WO2024003484A1 - Système de gestion d'un gaz contenu dans un ouvrage flottant - Google Patents

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WO2024003484A1
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gas
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tank
management system
heat exchanger
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/050886
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Inventor
Bernard Aoun
Pavel BORISEVICH
Charbel HOMSY
Original Assignee
Gaztransport Et Technigaz
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Definitions

  • the present invention relates to the field of floating structures for storing and/or transporting gas in the liquid state and more particularly concerns a system for managing gas stored and/or transported within such vessels.
  • said floating structure may be capable of using the gas having evaporated within the tank, then compress it in order to power the motor(s) of the floating structure.
  • floating structures and more particularly the tank(s) they contain, are authorized to store and/or transport different types of gas in the liquid state.
  • Said floating structures can thus, for example, include a cargo of liquefied natural gas, consisting almost exclusively of methane, or a cargo of ethane, which may contain a tiny proportion of methane.
  • the present invention allows adaptation to different types of gas stored and/or transported and as such proposes a system for managing a gas contained in at least one tank of a floating structure which comprises at least one gas consuming device, the management system including:
  • the supply circuit comprising at least one compression device comprising at least two compression stages and configured to compress gas taken in the vapor state in the tank up to a pressure compatible with the needs of the gas consuming device
  • At least a first heat exchanger configured to carry out a heat exchange between the gas in the vapor state circulating in the supply circuit between the tank and the compression device and the gas in the vapor state circulating in the circuit heat treatment
  • At least one cooling circuit comprising at least one pump configured to take the gas in the liquid state from the tank
  • the heat treatment circuit comprises at least a first branch connected to a first compression stage of the compression device and a second branch connected to a second compression stage of the compression device, the second compression stage being arranged downstream of the first compression stage, the first branch and the second branch joining at a point of convergence of the heat treatment circuit.
  • the supply circuit makes it possible to take the gas in the vapor state forming at the level of a tank head.
  • This gas in vapor state is due to the evaporation of part of the cargo of gas in liquid state contained in the tank. Such evaporation can occur naturally or forced by any device integrated into the floating structure.
  • the gas in the vapor state can therefore be consumed or reliquefied, but must generally be evacuated in order to regulate the pressure of the tank.
  • the compression device therefore ensures the suction of gas in vapor state from the tank and compresses it.
  • the compression device can for example be a plurality of compressors arranged in series with each other, or a single compressor with multiple compression stages. The more compression stages the gas in the vapor state passes through, the more the gas in the vapor state is put under high pressure.
  • the gas compressed by the entire compression device can reach a pressure of between 250 and 400 bars.
  • the pressure applied to the gas in the vapor state is important for supplying the gas consuming device because the latter can only consume the gas in the vapor state if it is at a compatible pressure.
  • the gas consuming device may not be able to consume the gas contained in the tank depending on its chemical structure. In such a configuration, the gas in the vapor state is then not evacuated from the tank for supply purposes.
  • the gas in the vapor state If the gas in the vapor state is not compatible with the gas consuming device or if the gas consuming device does not require power, the gas in the vapor state then circulates in the treatment circuit thermal. If the gas consuming appliance only needs a fraction of the gas in vapor state to be supplied, the rest of the gas to be the vapor state then also circulates in the heat treatment circuit. One of the functions of this heat treatment circuit is to participate in the reliquefaction of the gas in the compressed vapor state.
  • the first heat exchanger makes it possible to pre-cool the gas in the compressed vapor state on the one hand and to heat the gas in the vapor state at the tank outlet on the other hand. Precooling the compressed gas facilitates its subsequent heat treatment, in particular its reliquefaction for example.
  • the first heat exchanger thus makes it possible to improve the overall efficiency of the management system because the low temperature of the gas in the vapor state leaving the tank participates indirectly in the reliquefaction of gas in the compressed vapor state, and this via the heat exchange taking place in the first heat exchanger.
  • the cooling circuit can have several functions such as participating in the reliquefaction of the gas in vapor state circulating in the heat treatment circuit, or even in managing the pressure of the tank. To do this, the gas in liquid state from the tank is taken by the pump, the latter being able for example to be immersed at the bottom of the tank, and circulates within the cooling circuit.
  • the gas in the liquid state can pass through the second heat exchanger, which is also crossed by the gas in the vapor state circulating in the heat treatment circuit.
  • This heat exchange thus makes it possible to reliquefy the gas in the vapor state without leading to the evaporation of the gas in the liquid state circulating in the cooling circuit.
  • the advantage of the heat treatment system according to the invention is the presence of several branches within the heat treatment circuit, at the outlet of the compression device.
  • a gas intended to be consumed at low pressure and whose reliquefaction is more effective at low pressure can exit the compression device at the level of the first stage of compression, while a gas intended to be consumed at high pressure and whose reliquefaction is more efficient at high pressure can exit the compression device at the level of the second compression stage.
  • first compression stage is connected to an output of the first compression stage and that the second branch is connected to an output of the second compression stage.
  • the first compression stage is the last stage to compress the gas in the vapor state circulating in the first branch
  • the second compression stage is the last stage to compress the gas in the vapor state circulating in the second branch.
  • the gas compressed by the compression device to the first compression stage has a pressure of between 7 and 20 bars.
  • the gas compressed by the compression device up to the second compression stage has a pressure of between 120 and 150 bars.
  • the gas can exit the compression device at two different compression stages. The two branches subsequently join together so that the compressed gas is treated within the heat treatment circuit, regardless of the pressure at which said gas has been compressed.
  • the management system can be adapted to the nature and/or composition of the gas contained in the tank.
  • the management system is then configured to authorize the circulation of the gas in the first branch and/or in the second branch if the gas contained in the tank is methane, and only in the first branch if the gas contained in the tank is ethane.
  • Such a configuration makes it possible to best treat each type of gas in terms of supply and/or reliquefaction.
  • the point of convergence is arranged between the compression device and the first heat exchanger. It is particularly advantageous to pre-cool the compressed gas, regardless of the pressure at which it was compressed.
  • the point of convergence is therefore preferably positioned upstream of the first heat exchanger relative to the direction of circulation of the compressed gas.
  • the heat treatment circuit comprises at least one expansion member disposed downstream of the first heat exchanger.
  • the gas in the vapor state is expanded in order to lower its pressure and its temperature, particularly with the aim of further cooling the gas, or even reliquefying it.
  • the expansion can also be carried out for example in the case where the gas is ethane and the objective is to create a two-phase mixture in order to extract the fraction of methane contained in the ethane while maintaining it in the state gaseous while ethane is reliquefied. Expansion can help form this two-phase mixture by modifying the state change point of the gas by lowering its pressure.
  • the expansion member is arranged between the first heat exchanger and the second heat exchanger. This particular arrangement makes it possible to prepare the gas in the vapor state for reliquefaction, in particular thanks to the second heat exchanger.
  • the second branch of the heat treatment circuit comprises a control member.
  • the second branch is connected to the second compression stage, that is to say the compression stage where the gas is most compressed.
  • the control member placed on the second branch thus makes it possible to control the gas flow in the vapor state of the second branch.
  • the control member may possibly be able to expand the gas in the vapor state circulating in the second branch in addition to ensuring the regulation of the flow rate. Expanding this gas can be advantageous before cooling it within the first heat exchanger so that the gas pressure is compatible with the technology of the first heat exchanger.
  • the first branch does not have a control member. It is not necessary to expand the gas when it is only compressed up to the first compression stage.
  • the gas consuming device is a high pressure gas consuming device, the supply circuit being configured to supply the high pressure gas consuming device and/or a gas consuming device at low pressure.
  • the device consuming high pressure gas can be a motor ensuring the propulsion of the floating structure while the device consuming low pressure gas can be an electricity generator for the floating structure .
  • These two examples of gas-consuming devices may or may not be compatible with the gas stored and/or transported in the tank, and at a particular pressure range in the event of compatibility.
  • a supply of the low-pressure gas consumer device via the supply circuit passes at least partially through the first branch.
  • the first branch is connected to the first compression stage of the compression device, the stage where the gas is compressed at low pressure.
  • the first compression stage is therefore adapted to compress the gas in the vapor state to a pressure compatible with the needs of the device consuming low pressure gas, provided that the latter can consume the type of gas contained in the tank .
  • the supply of the low pressure gas consuming device is therefore partially confused with the first branch.
  • the heat treatment circuit comprises a separation device, an inlet of which is arranged downstream of the second heat exchanger.
  • the separation device makes it possible to separate the gas phase from the liquid phase of the gas circulating in the heat treatment circuit, after said gas has passed through the second heat exchanger.
  • the separation device can be used in the event of partial reliquefaction of the gas circulating in the heat treatment circuit in order to retain the fraction of gas which has not reliquefied.
  • the separation device comprises a first outlet configured to authorize an exit of the gas in the vapor state from the separation device, the heat treatment circuit comprising a third branch connecting the first outlet of the separation device. separation from the supply circuit of the low-pressure gas consuming device.
  • the heat treatment of said gas can be carried out so as to reliquefy the ethane while retaining the methane in the vapor state, the methane being present in minimal proportion in ethane.
  • the methane can then circulate outside the separation device via the first outlet, then within the third branch in order to supply the low pressure gas consuming device.
  • the latter not being capable of consuming ethane, the only way to supply it with gas in the vapor state is to isolate the methane contained in the ethane and to supply said methane.
  • the heat treatment circuit comprises a fourth branch connecting the first output of the separation device to the supply circuit at a point located between the tank and the first heat exchanger.
  • the fourth branch is for example used in the case of partial reliquefaction without the objective of separating gas components.
  • the gas remaining in the vapor state after passing through the second exchanger is then isolated within the separation device then circulates in the fourth branch in order to recirculate within the supply circuit in order to be consumed or to cause a new attempted reliquefaction.
  • the separation device comprises a second outlet configured to authorize an outlet of the gas in the liquid state from the separation device, the heat treatment circuit comprising a fifth branch connecting the second outlet of the separation device. separation to the cooling circuit.
  • the reliquefied gas therefore leaves the separation device in the liquid state and circulates in the fifth branch in order to return to the tank by joining the cooling circuit.
  • the heat treatment circuit comprises a sixth branch connecting an output of a pass of the second heat exchanger constituting the heat treatment circuit to the fifth branch. In other words, the sixth branch bypasses the separation device and joins directly the cooling circuit via the fifth branch.
  • the management system comprises a third heat exchanger configured to carry out a heat exchange between the gas in liquid state circulating in the cooling circuit and a refrigerant fluid circulating in a cooling loop.
  • This third heat exchanger makes it possible to sub-cool the gas in the liquid state, for example with the aim of improving the reliquefaction of the gas in the vapor state circulating through the second heat exchanger by circulating the gas to the subcooled liquid state within this same second heat exchanger.
  • the gas in the subcooled liquid state can also return to the tank in order to lower its overall temperature and thus reduce the tank pressure.
  • the refrigerant circulating in the cooling loop used to subcool the gas in the liquid state can for example be nitrogen.
  • the management system comprises an additional branch connecting the first compression stage of the compression device to the tank, the management system further comprising a heat exchanger configured to carry out a heat exchange between the gas in the vapor state circulating in the additional branch and a refrigerant fluid circulating in a reliquefaction loop.
  • a heat exchanger configured to carry out a heat exchange between the gas in the vapor state circulating in the additional branch and a refrigerant fluid circulating in a reliquefaction loop.
  • the presence of the additional branch and the heat exchanger can be useful for example in the case where there is too little gas in the vapor state circulating from the tank to the compression device to carry out effective pre-cooling.
  • the exchanger thermal can also be used when the gas in the liquid state contained in the tank is at a temperature too high to correctly reliquefy the gas in the vapor state circulating in the heat treatment circuit and when said gas in the liquid state does not can also not be subcooled.
  • the reliquefaction loop can be passed through by a refrigerant fluid, for example nitrogen.
  • the additional branch extends to the tank so that the gas, once reliquefied within the heat exchanger, can circulate in the liquid state to the tank.
  • the cooling circuit comprises at least one termination opening into the tank, the termination being a spray member and/or an orifice disposed in a lower part of the tank.
  • the cooling circuit in addition to participating in the reliquefaction of the gas in the vapor state, can also participate in the management of the pressure of the tank and the overall temperature of the gas contained in the tank.
  • the management system may comprise a single termination which may be the orifice or the spraying member, or may comprise two terminations including an orifice and a spraying member.
  • the gas in the liquid state can circulate in the cooling circuit, be sub-cooled thanks to the third heat exchanger, then return to the tank via the orifice and/or the control member. spray.
  • the orifice ensures a return within the tank in order to lower the overall temperature of the gas in the liquid state of the tank.
  • the spraying member allows a projection of gas in the liquid state at the level of the tank top, which promotes the condensation of the gas in the vapor state present in the tank top in order to lower the pressure of tank.
  • the invention also covers a floating structure comprising at least one tank and a management system as described above, the tank containing liquefied natural gas.
  • the floating structure comprises at least one tank and a management system as described above, the tank containing ethane.
  • the nature of the gas contained in the tank will determine the operation of the management system, how the gas consuming device is supplied and how the gas in vapor state is reliquefied.
  • the invention also covers a method for managing a gas contained in at least one tank of a floating structure, implemented by a management system as described above, during which:
  • the gas is circulated in the first branch and/or in the second branch of the heat treatment circuit if the gas contained in the tank is liquefied natural gas, or,
  • the gas is circulated in the first branch of the heat treatment circuit if the gas contained in the tank is ethane, the circulation of the gas being prevented in the second branch.
  • the management process thus makes it possible to adapt the management system, whether in terms of gas consumption or reliquefaction, regardless of whether the gas contained in the tank is liquefied natural gas or ethane.
  • FIG. 1 is a diagram of a gas management system contained in a tank within a floating structure
  • FIG. 2 is a diagram of an example of gas circulation when the gas contained in the tank is liquefied natural gas
  • FIG. 3 is a diagram of an example of gas circulation when the gas contained in the tank is ethane
  • FIG. 4 represents an alternative embodiment of the management system according to the invention.
  • FIG. 1 illustrates a management system 1 according to the invention.
  • the management system 1 can be integrated within a floating structure, for example a vessel for storing and/or transporting a gas in the liquid state contained in at least one tank 2.
  • the gas in the liquid state liquid can naturally partially evaporate within a sky 3 of the tank 2.
  • the management system 1 can treat this gas so that it supplies at least one gas consuming device .
  • the management system is configured to be able to supply a high pressure gas consuming device 4 and a low pressure gas consuming device 5.
  • the high pressure gas consuming device 4 can for example be a motor ensuring the propulsion of the floating structure.
  • the low pressure gas consuming device 5 can for its part be a generator supplying the floating structure with electricity.
  • the high pressure gas consuming device 4 and the low pressure gas consuming device 5 each have their gas supply conditions, said gas having to be of a particular nature and at a particular pressure to be compatible with the needs of each of the gas-consuming devices 4, 5.
  • the management system 1 comprises a supply circuit 6 extending between the tank 2 and the high-pressure gas-consuming device 4.
  • the supply circuit supply 6 comprises a compression device 7 making it possible to suck up the gas in the vapor state contained in the sky 3 and the tank 2 and to compress it to a pressure compatible with the needs of the gas consuming device at high pressure 4.
  • the compression device 7 is schematically represented by a series of compressors, but the compression device 7 can also be a single multi-stage compressor.
  • the compression device 7 has several compression stages in order to compress the gas in the vapor state at a more or less high pressure. The more the gas in the vapor state passes through compression stages, the more it is compressed at high pressure.
  • the gas in the vapor state must therefore pass through all the compression stages of the compression device 7 to reach the pressure compatible with the supply of the high pressure gas consuming device 4. At the outlet of the entire compression device 7, the gas in the vapor state can reach a pressure value of between 250 and 400 bars.
  • the management system 1 also includes a heat treatment circuit 8.
  • the heat treatment circuit 8 is connected to the power supply circuit 6, more particularly at the level of the compression device 7.
  • the particularity of the management system 1 according to the invention is that the heat treatment circuit 8 comprises a first branch 9 and a second branch 10, respectively connected to a first compression stage 11, and to a second compression stage 12 disposed downstream of the first compression stage 11.
  • the first branch 9 and the second branch 10 thus make it possible to circulate the gas in the vapor state within the heat treatment circuit 8 at two different pressure levels.
  • part of the supply circuit 6 is connected to the first branch 9 in order to connect the latter to the low pressure gas consuming device 5.
  • Such a connection is implemented because the gas in the vapor state compressed at the first compression stage 11 has a pressure compatible with supplying the low-pressure gas consumer device 5.
  • the gas in the vapor state compressed up to the first compression stage 11 has a pressure of between 7 and 20 bars while that the gas in the vapor state compressed up to the second compression stage 12 has a pressure of between 120 and 150 bars.
  • the first branch 9 and the second branch 10 are distinguished from each other by the fact that the second branch 10 includes a control member 32, while the first branch does not.
  • the control member 32 makes it possible to regulate the flow rate circulating in the second branch 10, but can also ensure expansion of the gas circulating in the second branch
  • the management system 1 comprises a first heat exchanger 13 configured to carry out a heat exchange between the gas in the compressed vapor state circulating in the heat treatment circuit 8 and the gas to be the vapor state circulating in the supply circuit 6 upstream of the compression device 7.
  • the first heat exchanger 13 thus makes it possible to pre-cool the gas in the vapor state circulating in the heat treatment circuit 8 by using the gas in the vapor state leaving the tank 2. The latter is then heated by capturing the calories of the gas in the vapor state circulating in the heat treatment circuit 8.
  • first branch 9 and the second branch 10 meet at a point of convergence 14.
  • the latter is advantageously arranged upstream of the first heat exchanger 13 so that all of the gas in the state steam circulating in the heat treatment circuit 8 passes through the first heat exchanger 13 to be pre-cooled.
  • the management system 1 can however be configured, in a manner not illustrated, so that the first branch 9 or the second branch 10 bypasses the first heat exchanger 13.
  • the point of convergence 14 is in this case arranged downstream of the first heat exchanger 13.
  • the gas in the pre-cooled vapor state is expanded by an expansion member 15. Expanding the gas in the vapor state makes it possible to further lower its pressure and its temperature.
  • the expansion member 15 also modifies the state change temperature of the gas in the vapor state.
  • the gas in vapor state then passes through a second heat exchanger 16 in order to be at least partially reliquefied.
  • the expansion member 15 is arranged between the first exchanger heat exchanger 13 and the second heat exchanger 16, but the expansion member 15 can also be arranged downstream of the second heat exchanger 16.
  • the management system 1 comprises a cooling circuit 17 within which circulates gas in the liquid state taken from the tank 2.
  • the cooling circuit 17 comprises a pump 18, advantageously immersed at the bottom of the tank 2 and which circulates gas in the liquid state within the cooling circuit 17.
  • the cooling circuit 17 one of them is to participate in the reliquefaction of the gas to be the vapor state circulating in the heat treatment circuit 8.
  • the gas in the liquid state circulating the cooling circuit 17 can thus pass through the second heat exchanger 16 within which the heat exchange takes place with the gas to be the vapor state circulating in the heat treatment circuit 8.
  • the gas in the vapor state is then reliquefied.
  • the management system 1 comprises a third heat exchanger 19, that the gas in the liquid state circulating in the cooling circuit 17 can cross.
  • the third heat exchanger 19 makes it possible to subcool the gas in the liquid state in order to compensate for the calories captured by the gas in the liquid state during the heat exchange occurring within the second heat exchanger 16.
  • the third heat exchanger 19 is also crossed by a cooling loop 20 within which circulates a refrigerant fluid ensuring the subcooling of the gas in the liquid state.
  • the refrigerant fluid circulating in the cooling loop 20 can for example be nitrogen.
  • the gas circulating in the heat treatment circuit 8 can circulate to a separation device 21 comprising an inlet 22 within which the gas flows at the outlet of the second heat exchanger 16.
  • the separation device 21 makes it possible to separate a liquid fraction from a vapor fraction of the gas if the latter is not entirely reliquefied.
  • the separation device 21 comprises a first outlet 23 authorizing the exit of the vapor fraction out of the separation device 21 and a second outlet 24 authorizing the exit of the liquid fraction out of the separation device 21.
  • the vapor fraction if it is present in the separation device 21, can exit via the first outlet 23 and circulate within a third branch 25 or a fourth branch 26.
  • the third branch 25 is connected to the device low pressure gas consumer 5 so that the steam fraction can supply the latter if the gas considered is consumable by the low pressure gas consumer device 5.
  • the fourth branch for its part is connected to the supply circuit 6 and allows recirculating the gas in the non-reliquefied vapor state within said supply circuit 6 so that said gas is consumed or reliquefied.
  • the liquid fraction present in the separation device 21 can for its part exit through the second outlet 24 and circulate within a fifth branch 27 which connects the separation device 21 to the cooling circuit 17. After joining the latter, the reliquefied gas then circulates to tank 2.
  • the fifth branch 27 is connected to the cooling circuit 17, but the fifth branch 27 can just as easily extend directly to tank 2.
  • the heat treatment circuit 8 also comprises a sixth branch 28 starting at an outlet of the second heat exchanger 16, upstream of the separation device 21, and extending to the fifth branch 27.
  • the sixth branch 28 allows the gas reliquefied to return directly to the tank 2 by bypassing the separation device 21. Such a bypass makes it possible to avoid unnecessary heat entry due to the passage of the gas through the separation device 21.
  • the sixth branch 28 is therefore used when the all of the gas in the vapor state circulating in the heat treatment circuit 8 is reliquefied by passing through the second heat exchanger 16.
  • the gas in the liquid state After having circulated in the cooling circuit 17 or having been reliquefied in the heat treatment circuit 8, the gas in the liquid state returns to the tank 2 via at least one termination 29.
  • the termination 29 can allow regulation of the temperature of the gas contained in the tank 2 and/or the pressure of said tank 2.
  • the termination 29 can thus be an orifice 30 or a spraying member 31.
  • the orifice 30 can be arranged at the bottom of the tank 2.
  • the pressure of the tank 2 can be lowered in the case where the termination 29, or at least one of them, is a spraying member 31.
  • the latter makes it possible to spray gas in the liquid state in the sky 3 of the tank 2 in order to condense the gas in the vapor state present in the sky 3 and thus to lower the pressure of the tank 2.
  • the spraying member 31 can also spray gas in the liquid state beforehand sub-cooled via the third heat exchanger 19 in order to promote the condensation of the gas in the vapor state from the sky 3 of the tank 2.
  • the management system 1 can be configured to supply the gas in the liquid state to the latter.
  • the management system can include an additional power supply circuit 33. This can for example be connected to the cooling circuit 17 in order to take advantage of the pump 18 to ensure circulation within the additional power supply circuit 33.
  • the additional supply circuit 33 is divided into a high pressure channel 34 and a low pressure channel 35, respectively intended to supply the high pressure gas consuming device 4 and the low pressure gas consuming device 5.
  • the high pressure channel 34 comprises a high pressure pump 36 and a high pressure evaporator 37.
  • the high pressure pump 36 pumps the gas in the liquid state up to a pressure compatible with the high pressure gas consuming device 4.
  • high pressure evaporator 37 allows the gas to be evaporated to the liquid state placed under high pressure pressure so that the gas passes into the vapor state and can be consumed by the high pressure gas consuming device 4.
  • the low pressure channel 35 comprises a low pressure evaporator 38 which evaporates the gas in the liquid state so that the low pressure gas consuming device 5 can consume said gas, if the latter is capable of supplying the device consumer of low pressure gas 5.
  • the low pressure route 35 does not include a pump like the high pressure route 34 because the circulation of the gas in the liquid state by the pump 18 is sufficient to pressurize the gas at the liquid state at a pressure compatible with the low pressure gas consuming device 5.
  • the management system 1 can also include an evacuation route 39 connected to the supply circuit 6 and extending to a burner 40.
  • the evacuation route 39 makes it possible to eliminate the gas in the vapor state in the sky 3 of the tank 2 in order to avoid overpressure within the tank 2 and that the gas in the vapor state cannot be consumed or reliquefied.
  • the latter comprises a plurality of expansion elements and valves in addition to the expansion member 15 and the control member 32 mentioned previously.
  • the heat treatment circuit 8 thus comprises a first regulation element 41 upstream of the separation device 21 and a second regulation element 42 disposed on the sixth branch 28.
  • the first regulation element 41 and the second regulation element 42 control the flow of gas circulating within the branches or portions of the circuit considered, and also control the gas pressure to a lesser extent.
  • the valves can be in the open or closed position depending on the nature of the gas contained in tank 2 and how said gas must be used, as will be described in detail later.
  • the first branch 9 thus comprises a first valve 43 and the second branch 10, in addition to the control member 32, may include a second valve 44 if the control member 32 does not allow regulation of the gas flow rate at the steam state.
  • the third branch 25 comprises a third valve 45 and the fourth branch 26 comprises a fourth valve 46.
  • the cooling circuit 17 also includes a fifth valve 47 allowing the gas in the liquid state to pass through the second heat exchanger 16.
  • the part of the supply circuit 6 connecting the first branch 9 to the low-pressure gas consuming device 5 comprises a sixth valve 51.
  • Figures 2 and 3 illustrate an example of gas circulation within management system 1 depending on the nature of the gas.
  • the gas contained in tank 2 is methane
  • Figure 3 is an example of circulation when the gas contained in tank 2 is ethane.
  • the solid lines correspond to lines where the gas circulates or can circulate
  • the dotted lines correspond to lines where the gas does not circulate.
  • the gas contained in tank 2 and able to circulate in management system 1 is therefore methane, more precisely natural gas which is largely composed of methane.
  • Methane can be consumed by the high pressure gas consuming device 4 and by the low pressure gas consuming device 5, provided it is brought to a pressure compatible with them.
  • the objective is to supply the high pressure gas consuming device 4, the natural gas in vapor state is compressed by the compression device 7 in its entirety before circulating to the gas consuming device at high pressure 4 to supply it.
  • the natural gas in the vapor state is compressed by the compression device 7 up to the first compression stage 11, where the natural gas in the the steam state is then at a pressure compatible with the low pressure gas consuming device 5, before circulating partially in the first branch 9, then again in the supply circuit 6 up to the low pressure gas consuming device 5 to supply it this.
  • the objective is to reliquefy the natural gas in the vapor state, it is compressed up to the second compression stage 12, circulates within the second branch 10 and is expanded by the control member 32.
  • the natural gas At the outlet of the second heat exchanger 16, if the natural gas is completely reliquefied, it can circulate in the sixth branch 28 in order to return to the tank 2 via the cooling circuit 17 and without passing through the separation device 21 in order to to avoid unnecessary heat input.
  • the natural gas If the natural gas is only partially reliquefied, it circulates to the separation device 21.
  • the liquid fraction circulates in the fifth branch 27 via the second outlet 24 to reach the tank 2 via the cooling circuit 17, then the orifice 30.
  • the steam fraction circulates in the fourth branch 26 via the first outlet 23 of the separation device 21 in order to join the supply circuit 6 upstream of the first heat exchanger 13 in order to be consumed or reliquefied.
  • the natural gas can be consumed by the two gas consumer devices 4, 5 therefore the gas in the liquid state can also circulate within the additional supply circuit 33, and in particular via the high pressure channel 34 and/or the channel low pressure 35 in the event of insufficient presence of gas in the vapor state in the sky 3 of the tank 2.
  • the gas contained in tank 2 is ethane.
  • Ethane contains a fraction of methane, but this fraction is minimal.
  • the high pressure gas consuming device 4 can consume ethane, but this is not the case for the low pressure gas consuming device 5, even at a compatible pressure.
  • the ethane can be sucked into the supply circuit 6.
  • the ethane in the vapor state then passes through the first heat exchanger 13 to capture the calories released by the gas circulating in the heat treatment circuit 8, then is compressed by the compression device 7.
  • the ethane in the vapor state is compressed up to the first compression stage 11 and circulates within the first branch 9 to the first heat exchanger 13 to be pre-cooled and can be further relaxed by the expansion member 15 before passing through the second heat exchanger 16.
  • the ethane in the liquid state circulates in the cooling circuit 17 and can also pass through the second heat exchanger 16 in order to at least partially reliquefy the ethane in the vapor state.
  • the ethane in the liquid state can be subcooled by passing through the third heat exchanger 19 before passing through the second heat exchanger 16.
  • the reliquefied ethane can reach tank 2 directly via the sixth branch 28 and the fifth branch 27 without passing through the separation device 21.
  • FIG 4 represents an alternative embodiment of the management system 1 according to the invention. Only the differences with what has been described previously will be discussed and we will refer to the description of Figures 1 to 3 for the structural and functional characteristics common to the two embodiments.
  • the alternative embodiment of the management system 1 comprises an additional branch 48 connected to the first compression stage 11 in parallel with the first branch 9, and which extends to the tank 2.
  • This additional branch 48 passes the gas in the vapor state through a heat exchanger 49, which is configured to carry out a heat exchange between the gas in the vapor state and a refrigerant fluid circulating in a reliquefaction loop 50. exiting the heat exchanger 49, the reliquefied gas circulates in the additional branch 48 until returning to the tank 2.
  • the additional branch 48 and the heat exchanger 49 can thus be used when it is not possible to subcool the gas in the liquid state within the cooling circuit 17, which can lead to poor reliquefaction of the gas in the vapor state passing through the second heat exchanger 16, for example in the event of a temperature differential that is too low or in the case of gas in the vapor state in too large a quantity.
  • the invention achieves the goal it set for itself, and makes it possible to propose a gas management system ensuring its consumption and/or its reliquefaction. , regardless of its nature. Variants not described here could be implemented without departing from the context of the invention, since, in accordance with the invention, they include a management system conforming to the invention.

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Abstract

La présente invention concerne un système de gestion (1) d'un gaz contenu dans une cuve (2), comprenant : - au moins un circuit d'alimentation (6), - au moins un circuit de traitement thermique (8), - au moins un premier échangeur de chaleur (13), - au moins un circuit de refroidissement (17), - au moins un deuxième échangeur de chaleur (16), caractérisé en ce que le circuit de traitement thermique (8) comprend au moins une première branche (9) connectée à un premier étage de compression (11) du dispositif de compression (7) et une deuxième branche (10) connectée à un deuxième étage de compression (12) du dispositif de compression (7), la première branche (9) et la deuxième branche (10) se rejoignant en un point de convergence (14) du circuit de traitement thermique (8).

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Système de gestion d’un gaz contenu dans un ouvrage flottant
La présente invention se rapporte au domaine des ouvrages flottants de stockage et/ou de transport de gaz à l’état liquide et concerne plus particulièrement un système de gestion d’un gaz stocké et/ou transporté au sein de tels navires.
Au cours d’un trajet effectué par un ouvrage flottant comprenant une cuve de gaz à l’état liquide destiné à être consommé et/ou à être livré à un point de destination, ledit ouvrage flottant peut être apte à utiliser le gaz s’étant évaporé au sein de la cuve, puis de comprimer celui-ci afin d’alimenter le ou les moteurs de l’ouvrage flottant.
11 est également connu, en cas d’excès de gaz évaporé au sein de la cuve, de reliquéfier le gaz n’ayant pas servi à alimenter le ou les moteurs de l’ouvrage flottant en le faisant circuler à travers un ou plusieurs échangeurs de chaleur, puis de le renvoyer dans la cuve.
Cependant, il arrive que certains ouvrages flottants, et plus particulièrement la ou les cuves qu’ils comportent, soient habilités à stocker et/ou transporter différents types de gaz à l’état liquide. Lesdits ouvrages flottants peuvent ainsi par exemple comprendre une cargaison de gaz naturel liquéfié, constituée quasiment exclusivement de méthane, ou bien une cargaison d’éthane, pouvant contenir une infime proportion de méthane.
Ces différents types de gaz présentent une structure chimique différente les uns par rapport aux autres. De par cette différence de structure, d’autres caractéristiques varient d’un gaz à l’autre, telles que la température d’évaporation ou la compatibilité avec au moins un appareil intégré à l’ouvrage flottant et apte à consommer du gaz, comme un moteur.
11 peut ainsi être compliqué d’utiliser le gaz contenu dans la cuve comme carburant ou de reliquéfier celui-ci en fonction de la nature dudit gaz car en fonction des différents paramètres de ceux-ci, certains peuvent ne pas être compatibles de manière optimale avec le système utilisé, et cela peut nuire à l’efficacité de la reliquéfaction du gaz. La présente invention permet une adaptation à différents types de gaz stockés et/ou transportés et propose à ce titre un système de gestion d’un gaz contenu dans au moins une cuve d’un ouvrage flottant qui comporte au moins un appareil consommateur de gaz, le système de gestion comprenant :
- au moins un circuit d’alimentation en gaz de l’appareil consommateur de gaz, le circuit d’alimentation comprenant au moins un dispositif de compression comprenant au moins deux étages de compression et configuré pour comprimer du gaz prélevé à l’état vapeur dans la cuve jusqu’à une pression compatible avec les besoins de l’appareil consommateur de gaz,
- au moins un circuit de traitement thermique du gaz à l’état vapeur comprimé par au moins un étage de compression du dispositif de compression,
- au moins un premier échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit d’alimentation entre la cuve et le dispositif de compression et le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique,
- au moins un circuit de refroidissement comprenant au moins une pompe configurée pour prélever le gaz à l’état liquide dans la cuve,
- au moins un deuxième échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique en aval du premier échangeur de chaleur et le gaz circulant dans le circuit de refroidissement, caractérisé en ce que le circuit de traitement thermique comprend au moins une première branche connectée à un premier étage de compression du dispositif de compression et une deuxième branche connectée à un deuxième étage de compression du dispositif de compression, le deuxième étage de compression étant disposé en aval du premier étage de compression, la première branche et la deuxième branche se rejoignant en un point de convergence du circuit de traitement thermique. Grâce à ce système de gestion, le gaz à l’état vapeur contenu dans la cuve peut être consommé et également reliquéfié de manière optimale, et ce peu importe sa nature. En fonction des caractéristiques du gaz stocké et/ou transporté, mais également en fonction de la compatibilité dudit gaz avec l’appareil consommateur de gaz, le système de gestion peut s’adapter pour un traitement du gaz systématiquement efficace. Un étage de compression tel que décrit dans l’invention peut correspondre à plusieurs compresseurs.
Le circuit d’alimentation permet de prélever le gaz à l’état vapeur se formant au niveau d’un ciel de cuve. Ce gaz à l’état vapeur est dû à l’évaporation d’une partie de la cargaison de gaz à l’état liquide contenu dans la cuve. Une telle évaporation peut se produire de manière naturelle ou de manière forcée par un quelconque dispositif intégré à l’ouvrage flottant. Le gaz à l’état vapeur peut donc être consommé ou reliquéfîé, mais doit d’une manière générale être évacué afin de réguler la pression de la cuve.
Le dispositif de compression assure donc l’aspiration du gaz à l’état vapeur hors de la cuve et comprime celui-ci. Le dispositif de compression peut par exemple être une pluralité de compresseurs disposés en série les uns par rapport à autres, ou un unique compresseur avec des étages de compression multiples. Plus les étages de compression franchis par le gaz à l’état vapeur sont nombreux, plus le gaz à l’état vapeur est mis sous haute pression. Le gaz comprimé par l’ensemble du dispositif de compression peut atteindre une pression comprise entre 250 et 400 bars. La pression appliquée sur le gaz à l’état vapeur est importante pour alimenter l’appareil consommateur de gaz car ce dernier ne peut consommer le gaz à l’état vapeur que si celui-ci est à une pression compatible. Par ailleurs, l’appareil consommateur de gaz peut ne pas être apte à consommer le gaz contenu dans la cuve en fonction de la structure chimique de celui-ci. Dans une telle configuration, le gaz à l’état vapeur n’est alors pas évacué hors de la cuve dans un but d’alimentation.
Si le gaz à l’état vapeur n’est pas compatible avec l’appareil consommateur de gaz ou si l’appareil consommateur de gaz ne nécessite pas d’être alimenté, le gaz à l’état vapeur circule alors dans le circuit de traitement thermique. Si l’appareil consommateur de gaz n’a besoin que d’une fraction du gaz à l’état vapeur pour être alimenté, le reste du gaz à l’état vapeur circule alors également dans le circuit de traitement thermique. L’une des fonctions de ce circuit de traitement thermique est de participer à la reliquéfaction du gaz à l’état vapeur comprimé.
Le premier échangeur de chaleur permet de pré-refroidir le gaz à l’état vapeur comprimé d’une part et de réchauffer le gaz à l’état vapeur en sortie de cuve d’autre part. Le prérefroidissement du gaz comprimé facilite son traitement thermique par la suite, notamment sa reliquéfaction par exemple. Le premier échangeur de chaleur permet ainsi d’améliorer le rendement global du système de gestion car la basse température du gaz à l’état vapeur en sortie de la cuve participe de manière indirecte à la reliquéfaction de gaz à l’état vapeur comprimé, et ce via l’échange de chaleur se déroulant dans le premier échangeur de chaleur.
Le circuit de refroidissement peut présenter plusieurs fonctions comme la participation à la reliquéfaction du gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique, ou encore à la gestion de la pression de la cuve. Pour ce faire, le gaz à l’état liquide de la cuve est prélevé par la pompe, cette dernière pouvant par exemple être immergée au fond de la cuve, et circule au sein du circuit de refroidissement.
En circulant dans le circuit de refroidissement, le gaz à l’état liquide peut traverser le deuxième échangeur de chaleur, qui est également traversé par le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique. Cet échange de chaleur permet ainsi de reliquéfier le gaz à l’état vapeur sans conduire à l’évaporation du gaz à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement. Une fois le gaz à l’état vapeur reliquéfié, ce dernier peut retourner au sein de la cuve, tout comme le gaz à l’état liquide utilisé pour la reliquéfaction en circulant au sein du circuit de refroidissement.
L’avantage du système de traitement thermique selon l’invention est la présence de plusieurs branches au sein du circuit de traitement thermique, en sortie du dispositif de compression. Ainsi, peu importe la nature du gaz contenu dans la cuve, celui-ci peut être systématiquement consommé et/ ou reliquéfié de manière optimale. A titre d’exemple, un gaz destiné à être consommé à basse pression et dont la reliquéfaction est plus efficace à basse pression peut sortir du dispositif de compression au niveau du premier étage de compression, tandis qu’un gaz destiné à être consommé à haute pression et dont la reliquéfaction est plus efficace à haute pression peut sortir du dispositif de compression au niveau du deuxième étage de compression. Il en va de même pour un gaz destiné à être consommé à haute pression et dont la reliquéfaction est plus efficace à basse pression ou inversement.
Par connexion au premier étage de compression et au deuxième étage de compression, il faut comprendre que la première branche est connectée à une sortie du premier étage de compression et que la deuxième branche est connectée à une sortie du deuxième étage de compression. Autrement dit, le premier étage de compression est le dernier étage à comprimer le gaz à l’état vapeur circulant dans la première branche, et le deuxième étage de compression est le dernier étage à comprimer le gaz à l’état vapeur circulant dans la deuxième branche.
Le gaz comprimé par le dispositif de compression jusqu’au premier étage de compression présente une pression comprise entre 7 et 20 bars. Le gaz comprimé par le dispositif de compression jusqu’au deuxième étage de compression présente quant à lui une pression comprise entre 120 et 150 bars. Dans cette configuration, le gaz peut sortir du dispositif de compression à deux étages de compression différents. Les deux branches se rejoignent par la suite pour que le gaz comprimé soit traité au sein du circuit de traitement thermique, et ce peu importe à quel pression ledit gaz a été comprimé.
Comme cela a été mentionné précédemment, le système de gestion peut être adapté vis- à-vis de la nature et/ou de la composition du gaz contenu dans la cuve. Ainsi, dans le cas où l’ouvrage flottant et sa cuve sont configurés pour transporter et/ou stocker du gaz de type méthane ou du gaz de type éthane, le système de gestion est alors configuré pour autoriser la circulation du gaz dans la première branche et/ou dans la deuxième branche si le gaz contenu dans la cuve est du méthane, et uniquement dans la première branche si le gaz contenu dans la cuve est de l’éthane. Une telle configuration permet de traiter au mieux chacun des types de gaz en termes d’alimentation et/ou de reliquéfaction.
Selon une caractéristique de l’invention, le point de convergence est disposé entre le dispositif de compression et le premier échangeur de chaleur. Il est particulièrement avantageux de pré-refroidir le gaz comprimé, et ce peu importe la pression à laquelle il a été comprimé. Le point de convergence est donc préférentiellement positionné en amont du premier échangeur de chaleur par rapport au sens de circulation du gaz comprimé.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de traitement thermique comprend au moins un organe de détente disposé en aval du premier échangeur de chaleur. Après avoir été pré-refroidi, le gaz à l’état vapeur est détendu afin d’abaisser sa pression et sa température notamment dans le but de refroidir davantage le gaz, voire de le reliquéfier. La détente peut également être effectuée par exemple dans le cas où le gaz est de l’éthane et que l’objectif est de créer un mélange diphasique afin d’extraire la fraction de méthane contenu dans l’éthane en la maintenant à l’état gazeux tandis que l’éthane est reliquéfié. La détente peut aider à former ce mélange diphasique en modifiant le point de changement d’état du gaz par abaissement de sa pression.
Selon une caractéristique de l’invention, l’organe de détente est disposé entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur. Cette disposition particulière permet de préparer le gaz à l’état vapeur à la reliquéfaction notamment grâce au deuxième échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, la deuxième branche du circuit de traitement thermique comprend un organe de contrôle. La deuxième branche est connectée au deuxième étage de compression, c’est-à-dire à l’étage de compression où le gaz est le plus comprimé. L’organe de contrôle disposé sur la deuxième branche permet ainsi de contrôler le débit de gaz à l’état vapeur de la deuxième branche. L’organe de contrôle peut être éventuellement apte à détendre le gaz à l’état vapeur circulant dans la deuxième branche en plus d’assurer la régulation du débit. Une détente de ce gaz peut être avantageuse avant son refroidissement au sein du premier échangeur de chaleur afin que la pression du gaz soit compatible avec la technologie du premier échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, la première branche est dépourvue d’un organe de contrôle. Il n’est pas nécessaire de détendre le gaz lorsque celui-ci n’est comprimé que jusqu’au premier étage de compression. Selon une caractéristique de l’invention, l’appareil consommateur de gaz est un appareil consommateur de gaz à haute pression, le circuit d’alimentation étant configuré pour alimenter l’appareil consommateur de gaz à haute pression et/ou un appareil consommateur de gaz à basse pression. Autrement dit, il y a au moins deux appareils consommateur de gaz pouvant être alimentés par le gaz à l’état vapeur contenu dans la cuve. A titre d’exemple, l’appareil consommateur de gaz à haute pression peut être un moteur assurant la propulsion de l’ouvrage flottant tandis que l’appareil consommateur de gaz à basse pression peut être un générateur d’électricité de l’ouvrage flottant. Ces deux exemples d’appareils consommateurs de gaz peuvent être compatibles ou non avec le gaz stocké et/ou transporté dans la cuve, et à une fourchette de pression particulière en cas de compatibilité.
Selon une caractéristique de l’invention, une alimentation de l’appareil consommateur de gaz à basse pression par le circuit d’alimentation passe au moins partiellement par la première branche. Comme cela a été évoqué précédemment, la première branche est connectée au premier étage de compression du dispositif de compression, à l’étage où le gaz est comprimé à basse pression. Le premier étage de compression est donc adapté pour comprimer le gaz à l’état vapeur à une pression compatible avec les besoins de l’appareil consommateur de gaz à basse pression, sous réserve que ce dernier puisse consommer le type de gaz contenu dans la cuve. De ce fait, l’alimentation de l’appareil consommateur de gaz à basse pression est donc partiellement confondue avec la première branche.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de traitement thermique comprend un dispositif de séparation dont une entrée est disposée en aval du deuxième échangeur de chaleur. Le dispositif de séparation permet de séparer la phase gazeuse de la phase liquide du gaz circulant dans le circuit de traitement thermique, et ce après que ledit gaz a traversé le deuxième échangeur de chaleur. Le dispositif de séparation peut être utilisé en cas de reliquéfaction partielle du gaz circulant dans le circuit de traitement thermique afin de retenir la fraction de gaz ne s’étant pas reliquéfié. Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif de séparation comprend une première sortie configurée pour autoriser une sortie du gaz à l’état vapeur hors du dispositif de séparation, le circuit de traitement thermique comprenant une troisième branche reliant la première sortie du dispositif de séparation au circuit d’alimentation de l’appareil consommateur de gaz à basse pression. Tel que cela a été mentionné précédemment, si le gaz contenu dans la cuve est de l’éthane, le traitement thermique dudit gaz peut être effectué de sorte à reliquéfier l’éthane tout en conservant le méthane à l’état vapeur, le méthane étant présent en proportion minime dans l’éthane. Le méthane peut ainsi par la suite circuler hors du dispositif de séparation via la première sortie, puis au sein de la troisième branche afin d’alimenter l’appareil consommateur de gaz à basse pression. Ce dernier n’étant pas apte à consommer l’éthane, le seul moyen de l’alimenter en gaz à l’état vapeur est d’isoler le méthane contenu dans l’éthane et de fournir ledit méthane.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de traitement thermique comprend une quatrième branche reliant la première sortie du dispositif de séparation au circuit d’alimentation en un point situé entre la cuve et le premier échangeur de chaleur. La quatrième branche est par exemple utilisée en cas de reliquéfaction partielle sans objectif de séparation de composants du gaz. Le gaz resté à l’état vapeur après la traversée du deuxième échangeur est alors isolé au sein du dispositif de séparation puis circule dans la quatrième branche afin de recirculer au sein du circuit d’alimentation afin d’être consommé ou d’entraîner une nouvelle tentative de reliquéfaction.
Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif de séparation comprend une deuxième sortie configurée pour autoriser une sortie du gaz à l’état liquide hors du dispositif de séparation, le circuit de traitement thermique comprenant une cinquième branche reliant la deuxième sortie du dispositif de séparation au circuit de refroidissement. Le gaz reliquéfié sort donc du dispositif de séparation à l’état liquide et circule dans la cinquième branche afin de retourner dans la cuve en rejoignant le circuit de refroidissement. Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de traitement thermique comprend une sixième branche reliant une sortie d’une passe du deuxième échangeur de chaleur constitutive du circuit de traitement thermique à la cinquième branche. Autrement dit, la sixième branche contourne le dispositif de séparation et rejoint directement le circuit de refroidissement via la cinquième branche. Lorsqu’il est certain que la reliquéfaction est totale après que le gaz a traversé le deuxième échangeur de chaleur, il est avantageux de contourner le dispositif de séparation afin d’éviter des entrées de chaleur inutiles.
Selon une caractéristique de l’invention, le système de gestion comprend un troisième échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement et un fluide réfrigérant circulant dans une boucle de refroidissement. Ce troisième échangeur de chaleur permet de sous- refroidir le gaz à l’état liquide, par exemple dans le but d’améliorer la reliquéfaction du gaz à l’état vapeur circulant à travers le deuxième échangeur de chaleur en faisant circuler le gaz à l’état liquide sous-refroidi au sein de ce même deuxième échangeur de chaleur. Le gaz à l’état liquide sous-refroidi peut également retourner dans la cuve afin d’abaisser la température globale de celle-ci et ainsi de diminuer la pression de la cuve. Le fluide réfrigérant circulant dans la boucle de refroidissement utilisée pour sous-refroidir le gaz à l’état liquide peut par exemple être de l’azote.
Selon une caractéristique de l’invention, le système de gestion comprend une branche additionnelle reliant le premier étage de compression du dispositif de compression à la cuve, le système de gestion comprenant en outre un échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur circulant dans la branche additionnelle et un fluide réfrigérant circulant dans une boucle de reliquéfaction. Il s’agit d’un mode de réalisation alternatif pouvant être mis en oeuvre par exemple en l’absence du troisième échangeur de chaleur évoqué précédemment ou pour traiter une forte quantité de gaz à l’état vapeur.
La présence de la branche additionnelle et de l’échangeur thermique peut être utile par exemple dans le cas où il y a trop peu de gaz à l’état vapeur circulant de la cuve jusqu’au dispositif de compression pour opérer un pré refroidissement efficace. L’échangeur thermique peut aussi être utilisé lorsque le gaz à l’état liquide contenu dans la cuve est à une température trop élevée pour reliquéfier correctement le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique et que ledit gaz à l’état liquide ne peut par ailleurs pas être sous refroidi.
Dans cette configuration, au moins une partie du gaz à l’état vapeur comprimé et destiné à être reliquéfié peut circuler dans la branche additionnelle et être reliquéfîée à part grâce à l’échange de chaleur opéré au sein de l’échangeur thermique. Tout comme la boucle de refroidissement évoquée précédemment, la boucle de reliquéfaction peut être parcouru par un fluide réfrigérant, par exemple de l’azote.
La branche additionnelle s’étend jusqu’à la cuve afin que le gaz, une fois reliquéfîé au sein de l’échangeur thermique, puisse circuler à l’état liquide jusqu’à la cuve.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de refroidissement comprend au moins une terminaison débouchant dans la cuve, la terminaison étant un organe de pulvérisation et/ou un orifice disposé dans une partie inférieure de la cuve.
Le circuit de refroidissement, en plus de participer à la reliquéfaction du gaz à l’état vapeur, peut également participer à la gestion de la pression de la cuve et de la température globale du gaz contenu dans la cuve.
Le système de gestion peut comprendre une unique terminaison pouvant être l’orifice ou l’organe de pulvérisation, ou peut comprendre deux terminaisons dont un orifice et un organe de pulvérisation.
Pour participer au refroidissement de la cuve, le gaz à l’état liquide peut circuler dans le circuit de refroidissement, être sous-refroidi grâce au troisième échangeur de chaleur, puis retourner dans la cuve via l’orifice et/ou l’organe de pulvérisation. L’orifice assure un retour au sein de la cuve afin d’abaisser la température globale du gaz à l’état liquide de la cuve. L’organe de pulvérisation permet quant à lui une projection de gaz à l’état liquide au niveau du ciel de cuve, ce qui favorise la condensation du gaz à l’état vapeur présent dans le ciel de cuve afin d’abaisser la pression de la cuve. L’invention couvre également un ouvrage flottant comprenant au moins une cuve et un système de gestion tel que décrit précédemment, la cuve contenant du gaz naturel liquéfié.
Selon une caractéristique de l’invention, l’ouvrage flottant comprend au moins une cuve et un système de gestion tel que décrit précédemment, la cuve contenant de l’éthane.
Tel que cela a été décrit précédemment, la nature du gaz contenu dans la cuve va déterminer le fonctionnement du système de gestion, comment l’appareil consommateur de gaz est alimenté et comment le gaz à l’état vapeur est reliquéfîé.
L’invention couvre également un procédé de gestion d’un gaz contenu dans au moins une cuve d’un ouvrage flottant, mis en oeuvre par un système de gestion tel que décrit précédemment, au cours duquel :
- on fait circuler le gaz dans la première branche et/ou dans la deuxième branche du circuit de traitement thermique si le gaz contenu dans la cuve est du gaz naturel liquéfié, ou,
- on fait circuler le gaz dans la première branche du circuit de traitement thermique si le gaz contenu dans la cuve est de l’éthane, la circulation du gaz étant empêchée dans la deuxième branche.
Le procédé de gestion permet ainsi d’adapter le système de gestion, que ce soit en termes de consommation de gaz ou de reliquéfaction, et ce peu importe si le gaz contenu dans la cuve est du gaz naturel liquéfié ou de l’éthane.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[fig 1] est un schéma d’un système de gestion d’un gaz contenu dans une cuve au sein d’un ouvrage flottant, [fig 2] est un schéma d’un exemple de circulation du gaz lorsque le gaz contenu dans la cuve est du gaz naturel liquéfié,
[fig 3] est un schéma d’un exemple de circulation du gaz lorsque le gaz contenu dans la cuve est de l’éthane,
[fig 4] représente un mode de réalisation alternatif du système de gestion selon l’invention.
La figure 1 illustre un système de gestion 1 selon l’invention. Le système de gestion 1 peut être intégré au sein d’un ouvrage flottant, par exemple un navire de stockage et/ou de transport d’un gaz à l’état liquide contenu dans au moins une cuve 2. Le gaz à l’état liquide peut de manière naturelle s’évaporer partiellement au sein d’un ciel 3 de la cuve 2.
Afin de gérer la pression de la cuve 2 qui augmente du fait de la présence de gaz à l’état vapeur au sein du ciel 3, le système de gestion 1 peut traiter ce gaz afin que ce dernier alimente au moins un appareil consommateur de gaz. Sur la figure 1, le système de gestion est configuré pour pouvoir alimenter un appareil consommateur de gaz à haute pression 4 et un appareil consommateur de gaz à basse pression 5. L’appareil consommateur de gaz à haute pression 4 peut par exemple être un moteur assurant la propulsion de l’ouvrage flottant. L’appareil consommateur de gaz à basse pression 5 peut quant à lui être un générateur alimentant l’ouvrage flottant en électricité. L’appareil consommateur de gaz à haute pression 4 et l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5 ont chacun leurs conditions d’alimentation en gaz, ledit gaz devant être de nature particulière et à une pression particulière pour être compatible avec les besoins de chacun des appareils consommateurs de gaz 4, 5.
Afin d’assurer une alimentation des appareils consommateurs de gaz 4, 5, le système de gestion 1 comprend un circuit d’alimentation 6 s’étendant entre la cuve 2 et l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4. Le circuit d’alimentation 6 comprend un dispositif de compression 7 permettant d’aspirer le gaz à l’état vapeur contenu dans le ciel 3 et la cuve 2 et de comprimer celui-ci jusqu’à une pression compatible avec les besoins de l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4. Sur la figure 1, le dispositif de compression 7 est schématisé par une série de compresseurs, mais le dispositif de compression 7 peut également être un unique compresseur multi-étagé. Ainsi, le dispositif de compression 7 présente plusieurs étages de compression afin de comprimer le gaz à l’état vapeur à une pression plus ou moins élevée. Plus le gaz à l’état vapeur traverse d’étages de compression, plus celui-ci est comprimé à haute pression. Le gaz à l’état vapeur doit donc traverser l’ensemble des étages de compression du dispositif de compression 7 pour atteindre la pression compatible à l’alimentation de l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4. En sortie de l’ensemble du dispositif de compression 7, le gaz à l’état vapeur peut atteindre une valeur de pression comprise entre 250 et 400 bars.
Le système de gestion 1 comprend également un circuit de traitement thermique 8. Le circuit de traitement thermique 8 est connecté au circuit d’alimentation 6, plus particulièrement au niveau du dispositif de compression 7. La particularité du système de gestion 1 selon l’invention est que le circuit de traitement thermique 8 comprend une première branche 9 et une deuxième branche 10, respectivement connectées à un premier étage de compression 11, et à un deuxième étage de compression 12 disposé en aval du premier étage de compression 11. La première branche 9 et la deuxième branche 10 permettent ainsi de faire circuler le gaz à l’état vapeur au sein du circuit de traitement thermique 8 à deux niveaux de pression différents. Par ailleurs, une partie du circuit d’alimentation 6 est connectée à la première branche 9 afin de relier cette dernière à l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5. Une telle connexion est mise en oeuvre car le gaz à l’état vapeur comprimé au premier étage de compression 11 présente une pression compatible pour alimenter l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5. Le gaz à l’état vapeur comprimé jusqu’au premier étage de compression 11 présente une pression comprise entre 7 et 20 bars tandis que le gaz à l’état vapeur comprimé jusqu’au deuxième étage de compression 12 présente une pression comprise entre 120 et 150 bars.
Au-delà de la connexion à un étage de compression différent, la première branche 9 et la deuxième branche 10 se distinguent entre elles de par le fait que la deuxième branche 10 comprend un organe de contrôle 32, tandis que la première branche en est dépourvue. L’organe de contrôle 32 permet de réguler le débit circulant dans la deuxième branche 10, mais peut également assurer une détente du gaz circulant dans la deuxième branche
10 après la compression de celui-ci jusqu’au deuxième étage de compression 12.
L’un des objectifs du circuit de traitement thermique 8 est de participer à la reliquéfaction du gaz à l’état vapeur non utilisé pour l’alimentation des appareils consommateurs de gaz 4, 5 afin de limiter les pertes liées à l’évaporation du gaz contenu dans la cuve 2. Pour ce faire, le système de gestion 1 comprend un premier échangeur de chaleur 13 configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur comprimé circulant dans le circuit de traitement thermique 8 et le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit d’alimentation 6 en amont du dispositif de compression 7.
Le premier échangeur de chaleur 13 permet ainsi de pré- refroidir le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique 8 en utilisant le gaz à l’état vapeur en sortie de la cuve 2. Ce dernier est alors chauffé en captant les calories du gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique 8.
11 est à noter que la première branche 9 et la deuxième branche 10 se rejoignent au niveau d’un point de convergence 14. Ce dernier est avantageusement disposé en amont du premier échangeur de chaleur 13 afin que l’ensemble du gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique 8 traverse le premier échangeur de chaleur 13 pour être pré-refroidi. Le système de gestion 1 peut toutefois être configuré, de manière non illustrée, pour que la première branche 9 ou que la deuxième branche 10 contourne le premier échangeur de chaleur 13. Le point de convergence 14 est dans ce cas-là agencé en aval du premier échangeur de chaleur 13.
En sortie du premier échangeur de chaleur 13, le gaz à l’état vapeur pré-refroidi est détendu par un organe de détente 15. La détente du gaz à l’état vapeur permet d’abaisser davantage sa pression et sa température. L’organe de détente 15 modifie également la température de changement d’état du gaz à l’état vapeur. Le gaz à l’état vapeur traverse ensuite un deuxième échangeur de chaleur 16 dans le but d’être au moins partiellement reliquéfîé. Sur la figure 1, l’organe de détente 15 est disposé entre le premier échangeur de chaleur 13 et le deuxième échangeur de chaleur 16, mais l’organe de détente 15 peut également être agencé en aval du deuxième échangeur de chaleur 16.
Afin d’opérer une reliquéfaction efficace, le système de gestion 1 comprend un circuit de refroidissement 17 au sein duquel circule du gaz à l’état liquide prélevé dans la cuve 2. Le circuit de refroidissement 17 comprend une pompe 18, avantageusement immergée au fond de la cuve 2 et qui met en circulation du gaz à l’état liquide au sein du circuit de refroidissement 17. Parmi les différentes fonctions du circuit de refroidissement 17, l’une d’entre elles est de participer à la reliquéfaction du gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique 8. Le gaz à l’état liquide circulant le circuit de refroidissement 17 peut ainsi traverser le deuxième échangeur de chaleur 16 au sein duquel s’opère l’échange de chaleur avec le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique 8. Le gaz à l’état vapeur est alors reliquéfîé.
Afin d’améliorer la reliquéfaction du gaz à l’état vapeur circulant dans le deuxième échangeur de chaleur 16, le système de gestion 1 comprend un troisième échangeur de chaleur 19, que le gaz à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement 17 peut traverser.
Le troisième échangeur de chaleur 19 permet de sous refroidir le gaz à l’état liquide afin de compenser les calories captées par le gaz à l’état liquide lors de l’échange de chaleur se produisant au sein du deuxième échangeur de chaleur 16. Afin de sous refroidir le gaz à l’état liquide, le troisième échangeur de chaleur 19 est également traversé par une boucle de refroidissement 20 au sein duquel circule un fluide réfrigérant assurant le sous refroidissement du gaz à l’état liquide. Le fluide réfrigérant circulant dans la boucle de refroidissement 20 peut par exemple être de l’azote.
Une fois le gaz circulant dans le circuit de traitement thermique 8 au moins partiellement reliquéfîé, celui-ci peut circuler jusqu’à un dispositif de séparation 21 comprenant une entrée 22 au sein de laquelle s’écoule le gaz en sortie du deuxième échangeur de chaleur 16. Le dispositif de séparation 21 permet de séparer une fraction liquide d’une fraction vapeur du gaz si ce dernier n’est pas entièrement reliquéfié. Le dispositif de séparation 21 comprend une première sortie 23 autorisant la sortie de la fraction vapeur hors du dispositif de séparation 21 et une deuxième sortie 24 autorisant la sortie de la fraction liquide hors du dispositif de séparation 21.
La fraction vapeur, si elle est présente dans le dispositif de séparation 21, peut sortir via la première sortie 23 et circuler au sein d’une troisième branche 25 ou d’une quatrième branche 26. La troisième branche 25 est reliée à l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5 afin que la fraction vapeur puisse alimenter ce dernier si le gaz considéré est consommable par l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5. La quatrième branche quant à elle est reliée au circuit d’alimentation 6 et permet la recirculation du gaz à l’état vapeur non reliquéfié au sein dudit circuit d’alimentation 6 afin que ledit gaz soit consommé ou reliquéfîé.
La fraction liquide présente dans le dispositif de séparation 21 peut quant à elle sortir par la deuxième sortie 24 et circuler au sein d’une cinquième branche 27 qui relie le dispositif de séparation 21 au circuit de refroidissement 17. Après avoir rejoint ce dernier, le gaz reliquéfié circule alors jusqu’à la cuve 2. Sur la figure 1, la cinquième branche 27 est connectée au circuit de refroidissement 17, mais la cinquième branche 27 peut tout aussi bien directement s’étendre jusqu’à la cuve 2.
Le circuit de traitement thermique 8 comprend également une sixième branche 28 débutant à une sortie du deuxième échangeur de chaleur 16, en amont du dispositif de séparation 21, et s’étendant jusqu’à la cinquième branche 27. La sixième branche 28 permet au gaz reliquéfîé de retourner directement dans la cuve 2 en contournant le dispositif de séparation 21. Un tel contournement permet d’éviter des entrées de chaleur inutiles dues au passage du gaz par le dispositif de séparation 21. La sixième branche 28 est donc utilisée lorsque l’ensemble du gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique 8 est reliquéfîé en traversant le deuxième échangeur de chaleur 16.
Après avoir circulé dans le circuit de refroidissement 17 ou avoir été reliquéfîé dans le circuit de traitement thermique 8, le gaz à l’état liquide retourne dans la cuve 2 via au moins une terminaison 29. La terminaison 29 peut permettre une régulation de la température du gaz contenu dans la cuve 2 et/ou de la pression de ladite cuve 2. La terminaison 29 peut ainsi être un orifice 30 ou un organe de pulvérisation 31. L’orifice 30 peut être agencé au fond de la cuve 2.
Il est possible d’abaisser la température du gaz à l’état liquide contenu dans la cuve 2 grâce au troisième échangeur de chaleur 19 évoqué précédemment. Le gaz à l’état liquide est ainsi prélevé dans la cuve 2, est sous-refioidi en traversant le troisième échangeur de chaleur 19, et retourne sous-refroidi dans la cuve 2 via l’orifice 30. La température globale du gaz à l’état liquide contenu dans la cuve 2 peut ainsi diminuer au fil du temps.
La pression de la cuve 2 peut être abaissée dans le cas où la terminaison 29, ou au moins l’une d’entre elles, est un organe de pulvérisation 31. Ce dernier permet de pulvériser du gaz à l’état liquide dans le ciel 3 de la cuve 2 afin de condenser le gaz à l’état vapeur présent dans le ciel 3 et ainsi d’abaisser la pression de la cuve 2. L’organe de pulvérisation 31 peut par ailleurs pulvériser du gaz à l’état liquide préalablement sous- refroidi via le troisième échangeur de chaleur 19 afin de favoriser la condensation du gaz à l’état vapeur du ciel 3 de la cuve 2.
Lorsque la génération de gaz à l’état vapeur dans le ciel 3 de la cuve 2 n’est pas suffisante pour satisfaire la consommation de l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4 et/ou de l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5, le système de gestion 1 peut être configuré pour fournir le gaz à l’état liquide à ces derniers. Ainsi, le système de gestion peut comprendre un circuit d’alimentation supplémentaire 33. Celui-ci peut par exemple être connecté au circuit de refroidissement 17 afin de profiter de la pompe 18 pour assurer la circulation au sein du circuit d’alimentation supplémentaire 33.
Le circuit d’alimentation supplémentaire 33 se divise en une voie haute pression 34 et en une voie basse pression 35, respectivement destinées à alimenter l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4 et l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5. La voie haute pression 34 comprend une pompe haute pression 36 et un évaporateur haute pression 37. La pompe haute pression 36 pompe le gaz à l’état liquide jusqu’à une pression compatible avec l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4. L’ évaporateur haute pression 37 permet d’évaporer le gaz à l’état liquide mis sous haute pression afin que le gaz passe à l’état vapeur et puisse être consommé par l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4.
La voie basse pression 35 comprend quant à elle un évaporateur basse pression 38 qui évapore le gaz à l’état liquide pour que l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5 puisse consommer ledit gaz, si ce dernier est apte à alimenter l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5. La voie basse pression 35 n’inclut pas de pompe comme la voie haute pression 34 car la mise en circulation du gaz à l’état liquide par la pompe 18 est suffisante pour mettre sous pression le gaz à l’état liquide à une pression compatible pour l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5.
Le système de gestion 1 peut également comprendre une voie d’évacuation 39 connectée au circuit d’alimentation 6 et s’étendant jusqu’à un bruleur 40. La voie d’évacuation 39 permet d’éliminer le gaz à l’état vapeur dans le ciel 3 de la cuve 2 afin d’éviter une surpression au sein de la cuve 2 et que le gaz à l’état vapeur ne peut être consommé ou reliquéfîé.
Afin de déterminer un cheminement et une pression du gaz au sein du système de gestion 1 , celui-ci comprend une pluralité d’éléments de détente et de vannes en plus de l’organe de détente 15 et de l’organe de contrôle 32 évoqués précédemment. Le circuit de traitement thermique 8 comprend ainsi un premier élément de régulation 41 en amont du dispositif de séparation 21 et un deuxième élément de régulation 42 disposé sur la sixième branche 28. Le premier élément de régulation 41 et le deuxième élément de régulation 42 contrôlent le débit de gaz circulant au sein des branches ou des portions de circuit considérées, et contrôlent également la pression du gaz à moindre mesure.
Les vannes peuvent être en position ouverte ou fermée en fonction de la nature du gaz contenu dans la cuve 2 et comment ledit gaz doit être utilisé, tel que cela sera décrit en détails par la suite. La première branche 9 comprend ainsi une première vanne 43 et la deuxième branche 10, en plus de l’organe de contrôle 32, peut comprendre une deuxième vanne 44 si l’organe de contrôle 32 ne permet pas une régulation de débit du gaz à l’état vapeur. Par ailleurs la troisième branche 25 comprend une troisième vanne 45 et la quatrième branche 26 comprend une quatrième vanne 46. Le circuit de refroidissement 17 comprend par ailleurs une cinquième vanne 47 permettant d’autoriser le gaz à l’état liquide à traverser le deuxième échangeur de chaleur 16.
Enfin, la partie du circuit d’alimentation 6 reliant la première branche 9 à l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5 comprend une sixième vanne 51.
Les figures 2 et 3 illustrent un exemple d’illustration de circulation du gaz au sein du système de gestion 1 selon la nature du gaz. Dans la figure 2, le gaz contenu dans la cuve 2 est du méthane tandis que la figure 3 est un exemple de circulation lorsque le gaz contenu dans la cuve 2 est de l’éthane. Pour chaque figure, les traits pleins correspondent à des lignes où le gaz circule ou peut circuler, tandis que les traits pointillés correspondent à des lignes où le gaz ne circule pas.
Pour la figure 2, le gaz contenu dans la cuve 2 et pouvant circuler dans le système de gestion 1 est donc du méthane, plus précisément du gaz naturel qui est en grande majorité composé de méthane. Le méthane peut être consommé par l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4 et par l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5, à condition d’être mis à une pression compatible avec ceux-ci.
Ainsi, si du gaz naturel est à l’état vapeur dans le ciel 3 de la cuve 2, celui-ci peut être aspiré au sein du circuit d’alimentation 6. Le gaz naturel à l’état vapeur traverse ensuite le premier échangeur de chaleur 13 pour capter les calories cédées par le gaz circulant dans le circuit de traitement thermique 8, puis est comprimé par le dispositif de compression 7.
Si l’objectif est d’alimenter l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4, le gaz naturel à l’état vapeur est comprimé par le dispositif de compression 7 dans son intégralité avant de circuler jusqu’à l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4 pour alimenter celui-ci.
Si l’objectif est d’alimenter l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5, le gaz naturel à l’état vapeur est comprimé par le dispositif de compression 7 jusqu’au premier étage de compression 11, où le gaz naturel à l’état vapeur est alors à une pression compatible avec l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5, avant de circuler partiellement dans la première branche 9, puis de nouveau dans le circuit d’alimentation 6 jusqu’à l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5 pour alimenter celui-ci.
Si l’objectif est de reliquéfier le gaz naturel à l’état vapeur, celui-ci est comprimé jusqu’au deuxième étage de compression 12, circule au sein de la deuxième branche 10 et est détendu par l’organe de contrôle 32.
Le gaz naturel à l’état vapeur traverse par la suite le premier échangeur de chaleur 13 pour être pré refroidi et peut être davantage détendu par l’organe de détente 15 avant de traverser le deuxième échangeur de chaleur 16. Parallèlement à cela le gaz naturel à l’état liquide circule dans le circuit de refroidissement 17 et peut également traverser le deuxième échangeur de chaleur 16 afin de reliquéfier au moins partiellement le gaz naturel à l’état vapeur. Afin de favoriser la reliquéfaction du gaz naturel à l’état vapeur, le gaz naturel à l’état liquide peut être sous refroidi en traversant le troisième échangeur de chaleur 19 avant de traverser le deuxième échangeur de chaleur 16. Le gaz naturel sous refroidi peut également servir à abaisser la température globale du gaz naturel à l’état liquide en circulant jusqu’à l’orifice 30 ou réduire la pression de la cuve 2 en recondensant le gaz naturel à l’état vapeur grâce à la projection du gaz sous refroidi via l’organe de projection 31.
En sortie du deuxième échangeur de chaleur 16, si le gaz naturel est entièrement reliquéfîé, celui-ci peut circuler dans la sixième branche 28 afin de retourner dans la cuve 2 via le circuit de refroidissement 17 et sans passer par le dispositif de séparation 21 afin d’éviter des entrées de chaleur inutiles.
Si le gaz naturel n’est que partiellement reliquéfîé, celui-ci circule jusqu’au dispositif de séparation 21. La fraction liquide circule dans la cinquième branche 27 via la deuxième sortie 24 pour rejoindre la cuve 2 via le circuit de refroidissement 17, puis l’orifice 30. La fraction vapeur circule dans la quatrième branche 26 via la première sortie 23 du dispositif de séparation 21 afin de rejoindre le circuit d’alimentation 6 en amont du premier échangeur de chaleur 13 afin d’être consommé ou reliquéfié. Le gaz naturel peut être consommé par les deux appareils consommateur de gaz 4, 5 donc le gaz à l’état liquide peut également circuler au sein du circuit d’alimentation supplémentaire 33, et notamment par la voie haute pression 34 et/ou la voie basse pression 35 en cas de présence insuffisante de gaz à l’état vapeur dans le ciel 3 de la cuve 2.
Pour la figure 3, le gaz contenu dans la cuve 2 est de l’éthane. L’éthane contient une fraction de méthane, mais cette fraction est minime. L’appareil consommateur de gaz à haute pression 4 peut consommer l’éthane, mais ce n’est pas le cas pour l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5, même à une pression compatible.
L’éthane peut être aspiré au sein du circuit d’alimentation 6. L’éthane à l’état vapeur traverse ensuite le premier échangeur de chaleur 13 pour capter les calories cédées par le gaz circulant dans le circuit de traitement thermique 8, puis est comprimé par le dispositif de compression 7.
Si l’objectif est d’alimenter l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4, l’éthane à l’état vapeur est comprimé par le dispositif de compression 7 dans son intégralité avant de circuler jusqu’à l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4 pour alimenter celui-ci.
Si l’objectif est d’alimenter l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5, l’éthane à l’état vapeur ne peut alimenter directement ce dernier comme cela a été mentionné précédemment. Pour cela, l’éthane à l’état vapeur doit d’abord passer par le circuit de traitement thermique 8.
Si l’objectif est de reliquéfîer l’éthane à l’état vapeur ou d’alimenter l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5 de manière indirecte, l’éthane à l’état vapeur est comprimé jusqu’au premier étage de compression 11 et circule au sein de la première branche 9 jusqu’au premier échangeur de chaleur 13 pour être pré refroidi et peut être davantage détendu par l’organe de détente 15 avant de traverser le deuxième échangeur de chaleur 16. Parallèlement à cela l’éthane à l’état liquide circule dans le circuit de refroidissement 17 et peut également traverser le deuxième échangeur de chaleur 16 afin de reliquéfier au moins partiellement l’éthane à l’état vapeur. Afin de favoriser la reliquéfaction de l’éthane à l’état vapeur, l’éthane à l’état liquide peut être sous refroidi en traversant le troisième échangeur de chaleur 19 avant de traverser le deuxième échangeur de chaleur 16.
Si l’objectif est d’alimenter l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5, l’organe de détente 15 peut être paramétré pour détendre l’éthane à l’état vapeur de sorte à ce que, en traversant le deuxième échangeur de chaleur 16, l’éthane sort de ce dernier majoritairement à l’état liquide mais avec la fraction de méthane évoquée précédemment maintenue à l’état vapeur. Le méthane ayant une température de reliquéfaction inférieure à celle de l’éthane, le gaz sort ainsi du deuxième échangeur de chaleur 16 à une température comprise entre les deux points de reliquéfaction des deux types de gaz.
L’éthane partiellement reliquéfié circule alors jusqu’au dispositif de séparation 21, et la fraction gazeuse, à savoir le méthane, peut alors alimenter l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5 en sortant via la première sortie 23 et en circulant dans la troisième branche 25 jusqu’à l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5.
L’éthane quant à lui peut retourner dans la cuve de la même manière que ce qui a été décrit précédemment.
Si l’objectif est de totalement reliquéfier l’éthane à l’état vapeur, l’éthane reliquéfié peut rejoindre la cuve 2 directement via la sixième branche 28 et la cinquième branche 27 sans passer par le dispositif de séparation 21.
Si l’éthane n’est que partiellement reliquéfié, il circule jusqu’au dispositif de séparation 21. La fraction liquide circule dans la cinquième branche 27 via la deuxième sortie 24 pour rejoindre la cuve 2 via le circuit de refroidissement 17, puis l’orifice 30. La fraction vapeur, s’il n’y a pas d’objectif d’alimentation de l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5, circule dans la quatrième branche 26 via la première sortie 23 du dispositif de séparation 21 afin de rejoindre le circuit d’alimentation 6 en amont du premier échangeur de chaleur 13 afin d’être consommé ou reliquéfié.
Tout comme pour ce qui a été décrit en figure 2, l’éthane sous refroidi circulant dans le circuit de refroidissement 17 peut également servir à abaisser la température globale de l’éthane à l’état liquide en circulant jusqu’à l’orifice 30 ou réduire la pression de la cuve 2 en recondensant l’éthane à l’état vapeur grâce à la projection du gaz sous refroidi via l’organe de pulvérisation 31.
Concernant le circuit d’alimentation supplémentaire 33, seule la voie haute pression 34 peut servir pour l’alimentation, l’éthane ne pouvant pas être consommé par l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5.
La figure 4 représente un mode de réalisation alternatif du système de gestion 1 selon l’invention. Seules les différences avec ce qui a été décrit précédemment seront abordées et on se référera à la description des figures 1 à 3 pour les caractéristiques structurelles et fonctionnelles communes aux deux modes de réalisation.
Le système de gestion 1 illustré sur la figure 4 diffère de ce qui a été décrit précédemment par l’absence du troisième échangeur de chaleur permettant de sous refroidir le gaz à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement 17.
A la place, le mode de réalisation alternatif du système de gestion 1 selon l’invention comprend une branche additionnelle 48 connectée au premier étage de compression 11 en parallèle de la première branche 9, et qui s’étend jusqu’à la cuve 2. Cette branche additionnelle 48 fait passer le gaz à l’état vapeur à travers un échangeur thermique 49, qui est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur et un fluide réfrigérant circulant dans une boucle de reliquéfaction 50. En sortie de l’échangeur thermique 49, le gaz reliquéfîé circule dans la branche additionnelle 48 jusqu’à retourner dans la cuve 2.
La branche additionnelle 48 et l’échangeur thermique 49 peuvent ainsi être utilisés lorsque qu’il n’est pas possible de sous refroidir le gaz à l’état liquide au sein du circuit de refroidissement 17, ce qui peut conduire à une mauvaise reliquéfaction du gaz à l’état vapeur traversant le deuxième échangeur de chaleur 16, par exemple en cas de différentiel de température trop faible ou en cas de gaz à l’état vapeur en trop grande quantité.
Dans une telle situation, il peut être judicieux de répartir le gaz à l’état vapeur comprimé entre le circuit de traitement thermique 8 et la branche additionnelle 48 afin que l’ensemble dudit gaz à l’état vapeur soit efficacement reliquéfié. Le rendement est ainsi identique par rapport au système de gestion décrit aux figures 1 à 3. On se référera à la description des figures 2 et 3 en ce qui concerne le cheminement du gaz au sein du système de gestion, et ce en fonction de sa nature. Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.
L’invention, telle qu’elle vient d’être décrite, atteint bien le but qu’elle s’était fixée, et permet de proposer un système de gestion d’un gaz assurant la consommation de celui-ci et/ou sa reliquéfaction, et ce peu importe sa nature. Des variantes non décrites ici pourraient être mises en oeuvre sans sortir du contexte de l’invention, dès lors que, conformément à l’invention, elles comprennent un système de gestion conforme à l’invention.

Claims

REVENDICATIONS
1- Système de gestion (1) d’un gaz contenu dans au moins une cuve (2) d’un ouvrage flottant qui comporte au moins un appareil consommateur de gaz (4, 5), le système de gestion (1) comprenant : au moins un circuit d’alimentation (6) en gaz de l’appareil consommateur de gaz (4, 5), le circuit d’alimentation (6) comprenant au moins un dispositif de compression (7) comprenant au moins deux étages de compression (11, 12) et configuré pour comprimer du gaz prélevé à l’état vapeur dans la cuve (2) jusqu’à une pression compatible avec les besoins de l’appareil consommateur de gaz (4, 5), au moins un circuit de traitement thermique (8) du gaz à l’état vapeur comprimé par au moins un étage de compression (11, 12) du dispositif de compression (7), au moins un premier échangeur de chaleur (13) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit d’alimentation (6) entre la cuve (2) et le dispositif de compression (7) et le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique (8), au moins un circuit de refroidissement (17) comprenant au moins une pompe (18) configurée pour prélever le gaz à l’état liquide dans la cuve (2), au moins un deuxième échangeur de chaleur (16) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique (8) en aval du premier échangeur de chaleur (13) et le gaz circulant dans le circuit de refroidissement (17), caractérisé en ce que le circuit de traitement thermique (8) comprend au moins une première branche (9) connectée à un premier étage de compression (11) du dispositif de compression (7) et une deuxième branche (10) connectée à un deuxième étage de compression (12) du dispositif de compression (7), le deuxième étage de compression (12) étant disposé en aval du premier étage de compression (11), la première branche (9) et la deuxième branche (10) se rejoignant en un point de convergence (14) du circuit de traitement thermique (8). 2- Système de gestion (1) selon la revendication 1, dans lequel le point de convergence (14) est disposé entre le dispositif de compression (7) et le premier échangeur de chaleur (13).
3- Système de gestion (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le circuit de traitement thermique (8) comprend au moins un organe de détente (15) disposé en aval du premier échangeur de chaleur (13).
4- Système de gestion (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’organe de détente (15) est disposé entre le premier échangeur de chaleur (13) et le deuxième échangeur de chaleur (16).
5- Système de gestion (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième branche (10) du circuit de traitement thermique (8) comprend un organe de contrôle (32).
6- Système de gestion (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’appareil consommateur de gaz (4, 5) est un appareil consommateur de gaz à haute pression (4), le circuit d’alimentation (6) étant configuré pour alimenter l’appareil consommateur de gaz à haute pression (4) et/ou un appareil consommateur de gaz à basse pression (5).
7- Système de gestion (1) selon la revendication précédente, dans lequel une alimentation de l’appareil consommateur de gaz à basse pression (5) par le circuit d’alimentation (6) passe au moins partiellement par la première branche (9).
8- Système de gestion (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit de traitement thermique (8) comprend un dispositif de séparation (21) dont une entrée (22) est disposée en aval du deuxième échangeur de chaleur (16).
9- Système de gestion (1) selon la revendication précédente, en combinaison avec la revendication 6, dans lequel le dispositif de séparation (21) comprend une première sortie (23) configurée pour autoriser une sortie du gaz à l’état vapeur hors du dispositif de séparation (21), le circuit de traitement thermique (8) comprenant une troisième Tl branche (25) reliant la première sortie (23) du dispositif de séparation (21) au circuit d’alimentation (6) de l’appareil consommateur de gaz à basse pression (5).
10- Système de gestion (1) selon la revendication précédente, dans lequel le circuit de traitement thermique (8) comprend une quatrième branche (26) reliant la première sortie (23) du dispositif de séparation (21) au circuit d’alimentation (6) en un point situé entre la cuve (2) et le premier échangeur de chaleur (13).
11- Système de gestion (1) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de séparation (21) comprend une deuxième sortie (24) configurée pour autoriser une sortie du gaz à l’état liquide hors du dispositif de séparation (21), le circuit de traitement thermique (8) comprenant une cinquième branche (27) reliant la deuxième sortie (24) du dispositif de séparation (21) au circuit de refroidissement (17).
12- Système de gestion (1) selon la revendication précédente, dans lequel le circuit de traitement thermique (8) comprend une sixième branche (28) reliant une sortie d’une passe du deuxième échangeur de chaleur (16) constitutive du circuit de traitement thermique (8) à la cinquième branche (27).
13- Système de gestion (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un troisième échangeur de chaleur (19) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement (17) et un fluide réfrigérant circulant dans une boucle de refroidissement (20).
14- Système de gestion (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant une branche additionnelle (48) reliant le premier étage de compression (11) du dispositif de compression (7) à la cuve (2), le système de gestion (1) comprenant en outre un échangeur thermique (49) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur circulant dans la branche additionnelle (48) et un fluide réfrigérant circulant dans une boucle de reliquéfaction (50).
15- Système de gestion (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit de refroidissement (17) comprend au moins une terminaison (29) débouchant dans la cuve (2), la terminaison (29) étant un organe de pulvérisation (31) et/ou un orifice (30) disposé dans une partie inférieure de la cuve (2).
16- Ouvrage flottant comprenant au moins une cuve (2) et un système de gestion (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, la cuve (2) contenant du gaz naturel liquéfié.
17- Ouvrage flottant comprenant au moins une cuve (2) et un système de gestion (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, la cuve (2) contenant de l’éthane.
18- Procédé de gestion d’un gaz contenu dans au moins une cuve (2) d’un ouvrage flottant, mis en oeuvre par un système de gestion (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, au cours duquel : on fait circuler le gaz dans la première branche (9) et/ou dans la deuxième branche (10) du circuit de traitement thermique (8) si le gaz contenu dans la cuve (2) est du gaz naturel liquéfié, ou, on fait circuler le gaz dans la première branche (9) du circuit de traitement thermique (8) si le gaz contenu dans la cuve (2) est de l’éthane, la circulation du gaz étant empêchée dans la deuxième branche (10).
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