FR3127555A1 - Système de traitement d’un gaz naturel issu d’une cuve d’un ouvrage flottant configuré pour alimenter en gaz naturel en tant que carburant un appareil consommateur de gaz naturel - Google Patents

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Pavel Borisevich
Bernard Aoun
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Gaztransport et Technigaz SA
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Abstract

Système de traitement d’un gaz naturel issu d’une cuve d’un ouvrage flottant configuré pour alimenter en gaz naturel en tant que carburant un appareil consommateur de gaz naturel L’invention concerne un système de compression (2) destiné à équiper un circuit de fluide réfrigérant (4), comprenant au moins un dispositif de compression (19) configuré pour comprimer le fluide réfrigérant, le dispositif de compression (19) comprenant au moins un organe de compression (10) actionné par un dispositif d’entraînement (32) relié l’un à l’autre par au moins un palier (14) configuré pour être au moins en partie étanché par le fluide réfrigérant, le système de compression (2) comprenant un dispositif de récupération (22) du fluide réfrigérant présent dans le dispositif d’entraînement (32), le dispositif de récupération (22) de fluide réfrigérant étant configuré pour renvoyer le fluide réfrigérant récupéré dans le dispositif d’entraînement (32) vers le circuit de fluide réfrigérant (4). Figure de l’abrégé : Fig 1

Description

Système de traitement d’un gaz naturel issu d’une cuve d’un ouvrage flottant configuré pour alimenter en gaz naturel en tant que carburant un appareil consommateur de gaz naturel
La présente invention concerne le domaine des systèmes de compression destinés à être installés sur des ouvrages flottants utilisant, stockant et/ou transportant du gaz naturel liquéfié. Elle concerne notamment un système de traitement du gaz naturel utilisé en tant que carburant pour au moins un appareil consommateur équipant l’ouvrage flottant.
Afin de transporter et/ou de stocker plus facilement du gaz naturel sur de longues distances, le gaz naturel est généralement maintenu sous forme liquide à des températures inférieurs à -163°C et à pression atmosphérique, afin d’obtenir du gaz naturel liquéfié, communément connu sous l’acronyme « GNL », ou encore « LNG » pour « Liquefied Natural Gas ». Ce gaz naturel liquéfié est ensuite chargé ou déchargé de cuves de stockage dédiées de l’ouvrage flottant.
De telles cuves ne sont jamais parfaitement isolées thermiquement de sorte que le gaz naturel s’évapore au moins partiellement. Ainsi, ces cuves comprennent à la fois du gaz naturel sous forme liquide et sous forme gazeuse, cette dernière forme du gaz naturel étant également appelée « BOG » de l’acronyme anglais « Boil-Off Gas » et s’accumule dans le ciel de cuve.
De façon connue, au moins une partie du gaz naturel présent dans la cuve sous forme gazeuse peut être utilisée pour alimenter un appareil consommateur, tel qu’un moteur, prévu pour pourvoir aux besoins énergétiques de fonctionnement de l’ouvrage flottant, notamment pour sa propulsion et/ou sa production d'électricité pour les équipements de bord. A cet effet, il est notamment connu de faire circuler le gaz naturel à l’état gazeux au travers d’au moins un système de traitement du gaz naturel de manière à permettre sa compression et son réchauffement à une température adaptée pour son utilisation en tant que carburant dans l’appareil consommateur. Un tel système de traitement comprend un circuit de fluide réfrigérant configuré pour mettre en œuvre au moins un échange thermique avec le gaz naturel circulant dans le système de traitement.
Le circuit de fluide réfrigérant connu met en œuvre un dispositif de compression. Un tel circuit fonctionnant à des températures cryogéniques, il est essentiel que l’étanchéité des différents paliers de rotation du dispositif de compression soit réalisée au moyen de gaz, par exemple du diazote. En effet, à de telles températures, l’utilisation d’huile dans le(s) dispositif(s) de compression s’accompagne d’une solidification au moins partielle de l’huile qui est susceptible d’altérer le bon fonctionnement du système de traitement. Un inconvénient de l’utilisation d’un dispositif de compression comprenant un palier étanché au diazote est qu’il s’accompagne inévitablement de fuites de diazote vers le fluide réfrigérant qui circule dans le circuit, ce qui entraîne une altération de la composition de référence dudit fluide réfrigérant et résulte en une réduction des performances du circuit de fluide réfrigérant.
L’invention vient corriger ce défaut et propose un système de compression destiné à équiper un circuit de fluide réfrigérant, comprenant au moins un dispositif de compression configuré pour comprimer le fluide réfrigérant, le dispositif de compression comprenant au moins un organe de compression actionné par un dispositif d’entraînement relié l’un à l’autre par au moins un palier configuré pour être au moins en partie étanché par le fluide réfrigérant, le système de compression comprenant un dispositif de récupération du fluide réfrigérant présent dans le dispositif d’entraînement, le dispositif de récupération de fluide réfrigérant étant configuré pour renvoyer le fluide réfrigérant récupéré dans le dispositif d’entraînement vers le circuit de fluide réfrigérant.
Dans la présente invention, le dispositif de compression comprend un organe de compression actionné par un dispositif d’entraînement relié l’un à l’autre par au moins un palier configuré pour être au moins en partie étanché par le fluide réfrigérant. L’intégrité du fluide réfrigérant au sein du circuit de fluide réfrigérant est conservée puisque le gaz qui sert à étancher le palier est le fluide réfrigérant lui-même et que celui-ci est renvoyé dans le circuit de fluide réfrigérant. Comme l’étanchéité du palier est réalisée au moyen du fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant n’est pas pollué par la présence d’un gaz non souhaité et la masse circulante de fluide réfrigérant au sein du circuit de fluide réfrigérant est conservée.
Le dispositif de récupération permet ainsi d’aspirer le fluide réfrigérant présent dans une boîte d’engrenages du dispositif d’entraînement via un élément de compression, pour ensuite être séparé du lubrifiant provenant dans la boîte d’engrenages, grâce à un organe de filtration, par exemple.
Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif de récupération comprend au moins un élément de compression et au moins une canalisation sur laquelle est disposé l’élément de compression, la canalisation s’étendant du dispositif d’entraînement jusqu’à un point d’injection configurée pour être disposé sur une portion basse pression du circuit de fluide réfrigérant.
Le dispositif de récupération comprend un élément de compression qui prend par exemple la forme d’un compresseur à diaphragme, ainsi qu’une canalisation disposée entre la boîte d’engrenages et le point d’injection présent sur le circuit fermée de fluide réfrigérant.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif de récupération comprend au moins un organe de filtration. L’organe de filtration capte le lubrifiant présent dans la canalisation, avant l’introduction du fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant. L’organe de filtration peut être placé en amont de l’élément de compression, afin de retirer le lubrifiant avant son entrée dans l’élément de compression Dans ces conditions, l’élément de compression admet du gaz récupéré dans la boîte d’engrenages et débarrassé du lubrifiant présent dans celle-ci.
De manière alternative, l’organe de filtration se situe en aval de l’élément de compression.
Selon une autre particularité de l’invention, le dispositif d’entraînement comprend une boîte d’engrenages et un actionneur qui entraine en rotation au moins un engrenage de la boîte d’engrenages, le dispositif de récupération étant fluidiquement raccordé à une partie supérieure de la boîte d’engrenages. L’actionneur met en rotation une pluralités d’engrenages constitutifs de la boîte d’engrenages. L’actionneur est par exemple électrique, pneumatique ou hydraulique. Selon un exemple préféré, l’actionneur est un moteur électrique.
Le dispositif de récupération est raccordé sur la partie supérieure de la boîte d’engrenages de manière à garantir la récupération de fluide réfrigérant à l’état gazeux, le fluide réfrigérant sous forme gazeuse se concentrant dans une partie supérieure de la boîte d’engrenages. La position du dispositif de récupération par rapport à la boîte d’engrenages permet également de réduire la quantité de lubrifiant captée par le dispositif de récupération.
Conformément à une caractéristique de l’invention, le système de compression comprend une conduite raccordée au palier et configurée pour être reliée fluidiquement à une portion haute pression du circuit de fluide réfrigérant. La conduite raccordée au palier permet l’alimentation en fluide réfrigérant sous haute pression afin d’étancher le palier de rotation disposé entre la boîte d’engrenages et le dispositif de compression.
Selon un autre aspect, l’invention couvre un circuit de fluide réfrigérant comprenant au moins deux échangeurs de chaleur, un organe de détente et un système de compression tel que décrit dans le présent document.
De manière avantageuse, le fluide réfrigérant présent dans le circuit de fluide réfrigérant comprend :
- 20 à 35 %mol de diazote ou 30 à 50 %mol d’argon ou 35 à 50 %mol d’un mélange de diazote et d’argon et,
- 35 à 55 %mol de méthane,
ledit fluide réfrigérant présentant une proportion de méthane et de diazote et/ou d’argon comprise entre 70 et 85 %mol du fluide réfrigérant, le reste comprenant un mélange d’hydrocarbures composé au moins d’éthane et/ou de propane et/ou de butane et/ou d’éthylène et/ou de propylène. Une telle composition du fluide réfrigérant est particulièrement adapté pour opérer un échange de chaleur avec un gaz naturel utilisé comme carburant pour alimenter un appareil consommateur d’un système de traitement de gaz naturel qui équipe un ouvrage flottant.
D’après une caractéristique de cette invention, le point d’injection est disposé sur le circuit de fluide réfrigérant entre une sortie de l’organe de détente et une entrée de l’organe de compression, délimitant la portion basse pression du circuit de fluide réfrigérant. La portion haute pression du circuit de fluide réfrigérant débute quant à elle en sortie de l’organe de compression et se termine en entrée de l’organe de détente.
Selon une caractéristique de l’invention, la conduite est raccordée au circuit de fluide réfrigérant en un point situé entre la sortie de l’organe de compression et l’entrée de l’organe de détente, formant la portion haute pression du circuit de fluide réfrigérant.
La conduite permet l’admission de fluide réfrigérant au sein du palier placé entre le dispositif de compression et la boîte d’engrenages. Cette conduite est alimentée par la portion haute pression du circuit de fluide réfrigérant.
Selon un autre aspect, l’invention couvre un système de traitement d’un gaz naturel stocké dans un ouvrage flottant, comprenant au moins une cuve destinée au transport et/ou au stockage de gaz naturel à l’état liquide, un système d’alimentation destiné à alimenter en gaz naturel un appareil consommateur de l’ouvrage flottant et un circuit de fluide réfrigérant tel que décrit dans le présent document.
Selon une caractéristique de cette invention, le système de traitement comprend au moins un appareil consommateur de gaz naturel en tant que carburant. Cet appareil consommateur utilise en tant que carburant le gaz naturel qui transite par le système d’alimentation, depuis la cuve.
Le gaz naturel présent dans le ciel de la cuve passe dans le premier échangeur, ce qui permet de le chauffer quand le circuit de fluide réfrigérant est en fonctionnement. Le gaz ainsi chauffé passe ensuite dans un dispositif de compression afin d’augmenter la pression et la température du gaz naturel à l’état gazeux. Par la suite, le gaz naturel sert de carburant pour l’appareil consommateur de l’ouvrage flottant.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
représente le système de compression selon l’invention ;
est une représentation schématique du système de compression selon l’invention intégré dans un système d’alimentation en gaz naturel ;
représente schématiquement un système de traitement d’un gaz naturel liquéfié, stocké dans une cuve d’un ouvrage flottant de transport et/ou de stockage dudit gaz naturel ;
est une représentation schématique écorchée de la cuve d’un ouvrage flottant et d’un terminal de chargement et/ou de déchargement de cette cuve.
La représente un système de compression 2 configuré pour comprimer le fluide réfrigérant présent dans un circuit de fluide réfrigérant 4. Le circuit de fluide réfrigérant 4 comprend deux portions : une portion dite haute pression 13 et une portion dite basse pression 30. La portion basse pression 30 est une partie du circuit de fluide réfrigérant disposée en amont du système de compression 2, tandis que la portion haute pression 13 est située en aval du système de compression 2, selon le sens de circulation du fluide réfrigérant au sein du circuit de fluide réfrigérant.
Ce système de compression 2 comprend au moins un dispositif de compression 19 chargé de comprimer le fluide réfrigérant. Le dispositif de compression 19 comprend un organe de compression 10 et un dispositif d’entraînement 32 dont le rôle est de mettre en mouvement, notamment de faire tourner l’organe de compression 10. L’organe de compression 10 est la partie du dispositif de compression 19 qui réalise le travail de compression. Il peut notamment s’agir d’un compresseur centrifuge, à vis ou à palettes.
Le dispositif d’entraînement 32 est un ensemble qui comprend un actionneur 34, notamment un moteur électrique, pneumatique ou hydraulique, ainsi qu’une boîte d’engrenages 16 installée cinématiquement entre l’actionneur 34 et l’organe de compression 10. Le rôle de la boîte d’engrenages 16 est d’adapter le couple et la vitesse entre l’actionneur 34 et l’organe de compression 10. Une telle boîte d’engrenages 16 comprend un boîtier à l’intérieur duquel tourne une pluralité d’engrenages et d’arbres.
Un premier de ces arbres est disposé entre l’actionneur 34 et un engrenage d’entrée de la boîte d’engrenages 16. Un autre arbre est un arbre de sortie qui s’étend de l’intérieur du boîtier de la boîte d’engrenages jusqu’à l’intérieur de l’organe de compression 10.
Un palier 14 est disposé entre la boîte d’engrenages 16 et l’organe de compression 10 et ce palier 14 forme l’élément qui porte en rotation l’arbre de sortie de la boîte d’engrenages 16. L’étanchéité d’un tel palier 14 est réalisée en injectant le fluide réfrigérant du circuit de fluide réfrigérant 4 au sein du palier 14, à une pression supérieure à celle qui règne à l’entrée de l’organe de compression 10.
Pour ce faire, le système de compression 2 comprend une conduite 6 qui s’étend entre le palier 14 et un point 8 situé sur le circuit de fluide réfrigérant 4, en aval de l’organe de compression 10 et dans la portion haute pression de ce circuit. La conduite 6 est configurée pour canaliser du fluide réfrigérant provenant du circuit de fluide réfrigérant vers le palier 14. Ce dernier n’est cependant pas totalement étanche et une première fraction du fluide réfrigérant se répand vers l’intérieur de l’organe de compression 10, tandis qu’une seconde fraction de fluide réfrigérant circule vers la boîte d’engrenages 16 et remplit celle-ci. Ces fractions de fluide réfrigérant sont représentées par une flèche en pointillés référencée 18 sur la .
Le système de compression 2 selon l’invention comprend encore un dispositif de récupération 22 du fluide réfrigérant présent dans le dispositif d’entraînement 32, en particulier présent dans la boîte d’engrenages 16, en raison de la fraction 18 de fluide réfrigérant qui passe dans le palier 14 et entre dans la boîte d’engrenages 16. Le rôle du dispositif de récupération 22 est de capter le fluide réfrigérant présent dans la boîte d’engrenages 16 et de le renvoyer vers le circuit de fluide réfrigérant, de manière à conserver une masse circulante de fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant 4 conforme aux prescriptions d’origine.
Le dispositif de récupération 22 s’étend de la boîte d’engrenages 16 à un point d’injection 33 situé sur le circuit de fluide réfrigérant 4, dans la portion basse pression 30 de ce circuit.
Le dispositif de récupération 22 est raccordé à une partie supérieure de la boîte d’engrenages 16, de manière à récupérer le fluide réfrigérant dans sa phase gazeuse. Le fluide réfrigérant présent dans la boîte d’engrenages 16 circule dans une canalisation 26 qui, à une première extrémité, est raccordée à la partie supérieure du boîtier de la boîte d’engrenages 16 et, à l’autre extrémité, est raccordée au circuit de fluide réfrigérant 4, en amont de l’organe de compression 10, au point d’injection 33.
Le dispositif de récupération 22 comprend un élément de compression 24 qui peut, par exemple, prendre la forme d’un compresseur à diaphragme. L’élément de compression 24 est configuré pour extraire le fluide réfrigérant présent dans la boîte d’engrenages 16 et le renvoyer vers la portion basse pression du circuit de fluide réfrigérant 4. C’est ainsi que cet élément de compression 24 élève la pression du fluide réfrigérant récupéré dans la boîte d’engrenages 16 au-dessus de la pression du fluide réfrigérant au sein du circuit de fluide réfrigérant, en amont de l’organe de compression 10, c’est-à-dire dans la portion basse pression de ce circuit.
De manière optionnelle, le système de récupération 22 comprend un organe de filtration 28 qui peut être positionné sur la canalisation 26 en amont ou en aval de l’élément de compression 24, selon le sens de circulation du fluide réfrigérant au sein de la canalisation 26.
Lorsque l’organe de filtration 28 est placé en amont de l’élément de compression 24, cela permet de séparer le lubrifiant provenant de la boite d’engrenages 16 du fluide réfrigérant, avant que ce fluide réfrigérant n’entre dans l’élément de compression 24. Dans un autre cas d’utilisation, l’organe de filtration 28 se situe en aval de l’élément de compression 24. Le fluide réfrigérant à l’état gazeux et le lubrifiant sont ensuite séparés par l’organe de filtration 28, afin de ne renvoyer dans le circuit de fluide réfrigérant 4 que le fluide réfrigérant, c’est-à-dire dépourvu de lubrifiant.
La illustre un système d’alimentation 38 en carburant d’appareils consommateurs 46 installés sur un ouvrage flottant équipé d’un tel système d’alimentation 38. Le carburant est ici un gaz naturel liquéfié qui est stocké dans une cuve 20 qui équipe l’ouvrage flottant. Ce système d’alimentation 38 intègre le système de compression décrit à la .
Le système d’alimentation 38 comprend ainsi au moins une cuve 20 destinée à contenir du gaz naturel liquéfié, ainsi qu’un circuit d’admission 40 configuré pour récupérer le gaz naturel à l’état de vapeur présent dans un ciel 42 de la cuve 20 et pour le fournir à un ou plusieurs consommateurs 46. Ce gaz naturel présent dans le ciel 42 de la cuve 20 résulte de l’évaporation naturel du gaz naturel stocké à l’état liquide dans la cuve 20.
Le circuit d’admission 40 comprend un compresseur 44 configuré pour élever la température et la pression du gaz naturel à l’état de vapeur, de sorte à mettre ce gaz naturel dans des conditions de pression et de température compatibles avec le besoin de ou des appareils consommateurs 46 de carburant présent sur l’ouvrage flottant. A titre d’exemple, au moins un appareil consommateur 46 de carburant peut être une moto-génératrice électrique de type DFDE (Dual Fuel Diesel Electric), c’est-à-dire un appareil consommateur de gaz configuré pour assurer l’alimentation électrique de l’ouvrage flottant, ou un moteur de propulsion du navire, tel qu’un moteur ME-GI ou XDF. Il est entendu qu’il ne s’agit que d’un exemple de réalisation de la présente invention et qu’on pourra prévoir l’installation d’appareils consommateurs de gaz différents sans sortir du contexte de la présente invention.
Le compresseur 44 est redondant avec l’organe de compression 10, de sorte que ce dernier peut palier une panne du compresseur 44, de manière à maintenir opérationnelle l’alimentation en gaz du ou des appareils consommateur 46, notamment le moteur de propulsion du navire.
Une telle redondance résulte également de l’utilisation de vannes telles qu’une première vanne d’arrêt 50 placée sur la portion basse pression 30 du circuit de fluide réfrigérant 4. Cette première vanne d’arrêt 50 est configurée pour bloquer l’arrivée de fluide réfrigérant vers l’organe de compression 10. De même, le circuit de fluide réfrigérant comprend une deuxième vanne d’arrêt 51 installée sur la portion haute pression 13 du circuit de fluide réfrigérant 4 et dont la fonction est d’isoler l’organe de compression 10 du reste du circuit de fluide réfrigérant quand celui-ci est utilisé au sein du circuit d’admission 40, c’est-à-dire pour alimenter en carburant le ou les appareils consommateur 46 de l’ouvrage flottant.
Le circuit d’admission 40 comprend encore des valves 52 disposées en aval et en amont d’un groupe formé par le compresseur 44 et l’organe de compression 10. Ces valves 52 ont pour rôle de gérer l’alimentation en gaz provenant du ciel 42 de la cuve 20 soit ver le compresseur 44, soit vers l’organe de compression 10, pour que le compresseur 44 soit affecté au circuit d’admission 40, tandis que l’élément de compression 10 est affecté au circuit de fluide réfrigérant 4. Ces valves 52 et des conduites 53 permettent d’utiliser l’organe de compression 10 au sein du circuit d’alimentation 40 lorsque le compresseur 44 est défaillant, comme cela a été évoqué plus haut.
Le circuit d’admission 40 comprend également au moins un dispositif de détente 15 dont la fonction est d’adapter la pression du gaz envoyé à l’appareil consommateur 46, en abaissant celle-ci.
La représente un système de traitement d’un gaz naturel 52 stocké à l’état liquide dans la cuve 20 d’un ouvrage flottant 48 de transport et/ou de stockage du gaz naturel, tel que schématisé sur la .
Le système de traitement d’un gaz naturel 52 comprend le système d’alimentation 38 décrit à la , ainsi qu’un système de compression 2 selon l’invention. La montre en détails la constitution du circuit de fluide réfrigérant 4 qui inclut un tel système de compression 2, ainsi que l’interaction qui existe entre ce circuit de fluide réfrigérant 4 et le circuit d’admission 40, ou encore l’interaction qui existe entre le circuit de fluide réfrigérant 4 et au moins une installation de liquéfaction 7 du gaz naturel.
Le circuit de fluide réfrigérant 4 comprend donc au moins un organe de compression 10 tel décrit précédemment, un premier échangeur de chaleur 54, un organe de détente 12, par exemple une vanne Joule-Thomson, et un deuxième échangeur de chaleur 56.
Le fluide réfrigérant qui circule au sein du circuit de fluide réfrigérant présent la composition suivante : 20 à 35 %mol de diazote ou 30 à 50 %mol d’argon ou 35 à 50 %mol d’un mélange de diazote et d’argon et 35 à 55 %mol de méthane, ce fluide réfrigérant présentant une proportion de méthane et de diazote et/ou d’argon comprise entre 70 et 85 %mol du fluide réfrigérant, le reste comprenant un mélange d’hydrocarbures composé au moins d’éthane et/ou de propane et/ou de butane et/ou d’éthylène et/ou de propylène. Cette composition permet le changement d’état du fluide réfrigérant aux températures que peut prendre le gaz naturel au sein du dispositif de traitement.
Des exemples de composition de ce fluide réfrigérant et les proportions de ses composés peuvent prendre la forme suivante :
L’installation de liquéfaction 7 du gaz naturel assure, selon les besoins en gaz naturel à l’état gazeux des appareils consommateurs de carburant 46, la liquéfaction d’au moins une partie du gaz naturel prélevé dans la cuve 20 et qui n’est pas consommée par l’appareil consommateur 46.
Le deuxième échangeur de chaleur 56 assure de son côté l’évaporation du fluide réfrigérant au sein du circuit de fluide réfrigérant 4. Ce deuxième échangeur de chaleur 56 assure aussi un sous-refroidissement de gaz naturel à l’état liquide de manière à favoriser la liquéfaction du gaz naturel qui traverse dans l’unité de liquéfaction 7, la partie de gaz naturel liquide sous-refroidit étant envoyé dans l’unité de liquéfaction 7 pour refroidir le gaz naturel à l’état gazeux qui circule dans la conduite de retour 84.
Au sein du système de traitement d’un gaz naturel 52, le circuit de fluide réfrigérant 4 consiste en une unité apte à échanger des calories avec le gaz naturel, à l’état liquide ou à l’état gazeux. Notamment, dans la présente invention, le gaz naturel à l’état liquide présente une température de liquéfaction, à pression atmosphérique, d’environ -163°C. La composition du fluide réfrigérant qui circule dans le circuit de fluide réfrigérant 4 est adaptée à cette température, afin d’optimiser l’efficacité des échanges thermiques qui interviennent à température cryogénique entre le fluide réfrigérant et du gaz naturel à l’état liquide ou à l’état gazeux issu de la cuve 20.
Comme décrit précédemment, le fluide réfrigérant est d’abord comprimé par l’organe de compression 10, puis circule au sein de la portion haute pression 13 du circuit de fluide réfrigérant 4, jusqu’à une première passe 64 du premier échangeur de chaleur 54.
Le premier échangeur de chaleur 54 comprend alors au moins trois passes : la première passe 64 parcourue par le fluide réfrigérant soumis à haute pression, une deuxième passe 66 parcourue par le fluide réfrigérant soumis à basse pression et une troisième passe 58 du premier échangeur de chaleur 54 parcourue par le gaz naturel à l’état gazeux qui provient du ciel 42 de la cuve 20.
Le premier échangeur de chaleur 54 fonctionne en tant que condenseur. Ce premier échangeur de chaleur 54 permet d’abaisser la température du fluide réfrigérant présent dans la portion haute pression 13, avant son entrée dans l’organe de détente 12. Cette baisse de température intervient via un échange de calories entre le fluide réfrigérant présent dans la première passe 64 et la troisième passe 58 du premier échangeur de chaleur 54, cette dernière passe étant parcourue par le gaz naturel à l’état gazeux qui résulte de l’évaporation naturel de la partie liquide du gaz naturel stockée dans la cuve 20.
Le premier échangeur de chaleur 54 est optionnellement configuré pour fonctionner au moins en partie comme un échangeur de chaleur interne qui met en œuvre un échange de chaleur entre la portion haute pression 13 du circuit de fluide réfrigérant 4 et la portion basse pression 30 du circuit de fluide réfrigérant 4. Le fluide réfrigérant présent dans la première passe 64 du premier échangeur de chaleur 54 capte le froid du fluide réfrigérant de la deuxième passe 66, ainsi que le froid présent dans le gaz naturel à l’état gazeux qui provient du ciel 42 de la cuve 20.
A la sortie de la première passe 64 du première échangeur de chaleur 54, le circuit de fluide réfrigérant 4 se poursuit jusqu’à l’organe de détente 12 dans lequel le fluide réfrigérant est détendu et sa pression est abaissée, de sorte à atteindre une température comprise entre -168 et -180°C.
Le circuit de fluide réfrigérant 4 se poursuit ensuite jusqu’à une première passe 68 du deuxième échangeur de chaleur 56 qui échange des calories avec une seconde passe 70 du deuxième échangeur de chaleur 56 dans lequel circule du gaz naturel liquéfié à l’état liquide à température d’environ -163°C, au moyen d’une pompe 29. Le gaz naturel étant à une température plus élevée que le fluide réfrigérant, il cède des calories au fluide réfrigérant et donc capte du froid. Le fluide réfrigérant sort de la première passe 68 du deuxième échangeur de chaleur 56 à l’état gazeux à un température de l’ordre de -162°C, alors que le gaz naturel à l’état liquide est lui sous-refroidit à une température de l’ordre de -172°C, mesurée à la sortie de la seconde passe 70 du deuxième échangeur de chaleur 56. Dans cette situation, le deuxième échangeur de chaleur 56 se comporte comme un évaporateur.
Le circuit de fluide réfrigérant 4 se poursuit ensuite jusqu’à la deuxième passe 66 du premier échangeur de chaleur 54 au niveau de laquelle, tel que précédemment exposé, le fluide réfrigérant capte les calories cédées par le fluide réfrigérant circulant dans la première passe 64 du premier échangeur de chaleur 54.
Ainsi, le fluide réfrigérant sort de la deuxième passe 66 du premier échangeur 54 dans un état essentiellement gazeux. Le fluide réfrigérant est alors à une température comprise entre -30°C et 45°C et se déplace vers l’organe de compression 10.
Avantageusement, le circuit de fluide réfrigérant 4 peut comprendre au moins un dispositif d’accumulation 72. Ce dernier, disposé entre la deuxième passe 66 du premier échangeur de chaleur 54 et l’entrée de l’organe de compression 10, est configuré de sorte à constituer une zone d’accumulation de fluide réfrigérant à l’état diphasique 74 ou à l’état gazeux 76 et à n’envoyer que du fluide réfrigérant à l’état gazeux 76 vers l’organe de compression 10.
Le gaz naturel à l’état gazeux comprimé par le compresseur 44 peut être renvoyé vers la cuve 20 via un conduite de retour 84. La conduite de retour 84 transporte le gaz naturel à l’état gazeux vers l’installation de liquéfaction 7, cette dernière comprenant un échangeur thermique 60 dont le rôle est de refroidir le gaz naturel à l’état gazeux en vue de le liquéfier avant son retour vers la cuve 20. Pour ce faire, cette échangeur thermique 60 comprend une première passe 86, parcourue par le gaz naturel à l’état gazeux en provenance du circuit d’admission 40, qui échange thermiquement avec une seconde passe 88 qui est parcourue par le gaz naturel à l’état liquide refroidit par le deuxième échangeur de chaleur 56. Le gaz naturel à l’état gazeux repasse donc à l’état liquide et est ensuite renvoyé vers la cuve 20.
Enfin, la est une représentation écorchée d’un ouvrage flottant 48 qui peut embarquer le système de compression 2 selon l’invention, seul ou en combinaison avec le système d’alimentation 38 tel que décrit à la , ou encore intégré dans un système de traitement de gaz naturel 52, tel que décrit à la .
L’ouvrage flottant 48 comprend la cuve de stockage 20 du gaz naturel montée dans une coque 78 de l’ouvrage flottant 48, cette cuve 20 étant formée par un ensemble d’au moins une membrane d’étanchéité primaire, une membrane d'étanchéité secondaire et deux barrières thermiquement isolantes, respectivement aménagées entre la membrane d'étanchéité primaire et la membrane d'étanchéité secondaire et entre la membrane d'étanchéité secondaire et la coque.
Des canalisations de chargement et/ou de déchargement 80 disposées sur le pont supérieur de l’ouvrage flottant 48 peuvent être raccordées, au moyen de connecteurs appropriées, à un terminal maritime ou portuaire 82, afin de transférer la cargaison de gaz naturel à l’état liquide depuis ou vers la cuve 20.
On comprend à la lecture de ce qui précède que la présente invention propose un système de compression 2 à palier étanché au fluide réfrigérant. La fuite qui résulte de cette étanchéité est récupérée dans le boîte d’engrenages puis renvoyée dans le circuit de fluide réfrigérant. Ce système de compression est intégré à un système d’alimentation d’un appareil consommateur, et plus généralement à un système de traitement de gaz naturel équipant un navire.
L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute combinaison technique opérant de tels moyens. En particulier, le nombre d’échangeurs de chaleur pourra être modifié, le premier échangeur de chaleur pouvant notamment être divisé en une pluralité d’échangeurs de chaleurs dans la mesure où le système de traitement, in fine, remplit les mêmes fonctionnalités que celles décrites dans ce document.

Claims (11)

  1. Système de compression (2) destiné à équiper un circuit de fluide réfrigérant (4), comprenant au moins un dispositif de compression (19) configuré pour comprimer le fluide réfrigérant, le dispositif de compression (19) comprenant au moins un organe de compression (10) actionné par un dispositif d’entraînement (32) relié l’un à l’autre par au moins un palier (14) configuré pour être au moins en partie étanché par le fluide réfrigérant, le système de compression (2) comprenant un dispositif de récupération (22) du fluide réfrigérant présent dans le dispositif d’entraînement (32), le dispositif de récupération (22) de fluide réfrigérant étant configuré pour renvoyer le fluide réfrigérant récupéré dans le dispositif d’entraînement (32) vers le circuit de fluide réfrigérant (4).
  2. Système de compression (2) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de récupération (22) comprend au moins un élément de compression (24) et au moins une canalisation (26) sur laquelle est disposé l’élément de compression (24), la canalisation (26) s’étendant du dispositif d’entraînement (32) jusqu’à un point d’injection (33) configuré pour être disposé sur une portion basse pression (30) du circuit de fluide réfrigérant (4).
  3. Système de compression (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de récupération (22) comprend au moins un organe de filtration (28).
  4. Système de compression (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d’entraînement (32) comprend une boîte d’engrenages (16) et un actionneur (34) qui entraine en rotation au moins un engrenage de la boîte d’engrenages (16), le dispositif de récupération (22) étant fluidiquement raccordé à une partie supérieure de la boîte d’engrenages (16).
  5. Système de compression (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un conduite (6) raccordée au palier (14) et configurée pour être reliée fluidiquement à une portion haute pression (13) du circuit de fluide réfrigérant (4).
  6. Circuit de fluide réfrigérant (4) comprenant au moins deux échangeurs de chaleur (54, 56), un organe de détente (12) et un système de compression (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  7. Circuit de fluide réfrigérant (4) selon la revendication précédente, comprenant un fluide réfrigérant comprenant :
    • 20 à 35 %mol de diazote ou 30 à 50 %mol d’argon ou 35 à 50 %mol d’un mélange de diazote et d’argon et,
    • 35 à 55 %mol de méthane,
    ledit fluide réfrigérant présentant une proportion de méthane et de diazote et/ou d’argon comprise entre 70 et 85 %mol du fluide réfrigérant, le reste comprenant un mélange d’hydrocarbures composé au moins d’éthane et/ou de propane et/ou de butane et/ou d’éthylène et/ou de propylène.
  8. Circuit de fluide réfrigérant (4) selon l’une quelconque des revendications 6 ou 7 en combinaison avec la revendication 2, dans lequel le point d’injection (33) est disposé sur le circuit de fluide réfrigérant entre une sortie de l’organe de détente (12) et une entrée de l’organe de compression (10), délimitant la portion basse pression (30) du circuit de fluide réfrigérant (4).
  9. Circuit de fluide réfrigérant (4) selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, en combinaison avec la revendication 5, dans lequel la conduite (6) est raccordée au circuit de fluide réfrigérant (4) en un point (8) situé entre une sortie de l’organe de compression (10) et une entrée de l’organe de détente (12), formant la portion haute pression (13) du circuit de fluide réfrigérant (4).
  10. Système de traitement d’un gaz naturel (52) stocké dans un ouvrage flottant (48), comprenant au moins une cuve (20) destinée au transport et/ou au stockage de gaz naturel à l’état liquide, un système d’alimentation (38) destiné à alimenter en gaz naturel un appareil consommateur (46) de l’ouvrage flottant (48) et un circuit de fluide réfrigérant (4) selon l’une quelconque des revendications 6 à 9.
  11. Système de traitement d’un gaz naturel (52) selon la revendication précédente, comprenant au moins un appareil consommateur (46) de gaz naturel en tant que carburant.
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