FR3109896A1 - Système et procédé de traitement des gaz ventés d’un mât d’évacuation de gaz - Google Patents

Système et procédé de traitement des gaz ventés d’un mât d’évacuation de gaz Download PDF

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Marc Bonnissel
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Gaztransport et Technigaz SA
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Dispositif et procédé de traitement des gaz ventés d’un mât d’évacuation de gaz. L’invention concerne un système de traitement des gaz ventés (20) d’un mât d’évacuation de gaz d’une cuve contenant un liquide froid d’une structure telle qu’un navire comprenant au moins une conduite d’amenée (25) d’un fluide (26), à une température au moins supérieure à celle des gaz ventés (20) à leur sortie du mât, jusqu’à au moins un pulvérisateur (30), situé à une distance d’au plus un mètre de la tête de mât, apte à pulvériser ledit fluide (26), suivant un angle compris entre 0° et 90° par rapport au susdit axe z’z, de manière à ce que le fluide (26) et les gaz ventés (20) se rencontrent, et un circuit de commande (35) apte à commander la pulvérisation du fluide (26) par le pulvérisateur (30) lorsque des gaz ventés (20) sont évacués par le mât d’évacuation (1) de gaz. Figure pour l’abrégé : Fig. 4

Description

Système et procédé de traitement des gaz ventés d’un mât d’évacuation de gaz
L’invention se rapporte au domaine des mâts d’évacuation de gaz pour une installation de stockage de gaz liquéfié, notamment du Gaz Naturel Liquéfié (GNL) ou du Gaz de Pétrole Liquéfié (GPL), et plus particulièrement pour les navires de transport de gaz liquéfié, par exemple les navires à propulsion GNL et les méthaniers.
Ce GNL ou GPL sont classiquement stockés dans des cuves étanches et thermiquement isolantes, en particulier mais non exclusivement dans des cuves à membranes ou de type A, B ou C selon les définitions du « code IGC », le « recueil international de règles relatives à la construction et à l’équipement des navires transportant des gaz liquéfiés en vrac » ou en anglais « International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk ». Ces définitions de cuves sont aussi décrites dans le « code IGF » portant sur la construction de navires propulsés avec des gaz liquéfiés comme carburant, en particulier le GNL, en anglais « international code of safety for ships using gases or other low-flashpoint fuels ». Ces cuves étanches et thermiquement isolantes peuvent également consister en un réservoir terrestre ou maritime dit « GBS » signifiant « Global Base Storage ».
En particulier, l’invention se rapporte au domaine des cuves étanches et thermiquement isolantes pour le stockage et/ou le transport de liquide à très basse température ou de gaz liquéfié, telles que des cuves pour le transport/stockage de GNL approximativement à -163°C. Ces cuves peuvent être installées à terre ou sur un ouvrage flottant. Dans le cas d’un ouvrage flottant, la cuve peut être destinée au transport de gaz liquéfié ou à recevoir du gaz liquéfié servant de carburant pour la propulsion de l’ouvrage flottant.
Dans la suite, l’invention est décrite dans le cadre d’un cuve GNL de navire mais l’invention peut s’appliquer à tous types de structure disposant d’une cuve contenant du GNL ou du GPL, tel que par exemple un GBS.
Chaque cuve est généralement reliée à un mât d’évacuation, également désigné par le terme « évent », sur le pont supérieur du navire pour permettre l’échappement du GNL évaporé qui autrement engendrerait une surpression inadmissible dans la cuve. Lors de l’échappement à travers le mât, le gaz passe au travers du corps du mât puis au niveau de la tête de mât par une ouverture d’échappement qui permet au gaz de s’évacuer vers l’atmosphère. Cependant, un des inconvénients majeurs de cette ouverture réside dans le fait que, lors d’évacuation importante de gaz, il y a des risques de projections de gaz, très froid, inflammable et potentiellement toxique, vers le bas du mât, sur le pont du navire, où se trouvent des opérateurs voire des passagers. Ce danger est particulièrement important en l’absence de vent qui peut sinon disperser et emmener ces gaz ventés loin du pont, à leur sortie du mât d’évacuation de gaz.
Dans l’état de la technique, on connaît les documents CN 107585261 et KR 10-2016-0037294 qui divulguent une solution de chauffage du mât d’évacuation et de la tête d’évacuation de sorte que les gaz évaporés en provenance de la cuve se réchauffent et soient ainsi moins dangereux pour le personnel et les passagers présents sur le pont au moment de la libération des gaz ventés.
On connaît aussi les documents KR 10-2018-0001879 et KR 10-2026052 qui proposent des systèmes complexes équipant la tête de mât de telle manière à diriger les gaz ventés pour leur évacuation/libération verticalement, dans l’axe du mât d’évacuation, et/ou pour mélanger les gaz ventés avec d’autres gaz plus chaud.
On connaît également par le document KR 10-2018-0001879 un système d’orientation du mât d’évacuation des gaz ventés ou encore, par le document WO 2015197455, un conduit d’amenée d’air chaud monté sur le mât d’évacuation pour l’envoi dudit air chaud en cas d’évacuation de gaz ventés afin que ceux-ci se mélangent.
On connaît enfin la solution consistant à brûler les gaz ventés, c’est-à-dire les systèmes de torches. De tels systèmes sont très répandue dans les installations de stockage et de traitement des liquides et gaz issus ou dérivés du pétrole, à terre ou en mer. Les gaz brûlés deviennent inertes et peuvent éventuellement générer d’autre polluants mais l’inconvénient principal de ces installations réside dans le fait qu’elles nécessitent des mâts d’évacuation bien plus haut pour protéger le sol du rayonnement thermique dégagé par la flamme.
Toutes ces solutions sont imparfaites car elles ne permettent pas de se prémunir totalement du risque de retombée des gaz ventés sur le pont supérieur car au mieux seule une partie significative de ces gaz seront traités par la solution proposée. Par ailleurs, ces solutions peuvent s’avérer couteuses et complexes à installer et à mettre en œuvre.
L’invention propose de pallier aux lacunes des dispositifs de l’état de la technique en proposant un système et un procédé de traitement des gaz ventés issus d’un mât d’évacuation à la fois extrêmement fiable en terme d’efficacité et d’autre part peu couteux à installer et à mettre en œuvre.
Après diverses expériences, la demanderesse a ainsi développé un système unique qui garantit qu’aucune portion des gaz ventés ne puisse retomber sur le pont supérieur, quelque soient les conditions météorologiques ou la quantité, ou le débit, de gaz ventés libérée/évacuée.
Ainsi, la présente invention concerne un système de traitement des gaz ventés d’un mât d’évacuation de gaz d’une cuve, contenant un liquide froid, d’une structure, telle qu’un navire, le mât d’évacuation de gaz comprenant un corps de mât s’étendant suivant un axe z’z et une tête de mât disposée à une extrémité supérieure du corps de mât, ledit corps de mât et ladite tête de mât étant protubérants à l’extérieur de la structure.
L’invention se caractérise en ce que le système comprend :
  • au moins une conduite d’amenée d’un fluide, à une température au moins supérieure à celle des gaz ventés à leur sortie du mât, jusqu’à
  • au moins un pulvérisateur, situé à une distance d’au plus un mètre de la tête de mât, apte à pulvériser ledit fluide, suivant un angle compris entre 0° et 90° par rapport au susdit axe z’z, de manière à ce que le fluide et les gaz ventés se rencontrent, et
  • un circuit de commande apte à commander la pulvérisation du fluide par le pulvérisateur lorsque des gaz ventés sont évacués par le mât d’évacuation de gaz.
Concernant le circuit de commande, il peut s’agir d’un dispositif automatique commandant la pulvérisation lorsque certaines conditions sont réunies, par exemple la libération d’une certaine quantité de gaz ventés lorsque la température de ces derniers est inférieure à une température de seuil prédéterminée. Néanmoins, ce circuit de commande peut également être opéré par un opérateur qui dispose des informations nécessaires à la commande de la pulvérisation, à savoir notamment le fait que des gaz ventés représentent telle quantité et leur température probable en sortie du mât d’évacuation.
On entend par l’expression de « conduite d’amenée » tout type de canalisation, conduit, canal ou encore tube dont la fonction technique consiste à transporter un fluide, liquide et/ou gaz.
On entend par l’expression « circuit de commande » tous les moyens utiles et nécessaires pour la détermination des conditions pour la pulvérisation du fluide ainsi que pour le déclenchement, partiel ou total, de ladite pulvérisation. Ainsi, ce circuit de commande comprend les moyens de traitement et de commande incluant tant les moyens de calcul et de gestion consistant classiquement en au moins un ordinateur fonctionnant avec un programme d’ordinateur dédié aux calculs et à la gestion des différents éléments du système selon l’invention tels que notamment les circuits électriques véhiculant les commandes ainsi que les moyens, classiquement électromécanique, d’actionnement desdits commandes ou encore des dispositifs mécaniques du type « sprinckler ».
Grâce à l’invention, un cône partiel ou total de pulvérisation fluidique autour de la tête de mât apparaît à chaque fois que des gaz ventés sortant du mât d’évacuation présentent un risque de se retrouver sur le pont supérieur, ou à proximité immédiate. Ce cône de pulvérisation fluidique interdit aux gaz ventés froids de redescendre vers le pont en raison de l’échange de chaleur entre le fluide pulvérisé et lesdits gaz ventés. Autrement dit ce réchauffement des gaz ventés, issus de gaz liquéfié, les rend plus léger que l’air de sorte qu’ils s’élèvent dans l’atmosphère.
Le fait que le cône de pulvérisation est défini comme partiel signifie que le cône de pulvérisation fluidique s’étend sur un arc de cercle, autrement dit ne forme pas un cercle continu, soit à s’étendant à 360°, autour du corps de mât ou de la tête de mât. En effet, selon une possibilité offerte par l’invention, il est possible de commander uniquement une portion de cône de pulvérisation fluidique correspondant à la direction prise par les gaz ventés en sortie de la tête de mât. Bien entendu, cette direction prise par les gaz ventés est fonction du vent environnant le mât d’évacuation qui sera déterminé par une girouette ou un moyen analogue apte à déterminer cette direction du vent environnant.
Par ailleurs, le débit fluidique dans le cône de pulvérisation, qu’il soit partiel ou total, est avantageusement fonction de la quantité de gaz ventés, cette quantité étant déterminée par tous moyens tels que par exemple un ou plusieurs capteurs de pression disposés dans le corps de mât ou encore un capteur lié à la soupape ou à la valve de libération de gaz généralement présente au niveau du dôme gaz de la cuve de GNL, GPL ou autres gaz liquéfié. La température des gaz ventés peut aussi être pris en compte dans l’estimation du débit fluidique nécessaire.
D’autres caractéristiques avantageuses de l’invention sont présentées succinctement ci-dessous :
De préférence, le fluide est à une température d’au moins 0°C.
Bien entendu, il est possible de prévoir un chauffage du fluide pulvérisé au moins avant que celui-ci soit utilisé. Le moyen de chauffage du fluide pulvérisé peut consister en dispositifs passifs d’un point de vue énergétique, c’est-à-dire ne nécessitant aucun apport d’énergie, tels qu’en utilisant des panneaux solaires ou une ou plusieurs éoliennes.
Avantageusement, selon une possibilité offerte par l’invention, le fluide consiste en de l’eau de mer ou en de l’eau douce, soit comportant une quantité de sel inférieure à 1 gramme par litre.
Avantageusement, la susdite conduite d’amenée est reliée à une pompe prélevant le liquide, soit de l’eau douce provenant d’une réserve sur la structure soit directement de l’eau de mer.
Selon une autre possibilité avantageuse, le fluide est présent sous forme liquide dans une réserve sous pression à laquelle est reliée la conduite d’amené.
Selon encore un autre mode d’exécution, le fluide consiste en de la vapeur d’eau, de préférence provenant d’un circuit de circulation de vapeur de la structure. Ainsi, à titre d’exemple non limitatif, le fluide peut consister en de la vapeur d’eau ou en dioxyde de carbone, cette dernière se condensant en neige carbonique suite à son échange thermique avec les gaz ventés. Dans la suite de la description, on considère que le fluide est un liquide mais il est bien noté que l’invention n’est pas limitée à l’utilisation d’un liquide.
Selon un autre mode d’exécution, la conduite d’amenée d’un fluide est reliée au circuit de gestion des incendies de la structure, le système et ledit circuit utilisant le même fluide. De préférence, dans ce cas et avantageusement lorsque la structure consiste en un navire, le fluide consiste en de l’eau de mer.
Avantageusement, la conduite d’amenée d’un fluide est fixée à l’extérieur du corps de mât. Bien entendu, la conduite d’amenée peut également se trouver à l’intérieur du mât, en particulier lorsque le mât d’évacuation est suffisamment large.
Avantageusement, le système comprend un anémomètre et une girouette, reliés au circuit de commande, respectivement pour déterminer la vitesse et la direction du vent extérieur.
Ici, il est entendu que le terme de « girouette » désigne tous moyens apte à déterminer la direction du vent environnant le mât d’évacuation, plus spécifiquement au niveau de la tête de mât. De la même manière, le terme de « anémomètre » désigne tous moyens aptes à déterminer la vitesse du vent environnant le mât d’évacuation, plus spécifiquement la sortie de la tête de mât. Ainsi, par exemple s’il est déterminé que la direction du vent environnant et/ou sa vitesse sont compatibles avec la libération ou le relargage des gaz ventés, parce que ces derniers ne puissent venir, ou quasiment pas, sur, ou à proximité immédiate, le pont supérieur, alors le cône de pulvérisation fluide n’est pas déclenché par le circuit de commande.
Avantageusement, le système comprend au moins un capteur de température des gaz ventés, de préférence disposé dans le corps du mât ou dans la tête de mât, ledit capteur de température étant relié au circuit de commande. Ainsi, compte tenu des conditions de température extérieure, connues par ailleurs, il peut être déterminé ou calculé la température des gaz ventés en sortie du mât d’évacuation.
Ici, l’utilisation d’un ou plusieurs capteurs de température destiné à déterminer la température des gaz ventés en sortie du mât d’évacuation est une des conditions déclenchant, ou non, le cône de pulvérisation liquide. En effet, par exemple s’il est déterminé que la température des gaz ventés, en sortie de la tête de mât, est compatible avec la libération ou le relargage des gaz ventés, parce que ces derniers ne sont pas considérés comme trop froid lors de leur sortie de la tête de mât, alors le cône de pulvérisation fluidique n’est pas déclenché par le circuit de commande.
Ainsi, avantageusement, le circuit de commande commande la pulvérisation du ou des pulvérisateur(s) uniquement quand le capteur de température détermine que la température des gaz ventés est inférieure à une température de seuil prédéterminée.
On utilise le terme de « commande » relativement au circuit de commande mais un équivalent de ce terme peut consister en le terme « déclenche » ou encore « active ».
Avantageusement, le pulvérisateur comprend une buse pour l’éjection du fluide de sorte que le fluide est éjecté sous forme de gouttelettes liquides présentant un diamètre moyen inférieur à 400 µm, de préférence inférieur à 200 µm.
Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, le système comprend une pluralité de pulvérisateurs, disposés tout autour du corps de mât ou de la tête de mât. Ce faisant, avec la pluralité de pulvérisateurs disposés autour de la tête de mât ou du corps de mât, le cône de pulvérisation fluidique peut être total. Bien entendu, seul un ou quelque uns parmi la pluralité de pulvérisateurs peuvent être actionnés de manière en particulier à correspondre précisément et uniquement à la direction d’échappement ou de sortie des gaz ventés du mât d’évacuation.
Ainsi, avantageusement, le circuit de commande commande la pulvérisation d’uniquement une partie des pulvérisateurs en fonction de la direction du vent déterminée par la girouette.
Egalement, avantageusement, le circuit de commande commande le débit de fluide éjecté par le ou les pulvérisateur(s) en fonction de la vitesse du vent déterminé par l’anémomètre et/ou de la quantité de gaz ventés.
De préférence, le ou les pulvérisateur(s) est/sont situé(s) à une distance d’au plus vingt centimètre de la tête de mât ou sur la tête de mât.
Selon un autre aspect lié à l’invention, la tête de mât comprenant un système de détournement d’eau qui est fixé par des éléments de montage à la tête de mât en face de l’ouverture dans la direction longitudinale du mât pour détourner à distance du corps de mât un flux d’eau se dirigeant vers ou provenant de l’ouverture dans la direction longitudinale du mât. La tête de mât comprend également une plaque de liaison périphérique s’étendant entre la surface extérieure de la portion d’extrémité supérieure du corps de mât et la surface intérieure de la partie inférieure de la tête de mât pour collecter un flux d’eau résiduel ruisselant sur la surface intérieure de la tête de mât, la plaque de liaison périphérique étant munie d’au moins une perforation pour évacuer le flux d’eau résiduel à l’extérieur du mât.
Le mât d’évacuation permet d’évacuer efficacement le gaz tout en évitant que l’eau de pluie ne pénètre dans le corps du mât grâce au système de détournement d’eau et à la perforation de la plaque de liaison situés au niveau de la tête de mât. De plus, la plaque de liaison périphérique a pour avantage de limiter la section ouverte dans la partie inférieure de la tête de mât et ainsi limiter la quantité éventuelle de gaz qui pourrait s’évacuer par la partie inférieure et pourrait être dangereux pour les opérateurs travaillant par exemple sur le pont supérieur de la structure, par exemple consistant en un navire.
Si le flux principal est bien détourné de l’intérieur du mât par le système de détournement, il peut rester toutefois un flux résiduel d’eau de pluie qui n’a pas été affecté par le système de détournement et qui ruisselle le long de la surface interne de la tête de mât, c’est pourquoi le système comprend une perforation au niveau de la partie inférieure de la tête de mât, la perforation permettant d’évacuer le flux d’eau résiduel à l’extérieur du mât.
Selon un mode de réalisation, les parties supérieure et inférieure de la tête de mât sont de forme tronconique convergente et divergente dans le sens du flux de gaz.
Selon un mode de réalisation, la tête de mât et le corps de mât sont en acier inoxydable. On peut également envisager que la tête de mât et le corps de mât sont en aluminium.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale de la portion inférieure de la tête de mât et la plaque de liaison forment une gouttière entourant la portion d’extrémité supérieure du corps de mât.
Grâce à ces caractéristiques, le flux résiduel est non seulement évacué au niveau de la gouttière par la perforation mais également une quantité d’eau peut être contenue dans la gouttière qui sert alors de réservoir pour laisse le temps à l’eau de s’évacuer par la perforation en cas de surplus. En effet, selon la quantité d’eau reçue du flux résiduel d’eau par la gouttière, il est possible que la perforation ne suffise pas à évacuer de manière immédiate l’eau, la gouttière présente donc l’avantage de contenir l’eau en attente d’évacuation par la perforation.
Selon des modes de réalisation, le système de détournement peut être situé à l’intérieur ou à l’extérieur de la tête de mât. Selon un mode de réalisation, le système de détournement comporte un dispositif de récupération d’eau, de préférence sous la forme d’un entonnoir, et un dispositif de drainage, de préférence sous la forme d’un tuyau, permettant de vider le dispositif de récupération à l’extérieur de la tête de mât.
Selon un mode de réalisation, la tête et le corps de mât sont fixés l’un à l’autre par l’intermédiaire de supports de fixation plats répartis tout autour de la surface interne de la tête de mât et s’étendant entre la surface interne de la tête de mât et la surface externe du corps de mât.
Grâce à ces caractéristiques, la tête de mât et le corps de mât sont fermement fixés l’un à l’autre par les supports de manière à garantir la stabilité de la liaison et ainsi permettre au mât de supporter les efforts soumis à son utilisation sur un navire. De plus, les supports de fixation peuvent être fixés par soudage à la tête de mât et au corps de mât.
La présente invention concerne également un procédé de traitement des gaz ventés d’un mât d’évacuation de gaz d’une cuve contenant un liquide froid, d’une structure telle qu’un navire, pour la mise en œuvre du système tel que décrit précédemment, comportant une étape d’amenée d’un fluide présentant une température au moins supérieure à celle des gaz ventés à leur sortie du mât, jusqu’à au moins un pulvérisateur, situé à une distance d’au plus un mètre, de préférence au plus vingt centimètres, de la tête de mât, dans lequel le fluide est pulvérisé par le pulvérisateur de manière à entrer en contact avec les gaz ventés afin de réchauffer ces derniers.
L’invention se rapporte enfin à un navire pour le transport d’un produit liquide froid, le navire comportant une double coque, une cuve disposée dans la double coque et au moins un mât d’évacuation de gaz relié à la cuve, ledit mât étant situé sur un pont supérieur du navire et permettant d’évacuer du gaz vers l’atmosphère en cas de surpression dans la cuve, ainsi qu’un système de traitement des gaz ventés du mât d’évacuation de gaz tel que présenté ci-dessus.
L’invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.
La figure 1 représente une vue de côté d’un navire transportant du gaz naturel liquéfié équipé de mâts d’évacuation.
La figure 2 est une vue schématique illustrant un mât d’évacuation relarguant ou libérant des gaz ventés, dans le cas d’un petit débit ou quantité de gaz, ou encore la libération des gaz se produit très ponctuellement.
La figure 3 est une vue schématique illustrant un mât d’évacuation relarguant ou libérant des gaz ventés, dans le cas d’un grand débit ou quantité continue de gaz largué ou libéré.
La figure 4 est une vue schématique illustrant un mât d’évacuation équipé d’un mode d’exécution d’un système de traitement des gaz ventés selon l’invention lorsque ces derniers sont largués ou libérés comme dans le cas de la figure 3.
La figure 5 est une vue schématique illustrant essentiellement les conséquences de la mise en œuvre du système de traitement des gaz ventés selon l’invention dans une situation conforme à celle de la figure 4.
La figure 6 est une vue schématique illustrant une variante de mise en œuvre du système de traitement des gaz ventés selon l’invention.
La figure 7 est une vue schématique illustrant essentiellement les conséquences de la mise en œuvre du système de traitement des gaz ventés selon l’invention dans une situation conforme à celle de la figure 5.
La figure 8 est une vue schématique illustrant un mode de réalisation dans lequel une pluralité de pulvérisateurs sont susceptibles de couvrir le corps de mât ou la tête de mât à 360°, quelle que soit la direction prise par les gaz ventés en sortie du mât d’évacuation.
La figure 9 est une représentation schématique écorchée d’une cuve de navire méthanier et d’un terminal de chargement/déchargement de cette cuve, le navire étant équipé de mâts d’évacuation.
Dans la description et les revendications, les termes « supérieur », inférieur », « dessus » et « dessous » doivent interpréter selon la direction longitudinale du mât, et dans le sens du corps de mât vers la tête de mât.
La figure 1 représente un navire 70 de transport de gaz naturel liquéfié (GNL) qui comporte plusieurs cuves 71 montées dans la coque 72 du navire 70. Le GNL stocké dans les cuves s’évapore de manière continue augmentant progressivement la pression à l’intérieur des cuves 71, ce qui crée dans la cuve une phase liquide et une phase gazeuse.
Pour éviter d’endommager les cuves 71 et pour éviter tout risque de fuite, une soupape de surpression est agencée au niveau de chaque cuve 71. Cette soupape est fermée par défaut et s’ouvre sous la commande d’un pilote de soupape lorsque la pression à l’intérieure de la cuve dépasse une valeur prédéterminée. Une partie du gaz est alors évacué hors de la cuve directement vers l’atmosphère via des mâts d’évacuation 1 situés sur le pont supérieur 81 du navire 70 et qui sont reliés à la cuve 71 via la soupape de surpression.
Un mât d’évacuation 1 est composé d’un corps de mât 2 et d’une tête de mât 3. Le corps de mât 2 est formé d’une structure tubulaire creuse comprenant une paroi latérale de corps 4. De la même manière, la tête de mât 3 est formée d’une structure tubulaire creuse comprenant une paroi latérale de tête. Le gaz qui est évacué via les mâts d’évacuation 1 passe alors tout d’abord par le corps de mât 2 puis par la tête de mât 3 qui comporte une ouverture 10 communiquant avec l’atmosphère, le gaz étant évacué via cette ouverture 10.
Comme on peut le voir sur notamment les figures 2 et 4, les mâts d’évacuation 1 s’étendent verticalement suivant un axe z’z, autrement dit suivant un axe perpendiculaire à l’axe horizontal du pont supérieur 19. On a choisi d’illustrer la présente invention avec un tel mât d’évacuation 1 s’étendant verticalement mais il est bien entendu que l’axe z’z du mât d’évacuation 1 pourrait être incliné par rapport à l’horizontal formé par le plan du pont supérieur sans que l’invention n’en soit modifiée substantiellement.
Les mâts d’évacuation 1 sur un navire 70 transportant du GNL, par exemple un méthanier, ou toute installation de stockage de GNL, sont suffisamment hauts pour permettre au gaz s’échappant de la tête de mât 3 d’être éloigné du pont supérieur 70 ou du sol respectivement, pour des raisons de sécurité. En effet, des opérateurs pouvant être présents sur le pont supérieur 70, il est nécessaire pour leur sécurité que le gaz soit évacué suffisamment loin du pont 81. Par exemple, sur un méthanier, les mâts d’évacuation 1 font en général plus de dix mètres de hauteur.
Sur la figure 2 on a représenté un cas relativement classique dans lequel une petite quantité ou un faible débit de gaz est libéré ou relargué dans l’atmosphère environnant. Ce faisant, les gaz ventés 20 ont la possibilité d’être réchauffé par le mât d’évacuation 1, et l’air environnant, lorsqu’il arrive à la tête de mât 2 de sorte que ces gaz ventés 20 sont suffisamment réchauffés pour ne pas retomber.
Néanmoins, comme cela est apparent sur les figures 3 à 7, il arrive très fréquemment que la quantité et/ou le débit des gaz ventés 20 soient si conséquent que ces derniers 20 finissent au moins en partie par toucher le pont supérieur 19. Par ailleurs, même dans le cas d’une faible libération de gaz, il est possible que le vent environnant renvoie directement ces gaz ventés en direction du pont supérieur 19. Ainsi, tant dans le cas d’un débit et/ou d’une quantité importante de gaz ventés 20 que dans le cas de conditions d’environnement défavorable, que la quantité/débit de gaz ventés 20 soit petite/faible ou non, il est impératif de prévoir un système de traitement des gaz ventés interdisant à ces derniers de finir, même partiellement, sur le pont supérieur 19, ou à proximité de celui-ci, c’est-à-dire à une hauteur jusqu’à 2,50 mètres du pont 19. Un tel traitement selon l’invention est présenté dans la suite, en lien avec les figures 3 à 9.
Concernant la structure du mât d’évacuation 1, on a choisi d’illustrer l’invention avec un mât d’évacuation classique, outre ses caractéristiques propres à éviter que de l’eau (de pluie) entre dans le corps de mât 2, sans qu’une telle structure soit limitative pour appliquer le système de traitement des gaz ventés selon l’invention. Ainsi, la tête de mât 3 est composée d’une partie inférieure 8 et d’une partie supérieure 9, ces parties étant de forme tronconique. Ces deux parties tronconiques sont assemblées l’une avec l’autre à leur extrémité où leur diamètre est le plus élevé, de manière à ce que la tête assemblée est un diamètre plus important au niveau de l’assemblage des deux parties supérieure 9 et inférieure 8. La tête de mât 3 est équipée ici de deux moyens permettant à la tête d’évacuer l’eau de pluie hors du mât d’évacuation 1. Ces deux moyens permettant à la tête de mât 3 d’évacuer l’eau de pluie hors du mât d’évacuation 1 sont décrits en plus de détails dans le document WO 2019097131, déposé par la demanderesse, dont la description propre auxdits deux moyens est intégrée ici dans la présente demande.
De plus, la tête de mât 3 comporte une grille, non représentée sur les figures annexées, située au niveau de son ouverture 10. Cette grille a ici deux utilités. Elle permet tout d’abord d’éviter que tout déchet plus grand que l’espacement de la grille ne rentre dans le mât d’évacuation. De plus, elle permet d’éviter un phénomène éventuel, de retour de flamme à l’intérieur du mât pouvant endommager le mât d’évacuation 1.
Sur la figure 3 on a représenté les gaz ventés 20 lorsque ces derniers 20, s’échappant par la sortie 10 de la tête de mât 3, aboutissent au moins en partie sur le pont supérieur 19. Comme il a été exposé précédemment, une telle situation peut se produire pour des causes multiples tant d’environnement du mât d’évacuation 1 – principalement en raison de vents ramenant les gaz venté 20 vers le pont 19 ou au contraire en l’absence de vent – que relative à la quantité et/ou au débit des gaz ventés 20. A titre d’exemple, nous pouvons considérer ici que les gaz ventés 20, provenant de la cuve 21, aboutissent en partie sur le pont 19 en raison d’un grand débit de ces derniers 20. En effet, lorsque le débit de gaz ventés 20 est important, le mât d’évacuation 1 se refroidit et en peu de temps les gaz ventés 20 n’ont plus le temps d’être réchauffé par le mât 1. De plus, en cas de fort débit, même si l’on doit considérer l’effet convectif comme plus important, l’air environnant ne peut suffisamment chauffer les gaz ventés 20 à la sortie de la tête de mât 3 et retombe en se dispersant au voisinage du pont 19.
La figure 4 présente un mode d’exécution de l’invention dans lequel la conduite d’amenée 25 est fixée sur la paroi latérale de corps 4, à l’extérieur du mât d’évacuation 1. A l’extrémité supérieure de cette conduite d’amenée 25 se trouvent une pluralité de pulvérisateurs 30 qui sont aptes à pulvériser le liquide 26 remontant par la conduite d’amenée 25. Les pulvérisateurs 30 sont agencés de telle manière qu’ils pulvérisent le liquide 26 avec un angle α de 45° ± 10° par rapport à l’axe z’z. Ainsi, les pulvérisateurs 30 sont susceptibles de couvrir à 360° la tête de mât 3 jusqu’à une distance pouvant aller jusqu’à 5 à 8 mètres desdits pulvérisateurs 30 et l’angle de dispersion du liquide 26 est compris entre 35° et 55° par rapport à l’axe z’z d’extension du mât d’évacuation 1. Ainsi, avec une telle disposition de la conduite d’amenée 25 et un tel agencement des pulvérisateurs 25, les gaz ventés 20 rencontrent immanquablement le liquide 26 pulvérisé et échangent thermiquement avec ce dernier 26.
La figure 5 illustre schématiquement les différents éléments principaux du circuit et le processus de traitement des gaz ventés selon l’invention. Les gaz ventés 20 remontent depuis la cuve 71, non représentée sur cette figure, par le mât d’évacuation 1. Des capteurs 33, notamment de température et de débit des gaz ventés 20, placés par exemple dans le mât d’évacuation 1 détermine que la quantité de gaz ventés et leur température va conduire à ce qu’au moins une partie de ces gaz ventés 20 aboutissent sur le pont 19. Avantageusement, ces capteurs 33 sont couplés en particulier à une girouette et un anémomètre, non représentés sur les figures annexées, permettant de déterminer la direction et la force du vent environnant le mât d’évacuation 1 de manière à ce que le circuit de commande 35, associé à la girouette et l’anémomètre ainsi qu’à ces différents capteurs dont ceux 33, détermine le besoin de pulvérisation de liquide 26, la durée de pulvérisation et son débit.
Ainsi, en cas de besoin de pulvérisation, le circuit de commande 35 commande l’ouverture d’une vanne 37 autorisant le liquide 26 à remonter jusqu’à au moins un pulvérisateur 30. Les gaz ventés 20 sont alors froid en sortie de la tête de mât 3. Au contact du liquide 26, ces gaz ventés échangent de la chaleur avec le liquide 26 – ou reçoivent de la chaleur cédée par le liquide 26 - de sorte que le liquide 26, ici de l’eau douce, se refroidisse et potentiellement se transforme tout ou partie en glace ou en neige 22 tandis que les gaz ventés 20’ se réchauffent très sensiblement et s’élèvent donc dans l’air atmosphérique, le GNL ou de nombreux autres gaz liquéfiés tels que l’Ethane plus léger que l’air à température ambiante.
Les figures 6 et 7 illustrent un autre mode d’exécution de l’invention dans lequel la différence principale réside au niveau de l’angle α de pulvérisation du liquide 26 par rapport à l’axe z’z du mât d’évacuation 1. Ainsi, dans ce mode d’exécution, l’angle α de pulvérisation du liquide 26 par rapport à l’axe z’z du mât d’évacuation 1 est égal à 80° ± 15°, soit compris entre 75° et 95° (pour cet angle de 90 à 95°, on considère qu’il est compris dans le domaine de 0° à 90° - soit entre 85° et 90° - par rapport à l’axe z’z, selon la définition de l’invention). Pour le reste, le fonctionnement du système de traitement des gaz ventés est ici identique si ce n’est que le liquide 26 est pulvérisé avec des pulvérisateurs 30 aptes à produire des gouttelettes de liquide 26 d’une taille inférieure à 200 µm. De manière générale, plus le diamètre des gouttelettes de liquide 26 est faible/petit plus l’échange de chaleur avec les gaz ventés 20 est efficace/favorisé mais le débit du liquide pulvérisé est également une caractéristique importante pour cet échange de chaleur. Ainsi, un cône de dispersion ou de pulvérisation 31 plus important des gouttelettes, d’au moins 30° comme c’est le cas dans ce mode d’exécution, pourra être choisi au lieu d’un cône de dispersion 31 plus restreint, d’au plus 20° comme dans le cas du mode d’exécution des figures 4 et 5. Pour faire varier le cône de dispersion 31 du liquide 26, il suffit de choisir des buses appropriées, disponibles dans le commerce, qui peuvent en outre être aptes à faire varier, de préférence sous la commande du circuit de commande 35, la dispersion ou la diffusion des gouttelettes de liquide 26, c’est-à-dire en particulier le cône de dispersion/pulvérisation 31, la taille des gouttelettes ou encore le débit de liquide 26 pulvérisé.
La figure 8 est une vue de dessus illustrant la distribution de liquide 26 lorsque le système de traitement des gaz ventés selon l’invention comprend 16 pulvérisateurs 30. Chaque pulvérisateur 30 pulvérise selon un cône de pulvérisation 31 formant un angle d’environ 30° de sorte à ce qu’il y ait un chevauchement entre deux cônes de pulvérisation contigus. Ce faisant, quel que soit la direction prise par les gaz ventés en sortie de la tête de mât 3, ceux-ci rencontrent forcément le liquide 26 pour échanger de la chaleur et se réchauffer lorsque tous les pulvérisateurs 30 sont actifs.
Bien entendu, ces 16 pulvérisateurs disposés tout autour du mât d’évacuation 1 sont un exemple de réalisation sans qu’il ne soit exclu d’envisager plus ou au contraire moins de pulvérisateurs 30 ; la nature de ces derniers 30 permettant de réaliser un cône de pulvérisation 31 plus ou moins important et une taille de gouttelettes de liquide 26 adaptée à un bon échange thermique entre les gaz ventés 20 et le liquide 26.
En terme de débit, pour traiter les gaz ventés 20, la demanderesse a calculé que ces seize pulvérisateurs 30 doivent présenter avantageusement un débit de liquide 26 compris entre 3 m3/ heure (mètre cube par heure) et 8 m3/ heure, de préférence compris entre 4 m3/ heure et 6 m3/ heure. Plus précisément, si l’on considère 10 t / h (tonne par heure) de gaz ventés provenant d’une cuve de GNL, avec une distribution de seize pulvérisateurs 30, on obtient un débit nominal de 3,7 m3/ heure, ce qui correspond à un débit compris entre 2 m3/ h (mètre cube par heure) et 8 m3/ h, de préférence entre 3 m3/ h et 5 m3/ h.
Bien entendu, en fonction des buses utilisés pour ces pulvérisateurs 30, on pourra prévoir moins ou au contraire plus de pulvérisateurs 30 et réduire ou augmenter le débit de liquide sensiblement dans les plages indiquées précédemment.
En référence à la figure 9, une vue écorchée d’un navire méthanier 70 montre une cuve étanche et isolée 71 de forme générale prismatique montée dans la double coque 72 du navire. La paroi de la cuve 71 comporte une barrière étanche primaire destinée à être en contact avec le GNL contenu dans la cuve, une barrière étanche secondaire agencée entre la barrière étanche primaire et la double coque 72 du navire, et deux barrières isolante agencées respectivement entre la barrière étanche primaire et la barrière étanche secondaire et entre la barrière étanche secondaire et la double coque 72.
De manière connue en soi, des canalisations de chargement/déchargement 73 disposées sur le pont supérieur du navire peuvent être raccordées, au moyen de connecteurs appropriées, à un terminal maritime ou portuaire pour transférer une cargaison de GNL depuis ou vers la cuve 71.
La figure 9 représente un exemple de terminal maritime comportant un poste de chargement et de déchargement 75, une conduite sous-marine 76 et une installation à terre 77. Le poste de chargement et de déchargement 75 est une installation fixe off-shore comportant un bras mobile 74 et une tour 78 qui supporte le bras mobile 74. Le bras mobile 74 porte un faisceau de tuyaux flexibles isolés 79 pouvant se connecter aux canalisations de chargement/déchargement 73. Le bras mobile 74 orientable s'adapte à tous les gabarits de méthaniers. Une conduite de liaison non représentée s'étend à l'intérieur de la tour 78. Le poste de chargement et de déchargement 75 permet le chargement et le déchargement du méthanier 70 depuis ou vers l'installation à terre 77. Celle-ci comporte des cuves de stockage de gaz liquéfié 80 et des conduites de liaison 81 reliées par la conduite sous-marine 76 au poste de chargement ou de déchargement 75. La conduite sous-marine 76 permet le transfert du gaz liquéfié entre le poste de chargement ou de déchargement 75 et l'installation à terre 77 sur une grande distance, par exemple 5 km, ce qui permet de garder le navire méthanier 70 à grande distance de la côte pendant les opérations de chargement et de déchargement.
Pour engendrer la pression nécessaire au transfert du gaz liquéfié, on met en œuvre des pompes embarquées dans le navire 70 et/ou des pompes équipant l'installation à terre 77 et/ou des pompes équipant le poste de chargement et de déchargement 75.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
L’usage du verbe « comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses formes conjuguées n’exclut pas la présence d’autres éléments ou d’autres étapes que ceux énoncés dans une revendication.
Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication.

Claims (18)

  1. Système de traitement des gaz ventés (20) d’un mât d’évacuation (1) de gaz d’une cuve, contenant un liquide froid, d’une structure telle qu’un navire (70), le mât d’évacuation (1) de gaz comprenant un corps de mât (2) s’étendant suivant un axe z’z et une tête de mât (3) disposée à une extrémité supérieure du corps de mât (2), ledit corps de mât (2) et ladite tête de mât (3) étant protubérants à l’extérieur de la structure (70),
    caractérisé en ce que le système comprend :
    • au moins une conduite d’amenée (25) d’un fluide (26), à une température au moins supérieure à celle des gaz ventés (20) à leur sortie du mât (1), jusqu’à
    • au moins un pulvérisateur (30), situé à une distance d’au plus un mètre de la tête de mât (3), apte à pulvériser ledit fluide (26), suivant un angle compris entre 0° et 90° par rapport au susdit axe z’z, de manière à ce que le fluide (26) et les gaz ventés (20) se rencontrent, et
    • un circuit de commande (35) apte à commander la pulvérisation du fluide (26) par le pulvérisateur (30) lorsque des gaz ventés (20) sont évacués par le mât d’évacuation (1) de gaz.
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel le fluide (26) est à une température d’au moins 0°C.
  3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le fluide (26) consiste en de l’eau de mer ou en de l’eau douce, soit comportant une quantité de sel inférieure à 1 gramme par litre.
  4. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la susdite conduite d’amenée (25) est reliée à une pompe prélevant le fluide (26), soit de l’eau douce provenant d’une réserve sur la structure (70) soit directement de l’eau de mer.
  5. Système selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le fluide (26) est présent sous forme liquide dans une réserve sous pression à laquelle est reliée la conduite d’amenée (25).
  6. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le fluide (26) consiste en de la vapeur, de préférence provenant d’un circuit de circulation de vapeur de la structure (70).
  7. Système selon au moins l’une des revendications précédentes dont la revendication 3, dans lequel la conduite d’amenée (25) d’un fluide (26) est reliée au circuit de gestion des incendies de la structure (70), le système et ledit circuit utilisant le même fluide (26).
  8. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la conduite d’amenée d’un fluide est fixée à l’extérieur du corps de mât.
  9. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le système comprend un anémomètre et une girouette, reliés au circuit de commande (35), respectivement pour déterminer la vitesse et la direction du vent extérieur.
  10. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système comprend au moins un capteur de température (33) des gaz ventés (20), de préférence disposé dans le corps du mât (2) ou dans la tête de mât (3), ledit capteur de température (33) étant relié au circuit de commande (35).
  11. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pulvérisateur (30) comprend une buse pour l’éjection du fluide (26) de sorte que le fluide (26) est éjecté sous forme de gouttelettes liquides présentant un diamètre moyen inférieur à 400 µm, de préférence inférieur à 200 µm.
  12. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système comprend une pluralité de pulvérisateurs (30), disposés tout autour du corps de mât (2) ou de la tête de mât (3).
  13. Système selon les revendications 9 et 12, dans lequel le circuit de commande (35) commande la pulvérisation d’uniquement une partie des pulvérisateurs (30) en fonction de la direction du vent déterminée par la girouette.
  14. Système selon au moins l’une des revendications précédentes dont au moins la revendication 9, dans lequel le circuit de commande (35) commande le débit de fluide éjecté par le ou les pulvérisateur(s) (30) en fonction de la vitesse du vent déterminé par l’anémomètre et/ou de la quantité de gaz ventés (20).
  15. Système selon au moins l’une quelconque des revendications précédentes dont au moins la revendication 10, dans lequel le circuit de commande (35) commande la pulvérisation du ou des pulvérisateur(s) (30) uniquement quand le capteur de température (33) détermine que la température des gaz ventés (20) est inférieure à une température de seuil prédéterminée.
  16. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou les pulvérisateur(s) (30) est/sont situé(s) à une distance d’au plus vingt centimètre de la tête de mât (3) ou sur la tête de mât (3).
  17. Procédé de traitement des gaz ventés (20) d’un mât d’évacuation (1) de gaz d’une cuve contenant un liquide froid d’une structure telle qu’un navire (70), pour la mise en œuvre du système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une étape d’amenée d’un fluide (26) présentant une température au moins supérieure à celle des gaz ventés (20) à leur sortie du mât (1), jusqu’à au moins un pulvérisateur (30), situé à une distance d’au plus un mètre, de préférence au plus vingt centimètres, de la tête de mât (3), dans lequel le fluide (26) est pulvérisé par le pulvérisateur (30) de manière à entrer en contact avec les gaz ventés (20) afin de réchauffer ces derniers.
  18. Navire (70) pour le transport d’un produit liquide froid, le navire comportant une double coque (72), une cuve (71) disposée dans la double coque et au moins un mât d’évacuation de gaz (1) relié à la cuve, ledit mât (1) étant situé sur un pont supérieur (81) du navire et permettant d’évacuer du gaz vers l’atmosphère en cas de surpression dans la cuve, ainsi qu’un système de traitement des gaz ventés (20) du mât d’évacuation de gaz (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 16.
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