WO2021152052A1 - Dispositif de prévention des fuites de gaz pour compresseur - Google Patents

Dispositif de prévention des fuites de gaz pour compresseur Download PDF

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WO2021152052A1
WO2021152052A1 PCT/EP2021/052042 EP2021052042W WO2021152052A1 WO 2021152052 A1 WO2021152052 A1 WO 2021152052A1 EP 2021052042 W EP2021052042 W EP 2021052042W WO 2021152052 A1 WO2021152052 A1 WO 2021152052A1
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gas
compression chamber
compressor
chamber
mechanical seal
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PCT/EP2021/052042
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Francis BAINIER
Mathieu ASSEMAT
Jérome CHAMPREDONDE
Pascal ALAS
Alban SESMAT
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Grtgaz
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/122—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/124—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for elastic fluid pumps with special means for adducting cooling or sealing fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/05—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by internal-combustion engines
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    • F04D29/104—Shaft sealings especially adapted for elastic fluid pumps the sealing fluid being other than the working fluid or being the working fluid treated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D5/00—Protection or supervision of installations
    • F17D5/02—Preventing, monitoring, or locating loss

Definitions

  • the present invention relates to a device for preventing gas leaks for a compressor.
  • the present invention relates more particularly to a device for preventing gas leaks at the level of the linings of a compressor driven by a gas engine.
  • the present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.
  • the present invention relates to a device for preventing gas leaks from a compressor positioned at the interface between an upstream gas transport network and a downstream gas transport network, which comprises:
  • a gas line other than the first and the second gas line, between the compression chamber and the mechanical seal of the compressor, in which a so-called “barrier” gas is compressed in the compression chamber and then injected into the seal mechanical to prevent gas leaks or in which a gas escaping in the mechanical seal is collected and then compressed in the compression chamber and then discharged to the downstream network.
  • the device that is the subject of the invention makes it possible, without expenditure of energy, to compress a barrier gas to prevent at least part of the leaks in a compressor.
  • the device that is the subject of the invention makes it possible, without expenditure of energy, to recompress a gas resulting from leaks at the level of the mechanical seal of the compressor in order to reinject this gas into the network.
  • a so-called “barrier” gas is a gas that is injected into the compressor packing in order to create an overpressure which prevents or limits gas leaks from the compressor.
  • the gas used as a barrier gas is nitrogen.
  • the third and fourth gas lines allow the barrier gas to be conveyed from a reservoir to the compression chamber, and then the compressed barrier gas to be routed to the packing.
  • the device which is the subject of the invention comprises:
  • the fifth and sixth gas lines make it possible to route the gas from the gas leaks from the compressor to the compression chamber, then to route this gas, once recompressed, to the downstream network.
  • the pneumatic booster has a free piston between the expansion chamber and the compression chamber. Thanks to these arrangements, the expansion of the gas taken from the upstream network makes it possible to move the free piston of the booster, which compresses the gas to a pressure high enough to be reinjected into the downstream network or to be used as a barrier gas in the packing. of the booster.
  • the free piston comprises an expansion head and a compression head connected by a shaft, a through opening opening out, on the one hand, into the expansion head on the side opposite the compression head and, on the other hand, into a side wall of the tree,
  • the outlet of the expansion chamber to which the second pipe is connected is located on a side face of the expansion chamber and is not obstructed by the expansion head until the through opening does not open into the pressure chamber. relaxation.
  • the free piston booster operates without an external moving part, as long as there is a pressure difference between the first pipe and the second pipe.
  • the device of the invention comprises a second gas reservoir positioned on the gas line between the compression chamber and the mechanical seal of the compressor.
  • the gas flow at the outlet of the compression chamber is decoupled from the gas flow at the level of the compressor packing.
  • the second tank acts as a buffer capacity by regulating the maximum pressure at the compressor packing.
  • the device of the invention comprises a valve on the first pipe controlled by a pressure switch measuring the gas pressure in the second tank.
  • the operation of the pneumatic booster is controlled as a function of the pressure in the second reservoir.
  • the device that is the subject of the invention comprises an all-or-nothing pressure regulator on the first pipe, the impulse line of which is placed on the second gas tank.
  • the device which is the subject of the invention comprises a seventh gas pipe, between the upstream network and the gas engine, provided with a pressure regulator and the setpoint value of said regulator is set at a lower pressure. to that of the pressure relief outlet of the pneumatic booster.
  • the seventh line enables the gas engine to be supplied in the event of failure of the pneumatic booster.
  • Setting the setpoint at a lower pressure than the pressure relief outlet of the pneumatic booster allows the regulator to remain closed when the booster is providing sufficient gas pressure.
  • the device of the invention comprises a heat exchanger configured to heat the gas passing through the first pipe and to cool the gas flowing in the pipe connected to the outlet of the compression chamber.
  • the temperature drop correlated with the expansion of the gas from the upstream network is at least partially compensated by the heat provided by the compression of the gas at the outlet of the compression chamber.
  • FIG. 1 shows, schematically, a first particular embodiment of the device of the invention
  • FIG. 2 shows, schematically, a second particular embodiment of the device of the invention
  • FIG. 3 shows, schematically, a third particular embodiment of the device of the invention
  • FIG. 4 shows, schematically, a fourth particular embodiment of the device of the invention
  • FIG. 5 shows, schematically, a first particular embodiment of a free piston implemented in different embodiments of the device of the invention
  • FIG. 6 shows, schematically, a first operating phase of a second embodiment of a free piston, through opening
  • FIG. 7 shows, schematically, a second operating phase of a free piston with through opening illustrated in Figure 6,
  • FIG. 8 shows, schematically, a third operating phase of a free piston with through opening illustrated in Figure 6 and
  • FIG. 9 shows, schematically, a fourth operating phase of a free piston with through opening illustrated in Figure 6.
  • Figure 1 is not to scale, a schematic view of an embodiment of the device 100 for preventing gas leaks, object of the present invention.
  • the device 100 comprises a compressor 54 positioned at the interface between an upstream gas transport network 12 and a downstream gas transport network 13.
  • the upstream network and the downstream network belong to a gas transport network intended to transport gas, for example methane, over long distances.
  • Compressor 54 has a mechanical seal 55 configured to seal compressor 54.
  • compressor 54 illustrated in FIGS. 1 to 4 is a two-stage centrifugal compressor, any other type of compressor could be implemented, for example a piston compressor, with one or more stages.
  • the compressor 54 is driven by a gas engine 50.
  • the gas engine 50 is supplied with gas coming from the upstream network 12, after expansion of this gas in a pneumatic booster 30.
  • the compressor 54 illustrated here comprises two mechanical seals, on either side of the stages of the compressor 54, a compressor comprising a single seal, positioned on the side of the gas engine 50, is envisaged.
  • the booster pneumatic 30 is a booster comprising a free piston. It is the pneumatic booster 30 comprising a free piston which is shown in Figures 1 to 4.
  • the pneumatic booster 30 comprises an expansion chamber 17 and a compression chamber 23.
  • a first gas line 31 conveys the gas. from the upstream network 12 to an inlet 18 of the expansion chamber 17.
  • a second gas pipe 32 conveys the gas between an outlet 19 of the expansion chamber and the gas engine 50. The gas thus conveyed allows the engine to operate gas 50 which drives the compressor.
  • a third gas line 33 conveys so-called “barrier” gas from a gas reservoir 90 to an inlet 15 of the compression chamber.
  • a fourth gas line 34 carries the barrier gas between an outlet 16 of the compression chamber and the mechanical seal 55 of the compressor 54.
  • the barrier gas is, for example, nitrogen.
  • the barrier gas is compressed in the compression chamber 23 using the expansion energy of the gas coming from the upstream network in the expansion chamber 17.
  • the barrier gas is then conveyed to the mechanical seal 55 of the compressor 54.
  • the setting in overpressure of the barrier gas in the gasket 55 makes it possible at least in part to prevent the leakage of the gas circulating in the compressor 54.
  • FIG. 2 which is not to scale, shows a schematic view of an embodiment of the device 200 for preventing gas leaks, which is the subject of the present invention.
  • the device 200 comprises all of the elements already described in FIG. 1, these elements are not described again here.
  • the device 200 comprises a second gas reservoir 91 connected, on the one hand, by a gas line 34a to the outlet 16 of the compression chamber 23 and, on the other hand, to a gas line 34b to the gasket 55 compressor 54.
  • the second reservoir 91 is, for example, a cylinder configured to store the barrier gas at a determined pressure. In variants, the second reservoir 91 is formed of several cylinders. The second reservoir 91 can also be referred to as a “capacity”.
  • the device 200 comprises a pressure switch 46 in the second reservoir 91.
  • a valve 45 positioned on the first gas line 31 is controlled as a function of the pressure measured in the second tank by the pressure switch 46.
  • the valve 45 stops the operation of the pneumatic booster 30 when the internal pressure measured by the pressure switch 46 is equal to a predetermined limit value forming an upper limit. Once the pressure measured in the second tank reaches a predetermined limit value forming a lower limit, the pressure switch 46 controls the opening of the valve 45, which restarts the pneumatic booster 30 operation.
  • valve 45 the assembly consisting of the valve 45 and the pressure switch 46 can be replaced by a mechanical device, the valve 45 then being replaced by an all-or-nothing pressure regulator positioned on the first pipe 31, including the impulse line is placed on the second reservoir 91.
  • the device 200 comprises a seventh gas line 37 conveying the gas from the upstream network 12 to the gas engine 50.
  • a pressure regulator 67 is positioned on the gas line 37.
  • the setpoint value of pressure regulator 67 is set at a value lower than the gas pressure at the outlet of the expansion chamber 17 of the pneumatic booster 30 during its normal operation.
  • the gas line 37 makes it possible to route gas from the upstream network 12 to the engine 50, in the event of failure of the pneumatic booster 30 or when it is stopped, following the closing of the valve 45.
  • the device 200 comprises a heat exchanger 95 configured to heat the gas from the upstream network 12 circulating in the gas pipe 31 and to cool the barrier gas circulating in the gas pipe 34a.
  • the gas line 34a connects the outlet 16 of the compression chamber 23 to the second reservoir 91.
  • a pressure regulator 62 is positioned on the gas line 32, to supply the gas engine at a constant pressure.
  • a pressure regulator 64 is positioned on the gas line 34a so that the pressure at the outlet 16 of the compression chamber 23 is constant.
  • Figure 3 is not to scale, a schematic view of an embodiment of the device 300 for preventing gas leaks, object of the present invention.
  • the device 300 differs from the devices 100 and 200 described above in that the gas emanating from the gas leaks in the gasket 55 of the compressor 54 is collected and then compressed before being routed to the downstream network 13.
  • a gas line 35 conveys the gas from the gas leaks at the level of the gasket 55 to the inlet 15 of the compression chamber 23 of the pneumatic suppressor 30. In the compression chamber 23, the gas is compressed to a sufficient pressure. high to be fed back into the network.
  • a gas pipe 36 conveys the compressed gas from the outlet 16 of the compression chamber 23 to the downstream network 13.
  • the pneumatic booster 30 uses the expansion energy of the gas taken from the upstream network 12 to compress the gas from leaks at the gasket 55.
  • Figure 4 is not to scale, a schematic view of an embodiment of the device 400 for preventing gas leaks, object of the present invention.
  • the device 400 comprises a second reservoir 92 connected on the one hand to the lining 55 of the compressor 54 by a gas pipe 35a and on the other hand connected to the inlet 15 of the compression chamber 23 of the pneumatic compressor 30 by a pipe gas 35b.
  • the second reservoir 92 makes it possible to decouple the compression flow rate, which can be constant, from the leakage flow rate at the level of the linings, which can be variable.
  • a pressure switch 46 controls the cut-off of a valve 45 positioned on the gas line 31.
  • the pneumatic booster 30 is no longer supplied and stops operating.
  • the leakage gas accumulates in the second reservoir 92, which increases its pressure.
  • the pressure switch 46 controls the opening of the valve 45, which restarts the operation of the pneumatic booster 30.
  • a valve 81 is positioned on the second reservoir 92. In the event of a failure of the booster 30, the gas pressure in the second reservoir 92 increases until opening of the valve 81 allowing a drop. the pressure in the second reservoir 92.
  • the device 400 comprises a heat exchanger 96 configured to heat the gas from the upstream network 12 circulating in the gas pipe 31 and to cool the barrier gas circulating in the gas pipe 36.
  • the gas pipe 36 connects the outlet 16 of the compression chamber 23 to the downstream network 13.
  • a pressure regulator 66 is positioned on the gas line 36 so that the pressure at the outlet 16 of the compression chamber 23 is constant.
  • FIG. 5 represents a booster, that is to say a pair comprising an expander 70, shown on the left, and compressor 72, shown on the right, with free piston.
  • the regulator 70 comprises a chamber 75 provided with a high pressure gas inlet coming from the first gas line 31 and a low pressure gas outlet in the second gas line 32.
  • an expansion piston 74 is set in motion by the pressure of the gas and transmits this pressure, via a shaft 76 to a compression piston 77 which compresses the fluid in a chamber 78.
  • the set of pistons 74 and 77 and the 'shaft 76 constitutes a free piston.
  • Valves 15 and 16 provide the seal and the direction of movement of the fluid from the third gas line 33 for the entry of low pressure gaseous fluid to the fourth gas line 34 for the outlet of the high pressure fluid.
  • the system for controlling the entry of gas into chamber 75 and the outlet of gas from chamber 75 is not described here, being well known to those skilled in the art.
  • a free piston is moved in a first chamber 75 by the gas and compresses the fluid in a second chamber 78.
  • the drive of the compressor by the turbine is done with very limited mechanical losses, which increases the efficiency of the expansion station.
  • the pressure of the fluid at the outlet of the compressor can be higher than the pressure of the gas at the inlet of the expansion station, depending on the ratio of the surfaces of the pistons 74 and 77.
  • the free piston is replaced by membranes, as in membrane blowers of known type.
  • the booster 30 is a free piston booster 11.
  • the arrows in dashed lines represent gas movements.
  • the arrow in solid lines represents the movements of the free piston.
  • the free piston 11 comprises an expansion head 20 connected by a shaft to a compression head 22.
  • a through opening 24 opens out, on the one hand, into the expansion head 20 on the side opposite to the compression head 22 and, of on the other hand, in a side wall of the tree.
  • the first gas line 31 opens into part 21 of the expansion chamber 17 opposite the shaft.
  • the outlet of the expansion chamber 17 to which the second gas pipe 32 is connected is on a side face of the expansion chamber 17 and is not obstructed by the expansion head 20 until the through opening 24 is not blocked. does not open into part 21 of the expansion chamber 17. More particularly, the outlet of the expansion chamber is obstructed by the expansion head except in the position of the free piston where the free volume of the compression chamber is minimal.
  • the free volume of the compression chamber is between two extreme values.
  • the pressure in part 17 of the expansion chamber opposite to the compression chamber 23 is at the value "Pb" of the downstream network 13.
  • the gas coming from the first gas line 31 enters the intermediate part 21 of the pressure chamber. relaxation, at a pressure "Pa”.
  • the “Pa / Pb” pressure ratio is greater than the ratio of the areas of the expansion head 20 in part 17 and in part 21.
  • the free piston 11 therefore moves to the left, as illustrated in Figure 7. This movement of the free piston 11 causes the suction of gaseous fluid from the third gas line 33 through the inlet valve 15.
  • the through opening 24 opens onto part 21 of the expansion chamber and the gas coming from the first gas line 31 passes through the expansion head.
  • the pressure in the part 17 of the expansion chamber then reaches Pa, which causes the movement of the free piston 11 towards the compression chamber 23, as illustrated in FIG. 8.
  • This movement obstructs the through opening 24 and compresses the gaseous fluid. present in the compression chamber 23.
  • the compressed gaseous fluid passes through the outlet valve 16 then the fourth gas pipe 34.
  • the part 17 of the expansion chamber is pneumatically connected to the second gas line 32, as illustrated in FIG. 9. Following the increase in the volume of part 17, the pressure in part 17 of the expansion chamber drops to reach the value Pb. The cycle then begins again.
  • this free piston booster 11 operates without an external moving part and as long as there is a sufficient pressure difference between the first gas line and the second gas line.

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Abstract

Le dispositif (100) de prévention des fuites de gaz d'un compresseur (54) à l'interface entre deux réseaux de transport de gaz, comporte : - une garniture (55) d'étanchéité du compresseur, - un moteur à gaz (50) entraînant le compresseur, - un surpresseur pneumatique (30) muni d'une chambre de détente (17) et d'une chambre de compression (23), - une première conduite de gaz (31) entre un réseau amont et une entrée (18) de la chambre de détente (17), - une deuxième conduite de gaz (32) entre une sortie (19) de la chambre de détente et le moteur à gaz et - une conduite de gaz entre la chambre de compression (23) et la garniture mécanique du compresseur. Un gaz de barrage est comprimé dans la chambre de compression puis injecté dans la garniture mécanique pour prévenir les fuites de gaz ou dans lequel un gaz s'échappant dans la garniture mécanique est collecté puis comprimé dans la chambre de compression puis évacué vers le réseau aval.

Description

DISPOSITIF DE PRÉVENTION DES FUITES DE GAZ POUR COMPRESSEUR
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention vise un dispositif de prévention des fuites de gaz pour compresseur. La présente invention vise, plus particulièrement, un dispositif de prévention des fuites de gaz au niveau des garnitures d’un compresseur entraîné par un moteur à gaz.
TECHNIQUE ANTERIEURE
Dans un compresseur, on constate souvent des fuites du gaz à comprimer au niveau des pièces en mouvement. Une solution pour limiter ces fuites est d’étanchéiser le compresseur en le dotant d’une garniture mécanique. Toutefois, cette solution ne permet pas de prévenir complètement les fuites de gaz. Ainsi, les compresseurs utilisés actuellement rejettent une partie du gaz à comprimer dans l’atmosphère. Ceci représente une perte économique et un risque écologique lorsque le gaz rejeté dans l’atmosphère est un gaz à effet de serre.
EXPOSÉ DE L’INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.
À cet effet, la présente invention vise un dispositif de prévention des fuites de gaz d’un compresseur positionné à l’interface entre un réseau amont de transport de gaz et un réseau aval de transport de gaz, qui comporte :
- une garniture mécanique configurée pour étanchéiser le compresseur,
- un moteur à gaz configuré pour entraîner le compresseur,
- un surpresseur pneumatique muni d’une chambre de détente et d’une chambre de compression,
- une première conduite de gaz entre le réseau amont et une entrée de la chambre de détente,
- une deuxième conduite de gaz entre une sortie de la chambre de détente et le moteur à gaz, le gaz acheminé par la première et la deuxième conduite de gaz permettant le fonctionnement du moteur à gaz et
- une conduite de gaz, autre que la première et la deuxième conduite de gaz, entre la chambre de compression et la garniture mécanique du compresseur, dans lequel un gaz dit « de barrage » est comprimé dans la chambre de compression puis injecté dans la garniture mécanique pour prévenir les fuites de gaz ou dans lequel un gaz s’échappant dans la garniture mécanique est collecté puis comprimé dans la chambre de compression puis évacué vers le réseau aval.
Grâce à ces dispositions, le dispositif objet de l’invention permet, sans dépense d’énergie, de comprimer un gaz de barrage pour prévenir au moins une partie des fuites au niveau d’un compresseur. Alternativement, le dispositif objet de l’invention permet, sans dépense d’énergie, de recomprimer un gaz issu des fuites au niveau de la garniture mécanique du compresseur afin de réinjecter ce gaz dans le réseau.
Un gaz dit « de barrage » est un gaz qui est injecté dans la garniture du compresseur afin de créer une surpression qui empêche ou limite les fuites de gaz issues du compresseur. Par exemple, le gaz utilisé comme gaz de barrage est de l’azote.
Dans des modes de réalisation selon l’alternative dans laquelle un gaz dit « de barrage » est comprimé dans la chambre de compression puis injecté dans la garniture mécanique pour prévenir les fuites de gaz, le dispositif objet de l’invention comporte :
- une troisième conduite de gaz entre un réservoir de gaz et une entrée de la chambre de compression et
- une quatrième conduite de gaz entre une sortie de la chambre de compression et la garniture mécanique du compresseur.
Grâce à ces dispositions, la troisième et la quatrième conduites de gaz permettent d’acheminer le gaz de barrage depuis un réservoir vers la chambre de compression, puis d’acheminer le gaz de barrage comprimé vers la garniture.
Dans des modes de réalisation selon l’alternative dans laquelle un gaz s’échappant dans la garniture mécanique est collecté puis comprimé dans la chambre de compression puis évacué vers le réseau aval, le dispositif objet de l’invention comporte :
- une cinquième conduite de gaz entre la garniture mécanique du compresseur et une entrée de la chambre de compression et
- une sixième conduite de gaz entre une sortie de la chambre de compression et le réseau aval.
Grâce à ces dispositions, la cinquième et la sixième conduites de gaz permettent d’acheminer le gaz issu des fuites de gaz du compresseur vers la chambre de compression, puis d’acheminer ce gaz, une fois recomprimé, vers le réseau aval.
Dans des modes de réalisation, le surpresseur pneumatique comporte un piston libre entre la chambre de détente et la chambre de compression. Grâce à ces dispositions, la détente du gaz prélevé sur le réseau amont permet de déplacer le piston libre du surpresseur, qui comprime du gaz à une pression suffisamment élevée pour être réinjecté vers le réseau aval ou pour être utilisé comme gaz de barrage dans la garniture du surpresseur.
Dans des modes de réalisation :
- le piston libre comporte une tête de détente et une tête de compression reliées par un arbre, une ouverture traversante débouchant d’une part, dans la tête de détente du côté opposé à la tête de compression et, d’autre part, dans une paroi latérale de l’arbre,
- la première conduite de gaz débouche dans la chambre de détente en regard de l’arbre et
- la sortie de la chambre de détente à laquelle est reliée la deuxième conduite se trouve sur une face latérale de la chambre de détente et n’est pas obstruée par la tête de détente que lorsque l’ouverture traversante ne débouche pas dans la chambre de détente.
Grâce à ces dispositions, le surpresseur à piston libre fonctionne sans partie mobile externe, tant qu’il y a une différence de pression entre la première conduite et la deuxième conduite.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l’invention comporte un deuxième réservoir de gaz positionné sur la conduite de gaz entre la chambre de compression et la garniture mécanique du compresseur.
Grâce à ces dispositions, le débit du gaz au niveau de la sortie de la chambre de compression est découplé du débit de gaz au niveau de la garniture du compresseur. En d’autres termes, le deuxième réservoir tient le rôle de capacité tampon en régulant la pression maximum au niveau de la garniture du compresseur.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l’invention comporte une vanne sur la première conduite pilotée par un pressostat mesurant la pression de gaz dans le deuxième réservoir.
Grâce à ces dispositions, le fonctionnement du surpresseur pneumatique est commandé en fonction de la pression dans le deuxième réservoir.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l’invention comporte un régulateur de pression tout ou rien sur la première conduite, dont la ligne d’impulsion est placée sur le deuxième réservoir de gaz. Grâce à ces dispositions, une hausse de pression dans le deuxième réservoir provoque l’arrêt de l’alimentation du surpresseur en gaz à détendre et interrompt son fonctionnement.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l’invention comporte une septième conduite de gaz, entre le réseau amont et le moteur à gaz, munie d’un régulateur de pression et la valeur de consigne dudit régulateur est fixée à une pression inférieure à celle de la sortie de détente du surpresseur pneumatique.
Grâce à ces dispositions, la septième conduite permet d’alimenter le moteur à gaz en cas de défaillance du surpresseur pneumatique. La fixation du point de consigne à une pression inférieure à celle de la sortie de détente du surpresseur pneumatique permet au régulateur de rester fermé lorsque le surpresseur fournit une pression de gaz suffisante.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l’invention comporte un échangeur de chaleur configuré pour réchauffer le gaz traversant la première conduite et refroidir le gaz circulant dans la conduite raccordée à la sortie de la chambre de compression.
Grâce à ces dispositions, la chute de température corrélée à la détente du gaz du réseau amont est au moins en partie compensée par la chaleur apportée par la compression du gaz en sortie de la chambre de compression.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de l’invention,
- la figure 2 représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de l’invention,
- la figure 3 représente, schématiquement, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de l’invention,
- la figure 4 représente, schématiquement, un quatrième mode de réalisation particulier du dispositif objet de l’invention, - la figure 5 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier d’un piston libre mis en oeuvre dans différents modes de réalisation du dispositif objet de l’invention,
- la figure 6 représente, schématiquement, une première phase de fonctionnement d’un deuxième mode de réalisation d’un piston libre, à ouverture traversante,
- la figure 7 représente, schématiquement, une deuxième phase de fonctionnement d’un piston libre à ouverture traversante illustré en figure 6,
- la figure 8 représente, schématiquement, une troisième phase de fonctionnement d’un piston libre à ouverture traversante illustré en figure 6 et
- la figure 9 représente, schématiquement, une quatrième phase de fonctionnement d’un piston libre à ouverture traversante illustré en figure 6.
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.
On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle.
On observe, sur la figure 1 , qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 100 de prévention des fuites de gaz, objet de la présente invention.
Le dispositif 100 comporte un compresseur 54 positionné à l’interface entre un réseau amont 12 de transport de gaz et un réseau aval 13 de transport de gaz. Par exemple, le réseau amont et le réseau aval appartiennent à un réseau de transport de gaz destiné à transporter du gaz, par exemple du méthane, sur de longues distances.
Le compresseur 54 comporte une garniture mécanique 55 configurée pour étanchéiser le compresseur 54.
On note que, bien que le compresseur 54 illustré dans les figures 1 à 4 est un compresseur centrifuge à deux étages, tout autre type de compresseur pourrait être mis en oeuvre, par exemple un compresseur à piston, à un ou plusieurs étages.
Le compresseur 54 est entraîné par un moteur à gaz 50. Le moteur à gaz 50 est alimenté par du gaz provenant du réseau amont 12, après détente de ce gaz dans un surpresseur pneumatique 30. On précise que, bien que le compresseur 54 illustré ici comporte deux garnitures mécaniques, de part et d’autre des étages du compresseur 54, un compresseur comportant une seule garniture, positionnée du coté du moteur à gaz 50, est envisagé.
Les modes de réalisation des dispositifs 100, 200, 300 et 400, objets de l’invention mettent en oeuvre, pour utiliser l’énergie de détente d’un gaz pour en comprimer un second, le surpresseur pneumatique 30. Par exemple, le surpresseur pneumatique 30 est un surpresseur comportant un piston libre. C’est le surpresseur pneumatique 30 comportant un piston libre qui est représenté dans les figures 1 à 4.
On rappelle que, dans un surpresseur à piston libre, le mouvement du piston répond uniquement à la pression du gaz, sans qu'une bielle ne l’actionne où le retienne. L’homme du métier sait aisément remplacer ce piston libre par un surpresseur pneumatique à membranes, par exemple. Les modes de réalisation particuliers du surpresseur pneumatique 30 seront mieux compris à la lecture de la description des figures 5 à 9. Le surpresseur pneumatique 30 comporte une chambre de détente 17 et une chambre de compression 23. Une première conduite de gaz 31 achemine le gaz depuis le réseau amont 12 vers une entrée 18 de la chambre de détente 17. Une deuxième conduite de gaz 32 achemine le gaz entre une sortie 19 de la chambre de détente et le moteur à gaz 50. Le gaz ainsi acheminé permet le fonctionnement du moteur à gaz 50 qui entraîne le compresseur.
Une troisième conduite de gaz 33 achemine du gaz dit « de barrage » depuis un réservoir de gaz 90 vers une entrée 15 de la chambre de compression. Une quatrième conduite de gaz 34 achemine le gaz de barrage entre une sortie 16 de la chambre de compression et la garniture mécanique 55 du compresseur 54. Le gaz de barrage est, par exemple, de l’azote.
Le gaz de barrage est comprimé dans la chambre de compression 23 en utilisant l’énergie de détente du gaz provenant du réseau amont dans la chambre de détente 17. Le gaz de barrage est ensuite acheminé vers la garniture mécanique 55 du compresseur 54. La mise en surpression du gaz de barrage dans la garniture 55 permet d’empêcher au moins en partie la fuite du gaz circulant dans le compresseur 54.
On observe, sur la figure 2, qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 200 de prévention des fuites de gaz, objet de la présente invention. Le dispositif 200 comporte l’ensemble des éléments déjà décrits en figure 1 , ces éléments ne sont pas décrits à nouveau ici.
Le dispositif 200 comporte un deuxième réservoir 91 de gaz raccordé, d’une part, par une conduite de gaz 34a à la sortie 16 de la chambre de compression 23 et, d’autre part, à une conduite de gaz 34b à la garniture 55 du compresseur 54. Le deuxième réservoir 91 est, par exemple, une bombonne configurée pour stocker le gaz de barrage selon une pression déterminée. Dans des variantes, le deuxième réservoir 91 est formé de plusieurs bombonnes. Le deuxième réservoir 91 peut aussi être désigné sous le nom de « capacité ».
Dans des modes de réalisation, le dispositif 200 comporte un pressostat 46 dans le deuxième réservoir 91 . Une vanne 45 positionnée sur la première conduite de gaz 31 est pilotée en fonction de la pression mesurée dans le deuxième réservoir par le pressostat 46.
La vanne 45 arrête le fonctionnement du surpresseur pneumatique 30 lorsque la pression interne mesurée par le pressostat 46 est égale à une valeur limite prédéterminée formant une limite supérieure. Une fois que la pression mesurée dans le deuxième réservoir atteint une valeur limite prédéterminée formant une limite inférieure, le pressostat 46 commande l’ouverture de la vanne 45, ce qui relance le fonctionnement surpresseur pneumatique 30.
On note que l’ensemble constitué de la vanne 45 et du pressostat 46 peut être remplacé par un dispositif mécanique, la vanne 45 étant alors remplacée par un régulateur de pression tout ou rien positionné sur la première conduite 31 , dont la ligne d’impulsion est placée sur le deuxième réservoir 91 .
Dans des modes de réalisation, le dispositif 200 comporte une septième conduite de gaz 37 acheminant le gaz depuis le réseau amont 12 vers le moteur à gaz 50. Un régulateur de pression 67 est positionné sur la conduite de gaz 37. La valeur de consigne du régulateur de pression 67 est fixée à une valeur inférieure à la pression de gaz en sortie de la chambre de détente 17 du surpresseur pneumatique 30 lors de son fonctionnement normal. La conduite de gaz 37 permet d’acheminer du gaz depuis le réseau amont 12 vers le moteur 50, en cas de défaillance du surpresseur pneumatique 30 ou lorsqu’il est arrêt, suite à la fermeture de la vanne 45.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 200 comporte un échangeur de chaleur 95 configuré pour réchauffer le gaz issu du réseau amont 12 circulant dans la conduite de gaz 31 et refroidir le gaz de barrage circulant dans la conduite de gaz 34a. La conduite de gaz 34a raccorde la sortie 16 de la chambre de compression 23 au deuxième réservoir 91 .
Dans des modes de réalisation, un régulateur de pression 62 est positionné sur la conduite de gaz 32, afin d’alimenter le moteur à gaz à une pression constante.
Dans des modes de réalisation, un régulateur de pression 64 est positionné sur la conduite de gaz 34a afin que la pression en sortie 16 de la chambre de compression 23 soit constante.
On observe, sur la figure 3, qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 300 de prévention des fuites de gaz, objet de la présente invention.
Le dispositif 300 se distingue des dispositifs 100 et 200 précédemment décrits en ce que le gaz émanant des fuites de gaz dans la garniture 55 du compresseur 54 est collecté puis comprimé avant d’être acheminé vers le réseau aval 13.
Une conduite de gaz 35 achemine le gaz issu des fuites des gaz au niveau de la garniture 55 vers l’entrée 15 de la chambre de compression 23 du suppresseur pneumatique 30. Dans la chambre de compression 23, le gaz est comprimé à une pression suffisamment élevée pour être réinjecté dans le réseau. Une conduite de gaz 36 achemine le gaz comprimé depuis la sortie 16 de la chambre de compression 23 vers le réseau aval 13.
Le surpresseur pneumatique 30 utilise l’énergie de détente du gaz prélevé sur le réseau amont 12 pour comprimer le gaz issu des fuites au niveau de la garniture 55.
On observe, sur la figure 4, qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 400 de prévention des fuites de gaz, objet de la présente invention.
Les éléments figurant sur le dispositif 400 déjà décrits dans les figures précédentes ne sont pas décrits à nouveau ici.
Le dispositif 400 comporte un deuxième réservoir 92 relié d’une part à la garniture 55 du compresseur 54 par une conduite de gaz 35a et relié d’autre part à l’entrée 15 de la chambre de compression 23 du compresseur pneumatique 30 par une conduite de gaz 35b.
Le deuxième réservoir 92 permet de découpler le débit de compression, qui peut être constant, du débit de fuite au niveau des garnitures, qui peut être variable.
Lorsque la pression à l’intérieur du deuxième réservoir dépasse une valeur limite prédéterminée appelée « seuil bas », un pressostat 46 commande la coupure d’une vanne 45 positionnée sur la conduite de gaz 31 . Lorsque la vanne 45 est coupée, le surpresseur pneumatique 30 n’est plus alimenté et arrête de fonctionner. Le gaz de fuite s’accumule dans le deuxième réservoir 92, ce qui fait monter sa pression. Lorsque la pression dans le deuxième réservoir 92 atteint une valeur limiter prédéterminée appelée « seuil haut », le pressostat 46 commande l’ouverture de la vanne 45, ce qui relance le fonctionnement du surpresseur pneumatique 30.
Dans des modes de réalisation, une soupape 81 est positionnée sur le deuxième réservoir 92. En cas de défaillance du surpresseur 30, la pression de gaz dans le deuxième réservoir 92 augmente jusqu’à provoquer l’ouverture de la soupape 81 permettant de faire baisser la pression dans le deuxième réservoir 92.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 400 comporte un échangeur de chaleur 96 configuré pour réchauffer le gaz issu du réseau amont 12 circulant dans la conduite de gaz 31 et refroidir le gaz de barrage circulant dans la conduite de gaz 36. La conduite de gaz 36 raccorde la sortie 16 de la chambre de compression 23 au réseau aval 13.
Dans des modes de réalisation, un régulateur de pression 66 est positionné sur la conduite de gaz 36 afin que la pression en sortie 16 de la chambre de compression 23 soit constante.
La figure 5 représente un surpresseur, c’est-à-dire un couple comportant un détendeur 70, représenté à gauche, et compresseur 72, représenté à droite, à piston libre. Le détendeur 70 comporte une chambre 75 munie d’une entrée de gaz à haute pression provenant de la première conduite de gaz 31 et une sortie de gaz à basse pression dans la deuxième conduite de gaz 32. Dans la chambre 75, un piston de détente 74 est mis en mouvement par la pression du gaz et transmet cette pression, par l’intermédiaire d’un arbre 76 à un piston de compression 77 qui comprime le fluide dans une chambre 78. L’ensemble des pistons 74 et 77 et de l’arbre 76 constitue un piston libre.
Des clapets 15 et 16 assurent l’étanchéité et le sens de déplacement du fluide depuis la troisième conduite de gaz 33 d’entrée de fluide gazeux à basse pression jusqu’à la quatrième conduite de gaz 34 de sortie de fluide à haute pression. Le système de commande de l’entrée de gaz dans la chambre 75 et de sortie de gaz de la chambre 75, n’est pas décrit ici, étant bien connu de l’homme du métier.
Ainsi, un piston libre est mis en déplacement dans une première chambre 75 par le gaz et compresse le fluide dans une deuxième chambre 78. L’entraînement du compresseur par la turbine se fait avec des pertes mécaniques très limitées, ce qui augmente le rendement du poste de détente. On note que la pression du fluide en sortie du compresseur peut être plus élevée que la pression du gaz en entrée du poste de détente, en fonction du ratio des surfaces des pistons 74 et 77.
En variante, le piston libre est remplacé par des membranes, comme dans les surpresseurs à membranes de type connu.
Dans le mode de réalisation illustré en figures 6 à 9, le surpresseur 30 est un surpresseur à piston libre 11 . Les flèches en traits discontinus représentent les mouvements de gaz. La flèche en traits continus représente les mouvements du piston libre.
Le piston libre 11 comporte une tête de détente 20 reliée par un arbre à une tête de compression 22. Une ouverture traversante 24 débouche d’une part, dans la tête de détente 20 du côté opposé à la tête de compression 22 et, d’autre part, dans une paroi latérale de l’arbre. La première conduite de gaz 31 débouche dans la partie 21 de la chambre de détente 17 en regard de l’arbre. En conséquence, l’embouchure de l’ouverture traversante 24 ne se trouve dans la partie 21 que lorsque le volume libre de la chambre de compression 23 est maximum. La sortie de la chambre de détente 17 à laquelle est reliée la deuxième conduite de gaz 32 se trouve sur une face latérale de la chambre de détente 17 et n’est pas obstruée par la tête de détente 20 que lorsque l’ouverture traversante 24 ne débouche pas dans la partie 21 de la chambre de détente 17. Plus particulièrement, la sortie de la chambre de détente est obstruée par la tête de détente sauf dans la position du piston libre où le volume libre de la chambre de compression est minimal.
Au début du cycle de fonctionnement du surpresseur, comme illustré en figure 6, le volume libre de la chambre de compression est compris entre deux valeurs extrêmes. La pression dans la partie 17 de la chambre de détente opposée à la chambre de compression 23 est à la valeur « Pb » du réseau aval 13. Le gaz provenant de la première conduite de gaz 31 pénètre dans la partie intermédiaire 21 de la chambre de détente, à une pression « Pa ». Le ratio des pressions « Pa/Pb » est supérieur au ratio des surfaces de la tête de détente 20 dans la partie 17 et dans la partie 21 . Le piston libre 11 se déplace donc vers la gauche, comme illustré en figure 7. Ce mouvement du piston libre 11 entraîne l’aspiration de fluide gazeux provenant de la troisième conduite de gaz 33 à travers le clapet d’entrée 15. Lorsque le volume libre de la chambre de compression 23 est maximal, l’ouverture traversante 24 débouche sur la partie 21 de la chambre de détente et le gaz provenant de la première conduite de gaz 31 traverse la tête de détente. La pression dans la partie 17 de la chambre de détente atteint alors Pa, ce qui provoque le mouvement du piston libre 11 vers la chambre de compression 23, comme illustré en figure 8. Ce mouvement obstrue l’ouverture traversante 24 et comprime le fluide gazeux présent dans la chambre de compression 23. Le fluide gazeux comprimé traverse le clapet de sortie 16 puis la quatrième conduite de gaz 34. Lorsque le volume libre de la chambre de compression 23 est minimal, la partie 17 de la chambre de détente est pneumatiquement reliée à la deuxième conduite de gaz 32, comme illustré en figure 9. Suite à l’augmentation du volume de la partie 17, la pression dans la partie 17 de la chambre de détente chute pour atteindre la valeur Pb. Le cycle recommence alors.
Comme on le comprend à la lecture de ce qui précède, ce surpresseur à piston libre 11 fonctionne sans partie mobile externe et tant qu’il y a une différence de pression suffisante entre la première conduite de gaz et la deuxième conduite de gaz.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (100, 200, 300, 400) de prévention des fuites de gaz d’un compresseur (54) positionné à l’interface entre un réseau amont (12) de transport de gaz et un réseau aval (13) de transport de gaz, caractérisé en ce qu’il comporte :
- une garniture (55) mécanique configurée pour étanchéiser le compresseur,
- un moteur à gaz (50) configuré pour entraîner le compresseur,
- un surpresseur pneumatique (30) muni d’une chambre de détente (17) et d’une chambre de compression (23),
- une première conduite de gaz (31 ) entre le réseau amont et une entrée (18) de la chambre de détente (17),
- une deuxième conduite de gaz (32) entre une sortie (19) de la chambre de détente et le moteur à gaz, le gaz acheminé par la première et la deuxième conduite de gaz permettant le fonctionnement du moteur à gaz,
- une conduite de gaz (34, 35), autre que la première et la deuxième conduite de gaz, entre la chambre de compression (23) et la garniture mécanique du compresseur, dans lequel un gaz dit « de barrage » est comprimé dans la chambre de compression puis injecté dans la garniture mécanique pour prévenir les fuites de gaz ou dans lequel un gaz s’échappant dans la garniture mécanique est collecté puis comprimé dans la chambre de compression puis évacué vers le réseau aval.
2. Dispositif (100, 200) selon la revendication 1 , dans lequel un gaz dit « de barrage » est comprimé dans la chambre de compression puis injecté dans la garniture mécanique pour prévenir les fuites de gaz de la revendication 1 , qui comporte :
- une troisième conduite de gaz (33) entre un réservoir de gaz (90) et une entrée (15) de la chambre de compression et
- une quatrième conduite de gaz (34) entre une sortie (16) de la chambre de compression et la garniture mécanique du compresseur.
3. Dispositif (300, 400) selon la revendication 1 , dans lequel un gaz s’échappant dans la garniture mécanique est collecté puis comprimé dans la chambre de compression puis évacué vers le réseau aval de la revendication 1 , qui comporte :
- une cinquième conduite de gaz (35) entre la garniture mécanique du compresseur et une entrée (15) de la chambre de compression - une sixième conduite de gaz (36) entre une sortie de la chambre de compression et le réseau aval.
4. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le surpresseur pneumatique (30) comporte un piston libre (11 ) entre la chambre de détente (17) et la chambre de compression (23).
5. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon la revendication 4, dans lequel :
- le piston libre (11 ) comporte une tête de détente (20) et une tête de compression (22) reliées par un arbre, une ouverture traversante débouchant d’une part, dans la tête de détente du côté opposé à la tête (24) de compression et, d’autre part, dans une paroi latérale de l’arbre,
- la première conduite (31 ) de gaz débouche dans la chambre de détente (17) en regard de l’arbre et
- la sortie de la chambre de détente à laquelle est reliée la deuxième conduite (32) se trouve sur une face latérale de la chambre de détente et n’est pas obstruée par la tête de détente que lorsque l’ouverture traversante ne débouche pas dans la chambre de détente.
6. Dispositif (200, 400), selon l’une des revendications 1 à 5, qui comporte un deuxième réservoir (91 , 92) de gaz positionné sur la conduite de gaz entre la chambre de compression et la garniture mécanique du compresseur.
7. Dispositif (200, 400) selon la revendication 6, qui comporte une vanne (45) sur la première conduite (31 ) pilotée par un pressostat (46) mesurant la pression de gaz dans le deuxième réservoir.
8. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon l’une des revendications 6 ou 7, qui comporte un régulateur de pression tout ou rien sur la première conduite (31 ), dont la ligne d’impulsion est placée sur le deuxième réservoir de gaz.
9. Dispositif (200, 400) selon l’une des revendications 1 à 8, qui comporte une septième conduite de gaz (37), entre le réseau amont et le moteur à gaz, munie d’un régulateur de pression (67) et dans lequel la valeur de consigne dudit régulateur est fixée à une pression inférieure à celle de la sortie de détente du surpresseur pneumatique.
10. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon l’une des revendications 1 à 9, qui comporte un échangeur de chaleur (95, 96) configuré pour réchauffer le gaz traversant la première conduite (31) et refroidir le gaz circulant dans la conduite (36, 34a) raccordée à la sortie (16) de la chambre de compression.
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