WO2024084154A1 - Procede de gestion d'un fluide sous forme liquide contenu dans une cuve - Google Patents

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WO2024084154A1
WO2024084154A1 PCT/FR2023/051587 FR2023051587W WO2024084154A1 WO 2024084154 A1 WO2024084154 A1 WO 2024084154A1 FR 2023051587 W FR2023051587 W FR 2023051587W WO 2024084154 A1 WO2024084154 A1 WO 2024084154A1
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gas phase
fluid
compression device
mode
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Bernard Aoun
Pavel BORISEVICH
Majd TRABOULSI
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Gaztransport Et Technigaz
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    • F17C2270/0105—Ships

Definitions

  • TITLE METHOD FOR MANAGING A FLUID IN LIQUID FORM CONTAINED IN A TANK
  • the present invention relates to the field of floating structures for storage and/or transport of gas in the liquid state, in particular liquefied natural gas, and more particularly to the field of management of the fluid in liquid form present in the tank. such a floating work.
  • the gas In order to more easily transport and/or store fluid in liquid form, such as natural gas in liquid form, the gas is usually liquefied by cooling it to cryogenic temperatures, e.g. -163°C at atmospheric pressure, so to obtain liquefied natural gas, more commonly known by the acronym “LNG” or “LNG” which means “Liquefied Natural Gas”. This liquefied natural gas is then loaded into specialized storage tanks of the floating structure.
  • cryogenic temperatures e.g. -163°C at atmospheric pressure
  • the storage tanks of the floating structure thus include both natural gas in liquid form and natural gas in gaseous form, with the gaseous phase of the natural gas accumulating in an overhead of the tank.
  • At least part of the natural gas present in the tank in gaseous form can be used to supply at least one consumer intended to meet the operating energy needs of the floating structure, in particular for its propulsion and/or its production electricity for on-board equipment.
  • the natural gas treatment system also has a function of condensing part of the gas phase, after its compression. Condensation from natural gas can in particular be required when the pressure in the tank is unacceptable, the natural gas treatment system then making it possible to condense this gas phase in order to return it to the tank in the liquid state.
  • This condensation function is today implemented by technical means which consume a significant amount of energy, for example electrical.
  • the ports for unloading natural gas in liquid form have requirements regarding the characteristics of the natural gas in liquid form delivered, such as the temperature or saturation pressure of said natural gas in liquid form.
  • the cargo may then be refused at the place of delivery if it does not meet the characteristics imposed by the place of delivery.
  • the general problem is therefore to succeed in maintaining the temperature and saturation pressure of the fluid in liquid form contained in the tank at a level lower than or equal to the maximum temperature authorized on arrival at the place of delivery, while limiting the energy consumption following the thermal treatment of the evaporated gas.
  • the present invention therefore proposes to optimize the use of a reliquefaction system so as to reduce the overall consumption of the floating structure by proposing different operating modes adapted to different uses of the reliquefaction system.
  • the invention consists of a method for managing a gas phase of a fluid contained in liquid form in a tank of a floating structure, the floating structure comprising a fuel supply system for at least one consumer equipping the floating structure, the supply system comprising at least one compression device intended to take the gas phase to deliver it to the consumer, the compression device comprising at least a first outlet, a second outlet and a third outlet configured to deliver the gas phase at three different pressure levels, the supply system comprising a return circuit intended to return part of the gas phase compressed by the compression device to the tank, the 5 return circuit being alternately connected to the first outlet or to the second outlet of the compression device and comprising at least a first portion, as well as a second portion provided with an expansion means, the supply system comprising at least a heat exchanger configured to carry out a heat exchange between the vapor phase taken by the compression device and the gas phase which travels through the return circuit, the supply system comprising at least one cooling circuit configured to take the fluid from the liquid state in the tank, the return circuit comprising at least one heat exchange
  • the floating structure can for example be a transport vessel capable of storing and/or transporting fluid in liquid form, for example natural gas in liquid form.
  • the supply system for a consumer of the floating structure ensures the management of the gas phase forming in the tank head by using it to supply as fuel the consumer(s) such as a motor. propulsion of the floating structure, or an electric generator.
  • the supply system includes a compression device whose role is to raise the pressure of this gas phase to a pressure level compatible with the operation of the consumer(s).
  • the compression device is for example a multi-stage compressor or a series of compressors arranged one after the other.
  • This compression device comprises at least three outlets, including a first outlet arranged between a first compression stage and a second compression stage of the compression device, a second outlet arranged between the second compression stage and a third compression stage of the device compression, and a third output forming the output of the third compression stage.
  • the compression device is configured so that the pressure of the gas phase at the first outlet is lower than the pressure of the gas phase taken at the second outlet, the latter being lower than the pressure of the gas phase taken at level of the third exit.
  • the supply system also includes a return circuit whose role is to return part of the gas phase compressed by the compression device to the tank, after having condensed it.
  • This return circuit can be connected to the first output of the compression device or to the second output of this compression device.
  • the return circuit comprises at least two gas phase circulation portions which are parallel to each other.
  • a first portion has no expansion member and the gas phase passes through it when the return circuit is connected to the first outlet of the compression device.
  • a second portion is provided with an expansion means, for example a Thomson Joule valve, the role of which is to lower the pressure of the gas phase.
  • This second portion is traversed by the gas phase when the return circuit is connected to the second output of the compression device.
  • the supply system includes a cooling circuit provided with at least one pump configured to draw fluid in the liquid state from the tank.
  • This cooling circuit is used to exploit the frigories present in the fluid in the liquid state and deliver them to the gas phase which circulates in the return circuit, so as to condense this gas phase.
  • the return circuit also comprises at least one heat exchanger whose role is to condense the gas phase of the fluid circulating in the return circuit by heat exchange between this gas phase and the fluid in the liquid state circulating in the return circuit. cooling.
  • the supply system also includes a cooling loop which ensures all or part of the condensation of the gas phase of the fluid which comes from the compression device.
  • This cooling loop can take at least two forms: a first form where it is integrated into the cooling circuit. In such a case, the cooling loop lowers the temperature of the fluid in the liquid state which circulates in the cooling circuit and it is in this way that this cooling loop indirectly participates in the condensation of the gas phase which leaves the first outlet or the second outlet of the compression device.
  • a second form of the cooling loop it is installed on a return line connected at the inlet to the first outlet of the compression device and which opens into the tank. This cooling loop directly liquefies the gas phase which comes from the compression device.
  • the first mode of operation implements extraction of the gas phase through the first outlet of the compression device. According to one option, this gas phase is cooled within the heat exchanger which implements a heat exchange between the compressed gas phase and the gas phase coming from the tank head before its compression.
  • the gas phase passes through the first portion, then passes through the heat exchanger where this gas phase is condensed by heat exchange with the fluid in the liquid state which comes from the tank via the circuit of cooling.
  • the gas phase circulating in the heat exchanger is then condensed and returned to the bottom of the tank.
  • the cooling loop whatever its form, is inactive, which reduces the overall consumption of the system.
  • the second mode of operation implements extraction of the gas phase through the second outlet of the compression device.
  • the first valve being closed, the gas phase circulates in the return circuit.
  • this gas phase is cooled within the heat exchanger which implements a heat exchange between the compressed gas phase and the gas phase coming from the tank head before its compression.
  • the first valve is closed and the gas phase travels through the second portion where it is expanded by passing through the expansion means that this second portion includes.
  • this gas phase passes through the heat exchanger where this gas phase is condensed by heat exchange with the fluid in the liquid state which comes from the tank via the cooling circuit.
  • the second portion of the return circuit comprises the expansion means making it possible to reduce the pressure of the gas phase which circulates in the second portion of the return circuit.
  • the expanded gas phase carries out a heat exchange with the cooling circuit and therefore with the fluid in liquid form coming from the tank.
  • the cooling loop whatever its form, is inactive, which reduces the overall consumption of the system.
  • the gas phase circulating in this heat exchanger is then reliquefied and returned to the bottom of the tank.
  • the third mode of operation implements extraction of the gas phase through the second outlet of the compression device.
  • the first valve being closed, the phase gas circulates in the return circuit.
  • this gas phase is cooled within the heat exchanger which implements a heat exchange between the compressed gas phase and the gas phase coming from the tank head before its compression.
  • the first valve is closed and the gas phase travels through the second portion where it is expanded by passing through the expansion means that this second portion includes.
  • this gas phase passes through the heat exchanger where this gas phase is condensed by heat exchange with the fluid in the liquid state which comes from the tank via the cooling circuit.
  • the cooling loop is active in the sense that it participates in the liquefaction of the gas phase which comes from the compression device.
  • the cooling loop subcools the fluid in the liquid state which comes from the tank and which circulates within the cooling circuit.
  • the cooling loop is part of a liquefaction line which takes the gas phase at the first outlet of the compression device, liquefies it via the cooling loop, then injects it at the bottom of the tank.
  • the management method comprises a step of pre-cooling the vapor phase and which is implemented by means of the heat exchanger.
  • the operating modes are implemented as a function of parameters among which we find at least a quantity of evaporated gas present in the tank, a maximum temperature authorized on arrival at a place of delivery and/or temperature of the fluid in liquid form contained in the tank.
  • the quantity of evaporated gas present in the tank is determined by variation of a pressure in the head of the tank over a given time.
  • the pressure in the tank is measured via a pressure sensor and at known intervals.
  • the quantity of evaporated gas present in the tank is determined by the consumer's consumption between the loading location and the delivery location and by an estimate of the generation of the gas phase of the tank depending on tank design features.
  • the heat entering the tank generates the gas phase.
  • the quantity of evaporated gas generated is determined as a function of the temperature outside the tank and/or as a function of the temperature of the water in which the floating structure is sailing.
  • the consumption of the gas phase by the consumer(s) is known. The combination of these two data makes it possible to determine the quantity of evaporated gas present in the tank air.
  • the first mode of operation is implemented when the temperature of the fluid in liquid form contained in the tank is less than or equal to the maximum temperature authorized on arrival at the place of delivery and that the quantity of evaporated gas to be reliquefied is greater than an initial threshold, for example equal to 0 kg/h.
  • the first mode of operation is the preferential mode of operation, this mode of operation makes it possible to reliquefy the gas phase of the tank head using fewer resources than the other modes of operation.
  • the invention makes it possible to use the cold stored by the cargo to condense the gas phase which circulates in the return circuit coming from the first outlet of the compression device via the first portion.
  • the second mode of operation is implemented by means of expansion the temperature of the fluid in liquid form contained in the tank is higher than the maximum temperature authorized on arrival at the place of delivery and that the quantity of evaporated gas to be reliquefied is less than a first threshold, said first threshold being greater than the initial threshold, being for example between 500 kg/h and 2000 kg/h, advantageously between 500 kg/h and 1250 kg/h or even more advantageously equal to 750 kg/h.
  • the second mode of operation allows the condensation of a limited quantity of gas phase, without however adding heat to the fluid in liquid form contained in the tank.
  • the third mode of operation is implemented when the temperature of the fluid in liquid form contained in the tank is greater than the maximum temperature authorized on arrival at the place of delivery and the quantity of evaporated gas to be reliquefied is greater than the first threshold.
  • the third mode of operation is implemented when a significant quantity of gas phase must be condensed. To do this, the cooling loop is activated.
  • a fourth mode of operation where the tank top is sucked by the compression device until the pressure in the tank top is less than a saturation pressure of the fluid in the form liquid present in the tank, this fourth mode of operation being implemented when the temperature of the fluid in liquid form contained in the tank is higher than the maximum temperature authorized on arrival at the place of delivery by a value between 0°C and 1°C and the quantity of gas evaporated is less than the quantity of gas consumed by the consumer.
  • the fourth mode of operation is activated when the consumer consumes more than the quantity of evaporated gas present in the tank head.
  • the pressure within the tank is lowered by the compression device, which promotes vaporization of the fluid in the liquid state, thus making it possible to create the gas phase necessary for the consumer's consumption of the floating work.
  • the method comprises a fifth mode of operation during which the cooling loop is activated, this fifth mode of operation being implemented when the temperature of the fluid in liquid form contained in the tank is higher than the maximum temperature authorized on arrival at the place of delivery with a value between 0°C and 1.5°C.
  • the fifth mode of operation is implemented to reduce the temperature of the fluid in liquid form contained in the tank, so that it is below the acceptance temperature of the place of delivery of the cargo.
  • the fifth mode of operation is implemented simultaneously with any one of the first mode of operation, the second mode of operation or the fourth mode of operation.
  • the cooling loop contributes with these modes to bring the temperature of the cargo below the maximum temperature authorized on arrival at the place of delivery.
  • the floating structure can, in certain situations, evolve at a speed called crossing speed which corresponds to the speed where the entire gas phase is consumed by the consumer(s), without requiring the generation of additional gas phase.
  • crossing speed a speed where the entire gas phase is consumed by the consumer(s)
  • none of the operating modes are implemented.
  • the invention also relates to a fuel supply system for at least one consumer equipping a floating structure, configured to implement the management method as described in this document.
  • the invention also relates to a floating structure for transporting and/or storing fluid in liquid form comprising a supply system according to the preceding claim.
  • FIG.l is a first embodiment of a power supply system for a floating structure
  • FIG.2 is a second embodiment of a supply system for a floating structure
  • FIG.3 is a flowchart representing the process for managing a fluid in liquid form contained in a tank of a floating structure
  • FIG.4 represents, in a cutaway view, a floating structure comprising the power supply system of Figures 1 or 2.
  • Figure 1 illustrates a first embodiment of a power supply system 1 according to the invention.
  • the supply 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 which equips the floating structure .
  • the gas in the liquid state can naturally partially evaporate and form a gas phase, otherwise called evaporated gas, which is stored within a sky 3 of the tank 2.
  • the supply system 1 can use this gas phase to supply fuel to at least one gas consuming device.
  • the supply system 1 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 power supply system 1 comprises a power supply circuit extending between the tank 2 and the gas-consuming devices 4, 5.
  • the power supply circuit 6 comprises a compression device 7 making it possible to suck up the gas phase contained in the sky 3 and the tank 2 and to compress it to a pressure compatible with the needs of the high pressure gas consumer device 4, for example example beyond 250 bars, or the low pressure gas consuming device 5, in particular between 7 and 20 bars.
  • the compression device 7 is illustrated 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 at a more or less high pressure, such a compression device 7 comprising at least three outlets, at least two of which are arranged between two compression stages. The more compression stages the gas passes through, the more its pressure is increased.
  • the compression device 7 shown in Figure 1 thus comprises at least a first compression stage 11, a second compression stage 12 and a third compression stage 13.
  • the compression device 7 also comprises a first outlet 56 arranged between the first compression stage 11 and the second compression stage 12, a second outlet 57 arranged between the second compression stage 12 and the third compression stage 13 and a third outlet 58 after the third compression stage 13.
  • the gas phase compressed by the first compression stage 11 has a pressure of between 7 and 20 bars, while the gas phase compressed by the second compression stage 12 has a pressure of between 70 and 150 bars.
  • the first compression stage 11 also makes it possible to raise the pressure of the gas phase to a value compatible with the supply of the low-pressure gas consuming device 5.
  • the supply system 1 also includes a return circuit 8.
  • the return circuit 8 is connected to the supply circuit 6, more particularly at the level of the compression device 7.
  • the return circuit 8 comprises a first branch 9 and a second branch 10, respectively connected to the first output 56 of the compression device 7 disposed downstream of the first compression stage 11 and upstream of the second stage of compression 12, and at the second outlet 57 of the compression device 7 disposed downstream of the second compression stage 12 and upstream of the third compression stage 13.
  • the first branch 9 and the second branch 10 make it possible to circulate the gas phase through within the return circuit 8 at two different pressure levels.
  • the first branch 9 and the second branch 10 join at a junction point 53.
  • the gas phase only circulates within one of the two branches 9, 10.
  • the first branch 9 comprises a first valve 43 and the second branch 10 comprises a second valve 44.
  • the supply system 1 comprises an exchanger thermal 14 configured to carry out a heat exchange between the compressed gas phase circulating in the return circuit 8 and the gas phase circulating in the supply circuit 6, upstream of the compression device 7 and coming from the tank head.
  • the heat exchanger 14 thus makes it possible to pre-cool the gas phase circulating in the return circuit 8 by using the gas phase leaving the tank 2, before its compression. The latter is then heated by capturing the calories from the gas phase circulating in the return circuit 8.
  • the gas phase circulating in the return circuit 8 is pre-cooled within the heat exchanger 14, regardless of the branch 9 or 10 used.
  • the junction point 53 is advantageously arranged upstream of the heat exchanger 14 so that the entire gas phase circulating in the return circuit 8 passes through the heat exchanger 14 to be pre-cooled there.
  • the heat exchanger 14 comprises two passes, one of which circulates the gas phase circulating in the supply circuit 6 upstream of the compression device 7 and the other where circulates the compressed gas phase circulating in the circuit return 8, after the first branch 9 and the second branch 10 have joined at the junction point 53.
  • the return circuit 8 comprises a first portion 51 and a second portion 52, each being adapted to the circulation of the gas phase previously compressed by the first compression stage 11 or by the second compression stage 12.
  • the second portion 52 includes a trigger means 15, while the first portion 51 does not. It is thus understood that the first portion 51 is specific to the circulation of the gas phase compressed only by the first compression stage 11, while the second portion 52 is specific to the circulation of the gas phase compressed by the second compression stage 12.
  • the pressurization by the second compression stage 12 requires subsequent expansion, which is ensured by the expansion means 15.
  • the supply system 1 makes it possible to optimize the condensation of the gas phase by saving a maximum of energy and by maintaining the temperature of the fluid cargo in the liquid state below a determined threshold, such a threshold which may be a maximum temperature authorized at a place of unloading or delivery of the tank 2. This optimization is obtained by favoring the use of the first branch 9 combined with the use of the first portion 51, compared to the use of the second branch 10 combined with the use of the second portion 52, possibly combined with the implementation of a cooling loop 20, 50.
  • the return circuit 8 illustrated in Figure 1 comprises a point of divergence 54 and a point of convergence 55, respectively where the first portion 51 and the second portion 52 begin and end.
  • the latter also respectively comprise a first valve 41 and a second valve 42 which controls the circulation of gas within the respective portions.
  • the return circuit 8 comprises a flow regulating member 40 disposed downstream of the point of convergence 55 between the first portion 51 and the second portion 52. This flow regulating member 40 adapts the pressure and the flow within the return circuit 8 so as to bring this pressure closer to the pressure which reigns within the tank 2.
  • This flow regulation member 40 is arranged downstream of the branch of the return circuit 8 which passes through a heat exchanger 16, and upstream of a mixing point 39 between the return circuit 8 and a cooling circuit 17.
  • the gas phase After having circulated within the first portion 51 or the second portion 52, the gas phase then passes through the heat exchanger 16 with the aim of being at least partially, if not completely, condensed.
  • the point of convergence 55 is arranged upstream of the heat exchanger 16.
  • the heat exchanger 16 comprises two passes.
  • the supply system 1 comprises the cooling circuit 17 within which circulates fluid in the liquid state taken from the tank 2.
  • the cooling circuit 17 comprises a pump 18, advantageously immersed in the bottom of the tank 2 and which circulates the fluid in the liquid state within the cooling circuit 17.
  • one of them is to participate in the condensation of the gas in the vapor state circulating in the return circuit 8.
  • the fluid in the liquid state circulating in the cooling circuit 17 can thus pass through the heat exchanger 16 within which a heat exchange takes place with the gas phase circulating in the return circuit 8.
  • the gas phase is then condensed. This is advantageous in the sense that the frigories contained in the gas in the liquid state contained in the tank are used to carry out the reliquefaction.
  • the supply system 1 comprises another heat exchanger hereinafter called second heat exchanger 19, that the fluid in the liquid state circulating in the cooling circuit 17 can pass through or around.
  • the second heat exchanger 19 makes it possible to sub-cool the fluid in the liquid state in order to compensate for the calories captured by the fluid in the liquid state during the heat exchange. producing within the heat exchanger 16, otherwise called first heat exchanger 16 when the system comprises several heat exchangers.
  • the supply system 1 comprises a cooling loop 20 which passes through the second heat exchanger 19, such a cooling loop 20 being traversed by a refrigerant fluid ensuring sub-cooling. cooling the fluid to the liquid state.
  • the refrigerant fluid circulating in the cooling loop 20 can for example be nitrogen.
  • the cooling circuit 17 extends up to tank 2 so that the return of the fluid to the liquid state can take place within it.
  • the cooling circuit 17 therefore comprises at least one termination 29 which may be an orifice 30 arranged at the bottom of the tank 2.
  • the supply system 1 can be configured to supply this gas phase to this last.
  • the supply system 1 may comprise an additional supply circuit 33.
  • the additional supply circuit 33 comprises an additional pump 35, a high pressure pump 36 and a vaporizer 37.
  • the additional pump 35 makes it possible to sample the fluid in the liquid state in the tank 2, then the high pressure pump 36 pumps the fluid in the liquid state up to a pressure compatible with the pressure required by the high pressure gas consuming device 4.
  • the vaporizer 37 allows to evaporate the fluid in the liquid state put under high pressure so that this fluid passes into the vapor state and can be consumed by the device consuming high pressure gas 4.
  • the additional pump 35 and the pump 18 of the cooling circuit 17 are separate and distinct pumps. According to an alternative, the system does not have an additional pump dedicated to the additional power circuit 33.
  • the additional power circuit 33 is connected to the cooling circuit 17, between an outlet of the pump 18 and an inlet of the heat exchanger 16 and it is the pump 18 which, in addition to its initial function, takes gas in the liquid state from the tank 2 to supply it to the high pressure pump 36.
  • Figure 2 represents a variant of the power system illustrated in Figure 1. Only the structural and functional differences compared to what was mentioned previously will be described. We will therefore refer to the description in Figure 1 for all the characteristics not detailed below.
  • Figure 2 differs from what was described previously in particular by the absence of the second heat exchanger making it possible to sub-cool the fluid in the liquid state circulating in the cooling circuit 17.
  • the supply system 1 comprises an additional branch 48 connected to the first outlet 56 of the compression device 7, in parallel with the first branch 9, and which extends to the tank 2.
  • the power system 1 includes a cooling loop 50 which can be activated or deactivated depending on the selected mode of operation.
  • This additional branch 48 conducts the gas phase through a second heat exchanger 49, which is configured to carry out a heat exchange between the gas phase which comes from the compression device 7 and a refrigerant fluid circulating in the cooling loop 50.
  • the condensed gas phase circulates in the additional branch 48 until returning to tank 2.
  • the gas phase management process 64 begins with a recovery 68 of the navigation parameters of the floating structure 70. These parameters can be involved in the choice of the mode of operation preferable for the evaporated gas condensation present in the sky 3 of the tank 2.
  • the method implements at least three operating modes of the power supply system 1, these modes being implemented with the objective of reducing the overall consumption of the floating structure.
  • a first mode of operation illustrated by the reference 94 corresponds to a connection of the return circuit 8 to the first outlet 56 of the compression device 7 and to a circulation of the gas phase through the first portion 51, the exchanger of heat 16 operating a thermal exchange between the fluid in liquid form circulating in the cooling circuit 17, without the latter being sub-cooled, and the gas phase circulating in the return circuit 8.
  • the first valve 43 is open and the second valve 44 is closed, the gas phase thus beginning its journey in the return circuit 8 via the first branch 9.
  • the circulation of the gas phase continues in the return circuit 8 by taking the first branch 51, that is to say the one which is devoid of relaxation means.
  • the first valve 41 is open and the second valve 42 is closed.
  • This first mode of operation 94 is implemented when it is determined in step 84 that the quantity of gas evaporated in the head of the tank is greater than an initial threshold, for example equal to 0 kg/h and that it is determined in step 82 that the temperature of the fluid in liquid form present in the tank is lower than a maximum temperature of the fluid in liquid state authorized at the place of delivery.
  • This first mode of operation 94 is the one which consumes the least energy to condense the gas phase which passes through the return circuit and the invention favors the implementation of this first mode of operation compared to the second mode 100 or in the third mode of operation 98.
  • the second mode of operation illustrated by the reference 100 corresponds to a connection of the return circuit 8 to the second outlet 57 of the compression device 7 and to a circulation of the gas phase through the second portion 52 and through the means expansion 15, the heat exchanger 16 carrying out a thermal exchange between the fluid in liquid form circulating in the cooling circuit 17, without the latter being sub-cooled, and the gas phase circulating in the return circuit 8 after relaxation of it.
  • the first valve 43 is closed and the second valve 44 is open, the gas phase thus beginning its journey in the return circuit 8 via the second branch 10.
  • the circulation of the phase gas continues in the return circuit 8 by taking the second branch 52, that is to say the one which is provided with the expansion means 15.
  • the first valve 41 is closed and the second valve 42 is open.
  • This second mode of operation 100 is implemented when it is determined in step 96 that the quantity of gas evaporated in the top of the tank is between the initial threshold and a first threshold, the first threshold being able to take any value between 1 kg/h and 750 kg/h, and it is determined in step 82 that the temperature of the fluid in liquid form present in the tank is higher than the maximum temperature authorized at the place of delivery.
  • the first valve 43 is closed and the second valve 44 is open, the gas phase thus beginning its journey in the return circuit 8 via the second branch 10.
  • the circulation of the phase gas continues in the return circuit 8 by taking the second branch 52, that is to say the one which is provided with expansion means 15.
  • the first valve 41 is closed and the second valve 42 is open .
  • This second mode of operation 100 consumes less energy to condense the gas phase which passes through the return circuit than the third mode of operation 98 because the cooling loop, whatever its embodiment, is inactive.
  • the third mode of operation illustrated by the reference 98 corresponds to a connection of the return circuit 8 to the second outlet 57 of the compression device 7 and to a circulation of the gas phase through the second portion 52 and through the means expansion 15, the heat exchanger 16 carrying out a thermal exchange between the fluid in liquid form circulating in the cooling circuit 17 and the gas phase circulating in the return circuit 8 after expansion thereof.
  • the cooling loop is active which makes it possible either to sub-cool the fluid in the liquid state which circulates in the cooling circuit 17, or to liquefy the gas phase which circulates in the additional branch 48.
  • This third mode of operation 98 is implemented when it is determined in step 96 that the quantity of gas evaporated in the head of the tank is greater than the first threshold mentioned above, for example 750 kg/h, and it is determined in step 82 that the temperature of the fluid in liquid form present in the tank is greater than the maximum temperature authorized at the place of delivery.
  • This third mode of operation lowers the temperature of the fluid in the liquid state present in the tank so as to bring the latter below the maximum temperature authorized at the point of delivery.
  • step 84 it is determined whether the quantity of gas evaporated in the tank head is equal to the initial threshold, for example 0 kg/h. This is particularly the case when the consumption of the gas phase by the consumer corresponds to the generation of the gas phase in the tank head. If this quantity is equal to Okg/h, the process does not implement any operating mode related to the condensation of the gas phase.
  • the initial threshold for example 0 kg/h.
  • step 84 If it is determined in step 84 that the quantity of gas evaporated in the tank head is lower than the initial threshold, and it is determined in step 92 that the temperature of the fluid in the liquid state is greater than the maximum temperature authorized at the place of delivery of a value between 0°C and 1°C, a fourth mode of operation 104 is implemented.
  • This fourth mode of operation 104 consists of the generation of a depression within the tank 2.
  • a depression is implemented by the compression device 7, or by any other suction means, which sucks up the gas phase present in the tank head until the pressure in this head 3 of the tank 2 is lower than a saturation pressure of the fluid in liquid form present in the tank 2. In doing so, the fluid in the liquid state becomes evaporates in the tank head and thus generates a gas phase.
  • step 84 If it is determined in step 84 that the quantity of gas evaporated in the tank head is lower than the initial threshold, for example 0 kg/h, and it is determined in step 92 that the temperature of the fluid in the liquid state is higher than the maximum temperature authorized at the place of delivery by a value between 0°C and 1.5°C, a fifth mode of operation 102 is implemented.
  • the initial threshold for example 0 kg/h
  • the temperature of the fluid in the liquid state is higher than the maximum temperature authorized at the place of delivery by a value between 0°C and 1.5°C
  • fluid is taken in liquid form from the tank 2 by means of the additional supply circuit 33, this fluid is evaporated in liquid form within a vaporizer 37 to supply the phase gas the consumer 4 or 8.
  • a portion of the gas phase not consumed by the consumer is condensed by the cooling loop 20 via the cooling circuit, directly within the additional branch 48 which includes a dedicated cooling loop 50.
  • the quantities of evaporated gas described above can be determined for example by monitoring a variation in the pressure in the sky 3 of the tank 2 over a given time. If the pressure increases quickly, it means that the amount of gas evaporated is large. Conversely, if the pressure does not increase, or increases slowly, this means that the quantity of evaporated gas is stable, or even low.
  • the quantity of evaporated gas present in the tank can be determined by a comparison between an estimated consumption of the consumer between the place of loading of the fluid in the tank and the place of delivery of this fluid and an estimate of generation of the gas phase within the tank, such an estimate depending on the design characteristics of the tank, such as for example its thermal insulation. If the gas phase generation estimate is greater than the consumer's estimated consumption, this reflects the presence of a significant quantity of evaporated gas. If, on the other hand, the estimated generation of the gas phase is less than or equal to the estimated consumption of the consumer, this reflects a stable or even decreasing quantity of evaporated gas.
  • Figure 4 represents the floating structure 70 comprising the tank 2, which is waterproof and thermally insulated. It has a generally prismatic shape and is mounted in a double hull 5 of the floating structure 70, which can be a ship or a floating platform.
  • a wall of the tank 2 comprises a primary waterproof barrier intended to be in contact with the fluid in liquid form contained in the tank 2, a secondary waterproof barrier arranged between the primary waterproof barrier and the double hull 5 of the ship, and two thermal barriers isolated arranged respectively between the primary waterproof barrier and the secondary waterproof barrier and between the secondary waterproof barrier and the double hull 5.
  • the floating structure 70 comprises a simple hull. TL
  • Loading/unloading pipes 73 arranged on an upper deck of the floating structure 70 can be connected, by means of appropriate connectors, to a maritime or port terminal to transfer a cargo of fluid in liquid form from or to the tank 2.
  • Figure 4 also illustrates an example of a maritime terminal comprising a loading and/or unloading station 75, an underwater pipe 76 and an installation on land 77.
  • the loading and/or unloading station 75 is a fixed installation off-shore.
  • shore comprising a movable arm 74 and a tower 78 which supports the movable arm 74.
  • the movable arm 74 carries a bundle of insulated flexible pipes 79 which can connect to the loading/unloading pipes 73.
  • the movable arm 74 is orientable and adapts to all floating structure templates 70.
  • a connection pipe not shown extends inside the tower 78.
  • the loading/or unloading station 75 allows the loading and/or unloading of the floating structure 70 from or to the onshore installation 77.
  • This comprises storage tanks 80 of fluid in liquid form and connection pipes 81 connected by the underwater pipe 76 to the loading and/or unloading station 75.
  • the pipe underwater 76 allows the transfer of the fluid in liquid form between the loading and/or unloading station 75 and the onshore installation 77 over a long distance, for example five kilometers, which makes it possible to keep the floating structure 70 at large distance from the coast during loading and/or unloading operations.
  • pumps are used on board the floating structure 70 and/or pumps equipping the installation on land 77 and/or pumps equipping the loading and handling station. unloading 75.
  • the present invention thus proposes a method for managing a gas phase within a tank which makes it possible to condense this gas phase using as little energy as possible, this supply system being equipped with a cooling loop when in certain situations makes it possible to reduce the temperature of the fluid in the liquid state below a threshold temperature, for example the temperature accepted by a delivery terminal.

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Abstract

L'invention vise un procédé de gestion (64) d'une phase gazeuse d'un fluide sous forme liquide contenu dans une cuve d'un ouvrage flottant destiné à transporter le fluide sous forme liquide, l'ouvrage flottant comprenant un système d'alimentation en carburant d'au moins un consommateur équipant l'ouvrage flottant, le procédé (64) mettant en œuvre au moins trois modes d'opération différents (94, 98 ou 100) pour condenser la phase gazeuse non consommée par le consommateur.

Description

DESCRIPTION
TITRE : PROCEDE DE GESTION D’UN FLUIDE SOUS FORME LIQUIDE CONTENU DANS UNE CUVE
La présente invention se rapporte au domaine des ouvrages flottants de stockage et/ou de transport de gaz à l’état liquide, notamment de gaz naturel liquéfié, et plus particulièrement au domaine de la gestion du fluide sous forme liquide présent dans la cuve d’un tel ouvrage flottant.
Afin de transporter et/ou de stocker plus facilement du fluide sous forme liquide, tel que du gaz naturel sous forme liquide, le gaz est généralement liquéfié en le refroidissant à des températures cryogéniques, par exemple -163°C à la pression atmosphérique, afin d’obtenir du gaz naturel liquéfié, plus communément connu sous l’acronyme « GNL » ou « LNG » qui signifie « Liquefied Natural Gas ». Ce gaz naturel liquéfié est ensuite chargé dans des cuves de stockages spécialisées de l’ouvrage flottant.
De telles cuves ne sont néanmoins jamais parfaitement isolées thermiquement de sorte qu’une évaporation naturelle du gaz est inévitable, ce phénomène étant appelé BOG, acronyme de l’anglais « Boil-Off Gas ». Les cuves de stockage de l’ouvrage flottant comprennent ainsi à la fois du gaz naturel sous une forme liquide et du gaz naturel sous forme gazeuse, la phase gazeuse du gaz naturel s’accumulant dans un ciel de la cuve.
De façon connue, au moins une partie du gaz naturel présent dans la cuve sous forme gazeuse peut être utilisée pour alimenter au moins un consommateur prévu pour répondre aux besoins énergétiques de fonctionnement de l’ouvrage flottant, notamment pour sa propulsion et/ou sa production d’électricité pour les équipements à bord. A cet effet, il est notamment connu de faire circuler la phase gazeuse au travers d’au moins un système de traitement du gaz naturel, de manière à permettre son réchauffement et sa compression, ledit système comprenant un échangeur de chaleur utilisé comme surchauffeur et un compresseur, tous deux placés en amont du consommateur.
Le système de traitement du gaz naturel présente également une fonction de condensation d’une partie de la phase gazeuse, après sa compression. La condensation du gaz naturel peut notamment être requise lorsque la pression dans la cuve est inacceptable, le système de traitement du gaz naturel permettant alors de condenser cette phase gazeuse afin de la renvoyer dans la cuve à l’état liquide. Cette fonction de condensation est aujourd’hui mise en oeuvre par des moyens techniques qui consomment une quantité importante d’énergie, par exemple électrique.
Dans le domaine de l’invention, il est également indispensable de prendre en compte l’état du gaz naturel sous forme liquide lorsque l’ouvrage flottant arrive au lieu de livraison pour décharger la cargaison. En effet, les ports de déchargement de gaz naturel sous forme liquide présentent des exigences quant aux caractéristiques du gaz naturel sous forme liquide livré, telles que la température ou la pression de saturation dudit gaz naturel sous forme liquide. La cargaison peut alors être refusée sur le lieu de livraison si celle-ci ne respecte pas les caractéristiques imposées par le lieu de livraison.
La problématique générale est donc de réussir à maintenir la température et la pression de saturation du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve à un niveau inférieure ou égale à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison, tout en limitant la consommation d’énergie consécutive au traitement thermique du gaz évaporé.
La présente invention propose donc d’optimiser l’utilisation d’un système de reliquéfaction de manière à réduire la consommation globale de l’ouvrage flottant en proposant différents modes opératoires adaptés à différentes utilisations du système de reliquéfaction.
L’invention consiste en un procédé de gestion d’une phase gazeuse d’un fluide contenu sous forme liquide dans une cuve d’un ouvrage flottant, l’ouvrage flottant comprenant un système d’alimentation en carburant d’au moins un consommateur équipant l’ouvrage flottant, le système d’alimentation comprenant au moins un dispositif de compression destiné à prélever la phase gazeuse pour la délivrer au consommateur, le dispositif de compression comportant au moins une première sortie, une deuxième sortie et une troisième sortie configurées pour délivrer la phase gazeuse à trois niveaux de pression différents, le système d’alimentation comprenant un circuit de retour destiné à renvoyer dans la cuve une partie de la phase gazeuse comprimée par le dispositif de compression, le 5 circuit de retour étant alternativement raccordé à la première sortie ou à la deuxième sortie du dispositif de compression et comprenant au moins une première portion, ainsi qu’une deuxième portion pourvue d’un moyen de détente, le système d’alimentation comprenant au moins un échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre la phase vapeur prélevée par le dispositif de compression et la phase gazeuse qui parcourt le circuit de retour, le système d’alimentation comprenant au moins un circuit de refroidissement configuré pour prélever le fluide à l’état liquide dans la cuve, le circuit de retour comprenant au moins un échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre la phase gazeuse du fluide circulant dans le circuit de retour et le fluide à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement, le système d’alimentation comprenant une boucle de refroidissement participant à la condensation de la phase gazeuse en provenance du dispositif de compression, le procédé de gestion de la phase gazeuse comprenant une pluralité de modes d’opérations, parmi lesquels on trouve au moins : un premier mode d’opération où le circuit de retour est raccordé à la première sortie du dispositif de compression, l’échangeur de chaleur opérant un échange thermique entre le fluide sous forme liquide circulant dans le circuit de refroidissement et la phase gazeuse circulant dans le circuit de retour ; un deuxième mode d’opération où le circuit de retour est raccordé à la deuxième sortie du dispositif de compression, l’échangeur de chaleur opérant un échange thermique entre la phase gazeuse détendue par le moyen de détente et le fluide sous forme liquide circulant dans le circuit de refroidissement, la boucle de refroidissement ne participant pas à la condensation de la phase gazeuse en provenance du dispositif de compression ; un troisième mode d’opération où le circuit de retour est raccordé à la deuxième sortie du dispositif de compression, l’échangeur de chaleur opérant un échange thermique entre la phase gazeuse détendue par le moyen de détente et le fluide sous forme liquide circulant dans le circuit de refroidissement, la boucle de refroidissement participant à la condensation de la phase gazeuse en provenance du dispositif de compression. L’ouvrage flottant peut par exemple être un navire de transport apte à stocker et/ou transporter du fluide sous forme liquide, par exemple du gaz naturel sous forme liquide. Le système d’alimentation d’un consommateur de l’ouvrage flottant assure la gestion de la phase gazeuse se formant dans le ciel de cuve en l’utilisant pour l’alimentation en tant que carburant du ou des consommateurs tel qu’un moteur de propulsion de l’ouvrage flottant, ou un générateur électrique.
Le système d’alimentation comprend un dispositif de compression dont le rôle est d’élever la pression de cette phase gazeuse à un niveau de pression compatible avec le fonctionnement du ou des consommateurs. Le dispositif de compression est par exemple un compresseur multi-étagé ou une série de compresseurs disposés les uns à la suite des autres. Ce dispositif de compression comprend au moins trois sorties, dont une première sortie disposée entre un premier étage de compression et un deuxième étage de compression du dispositif de compression, une deuxième sortie disposée entre le deuxième étage de compression et un troisième étage de compression du dispositif de compression, et une troisième sortie formant la sortie du troisième étage de compression.
Le dispositif de compression est configuré pour que la pression de la phase gazeuse au niveau de la première sortie est inférieure à la pression de la phase gazeuse prise au niveau de la deuxième sortie, cette dernière étant inférieure à la pression de la phase gazeuse prise au niveau de la troisième sortie.
Le système d’alimentation comprend également un circuit de retour dont le rôle est de ramener dans la cuve une partie de la phase gazeuse comprimée par le dispositif de compression, après l’avoir condensée. Ce circuit de retour peut être raccordé à la première sortie du dispositif de compression ou à la deuxième sortie de ce dispositif de compression. Le circuit de retour comprend au moins deux portions de circulation de la phase gazeuse qui sont parallèles l’une par rapport à l’autre. Une première portion est dépourvue d’organe de détente et elle est parcourue par la phase gazeuse quand le circuit de retour est raccordée à la première sortie du dispositif de compression. Une deuxième portion est pourvue d’un moyen de détente, par exemple une vanne joule Thomson, dont le rôle est d’abaisser la pression de la phase gazeuse. Cette deuxième portion est parcourue par la phase gazeuse quand le circuit de retour est raccordée à la deuxième sortie du dispositif de compression. Dit autrement, l’utilisation de la première portion est opérée en combinaison avec l’utilisation de la première sortie du dispositif de compression, tandis que l’utilisation de la deuxième portion et de son moyen de détente est opérée en combinaison avec l’utilisation de la deuxième sortie du dispositif de compression.
Le système d’alimentation comprend un circuit de refroidissement pourvu d’au moins une pompe configurée pour prélever le fluide à l’état liquide dans la cuve. Ce circuit de refroidissement est utilisé pour exploiter les frigories présentes dans le fluide à l’état liquide et les délivrer à la phase gazeuse qui circule dans le circuit de retour, de sorte à condenser cette phase gazeuse.
Le circuit de retour comprend également au moins un échangeur de chaleur dont le rôle est de condenser la phase gazeuse du fluide circulant dans le circuit de retour par échange de chaleur entre cette phase gazeuse et le fluide à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement.
Le système d’alimentation comprend encore une boucle de refroidissement qui assure tout ou partie de la condensation de la phase gazeuse du fluide qui provient du dispositif de compression. Cette boucle de refroidissement peut prendre au moins deux formes : une première forme où il est intégré au circuit de refroidissement. Dans un tel cas, la boucle de refroidissement abaisse la température du fluide à l’état liquide qui circule dans le circuit de refroidissement et c’est en cela que cette boucle de refroidissement participe indirectement à la condensation de la phase gazeuse qui sort de la première sortie ou de la deuxième sortie du dispositif de compression. Selon une seconde forme de la boucle de refroidissement, celle-ci est installée sur une ligne de retour raccordée en entrée à la première sortie du dispositif de compression et qui débouche dans la cuve. Cette boucle de refroidissement liquéfie directement la phase gazeuse qui provient du dispositif de compression.
Le premier mode d’opération met en oeuvre une extraction de la phase gazeuse par la première sortie du dispositif de compression. Selon une option, cette phase gazeuse est refroidie au sein de l’échangeur thermique qui met en œuvre un échange de chaleur entre la phase gazeuse comprimé et la phase gazeuse issue du ciel de cuve avant sa compression.
Selon ce premier mode d’opération, la phase gazeuse parcourt la première portion, puis traverse l’échangeur de chaleur où cette phase gazeuse est condensée par échange de chaleur avec le fluide à l’état liquide qui provient de la cuve via le circuit de refroidissement. La phase gazeuse circulant dans l’échangeur de chaleur est alors condensée et renvoyée en fond de cuve. Dans une telle situation, la boucle de refroidissement, quelle que soit sa forme, est inactive, ce qui permet de réduire la consommation globale du système.
Le deuxième mode d’opération met en œuvre une extraction de la phase gazeuse par la deuxième sortie du dispositif de compression. La première valve étant fermée, la phase gazeuse circule dans le circuit de retour. Selon une option, cette phase gazeuse est refroidie au sein de l’échangeur thermique qui met en œuvre un échange de chaleur entre la phase gazeuse comprimé et la phase gazeuse issue du ciel de cuve avant sa compression.
Selon ce deuxième mode d’opération, la première vanne est fermée et la phase gazeuse parcourt la deuxième portion où elle est détendue par passage au travers du moyen de détente que cette deuxième portion comprend. Une fois détendue, cette phase gazeuse traverse l’échangeur de chaleur où cette phase gazeuse est condensée par échange de chaleur avec le fluide à l’état liquide qui provient de la cuve via le circuit de refroidissement.
La deuxième portion du circuit de retour comprend le moyen de détente permettant de réduire la pression de la phase gazeuse qui circule dans la deuxième portion du circuit de retour. Au sein de l’échangeur de chaleur, la phase gazeuse détendue opère un échange thermique avec le circuit de refroidissement et donc avec le fluide sous forme liquide provenant de la cuve. Dans ce mode d’opération, la boucle de refroidissement, quelle que soit sa forme, est inactive, ce qui permet de réduire la consommation globale du système. La phase gazeuse circulant dans cette échangeur de chaleur est alors reliquéfîé et renvoyée en fond de cuve.
Le troisième mode d’opération met en œuvre une extraction de la phase gazeuse par la deuxième sortie du dispositif de compression. La première valve étant fermée, la phase gazeuse circule dans le circuit de retour. Selon une option, cette phase gazeuse est refroidie au sein de l’échangeur thermique qui met en oeuvre un échange de chaleur entre la phase gazeuse comprimé et la phase gazeuse issue du ciel de cuve avant sa compression.
Selon ce troisième mode d’opération, la première vanne est fermée et la phase gazeuse parcourt la deuxième portion où elle est détendue par passage au travers du moyen de détente que cette deuxième portion comprend. Une fois détendue, cette phase gazeuse traverse l’échangeur de chaleur où cette phase gazeuse est condensée par échange de chaleur avec le fluide à l’état liquide qui provient de la cuve via le circuit de refroidissement.
Au sein de l’échangeur de chaleur, la phase gazeuse qui a parcouru la deuxième portion du circuit de retour opère un échange de chaleur avec le circuit de refroidissement. Selon ce troisième mode d'opération, la boucle de refroidissement est active en ce sens qu’elle participe à la liquéfaction de la phase gazeuse qui provient du dispositif de compression. Selon un exemple, la boucle de refroidissement sous-refroidit le fluide à l’état liquide qui provient de la cuve et qui circule au sein du circuit de refroidissement. Selon un autre exemple, la boucle de refroidissement fait partie d’une ligne de liquéfaction qui prélève la phase gazeuse au niveau de la première sortie du dispositif de compression, la liquéfie via la boucle de refroidissement, puis l’injecte en fond de cuve.
Selon un aspect, le procédé de gestion comprend une étape de pré-refroidissement de la phase vapeur et qui est mise en oeuvre au moyen de l’échangeur thermique.
Selon une autre caractéristique de l’invention, les modes d’opérations sont mis en oeuvre en fonction de paramètres parmi lesquels on trouve au moins une quantité de gaz évaporé présent dans la cuve, une température maximale autorisée à l’arrivée sur un lieu de livraison et/ou une température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve.
Certains de ces paramètres sont relatifs au gaz contenu dans la cuve tandis que d’autres dépendent de contraintes externes à la cuve.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la quantité de gaz évaporé présent dans la cuve est déterminée par variation d’une pression dans le ciel de la cuve sur un temps donné. Selon un exemple, la pression dans la cuve est relevée via un capteur de pression et à intervalles connus.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la quantité de gaz évaporé présent dans la cuve est déterminée par la consommation du consommateur entre le lieu de chargement et le lieu de livraison et par une estimation de génération de la phase gazeuse de la cuve en fonction de caractéristiques de conception de la cuve. Dit autrement, les entrées de chaleur dans la cuve génèrent la phase gazeuse. En fonction des caractéristiques de la cuve, il est possible de déterminer la quantité de gaz évaporé générée en fonction de la température extérieure à la cuve et/ou en fonction de la température de l’eau dans laquelle navigue l’ouvrage flottant. Parallèlement, la consommation de la phase gazeuse par le ou les consommateurs est connue. La combination de ces deux données permet de déterminer la quantité de gaz évaporé présent dans le ciel de la cuve.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le premier mode d’opération est mis en oeuvre quand la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve est inférieure ou égale à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison et que la quantité de gaz évaporé à reliquéfier est supérieure à un seuil initial, par exemple égal à 0 kg/h.
Le premier mode d’opération est le mode d’opération préférentiel, ce mode d’opération permet de reliquéfier la phase gazeuse du ciel de cuve en utilisant moins de ressources que les autres modes d’opérations. L’invention permet d’utiliser le froid emmagasiné par la cargaisons pour condenser la phase gazeuse qui circule dans le circuit de retour en provenance de la première sortie du dispositif de compression via la première portion.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le deuxième mode d’opération est mis en oeuvre moyen de détente la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve est supérieure à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison et que la quantité de gaz évaporé à reliquéfier est inférieure à un premier seuil, ledit premier seuil étant supérieur au seuil initial, en étant par exemple compris entre 500 kg/h et 2000 kg/h, avantageusement compris entre 500 kg/h et 1250 kg/h ou encore plus avantageusement égal à 750 kg/h.
Le deuxième mode d’opération permet la condensation d’une quantité limitée de phase gazeuse, sans néanmoins ajouter de chaleur au fluide sous forme liquide contenu dans la cuve.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le troisième mode d’opération est mis en oeuvre quand la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve est supérieure à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison et que la quantité de gaz évaporé à reliquéfier est supérieure au premier seuil.
Le troisième mode d’opération est mis en oeuvre quand une quantité importante de phase gazeuse doit être condenser. Pour se faire, la boucle de refroidissement est activée.
Selon une autre caractéristique de l’invention, un quatrième mode d’opération où le ciel de cuve est aspiré par le dispositif de compression jusqu’à ce que la pression dans le ciel de cuve soit inférieure à une pression de saturation du fluide sous forme liquide présent dans le cuve, ce quatrième mode d’opération étant mis en oeuvre lorsque la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve est supérieure à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison d’une valeur comprise entre 0°C et 1°C et que la quantité de gaz évaporé est inférieure à la quantité de gaz consommée par le consommateur.
Le quatrième mode d’opération est activé lorsque le consommateur consomme plus que la quantité de gaz évaporé présent dans le ciel de cuve. Dans un telle quatrième mode, la pression au sein de la cuve est abaissé par le dispositif de compression, ce qui favorise une vaporisation du fluide à l’état liquide, permettant ainsi de créer la phase gazeuse nécessaire à la consommation du consommateur de l’ouvrage flottant.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le procédé comprend un cinquième mode d’opération au cours duquel la boucle de refroidissement est activée, ce cinquième mode d’opération étant mis en oeuvre lorsque la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve est supérieure à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison d’une valeur comprise entre 0 °C et 1,5°C. Lorsque la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve est supérieur à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison, le cinquième mode d’opération est mis en oeuvre pour réduire la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve, de manière à ce que ce dernier soit à en dessous de la température d’acceptation du lieu de livraison de la cargaison.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le cinquième mode d’opération est mis en oeuvre simultanément avec l’un quelconque du premier mode d’opération, du deuxième mode d’opération ou du quatrième mode d’opération. On comprend ici que la boucle de refroidissement contribue avec ces modes à amener la température de la cargaison en- dessous de la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison.
L’ouvrage flottant peut, dans certaines situations, évoluer à une vitesse appelée vitesse de croisement qui correspond à la vitesse où l’intégralité de la phase gazeuse est consommée par le ou les consommateurs, sans nécessiter la génération de phase gazeuse supplémentaire. Lorsque l’ouvrage flottant évolue à la vitesse de croisement, aucun des modes d’opérations n’est mis en oeuvre.
L’invention concerne également un système d’alimentation en carburant d’au moins un consommateur équipant un ouvrage flottant, configuré pour mettre en oeuvre le procédé de gestion tel qu’il est décrit dans le présent document.
L’invention concerne également un ouvrage flottant de transport et/ou de stockage de fluide sous forme liquide comprenant un système d’alimentation selon la revendication précédente.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins annexés d’autre part, sur lesquels :
[Fig.l] est un premier mode de réalisation d’un système d’alimentation d’un ouvrage flottant ;
[Fig.2] est un deuxième mode de réalisation d’un système d’alimentation d’un ouvrage flottant ; [Fig.3] est un logigramme représentant le procédé de gestion d’un fluide sous forme liquide contenu dans une cuve d’un ouvrage flottant ;
[Fig.4] représente, selon une vue écorchée, un ouvrage flottant comprenant le système d’alimentation des figures 1 ou 2.
La figure 1 illustre un premier mode de réalisation d’un système d’alimentation 1 selon l’invention. Le système d’alimentation 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 qui équipe l’ouvrage flottant. Le gaz à l’état liquide peut de manière naturelle s’évaporer partiellement et former une phase gazeuse, autrement appelée gaz évaporé, qui se stocke au sein d’un ciel 3 de la cuve 2.
Afin de gérer la pression dans la cuve 2 qui augmente du fait de la présence de la phase gazeuse au sein du ciel 3, le système d’alimentation 1 peut utiliser cette phase gazeuse pour alimenter en carburant au moins un appareil consommateur de gaz. Sur la figure 1, le système d’alimentation 1 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.
Afin d’assurer une alimentation des appareils consommateurs de gaz 4, 5, le système d’alimentation 1 comprend un circuit d’alimentation s’étendant entre la cuve 2 et les appareils consommateurs de gaz 4, 5. Le circuit d’alimentation 6 comprend un dispositif de compression 7 permettant d’aspirer la phase gazeuse contenue 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, par exemple au-delà de 250 bars, ou de l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5, notamment entre 7 et 20 bars.
Sur la figure 1, le dispositif de compression 7 est illustré 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 une pression plus ou moins élevée, un tel dispositif de compression 7 comprenant au moins trois sorties dont au moins deux sont disposées entre deux étages de compression. Plus le gaz traverse d’étages de compression, plus la pression de celui-ci est augmentée.
Le dispositif de compression 7 représenté sur la figure 1 comprend ainsi au moins un premier étage de compression 11, un deuxième étage de compression 12 et un troisième étage de compression 13. Le dispositif de compression 7 comprend aussi une première sortie 56 disposée entre le premier étage de compression 11 et le deuxième étage de compression 12, une deuxième sortie 57 disposée entre le deuxième étage de compression 12 et le troisième étage de compression 13 et une troisième sortie 58 après le troisième étage de compression 13.
Ces trois sorties 56, 57, 58 assurent chacune une sortie de la phase gazeuse hors du dispositif de compression 7. Cette phase gazeuse traverse l’ensemble du dispositif de compression 7 et sort par la troisième sortie 58 pour atteindre la pression compatible à l’alimentation de l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4. En sortie du troisième étage de compression 13 du dispositif de compression 7, la phase gazeuse peut atteindre une pression comprise entre 250 et 400 bars.
La phase gazeuse comprimée par le premier étage de compression 11 présente une pression comprise entre 7 et 20 bars, tandis que la phase gazeuse comprimée par le deuxième étage de compression 12 présente une pression comprise entre 70 et 150 bars. Le premier étage de compression 11 permet par ailleurs d’élever la pression de la phase gazeuse à une valeur compatible avec l’alimentation de l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5.
Le système d’alimentation 1 comprend également un circuit de retour 8. Le circuit de retour 8 est connecté au circuit d’alimentation 6, plus particulièrement au niveau du dispositif de compression 7. Selon le premier mode de réalisation du système d’alimentation 1, le circuit de retour 8 comprend une première branche 9 et une deuxième branche 10, respectivement connectées à la première sortie 56 du dispositif de compression 7 disposée en aval du premier étage de compression 11 et en amont du deuxième étage de compression 12, et à la deuxième sortie 57 du dispositif de compression 7 disposée en aval du deuxième étage de compression 12 et en amont du troisième étage de compression 13. La première branche 9 et la deuxième branche 10 permettent de faire circuler la phase gazeuse au sein du circuit de retour 8 à deux niveaux de pression différents.
La première branche 9 et la deuxième branche 10 se rejoignent au niveau d’un point de jonction 53. D’une manière préférentielle, la phase gazeuse ne circule qu’au sein de l’une des deux branches 9, 10. Afin de contrôler la circulation au sein desdites branches 9, 10, la première branche 9 comprend une première valve 43 et la deuxième branche 10 comprend une deuxième valve 44.
L’un des objectifs du circuit de retour 8 est de participer à la condensation de la phase gazeuse non utilisée pour l’alimentation en carburant des appareils consommateurs de gaz 4, 5. Pour ce faire, le système d’alimentation 1 comprend un échangeur thermique 14 configuré pour opérer un échange de chaleur entre la phase gazeuse comprimé circulant dans le circuit de retour 8 et la phase gazeuse circulant dans le circuit d’alimentation 6, en amont du dispositif de compression 7 et en provenance du ciel de cuve.
L’échangeur thermique 14 permet ainsi de pré- refroidir la phase gazeuse circulant dans le circuit de retour 8 en utilisant la phase gazeuse en sortie de la cuve 2, avant sa compression. Ce dernier est alors chauffé en captant les calories de la phase gazeuse circulant dans le circuit de retour 8.
La phase gazeuse circulant dans le circuit de retour 8 est pré-refroidie au sein de l’échangeur thermique 14, et ce peu importe la branche 9 ou 10 utilisée. Ainsi, le point de jonction 53 est avantageusement disposé en amont de l’échangeur thermique 14 afin que l’ensemble de la phase gazeuse circulant dans le circuit de retour 8 traverse l’échangeur thermique 14 pour y être pré-refroidie.
Selon une telle configuration, l’échangeur thermique 14 comprend deux passes dont l’une où circule la phase gazeuse circulant dans le circuit d’alimentation 6 en amont du dispositif de compression 7 et l’autre où circule la phase gazeuse comprimée circulant dans le circuit de retour 8, après que la première branche 9 et la deuxième branche 10 se sont rejointes au niveau du point de jonction 53.
Le circuit de retour 8 comprend une première portion 51 et une deuxième portion 52, chacune étant adaptée à la circulation de la phase gazeuse précédemment comprimée par le premier étage de compression 11 ou par le deuxième étage de compression 12.
Sur la figure 1, on observe que la deuxième portion 52 comprend un moyen de détente 15, tandis que la première portion 51 en est dépourvue. On comprend ainsi que la première portion 51 est spécifique à la circulation de la phase gazeuse comprimée seulement par le premier étage de compression 11 , tandis que la deuxième portion 52 est spécifique à la circulation de la phase gazeuse comprimée par le deuxième étage de compression 12. La mise sous pression par le deuxième étage de compression 12 nécessite une détente ultérieure, laquelle étant assurée par le moyen de détente 15.
Le système d’alimentation 1 permet d’optimiser la condensation de la phase gazeuse en économisant un maximum d’énergie et en maintenant la température de la cargaison de fluide à l’état liquide en-dessous d’un seuil déterminé, un tel seuil pouvant être une température maximum autorisée à un lieu de déchargement ou de livraison de la cuve 2. Cette optimisation est obtenue en favorisant l’utilisation de la première branche 9 combinée à l’utilisation de la première portion 51, par rapport à l’utilisation de la deuxième branche 10 combinée à l’utilisation de la deuxième portion 52, éventuellement combinée avec la mise en oeuvre d’une boucle de refroidissement 20, 50.
Le circuit de retour 8 illustré sur la figure 1 comprend un point de divergence 54 et un point de convergence 55, respectivement où débutent et se terminent la première portion 51 et la deuxième portion 52. Ces dernières comprennent par ailleurs respectivement une première vanne 41 et une deuxième vanne 42 qui contrôlent la circulation de gaz au sein des portions respectives. Enfin, le circuit de retour 8 comprend un organe de régulation de débit 40 disposé en aval du point de convergence 55 entre la première portion 51 et la deuxième portion 52. Cette organe de régulation de débit 40 adapte la pression et le débit au sein du circuit de retour 8 de sorte à rapprocher cette pression de la pression qui règne au sein de la cuve 2.
Cette organe de régulation de débit 40 est disposé en aval de la branche du circuit de retour 8 qui traverse un échangeur de chaleur 16, et amont d’un point de mélange 39 entre le circuit de retour 8 et un circuit de refroidissement 17.
Après avoir circulé au sein de la première portion 51 ou de la deuxième portion 52, la phase gazeuse traverse ensuite l’échangeur de chaleur 16 dans le but d’être au moins partiellement, voire totalement, condensée. Le point de convergence 55 est disposé en amont de l’échangeur de chaleur 16. Ainsi, tout comme pour l’échangeur thermique 14, l’échangeur de chaleur 16 comprend deux passes.
Afin d’opérer une condensation efficace, le système d’alimentation 1 comprend le circuit de refroidissement 17 au sein duquel circule du fluide 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 le fluide 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 condensation du gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de retour 8. Le fluide à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement 17 peut ainsi traverser l’échangeur de chaleur 16 au sein duquel s’opère un échange de chaleur avec la phase gazeuse circulant dans le circuit de retour 8. La phase gazeuse est alors condensée. Ceci est avantageux en ce sens qu’on utilise les frigories contenues dans le gaz à l’état liquide contenu dans la cuve pour opérer la reliquéfaction.
Afin d’optimiser la condensation de la phase gazeuse circulant dans l’échangeur de chaleur 16, le système d’alimentation 1 comprend un autre échangeur de chaleur ci- après appelé deuxième échangeur de chaleur 19, que le fluide à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement 17 peut traverser ou contourner.
Le deuxième échangeur de chaleur 19 permet de sous- refroidir le fluide à l’état liquide afin de compenser les calories captées par le fluide à l’état liquide lors de l’échange de chaleur se produisant au sein de l’échangeur de chaleur 16, autrement appelé premier échangeur de chaleur 16 quand le système comprend plusieurs échangeurs de chaleur.
Afin de sous-refroidir le fluide à l’état liquide, le système d’alimentation 1 comprend une boucle de refroidissement 20 qui traverse le deuxième échangeur de chaleur 19, une telle boucle de refroidissement 20 étant parcourue par un fluide réfrigérant assurant le sous- refroidissement du fluide à l’état liquide. Le fluide réfrigérant circulant dans la boucle de refroidissement 20 peut par exemple être de l’azote.
En sortie du premier échangeur de chaleur 16, le phase gazeuse ainsi condensée rejoint le circuit de refroidissement 17, également en sortie du premier échangeur de chaleur 16, en se mélangeant au niveau du point de mélange 39. Le circuit de refroidissement 17 s’étend jusqu’à la cuve 2 afin que le retour du fluide à l’état liquide puisse se faire au sein de celle-ci. Le circuit de refroidissement 17 comprend à ce titre au moins une terminaison 29 pouvant être un orifice 30 agencée au fond de la cuve 2.
Lorsque la quantité de gaz évaporé 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, le système d’alimentation 1 peut être configuré pour fournir cette phase gazeuse à ce dernier. Ainsi, le système d’alimentation 1 peut comprendre un circuit d’alimentation supplémentaire 33. Le circuit d’alimentation supplémentaire 33 comprend une pompe additionnelle 35, une pompe haute pression 36 et un vaporiseur 37. La pompe additionnelle 35 permet de prélever le fluide à l’état liquide dans la cuve 2, puis la pompe haute pression 36 pompe le fluide à l’état liquide jusqu’à une pression compatible avec la pression requise par l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4. Le vaporiseur 37 permet d’évaporer le fluide à l’état liquide mis sous haute pression afin que ce fluide passe à l’état vapeur et puisse être consommé par l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4.
Comme illustré sur les figures 1 ou 2, la pompe additionnelle 35 et la pompe 18 du circuit de refroidissement 17 sont des pompes séparées et distinctes. Selon une alternative, le système est dépourvu d’un pompe additionnelle dédiée au circuit d’alimentation supplémentaire 33. Dans un tel cas, le circuit d’alimentation supplémentaire 33 est raccordé au circuit de refroidissement 17, entre une sortie de la pompe 18 et une entrée de l’échangeur de chaleur 16 et c’est la pompe 18 qui, en plus de sa fonction initiale, prélève du gaz à l’état liquide dans la cuve 2 pour le fournir à la pompe haute pression 36.
La figure 2 représente une variante du système d’alimentation illustré à la figure 1. Seules les différences structurelles et fonctionnelles par rapport à ce qui a été évoquées précédemment seront décrites. On se référera donc à la description de la figure 1 pour toutes les caractéristiques non détaillées ci-dessous.
La figure 2 se distingue de ce qui a été décrit précédemment notamment par l’absence du deuxième échangeur de chaleur permettant de sous-refroidir le fluide à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement 17.
A la place, le système d’alimentation 1 comprend une branche additionnelle 48 connectée à la première sortie 56 du dispositif de compression 7, en parallèle de la première branche 9, et qui s’étend jusqu’à la cuve 2.
Le système d’alimentation 1 comprend une boucle de refroidissement 50 qui peut être activée ou désactivée en fonction du mode d’opération sélectionné. Cette branche additionnelle 48 conduit la phase gazeuse à travers un deuxième échangeur thermique 49, qui est configuré pour opérer un échange de chaleur entre la phase gazeuse qui provient du dispositif de compression 7 et un fluide réfrigérant circulant dans la boucle de refroidissement 50. En sortie du deuxième échangeur thermique 49, le phase gazeuse condensée circule dans la branche additionnelle 48 jusqu’à retourner dans la cuve 2.
Tel qu’illustré sur le logigramme présent sur la figure 3, le procédé de gestion 64 de la phase gazeuse débute par une récupération 68 des paramètres de navigation de l’ouvrage flottant 70. Ces paramètres peuvent intervenir dans le choix du mode d’opération préférable pour la condensation gaz évaporé présent dans le ciel 3 de la cuve 2.
Selon l’invention, le procédé met en oeuvre au moins trois modes d’opération du système d’alimentation 1, ces modes étant mis en oeuvre dans un objectif de réduction de la consommation globale de l’ouvrage flottant. Un premier mode d’opération illustré par la référence 94 correspond à un raccordement du circuit de retour 8 à la première sortie 56 du dispositif de compression 7 et à une circulation de la phase gazeuse au travers de la première portion 51, l’échangeur de chaleur 16 opérant un échange thermique entre le fluide sous forme liquide circulant dans le circuit de refroidissement 17, sans que ce dernier ne soit sous- refroidi, et la phase gazeuse circulant dans le circuit de retour 8. Dans un tel cas, la première valve 43 est ouverte et la deuxième valve 44 est fermée, la phase gazeuse débutant ainsi son parcours dans le circuit de retour 8 par la première branche 9. Après l’échangeur thermique 14, la circulation de la phase gazeuse se poursuit dans le circuit de retour 8 en empruntant la première branche 51 , c’est- à-dire celle qui est dépourvue de moyen de détente. Pour ce faire, la première vanne 41 est ouverte et la deuxième vanne 42 est fermée.
Ce premier mode d’opération 94 est mis en oeuvre lorsqu’il est déterminé à l’étape 84 que la quantité de gaz évaporé dans le ciel de la cuve est supérieure à un seuil initial par exemple égal à 0 kg/h et qu’il est déterminé à l’étape 82 que la température du fluide sous forme liquide présent dans la cuve est inférieure à une température maximale du fluide à l’état liquide autorisée sur le lieu de livraison. Ce premier mode d’opération 94 est celui qui consomme le moins d’énergie pour condenser la phase gazeuse qui transite dans le circuit de retour et l’invention privilégie la mise en oeuvre de ce premier mode d’opération comparativement au deuxième mode 100 ou au troisième mode d’opération 98.
Le deuxième mode d’opération illustré par la référence 100 correspond à un raccordement du circuit de retour 8 à la deuxième sortie 57 du dispositif de compression 7 et à une circulation de la phase gazeuse au travers de la deuxième portion 52 et au travers du moyen de détente 15, l’échangeur de chaleur 16 opérant un échange thermique entre le fluide sous forme liquide circulant dans le circuit de refroidissement 17, sans que ce dernier ne soit sous-refroidit, et la phase gazeuse circulant dans le circuit de retour 8 après détente de celle- ci. Dans un tel cas, la première valve 43 est fermée et la deuxième valve 44 est ouverte, la phase gazeuse débutant ainsi son parcours dans le circuit de retour 8 par la deuxième branche 10. Après l’échangeur thermique 14, la circulation de la phase gazeuse se poursuit dans le circuit de retour 8 en empruntant la deuxième branche 52, c’est-à-dire celle qui est pourvue du moyen de détente 15. Pour ce faire, la première vanne 41 est fermée et la deuxième vanne 42 est ouverte.
Ce deuxième mode d’opération 100 est mis en oeuvre lorsqu’il est déterminé à l’étape 96 que la quantité de gaz évaporé dans le ciel de la cuve est comprise entre le seuil initial et un premier seuil, le premier seuil pouvant prendre toute valeur comprise entre 1 kg/h et 750 kg/h, et qu’il est déterminé à l’étape 82 que la température du fluide sous forme liquide présent dans la cuve est supérieure à la température maximale autorisée sur le lieu de livraison. Dans un tel cas, la première valve 43 est fermée et la deuxième valve 44 est ouverte, la phase gazeuse débutant ainsi son parcours dans le circuit de retour 8 par la deuxième branche 10. Après l’échangeur thermique 14, la circulation de la phase gazeuse se poursuit dans le circuit de retour 8 en empruntant la deuxième branche 52, c’est-à-dire celle qui est pourvue de moyen de détente 15. Pour ce faire, la première vanne 41 est fermée et la deuxième vanne 42 est ouverte. Ce deuxième mode d’opération 100 consomme moins d’énergie pour condenser la phase gazeuse qui transite dans le circuit de retour que le troisième mode d’opération 98 car la boucle de refroidissement, quelle que soit son mode de réalisation, est inactive.
Le troisième mode d’opération illustré par la référence 98 correspond à un raccordement du circuit de retour 8 à la deuxième sortie 57 du dispositif de compression 7 et à une circulation de la phase gazeuse au travers de la deuxième portion 52 et au travers du moyen de détente 15, l’échangeur de chaleur 16 opérant un échange thermique entre le fluide sous forme liquide circulant dans le circuit de refroidissement 17 et la phase gazeuse circulant dans le circuit de retour 8 après détente de celle-ci. Dans ce mode, la boucle de refroidissement est active ce qui permet soit de sous-refroidir le fluide à l’état liquide qui circule dans le circuit de refroidissement 17, soit de liquéfier la phase gazeuse qui circule dans la branche additionnelle 48.
Ce troisième mode d’opération 98 est mis en oeuvre lorsqu’il est déterminé à l’étape 96 que la quantité de gaz évaporé dans le ciel de la cuve est supérieure au premier seuil évoqué ci- dessus, par exemple 750 kg/h, et qu’il est déterminé à l’étape 82 que la température du fluide sous forme liquide présent dans la cuve est supérieure à la température maximale autorisée sur le lieu de livraison. Ce troisième mode d’opération abaisse la température du fluide à l’état liquide présent dans la cuve de sorte à ramener cette dernière en dessous de la température maximale autorisée au point de livraison.
A l’étape 84, il est déterminé si la quantité de gaz évaporé dans le ciel de cuve est égale au seuil initial, par exemple 0 kg/h. C’est notamment le cas quand la consommation de la phase gazeuse par le consommateur correspond à la génération de phase gazeuse dans le ciel de cuve. Si cette quantité est égale à Okg/h, le procédé ne met en oeuvre aucun mode d’opération en rapport avec la condensation de la phase gazeuse.
S’il est déterminé à l’étape 84 que la quantité de gaz évaporé dans le ciel de cuve est inférieure au seuil initial, et qu’il est déterminé à une étape 92 que la température du fluide à l’état liquide est supérieure à la température maximale autorisée sur le lieu de livraison d’une valeur comprise entre 0°C et 1°C, un quatrième mode d’opération 104 est mise en oeuvre.
Ce quatrième mode d’opération 104 consiste en la génération d’une dépression au sein de la cuve 2. Une telle dépression est mise en oeuvre par le dispositif de compression 7, ou par tout autre moyen d’aspiration, qui aspire la phase gazeuse présente dans le ciel de cuve jusqu’à ce la pression dans ce ciel 3 de la cuve 2 soit inférieure à une pression de saturation du fluide sous forme liquide présent dans le cuve 2. Ce faisant, le fluide à l’état liquide s’évapore dans le ciel de cuve et génère ainsi une phase gazeuse.
S’il est déterminé à l’étape 84 que la quantité de gaz évaporé dans le ciel de cuve est inférieure au seuil initial, par exemple 0 kg/h, et qu’il est déterminé à l’étape 92 que la température du fluide à l’état liquide est supérieure à la température maximale autorisée sur le lieu de livraison d’une valeur comprise entre 0°C et 1,5°C, un cinquième mode d’opération 102 est mise en oeuvre.
Au cours de ce cinquième mode d’opération 102, on prélève du fluide sous forme liquide de la cuve 2 au moyen du circuit d’alimentation supplémentaire 33, on évapore ce fluide sous forme liquide au sein d’un vaporiseur 37 pour alimenter en phase gazeuse le consommateur 4 ou 8. Une portion de la phase gazeuse non consommée par le consommateur est condensée par la boucle de refroidissement 20 via le circuit de refroidissement, au directement au sein de la branche additionnelle 48 qui comprend un boucle de refroidissement 50 dédiée.
Les quantités de gaz évaporé décrites ci-dessus peuvent être déterminée par exemple en surveillant une variation de la pression dans le ciel 3 de la cuve 2 sur un temps donné. Si la pression augmente rapidement, cela signifie que la quantité de gaz évaporé est importante. A contrario, si la pression n’augmente pas, ou augmente lentement, cela signifie que la quantité de gaz évaporé est stable, voire faible.
De manière alternative ou complémentaire, la quantité de gaz évaporé présent dans la cuve peut être déterminée par une comparaison entre une consommation estimée du consommateur entre le lieu de chargement du fluide dans la cuve et le lieu de livraison de ce fluide et une estimation de génération de la phase gazeuse au sein de la cuve, une telle estimation dépendant de caractéristiques de conception de la cuve, comme par exemple son isolation thermique. Si l’estimation de génération de la phase gazeuse est supérieure à la consommation estimée du consommateur, cela traduit la présence d’une quantité importante de gaz évaporé. Si, en revanche, l’estimation de génération de la phase gazeuse est inférieure ou égale à la consommation estimée du consommateur, cela traduit une quantité stable de gaz évaporé, voire décroissante.
La figure 4 représente l’ouvrage flottant 70 comprenant la cuve 2, qui est étanche et thermiquement isolée. Elle est de forme générale prismatique et est montée dans une double coque 5 de l’ouvrage flottant 70, qui peut être un navire ou une plateforme flottante. Une paroi de la cuve 2 comporte une barrière étanche primaire destinée à être en contact avec le fluide sous forme liquide contenu dans la cuve 2, une barrière étanche secondaire agencée entre la barrière étanche primaire et la double coque 5 du navire, et deux barrières thermiquement isolées agencée respectivement entre la barrière étanche primaire et la barrière étanche secondaire et entre la barrière étanche secondaire et la double coque 5. Dans une version simplifiée, l’ouvrage flottant 70 comporte une simple coque. TL
Des canalisations de chargement /déchargement 73 disposées sur un pont supérieur de l’ouvrage flottant 70 peuvent être raccordées, au moyen de connecteurs appropriés, à un terminal maritime ou portuaire pour transférer une cargaison de fluide sous forme liquide depuis ou vers la cuve 2.
La figure 4 illustre également un exemple de terminal maritime comportant un poste de chargement et/ou de déchargement 75, une conduite sous-marine 76 et une installation à terre 77. Le poste de chargement et/ou déchargement 75 est une installation fixe off-shore comportant un bras mobile 74 et une tour 78 qui supporte le bras mobile 74. Le bras mobile 74 porte un faisceau de tuyaux flexibles isolés 79 pouvant se connecter aux canalisations de chargement/ déchargement 73. Le bras mobile 74 est orientable et s’adapte à tous les gabarits d’ouvrage flottant 70. Une conduite de liaison non représentée s’étend à l’intérieur de la tour 78. Le poste de chargement/ou déchargement 75 permet le chargement et/ou le déchargement de l’ouvrage flottant 70 depuis ou vers l’installation à terre 77. Celle-ci comporte des cuves de stockages 80 de fluide sous forme liquide et des conduites de liaisons 81 reliées par la conduite sous-marine 76 au poste de chargement et/ou déchargement 75. La conduite sous-marine 76 permet le transfert du fluide sous forme liquide entre le poste de chargement et/ou déchargement 75 et l’installation à terre 77 sur une grande distance, par exemple cinq kilomètres, ce qui permet de garder l’ouvrage flottant 70 à grande distance de la côte pendant les opérations de chargement et/ou déchargement.
Pour engendrer la pression nécessaire au transfert du fluide sous forme liquide, on met en oeuvre des pompes embarquées dans l’ouvrage flottant 70 et/ou des pompes équipant l'installation à terre 77 et/ou des pompes équipant le poste de chargement et de déchargement 75.
Les exemples ont été décrits pour un ouvrage flottant 70 ; cependant, ils sont aussi applicables à un ouvrage terrestre.
La présente invention propose ainsi un procédé de gestion d’une phase gazeuse au sein d’un cuve qui permet de condenser cette phase gazeuse en utilisant le moins d’énergie possible, ce système d’alimentation étant équipé d’une boucle de refroidissement quand dans certaines situations permet de ramener la température du fluide à l’état liquide en dessous d’une température seuil, par exemple la température acceptée par un terminal de livraison.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen et toute configuration équivalente ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de gestion (64) d’une phase gazeuse d’un fluide contenu sous forme liquide dans une cuve (2) d’un ouvrage flottant (70), l’ouvrage flottant (70) comprenant un système d’alimentation (1) en carburant d’au moins un consommateur (4, 5) équipant l’ouvrage flottant (70), le système d’alimentation (1) comprenant au moins un dispositif de compression (7) destiné à prélever la phase gazeuse pour la délivrer au consommateur (4, 5), le dispositif de compression (7) comportant au moins une première sortie (56), une deuxième sortie (57) et une troisième sortie (58) configurées pour délivrer la phase gazeuse à trois niveaux de pression différents, le système d’alimentation (1) comprenant un circuit de retour (8) destiné à renvoyer dans la cuve (2) une partie de la phase gazeuse comprimée par le dispositif de compression (7), le circuit de retour (8) étant alternativement raccordé à la première sortie (56) ou à la deuxième sortie (57) du dispositif de compression (7) et comprenant au moins une première portion (51), ainsi qu’une deuxième portion (52) pourvue d’un moyen de détente (15), le système d’alimentation (1) comprenant au moins un échangeur thermique (14) configuré pour opérer un échange de chaleur entre la phase vapeur prélevée par le dispositif de compression (7) et la phase gazeuse qui parcourt le circuit de retour (8), le système d’alimentation (1) comprenant au moins un circuit de refroidissement (17) configuré pour prélever le fluide à l’état liquide dans la cuve (2), le circuit de retour (8) comprenant au moins un échangeur de chaleur (16) configuré pour opérer un échange de chaleur entre la phase gazeuse du fluide circulant dans le circuit de retour (8) et le fluide à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement (17), le système d’alimentation (1) comprenant une boucle de refroidissement (20, 50) participant à la condensation de la phase gazeuse en provenance du dispositif de compression (7), le procédé de gestion de la phase gazeuse comprenant une pluralité de modes d’opérations, parmi lesquels on trouve au moins : un premier mode d’opération (94) où le circuit de retour (8) est raccordé à la première sortie (56) du dispositif de compression (7), l’échangeur de chaleur (16) opérant un échange thermique entre le fluide sous forme liquide circulant dans le circuit de refroidissement (17) et la phase gazeuse circulant dans le circuit de retour (8) ; un deuxième mode d’opération (100) où le circuit de retour (8) est raccordé à la deuxième sortie (57) du dispositif de compression (7), l’échangeur de chaleur (16) opérant un échange thermique entre la phase gazeuse détendue par le moyen de détente (15) et le fluide sous forme liquide circulant dans le circuit de refroidissement (17), la boucle de refroidissement (20, 50) ne participant pas à la condensation de la phase gazeuse en provenance du dispositif de compression (7) ; un troisième mode d’opération (98 où le circuit de retour (8) est raccordé à la deuxième sortie (57) du dispositif de compression (7), l’échangeur de chaleur (16) opérant un échange thermique entre la phase gazeuse détendue par le moyen de détente (15) et le fluide sous forme liquide circulant dans le circuit de refroidissement (17), la boucle de refroidissement (20, 50) participant à la condensation de la phase gazeuse en provenance du dispositif de compression (7).
2. Procédé de gestion (64) selon la revendication 1, au cours duquel les modes d’opérations sont mis en oeuvre en fonction de paramètres parmi lesquels on trouve au moins une quantité de gaz évaporé présent dans la cuve, une température maximale autorisée à l’arrivée sur un lieu de livraison et/ou une température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve.
3. Procédé de gestion (64) selon la revendication 2, au cours duquel la quantité de gaz évaporé présent dans la cuve (2) est déterminée par variation d’une pression dans un ciel (3) de la cuve (2) sur un temps donné.
4. Procédé de gestion (64) selon la revendication 2, au cours duquel la quantité de gaz évaporé présent dans la cuve (2) est déterminée par la consommation du consommateur (4, 5) entre un lieu de chargement du fluide dans la cuve (2) et un lieu de livraison de ce fluide et par une estimation de génération de gaz évaporé dans la cuve (2) en fonction de caractéristiques de conception de la cuve (2).
5. Procédé de gestion (64) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, au cours duquel le premier mode d’opération (94) est mis en oeuvre quand la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve (2) est inférieure ou égale à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison et que la quantité de gaz évaporé à reliquéfier est supérieure à un seuil initial.
6. Procédé de gestion (64) selon la revendication 5, au cours duquel le deuxième mode d’opération (95) est mis en oeuvre quand la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve (2) est supérieure à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison et que la quantité de gaz évaporé à reliquéfier est inférieure à un premier seuil, ledit premier seuil étant supérieur au seuil initial.
7. Procédé de gestion (64) selon la revendication 6, au cours duquel le troisième mode d’opération (100) est mis en oeuvre quand la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve (2) est supérieure à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison et que la quantité de gaz évaporé à reliquéfier est supérieure au premier seuil.
8. Procédé de gestion (64) selon l’une quelconque des revendications 2 à 7, comprenant un quatrième mode d’opération (104) où le ciel (3) de la cuve (2) est aspiré par le dispositif de compression (7) jusqu’à ce que la pression dans ce ciel (3) de la cuve (2) soit inférieure à une pression de saturation du fluide sous forme liquide présent dans le cuve (2), ce quatrième mode d’opération (104) étant mis en oeuvre lorsque la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve (2) est supérieure à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison d’une valeur comprise entre 0°C et 1°C et que la quantité de gaz évaporé est inférieure à la quantité de gaz consommée par le consommateur (4, 5).
9. Procédé de gestion (64) selon la revendication 8, comprenant un cinquième mode d’opération (102) au cours duquel la boucle de refroidissement (20, 50) est activée, ce cinquième mode d’opération (102) étant mis en oeuvre lorsque la température du fluide sous forme liquide contenu dans la cuve (2) est supérieure à la température maximale autorisée à l’arrivée sur le lieu de livraison d’une valeur comprise entre 0°C et 1,5°C.
10. Procédé de gestion (64) selon la revendication 9, au cours duquel le cinquième mode d’opération (102) est mis en oeuvre simultanément avec l’un quelconque du premier mode d’opération (94), du deuxième mode d’opération (100) ou du quatrième mode d’opération (104).
11. Système d’alimentation (1) en carburant d’au moins un consommateur (4, 5) équipant un ouvrage flottant (70), comprenant au moins un dispositif de compression (7) destiné à prélever la phase gazeuse pour la délivrer au consommateur (4, 5), le dispositif de compression (7) comportant au moins une première sortie (56), une deuxième sortie (57) et une troisième sortie (58) configurées pour délivrer la phase gazeuse à trois niveaux de pression différents, le système d’alimentation (1) comprenant un circuit de retour (8) destiné à renvoyer dans la cuve (2) une partie de la phase gazeuse comprimée par le dispositif de compression (7), le circuit de retour (8) étant alternativement raccordé à la première sortie (56) ou à la deuxième sortie (57) du dispositif de compression (7) et comprenant au moins une première portion (51), ainsi qu’une deuxième portion (52) pourvue d’un moyen de détente (15), le système d’alimentation (1) comprenant au moins un échangeur thermique (14) configuré pour opérer un échange de chaleur entre la phase vapeur prélevée par le dispositif de compression (7) et la phase gazeuse qui parcourt le circuit de retour (8), le système d’alimentation (1) comprenant au moins un circuit de refroidissement (17) configuré pour prélever le fluide à l’état liquide dans la cuve (2), le circuit de retour (8) comprenant au moins un échangeur de chaleur (16) configuré pour opérer un échange de chaleur entre la phase gazeuse du fluide circulant dans le circuit de retour (8) et le fluide à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement (17), le système d’alimentation (1) comprenant une boucle de refroidissement (20, 50) participant à la condensation de la phase gazeuse en provenance du dispositif de compression (7), ledit système d’alimentation (1) étant configuré pour mettre en oeuvre le procédé de gestion selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
12. Ouvrage flottant (70) de transport et/ou de stockage de fluide sous forme liquide comprenant un système d’alimentation (1) selon la revendication 11.
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