WO2019015836A1 - Dispositif de production et de distribution d'azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié - Google Patents

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    • F17C2227/04—Methods for emptying or filling
    • F17C2227/044—Methods for emptying or filling by purging

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for producing and distributing nitrogen, in particular for a liquefied gas transport vessel.
  • a liquefied gas transport vessel such as liquefied natural gas, is generally equipped with a device for producing and distributing nitrogen, which nitrogen can be used by several consumers.
  • a transport vessel is equipped with three types of nitrogen consumers.
  • a first type (type I) of nitrogen consumer comprises means for supplying nitrogen to seals, for example compressor bearings of the ship.
  • Compressors of the ship for example to pump evaporation gas, are equipped with sliding bearings guiding rotating parts. These bearings are housed in enclosures whose labyrinth type seals are supplied with nitrogen to prevent outside air pollutes the enclosure and disrupts the operation of the bearings.
  • a second type (type II) of nitrogen consumer comprises means for purging fluid circulation lines, such as a liquefied gas circulation line of the vessel. To clean such a line and prevent liquefied gas remains in it, it is known to purge the line with nitrogen.
  • a third type (type III) of nitrogen consumer comprises means for supplying nitrogen to isolation spaces, for example tanks for storing liquefied gas from the ship. Such tanks are indeed equipped with double wall which defines an isolation space which is supplied with nitrogen.
  • the nitrogen requirement is different depending on the type of consumer.
  • a type I consumer is supplied with nitrogen continuously with a flow rate generally between 25 and 70 Nm3 / h, and a relatively high pressure of the order of 5 barg. Continuous feeding is due to the fact that the seals must be supplied with nitrogen continuously.
  • a type II consumer is supplied with nitrogen with a flow rate that can be significant but which is generally punctual, at a relatively high pressure of the order of 5 barg.
  • a type III consumer is supplied with nitrogen with a large flow rate generally between 100 and 200 Nm3 / h, and at a relatively low pressure of the order of a few mbar. Feeding takes place on short and infrequent periods, especially during the cold-cooling operations of the tanks that precede their loading with liquefied gas.
  • a device for producing and generating nitrogen comprises two nitrogen generators, each having an air inlet and a nitrogen outlet, a nitrogen storage buffer tank, and means for distributing nitrogen. nitrogen to supply nitrogen to consumers.
  • the generators are arranged in parallel and are configured to operate in all or nothing mode (also called "start & stop”). There are two of them, a main generator and a relay generator, to ensure redundancy and to ensure the nitrogen filling of the buffer tank during the high nitrogen demand of consumers.
  • the generators are oversized, that is to say they are configured to each be able to provide a flow of nitrogen sufficient to supply the largest consumer of nitrogen, in terms of flow, that is to say say the type III consumer.
  • the buffer tank is intended to store the nitrogen produced and deliver it to consumers as needed.
  • the generators are usually controlled so that the nitrogen pressure in the buffer tank reaches a maximum value. When nitrogen is consumed and the nitrogen pressure in the buffer tank decreases, at least one of the generators is controlled to produce nitrogen and increase the pressure in the buffer tank up to the maximum pressure value.
  • the consumption profile of the type I consumer is stable and constant, as seen in the foregoing, and is not in adequacy with the cyclic operation of the buffer tank and the nitrogen generators.
  • the present invention provides an improvement to the present technique, which is simple, effective and economical.
  • the invention proposes a device for producing and distributing nitrogen, in particular for a liquefied gas transport vessel, comprising:
  • Nitrogen distribution means for supplying nitrogen to at least two different consumers
  • first nitrogen dispensing means leaving said buffer tank for feeding at least one of said consumers
  • second nitrogen dispensing means leaving at least one of said generators, without passing through said buffer tank. for feeding at least one of said other consumers.
  • the invention thus proposes that nitrogen produced by one or more generators reaches the second distribution means directly without passing through the reservoir.
  • the first distribution means are supplied with nitrogen by the reservoir.
  • the generators are not necessarily oversized, on the contrary, and can be less often solicited, which reduces the number of cycles "start &stop" and increases their lifespan.
  • nitrogen air enriched in nitrogen. Atmospheric air includes, at sea level, about 78% (by volume) of nitrogen, 21% (by volume) of oxygen and traces of other gases. In the present application, “nitrogen” therefore means air comprising more than 78% by volume of nitrogen, and for example more than 80 or even 90% by volume. This level is preferably at least 97%.
  • generators include at least two and for example three generators. At least some of the generators may have elements in common, such as a separator and / or a heater.
  • the device according to the invention may comprise one or more of the following features, taken separately from one another or in combination with each other:
  • said second nitrogen distribution means are connected directly to said outlets of at least one of said generators; in this application, the term "direct" connection, a connection only through a pipe possibly equipped with a valve,
  • said outputs of said generators are connected together by a collector comprising a first output connected to an input of said buffer tank, and a second output connected to said second distribution means,
  • said output of at least one of said generators is connected to an input of said buffer tank, and said output of at least one of said other generators is connected to said second distribution means; in this case, there is no fluid communication between the outputs of all the generators,
  • said first distribution means are connected to said second distribution means, so that nitrogen stored in said buffer tank can supply said at least one other of said consumer, said output of at least one of said generators is connected to an input of said buffer tank by a valve,
  • said valve is configured to be always on and to have a controlled variable flow rate as a function of a pressure P1 inside said buffer tank, and / or a pressure P2 at the outlet of at least one of said generators, and / or a supply pressure P3 of said first and / or second distribution means,
  • At least some of said inputs of said generators are connected together and to a single air supply port, and / or at least some of said outputs of said generators are connected together and to a single port of nitrogen output,
  • said consumers comprise means for supplying nitrogen to seals, in particular compressors of said vessel, means for supplying isolation spaces, in particular tanks for said vessel, and means for purging, particular supply lines of said vessel,
  • said generators are configured to operate in all or nothing mode
  • said generators are identical and dimensioned so as to each be able to feed alone one of said consumers whose consumption in terms of flow is intended to be stable and continuous.
  • the present invention also relates to a method for producing and distributing nitrogen using a device as described above, comprising the steps of:
  • the method according to the invention may comprise one or more of the following features or steps, taken separately from each other or in combination with each other:
  • the buffer tank is fed with nitrogen during steps a) and b),
  • the buffer tank is supplied with nitrogen through a valve whose flow rate is regulated as a function of a pressure P1 inside said buffer tank, and / or a pressure P2 at the outlet of at least one of said generators, and / or supply pressure P3 of said first and / or second distribution means,
  • the invention proposes a device for producing and distributing nitrogen, in particular for a liquefied gas transport vessel, comprising:
  • a buffer tank for storing nitrogen
  • Nitrogen distribution means for supplying nitrogen to at least two different consumers
  • Nitrogen recirculation has several advantages. On the one hand, it does not waste excess nitrogen, which is therefore reused. It also makes it possible to optimize the yield of nitrogen production by increasing the level of nitrogen enrichment of the gas produced. In fact, the air inlets of the generators receive, in addition to the ambient air, air already charged with nitrogen. The recirculation also makes it possible not to stop a generator, and therefore to limit the number of "start & stop" cycles, if the nitrogen flow produced by this generator is not very excessive. In other words, it may be preferable to run a generator to produce nitrogen and meet a need of a consumer, while producing a surplus of nitrogen with the same generator that will be recirculated and therefore recycled, rather than stop this generator and supply the consumer with nitrogen stored in the tank for example.
  • the device according to the invention may comprise one or more of the following features, taken separately from one another or in combination with each other: the device is configured to recirculate nitrogen stored in the buffer tank, when the pressure in the latter exceeds a certain threshold,
  • said recirculation line comprises at least a first valve configured to have a controlled variable flow rate as a function of a pressure P1 inside said buffer tank,
  • said recirculation line comprises at least one non-return valve
  • said recirculation line comprises at least one flow meter
  • the device comprises a control system configured to receive information from said flowmeter and a pressure sensor of said buffer tank, and to consequently control said first valve as well as said generators,
  • said output of at least one of said generators is connected to an input of said buffer tank by a valve
  • said second valve is configured to be always on and to have a controlled variable flow rate as a function of a pressure P1 inside said buffer tank, and / or a pressure P2 at the output of at least one of said generators, and / or a supply pressure P3 of said dispensing means,
  • control system is further configured to control said second valve
  • said consumers comprise means for supplying nitrogen to seals, in particular compressors of said vessel, means for supplying isolation spaces, in particular vessels of said vessel, and means for purging, in particular supply lines of said vessel,
  • the present invention also relates to a method for producing and distributing nitrogen using a device as described above, comprising the steps of:
  • the method according to the invention may comprise one or more of the following features or steps, taken separately from each other or in combination with each other:
  • said distribution means are supplied with nitrogen during steps a) and b), the rate of recirculation of nitrogen through said recirculation line is monitored and at least one of said generators is stopped when the value of this flow exceeds one predetermined threshold.
  • the invention proposes a device for producing and distributing nitrogen, in particular for a liquefied gas transport vessel, comprising:
  • nitrogen generators each comprising an air inlet and a nitrogen outlet, at least one of these generators comprising a compressor comprising an air compression rotor,
  • a buffer tank for storing nitrogen
  • Nitrogen distribution means for supplying nitrogen to at least two different consumers
  • the nitrogen production of a generator is in particular a function of the frequency or the speed of the compressor rotor of this generator, and is therefore adjustable according to the needs of consumers.
  • the rotor frequency of a generator can be reduced for example if the nitrogen requirement is not important, rather than resorting to the complete shutdown of the generator.
  • the device according to the invention may comprise one or more of the following features, taken separately from one another or in combination with each other:
  • said system is configured to be controlled according to a pressure P1 inside said buffer tank,
  • At least some of said generators comprise, from upstream to downstream, from the inlet to the nitrogen outlet, said compressor, an air separator of fluid (s), such as water and / or oil, an air heater, and a filtration membrane configured to separate nitrogen from the rest of the air; in practice, membrane separation technologies work by retaining nitrogen and permeating the rest of the air components,
  • said output of at least one of said generators is connected to an input of said buffer tank
  • At least some of said inputs of said generators are connected together and to a single air supply port, and / or at least some of said outputs of said generators are connected together and to a single port of nitrogen output,
  • the device comprises first nitrogen distribution means leaving said buffer tank for feeding at least one of said consumers, and second nitrogen distribution means leaving at least one of said generators, without passing through said buffer tank for supplying at least one other of said consumers,
  • said variation system is configured to vary the frequency or the speed of said rotor of said at least one generator for supplying said second distribution means
  • said consumers comprise means for supplying nitrogen to seals, in particular compressors of said vessel, means for supplying isolation spaces, in particular tanks for said vessel, and means for purging, particular supply lines of said vessel,
  • said generators are configured to operate in all or nothing mode, and said generators are identical and dimensioned so as to each be able to feed alone one of said consumers whose consumption in terms of flow is intended to be stable and continuous.
  • the present invention also relates to a method for producing and distributing nitrogen using a device as described above, comprising the steps of:
  • the method according to the invention may comprise one or more of the following features or steps, taken separately from each other or in combination with each other:
  • said buffer tank and said distribution means are simultaneously fed with nitrogen during steps a) and b),
  • the invention proposes a device for producing and distributing nitrogen, in particular for a liquefied gas transport vessel, comprising:
  • nitrogen generators each comprising an air inlet and a nitrogen outlet, at least one of these generators comprising a compressor comprising an air compression rotor, and
  • the inventors have found that at a given nitrogen pressure delivered, the purity of dinitrogen increases when the flow rate decreases. So, for purity specified at 97% nominal rate of nitrogen, a reduction in the flow rate leads to over-quality nitrogen with upstream air turbocharging.
  • the variation of the frequency or the speed of the rotor of the compressor of the nitrogen generator makes it possible to guarantee a sufficient production of nitrogen at a sufficient purity, while optimizing the air consumption of the generators.
  • the buffer tank is used here as an additional source of nitrogen, the generators being connected directly to the consumers and thus configured to supply the consumers directly.
  • main means of nitrogen distribution, means that are intended to convey the majority or all of the nitrogen flow rate produced by the generator (s) operating.
  • secondary means of nitrogen distribution are intended to convey a minority portion of the nitrogen flow produced.
  • the device according to the invention may comprise one or more of the following features, taken separately from one another or in combination with each other:
  • said at least one compressor generator comprises, from upstream to downstream, from the inlet to the nitrogen outlet, said compressor, an air separator of fluid (s), such as water and / or oil, a heater, and a filtration membrane configured to separate nitrogen from the rest of the air; in practice, membrane separation technologies work by retaining nitrogen and permeating the rest of the air components,
  • At least some of said inputs of said generators are connected together and to a single air supply port, and / or at least some of said outputs of said generators are connected together and to a single port of nitrogen output,
  • said single nitrogen outlet port is connected, preferably by a valve, to an inlet of said buffer tank and to said main nitrogen distribution means,
  • the device comprises secondary means for distributing nitrogen leaving said buffer tank for supplying at least some of said consumers, the main distribution means are connected to the secondary means of distribution by a valve,
  • said consumers comprise means for supplying nitrogen to seals, in particular compressors of said vessel, means for supplying isolation spaces, in particular tanks for said vessel, and means for purging, particular supply lines of said vessel,
  • said principal nitrogen distribution means feed directly at least said gasket nitrogen supply means, and said insulation space supply means,
  • said main means for distributing nitrogen comprise at least one pressure and / or flow sensor, this sensor being connected to a control system of said frequency or speed variation system,
  • said generators are identical and oversized so as to each be capable of supplying at least one of said consumers whose consumption in terms of flow is intended to be stable and continuous, when this generator is regulated at a load less than 100% at the hub said variation system.
  • the present invention also relates to a process for the production and distribution of nitrogen using a device according to one of the preceding claims, comprising the steps of:
  • the method according to the invention may comprise one or more of the following features or steps, taken separately from each other or in combination with each other:
  • the frequency or the speed of the rotor of said at least one compressor generator is controlled so that the pressure or the flow rate is greater than or equal to a threshold value in said main means of nitrogen distribution, the threshold value of pressure in said main means of nitrogen distribution is 5 barg, and
  • said buffer tank is fed with nitrogen if and only if the pressure measured in said main distribution means is greater than said pressure threshold value, and if the pressure measured in said buffer tank is lower than a lower limit value.
  • Only one of the generators can be used to produce nitrogen, when the nitrogen flow demanded by said consumers is lower than the maximum nitrogen flow that can produce this generator alone.
  • At least two of the generators or all the generators can be used to produce nitrogen, when the nitrogen flow required by said consumers is greater than the maximum nitrogen flow that can produce each of these generators, but that nitrogen flow The demand is lower than the maximum cumulated nitrogen rates that these generators can produce when operating simultaneously.
  • At least two or all generators can be used to produce nitrogen, when the nitrogen flow demanded by said consumers is greater than the maximum cumulated nitrogen rates that can produce these generators when they operate simultaneously.
  • the buffer tank can be used to provide a complementary nitrogen flow and sufficient to meet the demand of consumers, especially during a cooling of the tank to which these consumers are connected.
  • a maximum flow of nitrogen is required by said consumers, and in particular by only one of said consumers, for the cold setting of a liquefied gas storage tank.
  • the nitrogen flow rate may be requested by the consumer (s) for cooling the vessel without it having previously undergone inerting, the vessel being able to be brought to a temperature above -40 ° C. thanks to its nitrogen supply.
  • the nitrogen flow rate may be requested by the consumer (s) for cooling the tank after it has undergone inerting, the tank may be brought to a temperature above -10 ° C or even 0 ° C thanks to its nitrogen supply.
  • FIG. 1 is a schematic view of a device for producing and distributing nitrogen
  • FIG. 2 is a schematic view of an embodiment of a device for producing and distributing nitrogen according to the invention
  • FIGS. 3 to 5 are schematic views corresponding to FIG. 1 and illustrating steps of a method according to the invention
  • FIG. 6 is a schematic view of an alternative embodiment of a device for producing and distributing nitrogen according to the invention.
  • FIG. 7 is a schematic view of another alternative embodiment of a device for producing and distributing nitrogen according to the invention.
  • FIG. 8 is a schematic view of another alternative embodiment of a device for producing and distributing nitrogen according to the invention.
  • FIGS. 9 to 14 are diagrammatic views corresponding to FIG. 8 and illustrating steps of a method according to the invention.
  • FIG. 15 is a diagram very schematically showing the nitrogen production of the generators of a device of the prior art, with respect to the nitrogen demand of a large consumer of nitrogen
  • FIG. 16 is a diagram very schematically showing the nitrogen production of the generators of another device, with respect to the nitrogen demand of a large consumer of nitrogen, the generators being each here at a fixed rate
  • FIG. 17 is a diagram very schematically showing the nitrogen production of the generators of the device of the invention, with respect to the nitrogen demand of a large consumer of nitrogen, the generators being each here variable flow, and
  • FIG. 18 is a summary and comparative diagram of the devices of FIGS. 15 to 17.
  • upstream and downstream refer to the flow of a fluid, such as a gas or a liquid, in a pipe or circuit.
  • Figure 1 shows a device 10 for producing and distributing nitrogen, in particular for a liquefied gas transport vessel.
  • the device 10 essentially comprises nitrogen generators 12 each having an air inlet 12a and a nitrogen outlet 12b, a nitrogen storage tank 14, and nitrogen distribution means 166. intended to supply nitrogen to consumers 18, 20 and 22.
  • the generators 12 are two in number and are connected in parallel, their inputs 12a being connected together and connected to a single port 24 for supplying air to the generators. Their outputs 12b are connected together by a collector, and connected to an inlet 14a of the buffer tank 14.
  • Each generator 12 comprises, from upstream to downstream, that is to say from the inlet 12a to the outlet 12b, an air compressor 26, a separator 28 of fluid air (s), such as water and / or oil, an air heater, and a filtration membrane 32 configured to separate nitrogen from the rest of the air.
  • the compressor 26 of each generator is for example of the compression rotor type.
  • the rotor is for example piston, screw or blade.
  • the buffer tank 14 is equipped with a pressure relief valve 34, configured to allow the release of nitrogen contained in the tank 14 to the outside, when the pressure inside the tank 14 exceeds a predetermined threshold value, for example 1 1 barg.
  • the buffer tank 14 is further equipped with a pressure sensor 36 configured to measure the nitrogen pressure, denoted P1, inside the tank 14.
  • the buffer tank 14 also comprises a nitrogen outlet 14b connected by the distribution means 1 6 to the consumers 18, 20 and 22.
  • the distribution means 1 6 here comprise expansion valves 38, 38 ', an inlet of which is connected to the output 14b, and an output of which is connected to a consumer 18, 20, 22.
  • Each expansion valve is configured to be supplied upstream with nitrogen at any pressure (via the tank 14) and to deliver downstream a constant pressure to the corresponding consumer.
  • the valves 38 connected to the consumers 20, 22 are configured to deliver nitrogen at a consumption pressure noted Pc1, which is for example 5 barg.
  • the valve 38 'connected to the consumer 18 is configured to deliver nitrogen at a consumption pressure noted Pc2, which is for example 0.5 barg.
  • the consumer 18 is type III and comprises, for example, nitrogen supply means for insulating spaces, for example tanks for storing liquefied gas from the ship.
  • the consumer 20 is type II and comprises, for example, means for purging the vessel's fluid circulation lines.
  • the consumer 22 is of type I and comprises means for supplying nitrogen to compressor ship seals. Types I, II and III have been presented in the foregoing.
  • the device 10 further comprises a system 40 for controlling the generators 14, and in particular the generators compressors 26, in particular as a function of signals emitted by the pressure sensor 36.
  • One of the generators 12 is considered a main generator and the other of the generators is considered a relay generator.
  • Each generator is configured to operate in all or nothing mode, and is controlled by the system 40.
  • the main generator is configured to produce nitrogen when the pressure in the tank 14, measured by the sensor 36, is between 6 and 9 barg.
  • the relay generator is configured to produce nitrogen when the pressure in the tank 14, measured by the sensor 36, is between 5 and 8 barg.
  • the system 40 controls the generators 14 according to the nitrogen requirements of the consumers so that the pressure P1 in the buffer tank is at a maximum value of about 10 barg.
  • the system 40 actuates the main generator to produce nitrogen and fill the buffer tank 14.
  • the system 40 actuates the main generators and relay to produce nitrogen and fill the buffer tank 14.
  • This mode of operation ensures a maximum amount of nitrogen available in the reservoir buffer 14 but causes accelerated wear of the generators and thus a reduction in their life.
  • These generators are also expensive because they are oversized (and identical) so that they can each be sufficient to supply the largest consumer of nitrogen, in terms of flow, namely the consumer 18 type III. For example, they each have a nitrogen production capacity of 150 Nm 3 / h at 10 barg.
  • FIGS 2 to 5 illustrate a first embodiment of a device 1 10 according to the invention which essentially comprises the same elements as those of the device 10.
  • the foregoing description in relation to the device 10 therefore applies in the device 1 10 to the extent that it does not contradict the following.
  • the device 1 10 here comprises three generators 1 12 but could understand more.
  • the generators 1 12 are connected in parallel, their inputs 1 12a being connected together and connected to a single port 124 and their outputs 1 12b being connected together and connected to an input 1 14a of the buffer tank 1 14.
  • the generators 1 12 are here not oversized. They are identical and configured so that they are able to feed only the consumer type I 22, which has a stable consumption. In practice, each generator is preferably sized to produce a nitrogen flow rate slightly higher than the constant rate of nitrogen consumption of a type I consumer. They each have, for example, a nitrogen production capacity of 50 Nm 3. / h to 6 barg.
  • Each generator 1 12 comprises, from upstream to downstream, that is to say from the inlet 1 12a to the outlet 1 12b, an air compressor 126, a separator 128 of fluid air (s) ), such as water and / or oil, an air heater 130, and a filtration membrane 132 configured to separate the nitrogen from the rest of the air.
  • fluid air s
  • the device 1 10 may comprise a separator 128 common to the three generators 1 12 , or only two of them.
  • the device 1 10 may comprise a heater 130 common to the three generators 1 12, or only two of them.
  • the outputs 1 12b of the generators 1 12 are connected by a valve 142 to the inlet 14a of the buffer tank 1 14.
  • a pressure sensor 144 is provided upstream of the valve 142 and is used to measure the nitrogen pressure, noted P2 at the output of the generators 1 12.
  • the buffer tank 1 14 is further equipped with two pressure sensors 136 and 146 configured to measure the pressure P1 inside the tank.
  • the sensors 136, 146 can be replaced by one and the same sensor.
  • the signals emitted by the sensors 144 and 136 are intended to be received by the system 140 which controls a means 148 for controlling the valve 142.
  • the signals emitted by the sensor 146 are intended to be received by the system 140 which controls a means 150 controlling a valve 152 for recirculating nitrogen.
  • the device 1 comprises a nitrogen recirculation line 154, an upstream end of which is connected to the nitrogen outlet 14b of the tank 1 14, and an opposite downstream end of which is connected to the inlets 1 12a of the generators 1 12. .
  • the line 154 is equipped with the valve 152 as well as a non-return valve 156. It can also be equipped with a flowmeter 158 whose signals are intended to be transmitted to the system 140.
  • the flow meter 158 makes it possible to know the amount of nitrogen produced in excess. In the case where the flow rate of nitrogen produced in excess and flowing in the line 154, is too large, the system 140 can control the shutdown of one of the generators January 12 when two generators are in operation.
  • the means 150 is configured to actuate the valve 152 when the pressure in the tank 1 14, measured by the sensor 146, exceeds a certain threshold, for example of the order of 10 barg.
  • Line 154 makes it possible, in the event of overproduction of nitrogen, to reuse the nitrogen produced in excess in order to avoid stopping the generators and thus to limit the number of "start & stop" cycles.
  • the buffer tank 1 14 is equipped with a relief valve 134 and its outlet 1 14b is connected by first distribution means 1 1 6a to type II and III consumers, namely consumers 1 18 and 120.
  • the distribution means 1 1 6a here comprise expansion valves 138, 138 'whose input is connected to the output 1 14b, and an output of which is connected to a consumer 1 18, 120.
  • the device 1 10 further comprises second means 1 1 6b of direct distribution of nitrogen to the consumer type I, namely the consumer 122.
  • These distribution means 1 1 6b here comprise an expansion valve 138 whose input is connected to the outputs 1 12b of the generators 1 12, and whose output is connected to the consumer 122.
  • the outputs 1 12b of the generators 1 12 are thus connected together to form a first branch of a Y connector, a second branch of which is connected by the valve 142 to the inlet 1 14a of the reservoir, and a third branch of which is connected to the valve 138 and the consumer 122.
  • the direct supply to the consumer 122 which requires a constant nitrogen flow over a relatively long period, avoids the many "start &stop" cycles of operation of the generators and therefore to limit their wear.
  • the tank 1 14 can adopt a nitrogen storage function and have a storage pressure that varies between a minimum value and a maximum value, and not only a buffer function for which an operating pressure must be kept constant .
  • the consumer supplied directly by the generators 1 12 could be the consumer 120 type II.
  • Figures 3 to 5 illustrate steps of operation of the device
  • the step shown in Figure 3 represents the direct supply of nitrogen to the consumer 122 and the recirculation of nitrogen if necessary.
  • One of the generators 1 12 is actuated by the system 140 and produces nitrogen with a flow rate and a pressure sufficient to cover the needs of the type I consumer 122.
  • the nitrogen pressure is equal to 5 barg downstream of the valve 138. means 1 1 6b and is greater than 5barg upstream of this valve.
  • the excess nitrogen produced by the generator is sent to the buffer tank 1 14, through the valve 142 which remains open continuously.
  • the valve 152 is opened and nitrogen is removed from the tank to reduce the pressure and return it to the inputs 1 12a of the generators.
  • This nitrogen will therefore be reprocessed by the generators to increase the yield of nitrogen production of the device, that is to say the enrichment in nitrogen of the gas output of the generators.
  • the step shown in FIG. 4 also represents the direct supply of nitrogen to the consumer 122 as well as the recirculation of nitrogen if necessary.
  • Two of the generators 112 are operated by the system 140 and produce nitrogen with a flow rate and pressure sufficient to meet the needs of the Type I consumer 122, or even other consumers.
  • the nitrogen pressure is equal to 5 barg downstream of the valve 138 of the means 1 1 6a and is greater than 5barg upstream of this valve.
  • the excess nitrogen produced by the generator is sent to the buffer tank 1 14, through the valve 142 which is open.
  • the valve 152 is opened and nitrogen is removed from the tank to reduce the pressure and the refer to inputs 1 12a of the generators.
  • the nitrogen pressure in the reservoir 1 14 increases. Beyond the pressure threshold, the means 150 controls the opening of the valve 152 and thus the recirculation of a portion of the nitrogen contained in the reservoir so as to maintain its internal pressure at 10 barg. In the case where the recirculating nitrogen flow rate is below a threshold value, the generators are kept in operation. In the case where this flow rate is greater than this threshold value, one of the generators could be stopped by the system 140.
  • the nitrogen pressure in the reservoir 1 14 decreases.
  • the system can then control the activation of the third generator 1 12 to prevent the pressure in the tank reaches a minimum value, for example 1 barg.
  • the device is however configured so that the pressure in the tank can go down as low, which was not the case in the prior art.
  • the system 140 can control the activation of the heater of this generator. This allows the generator to be preheated for imminent operation.
  • the step represented in FIG. 5 represents the nitrogen supply of the consumers 1 18 and 122.
  • the consumer 1 18 requires a relatively large flow of nitrogen. This is particularly the case when cold and charging a tank of liquefied gas, the isolation space of the tank to be supplied with nitrogen with a high flow and low pressure.
  • Two of the generators January 12 are actuated by the system 140 and produce nitrogen, part of which directly feeds the consumer 122 and the other portion supplies the buffer tank 1 14.
  • the pressure in nitrogen is equal to 5 barg downstream of the valve 138 and is greater than or equal to 5 barg upstream of this valve.
  • the nitrogen pressure is equal to 0.5 barg downstream of the valve 138 'and is greater than 0.5 barg upstream of this valve.
  • the valve 142 is controlled so as to ensure that the pressure upstream of the valve 138 of the distribution means 1 1 6b, is always greater than 5barg.
  • the valve 138 may be substantially closed so that all or almost all of the nitrogen produced by the generators feed the consumer 122.
  • the valve 142 is preferably maintained bypass. This allows the buffer tank 1 14 to be supplied with nitrogen at any time and to rebalance the pressures upstream and downstream of the valve 142, that is to say in the nitrogen outlet manifold of the generators 1 12 and in the tank 1 14. If the nitrogen flow rate consumed is large and greater than the nitrogen flow rate produced by the generators 1 12, the pressure in the tank will decrease. If the nitrogen consumption stops or if the flow rate consumed is lower than the feed rate, then the pressure in the tank will increase until reaching a maximum value.
  • the valve 142 is configured to be fully open when the pressure inside the tank is greater than 5 barg, and to be partially open when the pressure inside the tank is less than 5 barg, so that the pressure upstream of the valve is greater than or equal to 5 barg.
  • valve 142 could be replaced by a two-state valve, all or nothing.
  • An additional line connecting the generator outputs to the buffer tank inlet would then be necessary in parallel with the valve, so as to ensure fluid communication between the generator outputs and the buffer tank inlet even when the valve is closed. .
  • FIG. 6 illustrates a second embodiment of a device 210 according to the invention which essentially comprises the same elements as those of the device 1 10.
  • the foregoing description in relation with the device 1 10 therefore applies to device 210 to the extent that it does not contradict the following.
  • FIG. 6 differs from that of FIGS. 2 to 5 in particular in that the first distribution means 21 6a are connected to the second distribution means 21 6b by a bypass line 260 equipped with a valve 262 and / or a check valve.
  • the branch line 260 is configured to allow the passage of nitrogen from the distribution means 21 6a, and therefore from the buffer tank 1 14, to the consumer 122.
  • the line 260 may have an upstream end connected to the distribution means 21 6a, just upstream of the valves 138, 138 ', and a downstream end connected to the distribution means 21 6b, just upstream of the valve 138.
  • the outputs 212b of two of the generators 212 are here connected to the inlet 214a of the buffer tank 214 by a pipe without a valve to simplify the device 210.
  • the device 210 also has no recirculation line even if it could understand it. a.
  • the device 210 comprises at least one system 264 for varying the frequency or speed of the rotor of a compressor 226 of at least one of the generators 212 '.
  • the system 264 may be controlled by the system 240. Alternatively, it may be manually controlled, the frequency or speed of the rotor being adjusted manually.
  • the system 264 is associated with only one of the compressors whose output 212b 'is directly connected to the distribution means 21 6b and is not connected to the outputs 212b of the other generators.
  • the outputs 212b of the other two generators are connected to the inlet 214a of the tank, as mentioned in the foregoing.
  • FIG. 7 illustrates a third embodiment of a device 310 according to the invention which essentially comprises the same elements as those of the device 210.
  • the foregoing description in relation to the device 210 therefore applies to the device 310 to the extent that it does not contradict the following.
  • FIG. 7 differs from that of FIG. 6 in particular in that the device 310 comprises only first distribution means 31 6a, and therefore does not comprise second means for direct distribution of nitrogen from the outlets 312a.
  • the distribution means 31 6a are therefore connected to the outlet 314b of the buffer tank 314 and to the set of consumers 318, 320 and 322 by the expansion valves 338, 338 '.
  • the outputs 312b of the generators are all connected together and at the input 314a of the buffer tank.
  • the device 310 comprises a means 366 for controlling the system 364 as a function, in particular, of the pressure in the buffer tank 314, measured by the pressure sensor 346.
  • the generator associated with the system 364 may be undersized with respect to the other generators.
  • This generator is for example similar to those 12, 212, 212 described above, while the other generators may be of the type used in the prior art (which are generally oversized).
  • the invention proposes solutions to respond to the technical problem of accelerated wear of nitrogen generators due to their mode of operation in all or nothing or "start & stop”.
  • FIGS. 8 to 14 illustrate another alternative embodiment of a device 410 according to the invention which essentially comprises the same elements as those of the device 10.
  • the foregoing description in relation to the device 10 therefore applies to device 1 10 to the extent that it does not contradict the following.
  • the device 410 here comprises two generators 412 but could understand more.
  • the generators 412 are connected in parallel, their inputs 412a being connected together and connected to a single port 424 and their outputs 412b being connected together.
  • Each generator 412 comprises, upstream to downstream, that is to say from the inlet 412a to the outlet 412b, an air compressor 426, a fluid separator 428 (s), such as water and / or oil, an air heater 430, and a filtration membrane 432 configured to separate the nitrogen from the rest of the air.
  • a fluid separator 428 such as water and / or oil
  • an air heater 430 and a filtration membrane 432 configured to separate the nitrogen from the rest of the air.
  • membrane separation technologies work by retaining nitrogen and permeating the rest of the air components.
  • Certain elements of the generators 412 can be communalised, as mentioned in the foregoing.
  • the outputs 412b of the generators 412 are connected by a valve 442 to the inlet 414a of a buffer tank 414.
  • the outlets 421b are also connected to main means 41 6b of nitrogen distribution to the consumers 418 and 422.
  • the tank 414 can adopt a nitrogen storage function and have a storage pressure that varies between a minimum value and a maximum value, and not only a buffer function for which an operating pressure must be kept constant.
  • An outlet 414b of the buffer tank 414 is further connected by secondary means 41 6a of nitrogen distribution to at least one of the consumers, here the consumer 418 type III.
  • the buffer tank 414 may comprise another outlet 414c connected to the type II consumer 420.
  • the main distribution means 41 6b are equipped with pressure sensors 444a, 444b and flow 445.
  • a pressure sensor 444a and a flow sensor 445 are located just at the output of the generators 412, and the other pressure sensor 444b plus downstream.
  • the sensors 444a, 444b are configured to measure pressures P1 and P2 of the nitrogen in the means 41 6b.
  • the buffer tank 414 is further equipped with a pressure sensor 446a configured to measure a pressure P4 inside the tank.
  • the secondary distribution means 416a are equipped with a pressure sensor 446b which is configured to measure a pressure P3.
  • the distribution means 41 6a, 416b comprise, upstream of each consumer 418, 420, 422, an expansion valve 438, 438 ', 438 ".
  • the main distribution means 41 6b comprise two respective supply lines of the consumers 418, 420, 422.
  • the first line 41 6b1 extends from the outputs 412b of the generators 412 to the consumer 422 and is equipped with sensors 444a, 444b, and 445, and the valve 438.
  • the second line 416b2 extends between the first line 41 6b1 and the consumer 418 and is equipped with the valve 438 'and another valve 462 disposed upstream of the valve 438 '.
  • the second line 41 6b2 is connected to the first line 41 6b1, downstream of the sensors 444a, 444b, 445 and upstream of the valve 438.
  • a third line 41 6b3 extends between the first line 416b1 and the consumer 420 and is equipped with the valve 438 "The line 41 6b3 is only connected to the output 414c of the buffer tank 414.
  • the secondary distribution means 416a are connected to the second line 41 6b2 and downstream of the valve 462 and upstream of the valve 438 'These distribution means 41 6a are equipped with a valve 443.
  • the signals emitted by the sensors 446a, 444b are intended to be received by control means 448a, 448b, which in turn control the valves 442 and 462.
  • control means 448a, 448b which in turn control the valves 442 and 462.
  • the signals emitted by the sensor 446b are intended to be received by a control means 448c which controls the valve 443 in function.
  • the signals emitted by the sensors 444a, 445 are intended to be received by a control system 440 of a system 464 for varying the frequency or speed of the rotor of the compressor 426 of each generator 412.
  • each compressor rotor is controlled as a function of the pressure and / or the flow rate of nitrogen flowing in the main distribution means 416b.
  • each generator (all or nothing) has a capacity slightly greater than the regular consumer 422
  • the generators 412 of the device 410 have higher capacities here, so that the variation system 464 can operate a low load generator ("low" regime) and responds to the demand of the regular consumer 422. And it is when the demand increases, for example by an additional need of the consumer 418, that the system 464 makes it possible to increase the production of the generator.
  • the “low” regime corresponds for example to an operating point of 50Nm3 / h to 6 barg, which corresponds to approximately 30 to 50% of the rated capacity of the generator.
  • This "low” diet responds to steady regular consumption, that is to say the consumer's need 422.
  • FIG. 9 to 14 illustrate steps of operation of the device
  • the step represented in FIG. 9 represents the direct supply of nitrogen to the consumer 422 or possibly to the consumer 418.
  • One of the generators 412 is operated by the system 440 and produces nitrogen with sufficient flow and pressure to meet the need of the Type I consumer 422.
  • the nitrogen pressure is equal to 5 barg downstream of the valve 438. means 41 6b and is greater than 5barg upstream of this valve.
  • there is more nitrogen production surplus since it comes to drive the generator to produce what is requested.
  • the consumer 418 can potentially consume a low or no flow, which then passes through the valves 462, 438 'which are open.
  • the generator 412 compressor that operates can be at a load of 30 to 50% of its rated capacity. This charge is regulated by the system 440 as a function of the consumed flow rate measured by the sensor 444a.
  • the sensor 445 makes it possible to ascertain the operating speed and that the valve 438 is well supplied with a pressure at least equal to 5 barg. Valves 442 and 443 are closed.
  • the valve 462 is fully open for the small nitrogen demands of the consumer 418.
  • FIG. 9 thus represents the state of the device in stable normal consumption.
  • the step of FIG. 10 represents an increase in the nitrogen demand of the consumers 422 and 418.
  • the pressure or the rate of production of nitrogen is greater than the previous stage.
  • 440 system increases compressor load to meet the demand.
  • Valves 442 and 443 are closed.
  • the valve 462 is fully open for the small nitrogen demands of the consumer 418.
  • the valve 438 ' is thus open.
  • a single generator 412 operates in step 10 against two in the next step illustrated in Figure 1 1, which shows a state of the device corresponding to a large consumption.
  • the two generators 412 are operated by the system 440 and produce nitrogen with a flow rate and pressure sufficient to meet the needs of the consumers 422 and 418.
  • the consumer 418 here requires a relatively large flow of nitrogen. This is particularly the case when cold and charging a tank of liquefied gas, the isolation space of the tank to be supplied with nitrogen with a high flow and low pressure.
  • Peak consumption corresponds to the case where the requested flow rate is greater than the total capacity of the two compressors (2x100%). When this consumption exceeds the capacity, the delivered pressure will fall.
  • buffer tank 414 is used to supplement nitrogen production and maintain the required pressure demanded by consumers ( Figure 12).
  • the nitrogen pressure in the tank 414 then decreases.
  • the valve 443 opens and distributes the stored nitrogen to maintain sufficient pressure upstream of the valve 438 '.
  • the valve 462 is closed progressively in order to maintain a sufficient pressure upstream of the valve 438.
  • the valve 442 remains closed. We consider that the peak consumption is passed when the pressure P2 measured by the sensor 444b goes back to a sufficient value.
  • the step represented in FIG. 14 represents the supply of nitrogen to the consumers and to the buffer tank 414.
  • Two of the generators 412 are actuated by the system 440 and produce nitrogen, a portion of which supplies the consumer 422 and Another part supplies the buffer tank 414.
  • the nitrogen pressure is equal to 5 barg downstream of the valve 438 and is greater than or equal to 5 barg upstream of this valve.
  • the nitrogen pressure is equal to 0.5 barg downstream of the valve 438 'and is greater than 0.5 barg upstream of this valve.
  • the nitrogen pressure in the tank 414 increases. Beyond the pressure threshold, the means 448c controls the opening of the valve 443.
  • the tank 414 Under normal consumption, out of peak, the tank 414 must remain full, preferably at the highest pressure that can be produced by the generators 412, for example between 10 and 12 barg. If, and only if, the pressure P2 measured by the sensor 444b is greater than 5 barg and the pressure P4 measured by the sensor 446a is less than 8 barg (for example), then the valve 442 begins to open to allow supply the reservoir with nitrogen and thus increase its pressure. Both compressors can be used 100% to reach this maximum filling pressure of 10 to 12 barg.
  • the valve 442 is in any case controlled so as to ensure that the pressure upstream of the valve 438 of the distribution means 416b is always greater than 5barg.
  • the valve 438 may be substantially closed so that all or almost all of the nitrogen produced by the generators feed the consumer 122.
  • FIG. 15 illustrates the prior art to the present invention and the fact that the generators are identical and oversized so as to be able to provide a nitrogen flow rate sufficient to feed the largest consumer of nitrogen, in terms of flow, that is, the type III consumer.
  • N1 and N2 are respectively low and high levels of consumer nitrogen demand.
  • Levels L1 and L2 are respectively the nitrogen production capacities of the two generators G1 and G2.
  • the capacity L1 of the first generator makes it possible to cover the level N1 but not the level N2. To cover the level N2, it is necessary to operate simultaneously the two generators which then produce a nitrogen flow rate greater than N2 and which corresponds to the nitrogen flow rate (MAX) of the largest consumer of nitrogen type III.
  • Figure 1 6 illustrates a similar case with three generators (G1, G2 and G3) instead of two as well as a buffer tank (RT).
  • N1 and N2 are the low and high levels of nitrogen demand from consumers.
  • Levels L1, L2 and L3 are respectively the nitrogen production capacities of the three generators.
  • the capacity L1 of the first generator makes it possible to cover the level N1.
  • the cumulative capacities L1, L2 and L3 make it possible to cover the level N2.
  • the buffer tank is used to provide more nitrogen and to supplement the flow rate supplied up to the nitrogen (MAX) flow rate of the largest consumer of Type III nitrogen.
  • Figure 17 illustrates one aspect of the invention and the fact that the device includes variable flow generators.
  • one or more of the generators will supply nitrogen. If the nitrogen demand is low, only one of the generators is operated and the speed or frequency of its rotor is controlled to provide the requested flow rate. If the requested flow rate is greater than the maximum flow rate that a single generator can produce, both generators are operated.
  • the accumulated capacities L1 and L2 of the generators are equal to N2.
  • the buffer tank is used to provide an occasional surplus of flow required to satisfy the demand, and therefore the additional flow required to move from the N2 level to the MAX level.
  • the level N2 corresponding to the flow rate requested by the type III consumer during a cooling of a tank.
  • the tank can be emptied and brought to a temperature above -40 ° C.
  • the tank can be filled again with liquefied gas. Before that, however, it is necessary to put it cold thanks to the type III consumer.
  • the flow N2 thus corresponds to the flow rate necessary for the supply of this consumer.
  • the MAX level corresponding to the flow rate requested by the same consumer during a cooling of a tank that has previously been inerted.
  • the tank can be emptied and brought to a temperature above -10 ° C or even 0 ° C. It may undergo one or more inerting steps of injecting inert gas into the tank in order to evacuate the air that is there because of a maintenance operation for example carried out in the tank.
  • the tank can be refilled with liquefied gas. Before that, however, it is necessary to put it cold thanks to the type III consumer.
  • the NMAX flow thus corresponds to the flow rate necessary for the supply of this consumer.
  • the level N1 may correspond to the rate demanded continuously by one or the other of the other consumers, for example that of type I.

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Abstract

Dispositif (410) de production et de distribution d'azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié, comportant : - des générateurs d'azote (412) comportant chacun une entrée d'air (412a) et une sortie d'azote (412b), au moins un de ces générateurs (412) comportant un compresseur (426) comportant un rotor de compression d'air, et - un réservoir tampon (414) de stockage d'azote, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un système (464) de variation de fréquence ou de vitesse du rotor dudit au moins un générateur à compresseur, et en ce qu'il comprend en outre des moyens principaux (416b) de distribution d'azote sortant dudit au moins un générateur à compresseur, sans passer par ledit réservoir tampon, pour l'alimentation en azote d'au moins deux consommateurs (418, 420, 422) distincts.

Description

DISPOSITIF DE PRODUCTION ET DE DISTRIBUTION D'AZOTE, EN PARTICULIER POUR UN NAVIRE DE TRANSPORT DE GAZ LIQUEFIE
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un dispositif et un procédé de production et de distribution d'azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié.
ETAT DE L'ART
Un navire de transport de gaz liquéfié, tel que du gaz naturel liquéfié, est en général équipé d'un dispositif de production et de distribution d'azote, cet azote pouvant être utilisé par plusieurs consommateurs.
Dans la présente demande, on entend par « consommateur », en particulier d'azote, un système utilisant de l'azote pour fonctionner ou un système destiné à être alimenté en azote.
Un navire de transport est par exemple équipé de trois types de consommateur d'azote.
Un premier type (type I) de consommateur d'azote comprend des moyens d'alimentation en azote de joints d'étanchéité, par exemple de paliers de compresseurs du navire. Des compresseurs du navire, par exemple pour pomper du gaz d'évaporation, sont équipés de paliers lisses de guidage de pièces tournantes. Ces paliers sont logés dans des enceintes dont des joints d'étanchéité du type à labyrinthe sont alimentés en azote pour éviter que de l'air extérieur pollue l'enceinte et perturbe le fonctionnement des paliers.
Un second type (type II) de consommateur d'azote comprend des moyens de purge de lignes de circulation de fluide, telles qu'une ligne de circulation de gaz liquéfié du navire. Pour nettoyer une telle ligne et éviter que du gaz liquéfié reste dans celle-ci, il est connu de purger la ligne avec de l'azote.
Un troisième type (type III) de consommateur d'azote comprend des moyens d'alimentation en azote d'espaces d'isolation, par exemple de cuves de stockage de gaz liquéfié du navire. De telles cuves sont en effet équipées de double paroi qui définisse un espace d'isolation qui est alimenté en azote. Le besoin en azote est différent selon le type de consommateur. Un consommateur de type I est alimenté en azote en continu avec un débit en général compris entre 25 et 70 Nm3/h, et une pression relativement importante de l'ordre de 5 barg. L'alimentation en continu est dû au fait que les joints doivent être alimentés en azote en continu.
Un consommateur type II est alimenté en azote avec un débit qui peut être important mais qui est en général ponctuel, à une pression relativement importante de l'ordre de 5 barg.
Un consommateur type III est alimenté en azote avec un débit important en général compris entre 100 et 200 Nm3/h, et à une pression relativement faible de l'ordre de quelques mbarg. L'alimentation a lieu sur des périodes courtes et peu fréquentes, notamment lors des opérations de mise en froid des cuves qui précèdent leur chargement en gaz liquéfié.
Dans la technique actuelle, un dispositif de production et de génération d'azote comprend deux générateurs d'azote comportant chacun une entrée d'air et une sortie d'azote, un réservoir tampon de stockage d'azote, et des moyens de distribution d'azote destinés à alimenter en azote des consommateurs.
Les générateurs sont disposés en parallèle et sont configurés pour fonctionner en mode tout ou rien (aussi appelé « start&stop »). Ils sont au nombre de deux, un générateur principal et un générateur relai, pour assurer une redondance et garantir le remplissage en azote du réservoir tampon lors des fortes demandes en azote des consommateurs. Les générateurs sont surdimensionnés, c'est-à-dire qu'ils sont configurés pour être chacun apte à fournir un débit d'azote suffisant pour alimenter le plus important consommateur d'azote, en terme de débit, c'est-à-dire le consommateur de type III.
Le réservoir tampon est destiné à stocker l'azote produit et à le délivrer aux consommateurs en fonction des besoins. Les générateurs sont en général commandés pour que la pression en azote dans le réservoir tampon atteigne une valeur maximale. Lorsque de l'azote est consommé et que la pression d'azote dans le réservoir tampon diminue, au moins un des générateurs est commandé pour produire de l'azote et augmenter la pression dans le réservoir tampon jusqu'à la valeur maximale de pression.
Cependant, cette technologie présente des inconvénients.
Le profil de consommation du consommateur de type I est stable et constant, comme vu dans ce qui précède, et n'est pas en adéquation avec le fonctionnement cyclique du réservoir tampon et des générateurs d'azote.
Ce fonctionnement impose aux générateurs de très nombreux cycles de fonctionnement « start&stop » (environ 2000 par an pour un navire), ce qui réduit la durée de vie des générateurs et impose des opérations fréquentes de maintenance.
La présente invention propose un perfectionnement à la technique actuelle, qui est simple, efficace et économique.
EXPOSE DE L'INVENTION
Selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif de production et de distribution d'azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié, comportant :
des générateurs d'azote comportant chacun une entrée d'air et une sortie d'azote,
un réservoir tampon de stockage d'azote, et
- des moyens de distribution d'azote destinés à alimenter en azote au moins deux consommateurs distincts,
caractérisé en ce qu'il comprend :
- des premiers moyens de distribution d'azote sortant dudit réservoir tampon pour l'alimentation d'au moins un desdits consommateurs, et - des seconds moyens de distribution d'azote sortant d'au moins un desdits générateurs, sans passer par ledit réservoir tampon, pour l'alimentation d'au moins un autre desdits consommateurs.
L'invention propose ainsi que de l'azote produit par un ou des générateurs parvienne directement aux seconds moyens de distribution, sans passer par le réservoir. Les premiers moyens de distribution sont quant à eux alimentés en azote par le réservoir. On a donc deux façons d'alimenter les moyens de distribution, avec ou sans le réservoir tampon. Ce réservoir est ainsi utilisé différemment par rapport à la technique antérieure. Les générateurs ne sont pas forcément surdimensionnés, au contraire, et peuvent être moins souvent sollicités, ce qui réduit le nombre de cycles « start&stop » et augmente leur durée de vie.
Dans la présente demande, on entend par « azote », de l'air enrichi en azote. L'air atmosphérique comprend, au niveau de la mer, près de 78% (en volume) d'azote, 21 % (en volume) d'oxygène et des traces d'autres gaz. Dans la présente demande, de l'« azote » signifie donc de l'air comportant plus de 78% en volume d'azote, et par exemple plus de 80 voire 90% en volume. Ce taux est de préférence d'au moins 97%.
Dans la présente demande, « des » générateurs comprennent au moins deux et par exemple trois générateurs. Au moins certains des générateurs peuvent avoir des éléments en commun, tels qu'un séparateur et/ou un réchauffeur.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- lesdits seconds moyens de distribution d'azote sont reliées directement auxdites sorties d'au moins un desdits générateurs ; dans la présente demande, on entend par liaison « directe », une liaison uniquement par l'intermédiaire d'une conduite éventuellement équipée d'une vanne,
- lesdites sorties desdits générateurs sont reliées ensemble par un collecteur comportant une première sortie reliée à une entrée dudit réservoir tampon, et une seconde sortie reliée auxdits seconds moyens de distribution,
- ladite sortie d'au moins un desdits générateurs est reliée à une entrée dudit réservoir tampon, et ladite sortie d'au moins un autre desdits générateurs est reliée auxdits seconds moyens de distribution ; dans ce cas, il n'y a pas de communication fluidique entre les sorties de tous les générateurs,
- lesdits premiers moyens de distribution sont reliés auxdits seconds moyens de distribution, de façon à ce que de l'azote stocké dans ledit réservoir tampon puisse alimenter ledit au moins un autre desdits consommateur, - ladite sortie d'au moins un desdits générateurs est reliée à une entrée dudit réservoir tampon par une vanne,
- ladite vanne est configurée pour être toujours passante, et avoir un débit variable commandé en fonction d'une pression P1 à l'intérieur dudit réservoir tampon, et/ou d'une pression P2 en sortie d'au moins un desdits générateurs, et/ou d'une pression P3 d'alimentation desdits premiers et/ou seconds moyens de distribution,
- au moins certaines desdites entrées desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique d'alimentation en air, et/ou au moins certaines desdites sorties desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique de sortie d'azote,
- lesdits consommateurs comprennent des moyens d'alimentation en azote de joints d'étanchéité, en particulier de compresseurs dudit navire, des moyens d'alimentation d'espaces d'isolation, en particulier de cuves dudit navire, et des moyens de purge, en particulier de lignes d'alimentation dudit navire,
- lesdits générateurs sont configurés pour fonctionner en mode tout ou rien, et
- lesdits générateurs sont identiques et dimensionnés de façon à être chacun apte à alimenter seul un desdits consommateurs dont la consommation en termes de débit est destinée à être stable et continu.
La présente invention concerne également un procédé de production et de distribution d'azote au moyen d'un dispositif tel que décrit ci-dessus, comportant les étapes de :
a) production d'azote par lesdits générateurs, et
b) distribution d'azote à un des consommateurs, sans passer par le réservoir tampon.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- le réservoir tampon est alimenté en azote lors des étapes a) et b),
- le réservoir tampon est alimenté en azote à travers une vanne dont le débit est régulé en fonction d'une pression P1 à l'intérieur dudit réservoir tampon, et/ou d'une pression P2 en sortie d'au moins un desdits générateurs, et/ou d'une pression P3 d'alimentation desdits premiers et/ou seconds moyens de distribution,
- la pression dans ledit réservoir tampon diminue lors des étapes a) et b). Selon un second aspect, l'invention propose un dispositif de production et de distribution d'azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié, comportant :
- des générateurs d'azote comportant chacun une entrée d'air et une sortie d'azote,
- un réservoir tampon de stockage d'azote, et
- des moyens de distribution d'azote destinés à alimenter en azote au moins deux consommateurs distincts,
caractérisé en ce qu'il comprend au moins une ligne de recirculation d'azote dont une entrée est reliée à une sortie d'azote dudit réservoir tampon, et dont une sortie est reliée à ladite entrée d'au moins un desdits générateurs.
La recirculation d'azote présente plusieurs avantages. Elle permet d'une part de ne pas gaspiller l'azote produit en excès, qui est donc réutilisé. Elle permet en outre d'optimiser le rendement de production d'azote en augmentant le niveau d'enrichissement en azote du gaz produit. En effet, les entrées d'air des générateurs reçoivent, en plus de l'air ambiant, de l'air déjà chargé en azote. La recirculation permet en outre de ne pas arrêter un générateur, et donc de limiter le nombre de cycles « start&stop », si le débit d'azote produit par ce générateur n'est pas très excessif. Autrement dit, on peut préférer faire fonctionner un générateur pour produire de l'azote et répondre à un besoin d'un consommateur, tout en produisant un excédent d'azote avec ce même générateur qui sera recirculé et donc recyclé, plutôt que d'arrêter ce générateur et alimenter le consommateur par de l'azote stocké dans le réservoir par exemple.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le dispositif est configuré pour faire recirculer de l'azote stocké dans le réservoir tampon, lorsque la pression dans ce dernier dépasse un certain seuil,
- ladite ligne de recirculation comprend au moins une première vanne configurée pour avoir un débit variable commandé en fonction d'une pression P1 à l'intérieur dudit réservoir tampon,
- ladite ligne de recirculation comprend au moins une vanne anti-retour,
- ladite ligne de recirculation comprend au moins un débitmètre,
- le dispositif comprend un système de commande configuré pour recevoir des informations dudit débitmètre et d'un capteur de pression dudit réservoir tampon, et pour commander en conséquence ladite première vanne ainsi que lesdits générateurs,
- ladite sortie d'au moins un desdits générateurs est reliée à une entrée dudit réservoir tampon par une vanne,
- ladite seconde vanne est configurée pour être toujours passante, et avoir un débit variable commandé en fonction d'une pression P1 à l'intérieur dudit réservoir tampon, et/ou d'une pression P2 en sortie d'au moins un desdits générateurs, et/ou d'une pression P3 d'alimentation desdits moyens de distribution,
- ledit système de commande est en outre configuré pour commander ladite seconde vanne,
- au moins certaines desdites entrées desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique d'alimentation en air reliée à ladite sortie de ladite ligne de circulation, et/ou au moins certaines desdites sorties desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique de sortie d'azote, - lesdits consommateurs comprennent des moyens d'alimentation en azote de joints d'étanchéité, en particulier de compresseurs dudit navire, des moyens d'alimentation d'espaces d'isolation, en particulier de cuves dudit navire, et des moyens de purge, en particulier de lignes d'alimentation dudit navire,
- lesdits générateurs sont configurés pour fonctionner en mode tout ou rien, - lesdits générateurs sont identiques et dimensionnés de façon à être chacun apte à alimenter seul un desdits consommateurs dont la consommation en termes de débit est destinée à être stable et continu. La présente invention concerne également un procédé de production et de distribution d'azote au moyen d'un dispositif tel que décrit ci-dessus, comportant les étapes de :
a) production d'azote par lesdits générateurs, et
b) recirculation d'azote à travers ladite ligne de recirculation.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- lesdits moyens de distribution sont alimentés en azote lors des étapes a) et b), - le débit de recirculation d'azote à travers ladite ligne de recirculation est surveillé et au moins un desdits générateurs est arrêté lorsque la valeur de ce débit dépasse un seuil prédéterminé.
Selon un troisième aspect, l'invention propose un dispositif de production et de distribution d'azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié, comportant :
- des générateurs d'azote comportant chacun une entrée d'air et une sortie d'azote, au moins un de ces générateurs comportant un compresseur comportant un rotor de compression d'air,
- un réservoir tampon de stockage d'azote, et
- des moyens de distribution d'azote destinés à alimenter en azote au moins deux consommateurs distincts,
caractérisé en ce qu'il comprend au moins un système de variation de fréquence ou de vitesse dudit rotor.
La production d'azote d'un générateur est notamment fonction de la fréquence ou de la vitesse du rotor du compresseur de ce générateur, et est donc réglable en fonction des besoins des consommateurs. Pour limiter le nombre de cycles « start&stop », la fréquence du rotor d'un générateur peut être diminuée par exemple si le besoin en azote n'est pas important, plutôt que de recourir à l'arrêt complet du générateur. Le dispositif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- ledit système est configuré pour être commandé en fonction d'une pression P1 à l'intérieur dudit réservoir tampon,
- au moins certains desdits générateurs comprennent, d'amont en aval, depuis l'entrée jusqu'à la sortie d'azote, ledit compresseur, un séparateur d'air de fluide(s), tels que de l'eau et/ou de l'huile, un réchauffeur d'air, et une membrane de filtration configurée pour séparer l'azote du reste de l'air ; dans la pratique, les technologies de séparation par membrane fonctionnent en retenant l'azote et en laissant la perméation du reste des composants de l'air,
- ladite sortie d'au moins un desdits générateurs est reliée à une entrée dudit réservoir tampon,
- au moins certaines desdites entrées desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique d'alimentation en air, et/ou au moins certaines desdites sorties desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique de sortie d'azote,
- le dispositif comprend des premiers moyens de distribution d'azote sortant dudit réservoir tampon pour l'alimentation d'au moins un desdits consommateurs, et des seconds moyens de distribution d'azote sortant d'au moins un desdits générateurs, sans passer par ledit réservoir tampon, pour l'alimentation d'au moins un autre desdits consommateurs,
- ledit système de variation est configuré pour faire varier la fréquence ou la vitesse dudit rotor dudit au moins un générateur destiné à alimenter lesdits seconds moyens de distribution,
- lesdits consommateurs comprennent des moyens d'alimentation en azote de joints d'étanchéité, en particulier de compresseurs dudit navire, des moyens d'alimentation d'espaces d'isolation, en particulier de cuves dudit navire, et des moyens de purge, en particulier de lignes d'alimentation dudit navire,
- lesdits générateurs sont configurés pour fonctionner en mode tout ou rien, et - lesdits générateurs sont identiques et dimensionnés de façon à être chacun apte à alimenter seul un desdits consommateurs dont la consommation en termes de débit est destinée à être stable et continu.
La présente invention concerne également un procédé de production et de distribution d'azote au moyen d'un dispositif tel que décrit ci-dessus, comportant les étapes de :
a) production d'azote par lesdits générateurs, et
b) variation de la fréquence ou de la vitesse du rotor d'au moins un desdits générateurs.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- ledit réservoir tampon et lesdits moyens de distribution sont simultanément alimentés en azote lors des étapes a) et b),
- de l'azote est prélevé dudit réservoir tampon et utilisé pour alimenter lesdits moyens de distribution de l'ensemble des consommateurs.
Selon un quatrième aspect, l'invention propose un dispositif de production et de distribution d'azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié, comportant :
- des générateurs d'azote comportant chacun une entrée d'air et une sortie d'azote, au moins un de ces générateurs comportant un compresseur comportant un rotor de compression d'air, et
- un réservoir tampon de stockage d'azote,
caractérisé en ce qu'il comprend au moins un système de variation de fréquence ou de vitesse du rotor dudit au moins un générateur à compresseur, et en ce qu'il comprend en outre des moyens principaux de distribution d'azote sortant dudit au moins un générateur à compresseur, sans passer par ledit réservoir tampon, pour l'alimentation en azote d'au moins deux consommateurs distincts.
Les inventeurs ont constaté qu'à une pression d'azote délivrée donnée, la pureté en diazote augmente lorsque le débit diminue. Ainsi, pour une pureté spécifiée à 97% de diazote à débit nominal, une réduction du débit conduit à produire une sur-qualité d'azote avec une suralimentation en air en amont. La variation de la fréquence ou de la vitesse du rotor du compresseur du générateur d'azote permet de garantir une production suffisante d'azote à une pureté suffisante, tout en optimisant la consommation en air des générateurs.
Le réservoir tampon est ici utilisé comme source d'appoint en azote, les générateurs étant reliés directement aux consommateurs et donc configurés pour alimenter directement les consommateurs.
Dans la présente demande, on entend par moyens « principaux » de distribution d'azote, des moyens qui sont destinés à acheminer la majorité ou la totalité du débit d'azote produit par le ou les générateurs qui fonctionnement. Au contraire, des moyens « secondaires » de distribution d'azote sont destinés à acheminer qu'une partie minoritaire du débit d'azote produit.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- ledit au moins un générateur à compresseur comprend, d'amont en aval, depuis l'entrée jusqu'à la sortie d'azote, ledit compresseur, un séparateur d'air de fluide(s), tels que de l'eau et/ou de l'huile, un réchauffeur, et une membrane de filtration configurée pour séparer l'azote du reste de l'air ; dans la pratique, les technologies de séparation par membrane fonctionnent en retenant l'azote et en laissant la perméation du reste des composants de l'air,
- au moins certaines desdites entrées desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique d'alimentation en air, et/ou au moins certaines desdites sorties desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique de sortie d'azote,
- ledit port unique de sortie d'azote est relié, de préférence par une vanne, à une entrée dudit réservoir tampon et auxdits moyens principaux de distribution d'azote,
- le dispositif comprend des moyens secondaires de distribution d'azote sortant dudit réservoir tampon pour l'alimentation d'au moins certains desdits consommateurs, - les moyens principaux de distribution sont reliés aux moyens secondaires de distribution par une vanne,
- lesdits consommateurs comprennent des moyens d'alimentation en azote de joints d'étanchéité, en particulier de compresseurs dudit navire, des moyens d'alimentation d'espaces d'isolation, en particulier de cuves dudit navire, et des moyens de purge, en particulier de lignes d'alimentation dudit navire,
-lesdits moyens principaux de distribution d'azote alimentent directement au moins lesdits moyens d'alimentation en azote de joints d'étanchéité, et lesdits moyens d'alimentation d'espaces d'isolation,
- lesdits moyens principaux de distribution d'azote comprennent au moins un capteur de pression et/ou de débit, ce capteur étant relié à un système de commande dudit système de variation de fréquence ou de vitesse,
- lesdits générateurs sont identiques et surdimensionnés de façon à être chacun apte à alimenter seul au moins un desdits consommateurs dont la consommation en terme de débit est destinée à être stable et continu, lorsque ce générateur est régulé à une charge inférieure à 100% au moyeu dudit système de variation.
La présente invention concerne également un procédé de production et de distribution d'azote au moyen d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes, comportant les étapes de :
a) production d'azote par lesdits générateurs,
b) variation de la fréquence ou de la vitesse du rotor dudit au moins un générateur à compresseur, et
c) alimentation d'au moins certains desdits consommateurs sans passer par ledit réservoir tampon.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- la fréquence ou la vitesse du rotor dudit au moins un générateur à compresseur est commandée de façon à ce que la pression ou le débit soit supérieure ou égale à une valeur seuil dans lesdits moyens principaux de distribution d'azote, - la valeur seuil de pression dans lesdits moyens principaux de distribution d'azote est de 5 barg, et
- ledit réservoir tampon est alimenté en azote si et seulement si la pression mesurée dans lesdits moyens principaux de distribution est supérieure à ladite valeur seuil de pression, et si la pression mesurée dans ledit réservoir tampon est inférieure à une valeur limite inférieure.
Un seul des générateurs peut être utilisé pour produire de l'azote, lorsque le débit en azote demandé par lesdits consommateurs est inférieur au débit maximum d'azote que peut produire ce générateur à lui seul.
Au moins deux des générateurs voire tous les générateurs peuvent être utilisés pour produire de l'azote, lorsque le débit en azote demandé par lesdits consommateurs est supérieur au débit maximum d'azote que peut produire chacun de ces générateurs, mais que ce débit en azote demandé est inférieur aux débits maximums d'azote cumulés que peuvent produire ces générateurs lorsqu'ils fonctionnent simultanément.
Au moins deux des générateurs voire tous les générateurs peuvent être utilisés pour produire de l'azote, lorsque le débit en azote demandé par lesdits consommateurs est supérieur aux débits maximums d'azote cumulés que peuvent produire ces générateurs lorsqu'ils fonctionnent simultanément. Le réservoir tampon peut être utilisé pour fournir un débit d'azote complémentaire et suffisant pour répondre à la demande des consommateurs, en particulier lors d'une mise en froid de la cuve à laquelle sont reliés ces consommateurs. Avantageusement, un débit maximum d'azote est demandé par lesdits consommateurs, et en particulier par un seul desdits consommateurs, pour la mise en froid d'une cuve de stockage de gaz liquéfié.
Le débit d'azote peut être demandé par le ou lesdits consommateur(s) pour la mise en froid de la cuve sans que celle-ci ait subi au préalable un inertage, la cuve pouvant être amenée à une température supérieure à -40°C grâce à son alimentation en azote. Le débit d'azote peut être demandé par le ou lesdits consommateur(s) pour la mise en froid de la cuve après que celle-ci ait subi un inertage, la cuve pouvant être amenée à une température supérieure à -10°C voire 0°C grâce à son alimentation en azote.
Les caractéristiques des différents aspects de l'invention peuvent être combinées entre elles même si ces combinaisons ne sont pas forcément décrites dans le détail dans les modes de réalisation décrits dans ce qui suit. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de production et de distribution d'azote,
- la figure 2 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif de production et de distribution d'azote selon l'invention,
- les figures 3 à 5 sont des vues schématiques correspondant à la figure 1 et illustrant des étapes d'un procédé selon l'invention,
- la figure 6 est une vue schématique d'une variante de réalisation d'un dispositif de production et de distribution d'azote selon l'invention,
- la figure 7 est une vue schématique d'une autre variante de réalisation d'un dispositif de production et de distribution d'azote selon l'invention,
- la figure 8 est une vue schématique d'une autre variante de réalisation d'un dispositif de production et de distribution d'azote selon l'invention,
- les figures 9 à 14 sont des vues schématiques correspondant à la figure 8 et illustrant des étapes d'un procédé selon l'invention,
- la figure 15 est un diagramme montrant de manière très schématique la production d'azote des générateurs d'un dispositif de la technique antérieure, par rapport à la demande en azote d'un important consommateur en azote, - la figure 1 6 est un diagramme montrant de manière très schématique la production d'azote des générateurs d'un autre dispositif, par rapport à la demande en azote d'un important consommateur en azote, les générateurs étant chacun ici à débit fixe,
- la figure 17 est un diagramme montrant de manière très schématique la production d'azote des générateurs du dispositif de l'invention, par rapport à la demande en azote d'un important consommateur en azote, les générateurs étant chacun ici à débit variable, et
- la figure 18 est un diagramme récapitulatif et comparatif des dispositifs des figures 15 à 17.
DESCRIPTION DETAILLEE
Dans la description qui suit, les termes « amont » et « aval » font référence à l'écoulement d'un fluide, tel qu'un gaz ou un liquide, dans une conduite ou un circuit.
La figure 1 montre un dispositif 10 de production et de distribution d'azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié.
Le dispositif 10 comprend pour l'essentiel des générateurs d'azote 12 comportant chacun une entrée d'air 12a et une sortie d'azote 12b, un réservoir tampon 14 de stockage d'azote, et des moyens 1 6 de distribution d'azote destinés à alimenter en azote des consommateurs 18, 20 et 22.
Les générateurs 12 sont au nombre de deux et sont montés en parallèle, leurs entrées 12a étant reliées ensemble et raccordées à un port unique 24 d'alimentation en air des générateurs. Leurs sorties 12b sont reliées ensemble par un collecteur, et raccordées à une entrée 14a du réservoir tampon 14.
Chaque générateur 12 comprend, d'amont en aval, c'est-à-dire depuis l'entrée 12a jusqu'à la sortie 12b, un compresseur d'air 26, un séparateur 28 d'air de fluide(s), tels que de l'eau et/ou de l'huile, un réchauffeur 30 d'air, et une membrane 32 de filtration configurée pour séparer l'azote du reste de l'air. Le compresseur 26 de chaque générateur est par exemple du type à rotor de compression. Le rotor est par exemple à piston, à vis ou à aubes. Le réservoir tampon 14 est équipé d'une vanne de surpression 34, configurée pour autoriser la libération d'azote contenu dans le réservoir 14 vers l'extérieur, lorsque la pression à l'intérieur du réservoir 14 dépasser une valeur seuil prédéterminée, par exemple 1 1 barg.
Le réservoir tampon 14 est en outre équipé d'un capteur de pression 36 configuré pour mesurer la pression d'azote, notée P1 , à l'intérieur du réservoir 14.
Le réservoir tampon 14 comprend également une sortie d'azote 14b reliée par les moyens de distribution 1 6 aux consommateurs 18, 20 et 22. Les moyens de distribution 1 6 comprennent ici des vannes de détente 38, 38' dont une entrée est reliée à la sortie 14b, et dont une sortie est reliée à un consommateur 18, 20, 22. Chaque vanne de détente est configurée pour être alimentée en amont en azote à une pression quelconque (via le réservoir 14) et à délivrer en aval une pression constante au consommateur correspondant. Les vannes 38 reliées aux consommateurs 20, 22 sont configurées pour délivrer de l'azote à une pression de consommation notée Pc1 , qui est par exemple de 5 barg. La vanne 38' reliée au consommateur 18 est configurée pour délivrer de l'azote à une pression de consommation notée Pc2, qui est par exemple de 0,5 barg.
Dans l'exemple représenté, le consommateur 18 est de type III et comprend par exemple des moyens d'alimentation en azote d'espaces d'isolation, par exemple de cuves de stockage de gaz liquéfié du navire. Le consommateur 20 est de type II et comprend par exemple des moyens de purge de lignes de circulation de fluide du navire. Le consommateur 22 est de type I et comprend des moyens d'alimentation en azote de joints d'étanchéité de paliers de compresseurs du navire. Les types I, Il et III ont été présentés dans ce qui précède.
Le dispositif 10 comprend en outre un système 40 de commande des générateurs 14, et en particulier des compresseurs 26 des générateurs, en fonction notamment de signaux émis par le capteur de pression 36.
L'un des générateurs 12 est considéré comme un générateur principal et l'autre des générateurs est considéré comme un générateur relai. Chaque générateur est configuré pour fonctionner en mode tout ou rien, et est commandé par le système 40.
Le générateur principal est configuré pour produire de l'azote lorsque la pression dans le réservoir 14, mesurée par le capteur 36, est comprise entre 6 et 9 barg. Le générateur relai est configuré pour produire de l'azote lorsque la pression dans le réservoir 14, mesurée par le capteur 36, est comprise entre 5 et 8 barg. Le système 40 commande les générateurs 14 en fonction des besoins en azote des consommateurs de façon à ce que la pression P1 dans le réservoir tampon soit à une valeur maximale de 10 barg environ. Ainsi, lorsque la consommation en azote est telle que la pression P1 diminue en dessous de 9 bars, le système 40 actionne le générateur principal pour produire de l'azote et remplir le réservoir tampon 14. Lorsque la consommation en azote est telle que la pression P1 diminue en dessous de 8 bars, le système 40 actionne les générateurs principal et relai pour produire de l'azote et remplir le réservoir tampon 14. Ce mode de fonctionnement « start&stop » permet de garantir une quantité maximale d'azote disponible dans le réservoir tampon 14 mais entraîne une usure accélérée des générateurs et donc une réduction de leur durée de vie. Ces générateurs sont par ailleurs coûteux car ils sont surdimensionnés (et identiques) pour qu'ils puissent chacun être suffisant pour alimenter le plus important consommateur d'azote, en terme de débit, à savoir le consommateur 18 de type III. Ils ont par exemple chacun une capacité de production d'azote de 150 Nm3/h à 10 barg.
Les figures 2 à 5 illustrent un premier mode de réalisation d'un dispositif 1 10 selon l'invention qui comprend pour l'essentiel les mêmes éléments que ceux du dispositif 10. La description qui précède en relation avec le dispositif 10 s'applique donc au dispositif 1 10 dans la mesure où elle ne contredit pas ce qui suit.
Dans la description qui suit, les éléments déjà décrits dans ce qui précède sont désignés par les mêmes chiffres de référence augmentés d'une centaine. Le dispositif 1 10 comprend ici trois générateurs 1 12 mais pourrait en comprendre davantage. Les générateurs 1 12 sont montés en parallèle, leurs entrées 1 12a étant reliées ensemble et raccordées à un port unique 124 et leurs sorties 1 12b étant reliées ensemble et raccordées à une entrée 1 14a du réservoir tampon 1 14.
Contrairement à la technique antérieure, les générateurs 1 12 ne sont ici pas surdimensionnés. Ils sont identiques et configurés pour qu'ils soient aptes à alimenter seul le consommateur 22 de type I, qui a une consommation stable. En pratique, chaque générateur est de préférence dimensionné pour produire un débit d'azote légèrement supérieur au débit constant de consommation d'azote d'un consommateur de type I. Ils ont par exemple chacun une capacité de production d'azote de 50 Nm3/h à 6 barg.
Chaque générateur 1 12 comprend, d'amont en aval, c'est-à-dire depuis l'entrée 1 12a jusqu'à la sortie 1 12b, un compresseur d'air 126, un séparateur 128 d'air de fluide(s), tels que de l'eau et/ou de l'huile, un réchauffeur 130 d'air, et une membrane 132 de filtration configurée pour séparer l'azote du reste de l'air.
Certains éléments des générateurs 1 12 peuvent être communalisés. C'est le cas par exemple des séparateurs 128 et des réchauffeurs 130 des générateurs, comme cela est schématiquement représenté par des rectangles en traits pointillés à la figure 2. Ainsi, le dispositif 1 10 peut comprendre un séparateur 128 commun aux trois générateurs 1 12, ou à seulement deux d'entre eux. De la même façon, le dispositif 1 10 peut comprendre un réchauffeur 130 commun aux trois générateurs 1 12, ou à seulement deux d'entre eux.
Les sorties 1 12b des générateurs 1 12 sont reliées par une vanne 142 à l'entrée 14a du réservoir tampon 1 14. Un capteur de pression 144 est prévu en amont de la vanne 142 et permet de mesurer la pression d'azote, notée P2, en sortie des générateurs 1 12. Le réservoir tampon 1 14 est en outre équipé de deux capteurs de pression 136 et 146 configurés pour mesurer la pression P1 à l'intérieur du réservoir. Les capteurs 136, 146 peuvent être remplacés par un seul et même capteur. Les signaux émis par les capteurs 144 et 136 sont destinés à être reçus par le système 140 qui commande en fonction un moyen 148 de commande de la vanne 142. De la même façon, les signaux émis par le capteur 146 sont destinés à être reçus par le système 140 qui commande en fonction un moyen 150 de commande d'une vanne 152 de recirculation d'azote.
Le dispositif 1 10 comprend une ligne 154 de recirculation d'azote dont une extrémité amont est reliée à la ou une sortie 1 14b d'azote du réservoir 1 14, et dont une extrémité aval opposée est reliée aux entrées 1 12a des générateurs 1 12.
La ligne 154 est équipée de la vanne 152 ainsi que d'une vanne anti- retour 156. Elle peut en outre être équipée d'un débitmètre 158 dont les signaux sont destinés à être transmis au système 140. Le débitmètre 158 permet de connaître la quantité d'azote produit en excès. Dans le cas où le débit d'azote produit en excès et circulant dans la ligne 154, est trop important, le système 140 peut commander l'arrêt d'un des générateurs 1 12 lorsque deux générateurs sont en cours de fonctionnement.
Le moyen 150 est configuré pour actionner la vanne 152 lorsque la pression dans le réservoir 1 14, mesurée par le capteur 146, dépasse un certain seuil, par exemple de l'ordre de 10 barg.
La ligne 154 permet, en cas de surproduction d'azote, de réutiliser l'azote produit en excès afin d'éviter d'arrêter les générateurs et donc de limiter le nombre de cycles « start&stop ».
Le réservoir tampon 1 14 est équipé d'une vanne de surpression 134 et sa sortie 1 14b est reliée par des premiers moyens de distribution 1 1 6a aux consommateurs de type II et III, à savoir les consommateurs 1 18 et 120.
Les moyens de distribution 1 1 6a comprennent ici des vannes de détente 138, 138' dont l'entrée est reliée à la sortie 1 14b, et dont une sortie est reliée à un consommateur 1 18, 120.
Le dispositif 1 10 comprend en outre des seconds moyens 1 1 6b de distribution directe d'azote au consommateur de type I, à savoir le consommateur 122. Ces moyens de distribution 1 1 6b comprennent ici une vanne de détente 138 dont l'entrée est reliée aux sorties 1 12b des générateurs 1 12, et dont une sortie est reliée au consommateur 122. Les sorties 1 12b des générateurs 1 12 sont donc reliées ensemble pour former une première branche d'un raccord en Y dont une seconde branche est reliée par la vanne 142 à l'entrée 1 14a du réservoir, et dont une troisième branche est reliée à la vanne 138 et au consommateur 122. L'alimentation directe du consommateur 122, qui demande un débit d'azote constant et sur une période relativement longue, permet d'éviter les nombreux cycles « start&stop » de fonctionnement des générateurs et donc de limiter leur usure. Par ailleurs, le réservoir 1 14 peut adopter une fonction de stockage d'azote et avoir une pression de stockage qui varie entre une valeur minimale et une valeur maximale, et non pas seulement une fonction tampon pour laquelle une pression de fonctionnement doit être maintenue constante.
Dans une variante non représentée, le consommateur alimenté en direct par les générateurs 1 12 pourrait être le consommateur 120 de type II. Les figures 3 à 5 illustrent des étapes de fonctionnement du dispositif
1 10 et en particulier d'un procédé de production et de distribution d'azote.
L'étape représentée à la figure 3 représente l'alimentation directe en azote du consommateur 122 ainsi que la recirculation d'azote si nécessaire.
Un des générateurs 1 12 est actionné par le système 140 et produit de l'azote avec un débit et une pression suffisantes pour couvrir le besoin du consommateur 122 de type I. La pression en azote est égale à 5 barg en aval de la vanne 138 des moyens 1 1 6b et est supérieure à 5barg en amont de cette vanne. Le surplus d'azote produit par le générateur est envoyé au réservoir tampon 1 14, à travers la vanne 142 qui reste ouverte en permanence.
Dans le cas où la pression d'azote à l'intérieur du réservoir 1 14, mesurée par le capteur 146, dépasse un certain seuil, par exemple 10 barg, la vanne 152 est ouverte et de l'azote est évacué du réservoir pour en diminuer la pression et le renvoyer aux entrées 1 12a des générateurs. Cet azote va donc être retraité par les générateurs pour augmenter le rendement de production d'azote du dispositif, c'est-à-dire l'enrichissement en azote du gaz en sortie des générateurs. L'étape représentée à la figure 4 représente également l'alimentation directe en azote du consommateur 122 ainsi que la recirculation d'azote si nécessaire.
Deux des générateurs 1 12 sont actionnés par le système 140 et produisent de l'azote avec un débit et une pression suffisante pour couvrir le besoin du consommateur 122 de type I, voire d'autres consommateurs. La pression en azote est égale à 5 barg en aval de la vanne 138 des moyens 1 1 6a et est supérieure à 5barg en amont de cette vanne. Le surplus d'azote produit par le générateur est envoyé au réservoir tampon 1 14, à travers la vanne 142 qui est ouverte.
Dans le cas où la pression d'azote à l'intérieur du réservoir 1 14, mesurée par le capteur 146, dépasse le seuil précité, la vanne 152 est ouverte et de l'azote est évacué du réservoir pour en diminuer la pression et le renvoyer aux entrées 1 12a des générateurs.
Lorsque les consommateurs ne demandent pas d'azote ou demandent un débit d'azote inférieur au débit d'azote produit, la pression d'azote dans le réservoir 1 14 augmente. Au-delà du seuil de pression, le moyen 150 commande l'ouverture de la vanne 152 et donc la recirculation d'une partie de l'azote contenu dans le réservoir de façon à maintenir sa pression interne à 10 barg. Dans le cas où le débit d'azote qui recircule est inférieur à une valeur seuil, les générateurs sont maintenus en fonctionnement. Dans le cas où ce débit serait supérieur à cette valeur seuil, un des générateurs pourrait être arrêté par le système 140.
Lorsque les consommateurs demandent un débit d'azote supérieur au débit d'azote produit, la pression d'azote dans le réservoir 1 14 diminue. Le système peut alors commander l'activation du troisième générateur 1 12 pour éviter que la pression dans le réservoir atteigne une valeur minimale, par exemple de 1 barg. Le dispositif est toutefois configuré pour que la pression dans le réservoir puisse descendre aussi bas, ce qui n'était pas le cas dans la technique antérieure. Avant l'activation d'un générateur, tel que le troisième, le système 140 peut commander l'activation du réchauffeur de ce générateur. Ceci permet de préchauffer le générateur en vue de son fonctionnement imminent. L'étape représentée à la figure 5 représente l'alimentation en azote des consommateurs 1 18 et 122. Le consommateur 1 18 nécessite un débit relativement important d'azote. C'est notamment le cas lors d'une mise en froid et de chargement d'une cuve de gaz liquéfié, l'espace d'isolation de cette cuve devant être alimenté en azote avec un fort débit et une faible pression.
Deux des générateurs 1 12 sont actionnés par le système 140 et produisent de l'azote, dont une partie alimente en direct le consommateur 122 et l'autre partie alimente le réservoir tampon 1 14. Dans les moyens de distribution 1 16b, la pression en azote est égale à 5 barg en aval de la vanne 138 et est supérieure ou égale à 5 barg en amont de cette vanne. Dans les moyens de distribution 1 1 6a, la pression en azote est égale à 0,5 barg en aval de la vanne 138' et est supérieure à 0,5 barg en amont de cette vanne.
La vanne 142 est commandée de façon à s'assurer que la pression en amont de la vanne 138 des moyens de distribution 1 1 6b, soit toujours supérieure à 5barg. Pour cela, la vanne 138 peut être quasi fermée de façon à ce que la totalité ou la quasi-totalité de l'azote produit par les générateurs alimentent le consommateur 122.
De manière générale, quelles que soient les conditions opérationnelles du dispositif 1 10, la vanne 142 est de préférence maintenue passante. Cela permet au réservoir tampon 1 14 d'être alimenté en azote à tout moment et de rééquilibrer les pressions en amont et en aval de la vanne 142, c'est-à-dire dans le collecteur de sortie d'azote des générateurs 1 12 et dans le réservoir 1 14. Si le débit d'azote consommé est important et supérieur au débit d'azote produit par les générateurs 1 12, la pression dans le réservoir va diminuer. Si la consommation d'azote s'arrête ou si le débit consommé est inférieur au débit d'alimentation, alors la pression dans le réservoir augmentera jusqu'à atteindre une valeur maximale. En particulier, la vanne 142 est configurée pour être complètement ouverte lorsque la pression à l'intérieur du réservoir est supérieure à 5 barg, et pour être partiellement ouverte lorsque la pression à l'intérieur du réservoir est inférieure à 5 barg, de façon à ce que la pression en amont de la vanne soit supérieure ou égale à 5 barg.
En variante, la vanne 142 pourrait être remplacée par une vanne à deux états, tout ou rien. Une conduite supplémentaire de liaison des sorties des générateurs à l'entrée du réservoir tampon serait alors nécessaire en parallèle de la vanne, de façon à assurer une communication fluidique entre les sorties des générateurs et l'entrée du réservoir tampon même lorsque la vanne est fermée.
La figure 6 illustre un second mode de réalisation d'un dispositif 210 selon l'invention qui comprend pour l'essentiel les mêmes éléments que ceux du dispositif 1 10. La description qui précède en relation avec le dispositif 1 10 s'applique donc au dispositif 210 dans la mesure où elle ne contredit pas ce qui suit.
Dans la description qui suit, les éléments déjà décrits dans ce qui précède sont désignés par les mêmes chiffres de référence augmentés d'au moins une centaine.
Le mode de réalisation de la figure 6 diffère de celui des figures 2 à 5 notamment en ce que les premiers moyens de distribution 21 6a sont reliés aux seconds moyens de distribution 21 6b par une ligne de dérivation 260 équipée d'une vanne 262 et/ou d'une vanne anti-retour.
La ligne de dérivation 260 est configurée pour autoriser le passage d'azote depuis les moyens de distribution 21 6a, et donc depuis le réservoir tampon 1 14, jusqu'au consommateur 122. La ligne 260 peut avoir une extrémité amont reliée aux moyens de distribution 21 6a, juste en amont des vannes 138, 138', et une extrémité aval reliée aux moyens de distribution 21 6b, juste en amont de la vanne 138. Les sorties 212b de deux des générateurs 212 sont ici reliées à l'entrée 214a du réservoir tampon 214 par une conduite dépourvue de vanne pour simplifier le dispositif 210. Le dispositif 210 est en outre dépourvu de ligne de recirculation même s'il pourrait en comprendre une.
De plus, le dispositif 210 comprend au moins un système 264 de variation de fréquence ou de vitesse du rotor d'un compresseur 226 d'au moins un des générateurs 212'. Le système 264 peut être commandé par le système 240. En variante, il peut être commandé manuellement, la fréquence ou la vitesse du rotor étant ajustée manuellement.
Dans l'exemple représenté, le système 264 est associé à un seul des compresseurs dont la sortie 212b' est reliée directement aux moyens de distribution 21 6b et n'est pas reliée aux sorties 212b des autres générateurs. Les sorties 212b des deux autres générateurs sont reliés à l'entrée 214a du réservoir, comme évoqué dans ce qui précède.
La figure 7 illustre un troisième mode de réalisation d'un dispositif 310 selon l'invention qui comprend pour l'essentiel les mêmes éléments que ceux du dispositif 210. La description qui précède en relation avec le dispositif 210 s'applique donc au dispositif 310 dans la mesure où elle ne contredit pas ce qui suit.
Dans la description qui suit, les éléments déjà décrits dans ce qui précède sont désignés par les mêmes chiffres de référence augmentés d'au moins une centaine.
Le mode de réalisation de la figure 7 diffère de celui de la figure 6 notamment en ce que le dispositif 310 comprend seulement des premiers moyens de distribution 31 6a, et ne comprend donc pas des seconds moyens de distribution directe d'azote depuis les sorties 312a des générateurs 312. Les moyens de distribution 31 6a sont donc reliés à la sortie 314b du réservoir tampon 314 et à l'ensemble des consommateurs 318, 320 et 322, par les vannes de détente 338, 338'. Les sorties 312b des générateurs sont toutes reliées ensemble et à l'entrée 314a du réservoir tampon. De plus, le dispositif 310 comprend un moyen 366 de commande du système 364 en fonction notamment de la pression dans le réservoir tampon 314, mesurée par le capteur de pression 346.
Dans le mode de réalisation de la figure 7, le générateur auquel est associé le système 364 peut être sous-dimensionné par rapport aux autres générateurs. Ce générateur est par exemple similaire à ceux 1 12, 212, 212 décrits dans ce qui précède, alors que les autres générateurs peuvent être du type de ceux utilisés dans la technique antérieure (qui sont en général surdimensionnés).
De manière générale, l'invention propose des solutions pour répondre au problème technique d'usure accélérée des générateurs d'azote du fait de leur mode de fonctionnement en tout ou rien ou « start&stop ».
Les figures 8 à 14 illustrent une autre variante de réalisation d'un dispositif 410 selon l'invention qui comprend pour l'essentiel les mêmes éléments que ceux du dispositif 10. La description qui précède en relation avec le dispositif 10 s'applique donc au dispositif 1 10 dans la mesure où elle ne contredit pas ce qui suit.
Dans la description qui suit, les éléments déjà décrits dans ce qui précède en référence à la figure 1 sont désignés par les mêmes chiffres de référence augmentés de quatre centaines.
Le dispositif 410 comprend ici deux générateurs 412 mais pourrait en comprendre davantage. Les générateurs 412 sont montés en parallèle, leurs entrées 412a étant reliées ensemble et raccordées à un port unique 424 et leurs sorties 412b étant reliées ensemble.
Chaque générateur 412 comprend, d'amont en aval, c'est-à-dire depuis l'entrée 412a jusqu'à la sortie 412b, un compresseur d'air 426, un séparateur 428 d'air de fluide(s), tels que de l'eau et/ou de l'huile, un réchauffeur 430 d'air, et une membrane 432 de filtration configurée pour séparer l'azote du reste de l'air. Dans la pratique, les technologies de séparation par membrane fonctionnent en retenant l'azote et en laissant la perméation du reste des composants de l'air. Certains éléments des générateurs 412 peuvent être communalisés, comme évoqué dans ce qui précède.
Les sorties 412b des générateurs 412 sont reliées par une vanne 442 à l'entrée 414a d'un réservoir tampon 414. Les sorties 421 b sont également reliées à des moyens principaux 41 6b de distribution d'azote aux consommateurs 418 et 422.
L'alimentation directe des consommateurs permet d'éviter les nombreux cycles « start&stop » de fonctionnement des générateurs et donc de limiter leur usure. Par ailleurs, le réservoir 414 peut adopter une fonction de stockage d'azote et avoir une pression de stockage qui varie entre une valeur minimale et une valeur maximale, et non pas seulement une fonction tampon pour laquelle une pression de fonctionnement doit être maintenue constante.
Une sortie 414b du réservoir tampon 414 est en outre reliée par des moyens secondaires 41 6a de distribution d'azote à au moins un des consommateurs, ici le consommateur 418 de type III. Le réservoir tampon 414 peut comprendre une autre sortie 414c reliée au consommateur 420 de type II.
Les moyens principaux de distribution 41 6b sont équipés de capteurs de pression 444a, 444b et de débit 445. Un capteur de pression 444a et un capteur de débit 445 sont situés juste en sortie des générateurs 412, et l'autre capteur de pression 444b plus en aval. Les capteurs 444a, 444b sont configurés pour mesurer des pressions P1 et P2 de l'azote dans les moyens 41 6b.
Le réservoir tampon 414 est en outre équipé d'un capteur de pression 446a configuré pour mesurer une pression P4 à l'intérieur du réservoir. Les moyens secondaires de distribution 416a sont équipés d'un capteur de pression 446b qui est configuré pour mesurer une pression P3.
Les moyens de distribution 41 6a, 416b comprennent, en amont de chaque consommateur 418, 420, 422, une vanne de détente 438, 438', 438".
Dans l'exemple représenté, les moyens de distribution principaux 41 6b comprennent deux lignes d'alimentation respectives des consommateurs 418, 420, 422. La première ligne 41 6b1 s'étend depuis les sorties 412b des générateurs 412 jusqu'au consommateur 422 et est équipée des capteurs 444a, 444b, et 445, ainsi que de la vanne 438. La seconde ligne 416b2 s'étend entre la première ligne 41 6b1 et le consommateur 418 et est équipée de la vanne 438' ainsi que d'une autre vanne 462 disposée en amont de la vanne 438'. La seconde ligne 41 6b2 est reliée à la première ligne 41 6b1 , en aval des capteurs 444a, 444b, 445 et en amont de la vanne 438. Une troisième ligne 41 6b3 s'étend entre la première ligne 416b1 et le consommateur 420 et est équipée de la vanne 438". La ligne 41 6b3 est uniquement reliée à la sortie 414c du réservoir tampon 414. Les moyens secondaires de distribution 416a sont reliés à la seconde ligne 41 6b2 et en aval de la vanne 462 et en amont de la vanne 438'. Ces moyens de distribution 41 6a sont équipés d'une vanne 443.
Les signaux émis par les capteurs 446a, 444b sont destinés à être reçus par des moyens de commande 448a, 448b, qui commandent en fonction les vannes 442 et 462. De la même façon, les signaux émis par le capteur 446b sont destinés à être reçus par un moyen de commande 448c qui commande en fonction la vanne 443.
Les signaux émis par les capteurs 444a, 445 sont destinés à être reçus par un système de commande 440 d'un système 464 de variation de fréquence ou de vitesse du rotor du compresseur 426 de chaque générateurs 412.
On comprend donc que la vitesse ou la fréquence de chaque rotor de compresseur est commandée en fonction de la pression et/ou du débit d'azote circulant dans les moyens principaux de distribution 416b.
A la différence du dispositif 1 10, où chaque générateur (tout ou rien) a une capacité légèrement supérieure au consommateur 422 régulier, les générateurs 412 du dispositif 410 ont ici des capacités supérieures, de sorte que le système de variation 464 puisse faire fonctionner un générateur à charge réduite (« bas » régime) et réponde à la demande du consommateur régulier 422. Et c'est lorsque la demande augmente, par exemple par un besoin additionnel du consommateur 418, que le système 464 permet d'augmenter la production du générateur.
Le « bas » régime correspond par exemple à un point de fonctionnement de 50Nm3/h à 6 barg, ce qui correspond à environ 30 à 50% de la capacité nominale du générateur. Ce régime « bas » répond à la consommation régulière stable, c'est-à-dire au besoin du consommateur 422.
La capacité maximale des générateurs n'est plus corrélée à la demande maximale qui reste occasionnelle.
Les figures 9 à 14 illustrent des étapes de fonctionnement du dispositif
410 et en particulier d'un procédé de production et de distribution d'azote.
L'étape représentée à la figure 9 représente l'alimentation directe en azote du consommateur 422 voir éventuellement du consommateur 418.
Un des générateurs 412 est actionné par le système 440 et produit de l'azote avec un débit et une pression suffisantes pour couvrir le besoin du consommateur 422 de type I. La pression en azote est égale à 5 barg en aval de la vanne 438 des moyens 41 6b et est supérieure à 5barg en amont de cette vanne. Contrairement au dispositif 1 10, il n'y a plus de surplus de production d'azote, puisque l'on vient piloter le générateur pour produire ce qui est demandé. Dans le cas du régime de fonctionnement de la figure 9, il n'y a essentiellement que le consommateur 422 qui consomme. Le consommateur 418 peut potentiellement consommer un faible débit ou aucun, qui passe alors à travers les vannes 462, 438' qui sont ouvertes.
Le compresseur du générateur 412 qui fonctionne peut être à une charge de 30 à 50% de sa capacité nominale. Cette charge est régulée par le système 440 en fonction du débit consommé mesuré par le capteur 444a. Le capteur 445 permet de s'assurer du régime de fonctionnement et que la vanne 438 est bien alimentée avec une pression au moins égale à 5 barg. Les vannes 442 et 443 sont fermées. La vanne 462 est totalement ouverte pour les petites demandes d'azote du consommateur 418. La vanne 438' est donc ouverte. La figure 9 représente donc l'état du dispositif en consommation normale stable.
L'étape de la figure 10 représente un accroissement de la demande en azote des consommateurs 422 et 418. La pression ou le débit de production d'azote est supérieure à la précédente étape.
L'augmentation de débit consommé mesurée par le capteur 444a ainsi que la pression mesurée par le capteur 445 montrent dans ce cas une augmentation du débit. Le système 440 augmente la charge du compresseur afin de répondre à la demande. Les vannes 442 et 443 sont fermées. La vanne 462 est totalement ouverte pour les petites demandes d'azote du consommateur 418. La vanne 438' est donc ouverte.
Un seul générateur 412 fonctionne à l'étape 10 contre deux dans l'étape suivante illustrée à la figure 1 1 , qui montre un état du dispositif correspondant à une grande consommation.
Les deux générateurs 412 sont actionnés par le système 440 et produisent de l'azote avec un débit et une pression suffisante pour couvrir le besoin des consommateurs 422 et 418. Le consommateur 418 nécessite ici un débit relativement important d'azote. C'est notamment le cas lors d'une mise en froid et de chargement d'une cuve de gaz liquéfié, l'espace d'isolation de cette cuve devant être alimenté en azote avec un fort débit et une faible pression.
Suite à cette augmentation de consommation qui amène le compresseur démarré en premier à environ 80% de sa charge, le compresseur du deuxième générateur démarre donc. Afin d'avoir des pressions de sortie équilibrées, la charge globale est répartie sur les deux compresseurs. Par exemple, les deux compresseurs peuvent être régulés à une charge de 40% environ. On considère dans les cas de « grande consommation » que le débit demandé est inférieur ou égal à la capacité totale des deux des compresseurs (2x100%). Les vannes 442 et 443 sont fermées. La vanne 462 est totalement ouverte pour les petites demandes d'azote du consommateur 418. La vanne 438' est donc ouverte.
Un pic de consommation correspond au cas où le débit demandé est supérieur la capacité totale des deux des compresseurs (2x100%). Lorsque cette consommation dépasse la capacité, la pression délivrée va chuter. Lorsque la pression va s'approcher des 5 barg, le réservoir tampon 414 est utilisé afin de compléter la production d'azote et maintenir la pression nécessaire demandée par les consommateurs (figure 12). La pression d'azote dans le réservoir 414 diminue alors. La vanne 443 s'ouvre et distribue l'azote stocké afin de maintenir une pression suffisante en amont de la vanne 438'. La vanne 462 se ferme progressivement afin de maintenir une pression suffisante en amont de la vanne 438. La vanne 442 reste fermée. On considère que le pic de consommation est passé lorsque la pression P2 mesurée par le capteur 444b remonte à une valeur suffisante.
Le cas d'une diminution du débit ou de la pression d'azote demandée par les consommateurs (figure 13) est similaire au cas d'une augmentation de ce débit ou de cette pression comme illustrée à la figure 1 1 .
L'étape représentée à la figure 14 représente l'alimentation en azote des consommateurs et du réservoir tampon 414. Deux des générateurs 412 sont actionnés par le système 440 et produisent de l'azote, dont une partie alimente en direct le consommateur 422 et l'autre partie alimente le réservoir tampon 414. Dans les moyens de distribution 416b, la pression en azote est égale à 5 barg en aval de la vanne 438 et est supérieure ou égale à 5 barg en amont de cette vanne. Dans les moyens de distribution 416a, la pression en azote est égale à 0,5 barg en aval de la vanne 438' et est supérieure à 0,5 barg en amont de cette vanne.
Lorsque les consommateurs ne demandent pas d'azote ou demandent un débit d'azote inférieur au débit d'azote produit, la pression d'azote dans le réservoir 414 augmente. Au-delà du seuil de pression, le moyen 448c commande l'ouverture de la vanne 443.
En régime de consommation normale, hors pic, le réservoir 414 doit rester plein, de préférence à la pression la plus haute qui peut être produite par les générateurs 412, par exemple entre 10 et 12 barg. Si, et seulement si, la pression P2 mesurée par le capteur 444b est supérieure à 5 barg et la pression P4 mesurée par le capteur 446a est inférieure à 8 barg (par exemple), alors la vanne 442 commence à s'ouvrir pour permettre d'alimenter en azote le réservoir et augmenter ainsi sa pression. Les deux compresseurs peuvent être utilisés à 100% pour atteindre cette pression maximale de remplissage de 10 à 12 barg.
La vanne 442 est de toute façon commandée de façon à s'assurer que la pression en amont de la vanne 438 des moyens de distribution 416b, soit toujours supérieure à 5barg. Pour cela, la vanne 438 peut être quasi fermée de façon à ce que la totalité ou la quasi-totalité de l'azote produit par les générateurs alimentent le consommateur 122. La figure 15 illustre l'art antérieur à la présente invention et le fait que les générateurs sont identiques et surdimensionnés de façon à être aptes à fournir un débit d'azote suffisant pour alimenter le plus important consommateur d'azote, en terme de débit, c'est-à-dire le consommateur de type III. N1 et N2 sont des niveaux, respectivement bas et supérieur, de demandes en azote des consommateurs. Les niveaux L1 et L2 sont respectivement les capacités de production d'azote des deux générateurs G1 et G2. La capacité L1 du premier générateur permet de couvrir le niveau N1 mais pas le niveau N2. Pour couvrir le niveau N2, il est nécessaire de faire fonctionner simultanément les deux générateurs qui produisent alors un débit d'azote supérieur à N2 et qui correspond au débit d'azote (MAX) du plus gros consommateur d'azote de type III.
La figure 1 6 illustre un cas similaire avec trois générateurs (G1 , G2 et G3) au lieu de deux ainsi qu'un réservoir tampon (RT). N1 et N2 sont les niveaux, respectivement bas et supérieur, de demandes en azote des consommateurs. Les niveaux L1 , L2 et L3 sont respectivement les capacités de production d'azote des trois générateurs. La capacité L1 du premier générateur permet de couvrir le niveau N1 . Les capacités cumulées L1 , L2 et L3 permettent de couvrir le niveau N2. Au-delà, en plus des trois générateurs, le réservoir tampon est utilisé pour fournir davantage d'azote et compléter le débit fourni jusqu'au débit d'azote (MAX) du plus gros consommateur d'azote de type III.
La figure 17 illustre un des aspects de l'invention et le fait que le dispositif comprend des générateurs à débit variable. En fonction de la demande, un ou plusieurs des générateurs fourniront de l'azote. Si la demande en azote est faible, un seul des générateurs est mis en fonctionnement et la vitesse ou la fréquence de son rotor est contrôlée pour fournir le débit demandé. Si le débit demandé est supérieur au débit maximum que peut produire un seul générateur, les deux générateurs sont mis en fonctionnement. Les capacités L1 et L2 cumulées des générateurs sont égales à N2. Le réservoir tampon est utilisé pour fournir de manière ponctuelle un surplus de débit nécessaire pour satisfaire la demande, et donc au débit supplémentaire nécessaire pour passer du niveau N2 au niveau MAX.
Dans un exemple de réalisation de l'invention, le niveau N2 correspondant au débit demandé par le consommateur de type III lors d'une mise en froid d'une cuve. La cuve peut être vidée et amenée à une température supérieure à -40°C. Dans le cas où elle n'est pas soumise à une étape d'inertage consistant à injecter du gaz inerte dans la cuve en vue d'évacuer l'air, la cuve peut être remplie à nouveau avec du gaz liquéfié. Avant cela, il est toutefois nécessaire de la mettre en froid grâce au consommateur de type III. Le débit N2 correspond ainsi au débit nécessaire pour l'alimentation de ce consommateur.
Le niveau MAX correspondant au débit demandé par le même consommateur lors d'une mise en froid d'une cuve qui a préalablement été inertée. La cuve peut être vidée et amenée à une température supérieure à - 10°C voire 0°C. Elle peut subir une ou plusieurs étapes d'inertage consistant à injecter du gaz inerte dans la cuve en vue d'évacuer l'air qui s'y trouve du fait d'une opération de maintenance par exemple réalisée dans la cuve. La cuve peut être remplie à nouveau avec du gaz liquéfié. Avant cela, il est toutefois nécessaire de la mettre en froid grâce au consommateur de type III. Le débit NMAX correspond ainsi au débit nécessaire pour l'alimentation de ce consommateur.
Le niveau N1 peut correspondre au débit demandé en continu par l'un ou l'autre des autres consommateurs, par exemple celui de type I.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif (410) de production et de distribution d'azote, en particulier pour un navire de transport de gaz liquéfié, comportant :
- des générateurs d'azote (412) comportant chacun une entrée d'air (412a) et une sortie d'azote (412b), au moins un de ces générateurs (412) comportant un compresseur (426) comportant un rotor de compression d'air, et
- un réservoir tampon (414) de stockage d'azote,
caractérisé en ce qu'il comprend au moins un système (464) de variation de fréquence ou de vitesse du rotor dudit au moins un générateur à compresseur, et en ce qu'il comprend en outre des moyens principaux (41 6b) de distribution d'azote sortant dudit au moins un générateur à compresseur, sans passer par ledit réservoir tampon, pour l'alimentation en azote d'au moins deux consommateurs (418, 420, 422) distincts.
2. Dispositif (410) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un générateur à compresseur comprend, d'amont en aval, depuis l'entrée (412a) jusqu'à la sortie d'azote (412b), ledit compresseur (426), un séparateur d'air de fluide(s) (428), tels que de l'eau et/ou de l'huile, un réchauffeur (430), et une membrane (432) de filtration configurée pour séparer l'azote du reste de l'air.
3. Dispositif (410) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins certaines desdites entrées (412a) desdits générateurs (412) sont raccordées ensemble et à un port unique d'alimentation en air, et/ou au moins certaines desdites sorties (412b) desdits générateurs sont raccordées ensemble et à un port unique de sortie d'azote.
4. Dispositif (410) selon la revendication précédente, dans lequel ledit port unique de sortie d'azote est relié, de préférence par une vanne (442), à une entrée (414a) dudit réservoir tampon (1 14) et auxdits moyens principaux de distribution d'azote (41 6b).
5. Dispositif (410) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il comprend des moyens secondaires (41 6a) de distribution d'azote sortant dudit réservoir tampon (414) pour l'alimentation d'au moins certains (418, 420, 422) desdits consommateurs.
6. Dispositif (410) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens principaux de distribution (416b) sont reliés aux moyens secondaires de distribution (41 6a) par une vanne (462).
7. Dispositif (410) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits consommateurs (418, 420, 422) comprennent des moyens (422) d'alimentation en azote de joints d'étanchéité, en particulier de compresseurs dudit navire, des moyens (418) d'alimentation d'espaces d'isolation, en particulier de cuves dudit navire, et des moyens de purge (420), en particulier de lignes d'alimentation dudit navire.
8. Dispositif (410) selon la revendication précédente, dans lequel lesdits moyens principaux (41 6b) de distribution d'azote alimentent directement au moins lesdits moyens (422) d'alimentation en azote de joints d'étanchéité, et lesdits moyens (418) d'alimentation d'espaces d'isolation.
9. Dispositif (410) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens principaux (41 6b) de distribution d'azote comprennent au moins un capteur (470, 472) de pression et/ou de débit, ce capteur étant relié à un système (440) de commande dudit système (464) de variation de fréquence ou de vitesse.
10. Dispositif (410) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits générateurs (412) sont identiques et surdimensionnés de façon à être chacun apte à alimenter seul au moins un desdits consommateurs dont la consommation en terme de débit est destinée à être stable et continu, lorsque ce générateur est régulé à une charge inférieure à 100% au moyeu dudit système de variation.
1 1 . Procédé de production et de distribution d'azote au moyen d'un dispositif (410) selon l'une des revendications précédentes, comportant les étapes de :
a) production d'azote par lesdits générateurs (412), b) variation de la fréquence ou de la vitesse du rotor dudit au moins un générateur à compresseur (412), et
c) alimentation d'au moins certains (418, 420, 422) desdits consommateurs sans passer par ledit réservoir tampon (414).
12. Procédé selon la revendication 1 1 , dans lequel la fréquence ou la vitesse du rotor dudit au moins un générateur à compresseur est commandée de façon à ce que la pression ou le débit soit supérieure à une valeur seuil dans lesdits moyens principaux (41 6b) de distribution d'azote.
13. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la valeur seuil de pression dans lesdits moyens principaux (41 6b) de distribution d'azote est de 5 barg.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 1 à 13, dans lequel ledit réservoir tampon (414) est alimenté en azote si et seulement si la pression mesurée dans lesdits moyens principaux de distribution (41 6b) est supérieure à ladite valeur seuil de pression, et si la pression mesurée dans ledit réservoir tampon (414) est inférieure à une valeur limite inférieure.
15. Procédé selon l'une des revendications 1 1 à 14, dans lequel :
- un seul des générateurs est utilisé pour produire de l'azote, lorsque le débit en azote demandé par lesdits consommateurs est inférieur au débit maximum d'azote que peut produire ce générateur à lui seul,
- au moins deux des générateurs voire tous les générateurs sont utilisés pour produire de l'azote, lorsque le débit en azote demandé par lesdits consommateurs est supérieur au débit maximum d'azote que peut produire chacun de ces générateurs, mais que ce débit en azote demandé est inférieur aux débits maximums d'azote cumulés que peuvent produire ces générateurs lorsqu'ils fonctionnent simultanément, et
- au moins deux des générateurs voire tous les générateurs sont utilisés pour produire de l'azote, lorsque le débit en azote demandé par lesdits consommateurs est supérieur aux débits maximums d'azote cumulés que peuvent produire ces générateurs lorsqu'ils fonctionnent simultanément, le réservoir tampon étant utilisé pour fournir un débit d'azote complémentaire et suffisant pour répondre à la demande des consommateurs.
1 6. Procédé selon la revendication 15, dans lequel un débit maximum d'azote est demandé par lesdits consommateurs, et en particulier par un seul desdits consommateurs, pour la mise en froid d'une cuve de stockage de gaz liquéfié.
17. Procédé selon la revendication 1 6, dans lequel le débit d'azote est demandé par le ou lesdits consommateur(s) pour la mise en froid de la cuve sans que celle-ci ait subi au préalable un inertage, la cuve pouvant être amenée à une température supérieure à -40°C grâce à son alimentation en azote.
18. Procédé selon la revendication 1 6, dans lequel le débit d'azote est demandé par le ou lesdits consommateur(s) pour la mise en froid de la cuve après que celle-ci ait subi un inertage, la cuve pouvant être amenée à une température supérieure à -10°C voire 0°C grâce à son alimentation en azote.
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