le réseau de transport. Les rebours actuels sont des installations fixes dans lesquelles les compresseurs sont placés dans des bâtiments. Chaque compresseur y est entraîné par un moteur électrique raccordé au réseau électrique.
Pour des questions économiques, certains rebours ne sont équipés que d’un compresseur assurant 100% du débit. Ces rebours ne garantissent donc pas un fonctionnement normal en cas de panne du seul compresseur. Mais l’installation d’un second compresseur assurant 100% du débit pour assurer un secours en cas de panne d’un rebours fixe est une solution onéreuse. En cas de panne d’un poste de rebours, les producteurs de biométhane ne peuvent ainsi plus fournir leur production de biométhane. De même, en cas de raccordement d’un nouveau fournisseur de biométhane sans installation préalable d’un poste de rebours qui devient nécessaire, les producteurs de biométhane sont pénalisés. De même, le besoin d’un poste de rebours peut être ponctuel ou un investissement dans un tel poste de rebours peut-il être différé, notamment dans l’attente d’autres raccordements de producteurs de biométhane, avec les mêmes conséquences pour cette filière.
Par ailleurs, les configurations des réseaux de distribution évoluent, notamment lorsqu’un fournisseur de biogaz y est relié et y injecte du biogaz ou s’en déconnecte. Parallèlement, la consommation de gaz sur ce réseau de distribution peut augmenter ou réduire, par exemple lors de l’installation d’une usine ou d’une grande surface consommatrice ou lors de son arrêt. La capacité du rebours peut donc se retrouver, transitoirement ou définitivement, excédentaire ou insuffisante.
Plus généralement, les installations de rebours existantes ne permettent pas une évolution de leur dimensionnement en fonction du besoin.
Les rebours actuels sont des installations fixes où les compresseurs sont placés dans des bâtiments. Les rebours actuels ne permettent donc pas une rapidité et une flexibilité d’intervention sur les réseaux.
EXPOSE DE L’INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.
A cet effet, la présente invention vise une installation de rebours comportant
- des modules comportant les fonctions suivantes :
o au moins un compresseur pour comprimer du gaz, o un automate de commande de fonctionnement d’au moins un compresseur, o au moins un capteur de conformité de qualité du gaz circulant dans le compresseur, o au moins un compteur pour compter un débit de gaz circulant dans le compresseur, o au moins un filtre pour filtrer le gaz circulant dans le compresseur et
- un module d’interconnexion entre les autres modules et avec un réseau de gaz à une première pression et un réseau de gaz à une deuxième pression supérieure à la première pression ;
dans lequel au moins un de ces modules est mobile.
Grâce à ces dispositions, une installation de rebours fixe peut aisément être complétée par un module mobile pour augmenter ses capacités de compression ou pour suppléer un élément fixe en panne ou en cours de maintenance ou de mise à jour. Ainsi, pendant une augmentation temporaire des besoins en capacité de l’installation de rebours (surcapacité transitoire des producteurs de biogaz, baisse transitoire de la consommation par les consommateurs de gaz), on ajoute un module compresseur supplémentaire mobile à l’installation de rebours. Et on le retire une fois cette augmentation temporaire achevée.
L’installation de rebours mobile objet de l’invention a pour but d’adresser notamment les trois finalités suivantes :
- assurer un secours mobile et un taux de disponibilité plus important en cas de panne d’une installation de rebours mobile déjà existante,
- offrir la possibilité de différer un investissement dans une installation de rebours fixe,
- d’offrir une solution temporaire en cas d’urgence (besoin ou retard) et
- de répondre à des besoins ponctuels ou trop faibles pour justifier un investissement sur une installation de rebours fixe. Ce qui permet donc de renforcer le développement des capacités d’injection déjà initié par les installations de rebours fixes et donc de maximiser l’accueil des projets d’injection de biométhane.
Dans des modes de réalisation, tous les modules de l’installation de rebours sont mobiles.
Grâce à ces dispositions, des besoins temporaires de rebours, par exemple dans l’attente de la mise en place d’une installation de rebours fixe, peuvent être comblés par une installation de rebours mobile.
Dans des modes de réalisation, le module d’interconnexion comporte, de plus :
- une unité mobile de distribution pour distribuer du gaz provenant d’un réseau de gaz à une première pression à plusieurs modules par une interface et
- une unité mobile de collecte pour collecter le gaz provenant de chaque dit module à une deuxième interface.
Grâce à ces dispositions, les flux de gaz entre les différents modules sont aisément mis en place pour l’exploitation d’une installation de rebours.
Dans des modes de réalisation, l’automate est configuré pour commander le fonctionnement d’une pluralité de compresseurs en fonction de la capacité de compression des compresseurs opérationnels.
Grâce à ces dispositions, l’évolution des capacités de compression de l’installation de rebours est aisée. En effet, un module compresseur peut aisément être mis en service ou retiré dans cette installation.
Dans des modes de réalisation, l’installation de rebours comporte, de plus, au moins un circuit de recyclage muni d’une vanne, configuré pour détendre du gaz en sortie d’un compresseur et l’injecter en amont ou en entrée dudit compresseur, l’automate étant configuré pour commander le fonctionnement de la vanne du circuit de recyclage en fonction de la capacité de compression des compresseurs opérationnels qui sont mis en fonctionnement conjointement.
Grâce à ces dispositions, la stabilité du réseau de distribution est assurée, quelle que soit la capacité de compression opérationnelle des compresseurs mis en fonctionnement conjointement, c’est-à-dire simultanément ou avec un différé temporel réduit.
Dans des modes de réalisation, au moins un module de l’installation de rebours est intégré dans un container standard.
Dans des modes de réalisation, au moins un module de l’installation de rebours est monté sur un véhicule.
Grâce à chacune de ces dispositions, le transport de ce module est facilité.
Dans des modes de réalisation, au moins un compresseur est mécaniquement actionné par un moteur du véhicule.
Dans des modes de réalisation, au moins un module de l’installation de rebours est alimenté en énergie électrique par un générateur monté sur le véhicule.
Grâce à chacune de ces dispositions, l’actionnement du compresseur ne nécessite pas de surdimensionnement de l’alimentation électrique de l’installation de rebours, par rapport à l’alimentation des seuls compresseurs fixes.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente, sous forme d’un schéma bloc, une installation de rebours connue dans l’art antérieur,
- la figure 2 représente, sous forme d’un schéma bloc, une installation de rebours objet de l’invention,
- la figure 3 représente, schématiquement, l’assemblage de différents modules d’une installation de rebours objet de l’invention,
- la figure 4 représente, schématiquement, des modules d’un mode de réalisation mobile d’une installation de rebours,
- la figure 5 représente, schématiquement, une installation de rebours fixe comportant un module mobile,
- la figure 6 représente, sous forme d’un logigramme, des étapes de mise en place et fonctionnement d’une installation de rebours objet de l’invention,
- la figure 7 représente une interface mécanique entre un véhicule et un compresseur,
- la figure 8 illustre les composants d’un module d’interconnexion dans une installation de rebours mobile complète,
- la figure 9 représente des évolutions de débit et de pression lors de la régulation en débit du fonctionnement de l’installation de rebours et
- la figure 10 représente des évolutions de débit et de pression lors de la régulation en pression du fonctionnement de l’installation de rebours.
DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L’INVENTION
La figure 1 représente schématiquement le principe d’une installation de rebours connue dans l’art antérieur. L’installation de rebours dispose d’un ensemble de fonctions techniques permettant de créer un flux de gaz en maîtrisant les conditions d’exploitation propres à un réseaux de transport 10 et à un réseau de distribution 15. Ces fonctions comportent :
le traitement et le contrôle 19 de la conformité de la qualité du gaz aux prescriptions techniques de l’opérateur de transport, le comptage 20 des quantités transférées, la compression du gaz en provenance du réseau de distribution 15, par au moins un compresseur 21, il s’agit généralement de compresseurs à moteur électrique et à pistons, avec deux ou trois étages de compression, la régulation 24 en pression ou en débit, la filtration 22, amont et aval, la gestion 18 de la stabilité du fonctionnement du réseau de distribution, les organes de sécurité 26 et les outils de pilotage 24 et de suivi de l’installation de rebours.
Ces différentes fonctions sont décrites ci-dessous. Il s’y ajoute des utilités (sources électriques, réseau de communication, etc.) nécessaires à la conduite d’une installation industrielle. L’installation de rebours est dimensionnée en tenant compte : de la pression d’exploitation du réseau de transport 10 et de celle du réseau de distribution 15. La première doit être comprise entre 30 et 60 bars sur le réseau régional et peut atteindre 85 bars sur le réseau principal. La seconde est de l’ordre de 4 à 19 bars sur les réseaux MPC (Réseau Moyenne Pression de type C, soit une pression entre 4 et 25 bars) et inférieure à 4 bars sur les réseaux MPB (Réseau Moyenne Pression de type B, soit une pression entre 50 millibars et 4 bars), de la capacité maximale de production des producteurs de biométhane 17 susceptibles d’injecter du biométhane dans le réseau de distribution 15, capacité qui varie de quelques dizaines de Nm3/h pour les plus petites unités, à plusieurs centaines de Nm3/h pour les plus grosses, de la consommation des consommateurs 16 sur le réseau de distribution 15, notamment la consommation minimale et de la faculté du réseau de distribution 15 à absorber des variations de pression (volume en eau).
L’ensemble de ces données permet de déterminer le débit maximal de l’installation de rebours et d’estimer sa durée de fonctionnement. Cette durée peut varier, selon les cas, d’un fonctionnement occasionnel (10 à 15 % du temps) jusqu’à un fonctionnement quasi-permanent. Cet exercice doit aussi intégrer le fait que les installations des producteurs 17 ne sont pas mises en service simultanément mais au fur et à mesure des années.
Concernant l’analyse 19 de la conformité du gaz, des écarts existent entre les spécifications de qualité de gaz appliquées aux réseaux de transport 10 et de distribution 15, du fait des différentes pressions d’exploitation, de l’infrastructure, des matériaux, des usages et des interfaces avec les stockages souterrains. Les spécifications des réseaux de transport 10 sont généralement les plus contraignantes que celles des réseaux de distribution 10. Ainsi, pour garantir que l’installation de rebours de gaz du réseau de distribution 15 vers le réseau de transport 10 s’insère dans le fonctionnement opérationnel du réseau de transport 10, les dispositions suivantes sont prévues :
une unité de déshydratation 29 à l’amont de la compression 21, pour réduire les risques de condensation sur le réseau haute pression de transport, de formation d’hydrates et de corrosion, en option, un laboratoire d’analyse des paramètres de combustion (indice de Wobbe, pouvoir calorifique et densité de gaz) pour injecter les injecter les relevés dans le système de détermination des énergies de l’opérateur de transport.
A la discrétion de l’opérateur de transport, l’analyse d’autres teneurs de composés (CO2, H2O, THT, etc.) est optionnelle et n’est réalisée que s’il y a un risque avéré de contamination du réseau de transport 10 (exemple : rebours d’un biométhane avec une forte teneur en CO2 sans possibilité de dilution sur les réseaux de distribution 15 et de transport 10, ou opéré à une pression très élevée).
Concernant le comptage de gaz 20, l’installation de rebours est équipée d’une chaîne de comptage constituée d’un compteur et d’un dispositif de détermination de l’énergie local ou régional conformément à la métrologie légale.
Concernant la compression de gaz, l’unité de compression permet de comprimer le surplus de production de biométhane à la pression de service du réseau de transport 10. En fonction de critères économiques et de disponibilités de l’installation, plusieurs configurations sont possibles, par exemple :
un compresseur 21 réalisant 100 % du besoin de rebours maximum, deux compresseurs 21 réalisant chacun 100 % du besoin de rebours maximum ou deux compresseurs 21 réalisant chacun 50 % du besoin de rebours maximum.
La configuration est choisie par une étude des différents avantages et inconvénients en termes de coûts, de disponibilité, d’encombrement, et de possibilité d’évolution de l’unité de compression. La pression d’aspiration à considérer est la pression de service du réseau de distribution 15, qui dépend notamment des pressions d’injection des producteurs de biométhane 17. La pression de construction au refoulement à considérer est la pression maximale de service (« PMS ») du réseau de transport, par exemple 67,7 bars. Pour assurer le démarrage, la protection antipompage de chaque compresseur 21 (hors compresseur à pistons) ou le fonctionnement en recyclage stabilisé, un circuit de recyclage 27 muni d’une vanne 28 peut être prévu. Le circuit de recyclage détend du gaz à la deuxième pression et l’injecte en amont ou en entrée du compresseur lors de la mise en fonctionnement d’au moins un compresseur, sous la commande de l’automate 25.
L’étanchéité de chaque compresseur 21 peut être réalisée à l’huile ou à garniture sèche. Dans le premier cas, certaines dispositions de filtration sont mises en place (voir ci-dessous).
Un automate 25 réalise les fonctions de pilotage 24, de commande de chaque compresseur et de régulation et de stabilité 18 du réseau 15. On note que, dans toute la description, le terme « l’automate >> signifie un automate ou un système informatique ou un ensemble d’automates et/ou de systèmes informatiques (par exemple un automate par fonction).
Concernant la régulation, l’évolution de la pression du réseau de distribution 15 à proximité de l’installation de rebours est corrélée au débit de gaz transitant par l’installation de rebours. Ces évolutions sont le résultat du fonctionnement dynamique des consommations de gaz sur le réseau de distribution 15, des capacités injectées de biométhane par les producteurs 17 et du fonctionnement de l’installation de livraison, par le biais d’une vanne 14, et de rebours. On intègre donc des possibilités d’adaptation de la plage de fonctionnement de la pression d’aspiration de l’installation de rebours, ainsi qu’une régulation des compresseurs 21 qui peut anticiper les contraintes s’exerçant sur le réseau de distribution 15, selon les configurations rencontrées. C’est une différence avec les postes de livraison sans rebours, pour lesquels la pression est régulée sur le point de livraison de façon à être fixe, quelles que soient les consommations par les consommateurs 16. En conséquence, le mode de régulation (pression ou débit) du flux en rebours vers le réseau de transport 10 est adapté au bon fonctionnement de l’installation de rebours.
Selon les spécifications des compresseurs et pour éviter leur détérioration ou du fait des contraintes liées au fonctionnement du réseau de transport 10, une filtration est prévue dans la fonction de conformité de qualité de gaz, en amont de la compression pour récupérer les éventuels liquides et les poussières contenues dans le gaz issu du réseau de distribution 15. De plus, dans le cas d’un compresseur 21 à étanchéité à l’huile, un filtre coalesceur 22 est installé en sortie du compresseur 21, par exemple avec une purge manuelle et un niveau visuel.
Un système de refroidissement 23 refroidit tout ou partie du gaz comprimé pour maintenir la température à l’aval, vers le réseau de transport 10, à une valeur inférieure à 55 °C (température de certification des équipements). Pour assurer le fonctionnement du système de refroidissement 23, celui-ci est dimensionné à partir de valeurs de température ambiante pertinentes selon les historiques météorologiques.
Le poste de livraison 12 est une installation, située à l’extrémité aval du réseau de transport qui permet la livraison du gaz naturel en fonction des besoins exprimés par le client (pression, débit, température...). Il s’agit donc de l’interface de détente du gaz du réseau de transport 10 vers le réseau de distribution 15 ou vers certaines installations industrielles. Le poste de livraison 12 intègre donc des vannes de détente pour diminuer la pression pour s’adapter aux conditions imposées par l’aval.
Pour éviter des phénomènes d’instabilité, l’installation de rebours ne doit pas fonctionner simultanément avec le poste 12 de détente et livraison du réseau de transport 10 vers le réseau de distribution 15. Des valeurs limites de démarrage et d’arrêt de l’installation de rebours sont fixées en conséquence et chaque automate 25 d’une installation combinant détente 12 et rebours est adapté de façon à interdire la simultanéité de ces deux fonctions. Les installations de rebours, lors de leur phase de démarrage, de fonctionnement et d’arrêt, limitent les perturbations du réseau amont (distribution 15) et du réseau aval (transport 10) en évitant notamment de déclencher des sécurités en pression du poste de livraison 12. Les paramètres suivants sont pris en compte :
nombre de cycles de démarrage et d’arrêt de chaque compresseur 21 et sa compatibilité avec les recommandations du fournisseur du compresseur 21, le démarrage et l’arrêt de chaque compresseur 21 par une routine, faisant suite à une temporisation, l’utilisation d’un volume tampon (non représenté) en amont de chaque compresseur 21, pour amortir les variations de pression et de débit du réseau de distribution 15.
Une fonction de pilotage et de supervision réalisée par l’automate 25 permet d’obtenir :
un mode de fonctionnement automatique, une visualisation/supervision du fonctionnement de l’installation de rebours et le démarrage de l’installation de rebours.
L’historisation des données est réalisée pour attester des conditions de fonctionnement.
En cas d’urgence, l’installation de rebours est isolée du réseau de distribution 15, par la fermeture de la vanne 14. Une fonction « arrêt d’urgence >> permet d’arrêter et de mettre en sécurité l’installation de rebours. L’installation de rebours est aussi munie de dispositifs de sécurité en pression et en température 26. Il n’y a pas mise à l’évent automatique sauf contre-indication des études de sécurité. L’installation de rebours est équipée de systèmes de détection incendie et gaz 26. Un moyen de protection contre les sur-débits est prévu pour protéger les appareils, sous la forme d’un organe physique tel qu’un orifice de restriction ou par l’intermédiaire d’un automatisme.
On note que le débit d’un rebours peut varier de quelques centaines à quelques milliers de Nm3/h selon les cas.
La figure 2 représente un mode de réalisation particulier d’une installation 30 de rebours évolutive objet de l’invention. On y retrouve les fonctions illustrées en figure 1, regroupées dans des modules :
- le module 37 regroupe les fonctions de compression 21, de filtration 22, de refroidissement 23 et recyclage 27 et 28,
- le module 31 regroupe les fonctions de sécurité 26, de pilotage 24 et de stabilité du réseau 18,
- le module 32 regroupe les fonctions de vérification de conformité de la qualité du gaz 19 et de comptage 20 et
- le module 33 comporte la fonction de déshydratation 29.
Deux modules s’ajoutent à cet ensemble de modules :
- un module 34 comporte les fonctions d’utilité, notamment d’alimentation électrique et
- un module 35 comporte un réservoir tampon pour stocker du gaz issu du réseau de distribution en amont de la compression et limiter ainsi les effets transitoires lors du déclenchement de la compression.
Les relations du module 34 avec les autres modules ne sont pas représentées en figure 2, dans un but de clarté. On note, cependant, que le module 34 alimente en énergie électrique tous les autres modules qui en consomment.
Les six modules différents regroupent ainsi les composants d’une même fonctionnalité d’une installation de rebours :
- le module de compression 37 pour la fonction de compression du gaz en cas de panne du compresseur fixe. Le compresseur est soit entraîné par le moteur du camion qui le transporte, soit entraîné par un moteur électrique alimenté par le module d’alimentation électrique ou le réseau électrique du site existant. Pour pouvoir s’adapter à une large gamme de débit, il est possible de raccorder plusieurs modules de compression en parallèle via un module d’interconnexion,
- le module 31 d’automatisme contenant un automate programmable afin d’acquérir l’ensemble des données nécessaires à la surveillance des différents modules fonctionnels, avec une interface homme machine permettant de visualiser l’état des modules et de passer les commandes lorsque le rebours fonctionne en mode manuel,
- le module 32 d’instrumentation contenant différents analyseurs de gaz en O2, H2O, CO2 et THT ainsi qu’une unité de comptage de type transactionnel. Ce module contient également un filtre permettant de séparer les particules solides et liquides potentiellement entraînées par le gaz naturel du réseau de distribution,
- le module 33 de déshydratation (utilisation optionnelle) pour gérer les teneurs en eau différentes entre les réseaux de distribution et de transport,
- le module 34 d’alimentation électrique contenant un groupe électrogène, pour alimenter le module de compression, et un système d’alimentation sans interruption (batteries avec leur chargeur et éventuellement onduleur) pour alimenter le contrôle-commande des différents modules et
- le module 35 de ballon tampon grand volume (utilisation optionnelle) pour o garantir un volume suffisamment important à l’aspiration de la compression, afin de respecter les temps de démarrage et d’arrêt du groupe de compression et o avoir un volume suffisant pour absorber les surpressions en cas d’incident
En dehors du module 35 de ballon tampon grand volume, chacun de ces modules est préférentiellement intégré dans un container autonome, comme illustré en figure 3.
Les six modules sont transportables par un camion et raccordables entre eux de manière à pouvoir former une installation de rebours mobile complet. Chaque module est également raccordable à une installation de rebours fixe pour assurer sa fonctionnalité dédiée en cas de panne du matériel fixe. Chaque module comporte ses propres sécurités et son propre automate, ce qui le rend autonome et indépendant des autres modules, en dehors du pilotage global de l’installation de rebours, de l’énergie et de l’arrivée de gaz, le cas échéant.
Ainsi la mise en exploitation d’une installation de rebours entièrement mobile ainsi que l’évolution des capacités d’une installation de rebours fixe ou mobile sont aisées. En effet, il suffit de raccorder les différents modules ou d’ajouter un module à une installation existante.
On observe, en figure 3, relié au réseau de transport 10 et au réseau de distribution 15, un module d’interconnexion 36 qui assure la répartition du gaz entre les modules de compression 37. Le module d’interconnexion 36 comporte des vannes et une grille d’interconnexion (voir figure 8), pour relier les différents modules. Le module d’interconnexion 36 se raccorde aux réseaux 10 et 15 par l’intermédiaire d’une bride existante avec un raccord rapide. Par exemple, le module d’interconnexion 36 comporte des raccords flexibles.
On observe, en figure 4, les différents modules illustrés en figure 2, sous forme de containers standards permettant leur transport sur des camions.
On observe, en figure 5, une installation de rebours 40, qui comporte une dalle 41 de support des différents systèmes, une armoire 42 comportant l’automate 31, des compresseurs 43, et une ligne 44 de raccordement électrique et informatique des différents systèmes munis de capteurs et d’actionneurs (notamment vannes).
Dans le mode de réalisation illustré en figure 5, l’installation de rebours 40 comporte au moins un emplacement 49 dédié pour un compresseur supplémentaire.
Dans ce mode de réalisation, les canalisations et les alimentations électriques (non représentées) sont dimensionnées pour le fonctionnement simultané de chaque compresseur 43 et de chaque compresseur supplémentaire. Ainsi, l’installation de rebours 40 peut accueillir chaque compresseur supplémentaire sans que celui-ci ne doive être associé à une alimentation électrique et/ou à des canalisations supplémentaires.
On observe, en figure 5, l’installation de rebours 40 après raccordement d’un module compresseur 37 monté sur un véhicule 47 (ici un camion) et raccordé au réseau de distribution 15 par un raccord 48.
Grâce à la mobilité du module compresseur 37, pendant une augmentation temporaire des besoins en capacité de l’installation de rebours 40 (panne ou surcapacité transitoire des producteurs de biogaz, baisse transitoire de la consommation par les consommateurs de gaz), on ajoute rapidement le module compresseur 37 à l’installation de rebours 40. Et on le retire une fois cette augmentation temporaire achevée.
Du fait que le module compresseur 37 est monté sur un véhicule 47 et, préférentiellement intégré dans un container standard, le transport du module compresseur 37 est facilité.
Dans des modes de réalisation, le module compresseur 37 est mécaniquement actionné par un moteur du véhicule 47, comme exposé en regard de la figure 7. A cet effet, une liaison mécanique, par exemple à cardans, relie un arbre du moteur du véhicule 47, par exemple son moteur unique, à un arbre du compresseur.
Dans des modes de réalisation, au moins un module compresseur 37 est alimenté en énergie électrique par un générateur monté sur le véhicule 47.
Ainsi, l’actionnement du module compresseur ne nécessite pas de surdimensionnement de l’alimentation électrique de l’installation de rebours 40, par rapport à l’alimentation des seuls compresseurs fixes 43.
La nature modulaire de l’installation mobile objet de l’invention permet au gestionnaire de réseau de transport de n’avoir à transporter que les fonctionnalités en panne dans l’installation de rebours fixe. Les interventions sont donc plus simples et la maintenance du système peut être réalisée sur une partie de l’équipement, laissant les autres parties fonctionnelles.
On observe, en figure 6, des étapes d’un procédé de mise en fonctionnement d’une installation de rebours mobile objet de l’invention.
Au cours d’une étape 51, on transporte chaque module au lieu d’implantation, par exemple à proximité d’un poste de détente de gaz du réseau de transport et de fourniture du gaz détendu à un réseau de distribution.
Une installation de rebours mobile comporte au moins le module d’automatisme 31, le module d’interconnexion 36 et un module compresseur 37. Le module d’alimentation électrique 34 est préférentiel, mais il peut être remplacé par une génératrice associée à un moteur de véhicule, comme exposé en regard de la figure 7.
Au cours d’une étape 52, on réalise le raccordement des modules, entre eux par l’intermédiaire du module d’interconnexion 36, et aux canalisations des réseaux de transport 10 et de distribution 15. On relie aussi électriquement les modules consommant de l’énergie électrique et informatiquement les modules comportant des capteurs et/ou des actionneurs, par exemple des vannes.
Au cours d’une étape 53, l’automate détecte la présence du compresseur supplémentaire et sa capacité de compression. Cette détection peut être automatique, par exemple par la détection de la liaison électrique entre l’automate et le moteur du compresseur, ou manuelle, l’installation du compresseur étant déclarée par un opérateur sur une interface utilisateur de l’automate.
Au cours d’une étape 54, l’automate définit le paramétrage du fonctionnement de l’installation de rebours mobile en fonction de la capacité de compression opérationnelle (c’est-à-dire y compris le module compresseur mais sans tenir compte des compresseurs en panne ou à l’arrêt, par exemple pour maintenance ou mise à jour). Le paramétrage du fonctionnement consiste essentiellement à fixer :
- des valeurs limite de pression et d’autres grandeurs physiques mesurées par des capteurs intégrés aux différents appareils présents dans l’installation et
- éventuellement, des valeurs de paramètres d’actionnement de vannes et d’autres appareils, telles que des durées de temporisation ou des courbes d’évolution.
Au cours d’une étape 55, l’automate commande la mise en fonctionnement de l’installation de rebours.
Au cours d’une étape 56, l’automate reçoit des grandeurs physiques captées par les capteurs de l’installation de rebours, notamment la valeur de la pression en entrée de chaque compresseur.
Au cours d’une étape 57, l’automate réalise un asservissement du circuit de recyclage en fonction de la capacité de compression opérationnelle. En effet, le démarrage unitaire ou conjoint de compresseurs provoque un pic de pression et peut engendrer des problèmes de pression maximale de service (« PMS ») et de pression minimale (2,5 bars). On évite ces risques en définissant des valeurs limites et on met en oeuvre le circuit de recyclage (re-détente) pour réaliser une rampe de démarrage et casser le transitoire.
Au cours d’une étape 58, l’automate reçoit des grandeurs physiques captées par les capteurs de l’installation de rebours, notamment la valeur de la pression en entrée de chaque compresseur.
Au cours d’une étape 59, l’automate réalise un asservissement du fonctionnement stationnaire de l’installation de rebours, jusqu’à l’arrêt des compresseurs (voir figures 9 et 10). Puis on retourne à l’étape 56 pour la prochaine phase de mise en fonctionnement d’au moins un compresseur.
Comme illustré en figure 7, le compresseur 37 et le module d’alimentation électrique peuvent être entraînés par un moteur autonome ou le moteur d’un véhicule, notamment un camion ou un tracteur. Dans le mode de réalisation illustré en figure 7, l’arbre de force d’un tracteur 60 entraîne le compresseur mobile 37 et fournit l’électricité nécessaire à l’installation de rebours.
Préférentiellement, on prévoit un écran anti-bruit (20dB) et une utilisation du moteur du tracteur à une puissance moyenne, pour réduire les nuisances sonores.
Le module d’alimentation électrique 34 animé par un moteur de véhicule est, par exemple du type décrit dans la demande internationale PCT W02003182824.
L’actionnement mécanique du module de compression 37 peut aussi être réalisé par le moteur de ce véhicule.
Comme on le constate sur la figure 7, des moyens de connexion amovible sont agencés sur le module de compression 37. Ces moyens de connexion amovible sont configurés pour connecter de manière temporaire l'axe de liaison d'un compresseur à une prise de force 61 d'un véhicule 60. La rotation de la prise de force entraîne la rotation de l'axe de liaison et donc celle de l’arbre du compresseur 37, ce qui permet au compresseur 37 de fonctionner. Bien entendu ces moyens de connexion amovible permettent de déconnecter rapidement le module de compression 37, de la prise de force du véhicule 60.
Comme illustré sur la figure 7, les moyens de connexion amovible sont constitués d'un arbre de transmission équipé de cardans et d’un limiteur de couple. Un premier cardan est assemblé à l'axe de liaison et un second cardan est assemblé à la prise de force du véhicule. Ces dispositions présentent l’avantage de pouvoir transmettre facilement la rotation de la prise de force du véhicule, à l'axe de liaison même en cas de désaxage entre ces éléments.
Dans des modes de réalisation, des moyens d'asservissement comprennent, pour chaque véhicule, un potentiomètre et un servomoteur ou un équivalent, qui agit sur la variation du potentiomètre en fonction d'une valeur de consigne calculée par les moyens d'asservissement, le potentiomètre étant configuré pour être raccordé électriquement à un calculateur du véhicule permettant de commander la vitesse de rotation d'un moteur du véhicule. Dans une variante de réalisation, les moyens d'asservissement comprennent, pour chaque véhicule, un système d’actionnement configuré pour activer mécaniquement une pédale de vitesse du véhicule configurée pour modifier la vitesse de rotation d'un moteur dudit véhicule.
Ainsi, le module d’automate 31 est raccordé par le biais d'un câble d'asservissement à un dispositif de réglage qui agit sur le moteur du véhicule, en sorte de réguler la vitesse de rotation du moteur et ainsi, de réguler la vitesse et, donc, la fréquence de rotation de la prise de force, ce qui permet de réguler la compression réalisée par le module de compression 37.
Le module d’automate 31 est donc programmé pour transmettre une consigne au dispositif de réglage permettant de réaliser l'asservissement du moteur. Dans un mode de réalisation, non illustré en détail sur les figures, ce dispositif de réglage est constitué d'un servomoteur ou d'un système équivalent, alimenté par une source électrique externe, telle qu'une batterie, et d'un potentiomètre connecté au servomoteur.
Ce servomoteur permet de modifier le réglage du potentiomètre afin de changer la valeur de sa résistance. Ce servomoteur est commandé par le module de gestion d'alternateur. Ce potentiomètre est raccordé par un câble de connexion à un calculateur agencé sur le véhicule, le calculateur permettant de modifier la vitesse de rotation du moteur du véhicule en fonction du réglage de la résistance du potentiomètre. L'agencement d'un tel calculateur sur un véhicule est connu de l'homme de métier du domaine des véhicules.
Dans une variante de réalisation, ce dispositif de réglage est constitué d'un système d’actionnement qui comprend un pilier support comprenant à son extrémité inférieure une ventouse magnétique, ou un étai fixé dans la cabine ou un support suffisamment lourd, permettant l'assemblage temporaire du système d’actionnement sur le plancher du véhicule. Un vérin de commande est monté en liaison pivot à son extrémité arrière, sur le pilier support. Le piston du vérin de commande a son extrémité montée en liaison pivot sur un levier de pilotage, dont une des extrémités est montée en liaison pivot à l'extrémité inférieure du pilier support. La seconde extrémité du levier de pilotage est en contact avec une pédale du véhicule permettant de modifier la vitesse de rotation du moteur et, donc, la vitesse de rotation de la prise de force. Le module d’automatisme permet donc, par le biais du câble d'asservissement, de commander le vérin de commande afin de réguler la vitesse du moteur.
Dans une variante de conception des moyens de connexion amovible entre le véhicule et le module compresseur 37, ceux-ci peuvent être constitués d'un mécanisme de transmission par cardan agricole configuré pour être raccordé directement ou indirectement par l’intermédiaire d’un limiteur de couple à un essieu moteur d'un véhicule du type camion, voiture ou tracteur, par exemple. Il peut par exemple s'agir de deux rouleaux capables de recevoir une roue du véhicule. La rotation de la roue entraîne celle des rouleaux qui engrènent et entraînent une prise de force raccordé à l'arbre du compresseur par une transmission de type cardan. On peut également prévoir une pièce configurée pour être engagée sur les gougeons ou sur les écrous de serrage de la roue d'un véhicule et un système de levage du véhicule permettant de lever les roues motrices, pour les positionner hors de contact du sol, ladite pièce constituant une prise de force qui est raccordée à l'arbre du compresseur par une transmission de type cardan.
On observe, en figure 8, une installation de rebours mobile 30, entre un réseau de transport de gaz 10 et un réseau de distribution de gaz 15. Le gaz provenant du réseau 15 circule d’abord à travers le module de réservoir tampon 35 puis à travers le module 32 de vérification de conformité du gaz et de comptage, le module 33 de déshydratation, un flexible à attache rapide 71 et une première partie 36A du module d’interconnexion 36. Cette première partie 36A comporte des vannes d’entrée 72, une nourrice de connexion d’aspiration de gaz 73 et des vannes de sortie 74. Des flexibles à bride 75 relient chaque vanne de sortie 74 à l’entrée d’un module compresseur 37. Chaque sortie d’un module compresseur 37 est reliée, par un flexible à bride 76 à une deuxième partie 36B du module d’interconnexion 36. Cette deuxième partie 36B comporte des vannes d’entrée 77, une nourrice de connexion de refoulement de gaz 78 et des vannes de sortie 79. Un flexible à attache rapide 80 relie l’une des vannes de sortie 79 au réseau de transport 10.
En dehors de ce circuit de gaz, le module 31 assure les fonctions de sécurité, de pilotage (en régulation de pression ou de débit) et de stabilité du réseau 15 et le module 34 assure les fonctions d’utilité, notamment d’alimentation électrique.
On décrit, ci-dessous, deux types de régulations envisagées pour le compresseur. La régulation en débit signifie que le débit qui transite par le compresseur est constant lorsque le poste fonctionne. En revanche c’est bien la pression d’aspiration (par exemple en réseau moyenne pression) qui déclenche le démarrage et l’arrêt du compresseur lorsque cette pression atteint des valeurs limites fixées au cours de l’étape 54. La figure 9 représente un exemple d’évolution de la pression 90 en amont du compresseur et du débit 91 du compresseur, dans un cas où la valeur limite de pression de démarrage du compresseur est à 4,2 bars et où la valeur limite de pression d’arrêt du compresseur est à 2,5 bars. Lorsque la pression décroît entre ces deux valeurs limites au cours du fonctionnement du compresseur, l’automate régule le fonctionnement du compresseur pour avoir un débit constant de 700 Nm3/h.
Dans le cas de la régulation en pression, le débit qui transite dans le poste évolue de façon à ce que la pression d’aspiration (par exemple en réseau moyenne pression) reste constante. La figure 10 illustre un exemple d’évolution de la pression 90 en amont du compresseur et du débit 91 du compresseur avec une valeur consigne de pression en amont du compresseur de 4 bars, en fonction du débit 92 de gaz consommé par les consommateurs sur le réseau de distribution, du débit 93 de gaz injecté par des producteurs de biométhane sur le réseau de distribution. On observe aussi, en figure 10, le débit 94 de gaz fournit par le réseau de transport.
On voit, en figure 10, que dès que le débit de la consommation sur le réseau de distribution est inférieur au débit d’injection de biométhane, le poste de livraison s’arrête d’injecter du gaz depuis le réseau de transport et l’automate régule le compresseur pour que la pression du réseau de distribution soit constante quelles que soient les variations de la consommation sur le réseau de distribution.
Dans le cas de la présence de deux compresseurs, un premier compresseur assure le fonctionnement de l’installation de rebours jusqu’à sa limite de fonctionnement. En cas de besoin, l’automate commande le fonctionnement d’un deuxième compresseur pour compléter le débit de gaz traversant l’installation de rebours.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Installation de rebours (30, 40), caractérisée en ce qu’elle comporte :- des modules (31 à 35 et 37) comportant les fonctions suivantes :o au moins un compresseur pour comprimer du gaz, o un automate de commande de fonctionnement d’au moins un compresseur, o au moins un capteur de conformité de qualité du gaz circulant dans le compresseur, o au moins un compteur pour compter un débit de gaz circulant dans le compresseur et o au moins un filtre pour filtrer le gaz circulant dans le compresseur ; et- un module (36, 36A, 36B) d’interconnexion entre les autres modules et avec un réseau de gaz (15) à une première pression et un réseau de gaz (10) à une deuxième pression supérieure à la première pression ;dans lequel au moins un de ces modules est mobile.
- 2. Installation de rebours (30, 40) selon la revendication 1, dans laquelle tous les modules (31 à 35, 37) de l’installation de rebours sont mobiles.
- 3. Installation de rebours (30, 40) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le module d’interconnexion (36) comporte :- une unité mobile (36A) de distribution pour distribuer du gaz provenant d’un réseau de gaz à une première pression à plusieurs modules (31 à 35, 37) par une interface et- une unité mobile (36B) de collecte pour collecter le gaz provenant de chaque dit module à une deuxième interface.
- 4. Installation de rebours (30, 40) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle l’automate est configuré pour commander le fonctionnement d’une pluralité de compresseurs en fonction de la capacité de compression des compresseurs opérationnels.
- 5. Installation de rebours (30, 40) selon l’une des revendications 1 à 4, qui comporte, de plus, au moins un circuit de recyclage (27, 28) muni d’une vanne (28), configuré pour détendre du gaz en sortie d’un compresseur et l’injecter en amont ou en entrée dudit compresseur lors de la mise en fonctionnement d’au moins un compresseur, l’automate étant configuré pour commander le fonctionnement de la vanne du circuit de recyclage en fonction de la capacité de compression des compresseurs opérationnels qui sont mis en fonctionnement conjointement.
- 6. Installation de rebours (30, 40) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel au moins un module (31 à 35, 37) de l’installation de rebours est intégré dans un container standard.
- 7. Installation de rebours (40) selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle au moins un module (31 à 35, 37) de l’installation de rebours est monté sur un véhicule (47).
- 8. Installation de rebours (40) selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle au moins un compresseur est mécaniquement actionné par un moteur d’un véhicule (60).
- 9. Installation de rebours (40) selon l’une des revendications 7 ou 8, dans laquelle au moins un module de l’installation de rebours est alimenté en énergie électrique par un générateur monté sur le véhicule (47, 60).
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