FR3085003A1 - APPARATUS FOR SEPARATING AND / OR LIQUEFACTING A GASEOUS MIXTURE - Google Patents
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Abstract
Dans un appareil de séparation et/ou de liquéfaction d'un mélange gazeux à une température en dessous de 0°C, voire cryogénique comprenant une enceinte, un équipement devant fonctionner à la température en dessous de 0°C et un isolant thermique en poudre ou en granulés remplissant l'enceinte, l'isolant est ensaché dans une pluralité de sacs et/ou sachets.In an apparatus for separating and / or liquefying a gaseous mixture at a temperature below 0 ° C, or even cryogenic comprising an enclosure, equipment to operate at the temperature below 0 ° C and a powdered thermal insulator or in granules filling the enclosure, the insulation is bagged in a plurality of bags and / or sachets.
Description
La présente invention est relative à un appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un mélange gazeux à une température en dessous de 0°C, par exemple la séparation à des températures cryogéniques par distillation.The present invention relates to an apparatus for separation and / or liquefaction of a gas mixture at a temperature below 0 ° C., for example separation at cryogenic temperatures by distillation.
Les unités de séparation d’air disposent d’un système isolant permettant de limiter les échanges de chaleur entre le milieu extérieur et les différents équipements industriels tels que les colonnes et les échangeurs. Ce système isolant utilise en général un (ou plusieurs) matéhau(x) isolant(s) (perlite, laine de roche,...) contenu, pour des raisons mécaniques, dans de grandes structures métalliques communément appelées boîtes froides. Cette structure métallique repose également sur une dalle en béton.The air separation units have an insulating system to limit heat exchange between the outside environment and the various industrial equipment such as columns and exchangers. This insulating system generally uses one (or more) insulating material (s) (perlite, rock wool, ...) contained, for mechanical reasons, in large metal structures commonly called cold boxes. This metallic structure also rests on a concrete slab.
Le dimensionnement de ces boîtes froides dépend à la fois du nombre de colonnes, des échangeurs, de la taille de celles-ci, des différentes tuyauteries et autres éléments cryogéniques secondaires et des distances d’isolant à mettre en œuvre entre tous ces éléments cryogéniques et la structure externe contenant l’isolant.The dimensioning of these cold boxes depends on the number of columns, the exchangers, the size of these, the various pipes and other secondary cryogenic elements and the distances of insulation to be used between all these cryogenic elements and the external structure containing the insulation.
Sur une unité de séparation des gaz de l’air, les boîtes froides sont les structures les plus imposantes. Il peut y avoir jusqu’à trois boîtes collées les unes aux autres. Les deux plus grandes correspondent aux boîtes de la double colonne de distillation et de la colonne argon et la plus petite aux échangeurs de chaleurs.On a gas separation unit, the cold boxes are the most imposing structures. There can be up to three boxes glued to each other. The two largest correspond to the boxes of the double distillation column and the argon column and the smallest to the heat exchangers.
A titre d’exemple, pour un appareil de taille moyenne (1600 t/jr d’oxygène), la boîte correspondant uniquement à la double colonne de distillation mesure 7 mètres par 6 mètres au sol et 56 mètres de hauteur.For example, for a medium-sized device (1600 t / d of oxygen), the box corresponding only to the double distillation column measures 7 meters by 6 meters on the ground and 56 meters in height.
D’une manière générale, les éléments sont composés d’une matrice principale de forme cylindrique ou parallélépipède sur laquelle est connectée un certain nombre d’autres éléments (tuyauteries plus ou moins grosses et/ou % cylindre) qui engendrent des difficultés pour assurer une isolation correcte. Le choix d’un isolant en poudre (ex. perlite) installé dans une enveloppe (ex. structure métallique) permet de pallier ce type de problème. Le choix d’un isolant « souple » (ex. laine de roche, de verre) peut être un compromis. La laine de roche ou de verre est d’ailleurs utilisée pour l’isolation autour des appareils nécessitants une maintenance régulière comme les pompes cryogéniques. Il s’agit de « caissons » en laine de roche ou de verre.In general, the elements are composed of a main matrix of cylindrical or parallelepiped shape to which is connected a certain number of other elements (more or less large pipes and / or% cylinder) which generate difficulties in ensuring a correct insulation. The choice of a powder insulator (eg perlite) installed in an envelope (eg metal structure) overcomes this type of problem. The choice of a “flexible” insulation (eg rock wool, glass wool) can be a compromise. Rock wool or glass wool is also used for insulation around devices requiring regular maintenance such as cryogenic pumps. These are "boxes" made of rock wool or glass.
Les éléments industriels à isoler sont des colonnes, des échangeurs de chaleur, tuyauteries vannes et des machines (turbines et pompes). Les géométries peuvent être de différentes formes regroupées sous trois catégories:The industrial elements to be insulated are columns, heat exchangers, valve pipes and machines (turbines and pumps). The geometries can be of different shapes grouped under three categories:
• Formes simples : cylindres (diamètre de 1 à 6 mètres, plusieurs dizaines de mètres de haut), Parallélépipèdes (2m2 de section, 7m de long) • Formes semi-complexes ::½ cylindre accolé sur une surface plane, tuyauteries venant se greffer aux autres surfaces (0,2 à 1m de diamètre, changement de direction dans l’espace) • Eléments à géométries complexes : vannes, pompes, turbine, compresseurs• Simple shapes: cylinders (diameter from 1 to 6 meters, several tens of meters high), Parallelepipeds (2m 2 in cross-section, 7m long) • Semi-complex shapes :: ½ cylinder attached to a flat surface, pipes coming from graft to other surfaces (0.2 to 1m in diameter, change of direction in space) • Elements with complex geometries: valves, pumps, turbine, compressors
Le système isolant doit laisser passer les piquages d’instrumentation sortant des ces surfaces : de 5 à 50 mm de diamètre.The insulating system must allow the instrumentation tappings leaving these surfaces to pass: from 5 to 50 mm in diameter.
Le matériau isolant principalement utilisé dans la boîte froide est la perlite qui se présente sous la forme d’une poudre fine de couleur blanche. La taille des particules de perlite varie de 0,1 à 1 mm. Ces particules sont très volatiles et présentent une densité assez faible (60 kg/m3). La perlite est déversée dans l’espace libre entre les différents équipements industriels tels que les colonnes, échangeurs et la structure métallique communément appelée boîte froide Cet espace représente un très grand volume de part sa section et de sa hauteur.The main insulating material used in the cold box is perlite, which is in the form of a fine white powder. The size of the perlite particles varies from 0.1 to 1 mm. These particles are very volatile and have a fairly low density (60 kg / m3). The perlite is poured into the free space between the various industrial equipment such as the columns, exchangers and the metallic structure commonly known as the cold box. This space represents a very large volume due to its section and its height.
Le premier risque est l’inhalation de ces particules fines à travers les voies respiratoires au moment de l’installation mais aussi en cas de fuite lors d’opérations de maintenance par exemple. Le deuxième plus grave est le risque de « noyade » en cas de chute dans la perlite notamment au moment de l’installation. Ce type d’événement est à chaque fois mortelle si la personne n’est pas équipée d’un harnais et d’une corde pour être remontée rapidement par un co-équipier. Ce type d’accident mortel est encore aujourd’hui trop fréquent.The first risk is the inhalation of these fine particles through the respiratory tract at the time of installation but also in the event of a leak during maintenance operations, for example. The second most serious is the risk of "drowning" in the event of a fall in the perlite, particularly during installation. This type of event is always fatal if the person is not equipped with a harness and a rope to be quickly reassembled by a teammate. This type of fatal accident is still too common today.
La boîte froide n’étant pas cloisonnée en plusieurs parties indépendantes les unes des autres, il est alors nécessaire pour effectuer localement une intervention à l’intérieur de celle-ci, de vidanger et de remplacer par la suite le volume de la perlite située au dessus de l’intervention. Ce type d’intervention est très difficile à réaliser et représente un coût important.Since the cold box is not partitioned into several parts that are independent of each other, it is then necessary to locally perform an intervention inside it, to drain and subsequently replace the volume of the perlite located at the above the intervention. This type of intervention is very difficult to perform and represents a significant cost.
De plus, l’utilisation de la perlite nécessite un balayage à l’azote sec à l’intérieur de la boîte froide, ceci afin d’éviter de cryopiéger l’humidité de l’air et de condenser de l’air en liquide riche en oxygène. Le cryopiégeage de l’humidité dégrade la résistance thermique de la perlite (capacité à isoler thermiquement) et la condensation de l’air peut présenter un risque vis à vis de certains matériaux notamment de nature organique qui peuvent s’enflammer ou exploser de manière violente en présence d’une teneur en oxygène supérieure à celle de l’air ambiant.In addition, the use of perlite requires a sweeping with dry nitrogen inside the cold box, this in order to avoid freezing the humidity of the air and to condense the air in rich liquid. in oxygen. Cryo-trapping of humidity degrades the thermal resistance of perlite (ability to insulate thermally) and the condensation of air can present a risk with regard to certain materials in particular of organic nature which can ignite or explode violently in the presence of an oxygen content higher than that of the ambient air.
Or l’efficacité du système actuel en termes de balayage au sein de l’ensemble de l’isolant présent dans la boîte froide est assez réduite du fait que l’injection de l’azote gazeux s’effectue à une seule extrémité de la boîte froide et celui-ci doit parcourir une grande distance à travers également une grande section. De plus, l’isolant installé dans la boîte froide est plus ou moins compacté (dense) en fonction des zones dans laquelle il se situe dans la boîte froide et présente donc des pertes de charges différentes d’un endroit à l’autre, créant ainsi des chemins préférentiels où il y a beaucoup de débit d’azote et d’autres où il y en a très peu voire pas du tout. Nous savons par expérience, que des zones ne sont pas correctement balayées à l’azote gazeux ce qui se traduit même dans certains cas par l’apparition de points de givre à l’extérieur de la boîte froide.However, the efficiency of the current system in terms of sweeping within all of the insulation present in the cold box is fairly reduced because the injection of nitrogen gas takes place at one end of the box. cold and it must travel a great distance through also a large section. In addition, the insulation installed in the cold box is more or less compacted (dense) depending on the areas in which it is located in the cold box and therefore has different pressure drops from one place to another, creating thus preferential paths where there is a lot of nitrogen flow and others where there is very little or not at all. We know from experience that areas are not properly scanned with nitrogen gas which even results in some cases in the appearance of frost spots outside the cold box.
Lorsque des opérations de maintenance sont à prévoir sur des appareils plus spécifiques (pompes, vannes, turbines compresseur), ces derniers sont déportés de la boîte froide et installés dans des « caissons » en laine de roche ou de verre afin de pouvoir retirer plus facilement l’isolant, tel que décrit dans EP2038596. Cependant ces caissons présentent quelques inconvénients comme celui de piéger l’humidité au sein de l’isolant à tel point que parfois lors des opérations de décaissement l’isolant est complètement imbibé d’eau. De plus, pour une question de délai le décaissement est souvent réalisé alors que la température de l’isolant est encore très froide et donc complètement gelé. Il est donc assez difficile de retirer la laine de roche ou de verre qui est très compacte et durci par la glace. L’inertage préalable des caissons est inutile car l’isolant mis en place est tassé et trop compact.When maintenance operations are to be planned on more specific devices (pumps, valves, compressor turbines), these are removed from the cold box and installed in “boxes” of rock wool or glass in order to be able to remove them more easily. the insulator, as described in EP2038596. However, these boxes have some drawbacks such as trapping the moisture in the insulation to the point that sometimes during the disbursement operations the insulation is completely soaked with water. In addition, for reasons of delay, disbursement is often made while the temperature of the insulation is still very cold and therefore completely frozen. It is therefore quite difficult to remove rock wool or glass wool which is very compact and hardened by ice. Pre-inerting the boxes is unnecessary because the insulation in place is packed and too compact.
Selon un objet de l’invention, il est prévu un appareil de séparation et/ou de liquéfaction d’un mélange gazeux à une température en dessous de 0°C, voire cryogénique comprenant une enceinte, un équipement devant fonctionner à la température en dessous de 0°C et un isolant thermique en poudre ou en granulés remplissant l’enceinte caractérisé en ce que l’isolant est ensaché dans une pluralité de sacs et/ ou sachets.According to an object of the invention, there is provided an apparatus for separating and / or liquefying a gaseous mixture at a temperature below 0 ° C., or even cryogenic comprising an enclosure, equipment having to operate at the temperature below of 0 ° C and a powder or granular thermal insulation filling the enclosure, characterized in that the insulation is bagged in a plurality of bags and / or sachets.
Selon d’autres aspects facultatifs :According to other optional aspects:
-l’appareil comprend des sacs et/ou des sachets dont certains ont une première taille et d’autres une deuxième taille.-the device includes bags and / or sachets, some of which have a first size and others a second size.
-l’appareil comprend des sacs et/ou des sachets dont certains ont une première géométrie et d’autres une deuxième géométrie. Utiliser des tailles et des géométries de sacs et/ou des sachets différentes permet de remplir et occuper facilement les différents volumes entre les équipements et la boîte froide ou les caissons.-the device comprises bags and / or sachets, some of which have a first geometry and others have a second geometry. Using different sizes and geometries of bags and / or sachets makes it possible to easily fill and occupy the different volumes between the equipment and the cold box or boxes.
-les enveloppes des sacs et/ou sachets est en tissu, de préférence inorganique. Le matériau de l’enveloppe des sacs et des sachets est constitué d’un tissus de préférence inorganique de type tissus en verre par exemple afin d’être compatible oxygène (ne s’enflamme pas dans l’oxygène).-the envelopes of the bags and / or sachets is made of fabric, preferably inorganic. The material of the envelope of the bags and sachets consists of a preferably inorganic tissue such as glass tissue for example in order to be oxygen compatible (does not ignite in oxygen).
-les enveloppes des sacs et/ou sachets sont étanches à l’air et/ou à l’humidité. L’enveloppe est enduite par traitement préalable d’un matériau de type Téflon ®, ou polyamide, ou PE par exemple afin d’obtenir des sacs ou des sachets étanches à l’air et à l’humidité.-the envelopes of the bags and / or sachets are air and / or moistureproof. The envelope is coated by prior treatment with a material of Teflon® type, or polyamide, or PE for example in order to obtain bags or sachets which are airtight and moistureproof.
-les sacs et/ou les sachets sont disposés en vrac dans l’enceinte.-the bags and / or sachets are placed loose in the enclosure.
-les sacs et/ou les sachets sont fixés ensemble contre une paroi de l’enceinte ou de l’équipement.-the bags and / or sachets are fixed together against a wall of the enclosure or of the equipment.
-l’équipement est une colonne de distillation, un stockage ou un échangeur de chaleur.-the equipment is a distillation column, a storage or a heat exchanger.
-les sacs et/ou les sachets remplissent tout l’espace libre de l’enceinte.-bags and / or sachets fill the entire free space of the enclosure.
-les sacs et/ou sachets sont munis de d’un système permettant de les assembler et de les fixer afin couvrir de grandes surfaces.-the bags and / or sachets are provided with a system allowing them to be assembled and fixed in order to cover large areas.
-l’isolant est choisi dans le groupe : perlite, vermiculite, granulats de verre -l’appareil comprend des moyens pour envoyer un gaz sec de balayage dans l’enceinte.-the insulator is chosen from the group: perlite, vermiculite, glass aggregates -the apparatus comprises means for sending a dry sweeping gas into the enclosure.
L’objectif de l’invention est de concevoir des sacs et/ou des sachets remplis d’isolant thermique en poudre ou en granulés (de type perlite, vermiculite, granulats de verre, etc.) de manière à ne pas pouvoir être en contact direct avec l’isolant. La mise en sacs ou en sachets de l’isolant permet ainsi de supprimer les risques tels que décrits ci-dessus dont notamment le risque de « noyade ».The objective of the invention is to design bags and / or sachets filled with powdered or granulated thermal insulation (of the perlite, vermiculite, glass aggregates, etc.) so that they cannot be in contact direct with insulation. The placing in bags or sachets of the insulator thus makes it possible to eliminate the risks as described above, in particular the risk of "drowning".
La taille des sacs ou des sachets peuvent être plus ou moins grandes ou petites afin de pouvoir remplir et occuper facilement les différents espaces entre les équipements et la boîte froide. Les tailles et/ou les géométries peuvent être panachées.The size of the bags or sachets can be larger or smaller or smaller so that the different spaces between the equipment and the cold box can be easily filled and occupied. Sizes and / or geometries can be mixed.
L’utilisation de sacs et/ou de sachets permet également de pouvoir intervenir localement à un endroit de la boîte froide sans avoir besoin au préalable de vider complètement ou en grande partie l’isolant en poudre. En effet, il est alors possible d’évider localement une zone isolée tout en maintenant en place à l’aide de renforts (planches, madriers, etc.) les sacs et/ou sachets situés au dessus de la zone d’intervention.The use of bags and / or sachets also makes it possible to be able to intervene locally at a location in the cold box without first needing to empty all or most of the powder insulation. Indeed, it is then possible to locally hollow out an isolated area while keeping in place with the help of reinforcements (planks, planks, etc.) the bags and / or sachets located above the intervention area.
L’enveloppe des sacs et des sachets peut être constituée d’un matériau en tissus plutôt inorganiques de type tissus en verre par exemple afin d’être compatible oxygène (ne s’enflamme pas dans l’oxygène). Cette enveloppe peut également être enduite par traitement préalable d’un matériau de type Téflon ®, ou polyamide, ou PE par exemple afin d’obtenir des sacs ou des sachets étanches à l’air et à l’humidité. De cette manière, l’isolant qu’ils contiennent n’est plus sensible aux problèmes d’humidité et par conséquent de dégradation de la résistance thermique. Le balayage à l’intérieur de la boîte froide peut cependant être conservé afin d’éviter le cryopiégeage et la condensation de l’air autour des sacs et des sachets. Néanmoins le volume à balayer à l’azote devient moindre.The envelope of the bags and sachets can be made of a material made of rather inorganic tissues such as glass tissues for example in order to be oxygen compatible (does not ignite in oxygen). This envelope can also be coated by prior treatment with a material of Teflon® type, or polyamide, or PE for example in order to obtain bags or sachets which are airtight and moistureproof. In this way, the insulation they contain is no longer susceptible to moisture problems and therefore degradation of thermal resistance. The sweeping inside the cold box can however be kept in order to avoid the cryogenic trapping and the condensation of the air around the bags and sachets. However, the volume to be swept with nitrogen becomes less.
Les sacs et les sachets peuvent également remplacer l’isolant habituel des caissons et permettre ainsi une meilleure isolation dans le temps du fait de ne pas piéger l’humidité à l’intérieur des sacs ou des sachets.Bags and sachets can also replace the usual insulation of boxes and thus allow better insulation over time by not trapping moisture inside the bags or sachets.
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| FR1533233A (en) * | 1967-02-28 | 1968-07-19 | Technigaz | Manufacturing process of insulating and thermal insulation materials, industrial products and constructions thus obtained and their various applications |
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-
2018
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1533233A (en) * | 1967-02-28 | 1968-07-19 | Technigaz | Manufacturing process of insulating and thermal insulation materials, industrial products and constructions thus obtained and their various applications |
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